时分长期演进系统论文

时分长期演进系统论文（精选4篇）

时分长期演进系统论文 篇1

目前城区环境中无线基站站址获取难度日益加大, 多家运营商共用天面、站址资源的情况非常普遍, 因此分析TD鄄LTE (时分长期演进) 引入后与其他异系统间的共址共存非常必要。

1 干扰场景及分析方法

1.1 干扰场景

从图1可以看出, 干扰场景可分为基站与终端间的干扰、移动终端间的干扰和基站间的干扰。其中基站与移动终端间的干扰由于距离较远, 地面障碍物较多, 因此干扰较小。移动终端间的干扰由于终端的发射功率较低, 终端位置不固定, 两个终端靠近的概率较低, 并且可以在网络侧采用一定的资源调度和功率控制来抑制干扰, 因此终端间的干扰也较低。而基站位置相对固定, 发射功率高, 空间传播环境好, 干扰程度可预测。因此基站间的干扰分析是主要干扰场景。本文重点分析基站间的异系统共址干扰。

1.2 干扰分析方法

移动通信系统间干扰分析的基本方法有两种:静态蒙特卡罗仿真方法和基于最小耦合损耗计算的确定性分析方法。静态蒙特卡罗系统仿真分析法是以快照式仿真方法, 通过复杂、精确的迭代计算出不同场景不同指标下一系统受到另一系统干扰后性能变化情况。包括基站和移动台、移动台和基站以及移动台和移动台之间的干扰研究。该方法应用广泛, 被公认为是一种分析系统干扰的行之有效方法, 但它的复杂度随着系统复杂性的增加而迅速增加, 对仿真的计算有较高的要求。而确定性分析方法是基于链路预算原则, 简单高效地通过数值计算得出接收机能容忍的干扰信号强度门限, 研究在最坏情况下 (路径损耗最小、发射功率最大、收发天线增益最大) 的系统间干扰问题, 通过计算两个系统之间的最小耦合损耗来确定系统间的干扰情况。该方法简单明了, 对工程施工有实际的指导意义。

本文采用确定性分析方法分析异系统共址的干扰情况。该方法基于3GPP TS 36.101、36.104等标准所规定的阻塞和杂散指标要求, 各系统具体的发射功率以及被干扰系统的灵敏度下降要求, 得到满足要求的隔离度, 最后结合空间隔离理论, 计算空间隔离距离。

2 TD鄄LTE与异系统干扰分析

2.1 分析方法

根据标准规定的系统抗阻塞和杂散指标要求, 以及各系统的参数, 分别计算出规避阻塞干扰和杂散干扰所需要的隔离度。然后根据水平和垂直隔离度计算公式, 将隔离度换算成水平和垂直的隔离距离。具体分析如下。

2.1.1 杂散干扰分析

接收机在其接收通带内能够承受的最大干扰信号强度门限Imax取决于多大接收机灵敏度损失可以被接受。在干扰分析中, 基站通常采用0.8 dB灵敏度损失评估准则。此时

其中N是接收机底噪, 可用下式计算:

其中B为接收带宽, Nf是接收机噪声系数。

系统消除杂散干扰所需要的隔离度

其中S为干扰源的杂散指标, Bm为杂散指标的测量带宽。

2.1.2 阻塞干扰分析

根据标准查出被干扰系统的抗阻塞指标Ba, 规避干扰系统的阻塞干扰所需要的隔离度

其中Tx是干扰系统的发射功率。

2.1.3 隔离度距离计算

取Ds和Db和最大值作为两系统共址时规避干扰所需的隔离度值, 再将该值代入如下的水平和垂直隔离度计算公式, 换算出两系统共址所需要的水平或者垂直距离。

水平和垂直隔离度计算公式, 水平隔离为

其中:Sh为天线水平间距;λ为被干扰系统中心频率对应的波长;Gt为在收发天线直线连线上发射天线增益;Gr为是在收发天线直线连线上接收天线增益;Gt+Gr默认推荐1 dB。

垂直隔离为

其中Sv为天线垂直间距。

表1为各系统分析参数、杂散、抗阻塞指标。

2.2 分析结果

2.2.1 与异系统异频段干扰隔离度

根据表1设定的各系统分析参数及杂散和抗阻塞指标要求, 结合2.1节给定的分析方法, 可以计算出表2、表3的TD鄄LTE系统与其他异系统共址时的干扰隔离要求。其中TD鄄LTE系统工作于2.5 GHz。

从以上分析可以看出, 当TD鄄LTE系统工作于2.5 GHz频段且与异系统室外共址时, 除与WLAN系统所需要的隔离度较大外, 与其他异系统所要求的隔离度均较小。当干扰源与被干扰系统属于同一运营商时, 协调工作和解决方案实施都较为便利。可考虑加装滤波器或者调整天线位置增大系统间的隔离度的方法来改善系统间的干扰。如当与WLAN系统室外共址时, 可考虑采用垂直布放天线形式进行干扰隔离。

当干扰源与被干扰系统不属于同一运营商时, 首先考虑协调的原则, 共同采取措施进行共址改造。如果运营商间协调不一致, 只能单方面对被干扰基站进行调整, 可采用被干扰基站加装滤波器和调整天线的工程隔离方案。需要注意的是, 加装滤波器有一定的插入损耗, 将会影响原有系统的覆盖。调整天线位置增大隔离度的方法也将影响系统的覆盖。这些因素都需要在实际应用中综合考虑。

另外, 在勘察设计阶段需做好天面和楼顶塔桅 (抱杆、增高架、铁塔等) 的勘察, 注意掌握现有天面结构;现网已有和拟新增天线的安装位置、高度、方位角、下倾角等信息;综合考虑天面大小、结构、承重, 包括天面上已有其他运营商的塔桅现状, 以便在设计阶段进行隔离度计算, 做好记录, 并拍照存档。

2.2.2 与TD鄄SCDMA同频段干扰隔离度

由于TD鄄LTE与TD鄄SCDMA系统都由中国移动建设运营, 如果TD鄄LTE部署在2 570～2 620 MHz (D频段) , TD鄄SCDMA系统部署在2 010～2 025 MHz (A频段) 则不存在共频段干扰, 此时系统间干扰主要是杂散干扰和阻塞干扰 (如表2、表3的分析结果) 。但是为了充分利用频谱资源, 这两个系统可能同时部署在1 880～1 920 MHz (F频段) , 2 300～2 400 MHz (E频段) 或D频段, 此时需要研究共频段干扰。表4以两系统共同部署在F频段为例进行分析。

由表5可以看出, TD鄄SCDMA和TD鄄LTE两系统共频段时, 基站之间的干扰增大, 所需要的隔离度要求也相较于异频段部署时高。此时需进行两系统的时隙同步, 通过两系统的不同时隙配比来达到消除系统间干扰的目的。

2.2.3 与TD鄄SCDMA同频段交叉时隙干扰

TD鄄LTE和TD鄄SCDMA同为TDD (时分双工) 系统, 上下行工作于不同时隙。当两系统间或者同一系统不同小区间的上下行时隙未加协调而造成部分或全部重叠时, 就会造成系统间交叉时隙干扰。通过前文分析, 当互干扰系统工作于相同频段时, 会加重这种干扰。为了提高频带的利用率, 同频段共站址情况下TD鄄SCDMA与TD鄄LTE之间通过一定的帧同步方式可以彻底规避交叉干扰。建议通过时隙配置的选择, 实现TD鄄SCDMA与TD鄄LTE同步, 避免交叉时隙的出现, 从而完全避免系统间的干扰。

TD鄄SCDMA和TD鄄LTE系统中的上下行时隙转换点可根据实际需要进行选择配置。两系统同步, 避免交叉时隙干扰的两个条件是:将两系统的上下行切换点对齐;选择TD鄄LTE的特殊时隙配置, 使得TD鄄SCDMA的保护间隔GP落在TD鄄LTE的保护间隔GP时间段内。如图2所示, t1>0, 且t2>0。其中, t1、t2为TD鄄SCDMA与TD鄄LTE上下行时隙转换点的时间差。

目前TD鄄SCDMA系统上下行时隙配置采用2∶4, 根据上述避免交叉时隙干扰的条件, 在TD鄄SCDMA系统现有时隙配置下, TD鄄LTE系统上下行时隙配置可采用1∶3, 同时特殊时隙采用配置0 (3∶10∶1) 和配置5 (3∶9∶2) 。

3 总结

本文通过分析TD鄄LTE与异系统的杂散和阻塞干扰, 计算出TD鄄LTE系统与异系统共站址时的隔离度要求。其中TD鄄LTE系统引入后与GSM、DCS、TD鄄SCDMA、WCDMA、CDMA2000工作于异频段时干扰较小, 可采用考虑加装滤波器或者调整天线位置增大系统间的隔离度的方法来改善系统间的干扰。TD鄄LTE系统与WLAN室外共站址时, 所需的干扰隔离度要求较大。可考虑加装滤波器或采用垂直布放天线形式进行干扰隔离。当为了充分利用频谱资源TD鄄LTE与TD鄄SCDMA系统同频段部署时, 所需要的隔离度要求比异频段部部署时高。需通过两系统间帧同步及上下行时隙配置方式, 规避交叉时隙干扰的同时采取共天馈合路、加装滤波器或者调整天线位置的方法来改善系统间干扰。

时分长期演进系统论文 篇2

TD鄄LTE (时分鄄长期演进) 网络主要用于承载高速的数据业务, 而高清视频流、大型互动游戏等高数据业务一般都发生在室内中, 这些业务都需要较大的系统容量和良好的网络质量。2G/3G时代已建好大量的室内分布式天线系统 (DAS) , 而且基于DAS可以快速实现TD鄄LTE室内覆盖, 目前“BBU (基带单元) 加RRU (射频远端单元) 加分布式天线系统”方案成为实现TD鄄LTE室内覆盖的主流方案。然而当前大型居民区、高层住宅、宾馆的室内分布系统布线往往只能铺设在楼道、走廊等公共区域, 未能入户。而房间内部由于墙体的阻隔, 导致覆盖效果不佳。TD鄄LTE的空间、墙体损耗高的技术特性要求, 更需要入户覆盖才能达到应有的效果。对于业界提出的LTE Femto和PicoRRU室内解决方案, 前者存在覆盖范围小、同步方案复杂, 需新建核心网关, 设备尚待成熟;后者设备尚未成熟。因此在高速宽带时代急需一种新型的入户覆盖方案, 解决最后几十米业务接入问题。

本文提出在CATV (有线电视) 线路上实现TD鄄LTE双路MIMO (多输入多输出) 的技术来解决室内的深度覆盖及高容量问题, 并将该方案成功应用在TD鄄LTE规模试验网中, 现场测试结果表明, 该技术可完全实现深度覆盖且小区及单用户的吞吐量优于传统室分系统, 并能有效地降低工程改造量和施工成本。

1 用CATV线路实现TD鄄LTE覆盖

单一CATV线路实现TD鄄LTE双路网络覆盖技术中包括2个关键模块:位于信源端的近端机模块和位于房间内的CATV信号接入节点远端机模块。一台近端机可以通过接功分器的方式带多台远端机, 从而实现每个房间的均匀覆盖。在机房内, CATV信号和两路LTE[本产品还可以合路2G、3G、WLAN (无线局域网) 等多种信源]的射频信号分别输入到近端机的多个对应的信号输入口。在近端机内部实现多信号合路、滤波、变频等处理以后输出到现有的CATV线路中, 利用CATV线路同轴电缆在全屏蔽、无干扰下直接输送到远端机, 最后通过远端机将CATV信号与LTE等多种无线通信信号分开, 并对各路信号进行滤波、功率检测、放大, 以及LTE MIMO两路信号进行功率平衡调整, 均匀输送到各个房间, 保证各个网络信号覆盖基本一致, 从使每个房间无线信号通过天线覆盖, TD鄄LTE MIMO信号分别通过多根天线覆盖 (如2×2 MIMO通过2根天线覆盖) , CATV信号送入远端机内部机顶盒, 最终实现房间内优质无干扰无线网络覆盖和电视功能。用CATV实现TD鄄LTE双路网络覆盖技术的整体方案如图1所示。

1.1 近端机实现原理

各信源直接连接近端机对应的各个接口, 在近端机内部CATV、TD鄄LTE RRU1接口 (或其他信源) 直接连接多滤波合路器进行滤波合路;而TD鄄LTE RRU2接口则连接了变频电路, 下行链路将TD鄄LTE信号变频至中继频率, 上行链路则是接收中继频率信号变频回TD鄄LTE射频频率, 变频电路本振的参考信号同时为一个频率综合器提供参考信号, 频率综合器锁定输出一个射频信号, 此信号将作为远端机参考信号, 在TD鄄LTE1端口或者TD鄄LTE2端口耦合一个信号进行同步信号提取, 提取出来的同步信号控制近端机的变频电路, 并同时经同步信号调制电路调制到一个射频频率为远端机提供同步控制信号。中继信号、远端机参考信号、同步控制信号再通过一个滤波合路器连接至多滤波合路器滤波合路。另外近端机通信控制信号通过通信控制信号调制解调电路为远端机提供一个通信控制调制信号, 同时也接收远端机的通信控制调制信号, 通信控制调制信号通过耦合器实现与CATV线的合路, 中继信号、远端机参考信号、同步调制信号、通信控制调制信号的频率均避开CATV、GSM (全球移动通信系统) 、DCS (数字蜂窝系统) 、TD鄄SCDMA (时分鄄同步码分多址接入) 、WLAN、TD鄄LTE的频率, 如通信控制调制信号可采用840 MHz, 中继信号、远端机参考信号、同步控制信号可选用960 MHz～1 710 MHz中间的适当频率。

近端机原理见图2。

1.2 远端机实现原理

在房间的CATV节点直接连接CATV线接口, 耦合器耦合信号进入通信控制信号调制解调电路, 通信控制信号调制解调电路对耦合来的信号滤波、放大、解调, 同时调制远端机的通信控制信号放大、发送回近端机。分频器分离CATV信号到机顶盒中对CATV信号进行处理。GSM信号频率相对低在CATV线中损耗较小, 可以不用放大而直接送到天线1收发。对于高频信号 (如TD鄄LTE信号) , 在CATV线中损耗较大, 因此可在远端机中加入滤波放大电路补偿损耗, 并对每路下行输出信号分别进行功率检测, 根据检测到的信号调整放大电路增益, 进而实现功率控制 (即自动电平控制ALC功能) , 最后滤波合路后到天线1收发。中继信号、远端机参考信号、同步调制信号到滤波功分器, 滤波功分器进一步滤波分离中继信号、远端机参考信号、同步调制信号。下行中继信号经变频电路变频回TD鄄LTE工作频率经天线2口发射, 上行TD鄄LTE信号经变频电路变频至中继频率。远端机参考信号经分频电路滤波放大分频为变频电路本振信号1供参考。同步调制信号经同步信号解调电路提解调出同步信号控制远端机变频电路和TD鄄LTE。变频电路输出TD鄄LTE2下行信号, 同样要对该信号功率检测及功率控制, 并且结合TD鄄LTE1的功率检测及功率控制电路, 使得MIMO信号的功率平衡, 达到最佳MIMO效果。

远端机原理见图3。

1.3 阻抗匹配

阻抗匹配对于高频信号的传输设计很关键, 主要用于传输线上, 达到高频的微波信号都能传至负载点的目的, 不会有信号反射回源点, 从而提升能源效益。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出的一种工作状态。

如果阻抗不匹配, 信号会形成反射, 能量传递不过去, 降低效率;会在传输线上形成驻波, 导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去, 甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时, 会产生震荡、辐射干扰等。

传输线的特征阻抗 (也叫做特性阻抗) 是由传输线的结构以及材料决定的, 而与传输线的长度以及信号的幅度、频率等均无关。例如, 常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω, 而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆。

为了使LTE的射频信号可以在CATV同轴电缆上传输, 需要进行75～50Ω的阻抗匹配。合路分配器内置匹配电路, 确保射频同轴电缆 (50Ω) 与CATV线缆 (75Ω) 之间不会产生阻抗失配。

1.4 CATV线路实现TD鄄LTE深度覆盖优势

CATV实现TD鄄LTE具有以下优势:

1) 该系统将CATV/两路LTE信号 (或2G、3G、WLAN等信号) 合并采用CATV线路进行传输, 无需新建一套室内分布系统, 解决最后几十米的接入问题;

2) 利用CATV线路实现MIMO技术的新模式, 解决LTE容量问题, 提高用户数据速率和小区吞吐量, 改善客户感知;

3) 降低协调和施工难度, 充分利用现有管道资源, 减少宾馆酒店、高校宿舍、居民区室分改造工程成本。

2 室分改造成本对比

针对某酒店大楼共23层, 8～23楼为酒店客房, 共计60 000余m2。酒店共设355间客房, 其中19间套房。采用传统的室分建设, 设计馈线费用374 426元, 器件及设备费用40 162元, 天线及面板费用100 694元, 集成费232 735元、辅材128 910元., 总计费用824 235元。

采用CATV线路方式, 无馈线费用, 器件及设备费用共计429 000元, 天线及面板费用100 694元, 集成费40 480元, 辅材9 355元, 总计费用579 529元。

综上所述, 60 000 m2的酒店采用MIMO方案费用比双通道室分方案节省244 706元。

CATV线路方式实现双路与传统单通道、双通道室分费用对比见表1。

3 测试结果

在TD鄄LTE传输模式3、上下行时隙配比2∶2的条件下分别对传统室分和CATV线路实现MIMO方案下的覆盖、下载和上传速率进行对比测试。

传统室分单通道覆盖方案 (或与2/3G室分直接合路) , 室分天线布设酒店房间走廊, 房间内RSRP (参考信号接收功率) 平均为-89 dBm, 下载速率为32 Mb/s, 上传速率为13.2 Mb/s;传统室分双通道覆盖方案, 室分天线布设酒店房间走廊, 房间内RSRP平均为-87 dBm, 下载速率为50 Mb/s, 上传速率为14.9 Mb/s。

采用本文提出的CATV线路实现双路MIMO方案, 信号直接送到房间内, 房间内的RSRP平均为-78 dBm, 下载速率为59.1 Mb/s, 上传速率为16.1 Mb/s。

某酒店房间LTE信号、速率测试对比见表2。

测试表明:CATV线路实现LTE MIMO信号的方案比传统室分单路覆盖方案具有明显速率优势, 比传统室分双路覆盖方案有一定的速率优势和明显的成本优势。针对高校、宾馆等高数据业务场景采用CATV MIMO方式覆盖可有效提升系统容量。

4 结束语

时分长期演进系统论文 篇3

截至2014-03, 根据GSA的统计, 有6个LTE FDD网络完成了Vo LTE语音方案的商用部署, 其中3个为韩国运营商;而在1 563款智能手机中, 已经有57款支持Vo LTE, 比上季度的42款增加了35%.

2014年, 各国运营商积极推动Vo LTE商用部署进程。在韩国市场中, 有3家运营商均已商用Vo LTE, 成为了先锋阵营;在美国, T-Mobile近日宣布, Vo LTE在西雅图商用, 并将尽快推广;AT&T宣布, 5月底开始在个别地区商用Vo LTE, 进而将其推广到全国。除了韩国和美国外, 日本NTT Docomo也于近日宣布, 将在2014-06推出Vo LTE商用服务。ABI Research预测, 2014年Vo LTE用户数将达到5 960万, 到2019年, Vo LTE用户数将超过12亿, 超过LTE用户数的50%.

Vo LTE是今天语音和视频通话的增强版, 它充分利用了LTE的优势, 改善了用户的体验, 是LTE话音的最终解决方案, 这也在业界达成了共识。

1 Vo LTE网络架构

Vo LTE网络架构是由E-UTRAN、Evolved Packet System (EPS) 和IMS控制域组成的。E-UTRAN主要包括基站 (e Node B) , 核心网 (EPS) 主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中, MME是EPS控制面的实体, S-GW是本地的移动性锚点, P-GW是连接外部分组数据网络的锚点, 并能分配IP地址。IMS包含的主要网元是CSCF。其中, P/I/S-CSCF (call session control function) 为呼叫会话控制功能实体, 主要完成呼叫会话过程中的信令转发、路由和具体控制功能。Vo LTE语音业务网络架构如图1所示。

由图1可知, P-CSCF用于IMS网络的第一个入口点, 用来接收用户的所有SIP信令, 位于归属或拜访网络;I-CSCF作为进入归属IMS网络的入口点, 选择和指派S-CSCF, 位于归属网络;S-CSCF负责SIP注册、会话管理和鉴权、路由选择, 与HSS交互获取用户信息, 位于归属网络。

Vo LTE业务的实现方案是以LTE作为接入和承载的网络, 以IMS作为语音和多媒体等业务的控制网络, 通过PCC (Policy and Charging Control) 架构与EPS协同提供Qo S保障机制, 从而满足端到端的语音业务需求。

2 单小区容量测试实例

2.1 测试目的

该测试主要用于验证在满足相应Vo LTE指标情况下单小区能够容纳的最大用户数。

2.2 测试原理

在LTE中, 将物理资源块 (Physical Resource Block, PRB) 作为空中接口物力资源分配的单位。1个PRB在频域上包含12个连续的子载波, 在时域上包含7个连续的OFDM符号。LTE通过设置不同的子载波数目, 可以映射为不同的资源块 (PRB) 数目。其中, 20 MHz系统带宽的子载波数为1 201, PRB数目为100个。

每个PRB同一时刻一次只能供一个用户调度使用。系统分配给UE的资源在频域上是以RB为单位的, 在时域上是1个或多个完整的上行子帧, e NB可以决定哪个UE在哪个上行子帧发数据, 也可以决定哪个UE在频域上占用了几个RB。这样, e NB可以在时域和频域上对UE资源进行二维的划分。

LTE受PHICH容量的限制, PHICH组=Ng×NRB/100, Ng∈{1/6, 1/2, 1, 2}, 这是由上层决定的。在20M带宽下, PHCIH最大有25组, 而PHCIH组中最大可以承载8个用户的ACK/NACK消息, 因此, 可以计算出200个用户。

2.3 测试参数配置

网络按照支持基于Vo LTE的IMS之Qo S要求配置Qo S参数, 并建立默认承载、信令承载和专用承载, 从而保证Vo LTE话音可以打通, 具体配置如表1所示。

2.4 测试步骤

在测试时, 具体的步骤是:1业务配置为高清23.85 kbps语音速率、静默因子为0.5, 使用上下行3DL:1UL时隙配比;2开启头压缩功能、CDRX功能, 并按照预置条件设置;3终端仿真仪表模拟200个UE在小区正常入网, 200个用户发起高清语音业务, 观察5 min后, 通过终端仿真仪表的log查看每个用户的平均端到端RTP时延是否小于100 ms、端到端RTP时延抖动是否小于40 ms、平均端到端残留丢包率是否不大于1%、高清语音MOS分是否大于3.5;4如果步骤3的200个用户中有部分用户的指标不满足要求, 则以10为步进减少终端数量, 直到所有入网打电话用户的UE都满足指标要求, 观察5 min后, 如果200个用户的指标都满足要求, 则转步骤5;5如果步骤3的200个用户指标满足要求, 则以10为步进增加终端数量, 直到有用户的指标不满足指标要求, 这时就要观察5 min。

2.5 测试结果分析

在实际语音质量评价中, MOS (Mean Opinion Score) 法最常见, 最后的测试结果参考表2作评判。

在终端模拟仪表上经过反复研究和测试, 最终得出带宽为20 MHz时, 宽带语音业务 (语音速率23.85 kbps) 接入成功200UE, 观察5 min后, 得到了大量的测试数据, 如图2所示。

从图2中可以看出, 真正打通电话的用户数为200个, 其平均MOS值为4.463.通过对终端模拟仪表的记录日志的总结得出, 在200UE中, 语音电话失败数为0, 丢包率均小于1%, RTP时延抖动均小于40 ms, 并且RTP平均时延全部小于100 ms。

3 结束语

Vo LTE是各大运营商基于LTE网络的语音业务演进的必然结果, 它不仅拥有传统Qo S保障机制和其语音特征, 还拥有新的语音特性, 高清语音、RCS/RCSe业务特性等。只有Vo LTE拥有非常好的服务质量和用户体验, 才能迎接OTT通信类软件的挑战。当然, 要想实现Vo LTE还需要考虑很多问题, 比如产业链投入成本或网络演进策略等。但是, 考虑到Vo LTE技术能够充分利用先进网络技术的优势, 并围绕相关内容提高用户的感知体验;再加上运营商自身的特点, 相信Vo LTE在未来一定能够被广泛应用。

参考文献

[1]张志林.3GPP LTE物理层和空中接口技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[2]郑侃, 赵惠, 王文博.3G长期演进技术与系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[3]沈嘉, 索士强, 全海洋.3GPP长期演进 (LTE) 技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社, 2008.

时分长期演进系统论文 篇4

1 TD-LTE系统介绍

TD-LTE是基于3GPP (第3代合作伙伴计划) 长期演进技术的一种通信技术与标准, 属于LTE的一个分支。作为国际主流4G标准之一, TD-LTE具有网速快、频谱利用率高、灵活性强的特点。TD-LTE制式具有灵活的带宽配比, 非常适合4G时代用户的上网浏览等非对称业务带来的数据井喷, 更能充分提高频谱的利用效率。

目前国际上3GPP共为TD-LTE定义了12个频段, 编号从33到44。国际上应用较为广泛的频段包括频段38、39、40、41、42和43, 见表1。

在我国, 目前已经划分给TDD (时分双工) 使用的频谱有:A频段 (band 34) 、F频段 (band 39) 、E频段 (band 40) 和D频段 (2 500~2 690 MHz) 。根据《工业和信息化部关于同意中国移动TD-LTE扩大规模试验使用频率的批复》 (工信部无函[2013]470号) , 中国移动4G网络可用频率包括F频段 (1880~1900MHz) 、D频段 (2575~2635MHz) 。为了满足竞争需求, 充分发挥4G技术优势, 4G网络单载波频率带宽为20MHz, 因此按照同频组网规划, F频段有1个可用频点, D频段有3个可用频点。

2 F频段和D频段组网优劣对比

2.1 传播特性

F频段相对D频段具有较好的传播特性, 覆盖能力更优。

F频段在传播特性上大大优于D频段。F频段处于TDD频谱的最低位置, 1.9 GHz的F频段无线信号传播性能优于2.6 GHz的D频段信号, 相对D频段低了近800 MHz。根据COST231-Hata模型, 当频率大于1 500 MHz时, 在密集城区的室外典型传播损耗为:

式中L为传播损耗, F为载频频率, Hb为基站天线高度, Hm为移动台天线高度, a (Hm) 为天线修正因子, D为基站和移动台之间的距离, C为地形校正因子。通过上式计算可以得出2.6 GHz信号的传播损耗比1.9 GHz大4.6 d B。因此, 在进行室外宏蜂窝连续覆盖时, F频段具有天然优势, 采用D频段要比F频段占用更多的站址资源, 建设更密集的基站。同时, 传播损耗的差异直接影响了两种频段组网的网络建设要求和覆盖性能。从网络建设要求角度分析, 由于传播特性带来的覆盖性能差异, 在单位面积内达到相同覆盖要求, 所需D频段基站数量是F频段基站数量的1.9倍。从覆盖性能角度分析, 参考典型TD-SCDMA (时分同步码分多址) 小区, 在相同覆盖范围下, F频段上下行速率明显高于D频段, 网络性能上优势明显。

2.2 频率干扰

D频段频谱干净, F频段周围干扰较多。

目前, 2.6 GHz的D频段频谱周围没有其他系统使用, 频率比较干净, 几乎不存在带外干扰。1.9 GHz的F频段频谱周边有PHS (个人无绳电话系统) (1 900~1 920 MHz) 和DCS (数字蜂窝系统) 1 800 (下行频段1 805~1 880 MHz) 带来严重阻塞干扰。另外, GSM (全球移动通信系统) 900 MHz的二次谐波也会对F频段带来频率干扰。后期工信部已明确通过调整已规划的2G和3G频率, 在1 800 MHz和2 100 MHz频段使用LTE-FDD系统, 到时也会对F频段有干扰, 影响正常业务。

F频段附近干扰源众多, 密集城区尤为严重, 从频率规划的角度来看, 应尽可能简单。另外, F频段干扰排查和优化成本也会变得较高, 这会给TD-LTE网络带来质量隐患[1]。单从干扰角度看, 在密集城区采用D频段要优于F频段。

2.3 网络部署

F频段升级部署快捷, 初期建设成本低。

由于现网TD-SCMDA基站不支持D频段, 需要新增D频段RRU (射频拉远单元) 及天线等, F频段TD-LTE平滑演进在改造工作量、工程难度、工程进度、资金投入方面明显优于D频段的建设。因此, TD-LTE网络部署初期F频段升级建设相对快速、部署方便、初期投资成本低, 大大节省站址资源。而这也正是D频段部署所需要面临的重要难题。D频段优势在于频谱宽, 后续扩容只需要软件升级即可, 综合长期的投资成本而言, D频段也是有优势的。

2.4 容量扩展

D频段有丰富的频谱, 扩展容易[1]。

TD-LTE系统的D频段扩展性强, 拥有190 MHz频谱资源, 容易实现载频扩容。而F频段目前仅有20 MHz频谱资源可用, 由于频谱资源有限, 无法在原有频段上进行第二载波的扩容。目前, F频段只能使用单频点组网, 在小区边缘重叠区域, 性能下降严重。后期随着TD-LTE网络发展, 势必需要采用新建D频段作为第二载波方式, 即采用F加D频段混合组网。结合中长期发展需要, 综合考虑未来的容量建设便捷性 (第二载波) , 在密集城区和一般城区上D频段具有较大优势。因此, 在网络建设初期建议大城市的密集城区和一般城区同步规划F频段和D频段, 考虑F加D混合组网的方式;在郊区和农村可以采用F频段新建或升级, 以满足基本的覆盖需求[1]。

2.5 产业链

D频段产业链优势明显。

截至2014年2月, 全球商用的TD-LTE网络已经开通28个, 大多数网络使用的频段都是国际通用的D频段。可以看出, 采用D频段能够更好地实现TD-LTE国际漫游, 以免重蹈TD-SCDMA时代国际漫游进不来出不去的困境。产业链中最重要的环节是手机终端。复杂的终端需要支持2G/3G4G (LTE) 多模和主流频谱, 采用全球统一的D频段可以推动i Phone、三星等主流智能手机的研发进程。若全球仅有中国唯一使用F频段开通TD-LTE网络, 则国外设备厂商将无法积极全力参与, 这也会使得中国TD-LTE产业链变得更加封闭, 无法把TD-LTE推向全球。

2.6 网络性能

F/D频段新建网络优化简单, F频段升级无法联合优化。

D频段在网络性能上的优势主要表现在以下方面:第一, D频段容易实现独立组网, 多载频扩容方便, 软件升级即可支持, 减少了网络的复杂度;第二, D频段资源丰富, 可以采用异频组网, 使得网络规划难度大大降低, 也降低了工程建设的难度;第三, D频段可以实现独立优化, 从而打造优异、高品质的LTE网络[1]。

如果采用F频段新建的方式, 同样也可以提升网络质量。但是, 如果采用F频段升级方式, 虽然可以在建网初期实现快速网络部署, 但是升级方案对于TD-SCDMA和TD-LTE两个系统无法同时达到性能最优, 无法展开独立网络优化。因此, 不建议以牺牲长期网络质量为代价, 综合考虑采用D频段新建或F频段新建方式更合适。

2.7 四网协同

F频段促进四网协同, 均衡发展。

如果说F频段的选择, 可令短期内节省投资, 那么长远来看, 也契合了四网协同策略。四网协同, 即2G、3G (TD-SCDMA) 、WLAN (无线局域网) 及4G (TD-LTE) 四张网的协同发展, 该理念主要基于均衡网络负载、引导流量分流、保障用户体验, 提升整体管道价值的网络运维考虑。由于在F频段TD-LTE与TD-SCDMA覆盖能力相当, 在TD-LTE建设的同时, 新增的TD-LTE站址资源就自然扩展了TD-SCDMA的覆盖。同样, 在TD-LTE发展初期, 由于覆盖不够, 用户可以回落到3G网络, 亦可正向拉动TD-SCDMA流量的提升。选择F频段显然更有利于形成TD-SCDMA和TD-LTE齐头并进的双赢局面。建设初期, TD-SCDMA网络可以成为TD-LTE网络的有力后盾, 而TD-LTE网络的初期覆盖不足也可反向促进TD-SCDMA网络的精品化建设。

3 采用F加D多频混合组网

TD-LTE的F频段尽管传播特性较好, 但资源相对少、干扰较大, 又要兼顾TD-SCDMA网络的发展。D频段尽管传播特性略差、投资高, 但其资源丰富, 有190 MHz带宽。鉴于F和D频段各自存在一定的优缺点, 单独选用任何一个频段都无法解决TD-LTE网络建设的各种问题。因此, 建议采用F加D多频段混合组网的方式, 即初期采用F频段快速建网做基础覆盖, 后续采用D频段做容量补充。在网络建设中不一定要先全部建完F频段基站后再建设D频段基站, 可以采取按需选择, 对有容量需求的区域可以同步建设D频段基站, 使F和D频段组网相辅相成, 提升TD-LTE网络综合服务能力。

4 小结

TD-LTE系统建设面临着频谱资源受限, 新旧网络并存, 多运营商并存的诸多问题, 灵活的进行F和D频段网络部署, 策略地分阶段、按不同侧重点来进行混合部署方可有效的化解这些难题。对于中国的TD-LTE系统, 只有建设成一张高质量、可持续发展的网络, 才能扭转TD-SCDMA系统在3G中的不利竞争局面, 对抗FDD-LTE的国际竞争, 推动TD-LTE在全球的发展。

参考文献