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TD—LTE關鍵技術和引入策略研究
【摘 要】文章以TD-LTE的業務背景為切入點，在介紹TD-LTE的關鍵技術的基礎上，對于在目前的TD-SCDMA網絡與2G網絡并存情況下，考慮TD-LTE的引入策略以期降低網絡建設成本，提升網絡利用效率，為LTE網絡建設提供參考。
【關鍵詞】TD-LTE 業務需求 引入策略
1 概述
在移動通信話音業務繼續保持發展的同時，對IP和高速數據業務的支持已經成為移動通信系統演進的方向。移動數據業務是推動目前移動通信技術發展的主要動力，TD-LTE作為準4G技術，以提高數據速率和頻譜利用率為中心目標，以OFDM為核心技術，采用扁平網絡結構，在20MHz信道寬度下使下行峰值速率提高到100Mbps。如何引入LTE網絡，成為運營商所關心的重點問題。
2 TD-LTE業務背景
3G網絡的規模化應用推動了移動數據業務的井噴式增長，移動數據業務收入已經成為運營商業務發展的重點。與此同時，移動數據業務的興起帶來了很多新應用和新市場，移動視頻、大容量文件傳輸、移動互聯網這些高帶寬業務導致3G網絡容量和業務承載的壓力大大增加。
目前用戶對移動業務的新需求有以下方面：
(1)移動互聯網業務發展的需求
已有的2G和3G網絡仍然是以話音通信為主，支持高速移動的網絡。隨著移動網和互聯網的融合加劇，大量的互聯網業務被移植到移動互聯網上，移動互聯網隨時隨地接入的方便性，使得人們越來越期望通過無線網絡獲得與固定互聯網同樣的速率和體驗，提高移動數據傳輸速率的需求更為迫切。
(2)視頻類業務需求
移動視頻業務是3G網絡的業務特征之一。根據預測，在未來的數據業務中，視頻類業務將占據網絡總流量的28%，成為第二大流量業務。由于視頻類業務對于帶寬需求較高，目前的3G網絡對于視頻業務的支持也有一定局限性，為了更好地支持以視頻作為表現形式的各種業務(如多路視頻同傳業務等)，需要進一步提升數據傳輸速率和網絡帶寬。
(3)交互性業務需求
在目前的各種移動增值業務中，交互性業務多以休閑娛樂類的業務為主導，傳輸速率的限制使得移動辦公等業務推廣較慢。隨著業務和網絡技術的發展，進一步提升網絡速率，才能更好地支持如大容量的文件傳輸、移動辦公、移動視頻會議以及在生活中的移動支付、導航、醫療等各種交互性業務的開展。
(4)物聯網發展
物聯網實現人與物、物與物的通信，支持信息化，讓信息成為經濟發展、社會改善的要素，被稱為信息社會的第三次大的變革。它將以互聯網為基礎，利用RFID技術、無線數據通信等技術，大量進行人與物、物與物之間的通信和信息聯絡也給網絡提出更大更高的需求，推動新一代寬帶無線接入技術的發展和普及。
由于各種新業務對于帶寬需求的不斷增長，推動了無線網絡的不斷演進和發展。無線寬帶接入技術的快速發展也帶來了市場的激烈競爭，為應對這些挑戰，3GPP R8推出以OFDM接入為核心技術，支持20MHz系統帶寬，扁平、高效網絡架構的LTE技術。
LTE系統的技術需求目標包括：更高的數據傳輸速率和頻譜利用效率;提升小區邊緣數據傳輸速率;無線接入網絡延時低于10ms;支持可變帶寬;支持異系統的協同工作;增強的MBMS;降低CAPEX和OPEX的成本;降低從R6 UTRA空口和網絡架構演進的成本;系統和終端具有合理的復雜性、成本和功耗;支持增強的IMS和核心網;盡可能保證后向兼容，當與系統性能或容量的提高矛盾時可以考慮適當折衷;有效地支持多種業務類型，特別是分組域業務(如VoIP等);系統應能為低移動速度終端提供最優服務，同時也應支持高移動速度終端;系統能工作在對稱和非對稱頻段;應支持多運營商的鄰頻共存。
3 TD-LTE關鍵技術
LTE系統同時定義了頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)兩種方式。LTE TDD技術統一了最初提出的兩種幀結構，以TD-SCDMA幀結構為基礎，為TD-SCDMA成功演進到LTE以及4G標準奠定了基礎。因此統一后所稱為的TD-LTE受到了廣泛重視，其產業化進程在運營商的大力支持下也得到了顯著發展。
(1)物理層技術
TD-LTE下行采用了OFDM技術，當信號帶寬小于信道的相關帶寬時，信號通過信道后各頻率分量變化一致，經歷平坦衰落，OFDM在頻域內將給定信道分成多個窄的正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，且各子載波并行傳輸。OFDM還可以在不同的子信道上自適應地分配傳輸負荷，對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。由于各個子信道的峰值正好位于其他子載波的頻譜零點處，來自其他子信道的干擾為零以及載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，動態信道分配，也提高了頻譜利用率。TD-LTE上行考慮手持終端的耗電問題，采用SC-FDMA技術，使用多個不同的正交子載波，這些子載波在傳輸中以串行方式進行，在傳輸過程中才降低了信號波形幅度大的波動，避免帶外輻射，降低了PAPR(峰均比)。
(2)MIMO技術
MIMO在發射端和接收端分別使用多個發射天線及接收天線，信號通過發射端和接收端的多個天線傳送及接收，提供不同的傳輸能力以及空間復用的增益。同時，多天線的波束賦型能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內的信號，這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。LTE的基本MIMO技術下行為2×2、上行為1×2天線陣列。
(3)扁平化網絡結構
為了簡化網絡和減小延遲，實現低時延、低復雜度和低成本的要求，根據網絡結構“扁平化”、“分散化”的發展趨勢，改變傳統的3GPP接入網UTRAN的Node B和RNC兩層結構，將上層ARQ、無線資源控制和小區無線資源管理功能在Node B完成，形成“扁平”的E-UTRAN結構，接入網由演進型Node B(eNB)和接入網關(aGW)構成;LTE的eNB除了具有原來Node B的功能外，還承擔原來RNC的大部分功能，包括物理層(包括HARQ)、MAC層(包括ARQ)、RRC、調度、無線接入許可、無線承載控制、接入移動性管理和inter-cell RRM等。
E-UTRAN結構示意圖如圖1所示：
(4)無線資源管理
下行放棄采用宏分集技術;采用小區干擾抑制技術提高邊緣數據率和系統容量;考慮系統內切換和不同頻率、不同系統之間的切換。
4 TD-LTE引入策略
隨著TD-LTE產業化的發展，TD-LTE網絡的部署越來越近，對于已有2G和TD-SCDMA的中國移動來說，如何保護已有投資，順應市場需求，有計劃、有步驟地引入LTE網絡是需要考慮的關鍵問題。
根據LTE產業化進程時間表，2010年下半年開始策劃規模實驗，2012年實現規模商用，目前中國移動已經過四期的TD網絡建設，TD網絡在LTE規模商用時已經達成一定的規模，因此LTE網絡必然是在TD-SCDMA網絡上演進而來。從標準演進路線來看，有以下兩條途徑：
途徑一：TD-SCDMA網絡直接演進為LTE網絡;
途徑二：目前的TD網絡演進到HSPA+后直接升級到LTE。
而在實際的標準實現路徑來看，途徑一的標準制定比較順利，廠家的支持程度較好，但是由于LTE在物理層及網絡結構方面都有較大的更改，演進不夠平滑，對于原來3G網絡的投資保護性差;途徑二由于實際上HSPA+的標準制定以及產業化程度落后于LTE，HSPA+是否引入存在不確定性，該途徑基本上不可能實現。因此，雖然LTE的引入對于原有TD網絡的利用性較差，但是目前LTE的引入只考慮從TD網絡直接演進為LTE網絡。
在2G/3G長期并存的狀態下，LTE的網絡定位主要是高速率數據業務的補充：2G/3G網絡主要支持語音業務及低速數據業務;TD-LTE網絡保證海量的數據傳輸作為數據業務的重要補充手段。在這樣的網絡定位下，LTE網絡建設各階段的引入策略如下：
(1)網絡建設初期
在數據熱點區域建設LTE網絡有兩種建設方式：方式一為直接更換原有TD網絡設備，2G與LTE網絡覆蓋;方式二為重新疊加一個LTE網絡。這兩種方式LTE作為2G或者2G/3G業務的補充覆蓋，起到分流的作用;同時，對于室內等有高速率數據要求的區域進行LTE的重點覆蓋，解決高速率數據業務的需求。
(2)網絡建設中期
逐步推進LTE網絡建設，在數據熱點及部分有需求的城區進行LTE建設，為城市區域提供LTE網絡，解決高速率數據業務需求，或者為LTE與2G共存，或者為LTE與2G/3G共存，其共存的區域針對不同的業務需求混合組網，重疊覆蓋。
(3)網絡建設后期
根據數據業務的發展情況，有重點、有步驟地逐步擴大LTE網絡的覆蓋。在數據熱點區域，LTE單獨組網;在其他區域，3G網絡對話音業務及低速數據業務提供支持，高速數據業務有LTE網絡承載。
5 結束語
作為準4G技術，TD-LTE以高速率大容量的數據傳輸為重要目的，關鍵技術和網絡結構都有較大的改變。在與2G/3G將在一定時期內長期共存的情況下，針對不同的定位和業務需求混合組網是較為合理的策略，有利于用LTE補充2G/3G網絡在高速率數據業務上的不足。隨著標準制定進程和產業成熟度的發展，以及TD網絡的進一步成熟，LTE網絡的實際引入策略上可以進一步細化。
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