TD―LTE无线新型设备及产品发展趋势

摘 要：文章重点阐述了当前TD-LTE无线设备的发展态势，涵盖了各类硬件和软件发展的基本情况，旨在对4G的工程建设与优化规划提供一定的指导意义。

关键词：TD-LTE无线基站设备；3D-MIMO；FD互助

前言

TD-LTE 4G无线网络工程从商用建设到今天已经历四年多，网络规模布局基本形成，覆盖面广、用户发展稳定。当前的建设重点正集中在以下三点：一是城区深度覆盖的提升；二是加强热点区域的容量扩容；三是积极提升用户在速率和时延方面的体验。上述网络建设重点一方面可以从规划、设计、优化等多角度着手改善，另一方面，能适应这种发展需要的无线设备的研发商用也急需先行。同时，配合着承载各类软件功能的开发，硬件设备也应步步紧跟部署。

当前TD-LTE主流无线基站设备，均为BBU+RRU的主远端分离形式，并以F/D频段八通道设备和E频段两通道设备为主要建网设备。此外，各设备商也提供F/D频段的两通道设备、一体化微基站、微RRU、皮基站、天线RRU一体化设备和relay基站设备。今年，随着网络建设对深度覆盖、局部补点覆盖的需求增高，适应这种场景的小基站、微基站设备的需求有较大提高，且对设备的形态、适用场景提出了更多样化的要求。同时，一些特殊覆盖场景对无线设备软硬件也提出了更多特殊化的需求，业界针对特殊场景设备软硬件应用的研发力度也在逐步加大。

1 TD-LTE无线设备发展的新形态与新方案

1.1 面向深度覆盖的改善与提升

为更好地提高用户体验、优化网络，当前各本地网络均面临深度覆盖问题。对照TD-LTE 4G网络与GSM 2G网络的室内外MR覆盖率，普遍全国城区都存在约8个百分点的覆盖差距。如果我们以50米的栅格地图来统计现网弱覆盖点就会发现，低于4栅格的弱覆盖区，也就是200米范围以内的弱覆盖点，占比非常之大，且比较分散。一般这种情况，网络不会以增补新站址方式来解决这类问题。那么除了通过有效的网优手段、优化的多层立体组网方案等方式进行调整解决外，通过新设备、新技术的研发来解决补齐是一个有效手段。

FD射频互助即为当前基站设备所能提供的一个有效解决办法。其具体形态指在D频段的RRU内置F频段的接受模块，进而通过增加F频段8路接收，来实现8T16R。通过实验验证，FD互助可以有效地解决3db的上行增益。网络目前最大的商用实际案例为，在某省会城市进行了4800个8T16R站点的连片建设，对改善网络深度覆盖、补点补盲均带来较大改善。但同时我们必须看到，8T16R RRU设备的单个购买硬件成本要高于同等水平的8T8R RRU设备约12%，并且，开通FD互助还会增加对基带侧的处理资源要求，因此硬件需要额外配置基带板等硬件，这样会带来整个一个基站的硬件成本，提高约17%左右。而换来有效输出为3db的上行增益。这种成本代价与性能获得的衡量，还需要网络在建设投入与产出上均衡评估。

同时FD射频互助设备也有自己的建设局限性，即首先站址必须同时具有F和D频段设备，并且F和D频段的帧头位置需要对齐，因此要在网络建设时应充分考虑运营商之间以及对邻站的干扰影响。FD射频互助在去年由主流厂商首先提出，并在去年开始商用，取得一定效果，今年其他厂商也开始有同类产品陆续推出。

对于急待改善的深度覆盖场景，运营商可供选择的另一种快速解决方案即为增设小基站、微RRU设备。目前可供选择的微基站设备以D频段为主，也辅以F频段和E频段产品。以D频段为例，一般微RRU两通道设备的硬件价格会是宏基站两通道设备的价格的50%-70%左右，是宏基站八通道RRU设备的30%～45%左右。

微小基站设备建站既有快速性，又对选址和配套要求低，可以有效缓解深度覆盖问题。因此从去年上期工程以后，在宏基站设备基本比较成熟的情况下，业界都在着力改进推出小基站，如FAD多频段产品、内置天线、一体化集成美化产品、更微型设备等等，以满足不同覆盖场景和配套安装需要。从上期建设来看，小基站的供货占比有较大攀升，可见随着网络发展，对设备的种类需求也在变化。

目前，网络建设所使用的小基站全部为2T2R的设备，今年开始有设备厂商提出并进行研发4T4R的小基站产品，这种产品的出现改变了当前业界小基站全部为2T2R设备的态势，但对其的适用场景、终端支持情况、成本投入产出价格以及建设方式还有待进一步实践检验。

在微小基站的组网方案上，继传统的E频段室内分布基站，业界今年开始推出室外型D频段的分布式基站建网方式，通过路由器的设置，使一个基带BBU资源可以连接多个微RRU进行室外覆盖，并在需要时可以将2G网络等其他制式的网络资源整合在一起，通过射频端发送信号进行同步覆盖。总体上，当前微小基站设备的发展研发上，提升功率、减小体积、优化美化各种安装方式、整合多频段多制式是普遍的发展方向。

上面描述了基于设备形态的推新来解决覆盖问题，除了从新设备领域来提出解决方式，新的设计组网方案、一些基于软件算法的新技术研究也是必要解决的方式。

近年被提出的4G设备CRAN组网方案一直处于局部商用阶段。CRAN建设方案的提出起初最大的优势是可以降低运营商TCO，显著降低新站址获取难度，缓解基站配套建设在选址、铁塔以及传输资源方面的压力。随着该方案的研发推进，BBU的集中部署除了缓解配套建设压力之外，还可以通过高速交换设备，在基站间进行快速数据调度和干扰协同，实现基于CRAN的站间协同方案、站间CA、8R UL CoMP等，旨在消除站间干扰、提升性能进而改善用户体验。这种集中式部署的CRAN方案在现网还处于实验阶段，其网络运行效果以及在额外的高速交换设备硬件（其造价每10个BBU配置的交换硬件约等同于一个三扇区基站的硬件价格）上的成本投入，使其建设部署方式都有待进一步检验。

软件算法的运行基础需要硬件的承载，因此业界对硬件平台芯片处理速度的要求逐年攀升，这也是各设备商逐年、逐期的推出新基带板、新主控板的动因。其核心机制即为更新一代、更高运算处理能力的芯片，这不仅仅会带来基础的处理能力，比如小区数、通道数、接口速率等基础处理能力的抬升，而更多的是为在新的硬件平台上，可以开发运行更多的复杂算法来改善网络覆盖和性能、具备下一代演进能力提供了空间。

面对当前的网络需求，新的基带硬件设备的研发主要集中于提升上行接收能力、增强IR接口的传输速率、为3D-MIMO部署打下基础、更强的信令处理能力、向5G网络基础演进等方面。预计今年主流设备商均会有新的基带或主控板陆续推出。而对于运营商需要重视的是，对基带硬件板卡的能力评估也不应仅停留于对其基本标称处理指标的检验和考核，其芯片运行速度、支持复杂算法的能力、未来演进空间等都是需要考量的重点问题。

在更强大的新一代的硬件处理平台上，各类软件算法陆续的被提出和研究，如Turbo Receiver 重构译码信号算法（弱覆盖场景下，提升信道估计和链路解调能力，提升边缘用户的调度解调性能）、UL ICS联合调度（通过站间X1接口的调度，对边缘用户进行簇内多小区联合时频资源分配，控制深度覆盖用户上行噪声干扰，改善小区的上行覆盖）、UL IOT功率控制（通过小区检测，调整用户发射功率，降低系统上行干扰）等等，旨在改善上行增益、控制干扰进行站间协调、调整控制功率。

1.2 面向容量需求的提升

在容量解决方案里，当前比较可能纳入规模建网的即为3D-MIMO技术的实现。业界在今年工程上批量供货出可商用、可量产的产品也很可行。新的64T64R设备无论从安装难度和技术角度都决定了，其会以RRU集成天线的一体化形式出现，其普遍物理形态在体积与重量上，与当前的8T8R设备（RRU设备+智能天线）的尺寸相当或者略低，这也是其可规模商用安装使用的前提。

现网实验证明，3D-MIMO技术确实可以较大幅地提升容量改善覆盖。这里主要评估一下该设备规模建设一个不容忽视的问题即成本问题。虽然尚未定价，但其单个成本高于目前宏基站8T8R RRU设备四倍左右是可初步预估到的，同时3D-MIMO站开通带来的成本上升还不仅仅在于每个RRU硬件本身，其BBU侧也须具备专用的基带板，或者是配置更多倍的基带处理资源。目前网上的运行基带板基本不能支持3D-MIMO的运行或者是配置数量不够，专用基带板需具备更强的处理能力，更快的IR接口速率，以及配置更高速率的光模块（至少40G）。BBU侧还需配置支持3D-MIMO这么大量信息交互的主控板，以及S1接口。同时3D-MIMO技术的软件成本也应该计算在一个基本的单站建设之内。由此，有关方面进行了一个TCO的估算，较保守结论是五年运营成本抬升35%，如果结合上容量增益，那么每比特成本相对8T是明显下降的。但可以肯定的是其当期直接建站成本将比较高昂。另外在3D-MIMO站点的部署规划中，是否连片部署，还是单个补点替换，也都是需要考虑的问题。

同时，4G设备发展演进在容量提升这一领域，业界也在为A频段、Band41扩展频谱的可能使用做着积极的规划部署。

1.3 面向用户速率的提升

4G网络提高上下行速率，才能保证在竞争中的用户体验。设备商当前在用户速率提升上的规划和研发主要集中在软件算法的提升。

（1）UDC技术：UDC技术需要设备商与芯片厂商共同合作，在手机和网络侧预留并维护相同的数据存储器，标识空口传输信息的指针位置。对于重复发送的字节，可以在空口只发送指针，基站和UE自动识别和填充，减少空口资源占用。在发送指针信息后，网络侧检索如果信息存储存在即直接解码，无需空口传送。目前终端基本支持。

（2）UL SU-MIMO技术：该技术终端侧上行双发，实现上行发射分集、上行双流复用。目前网络侧可以具备能力，没有问题，但还受限于手机不支持。

（3）下行3CCCA+256QAM：E/F/D频段内/间三个载波聚合，来获得峰值性能提升，采用更高效调制编码，提升下行频谱效率。截止目前主流终端均已经支持。

其他当前热门的软件技术还有上下行跨BBU CA、大气波导干扰检测及消除、宏微CA、下行TM9 4*4MIMO技术、小包优化技术等等，文章这里不再一一详述。

2 结束语

目前无线设备的产品形态与研发还主要集中在改善4G网络工程急待解决的问题，提高核心元器件的处理能力。从远期的发展看，主流设备商都纷纷将产品演进路线定位在向云无线接入网发展，clound RAN的定义，将BBU的产品线研发路标逐步明确在最终实现基于大规模云计算的网络架构。虽然业界目前各家的演进路线不同，算法不同，但最终目标均会是实现面向4G/4G+和5G的跨制式、跨频段、跨层的RAN统一架构。