TD—LTE无线网络优化技术研究

摘要：无线通信技术的快速发展彻底改变了人与人之间的沟通方式，有效提高了社会协作办公的效率，加快了社会现代化的进程。然而传统无线通信技术所支持的业务带宽、传输时延等依然不能继续满足人们对于高速率、高安全保障的需求，无线通信技术的变革依然迫在眉睫。该论文立足于日新月异的无线通信技术领域，结合当前3GPP演进技术的发展现状，进一步探讨了适用于无线通信的TD-LTE标准的网络优化方案。

关键词：无线通信；TD-LTE；优化；虚拟化

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）02-0268-03

随着现代社会经济的不断发展，科学技术水平不断提高，无线通信技术的发展也不例外。自无线电通信技术问世以来，通信技术领域每一次概念和技术的提出都为人类社会的发展做出了巨大的贡献。从基于蜂窝概念和模拟制式的第一代移动通信系统的产生，到数字传输方式与以时分复用接入（Time Division Multiple Access，TDMA）为标志的第二代移动通信技术的大力发展，乃至以码分复用多址接入技术（Code Division Multiple Access， CDMA）与多媒体技术为支撑的第三代移动通信系统以及当前炙手可热的第四代移动通信，无线通信领域的飞速发展依然彻底改变了我们的生活和工作方式。

1 无线通信系统发展概况

无线通信作为当前发展最快的通信技术之一，每一次概念与技术层面的突破，有效推动通信领域发展的同时更加速了现代社会信息化的步伐。

无线通信系统的发展先后经历了以全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication，GSM）和CDMA One为代表的2G（Generation）系统、以基于CDMA空中接口技术的3G系统，并将迎来以正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）为空中接口技术的准4G系统。

最初的2G系统采用的GSM标准由欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）制定，采用基于频分复用（Frequency Division Duplexing，FDD）和TDMA技术的空中接口，占用900MHz、1800MHz与1900MHz频段，可支持9.6kbps的数据传输速率完成语音和短信等基本服务。在此基础上，2.5G系统——GPRS（General Pocket Radio Service）采用通用分组通信技术，数据传输过程不再占用固定的无线信道，从而更加合理地分配信道资源，可支持54kbps-114kbps的传输速率。为了满足人们对数据传输速率与多种业务传输的要求，继2.5G移动通信系统之后又出现了EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution），该系统能够与宽带码分多址接入（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）系统兼容，采用多时隙操作，进一步将数据传输速率提高到384kbps。

3G系统——通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunication System，UMTS）采用WCDMA和时分同步码分多址接入（Time Division – Synchronization Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）、智能天线、联合检测等技术，进一步提高了无线网络通信的数据传输速率和安全性能。在3G系统的基础上，HSPA-High Speed Pocket Access，即HSDPA（High Speed Downlink Pocket Access）与HSUPA（High Speed Uplink Pocket Access）的提出是无线通信领域的又一大突破。该系统通过采用下行信道高速共享技术将下行传输速率提高到14.4Mbps；上行引入新的物理信道，采用分组调度功能、多码传输及混合自动重传等关键技术，有效提高了上行业务的承载能力。LTE（Long Term Evolution）是3GPP发起的长期演进计划，可支持FDD和时分复用（Time Division Duplexing，TDD）两种双工方式，采用扁平化IP网络架构与OFDM空中接口技术，上下行数据传输峰值速率可分别达到50Mbps和100Mbps。

未来的4G系统——LTE-Advanced是对LTE做出的演进，完全兼容LTE系统，支持100MHz带宽的同时进一步将上下行传输速率提高到500Mbps和1Gbps。

2 TD-LTE基本原理

TD-LTE（Time Division – Long Term Evolution）是TD-SCDMA长期演进系统的产物，采用OFDMA空中接口技术，有效提高了无线通信系统的上下行数据传输速率和频谱利用率，降低了系统传输的时延，同时支持语音、视频、在线网络游戏、高清视频点播等多功能业务。目前，TD-LTE以其突出的优势受到越来越多的电信运营商和设备制造商的支持和青睐。TD-LTE系统的基本原理如图1所示。该系统并未沿用UTRAN中的RNC-Node B结构，而是采用全新的功能更加完全的基站e-Node B结构，这些节点之间通过IP进行传输，并在逻辑层面上通过X2接口互相连接成为Mesh型网络结构，用于支持UE在整个网络内的移动性，从而保证接入TD-LTE移动通信系统的用户在使用网络的过程中能够平滑无缝地进行切换。基站e-Node B与接入网关（Access Gate Way，aGW）之间通过S1接口进行连接，该连接方式也采用了Mesh或者部分Mesh型的连接方式，一个基站e-Node B可以与多个接入网关进行互连。TD-LTE系统中的e-Node B具有对空中接口的用户平面和控制平面进行管理和控制的功能，aGW承载了对使用该系统用户的数据进行分组和汇聚的功能以及包括心灵状态管理在内的部分核心网功能。

3 TD-LTE无线网络目前存在的弊端

虽然TD-LTE无线网络系统在充分兼容TD-SCDMA无线通信系统的同时，有效提高了上下行数据传输速率，降低了无线传输的时延，改善了所占用频带的利用率，但是TD-LTE无线网络系统依然存在多网络共存进而产生相互干扰的弊端。随着科学技术的日新月异，各大设备商提供了多种多样的无线网络接入终端，这种终端在高速移动的情况下，会出现于基站频繁交换信令、切换信道的现象，如何实现这种情况下终端接入无线网络的平滑转换，是TD-LTE无线网络系统不可规避的问题。

4 TD-LTE无线网络的优化方案

针对上述高速移动终端频繁切换进而影响TD-LTE无线网络系统综合性能的弊端，该文提出了基于虚拟化技术对TD-LTE无线网络系统核心网进行优化的方案。

4.1 优化方案基本原理

虚拟化技术是指利用目前炙手可热的云平台对物理资源从逻辑角度而非物理角度进行重新配置的方法。基于虚拟化技术的TD-LTE无线网络优化方案是指通过逻辑划分将无线网络切换、多制式相互干扰产生的问题等交给额外配置的服务器来实现，从而降低了TD-LTE无线网络系统本身处理这些冗余的负担。如图2所示，我们采用OS6850作为虚拟机对TD-LTE无线网络系统中产生的额外负担进行接收、存储、处理和反馈，以实现优化TD-LTE无线网络系统性能的目的。

4.2 优化方案的测试结果

4.3 优化方案的优缺点

通过对上述基于虚拟化技术的TD-LTE无线网络优化方案的研究，并采用OS6850作为虚拟机完成系统不稳定情况下的测试工作，我们可以看出该优化方案能够在无线网络系统不稳定，系统中接入终端频繁切换小区的情况下，有效保证系统的稳定性，降低系统中接入终端传输和接收数据的时延，提高系统的资源利用率。但是这种优化方案需要较为昂贵的服务器作为无线网络系统的支撑，这是其不可避免的缺点。

5 结束语

无线通信技术的快速发展作为当今科学技术不可小觑的一个分支，已经成为当前衡量一个一个国家科技发展水平的重要标志。TD-LTE无线网络系统作为当前发展最快的无线通信技术之一已经得到了广泛的应用，但是，在网络系统不稳定情况下无线系统综合性能会急速恶化，进而直接影响到用户的直接体验。该文基于虚拟化技术的基本原理和应用原则，提出了对TD-LTE无线网络系统的优化措施，并搭建网络平台验证了该优化方案的有效性，为TD-LTE无线网络系统的进一步发展指明了方向。

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