TD—LTE关键技术和引入策略研究

【摘 要】文章以TD-LTE的业务背景为切入点，在介绍TD-LTE的关键技术的基础上，对于在目前的TD-SCDMA网络与2G网络并存情况下，考虑TD-LTE的引入策略以期降低网络建设成本，提升网络利用效率，为LTE网络建设提供参考。

【关键词】TD-LTE 业务需求 引入策略

1 概述

在移动通信话音业务继续保持发展的同时，对IP和高速数据业务的支持已经成为移动通信系统演进的方向。移动数据业务是推动目前移动通信技术发展的主要动力，TD-LTE作为准4G技术，以提高数据速率和频谱利用率为中心目标，以OFDM为核心技术，采用扁平网络结构，在20MHz信道宽度下使下行峰值速率提高到100Mbps。如何引入LTE网络，成为运营商所关心的重点问题。

2 TD-LTE业务背景

3G网络的规模化应用推动了移动数据业务的井喷式增长，移动数据业务收入已经成为运营商业务发展的重点。与此同时，移动数据业务的兴起带来了很多新应用和新市场，移动视频、大容量文件传输、移动互联网这些高带宽业务导致3G网络容量和业务承载的压力大大增加。

目前用户对移动业务的新需求有以下方面：

（1）移动互联网业务发展的需求

已有的2G和3G网络仍然是以话音通信为主，支持高速移动的网络。随着移动网和互联网的融合加剧，大量的互联网业务被移植到移动互联网上，移动互联网随时随地接入的方便性，使得人们越来越期望通过无线网络获得与固定互联网同样的速率和体验，提高移动数据传输速率的需求更为迫切。

（2）视频类业务需求

移动视频业务是3G网络的业务特征之一。根据预测，在未来的数据业务中，视频类业务将占据网络总流量的28%，成为第二大流量业务。由于视频类业务对于带宽需求较高，目前的3G网络对于视频业务的支持也有一定局限性，为了更好地支持以视频作为表现形式的各种业务（如多路视频同传业务等），需要进一步提升数据传输速率和网络带宽。

（3）交互性业务需求

在目前的各种移动增值业务中，交互性业务多以休闲娱乐类的业务为主导，传输速率的限制使得移动办公等业务推广较慢。随着业务和网络技术的发展，进一步提升网络速率，才能更好地支持如大容量的文件传输、移动办公、移动视频会议以及在生活中的移动支付、导航、医疗等各种交互性业务的开展。

（4）物联网发展

物联网实现人与物、物与物的通信，支持信息化，让信息成为经济发展、社会改善的要素，被称为信息社会的第三次大的变革。它将以互联网为基础，利用RFID技术、无线数据通信等技术，大量进行人与物、物与物之间的通信和信息联络也给网络提出更大更高的需求，推动新一代宽带无线接入技术的发展和普及。

由于各种新业务对于带宽需求的不断增长，推动了无线网络的不断演进和发展。无线宽带接入技术的快速发展也带来了市场的激烈竞争，为应对这些挑战，3GPP R8推出以OFDM接入为核心技术，支持20MHz系统带宽，扁平、高效网络架构的LTE技术。

LTE系统的技术需求目标包括：更高的数据传输速率和频谱利用效率；提升小区边缘数据传输速率；无线接入网络延时低于10ms；支持可变带宽；支持异系统的协同工作；增强的MBMS；降低CAPEX和OPEX的成本；降低从R6 UTRA空口和网络架构演进的成本；系统和终端具有合理的复杂性、成本和功耗；支持增强的IMS和核心网；尽可能保证后向兼容，当与系统性能或容量的提高矛盾时可以考虑适当折衷；有效地支持多种业务类型，特别是分组域业务（如VoIP等）；系统应能为低移动速度终端提供最优服务，同时也应支持高移动速度终端；系统能工作在对称和非对称频段；应支持多运营商的邻频共存。

3 TD-LTE关键技术

LTE系统同时定义了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。LTE TDD技术统一了最初提出的两种帧结构，以TD-SCDMA帧结构为基础，为TD-SCDMA成功演进到LTE以及4G标准奠定了基础。因此统一后所称为的TD-LTE受到了广泛重视，其产业化进程在运营商的大力支持下也得到了显著发展。

（1）物理层技术

TD-LTE下行采用了OFDM技术，当信号带宽小于信道的相关带宽时，信号通过信道后各频率分量变化一致，经历平坦衰落，OFDM在频域内将给定信道分成多个窄的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，且各子载波并行传输。OFDM还可以在不同的子信道上自适应地分配传输负荷，对抗频率选择性衰落或窄带干扰。由于各个子信道的峰值正好位于其他子载波的频谱零点处，来自其他子信道的干扰为零以及载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，动态信道分配，也提高了频谱利用率。TD-LTE上行考虑手持终端的耗电问题，采用SC-FDMA技术，使用多个不同的正交子载波，这些子载波在传输中以串行方式进行，在传输过程中才降低了信号波形幅度大的波动，避免带外辐射，降低了PAPR（峰均比）。

（2）MIMO技术

MIMO在发射端和接收端分别使用多个发射天线及接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送及接收，提供不同的传输能力以及空间复用的增益。同时，多天线的波束赋型能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。LTE的基本MIMO技术下行为2×2、上行为1×2天线阵列。

（3）扁平化网络结构

为了简化网络和减小延迟，实现低时延、低复杂度和低成本的要求，根据网络结构“扁平化”、“分散化”的发展趋势，改变传统的3GPP接入网UTRAN的Node B和RNC两层结构，将上层ARQ、无线资源控制和小区无线资源管理功能在Node B完成，形成“扁平”的E-UTRAN结构，接入网由演进型Node B（eNB）和接入网关（aGW）构成；LTE的eNB除了具有原来Node B的功能外，还承担原来RNC的大部分功能，包括物理层（包括HARQ）、MAC层（包括ARQ）、RRC、调度、无线接入许可、无线承载控制、接入移动性管理和inter-cell RRM等。

E-UTRAN结构示意图如图1所示：

（4）无线资源管理

下行放弃采用宏分集技术；采用小区干扰抑制技术提高边缘数据率和系统容量；考虑系统内切换和不同频率、不同系统之间的切换。

4 TD-LTE引入策略

随着TD-LTE产业化的发展，TD-LTE网络的部署越来越近，对于已有2G和TD-SCDMA的中国移动来说，如何保护已有投资，顺应市场需求，有计划、有步骤地引入LTE网络是需要考虑的关键问题。

根据LTE产业化进程时间表，2010年下半年开始策划规模实验，2012年实现规模商用，目前中国移动已经过四期的TD网络建设，TD网络在LTE规模商用时已经达成一定的规模，因此LTE网络必然是在TD-SCDMA网络上演进而来。从标准演进路线来看，有以下两条途径：

途径一：TD-SCDMA网络直接演进为LTE网络；

途径二：目前的TD网络演进到HSPA+后直接升级到LTE。

而在实际的标准实现路径来看，途径一的标准制定比较顺利，厂家的支持程度较好，但是由于LTE在物理层及网络结构方面都有较大的更改，演进不够平滑，对于原来3G网络的投资保护性差；途径二由于实际上HSPA+的标准制定以及产业化程度落后于LTE，HSPA+是否引入存在不确定性，该途径基本上不可能实现。因此，虽然LTE的引入对于原有TD网络的利用性较差，但是目前LTE的引入只考虑从TD网络直接演进为LTE网络。

在2G/3G长期并存的状态下，LTE的网络定位主要是高速率数据业务的补充：2G/3G网络主要支持语音业务及低速数据业务；TD-LTE网络保证海量的数据传输作为数据业务的重要补充手段。在这样的网络定位下，LTE网络建设各阶段的引入策略如下：

（1）网络建设初期

在数据热点区域建设LTE网络有两种建设方式：方式一为直接更换原有TD网络设备，2G与LTE网络覆盖；方式二为重新叠加一个LTE网络。这两种方式LTE作为2G或者2G/3G业务的补充覆盖，起到分流的作用；同时，对于室内等有高速率数据要求的区域进行LTE的重点覆盖，解决高速率数据业务的需求。

（2）网络建设中期

逐步推进LTE网络建设，在数据热点及部分有需求的城区进行LTE建设，为城市区域提供LTE网络，解决高速率数据业务需求，或者为LTE与2G共存，或者为LTE与2G/3G共存，其共存的区域针对不同的业务需求混合组网，重叠覆盖。

（3）网络建设后期

根据数据业务的发展情况，有重点、有步骤地逐步扩大LTE网络的覆盖。在数据热点区域，LTE单独组网；在其他区域，3G网络对话音业务及低速数据业务提供支持，高速数据业务有LTE网络承载。

5 结束语

作为准4G技术，TD-LTE以高速率大容量的数据传输为重要目的，关键技术和网络结构都有较大的改变。在与2G/3G将在一定时期内长期共存的情况下，针对不同的定位和业务需求混合组网是较为合理的策略，有利于用LTE补充2G/3G网络在高速率数据业务上的不足。随着标准制定进程和产业成熟度的发展，以及TD网络的进一步成熟，LTE网络的实际引入策略上可以进一步细化。

参考文献：

[1] 沈嘉. LTE的技术创新与挑战[J]. 电子技术应用， 2009（6）： 7-9.

[2] 郑有强，徐兆吉. TD-LTE业务承载能力及应用分析[J]. 移动通信， 2010（5）： 54-57.

[3] 杨鹏，李波. LTE的关键技术及其标准演进[J]. 电信网技术， 2009（1）.

[4] 陈昌川，廖晓锋，赵川斌. TD-LTE无线接入网介绍[J]. 通信技术， 2009（3）： 103-105.

[5] 胡恒杰，朱强，孟繁丽，等. TD-LTE组网策略研究[J]. 移动通信， 2010（5）： 49-53.

[6] 胡恒杰，梁璟，朱强，等. TD-LTE网络的引入策略研究[J]. 移动通信， 2010（3）.

[7] 沈嘉，索士强，全海洋，等. 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.