TD—LTE多系统融合策略研究

【摘要】面临数据业务需求的迅猛增长，LTE系统由于扁平化的网络结构和关键技术大大改善了网络性能，使其能够承载高速率高带宽的移动数据业务。根据中国移动目前的网络现状，在相当长的一段时间内，TD-LTE必将与其他异系统共存，针对这一问题，在简单引入TD-LTE引入策略的基础上，从网络架构、网络建设以及网络业务支撑三方面提出了基于TD-LTE的多系统融合策略。

【关键词】TD-LTE 多系统融合策略

中图分类号：TN929.53文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-14-

1 引言

随着大数据时代数据业务需求的迅猛增长，用户对于移动数据传输速率、时延等要求越来越高。原来制定的3G系统已经不能满足需求，3GPP启动的LTE项目采用高带宽、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）调制、MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put，多输入多输出）等关键技术，革命性地改变了原来的三层网络结构，采用扁平化的网络结构，这些变革使得LTE系统可以实现在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的目标，并且在边缘性能、容量支持和系统延时等方面都有了较大的改善。

中国主导的TD-LTE目前已经成为LTE TDD的主流技术，而且其在技术上可以作为TD-SCDMA的平滑演进过程，保证了TD-SCDMA后续发展的生命力。因此，TD-LTE被中国移动定位为无线蜂窝网络的未来，主要承载高带宽高质量的无线宽带业务。中国移动作为世界第一大移动通信运营商，目前的2G和3G网络都已经形成了很大的规模，配套设施完善，在广覆盖和深度覆盖方面都已经达到了相当高的水平，可以预见在相当长的一段时间内，TD-LTE网络都将与2G/3G网络以及WLAN网络共存。

2 TD-LTE基本原理

LTE以OFDM/MIMO为核心技术，主要目标包括等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善、运营成本的降低等。为达到这样的目标，LTE采用了扁平化的网络结构，以简化网络和减少延迟，实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。

2.1 TD-LTE网络结构

TD-LTE将上层ARQ（Automatic Repeat-reQuest，自动重传请求）、RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）和小区无线资源管理功能下移到Node B完成，形成“扁平”的E-UTRAN结构。其接入网由演进型Node B（eNB）和接入网关（aGW）构成；LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能外，还承担了原来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ICR（Inter-cell RRM，小区间无线资源管理）等。E-UTRAN网络结构如图1所示：

图1 E-UTRAN网络结构示意图

扁平化的网络结构提供了更低的控制和用户面时延，并使得网络维护趋于简化，全IP系统便于施工与维护。

2.2 TD-LTE关键技术

LTE系统中，源信号在进行信道编码、交织后，采用OFDM调制技术进行多载波调制。OFDM的本质就是一个频分系统，多采用几个频率并行发送，实现宽带传输。OFDM系统去除了传统频分系统的保护带，允许载波之间紧密相临甚至部分重合，可以实现很高的频谱效率。其核心的两大模块包括：将大量的窄带（子载波）频域信号（频域上映射的信号）经过IFFT（逆FFT）后形成时域信号；加入循环前缀（CP），将每个OFDM符号的尾部一段复制到符号之前，可有效应对由于子载波宽度窄（15kHz）且存在交叠而产生的符号间干扰。

MIMO是LTE系统的另一个关键技术。LTE的多个输入和输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。来自多个数据流，可以将多个信号流在空中并行传输以提高峰值速率，如空分复用、空分多址；而来自单个数据流传输，可以形成空间分集或波束赋型，以对抗单个信道多径衰落的影响或获取赋型增益。TD-LTE采用的MIMO技术综合利用了多天线技术的分集、复用及赋型增益：广播信道主要利用多根天线阵列，采用预编码方式重复发送同样的信息以获取空间分集增益和时间分集增益；业务信道主要采用同一极化方向的多根天线阵列进行波束赋型，获取赋型增益，同时根据信道条件自适应地进行不同极化方向发送不同或相同信息，获取复用增益或分集增益。

3 TD-LTE引入策略

2012年中国移动已经启动了第二批的TD-LTE扩大规模试验网建设，TD-LTE的产业化正在加速成熟。但是也应该看到TD-LTE与LTE FDD产业化水平仍然存在差距，设备产品和终端支持类型上都还不够成熟，需要厂家、设备商、运营商以及研究机构的进一步努力和完善。

根据TD-LTE的产业化现状，结合其业务定位，在TD-LTE引入时可以根据网络建设阶段的不同，采取以下引入策略：

（1）网络建设初期：即规模试验阶段或者数据热点区域覆盖阶段。该阶段主要针对国内几个大中型城市进行试验网建设，并对TD、GSM现网室外和室内数据业务热点重合的区域进行覆盖，TD-LTE完成功能验证或者2G/3G网络热点覆盖补充，面向个人提供有限LTE覆盖区域内基于高速无线宽带接入业务。同时考虑TD-LTE终端的发展情况，该阶段TD-LTE将基于数据卡、CPE（客户终端设备）提供服务。针对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：即试商用和数据热点及部分有需求的城区扩大LTE建设阶段。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、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。在该阶段，LTE可以面向个人、家庭、企业用户提供高速移动互联网业务，引入基于包括数据卡和手机等多种终端的高速移动互联网业务、物联网业务、宽带数据多媒体业务等。

（3）网络建设后期：规模商用阶段和LTE覆盖区域完成广覆盖阶段。该阶段可以根据数据业务的发展情况逐步扩大LTE网络的覆盖，在广覆盖区域完成2G/3G的覆盖补充，实现数据热点区域的单独组网以及在其他区域内与其他系统融合组网。同时，引入LTE承载VoIP语音业务，广泛普及TD-LTE多模手机终端。

4 TD-LTE多系统融合策略

根据中国移动的网络运营现状，数据业务增长迅速，但话音业务仍然是其利润增长点，终端类型限制以及低端业务的大量需求，使得2G/3G/LTE/WLAN网络将在相当长的一段时间内长期共存，四网协同已经成为网络建设的基本策略。因此，在TD-LTE引入时应同时考虑多系统的融合，可以更好地发挥各网络的优势，用最少的投资建设最优的网络。

4.1 网络架构融合

在网络架构上，目前试验网中TD-LTE核心网（EPC）采用3GPP R8版本架构，控制与承载分离，主要由MME（Mobility Management Entity，移动管理设备）、S-GW（ServingGateway，服务网关）、P-GW（Packet Data Network Gateway，分组数据网络网关）、CG（Charging Gateway，计费网关）、PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略和计费控制单元）、HSS（Home Subscriber Server，归属签约用户服务器）、DNS（Domain Name Service，域名服务器）等功能单元组成。其中，S-GW和P-GW分设的架构如图2所示：

图2 EPC网络架构示意图

在EPC与2G/TD核心网分组域互通时，2G/TD核心网分组域采用的是Pre R8版本，即仍旧为SGSN和GGSN，则EPC与2G/TD核心网分组域采用Gn接口互通，即SGSN与MME之间为Gn接口，SGSN与P-GW/GGSN之间为Gn接口；待将来中国移动2G/TD核心网分组域演进到3GPP R8版本后，互通方式将演进为SGSN与MME之间采用S3接口，SGSN与S-GW之间采用S4接口。

考虑WLAN设置的灵活性，在与WLAN网络融合时采用松耦合方式，WLAN不需要接入EPC核心网而直接接入PDN（Package Data Network，分组数据网），即与TD-LTE网络的融合点选择在SGi接口，而不通过SGSN、GGSN等核心网元。这样该方案中WLAN和TD-LTE两网络的关系是对等、独立的，各自具有不同的接入控制方式、数据路由方式、移动性管理方式、计费和安全机制，WLAN仅仅重用了蜂窝系统中的支撑网络以实现统一接入认证、统一计费等必要的互操作功能。

4.2 网络建设融合

在实际的网络建设中，考虑四网融合包括网络规划融合和工程建设融合两个阶段。

对于网络规划融合来说，目前各个系统的网络规划阶段仍在独立进行，可能存在2G/3G网络不断扩容以适应数据业务占用语音信道的情况，采用网络规划融合策略，可根据现网中平均最忙时数据流量为实际的数据参考，确定实际区域业务需求，分别统计语音业务与数据业务需求，划分覆盖区域热点级别。对于最高级别的热点区域，优先规划LTE网络承担高速率的数据业务，同时规划WLAN建设覆盖，语音业务量高的地区再考虑GSM网络的扩容。其他数据业务爆发增长的区域，则考虑以LTE、3G或者WLAN分流策略。

在工程建设融合中，主要采用配套设施重复利用的策略。针对已有2G/3G系统的宏蜂窝站点，已经完成了机房的配套，可以利用机房现有空间增加LTE主设备，天面可以采用共塔桅的方式，在满足隔离度要求的情况下LTE天线与2G/3G天线共用塔桅，以减少塔桅配套建设；已有室内站点可以采用一路新建、一路与原有分布系统合路的方式，以减少工程量，加速网络建设进程。

针对新建站点，在物业选择、天面建设时，应同时考虑四张网络需求，预留设备安装位置、走线位置以及天线安装位置，直接采用宽频天线等方式。室内分布系统设计时也一并设计四张网络需求，以减少工程进场次数，降低业主反感并达成基站和谐要求。

4.3 网络业务融合

（1）语音业务

由于LTE没有电路域业务，目前TD-LTE终端发起语音业务有以下三种方式：

方式一：双模双待方式，终端支持LTE与2G/3G双网接入，在发起呼叫时，终端直接接入2G/3G网络；

方式二：语音回退方式（CSFB），即在拨打或接听语音电话时，CSFB将UE接入从LTE切换至2G/3G网络，该方案要求核心网具有MSC与MME之间的SGs接口，即实现LTE与2G/3G之间的互操作；

方式三：VoIP方式：利用IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体系统）核心网提供VoIP业务的路由、控制和业务触发，并提供在LTE切换时的语音连续性。

除了方式一终端支持的情况下，方式二、三都需要首先完成核心网的网络架构融合。

（2）数据业务

由于各张网络都支持数据业务，因此在数据业务发起时，可以考虑采用根据数据业务速率需求，设置2G/3G/LTE以及WLAN网络之间的数据分流。在网络互操作定义时，LTE主要定位于高速率数据业务的承载，分担热点区域的数据压力；2G/3G网络主要针对低速数据业务，降低数据业务对于2G/3G网络的占用率。

5 总结

本文基于TD-LTE的业务定位，研究了TD-LTE网络与包括GSM、TD-SCDMA以及WLAN网络在内的多系统的融合策略，为即将到来的TD-LTE大规模建设提供指导和借鉴。随着TD-LTE产业化的不断发展成熟，设备支持能力进一步演进升级，也会对融合策略带来不同的影响，需要在后期持续跟踪优化。

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作者简介（注：照片用之前的）

杨燕玲：工程师，工学硕士毕业于重庆邮电大学通信学院，现任职于广东省电信规划设计院有限公司，主要从事无线网络相关咨询设计工作。