TD-LTE無線網(wǎng)絡規(guī)劃設計高級

..TD-LTE無線網(wǎng)絡規(guī)劃設計目錄第一章概述101.1.LTE發(fā)展概況101.2.系統(tǒng)架構(gòu)101.2.1.LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)101.2.2.E-UTRAN與EPC的功能劃分131.3.業(yè)務承載151.3.1.移動通信市場需求現(xiàn)狀和趨勢151.3.1.1.用戶對業(yè)務的需求161.3.1.1.1.趨勢1：移動互聯(lián)網(wǎng)161.3.1.1.2.趨勢2：生活化——工作化171.3.1.1.3.趨勢3：視頻化171.3.1.1.4.趨勢4：物聯(lián)網(wǎng)181.3.1.2.用戶對網(wǎng)絡帶寬的需求181.3.2.LTEFDD/TD-LTE與2G/3G網(wǎng)絡業(yè)務承載能力對比191.3.3.移動寬帶業(yè)務和應用的發(fā)展趨勢20第二章TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)222.1.多址傳輸方式222.1.1.OFDM技術(shù)綜述232.1.2.LTE協(xié)議中的下行多址技術(shù)——OFDMA242.1.3.LTE協(xié)議中的上行多址技術(shù)-SC-FDMA262.2.MIMO與智能天線技術(shù)272.2.1.發(fā)射分集282.2.2.預編碼技術(shù)292.2.3.波束賦形292.2.4.雙流波束賦形312.2.5.多用戶MIMO322.3.調(diào)度技術(shù)352.3.1.上行調(diào)度362.3.2.下行調(diào)度382.4.干擾抑制技術(shù)392.4.1.頻率復用412.4.1.1.靜態(tài)頻率復用422.4.1.2.準靜態(tài)頻率復用422.4.2.干擾協(xié)調(diào)43第三章無線網(wǎng)絡規(guī)劃技術(shù)要點473.1.TD-LTE頻率資源及組網(wǎng)方式473.1.1.TD-LTE頻率資源473.1.1.1.國際LTE頻率規(guī)劃情況473.1.1.2.國內(nèi)現(xiàn)有通信系統(tǒng)頻段資源分配情況493.1.2.同/異頻組網(wǎng)方案分析493.1.2.1.頻率復用萬式503.1.2.2.組網(wǎng)性能衡量標準513.1.2.3.干擾規(guī)避措施523.1.2.4.控制信道性能543.1.2.5.業(yè)務信道性能543.1.2.6.同/異頻組網(wǎng)建議553.2.TD-LTE覆蓋性能分析553.2.1.TD-LTE覆蓋特性553.2.2.TD-LTE鏈路預算563.3.TD-LTE系統(tǒng)容量分析593.3.1.TD-LTE容量評估指標593.3.2.影響TD-LTE容量性能的主要因素603.4.多系統(tǒng)共存干擾分析623.4.1.TD-LTE與系統(tǒng)工作頻段623.4.2.干擾的分類633.4.2.1.雜散干擾653.4.2.2.互調(diào)干擾653.4.2.3.阻塞干擾683.4.3.干擾隔離分析與結(jié)論693.4.3.1.雜散干擾隔離分析693.4.3.2.阻塞干擾隔離分析713.4.4.互調(diào)干擾隔離分析723.4.5.TD-LTE宏基站與其他系統(tǒng)共址時干擾隔離距離要求74第四章宏峰窩網(wǎng)絡規(guī)劃754.1.規(guī)劃流程754.2.網(wǎng)絡建設需求分析764.2.1.業(yè)務需求預測764.2.1.1.用戶規(guī)模預測774.2.1.1.1.預測方法概述774.2.1.1.2.應用建議814.2.1.2.業(yè)務量預測824.2.1.2.1.趨勢外推法824.2.1.2.2.單機業(yè)務量乘用戶數(shù)預測法844.2.1.2.3.計費時長〔總數(shù)據(jù)流量預測法864.2.1.2.4.最終預測結(jié)果的取定874.2.2.覆蓋場景劃分884.2.3.TD-LTE建設策略924.2.3.1.TD-LTE業(yè)務定位924.2.3.2.TD-LTE覆蓋策略934.3.預規(guī)劃934.3.1.TD-LTE預規(guī)劃流程934.3.2.覆蓋估算954.3.2.1.基本特征954.3.2.2.覆蓋估算方法964.3.3.容量估算974.3.3.1.基本特征974.3.3.2.容量估算方法984.3.3.2.1.估算流程984.3.3.2.2.系統(tǒng)容量資源994.3.3.2.3.業(yè)務模型994.4.站址規(guī)劃1014.5.規(guī)劃仿真1034.5.1.數(shù)據(jù)準各1044.5.2.仿真流程1064.5.3.仿真輸入條件1074.6.無線資源及參數(shù)規(guī)劃1094.6.1.PCI規(guī)劃1094.6.1.1.PCI規(guī)劃簡介1094.6.1.2.PCI規(guī)劃基本原則1104.6.2.TA規(guī)劃1114.6.2.1.TA規(guī)劃簡介1114.6.2.2.TA規(guī)劃原則111第五章室內(nèi)網(wǎng)絡規(guī)劃1145.1.室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)概述1145.1.1.建設的必要性1145.1.2.系統(tǒng)特性1155.1.3.室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)1165.2.TD-LTE室內(nèi)網(wǎng)絡規(guī)劃設計1175.2.1.規(guī)劃設計思路1175.2.2.規(guī)劃設計原則1175.3.TD-LTE室內(nèi)覆蓋性能分析1195.3.1.TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法1195.3.1.1.方法一：由目標邊緣速率估算覆蓋半徑1205.3.1.2.方法二：已知覆蓋半徑估算邊緣速率1205.3.2.TD-LTE室內(nèi)覆蓋場強分析1225.3.2.1.TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)自身網(wǎng)絡需求1225.3.2.2.室內(nèi)外小區(qū)的協(xié)同關(guān)系1235.3.2.3.基于已有網(wǎng)絡的改造需求1245.3.2.4.電磁輻射標準限制1255.4.TD-LTE室內(nèi)覆蓋信源規(guī)劃1265.4.1.TD-LTE室內(nèi)覆蓋信源選取1265.4.2.分區(qū)規(guī)劃1275.4.3.RRU設置1275.5.TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃1285.5.1.TD-LTE窒內(nèi)建設模式1285.5.2.MIMO雙流分布系統(tǒng)建設1285.5.3.天線設置1305.6.TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設要求1305.6.1.機房配套要求1305.6.2.室內(nèi)分布系統(tǒng)要求1305.6.2.1.天線口功率要求1305.6.2.2.無源器件建設及改造131第六章TD-LTE擴大規(guī)模測試與攻關(guān)1336.1.TD‐LTE攻關(guān)項目最新進展1336.2.TD‐LTE攻關(guān)項目主要成果綜述1336.3.詳細測試成果1356.3.1.面向規(guī)劃1356.3.1.1.RS-SINR與業(yè)務速率關(guān)系1356.3.1.2.RSRP和速率的關(guān)系1366.3.1.3.RSRP和SINR關(guān)系1366.3.1.4.TD-LTE規(guī)劃指標1366.3.1.5.不同場景下業(yè)務信道與控制信道覆蓋匹配度1386.3.1.6.不同站間距、不同建筑類型、不同覆蓋場景的室內(nèi)深度覆蓋性能1386.3.1.7.TD-S與TD-L的覆蓋能力差異1396.3.2.面向建設1396.3.2.1.室外多天線1396.3.2.2.網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)1416.3.2.3.室內(nèi)分布1416.3.3.面向組網(wǎng)1456.3.4.面向優(yōu)化147第一章概述LTE發(fā)展概況LTE<LongTermEvolution>是3GPP于20XX11月啟動的UMTS技術(shù)長期演進項目,分為FDD<頻分雙工>方式的LTE和TDD<時分雙工>方式的LTE,其中TDD方式的LTE又由于演進路線的不同分為LTETDD1和LTETDD2。我國從20XX開始推動LTE的TDD方案<LTETDD2方式>的研究并被3GPP所接受,之后由我國大力推動并通過多方努力,目前兩種TDD方式已經(jīng)融為一種,統(tǒng)稱為TD-LTE。TD-LTE同時也被確定為TD-SCDMA標準的后續(xù)演進技術(shù)。系統(tǒng)架構(gòu)LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)在3GPP的長期演進<LongTermEvolution,LTE>項目中,對LTE系統(tǒng)提出了嚴格的時延需求。其中,控制面時延由LTE空閑態(tài)轉(zhuǎn)移到激活態(tài)時延要求為100ms,休眠態(tài)轉(zhuǎn)移到激活態(tài)的時延要求為50ms；對于用戶面時延,UE或RAN邊緣節(jié)點IP層分組數(shù)據(jù)至RAN邊緣節(jié)點或UEIP層分組數(shù)據(jù)的單向傳輸時間要求為5ms。為了滿足如上要求,除空中接口無線幀長度、TTI<TransmittingTimeInterval>等變化以縮短空中接口的時延之外,3GPP對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)也進行了優(yōu)化和演進,盡量減少通信路徑上的節(jié)點跳數(shù),從而減少網(wǎng)絡中的傳輸時延。同3GPP既有系統(tǒng)相似的是,LTE無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)仍然遵循各自發(fā)展的原則,空中接口終止在無線接入網(wǎng)。因此,無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的邏輯關(guān)系仍然存在,無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的接口也依然明晰。從整體上說,與3GPP既有系統(tǒng)類似,LTE系統(tǒng)架構(gòu)仍然分為兩部分,如圖1-1所示,包括演進后的核心網(wǎng)EPC<即圖中的MME/S-GW>和演進后的接入網(wǎng)E-UTRAN演進后的系統(tǒng)僅存在分組交換域。從整體上說,與3GPP既有系統(tǒng)類似,LTE系統(tǒng)架構(gòu)仍然分為兩部分,如圖1-1所示,包括演進后的核心網(wǎng)EPC〔即圖中的MME/S-GW和演進后的接入網(wǎng)E-UTRAN。演進后的系統(tǒng)僅存在分組交換域。LTE接入網(wǎng)僅由eNodeB<evolvedNondeB>組成,提供到UE的E-UTRA控制面與用戶面的協(xié)議終止點。eNodeB之間通過X2接口進行連接,并且在需要通信的兩個eNodeB之間總是存在X2接口,如為了支持LTE激活狀態(tài)下不同eNodeB之間的切換,源eNodeB與目標eNodeB之間會存在X2接口。LTE接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間通過S1接口進行連接,S1接口支持多對多連接方式。與3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)相比,接入網(wǎng)僅包括eNodeB一種邏輯節(jié)點,網(wǎng)絡架構(gòu)中的節(jié)點數(shù)量減少,網(wǎng)絡架構(gòu)更加趨于扁平化。這種扁平化的網(wǎng)絡架構(gòu)帶來的好處是降低了呼叫建立時延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時延,并且由于減少了邏輯節(jié)點,也會帶來OPEX與CAPEX的降低。如圖1-2所示,由于eNodeB與MME/S-GW之間具有靈活的連接<S1-flex>,UE在移動過程中仍然可以駐留在相同的MME/S-GW上,這將有助于減少接口信令交互數(shù)量以及MME/S-GW的處理負荷。當MME/S-GW與eNodeB之間的連接路徑相當長或進行新的資源分配時,與UE連接的MME/S-GW也可能會改變。eNodeB是E-UTRAN側(cè)的S1接入點,MME或S-GW是EPC側(cè)的Sl接入點。E-UTRAN與EPC之間可以具有多個Sl接入點,每一個S1接入點都應滿足S1接口定義的需求,并滿足S1接口所有的功能。定義E-UTRAN架構(gòu)及E-UTRAN接口的工作主要遵循了以下基本原則。<1>信令與數(shù)據(jù)傳輸在邏輯上是獨立的。<2>E-UTRAN與EPC在功能上是分開的。E-UTRAN與EPC的尋址方案與傳輸功能的尋址方案不能綁定。<3>RRC連接的移動性管理完全由E-UTRAN進行控制,使得核心網(wǎng)對于無線資源的處理不可見。<4>E-UTRAN接口上的功能應定義得盡量簡化,選項應盡可能的少。<5>多個邏輯節(jié)點可以在同一個物理網(wǎng)元上實現(xiàn)。<6>Sl/X2接口是開放的邏輯接口,應滿足不同廠家設備之間的互聯(lián)互通。E-UTRAN與EPC的功能劃分如上節(jié)所述,LTE系統(tǒng)架構(gòu)包括E-UTRAN與EPC,其中E-UTRAN〔即無線部分主要由eNodeB組成,取消了3G中的RNC；EPC則分為MME和S-GW。因此,LTE的主要邏輯節(jié)點可以分為eNodeB、MME和S-GW,以下將分別對每種邏輯節(jié)點進行闡述。eNodeB為無線接入節(jié)點,其功能主要包括：<1>無線資源管理功能：無線承載控制、無線接入控制、連接移動性控制、UE的上/下行動態(tài)資源分配〔調(diào)度；<2>IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；<3>UE附著時的MME選擇；<4>路由用戶面數(shù)據(jù)至服務網(wǎng)關(guān)；<5>尋呼消息的組織和發(fā)送〔由MME產(chǎn)生；<6>廣播信息的組織和發(fā)送〔由MME或O&M產(chǎn)生；<7>以移動性或調(diào)度為目的的測量及測量報告配置。MME處理控制平面功能,主要包括：<1>非接入層<Non-AccessStratum,NAS>信令的處理；<2>分發(fā)尋呼消息至eNodeB；<3>接入層安全控制；<4>移動性管理涉及核心網(wǎng)節(jié)點之間的信令控制；<5>空閑狀態(tài)移動性控制；<6>SAE承載控制；<7>NAS信令的加密與完整性保護；<8>跟蹤區(qū)列表管理；<9>PDNGW與S-GW選擇；<10>向2G/3G切換時的SGSN選擇；<11>漫游；<12>鑒權(quán)。S-GW處理用戶平面功能,主要包括：<1>終止因為尋呼產(chǎn)生的用戶面數(shù)據(jù)；<2>支持UE移動性的用戶面切換；<3>合法監(jiān)聽；<4>分組數(shù)據(jù)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)；<5>傳輸層分組數(shù)據(jù)的標記；<6>運營商間計費的數(shù)據(jù)統(tǒng)計；<7>用戶計費。圖1-3描述了邏輯節(jié)點<eNodeB、MME、S-GW>、功能實體以及協(xié)議層之間的關(guān)系以及功能劃分。業(yè)務承載移動通信市場需求現(xiàn)狀和趨勢當前,語音業(yè)務仍然是移動通信業(yè)務收入的主要來源,但是非語音業(yè)務的地位正日益提高,業(yè)務發(fā)展重點也在不斷改變。最初幾年,短信業(yè)務占據(jù)非語音業(yè)務收入的主體地位。20XX以后,3G技術(shù)和設備逐漸成熟,網(wǎng)絡覆蓋和終端性能都有了很大的提高,尤其是20XXHSDPA開始在全球規(guī)模商用,全面提升了用戶體驗,大大推動了移動數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展。20XX是3G業(yè)務市場的轉(zhuǎn)折點,伴隨著3G增強型技術(shù)的普及和發(fā)展,3G特色業(yè)務成為推動移動運營商增加收入的主要驅(qū)動力。從移動數(shù)據(jù)收入在總收入中的占比歷史數(shù)據(jù)可以看出,主流運營商的移動數(shù)據(jù)業(yè)務收入比重都呈現(xiàn)上升趨勢,這一趨勢在20XX之后更加明顯,而這些運營商的HSDPA網(wǎng)絡大多從20XX開始商用。移動數(shù)據(jù)業(yè)務的興起帶來了很多新應用和新市場,這些新的應用體現(xiàn)了用戶對業(yè)務和帶寬的需求也在發(fā)生著變化,呈現(xiàn)出新的趨勢。用戶對業(yè)務的需求趨勢1：移動互聯(lián)網(wǎng)在全球LTE融合的大趨勢下,移動網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合日趨明顯,大量源自互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務被移植到移動互聯(lián)網(wǎng)上,即時消息、博客、電子郵件等都已經(jīng)在移動互聯(lián)網(wǎng)上獲得了良好的應用。人們開始體會到移動互聯(lián)網(wǎng)的方便和魅力,越來越期望通過無線網(wǎng)絡獲得與固定互聯(lián)網(wǎng)同樣的速率和體驗。同時,互聯(lián)網(wǎng)在人們的生活和工作中深入滲透,隨時隨地通過無線寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的需求呈現(xiàn)出井噴的趨勢。根據(jù)預測,未來5年,無線寬帶上網(wǎng)將會占據(jù)全部移動網(wǎng)絡總流量的56%,成為占用網(wǎng)絡帶寬和容量最大的業(yè)務。趨勢2：生活化——工作化目前移動增值業(yè)務中,娛樂類業(yè)務占主導。人們主要還是在閑暇的時候使用移動業(yè)務來解悶。而隨著業(yè)務和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展,改善人們生活和工作的業(yè)務將會越來越普及,這些業(yè)務在各類用戶需求中都是最受歡迎的,全面覆蓋用戶的各類需求。移動業(yè)務能夠滿足用戶日常生活和工作的需要,為用戶的生活帶來了極大的便利。只需攜帶一部多功能手機終端,用戶即可暢行無阻。移動支付、移動導航、遠程醫(yī)療、移動辦公、移動視頻會議等,體現(xiàn)在人們生活和工作的方方面面。趨勢3：視頻化作為一種最直觀的內(nèi)容表現(xiàn)形式,視頻業(yè)務一直受到用戶的推崇。但是,在網(wǎng)絡發(fā)展初期,帶寬的局限使得視頻業(yè)務的發(fā)展舉步維艱。3G網(wǎng)絡成為視頻業(yè)務飛速發(fā)展的催化劑,以視頻作為表現(xiàn)形式的業(yè)務將越來越多。根據(jù)預測,未來手持終端中,視頻類業(yè)務將會占據(jù)網(wǎng)絡總流量的28%,成為第二大流量業(yè)務。NTTDoCoMo等國際先進的3G運營商的數(shù)據(jù)業(yè)務中,增長最快的都是移動視頻類業(yè)務。由于視頻類業(yè)務對帶寬的需求較高,也直接導致了這些運營商對移動寬帶技術(shù)的需求非常急迫。趨勢4：物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的興起和發(fā)展無疑將會開創(chuàng)出一個藍海,用戶從人-人通信到人-物、物-物通信的擴充,將會使移動運營商的市場飽和"瓶頸"出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)折。未來人-物、物-物之間的通信和信息聯(lián)絡將會對網(wǎng)絡提出更大、更高的需求,也將推動新一代寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展和普及,也將成為未來業(yè)務發(fā)展一片廣闊的藍海。我們所了解的互聯(lián)網(wǎng)正在發(fā)生劇烈的改變,一開始,它只是一個局限在象牙塔里的少數(shù)人的交流工具,之后,它變成了一個廣泛商業(yè)化、以消費者為核心的網(wǎng)絡?，F(xiàn)在,它要雄心勃勃地普及,與人互動并變得智能化。不光人與人之間,在物與物之間,隨時隨地的實時交流都變得可能。用戶對網(wǎng)絡帶寬的需求在3G商用之前,用戶基于2G網(wǎng)絡〔包括GPRS、EDGE、CDMAlx等增強型技術(shù)使用語音和中低速的數(shù)據(jù)業(yè)務,業(yè)務類型主要基于文字和圖片類內(nèi)容,帶寬都在100kbit/s以內(nèi)。這時,人們還沒有移動寬帶的體驗,對業(yè)務的需求也沒有那么豐富和高要求。隨著3G的發(fā)展和普及,人們開始體驗到移動多媒體業(yè)務和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務,而這些業(yè)務對網(wǎng)絡帶寬的需求則達到了100～500kbit/s不等。3G最大的作用就是激發(fā)了人們對移動數(shù)據(jù)業(yè)務的需求,使人們從打電話、發(fā)短信,逐步發(fā)展到用手機娛樂,并開始體驗由此帶來的生活和工作中的便利。如前所述,隨著人們對移動數(shù)據(jù)業(yè)務需求的爆發(fā),無線寬帶上網(wǎng)、移動視頻、家庭和企業(yè)客戶類業(yè)務將成為未來發(fā)展的主流業(yè)務,這些業(yè)務對無線網(wǎng)絡的帶寬需求增長到1Mbit/s以上,企業(yè)級別的高清視頻會議等大帶寬業(yè)務,更是需要8Mbit/s以上的帶寬才能夠滿足。移動寬帶的需求一下子變得日益緊迫。LTEFDD/TD-LTE與2G/3G網(wǎng)絡業(yè)務承載能力對比用戶對帶寬的需求在不斷地增長,推動無線網(wǎng)絡不斷演進和發(fā)展。有人會問,即使按照發(fā)展趨勢的要求,未來幾年也僅需要1Mbit/s的帶寬就可以滿足絕大部分業(yè)務需求,3G不是可以達到2Mbit/s甚至十幾Mbit/s的速率嗎？為什么還要發(fā)展下一代寬帶無線接入技術(shù)呢？這個問題屬于無線通信技術(shù)共有的問題。3G、LTE乃至4G宣傳和公布的速率都是系統(tǒng)的峰值速率,而用戶使用業(yè)務需要的是網(wǎng)絡能夠提供給每個用戶的平均速率。3G的HSPA峰值速率可以達到14.4Mbit/s,而實際網(wǎng)絡的單載波平均吞吐量是2.5Mbit/s。而這2.5Mbit/s也不是一個用戶獨享的,而是由本小區(qū)的用戶所共享。按照典型的網(wǎng)絡配置和用戶規(guī)模計算,平均每用戶能夠使用的帶寬是200~300kbit/s。LTE和WiMAX同樣有峰值速率和實際平均速率問題。當然,不同的技術(shù)設計、不同的算法、不同的頻率配置、不同的網(wǎng)絡環(huán)境等因素會影響平均吞吐量,技術(shù)越先進,應該越接近峰值吞吐量。隨著移動視頻類業(yè)務的普及和發(fā)展,隨著人們對無線寬帶上網(wǎng)需求的日益提升,用戶數(shù)和用戶的使用量必將快速增長。屆時,就急需一個大帶寬、高容量的新型網(wǎng)絡來提供支撐。通過研究多媒體業(yè)務對帶寬的需求,我們發(fā)現(xiàn),未來承載在iPhone等大屏幕移動互聯(lián)網(wǎng)終端上的高清視頻業(yè)務,需要平均800bit/s的網(wǎng)絡速率才能夠有較好的用戶體驗：即使是移動數(shù)據(jù)卡和上網(wǎng)本的無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務,用戶也期待能夠達到至少1~2Mbit/s的速率。而3G對于這些大容量帶寬需求的業(yè)務無法提供規(guī)模商用后的良好支撐,用戶會感覺業(yè)務體驗沒有想象中的好,網(wǎng)絡容量和速率的壓力巨大。因此,當3G開始快速發(fā)展的時候,很多傳統(tǒng)的移動運營商,特別是主流的移動運營商都在全力推動LTE的產(chǎn)業(yè)化。3G對移動數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展起到了很好的推動作用,但是受限于網(wǎng)絡承載能力的局限性,大規(guī)模推動和普及移動多媒體業(yè)務和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務,僅僅依靠3G是很難實現(xiàn)的。而LTE對于多媒體業(yè)務和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的良好承載,將掀開無線寬帶時代的真實篇章。移動寬帶業(yè)務和應用的發(fā)展趨勢作為新一代寬帶無線接入技術(shù)的主流技術(shù),LTE在網(wǎng)絡能力和成本上都較3G有著明顯的優(yōu)勢。通過前面的對比分析也可以看出,LTE能夠滿足未來四大趨勢業(yè)務的需求,全面承載移動互聯(lián)網(wǎng)、視頻類、家庭和企業(yè)類以及物聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務應用。與3G發(fā)展的階段類似,受限于手持終端的豐富程度不足和功能性不強的問題,以及網(wǎng)絡覆蓋不到位,LTE需要逐步完善,從業(yè)務的發(fā)展來看,移動寬帶業(yè)務將會沿著不同的階段逐步發(fā)展?！?LTE在發(fā)展初期,由于網(wǎng)絡覆蓋還不到位,終端類型也以較容易實現(xiàn)的USB數(shù)據(jù)卡、CPE類終端為主；業(yè)務的發(fā)展將會以純無線數(shù)據(jù)業(yè)務為主,滿足個人、家庭、企業(yè)客戶的上網(wǎng)需求。無線寬帶上網(wǎng)業(yè)務最能直接體現(xiàn)帶寬和速率提升,但同時也是對網(wǎng)絡帶寬占用最大的業(yè)務。從NTTDoCoMo等3G主流運營商的業(yè)務發(fā)展可以看出,無線寬帶上網(wǎng)是在初期發(fā)展最快的業(yè)務。<2>LTE在發(fā)展期階段,網(wǎng)絡覆蓋開始擴大,終端也從單一的數(shù)據(jù)類終端,發(fā)展到推出移動智能手持終端。此時,將會為用戶提供全方位的移動寬帶服務；為家庭用戶提供豐富的家庭類服務,包括高清視頻、視頻電話、家庭監(jiān)控、遠程教育、娛樂等業(yè)務；為企業(yè)客戶提供移動辦公和行業(yè)類應用服務,包括移動監(jiān)控、移動視頻會議等。此階段為業(yè)務極大豐富的階段,用戶開始快速增長。<3>LTE大規(guī)模發(fā)展階段。這個階段應該算是LTE發(fā)展的成熟階段,網(wǎng)絡覆蓋基本到位,終端涵蓋上網(wǎng)卡、CPE、智能手機、行業(yè)終端等各種類型。此時,將會全方位提供包括語音業(yè)務在內(nèi)的各類型通信業(yè)務,成為業(yè)務承載的主導網(wǎng)絡。業(yè)務應用開始滲透到社會的各個角落,大大提高人們生活的便利性和效率,為社會信息化和經(jīng)濟的發(fā)展提供堅實的基礎。第二章TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)多址傳輸方式多址傳輸技術(shù)是無線通信的基礎,LTE中采用OFDM調(diào)制作為其多址技術(shù)。OFDM技術(shù)的原理是將高速數(shù)據(jù)流通過串/并變換,分配到傳輸速率相對較低的若干個相互正交的子信道中進行傳輸。由于每個子信道中的符號周期會相對增加,因此可以減輕由無線信道的多徑時延擴展所產(chǎn)生的時間彌散性對系統(tǒng)造成的影響。同時,通過在OFDM符號之間插入保護間隔,令保護間隔大于無線信道的最大時延擴展,可以最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾〔ISI。此外,在LTE中采用循環(huán)前綴作為保護間隔,可以避免由于多徑帶來的信道間干擾。多址接入技術(shù)是用于基站與多個用戶間在無線電信道中建立通信鏈路的一種信號調(diào)制方式。多址接入方式?jīng)Q定了信號的生成、發(fā)送和接收形態(tài),是整個蜂窩系統(tǒng)中最為基礎且最為核心的技術(shù)。多址接入技術(shù)的基本原理是利用為不同用戶發(fā)送信號特征上的差異來區(qū)分用戶。它要求每個信號的特征彼此獨立或相關(guān)性盡可能小,使用戶具有更好的可分性。依據(jù)信號在頻時域的波形以及空域的特征,多址技術(shù)可以分為頻分多址<FDMA>、時分多址<TDMA>、碼分多址<CDMA>和空分多址<SDMA>。蜂窩移動通信系統(tǒng)中一般采用這4種方式之一或混合方式。根據(jù)3GPPLTE協(xié)議規(guī)定,其下行方向采用基于循環(huán)前綴<CyclicPrefix,CP>的OFDMA；上行方向采用基于循環(huán)前綴的單載波頻分多址SC-FDMA<SingleCarrier-FrequencyDivisionMultiplexingAccess>。為了支持成對和不成對的頻譜,LTE支持頻分雙工<FDD>和時分雙工<TDD>兩種模式。根據(jù)LTE系統(tǒng)的上/下行傳輸方式的特點,無論是下行OFDMA還是上行SC-FDMA,都保證了使用不同頻譜資源用戶間的正交性。LTE系統(tǒng)頻域資源的分配以正交子載波組資源塊<RB,ResourceBlock>為基本單位,由于可采用不同的映射方式,子載波可以來自整個頻帶,也可以取自部分連續(xù)的子載波。OFDM技術(shù)綜述OFDM技術(shù)是將頻率選擇性寬帶信道劃分成若干重疊但是相互正交的非頻率選擇性窄帶信道,這就避免了需要利用保護帶寬來分隔載波,因此使得OFDM系統(tǒng)具有較高的頻譜利用率。也正因為OFDM子系統(tǒng)信道在接收機端能完全分離,降低了接收機的實現(xiàn)復雜度,使得OFDM系統(tǒng)對于高速率的移動數(shù)據(jù)傳輸有較大的適用性,例如LTE下行鏈路。但是,如果不使用信道編碼,將傳輸信道劃分為多個窄帶子信道的優(yōu)點并不能對時變信道表現(xiàn)出健壯性,LTE下行鏈路是將OFDM、信道編碼和HARQ技術(shù)結(jié)合起來克服發(fā)生在子信道上的深度衰落和干擾。LTE在進行數(shù)據(jù)傳輸時,將上、下行時頻域物理資源組成RB,作為物理資源單位進行調(diào)度與分配。一個RB在頻域上包含12個連續(xù)的子載波,在時域上包含7個連續(xù)的OFDM符號<在擴展CP情況下為6個>,即頻域?qū)挾葹?80kHz,時間長度為0.5ms。LTE協(xié)議中的下行多址技術(shù)——OFDMAOFDMA是OFDM技術(shù)的演進,將OFDM擴展到多用戶通信系統(tǒng),如圖2-1所示,在同一時間分配子載波給不同用戶,這樣做可使多個用戶同時接收數(shù)據(jù),使OFDM獲得多用戶分集增益。圖2-1OFDM發(fā)送機及接收機OFDMA技術(shù)主要有以下幾點優(yōu)勢：〔1頻譜效率高OFDMA可以實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各用戶的正交,從而有效避免用戶間干擾,實現(xiàn)很高的系統(tǒng)容量。但是,雖然多載波系統(tǒng)在小區(qū)內(nèi)部可以更直接地實現(xiàn)正交傳輸,但有可能帶來更嚴重的小區(qū)間干擾,因此,其小區(qū)間多址問題將更嚴重?！?接收信號處理簡單,降低了接收機的實現(xiàn)復雜度對于OFDM多址的符號調(diào)制方式,數(shù)據(jù)并行地在多個子載波上進行傳輸,對于每個子載波,多徑時延對傳輸數(shù)據(jù)造成的影響并不嚴重,采用簡單的濾波器就可以補償信道傳輸帶來的損失,所以OFDM系統(tǒng)可以極大地減少接收端的復雜程度?！?帶寬擴展性強OFDM系統(tǒng)由于信號帶寬取決于使用的子載波數(shù)量和傅里葉變換的實現(xiàn)方式,因此具有很好的帶寬擴展性,而增大帶寬后所帶來的系統(tǒng)復雜度增加相對不明顯。因此,針對LTE向?qū)拵Щl(fā)展的趨勢,OFDM系統(tǒng)對于大帶寬的有效支持成為其相對于單載波技術(shù)<如CDMA>的最大優(yōu)勢?！?抗多徑衰落能力強由于OFDM將寬帶傳輸轉(zhuǎn)化為很多子載波上的窄帶傳輸,每個子載波上的信道可以被看成平坦衰落信道,加上CP的插入,可以采用簡單的單抽頭頻域均衡糾正信道扭曲,從而大大降低結(jié)合均衡器帶來的復雜度?！?頻域調(diào)度與自適應OFDMA系統(tǒng)可以在不同的頻帶采用不同的調(diào)制編碼方式,以更好地適應信道的頻率選擇性。由于無線信道的SINR是隨頻率變化的,這種頻率選擇性隨著系統(tǒng)帶寬的增加越加嚴重。對此,OFDM系統(tǒng)可以將整個系統(tǒng)帶寬分成若干個小的頻帶,分別進行自適應調(diào)制和編碼操作,從而在保證誤碼率的同時提高系統(tǒng)吞吐量。另外,OFDM的資源分配方式使其在頻域資源劃分的顆粒度更為精細,并使得相關(guān)帶寬內(nèi)的傳輸數(shù)據(jù)與信道狀態(tài)可以更好地匹配,可以讓用戶選擇信道條件更好的頻域資源塊進行數(shù)據(jù)發(fā)送,從而更有效地利用自適應技術(shù)提升系統(tǒng)性能。同時,通過在頻域上的多用戶調(diào)度可以獲得明顯的多用戶調(diào)度增益。〔6實現(xiàn)MIMO較簡單由于每個OFDM子載波內(nèi)的信道可以看作平坦衰落信道,而平坦衰落信道下可以實現(xiàn)更為簡單的MIMO接收。因此,MIMO系統(tǒng)帶來的額外復雜度可以控制在較低的水平<隨天線數(shù)量呈線性增加>?！?易于MBMS業(yè)務傳輸多小區(qū)的MBMS業(yè)務可以為用戶提供更有效的多媒體業(yè)務體驗,是未來無線通信系統(tǒng)中重要的業(yè)務。對于多小區(qū)MBMS業(yè)務,它采取不同地理位置的多個基站同時發(fā)送相同的數(shù)據(jù)業(yè)務,在終端對信號進行合并接收方式。由于地理位置不同,信號到達終端的時間不一致,接收信號的時延更為明顯,通常情況下可達幾十微秒。因此,采用OFDM調(diào)制方式,可以克服多徑時延帶來的干擾,使得接收端實現(xiàn)更為簡單,有效提高了MBMS業(yè)務的接收性能。LTE協(xié)議中的上行多址技術(shù)-SC-FDMA與基站相比,終端設備對成本更加敏感,耗電問題也是需要考慮的重點。因此,LTE的上行技術(shù)目前主要采用SC-FDMA,對LTE上行物理設計來說,單載波技術(shù)可以降低對終端功放的要求,提高功放效率。具體來說,是采用基于頻域生成的單載波方法——離散傅里葉變換擴展OFDM<DFT-s-OFDM>作為其實現(xiàn)方法。通過在發(fā)射機的IFFT處理前對系統(tǒng)進行預擴展處理,其中最典型的就是用離散傅里葉變換進行擴展,即DFT-s-OFDM技術(shù)。理論上,單載波的FDMA信號可以在頻域或者時域產(chǎn)生,而這從功能上看是等價的,但從帶寬效率來看,時域濾波器的爬升滾降時間會有一定的損失,因此頻域?qū)崿F(xiàn)的方式效率更高。SC-FDMA的子載波映射分為兩種方式：〔1集中式FDMA每個終端用戶分配一段連續(xù)的子載波：每個終端用戶的帶寬為系統(tǒng)帶寬的1/Q〔假設有Q個用戶?！?分布式FDMA每個終端用戶分配一段不連續(xù)的子載波：每個終端用戶的帶寬擴展為整個系統(tǒng)的帶寬。LTE最后確定僅采用集中映射的方式來實現(xiàn),從實現(xiàn)的復雜度來看更簡單,對于頻率分集增益的獲得,可以通過子幀內(nèi)的跳頻來實現(xiàn)。MIMO與智能天線技術(shù)MIMO技術(shù)大致可以分為兩類：發(fā)射/接收分集和空間復用。傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去,在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復制品,從而獲得更高的接收可靠性。舉例來說,在慢瑞利衰落信道中,使用1根發(fā)射天線和n根接收天線,發(fā)送信號通過n條不同的路徑到達接收機。如果各個天線之間的衰落是獨立的,可以獲得最大的分集增益為n。對于發(fā)射分集技術(shù)來說,同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。智能天線技術(shù)也是通過不同的發(fā)射天線來發(fā)送相同的數(shù)據(jù),形成指向某些用戶的賦形波束,從而有效地提高天線增益,降低用戶間的干擾。廣義上來說,智能天線技術(shù)也可以算作一種天線分集技術(shù)。發(fā)射分集分集技術(shù)主要用于對抗衰落、提高鏈路的可靠性。分集技術(shù)需要接收端接收到多個重復的發(fā)射信號,這些發(fā)射信號攜帶同樣的信息,其衰落在統(tǒng)計上有較低的相關(guān)性。分集的基本思想是,如果能夠傳輸多個獨立衰落的信號,從統(tǒng)計意義上來說,合成信號的衰落比每一路信號衰落要降低很多。這是因為,在獨立衰落的假設下,當一些信號發(fā)生深衰落時,可能另一些信號的衰落較輕,各路信號同時發(fā)生深衰落的概率是很低的,從而發(fā)生信號深衰落的概率也大大降低。也就是說,要獲得分集增益,多個獨立衰落信號的產(chǎn)生和多個獨立信號的合成是關(guān)鍵,一個合適的產(chǎn)生和合成方法將大大減輕合成信號的衰落?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中,基站一般會裝置多根天線,天線間距較大時,天線間的衰落相關(guān)性是較低的,因此恰當?shù)卦O計發(fā)送方式可以獲得空間發(fā)射分集增益。為多天線傳輸設計的編碼叫做空時<頻>編碼,空時編碼還可以用于多天線接收來對抗多徑衰落,從而提高信道容量。發(fā)射分集主要是利用空間信道的弱相關(guān)性,結(jié)合時間/頻率上的選擇性,為信號的傳遞提供更多的副本,提高信號傳輸?shù)目煽啃?從而改善接收信號的信噪比。LTE主要支持的傳輸分集包括空時/空頻編碼、循環(huán)延時分集以及天線切換分集。預編碼技術(shù)預編碼技術(shù)通過反饋的方式獲取信道狀態(tài)信息,從而可以通過一定的預處理方式對各個數(shù)據(jù)流的功率、速率乃至發(fā)射方向進行優(yōu)化,并有可能通過預處理在發(fā)射機預先消除數(shù)據(jù)流之間的部分或全部干擾,以獲得更好的性能。在預編碼系統(tǒng)中,發(fā)射機可以根據(jù)信道條件對發(fā)送信號的空間特性進行優(yōu)化,使發(fā)送信號的空間分布特性與信道條件相匹配,因此可以有效地降低對接收機算法的依賴程度。預編碼可以采用線性或非線性的方法,但由于復雜度等方面的原因,在目前的無線通信系統(tǒng)中只考慮線性預編碼。發(fā)射機可以通過上/下行信道之間的互易特性或通過UE反饋方式獲取信道狀態(tài)信息<ChannelStateInformation,CSI>,預編碼系統(tǒng)根據(jù)所獲得的CSI,得知信道所能支持的并行傳輸流數(shù)量,將有限的發(fā)射功率分配給能夠有效傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流,從而避免發(fā)射功率的浪費。從理論角度來說,可以根據(jù)每個子信道的傳輸能力,按照類似注水定理的原則對每個數(shù)據(jù)流的功率分配進行優(yōu)化,提高MIMO鏈路的信道容量,同時可用自適應調(diào)制編碼的方式使每個子信道的傳輸速率最大化。根據(jù)所選的優(yōu)化目標與具體的接收機檢測算法的區(qū)別,預編碼的理論設計準則可以采用最小奇異值準則、均方誤差準則、最大容量準則和最大似然準則等。波束賦形波束賦形<Beamforming,BF>與線性預編碼在操作上有很多相似之處,但是其工作原理與預編碼不同。預編碼要求基站側(cè)使用大間距的多根天線陣列,需要匹配瞬時的衰落變化；而波束賦形是一種應用于小間距的天線陣列的多天線傳輸技術(shù),其主要原理是利用空間信道的強相關(guān)及波的干涉原理產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖,使輻射方向圖的主瓣自適應地指向用戶來波方向,從而改善信噪比,提高系統(tǒng)容量或覆蓋范圍。波束賦形通過調(diào)整天線陣列中的每個陣元產(chǎn)生具有指向性的波束,從而獲得明顯的陣列增益。波束賦形的權(quán)值僅僅需要匹配信道的慢變化,比如來波方向和平均路損。因此,在進行波束賦形時,可以不利用終端來反饋所需信息,來波方向和路損信息可以在基站側(cè)通過測量上行接收信號獲得,并且不需要上行使用多根天線進行數(shù)據(jù)發(fā)送。..波束賦形技術(shù)可分為自適應波束賦形、固定波束賦形和切換波束賦形。固定波束即天線的方向圖是固定的,把基站中的3個120°扇區(qū)分割即為固定波束。切換波束是對固定波束的擴展,將每個120°的扇區(qū)再分為多個更小的分區(qū),每個分區(qū)有一固定波束,當用戶在一扇區(qū)內(nèi)移動時,切換波束機制可自動將波束切換到包含最強信號的分區(qū),但切換波束機制的致命弱點是不能區(qū)分理想信號和干擾信號。自適應波束賦形器可依據(jù)用戶信號在空間傳播的不同路徑,最佳地形成方向圖,在不同到達方向上給予不同的天線增益,實時地形成窄波束對準用戶信號,而在其他方向盡量壓低旁瓣,采用指向性接收,從而提高系統(tǒng)的容量。由于移動臺的移動性以及散射環(huán)境,基站接收到的信號的到達方向是時變的,使用自適應波束賦形器可以將頻率相近但空間可分離的信號分離開,并跟蹤這些信號,調(diào)整天線陣的加權(quán)值,使天線陣的波束指向理想信號的方向。雙流波束賦形根據(jù)調(diào)度用戶的情況不同,雙流波束賦形技術(shù)可以分為單用戶雙流波束賦形技術(shù)和多用戶雙流波束賦形技術(shù)?！?單用戶單用戶雙流波束賦形技術(shù)如圖2-2所示。由基站測量上行信道,得到上行信道狀態(tài)信息后,基站根據(jù)上行信道信息計算兩個賦形矢量,利用該賦形矢量對要發(fā)射的兩個數(shù)據(jù)流進行下行賦形。采用單用戶雙流波束賦形技術(shù),使得單個用戶在某一時刻可以進行兩個數(shù)據(jù)流傳輸,同時獲得賦形增益和空間復用增益,可以獲得比單流波束賦形技術(shù)更大的傳輸速率,進而提高系統(tǒng)容量。圖2-2單用戶雙流波束賦形〔2多用戶多用戶雙流波束賦形技術(shù)如圖2-3所示。基站根據(jù)上行信道信息或者UE反饋的結(jié)果進行多用戶匹配,多用戶匹配完成后,按照一定的準則生成波束賦形矢量,利用得到的波束賦形矢量為每一個UE、每一個流進行賦形。多用戶雙流波束賦形技術(shù)利用了智能天線的波束定向原理,實現(xiàn)多用戶的空分多址。圖2-3多用戶雙流波束賦形多用戶MIMO〔1下行多用戶MIMO在多用戶MIMO系統(tǒng)中,基站會采用相同的時頻資源與多個用戶同時通信。多用戶MIMO技術(shù)利用多天線提供的空間自由度分離用戶,各個用戶可以占用相同的時頻資源,信號依賴發(fā)射端的信號處理算法抑制多用戶之間的干擾,通過時頻資源復用方式有效地提高小區(qū)平均吞吐量。在小區(qū)負載較重時,通過簡單的多用戶調(diào)度算法就可以獲得顯著的多用戶分集增益,是獲得系統(tǒng)容量的有效