LTE的规划和应用

吕 骥，练成栋

（中国移动通信集团上海有限公司 上海 200060）

1 引言

LTE（long term evolution，长期演进）是3G的演进技术，提供比3G更高的网络性能和更优的用户感受。随着LTE技术的成熟，一些国外运营商开始进行LTE的规划和商用部署，预计将在2010年下半年陆续投入运营。

本文主要探讨LTE规划中的几个难点问题，如LTE和已有2G/3G系统共网络时的互干扰问题、LTE室内分布系统的解决方案等。

2 LTE的背景和关键技术

2.1 LTE的背景

LTE项目是3G的演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的惟一标准，在20 MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mbit/s与上行50 Mbit/s的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量和降低了系统延迟。

3GPP组织作为推动LTE技术及其标准化的组织，在2008年11月冻结了LTE版本8，这意味着LTE的主要技术和规范已经完善，为LTE的商业化部署创造了条件。中国的通信设备制造商也对LTE的推进做了很多努力，积极参与了标准的制定。

许多国际电信运营商已开始建设LTE网络，在未来几年LTE网络的全球部署情况如表1所示。

表1 LTE的全球部署情况

从表1中可以看到基于FDD的LTE系统已经开始全球部署，而作为全球最大的移动运营商，中国移动也将在2010年的第二季度，在上海的世博园区建成全球第一个基于TDD制式的LTE示范网，积极领跑于无线通信技术的前沿。

2.2 LTE的关键技术

LTE接入网称为演进型 UTRAN （enhanced UTRAN，E-UTRAN），区别于传统的UTRAN架构，E-UTRAN采用更扁平化的网络结构，有利于网络维护和降低成本。

LTE的关键技术包括MIMO多天线技术、OFDM多址接入技术、HARQ/ARQ技术、更高的编码率、小区间协调和干扰抑制技术等。通过这些新技术，大大提高了LTE系统的性能。

LTE系统有FDD和TDD两个制式，TD-LTE是具有中国自主知识产权的TD-SCDMA的演进，同时TD-LTE在主要技术层面和FDD LTE有高度的相似性，这为TD-LTE和FDD LTE未来的网络融合和终端共模创造了条件。

3 LTE建网初期的规划

传统的2G/3G网络由于已有较长的建设周期，积累了很多建设的经验，其网络覆盖范围和质量都达到了较高的水准。而LTE在建设初期基本是采用热点覆盖的方式，提供热点地区的高速数据业务，同时也可以开发一些体现LTE特点的专项应用和行业应用。

3.1 规划原则

LTE建设初期规划，主要考虑热点地区的覆盖和容量以及对原有2G/3G网络的影响。基本的规划原则如下。

· 频率规划原则：TD-LTE使用 2 300～2 400 MHz频段，每个频点带宽20 MHz。

· 资源利用原则：在TD-LTE基站建设时，应尽量与原有的2G/3G系统共站点，充分利用其机房及传输等资源。

·工程建设原则：尽量避免TD-LTE对现有通信网络的影响，减少对现有设备的改造。

对于同频组网和异频组网的优劣，目前还没有明确的结论，鉴于TD-SCDMA组网初期存在较严重的同频干扰，建议LTE初期以异频组网。

3.2 规划流程

LTE的规划流程基本和2G/3G网络的规划相一致。除了规划LTE宏基站外，由于初期的LTE用于热点覆盖，主要提供高速上网等数据业务，而数据业务多发生在室内，如新闻中心、办公楼等，所以主要考虑LTE室内分布系统的建设。如果TD-LTE使用2 300～2 400 MHz频段，因为室外宏基站信号在室内的延伸覆盖较弱，所以基本不考虑用室外信号来覆盖室内。

3.3 LTE规划的热点问题

在LTE规划主要流程中的几个热点问题，也是LTE规划的难点所在，主要集中在LTE与2G/3G网络的互干扰、LTE对室内分布的改造和建设等方面。LTE规划流程如图1所示。

图1 LTE规划流程

3.3.1 LTE与2G/3G网络的互干扰

LTE与其他系统的干扰模式主要可以分为基站对基站的干扰、基站对移动台的干扰、移动台对基站的干扰以及移动台对移动台的干扰。在LTE部署的初期，由于LTE主要使用2G/3G的已有站址，故主要考虑LTE天线和2G/3G天线的互干扰问题。本文主要对2 300～2 400 MHz的TD-LTE系统进行分析。

对于2 300～2 400 MHz的LTE系统，工程上主要考察它和其他系统的杂散干扰和阻塞干扰，如GSM900、DCS1800、TD-SCDMA 的 A/B 频 段 、CDMA800和 WCDMA，如果考虑室内分布，则要考虑和WLAN的互干扰。

杂散干扰由发射机的杂散辐射引起，发射机带外杂散所需要的隔离度与干扰基站发射的杂散信号功率、接收系统的带内热噪声值、接收机的噪声系数相关。

阻塞干扰由发射机带内强信号引起，系统间所需的阻塞干扰隔离度主要与干扰发射机的输出功率、接收机的阻塞电平指标相关。

天线空间隔离是最常用亦是最行之有效的一种干扰保护手段，通过增加发射机与接收机之间的距离使系统间干扰达到所需的最小耦合损耗（MCL），从而可有效降低干扰信号的影响。图2所示为基站间天线水平与垂直隔离示意图。

根据天线的近、远场损耗原理，可得到如式（1）所示的系统共存时的基站天线间水平与垂直隔离度：

图2 基站间水平与垂直隔离示意

其中，Lv表示水平隔离度，Lh表示垂直隔离度，Lv和Lh即为前文所说的MCL，S为天线实际间距。λ表示干扰信号波长，Ltx与Lrx分别为两基站的天馈线损耗，Gtx与Grx则分别为发射及接收天线增益。

根据式（1）、（2），可以计算得到 TD-LTE 与其他系统的MCL指标如表2所示。

表2 TD-LTE的MCL

由各系统之间的MCL指标，结合系统共存时的基站天线间水平与垂直隔离度算式，给出各个系统共天面场景下的天线隔离度要求，见表3。

表3 TD-LTE天面隔离度

其中，水平隔离和垂直隔离只需要满足一个即可，垂直隔离效果较好，使用垂直隔离或水平隔离视天面的实际情况而定。如果天面由于空间较小达不到上述要求，还可以考虑加装30 dB的带外滤波器。

当考虑室内分布系统时，当TD-LTE与WLAN合路时，建议合路器隔离度要求为100 dB；如不与WLAN共室内分布系统，则合路器隔离度要求为90 dB。如果室内LTE采用独立布线建设，建议LTE的天线点位和WLAN的天线相距1 m以上。

3.3.2 LTE室内分布系统的规划

LTE建设初期的室内分布系统主要提供室内环境的高速上网业务，TD-LTE室内覆盖建设需要满足以下一些基本原则：

·TD-LTE室内覆盖工程应视建筑物重要程度和业务需求量大小分优先级建设；

·对已建2G/3G室内覆盖的楼宇，原则上应充分利用原有分布系统资源，通过改造实现与TD-LTE共用，对不支持TD-LTE频段的原设备进行更换；

·新建室内覆盖系统应同步考虑TD-LTE与2G/3G信号的引入以及WLAN的应用需要，所采用器件的工作频率范围必须满足800～2 500 MHz；

· 新建/改造室内覆盖应充分考虑TD-LTE容量需求，进行分区预留。

3.3.3 MIMO的实现

MIMO技术作为LTE的关键技术之一，对于整个LTE系统的性能提升具有重要作用，在室内如何实现MIMO是个关键。

传统的2G/3G的室内分布是单通道系统，也可以说是SISO。对于LTE下SISO和MIMO的性能差异仿真结果如表4所示。

表4 LTE下室内MIMO和SISO的性能

表4所在的仿真环境为：典型50 m×100 m空间，20 MHz带宽下，天线口功率为13 dBm，天线口增益为2 dBi，整个场景内放置4个AP，均匀分布48个用户。仿真结果可见MIMO对TD-LTE系统性能有30%的提升。

由于目前室内分布天线还没有双极化天线，实现室内MIMO需要在每个传统的天线点位上安装2个独立通道的天线点，其相对的距离经过测试，结果如表5所示。

表5 天线间距与吞吐量关系

表5的测试环境为：在15 m×20 m房间内，工作于2 300 MHz频段，10 MHz带宽下，假设单用户可调度16个RB，时隙配比为 1∶1，天线口功率 5 dBm，天线口增益 2 dBi，整个场景内放置2根发射天线、2根接收天线，组成单用户2×2MIMO环境，测试其下行吞吐量。当2个天线点的距离大于26 cm时，MIMO性能达到最优。

MIMO系统比传统的SISO有一定的性能优势，但在工程上双通道系统需要两路独立的馈线 （包括两个独立天线），实施难度高，成本高，规划时要综合考虑成本、性能和施工等因素。

3.3.4 室内分布的合路方式

对于已建室内分布系统的楼宇，从节省投资和资源利用等方面考虑，一般建议TD-LTE与原系统进行合路，共用分布系统和天馈。在TD-LTE与其他系统合路过程中，首先应当把TD-LTE与其他系统之间干扰控制在一个可接受的范围内，避免TD-LTE的引入对原有系统产生较大影响，这就对合路器件的抗干扰隔离度提出相应的要求；其次，为了满足TD-LTE室内业务容量需求，天线口功率需要满足一定的要求，在基站发射功率有限的情况下，需要选取最恰当的合路方式以减少TD-LTE的合路及馈线损耗，同时保证对原有系统的改造量最小。

表6 LTE室内建设场景

TD-LTE引入后与原2G/3G室内分布系统的合路方式总体来说可以分为前端合路和后端合路两种。所谓前端合路是指TD-LTE和2G/3G系统的信号从信源输出后立刻合路，通过同一干线输送到远端的方法。所谓后端合路是指TD-LTE和2G/3G系统信号分别通过各自的干线输出到覆盖区域后在进入天线前才合路的方法。

所以在建设LTE的室内分布时，要综合考虑投资成本、建设难度、业务及质量要求。不同应用场景分类如表6所示。

4 TD-LTE规划的未来技术——SON

4.1 SON的概念和背景

SON的全称是自组织网络 （self organized network），是在LTE网络的标准化阶段由移动运营商主导提出的概念，其主要思路是实现无线网络的一些自主功能，减少人工参与，降低运营成本，包括从前期的网络自规划到运营过程中的自优化、自治愈等一系列新技术。

4.2 SON的应用和主要功能

SON的应用场景实际上非常紧密切合运营商的实际运营需求，从网络运营维护的阶段来看，运营商的网络运营维护主要分为4个部分：网络规划、网络部署、网络运营维护以及网络优化，这4个部分也是运营无线网过程中最为耗费人力资源的部分，SON的目的就是要通过自动化这些运营维护的过程，减少人工参与，尽量地节约运营维护成本。

SON具有下述4大功能。

·自配置：eNodeB即插即入、自动安装软件、自动配置无线参数和传输参数、自动检测、邻接关系的自动管理等。自配置能减少网络建设开通中工程师重复手动配置参数的过程，减小网络建设难度和减少成本。

· 自优化：根据网络设备的运行状况，自适应调整参数，优化网络性能。传统的网络优化，可以分为两个方面：其一为无线参数优化，如发射功率、切换门限、小区个性偏移等；其二为机械和物理优化，如天线方向和下倾、天线位置、补点等。自优化只能部分代替传统的网络优化，它包括覆盖与容量优化、节能、PCI自配置、移动健壮性优化、移动负荷均衡优化、RACH优化、自动邻区关系、小区内干扰协调等。

· 自治愈：通过自动告警关联发现故障，及时隔离和恢复。

· 自规划：动态地自动重计算网络的规划，如系统扩容时的站点规划和无线参数配置。

SON的发展动力是为了尽量减少管理者管理大量网元带来的运维成本，特别是来自不同厂商的设备。在3GPP版本8中许多网元间的消息界面已经标准化，比较重要的如eNodeB间的X2接口和eNodeB和EPC （MME、SGW）间的S1，这对于推动SON的发展有着积极的意义。

5 结束语

LTE的规划和布网目前尚处于起步阶段，对于2 300～2 400 MHz频率上的TD-LTE更没有可以借鉴的经验，许多数据还要等待进一步验证。TD-LTE作为TD-SCDMA的演进，将进一步推动通信技术自主创新，拉升整个通信产业。同时LTE的规划还存在许多问题，如TD-LTE在2 300～2 400 MHz上是采用同频组网还是异频组网，如何与2G/3G进行互操作等。本文对这些问题进行了探讨，希望对于今后完善LTE组网，加快LTE的发展有所启迪。