LTE系统分析与规划

陈爽

摘 要：面对当前用户对数据处理能力提出的更高要求，无线网络在向EPS发展。本文简单分析了LTE和WCDMA的联系和区别，讨论了网络的合并方案和策略。然后对LTE系统中的关键技术进行了介绍，设计了一种新型的LTE-RoF系统。最后对LTE系统的容量进行了分析，并提出了两种对WCDMA的改进方案。

关键词：WCDMA；LTE系统；RoF技术；覆盖能力

1 引言

无线网络业务的发展，导致了移动终端的多样化，而移动设备的硬件发展方向可以总结为以下三点：第一，对终端芯片进行外观的创新，设计新颖独特的外观，使用好的科技含量高的材质做出优质时尚的硬件设备。第二，对于移动终端的硬件开发更多的功能，完善服务，满足用户的需要。第三，开发多种应用程序，提供网络的全面支持，可以做到随时随地上网。无论近期还是长远看，移动终端的改进和完善呈现出不可阻挡的发展態势。

同时，随着终端的发展完善，对芯片技术也提出了更严格的要求，这一点从SOC技术的改进上可以看出来。但是该技术的改进也面临了两大困难：第一，就是软件和硬件的兼容性和对系统的融合；第二，芯片生产工艺的改进，要求生产的芯片体积越来越小。这些问题都对将来TD-LTE芯片的发展和改革发出了挑战。

近十年来，LTE技术的发展变化较大。2007年召开的会议提出了移动公司要与其他公司签署了LTE-TDD合作协议，努力将TD-SCDMA发展为LTE或者更高的体系。而到此为止，很多专家学者也看到了TD-LTE与LTE-FDD保持着同样的发展速度，所以两种技术的差距不是很大。很多国内外的企业已经对这些网络的发展体系进行了测试，预计近几年，LTE技术的发展会被商业化。而在中国，对LTE系统的研究也从未间断过，制造商和运营商都投入很多资金进行设计，由此看出LTE的发展潜力非常巨大。

2 LTE-RoF技术

2.1 LTE-RoF系统的设计

RoF的全称即为光载无线电，该系统包括了中心站、远端天线单元、光纤链路和用户端四个部分。中心站也叫做头端，它可以处理数据，并把信号加载到光波上，借助光纤链路把信号传送至远端天线单元，再由光电处理器将信号还原出来。最后对信号进行滤波和放大，在对接收到的信号进行还原后，用户就能得到基带信号。对于LTE-RoF系统，家庭、小区、微蜂窝或者各种中继站的中心站功能基本相似。所以对于头端和基站的信息可以统一处理，通过光纤链路将信号传送到RAU，再发射出去。

如图1所示为LTE-RoF系统的结构图，这样设计可以体现出如下几个优点：①高频信号在传送过程中具有较大的损耗和衰减，但使用光纤传输信号不但损耗小，而且覆盖面广；②光纤的带宽较宽，可以承受较大的业务量，而信号在光域的处理也减少了系统的成本；③依靠光纤传送信号时可以有效防止电磁波的干扰，对信号进行保密；④基站完成全部信号的处理，同时RAU只需负责光电信号的接收、转换和发送；⑤RAU单元的简化处理减小了功率损耗；⑥联合多种技术来处理数据，提高了工作效率，提现了灵活性。

2.2 LTE-RoF技术中存在的难点及解决措施

在LTE-RoF系统中，当前主要出现了以下几个问题：

①LTE-RoF信号的生成问题。在此，可以通过光外差方法、光学倍乘法和外调制器方法三种方法产生射频信号。而其中光外差方法对光信号的相干性具有一定要求；如采用光学倍乘法，则生成的高频信号不适合LTE系统；只有通过外调制的方法产生的信号才能符合频率要求，从而也能简化设备降低成本。所以通常在LTE-RoF系统中运用图2所示的外调制器手段。

②传输过程中的失真和色散问题。射频信号在传递过程中会发生色散和失真现象，降低信号质量。在此有SSB和OCS两种调制方式可以很好地解决色散问题，同时借助新型器件也能减小系统的非线性色散。

③远端天线单元的成本问题。一个值得注意的问题就是天线单元需要覆盖很宽的范围，所以其数量会越来越多。面对这一问题，主要依靠波长复用技术和先进硬件设备来解决。波长复用技术就是在加载上行信号时使用下行载波，而且在远端天线的运用上不需要借助其它激光器件。可以使用EAT来调制上行和下行信号，，这样可以省去RAU，有效节约成本。

3 LTE系统容量分析

有文献中提到，LTE系统处理的数据可以共享，还有VoIP的语音共享方式。所以不能够仅通过用户数量来评价LTE系统的容量，像小区峰值吞吐量、小区平均吞吐量等参数也应该考虑在内。为了给出综合的评定指标，也把VoIP考虑在内，对于上下行信号分别进行容量的估算分析。可以参考数学公式：单用户的容量=小区容量/用户总数，再来分析研究LTE系统的各指标。

3.1 上行PUSCH容量分析

在TD-LTE系统中，由于上行信号的制约，在此侧重PUSCH信道的研究。该信道可以支持多种业务，它的容量取决于不同的带宽和调度方式。数据类型不同，调度方法不一样时，评价PUSCH容量的准则也应改变。例如对VoIP数据的处理使用半静态调度方式，但也要参考小区用户的满意度来评价；但如果是对速率有要求的数据流业务，就应当以小区吞吐率来评判。

3.2 下行信道分析

LTE系统中的控制信道制约了下行链路，所以这里采用小区吞吐量来衡量PDSCH的容量。下行控制信道的组成较多，主要由PCFICH、PDCCH、PHICH和PBCH广播信道这几部分组成。全部用户都能接收PBCH和PCFICH信道，且用户数量也不会受到制约。但使用PDCCH信道却会限制小区容量。而PHICH信道则用来支撑下行数据，它的格式受PBCH控制，按照组映射来划分，可以通过以下公式来计算信道容量。

这里， 表示带宽中RB的数量；Ng可以有多个取值，分别为1/6、1/2、1和2；m，的取值则和TDD配置有关，详细参数如表1所示：

注意，一般的CP中，PHICH中系数取值最大为8。

3.3 VoIP容量分析

通常来说，在进行VoIP通信时，发送的数据中98%延时不超过50ms，可判定为用户处于满意的状态。若某个小区中得到满意的用户数量占95%以上，就可以将VoIP容量当作用户的总数量。VoIP的通信方式采用半静态调度，不受信道制约；当系统的PHICH配置正确且能符合用户要求时，可以演算出以下公式：

在此，激活因子α一般取值0.5；SIDSize的单位bit，是指VoIP用户在静默期MAC层包的大小；PacketSize的单位也是bit，它是指用户在通话期MAC层包的大小；用户静默期SID帧传输周期为160ms； 为20ms半静态调度周期内初传可用的RB数量； 为平均RB数量。

4 WCDMA的完善手段

⑴当HSPA技术向LTE演化时，要看准时机承接更多的数据和会话业务。这种方案的优点体现在LTE标准的构建和技术的改进上，商家对其比较重视，所以发展速度较快；而对比HSPA+，LTE技术中的传输速率更快。LTE系统中的接口和网络体系都经过了重新改革，其关键技术就是OFDM，这也是它和CDMA技术的实质区别。但这也导致了它不能兼容3GPP的很多版本，LTE网络也不能进入到一些移动网络中，而且UTRAN网络不能和LTE系统共享。所以此方法演变速度过快，大多数用户必须采用新终端，也使得3G网的成本提高

⑵LTE经过演化后，HSPA也得到了改进，提升为HSPA+，从而提升了数据传送的最大速率等。这种高级的LTE系统演化过程比较平缓，使得过渡期的网络资源不会白白浪费。不过它也存在一些缺点，原计划中HSPA+的普及应当早于LTE系统，但从近几年的发展看出LTE中的关键技术和有关标准的建立却反而比HSPA+早。由此可见，HSPA+的发展存在很多不确定因素。最近几年HSPA+技术越来越受到重视，标准的制定也在加快，同时生产商们也在提高HSPA+的硬件设备的生产速度。就网络的长期发展而言，WCDMA HSPA的完善应该进行多次升级，增添反馈设备，缓慢过渡为HSPA+。最后找准时机演化为LTE系统，提升数据的传送速度。

LTE在网络发展中具有划时代的意义，它充分利用了频域、空域等多种复用信道，提升了移动通信的速率。LTE的演化将会结合到2G/3G网络中，未来的发展中，将会更多地看到两者的同时使用。LTE与2G/3G发展的重点是能实现互操作功能并能充分利用和共享网络资源，同时也要保护资源，和为用户提供多种业务需要。

[参考文献]

[1]肖清华，汪丁鼎.TD-LTE系统能力分析.移动通信，2011，35（22）：58-64.

[2]潘武，尹怡辉，李柚，等.基于光载无线技术的LTE系统设计.光通信技术，2011，（7）：42-44.

[3]孫宇彤，王东洋.待机状态下的LTE互操作.邮电设计技术，2012，（10）：49-51.

[4]张卓筠，高功应，赫罡.LTE与2G/3G核心网融合演进策略研究.邮电设计技术，2013，（3）：42-44.

[5]李文宇.TD-LTE芯片设计技术面临挑战 技术试验获多厂商参与.世界电信，2010，（8）：57-59.

[6]乔昊，张轶凡，冯志勇.TI C6670 DSP中BCP协处理器在LTE下行物理层中的应用.中国科技论文在线，2013.

[7]陈国利.WCDMA HSPA技术演进思考.信息通信技术，2009，（1）：46-50.