用LTE-U部署移动网络探讨

徐伟，杨云( 中国移动通信集团安徽有限公司, 合肥 30088； 中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司, 合肥 3004)



用LTE-U部署移动网络探讨

徐伟1，杨云2
(1 中国移动通信集团安徽有限公司, 合肥 230088；2 中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司, 合肥 230041)

摘要“频谱”是移动宽带网络的“生命线”，对电信运营商来说，频谱永远是最稀缺的宝贵资源。有专家预测，到2018年或2019年对于频谱的需求将远远超过频谱的供应，如何应对数据流量日益增长与频谱资源不足之间的矛盾，LTE-U技术应用而生，它是一种应用5GHz的免授权频谱为用户提供运营商级网络服务的无线接入技术，本文结合LTE-U的技术特点和当前4G网络的建设情况浅述了LTE-U部署移动网络的前景。

关键词LTE-U；LTE；Wi-Fi；小基站

1　前言

智能手机飞速发展、高清晰多媒体流业务不断涌现，凸显出频谱匮乏与需求间的深刻矛盾，目前，移动运营商发展4G的唯一选择是采用授权频段，并采用各种技术创新来提高现有频谱利用效率。移动宽带网络的扩容压力越来越大，途径之一是使用更多的新频谱。但是这其中涉及到频谱的重新指配，会引起很多新的问题，比如很容易触及其他频谱使用机构的根本利益，地面电视广播机构就在极力保护700 MHz频段。在4G网络覆盖的热点区域，由于频谱源的有限，很容易达到网络容量极限，造成网络拥塞。与此同时，在5GHz频段却存在着丰富的免授权频谱资源，如能有效的利用这一频段就可以解决频谱资源不足与数据流量增长之间的矛盾。LTE-U技术的提出为有效的利用5GHz免授权频谱资源提供了一种可能方案。

2　LTE-U技术特征

LTE-U是一种应用5 GHz的免授权频谱为用户提供运营商级网络服务的无线接入技术。它具有如下两个很明显的优势。

2.1相对现有电信网络而言，频谱资源丰富

以中国移动为例，4G网络可用频率包括F频段（1880 ～1900 MHz）、D频段（2575～2635 MHz）、E频段（2320 ～2370 MHz）（仅限于室内网络使用），而5GHz频谱资源有5150～5350 MHz和5725～5850 MHz（中国）共计325 MHz频谱资源。

2.2相对于Wi-Fi而言，有QoS机制保证

免授权频谱是指在满足无线电管制下不需要政府授权就能直接使用的频谱资源，Wi-Fi就是部署在免授权频谱的典型技术，Wi-Fi通过载波监听等手段与其他无线接入技术共存于免授权频段，但可靠性和干扰问题依然是Wi-Fi没能取得更进一步发展的绊脚石，因其缺乏服务质量（QoS）保证机制，无法很好的支持高速移动业务，而LTE-U虽然工作在免授权频段上，但其采用LTE空口协议完成通信，从而可以借助集中调度，干扰协调、自适应重传请求等技术来保证业务的可靠性，提供比Wi-Fi更好的覆盖质量、更大的网络容量。

对于用户而言，同时使用授权频段与免授权频段接入网络，可以获得更高的接入速率、更强的可靠性、更好的移动性。

3　LTE-U网络架构

LTE-U网络在系统架构上与LTE网络是相同的，仅是末端射频单元工作频段不一致，如图1所示。

图1　LTE-U网络架构示意图

LTE-U网络末端的射频设备工作在5GHz的免授权频段内，核心网与现有LTE网络共同运营管理，同时适用于授权与免授权频段。为了公平有效使用免授权频谱，同时保持或增强LTE系统优势，LTE-U需要对空中接口做必要改变，这还需要相关标准化组织共同进行LTE-U空口传输协议的标准制订。

4　LTE-U与LTE、Wi-Fi的共存关键技术

4.1LTE-U与LTE的共存

LTE-U与LTE网络因其系统架构一样协同相对容易，其主要有授权辅助接入和双连接两种模式。

授权辅助接入采用载波聚合技术，聚合授权频谱和免授权频谱，授权频谱作为主服务载波，移动终端总会优先连接授权频段，免授权频谱作为辅载波单元提供额外的无线资源，只有在被主服务载波激活后，才能作为补充使用。双连接是指用户同时连接授权频谱和免授权频谱，其中授权频谱用于实现控制平面的功能，保证蜂窝通信的连续性。在业务平面，用户数据业务可以任意在授权频谱或免授权频谱发送。

4.2LTE-U与Wi-Fi的共存

LTE-U与Wi-Fi同时工作在5 GHz的频段内，频率干扰严重，且两者之间存在较大网络差异，网络架构和工作方式都不同，如何协调LTE-U与Wi-Fi网络并存且相互合作的关系，是LTE-U网络能否成功部署的关键。一种是基于特定波形的LBT技术（Listen Before Talk，是一种传统的信道共享策略，基于竞争的接入策略），该技术通过网络提供一种特定的电磁波形，以满足支持毫秒时间尺度的LBT以避免碰撞，该技术涉及LTE-U空中接口的修改。另一种是自适应占空比的CSAT技术，该技术是指LTE-U基站可以根据不同Wi-Fi接入点分析结果，自适应的根据CSAT算法定义允许LTE-U基站发射数据或者关闭的时间周期。

5　LTE-U网络的建设前景

5.1小微基站的规模建设为LTE-U网络部署提供了产品化形态

随着近年大规模的4G网络建设，目前4G网络已经覆盖了城市、县城、高速铁路、高速公路、三A级以上风景区以及乡镇农村热点区域，但由于无线传播环境的复杂性，4G网络弱覆盖现象的出现不可避免，目前主要弱覆盖场景受限于网络结构、站址协调、工程建设等因素，传统的宏站、室内分布系统、小区覆盖系统解决方案实施困难。4G网络需要安装更灵活、外形更美观、覆盖控制更好的基站产品。由此TD-LTE采用了异构网络概念，定义为各种制式、各种功率等级的基站设备组成的多系统、多层次的网络结构（见图2）。

图2　TD-LTE异构网

宏覆盖主要实现广覆盖，采用8通道RRU，高铁等专网采用2通道RRU。室内覆盖针对重要的室内业务发生场景，可通过建设室内分布系统覆盖，或通过微基站室外覆盖室内方式、室内部署皮基站、飞基站方式覆盖。补盲补热覆盖主要针对宏覆盖边缘和盲区或业务热点区域，可通过部署小微基站等方式覆盖。

从中国移动2015年4G网络部署和建设实际也可知，小基站因其具备部署灵活、建网快、维护简便、功耗低等显著优势已经开始成为4G网络建设的主角。未来的LTE-U网络将是一个通过大量部署密集小基站提供更高的网络容量，并采用自组织技术实现密集部署小基站网络中的接入控制、干扰协调、资源分配的网络。

据悉，业界已有公司将LTE-U技术集成在最新的小型基站解决方案和面向移动终端的射频收发器中，并通过了相关的测试。

5.2LTE多载波聚合的需求将推进LTE-U网络的发展进程

为了满足单用户峰值速率和系统容量提升的要求，一种最直接的办法就是增加系统传输带宽，因此LTEAdvanced系统引入一项增加传输带宽的技术，也就是CA(Carrier Aggregation，载波聚合)，2015年，中国移动在全国范围内展开了同频双载波聚合的商用，测试效果均符合预期。以中国移动目前可用的4G频段来说，D频段最多可做到3载波聚合（单载波带宽20MHz），而F频段仅能做20MHz+15MHz的双载波聚合，随着网络的发展未来可能要求5载波或更多载波聚合，所以运营商需要更多的频谱去满足网络速度要求。

在LTE-U下，基于C-RAN构架，基站分离成BBU和RRU，就相当于BBU连接了两个RRU，一个是LTE现有授权频段下的RRU，一个是未授权频段5GHz下的RRU，两者都通过CPRI接口连接BBU，带宽在MAC层完成聚合，通过工作在未授权频段的LTE-U实现更多载波的聚合，提供更高的频谱效率和更好的覆盖效果。

6　在现有网络上部署LTE-U的优劣势分析

6.1优势方面

在现有LTE网络的基础上，不需要修改安全认证、核心网业务管理和计费架构，仅升级基站就可以实现LTE-U的部署，并且和原LTE业务进行无缝切换。且LTE-U方案可在室内室外热点等任何有小基站部署的区域进行灵活部署，不需要额外的站址和传输资源。

6.2劣势方面

由于5GHz频段提供较小的覆盖半径，部署可能将集中于在室内场所使用Small cell，主要的目标是企业和具有高数据流量的公共场所，但是这些场所往往已经覆盖了Wi-Fi，密集部署网络的干扰情况必将更加严重，另外4G基站架构复杂，建造一张全国性的Small cell网络也肯定会面临不少技术、成本、工程实施方面的障碍，同时还需要面对小基站与宏基站协同规划困难等问题。

7　结束语

据悉，对于5G标准，业内多扩大使用未授权频谱，并以LTE-U技术做为基础，打造速率更高、低延迟且耗电量更小的网络，来满足未来10年各种物联网设备的连结需求，本文从LTE-U网络的基本结构、与现有网络如何共存、网络建设前景等方面进行了浅述。作为5G的解决方案，LTE-U网络的发展还有很长的一段路要走，其效果如何也需要在充分的试验基础上，进行实际网络建设与使用才可得知。

参考文献

[1]徐景，杜金玲，杨旸.LTE和Wi-Fi系统间灵活频谱使用关键技术[J].中兴通讯技术，2015(1).

[2]于超.浅析LTE-U网络技术.广东通信技术, 2015(7).

[3]蒋远, 汤利民.TD-LTE原理与网络规划设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

Simple analysis with the LTE-U deployment of mobile networks

XU Wei1, YANG Yun2
(1 China Mobile Group Anhui Co., Ltd., Hefei 230088, China; 2 China Mobile Group DesignInstitute Co., Ltd.Anhui Branch, Hefei 230041, China)

Abstract"Spectrum" is the "lifeline" mobile broadband network, for telecom operators, the spectrum is always the most valuable and scarce resource.Experts predict that by 2018 or 2019 demand for spectrum will be far more than the supply of spectrum, how to deal with the data fl ow between the growing and spectrum resources shortage contradiction, LTE-U technology application, It is a kind of application of 5GHz unlicensed spectrum carrier-grade network service for the users of wireless access technology.In this paper, based on the technical characteristics of LTE-U and the current on the construction of 4G networks, The prospect of LTE-U deployment of mobile networks by analyzing.

KeywordsLTE-U; LTE; Wi-Fi; small cell

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目前设计院正支撑中国移动通信集团公司开展《IDC专项研究报告》编制，将对IDC建设发展的总体定位、发展思路、策略措施提出意见建议，对中国移动通信集团省公司下一步工作提出明确的具体要求和指导。

（摘自：中国移动通信集团设计院)

收稿日期：2016-01-03

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）03-0085-04