4G技术在城市无线通信网的应用研究

［林陈莹］

4G技术在城市无线通信网的应用研究

［林陈莹］

TD-LTE是我国自主知识产权的新一代宽带移动通信系统标准，目前已经开始大规模商用。介绍了TD-LTE无线通信技术的发展背景，提出了其发展方向，对TDLTE无线通信技术从网络架构、关键技术、组网方案等几个方面进行了详细的描述，最后对其应用进行了详细的探讨。

无线通信 TD-LTE 关键技术

林陈莹

中国铁塔股份有限公司漳州市分公司。

1 引言

随着经济发展和技术革新带来无线网络的快速发展，使人们的生活、沟通、信息共享发生了巨大变化。我国的移动用户数目迅猛增长，在未来的市场环境中，移动通信将成为最具发展情景与研发价值的产业之一［1］。TD-LTE技术是基于全 IP 化的适应移动数据、移动计算和移动多媒体运作的相关技术，将引领通信网络全面进入超高速、个性化、多样化的新时代［2-3］。现在TD-LTE已经在多领域开始广泛应用，成为现代社会的主要通信方式。

2 TD-LTE无线通信网络架构

TD-LTE系统可以分为核心网和无线接入网两部分，如图1所示，其中核心网包括移动性管理实体（MME）、服务网关和分组数据网网关；无线接入网包含一种网络节点，即LTE基站（E-NodeB）。

图1 TD-LTE系统架构

系统中各个网元分别承担不同的功能。TD-LTE核心网的MME实体负责移动性管理相关的控制功能，包括对终端位置跟踪区域列表的管理，接入网之间的移动性管理，以及网络承载管理的功能。TD-LTE核心网的服务网关负责数据承载的相关功能，包括数据包的路由和转发。PDN网关是TD-LTE核心网与外部因特网的接口，完成的主要功能包括用户的数据包过滤，终端的IP地址分配等。

E-NodeB组成的无线接入网是系统与终端用户进行通信的接口，它的功能分为数据面和控制面两个部分，其中数据面负责用户数据信息的传输，控制面负责系统控制功能外以及相关的传输和处理。除了无线资源控制协议外，控制面和数据面采用了相同的分层协议结构进行信息的处理，包括分组数据会聚协议、无线链路控制、媒体接入控制和物理层。

3 TD-LTE的关键技术

LTE基本技术

（1）基于 TDD 的双工技术

在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。

（2）多址方式

TD-LTE采用OFDM技术为基础，下行采用OFDMA，而上行根据链路特点采用单载波DFT-SOFDM作为多址方式。根据OFDM技术采用子载波分配的特点，系统采用15kHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，如图2所示可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合的方式，聚合5个20MHz的单元载波，实现100MHz的全系统带宽。

图2 OFDM技术

（3）多天线MIMO技术

MIMO是TD-LTE系统的一项关键技术，根据天线部署形态和实际应用情况可采用发射分集、空间复用和波束赋形3种实现方案。例如，对于大间距非相关天线阵列可采用空间复用方案同时传输多个数据流，实现很高的数据速率；对于小间距相关天线阵列，可采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰。

如图3所示TD-LTERelease8版本支持下行最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽情况下，可实现超过300Mbit/s的峰值速率。在TD-LTERelease10和TD-LTE-Advanced中，下行支持的天线数目扩展到8，相应最大可以空间复用8个数据流的并行传输，峰值速率提高一倍，峰值频谱效率达到30Mbit/s。同时，TD-LTE-Advanced在上行也引入了MIMO功能，支持最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流，达到16bit/s/Hz的上行峰值频谱效率。

图3 多天线MIMO技术

4 TD-LTE部署方案

中继部署，就是采用无线信号转发的方式进行通信，通过快速、灵活地部署一些节点，从而达到改变系统容量和改善网络覆盖的目的。在某些情况下，由于成本和施工难度等方面的因素，难以实现这样的有线链路的架设，所以产生了对于中继或者无线回传技术的需求，如图4所示。

图4 中继部署方案

室内部署，即采用家庭基站与用户的有线带宽网络相连接，当用户在使用某些数据业务（如internet访问）时，可以直接通过有线宽带网络，而不需要经过蜂窝网络，如图所示。家庭基站又称为毫微微蜂窝（Femtocell），是一种低功率、低成本、易操作、根据需要可自购买、自配置、自安装的小型蜂窝移动通信基站，主要用于家庭网络，也可在企业、高校以及公共热点地区进行小范围网络覆盖，如图5所示。

异构多基站部署是为了提供更灵活高效的通信服务，无线网络的部署将呈现不同的形态和层次。例如：使用宏基站提供充分的覆盖能力，在此基础上，补充使用微蜂窝/家庭基站等小型基站提供热点大容量/私人专用接入等通信服务，由此形成立体的异构的多层次部署网络，如图6所示。

异构节点的类型包括：无线射频拉远（RRH），有X2接口和网络规划的微蜂窝基站（Pico），无X2接口和无网络规划的家庭基站（HeNB），以及带有回传链路的无的无线中继（Relay）。3GPP分析了各种异构网络的场景，优先级排序是：宏蜂窝（Macro）+室内HeNB，宏蜂窝（Macro）+室外（Pico），宏蜂窝（Macro）+室内Pico，以及其他场景。

5 结束语

本文对TD-LTE技术的背景、关键技术以及部署方案的做了详细介绍，从该技术的发展中可以得出，作为一种新型技术，它的产生、发展为全球的移动通信带来了新的发展方向。为人类的现代化生活提供了更多的便利，它已然成为了全球移动通信发展的主流，在未来的通信技术发展中，它将是最主要的发展方向。

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.08.004