TD-LTE网络的引入策略研究
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【摘要】文章主要从LTE引入时期、引入路径、业务定位、频谱规划以及LTE的设备支持情况等方面出发,对LTE的引入策略进行了研究和分析,给出引入LTE需要考虑的因素以及引入LTE的覆盖策略。
【关键词】 LTE 频谱规划 业务定位
1 前言
td-lte标准在国际上被广泛接受,成为3GPP唯一的TDD标准,同时已经启动的TD-LTE产业与国际LTE产业基本同步。TD-LTE为中国下一代移动通信产业步入国际主流带来了历史性的机遇。而如何引入TD-LTE网络是中国运营商目前亟需考虑的问题。
本文从TD-LTE的引入时期、引入路径、业务定位、频谱规划、设备情况以及覆盖策略几方面对TD-LTE的引入策略进行了初步研究。
2 TD-LTE网络的引入时期
TD-LTE国际标准化和产业链的发展已经取得了突破性的进展。从标准方面来看,TD-LTE物理层高层的相关接口和射频标准都已经完成。从产业来看,国际国内很多制造商都已经加入到TD-LTE产业链当中。2009年底,很多设备制造商就可以提供TD-LTE商用或者准商用的主设备。中国移动也准备在2010年5月份上海世博会上展示TD-LTE,进行较大规模的外场试验。
同时,TD-SCDMA是保障TD-LTE成功的前提条件,而TD-LTE产业链发展有赖于TD-SCDMA产业链的强大和完善。
根据TD-LTE的网络建设和业务应用的特点,从整个移动通信系统演进的角度来看,TD-LTE的发展有赖于TD-SCDMA的快速发展。
从终端的发展情况来看,预计多数厂家提供第一款LTE FDD商用芯片的时间在2010年下半年,而相对于LTE FDD,TD-LTE商用芯片的时间表大概将晚半年左右。
总的来看,TD-LTE网络的引入时间,主要应考虑以下几点:
技术标准的成熟度;
设备厂家等整个产业链的发展情况;
手机等终端的成熟度;
3G系统引导的数据业务的发展情况;
市场竞争。
3 TD-LTE网络的引入路径
由于LTE实质性部署至少还需三年左右的时间,而市场竞争带来的压力,使HSPA+(高速链路分组接入演进)成为运营商的另外一项选择。
这样,从3G网络到LTE网络有如下两种策略:
策略一:3G网络直接升级到LTE;
策略二:3G网络通过引入HSPA+升级到LTE。
策略一的优点是:标准制定进度较顺利,厂家重视与支持程度好。策略一的缺点是:演进过程过于激烈,大量HSPA用户需要更换LTE终端,HSPA网元无法再利用;3G网络投资保护性差,大量的HDPA投资浪费;演进周期将会很长,一是处于投资保护考虑,HSPA系统将长期运行,吸收不少用户,二是剧烈演进将影响LTE系统发展用户,大大拉长LTE系统的成长期,影响其商用进程。
策略二的优点是:演进平滑,现有无线网络投资可以得到最大限度的保护。策略二的缺点是:HSPA+应先于LTE得到应用,但HSPA+技术研究和标准制定进度远落后于LTE,尤其是基于TDD的HSPA+标准化工作更是处于初始阶段;HSPA+存在一定的不确定性。
通过比较,两种策略各有长短。究竟采用哪种引入路径,将取决于市场竞争以及相关技术的成熟度如何。运营商既要保持技术领先,同时又要考虑合理的建设成本,建议采取策略二进行网络的平滑过渡,以保护TD-SCDMA网络的投资。
4 TD-LTE网络的业务定位
早期2G提供的数据业务传输速率太低,时延太长,无法提供舒适的使用体验。
LTE将支持更多用户,其更高的速率可以与目前应用于家庭的DSL速率相媲美。简化的协议结构、简化的网络架构、基站网络间的功能分离和功能重定义,作为LTE提高网络效率的手段,使运营商有机会将传统互联网业务移植到手机平台,向手机提供高数据率业务、融合语音业务(VoIP语音业务)。
总的来看,在很长一段时期内,2G/3G网络与TD-LTE网络的业务定位有以下一些特点:
2G/3G网络与TD-LTE将在一定时期内共存,相互竞争和互补,各自对不同需求和业务定位混合组网运营,并有部分重叠;
2G/3G将在语音等电路域业务以及低速数据业务等方面充分发挥其特有的技术特点;
TD-LTE网络的大容量、高速率、低延迟、低成本特性能够保证有效的海量数据传输,在高速率数据业务上填补2G/3G的不足;
TD-LTE的网络发展的业务发展是一个渐进的过程,3G网络数据业务发展情况将在一定程度上影响TD-LTE网络的业务发展。
5 TD-LTE网络的频谱规划
中国移动在前三期的TD-SCDMA网络建设中,已经采用了A、B频段进行网络建设,在四期建设中有可能增加使用C频段。而最近,中国在低频段增加了新的TDD频谱:700M频段:746MHz～806MHz(60MHz)。在将来的TD-LTE网络建设时,可以采用A、B、C频段以及700MHz频段。
这样,TD-LTE与TD-SCDMA既可以同频组网,也可以异频组网。
同频组网时,TD-LTE与TD-SCDMA可以同时采用A、B频段,或者同时采用A、B、C频段;异频组网时,TD-SCDMA采用A、B频段,而TD-LTE可以采用C频段或者C频段与700MHz频段。
5.1TD-LTE与TD-SCDMA同频组网
TD-LTE与TD-SCDMA可以同时采用A、B频段,或者同时采用A、B、C频段,在这种情况下,主要考虑TD-LTE与TD-SCDMA的时隙分配以及系统之间的干扰。如果采用C频段组网,还要考虑TD系统与WLAN系统之间的干扰,特别是室内分布系统的干扰。
TD-LTE网络和TD-SCDMA网络的同频共存,也就是LTE的DL/UL必须经过时间调整和TD-SCDMA子帧相一致。但并不是所有的DL/UL配置比例都支持TD-SCDMA和TD-LTE两网的共存,DL/UL比例为6:1和3:4的两种配置不支持两个网络的共存。
在同频段且无额外保护带的情况下,TD-LTE系统和TD-SCDMA系统共站组网时必须实现设备的严格同步,以彻底解决干扰问题。但对于中国移动来说,频谱资源较为丰富,因此不建议采用同频组网。
5.2 TD-LTE与TD-SCDMA异频组网
TD-SCDMA采用A、B频段,而TD-LTE可以采用C频段或者C频段与700MHz频段。
如果TD-LTE只采用C频段组网,由于TD-LTE与TD-SCDMA间的频率间隔,基本可以不考虑两者之间的系统干扰,但仍需要考虑TD系统与WLAN系统之间的干扰,特别是室内分布系统的干扰。
TD-LTE也可以采用700MHz频段组网。如果TD-LTE只使用2GHz以上的频段,即C频段组网,那么高频段的无线网络特性是覆盖范围小,限制了单基站的覆盖能力,使广域覆盖的建网成本较高。如果采用采用较低的频段,就可以获得更大的覆盖范围,使建网的成本降低。特别是对于室内覆盖,较低的频段有着更好的穿透性,能够提供更好的室内覆盖。
TD-LTE可以同时采用C频段与700MHz频段组网,即由双频或是多频段网络组成未来的TD-LTE系统,系统的广覆盖由低频段的网络来承载,高容量、大业务需求的区域则由高频段的网络来承载。
这样,在网络建设初期,主要覆盖热点地区可以采用C频段进行网络建设;在网络建设的中后期,可以采用700MHz进行大覆盖的网络建设。另外,对于室内覆盖,也可以采用700MHz进行建设,以解决目前还不好解决的与WLAN系统的干扰问题。
5.3 TD-LTE系统室内外异频组网
在频率资源支持的情况下,建议室内覆盖与室外覆盖尽量采用异频组网方式。采用异频可减少干扰,降低规划和优化工作量,同时室内外可设置不同上下行切换点,以满足不同业务要求。
6TD-LTE网络的设备情况
6.1TD-LTE网络设备的分类
从基站产品的扇区配置、应用场景以及成本出发,TD-LTE基站产品可以分为三类:宏基站、微基站和微微基站(又包括Femto基站和Pico基站)。
而根据硬件结构,宏基站和微基站又可以分为一体化基站和分布式基站。其中分布式基站是由BBU和RRU两部分组成。根据TD-SCDMA网络的设备应用情况,分布式基站是TD-LTE的主要使用的产品。
6.2 TD-LTE微微基站
TD-LTE微微基站,又称为家庭型基站。是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站,它采用IP协议、通过用户IP宽带网接入运营商的移动核心网,具有超小型化、即插即用等创新特性,是为移动宽带用户体验而提出的一个新概念。
Femtocell使用IP协议,通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接,远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通。从网络建设和运营角度来看,其具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。
6.3 TD-LTE网络设备特点
根据目前各个厂家的设备开况,TD-LTE网络设备主要有以下特点:
RRU设备采用宽带收发信机设计,每载波带宽高达20MHz;采用64QAM、MIMO、OFDM等技术,具有高峰均比;采用高效率功率放大器技术,基站整机功率效率高达20%;能够支持2×2MIMO、4×2MIMO、8天线波束赋形。
对于BBU设备,对于TD-SCDMA厂家,TD-LTE的BBU设备与TD-SCDMA设备可以共模块;对于非TD-SCDMA厂家,TD-LTE的BBU设备可以与GSM设备共机架。能够支持2×2MIMO、4×2MIMO、8天线波束赋形的信号处理。
而在TD-LTE系统应用中,有以下几种天线结构:
标准X-极化、双极化天线结构。
双波束板天线结构:用户由最近的固定波束提供服务;天线波束由天线列生成;每个波束都通过双极化方式支持MIMO。
自适应波束SDMA-MIMO:每个用户由多个波束提供可能最大的C/(I+N);零值波束指向其他SDMA用户;每个用户都可应用双极化MIMO。
6.4 对现有TD-SCDMA网络设备的升级要求
根据前面的分析,TD-LTE系统基本上可以利用TD-SCDMA网络的站址进行基站建设。
TD-LTE与TD-SCDMA进行共址建设,可以共用机房、电源、传输等配套设施,节约建网成本。如果TD-SCDMA网络在建设期间能够考虑到将来向TD-LTE系统过渡,就可以进一步利用现有投资,而节约建设成本。
根据厂家目前的产品开况,BBU基本采取的是共模开发,只需要考虑TD-LTE与TD-SCDMA的总的基带处理能力的分配。
TD-LTE系统与TD-SCDMA系统共用RRU,主要要考虑带宽、时隙配比和输出功率等因素。受限于器件带宽能力,共RRU最多支持30MHz带宽,这种情况下两个系统只能采用同频方式组网;如果是异频组网,两个系统只能通过合路器将两个RRU合路到宽频天线上。由于共收发通道,要求TD与LTE时隙转换点一致,此时两系统间无须干扰隔离带宽。同时需提升现有TD-SCDMA2W输出功率至5W以上。实际由于TD-LTE后续的输出功率要求高达20w,整个RRU的输出功率就更高了。
7 TD-LTE网络的覆盖策略
从网络演进及部署等方面来考虑,类似目前3G网络建设,以现有用户和网络覆盖为基础,3G网络目前必须叠加在2G网络上才会有较好的赢利模式,应充分利用目前2G网络网覆盖广泛、用户众多的资源。
所以,如果未来的LTE网络布局叠加在3G的网络上,以3G业务应用的数据为基础进行网络布局,将达到更好的网络建设目标。
根据前面的分析,结合TD-LTE网络的业务定位,可以将TD-LTE网络建设阶段分为三个阶段:网络建设初期、网络建设中期、网络建设后期。如表1所示,TD-LTE网络建设各阶段发展策略如下:
网络建设初期:根据移动数据业务的发展情况,在3G业务应用出现饱和的热点区域建设TD-LTE网络,TD-LTE系统作为3G业务饱和区域的补充覆盖;同时,对于室内等有高速率数据要求的区域,要进行重点覆盖建设。
网络建设中期:根据市场对超高速数据业务的需求情况,逐步在城区进行TD-LTE网络的建设,为城区提供高速率的业务速率。这个阶段,在城区TD-LTE网络与TD-SCDMA网络共存,相互竞争和互补,各自针对不同需求和业务定位混合组网运营,并有部分重叠。
网络建设后期:根据数据业务发展的情况,由城区向郊区、县城、农村等区域逐步扩大TD-LTE网络的覆盖,进行全网广覆盖。在数据热点地区,由于TD-LTE网络的低成本等因素,2G/3G网络逐步退出市场,基本完全依靠TD-LTE网络来提供各种业务。在其它区域,TD-LTE提供高速率的数据业务,TD-SCDMA网络提供话音和低速率数据业务。
8 总结
综上所述,对TD-LTE的引入策略初步总结如下:
TD-LTE网络建设各阶段发展策略:TD-LTE的引入时期的确定要充分考虑技术标准的成熟度、设备厂家等整个产业链的发展情况、手机等终端的成熟度、3G系统引导的数据业务的发展情况、市场竞争等几方面因素。
采用哪种技术引入路径,将取决于市场竞争以及相关技术的成熟度。
2G/3G网络与TD-LTE将在一定时期内共存,相互竞争和互补,应各自针对不同需求和业务定位混合组网运营,并有部分重叠;2G/3G将在语音等电路域业务以及低速数据业务等方面充分发挥其特有的技术特点;TD-LTE网络的大容量、高速率、低延迟、低成本特性能够保证有效的海量数据传输,在高速率数据业务上填补2G/3G的不足。
TD-LTE的频谱规划,既要考虑系统的频谱效率,也要考虑系统的干扰情况,同时还要考虑不同TDD频段的无线传播特性,可以采用高低双频段组网。
TD-LTE与TD-SCDMA进行共址建设,可以共用机房、电源、传输等配套设施,节约建网成本。如果TD-SCDMA网络在建设期间能够考虑到将来向TD-LTE系统过渡,就可以进一步保护现有投资,节约建设成本。
TD-LTE网络的建设是逐步进行的,而且应该走一步看一步,根据用户及业务应用分布再确定下一步的建网策略以及覆盖区域。
参考文献
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【作者简介】
胡恒杰:中国移动通信集团设计院高级工程师,常年从事移动通信工程咨询和设计工作,对GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等移动通信系统均有一定了解,主持完成了多项移动通信系统的课题研究工作。
梁Z:中国人民西安通信学院讲师。1998年本科毕业于兰州交通大学通信工程专业,2005年硕士研究生毕业于西安电子科技大学,研究方向为第四代移动通信。
朱强:北京邮电大学硕士研究生,从事移动通信方面工作和研究工作12年,现任职于中国移动通信集团设计院有限公司,曾撰写移动通信方面的论文多篇,参与移动通信集团企业标准的编制。
刘煜鹏:高级工程师,工学硕士,毕业于中科院安徽光学精密机械研究所,1996～2004年在中讯邮电咨询设计院负责传输专业设计,2004年至今在中国移动河南公司负责移动通信有线传输及无线网络规划与投资管理工作。