LTE系統(tǒng)分析與規(guī)劃

陳爽

摘 要：面對當(dāng)前用戶對數(shù)據(jù)處理能力提出的更高要求，無線網(wǎng)絡(luò)在向EPS發(fā)展。本文簡單分析了LTE和WCDMA的聯(lián)系和區(qū)別，討論了網(wǎng)絡(luò)的合并方案和策略。然后對LTE系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了一種新型的LTE-RoF系統(tǒng)。最后對LTE系統(tǒng)的容量進(jìn)行了分析，并提出了兩種對WCDMA的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：WCDMA；LTE系統(tǒng)；RoF技術(shù)；覆蓋能力

1 引言

無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展，導(dǎo)致了移動終端的多樣化，而移動設(shè)備的硬件發(fā)展方向可以總結(jié)為以下三點(diǎn)：第一，對終端芯片進(jìn)行外觀的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特的外觀，使用好的科技含量高的材質(zhì)做出優(yōu)質(zhì)時尚的硬件設(shè)備。第二，對于移動終端的硬件開發(fā)更多的功能，完善服務(wù)，滿足用戶的需要。第三，開發(fā)多種應(yīng)用程序，提供網(wǎng)絡(luò)的全面支持，可以做到隨時隨地上網(wǎng)。無論近期還是長遠(yuǎn)看，移動終端的改進(jìn)和完善呈現(xiàn)出不可阻擋的發(fā)展態(tài)勢。

同時，隨著終端的發(fā)展完善，對芯片技術(shù)也提出了更嚴(yán)格的要求，這一點(diǎn)從SOC技術(shù)的改進(jìn)上可以看出來。但是該技術(shù)的改進(jìn)也面臨了兩大困難：第一，就是軟件和硬件的兼容性和對系統(tǒng)的融合；第二，芯片生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，要求生產(chǎn)的芯片體積越來越小。這些問題都對將來TD-LTE芯片的發(fā)展和改革發(fā)出了挑戰(zhàn)。

近十年來，LTE技術(shù)的發(fā)展變化較大。2007年召開的會議提出了移動公司要與其他公司簽署了LTE-TDD合作協(xié)議，努力將TD-SCDMA發(fā)展為LTE或者更高的體系。而到此為止，很多專家學(xué)者也看到了TD-LTE與LTE-FDD保持著同樣的發(fā)展速度，所以兩種技術(shù)的差距不是很大。很多國內(nèi)外的企業(yè)已經(jīng)對這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展體系進(jìn)行了測試，預(yù)計(jì)近幾年，LTE技術(shù)的發(fā)展會被商業(yè)化。而在中國，對LTE系統(tǒng)的研究也從未間斷過，制造商和運(yùn)營商都投入很多資金進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此看出LTE的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮蟆?/p>

2 LTE-RoF技術(shù)

2.1 LTE-RoF系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

RoF的全稱即為光載無線電，該系統(tǒng)包括了中心站、遠(yuǎn)端天線單元、光纖鏈路和用戶端四個部分。中心站也叫做頭端，它可以處理數(shù)據(jù)，并把信號加載到光波上，借助光纖鏈路把信號傳送至遠(yuǎn)端天線單元，再由光電處理器將信號還原出來。最后對信號進(jìn)行濾波和放大，在對接收到的信號進(jìn)行還原后，用戶就能得到基帶信號。對于LTE-RoF系統(tǒng)，家庭、小區(qū)、微蜂窩或者各種中繼站的中心站功能基本相似。所以對于頭端和基站的信息可以統(tǒng)一處理，通過光纖鏈路將信號傳送到RAU，再發(fā)射出去。

如圖1所示為LTE-RoF系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，這樣設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出如下幾個優(yōu)點(diǎn)：①高頻信號在傳送過程中具有較大的損耗和衰減，但使用光纖傳輸信號不但損耗小，而且覆蓋面廣；②光纖的帶寬較寬，可以承受較大的業(yè)務(wù)量，而信號在光域的處理也減少了系統(tǒng)的成本；③依靠光纖傳送信號時可以有效防止電磁波的干擾，對信號進(jìn)行保密；④基站完成全部信號的處理，同時RAU只需負(fù)責(zé)光電信號的接收、轉(zhuǎn)換和發(fā)送；⑤RAU單元的簡化處理減小了功率損耗；⑥聯(lián)合多種技術(shù)來處理數(shù)據(jù)，提高了工作效率，提現(xiàn)了靈活性。

2.2 LTE-RoF技術(shù)中存在的難點(diǎn)及解決措施

在LTE-RoF系統(tǒng)中，當(dāng)前主要出現(xiàn)了以下幾個問題：

①LTE-RoF信號的生成問題。在此，可以通過光外差方法、光學(xué)倍乘法和外調(diào)制器方法三種方法產(chǎn)生射頻信號。而其中光外差方法對光信號的相干性具有一定要求；如采用光學(xué)倍乘法，則生成的高頻信號不適合LTE系統(tǒng)；只有通過外調(diào)制的方法產(chǎn)生的信號才能符合頻率要求，從而也能簡化設(shè)備降低成本。所以通常在LTE-RoF系統(tǒng)中運(yùn)用圖2所示的外調(diào)制器手段。

②傳輸過程中的失真和色散問題。射頻信號在傳遞過程中會發(fā)生色散和失真現(xiàn)象，降低信號質(zhì)量。在此有SSB和OCS兩種調(diào)制方式可以很好地解決色散問題，同時借助新型器件也能減小系統(tǒng)的非線性色散。

③遠(yuǎn)端天線單元的成本問題。一個值得注意的問題就是天線單元需要覆蓋很寬的范圍，所以其數(shù)量會越來越多。面對這一問題，主要依靠波長復(fù)用技術(shù)和先進(jìn)硬件設(shè)備來解決。波長復(fù)用技術(shù)就是在加載上行信號時使用下行載波，而且在遠(yuǎn)端天線的運(yùn)用上不需要借助其它激光器件?？梢允褂肊AT來調(diào)制上行和下行信號，，這樣可以省去RAU，有效節(jié)約成本。

3 LTE系統(tǒng)容量分析

有文獻(xiàn)中提到，LTE系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)可以共享，還有VoIP的語音共享方式。所以不能夠僅通過用戶數(shù)量來評價LTE系統(tǒng)的容量，像小區(qū)峰值吞吐量、小區(qū)平均吞吐量等參數(shù)也應(yīng)該考慮在內(nèi)。為了給出綜合的評定指標(biāo)，也把VoIP考慮在內(nèi)，對于上下行信號分別進(jìn)行容量的估算分析。可以參考數(shù)學(xué)公式：單用戶的容量=小區(qū)容量/用戶總數(shù)，再來分析研究LTE系統(tǒng)的各指標(biāo)。

3.1 上行PUSCH容量分析

在TD-LTE系統(tǒng)中，由于上行信號的制約，在此側(cè)重PUSCH信道的研究。該信道可以支持多種業(yè)務(wù)，它的容量取決于不同的帶寬和調(diào)度方式。數(shù)據(jù)類型不同，調(diào)度方法不一樣時，評價PUSCH容量的準(zhǔn)則也應(yīng)改變。例如對VoIP數(shù)據(jù)的處理使用半靜態(tài)調(diào)度方式，但也要參考小區(qū)用戶的滿意度來評價；但如果是對速率有要求的數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)，就應(yīng)當(dāng)以小區(qū)吞吐率來評判。

3.2 下行信道分析

LTE系統(tǒng)中的控制信道制約了下行鏈路，所以這里采用小區(qū)吞吐量來衡量PDSCH的容量。下行控制信道的組成較多，主要由PCFICH、PDCCH、PHICH和PBCH廣播信道這幾部分組成。全部用戶都能接收PBCH和PCFICH信道，且用戶數(shù)量也不會受到制約。但使用PDCCH信道卻會限制小區(qū)容量。而PHICH信道則用來支撐下行數(shù)據(jù)，它的格式受PBCH控制，按照組映射來劃分，可以通過以下公式來計(jì)算信道容量。

這里， 表示帶寬中RB的數(shù)量；Ng可以有多個取值，分別為1/6、1/2、1和2；m，的取值則和TDD配置有關(guān)，詳細(xì)參數(shù)如表1所示：

注意，一般的CP中，PHICH中系數(shù)取值最大為8。

3.3 VoIP容量分析

通常來說，在進(jìn)行VoIP通信時，發(fā)送的數(shù)據(jù)中98%延時不超過50ms，可判定為用戶處于滿意的狀態(tài)。若某個小區(qū)中得到滿意的用戶數(shù)量占95%以上，就可以將VoIP容量當(dāng)作用戶的總數(shù)量。VoIP的通信方式采用半靜態(tài)調(diào)度，不受信道制約；當(dāng)系統(tǒng)的PHICH配置正確且能符合用戶要求時，可以演算出以下公式：

在此，激活因子α一般取值0.5；SIDSize的單位bit，是指VoIP用戶在靜默期MAC層包的大??；PacketSize的單位也是bit，它是指用戶在通話期MAC層包的大?。挥脩綮o默期SID幀傳輸周期為160ms； 為20ms半靜態(tài)調(diào)度周期內(nèi)初傳可用的RB數(shù)量； 為平均RB數(shù)量。

4 WCDMA的完善手段

⑴當(dāng)HSPA技術(shù)向LTE演化時，要看準(zhǔn)時機(jī)承接更多的數(shù)據(jù)和會話業(yè)務(wù)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在LTE標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建和技術(shù)的改進(jìn)上，商家對其比較重視，所以發(fā)展速度較快；而對比HSPA+，LTE技術(shù)中的傳輸速率更快。LTE系統(tǒng)中的接口和網(wǎng)絡(luò)體系都經(jīng)過了重新改革，其關(guān)鍵技術(shù)就是OFDM，這也是它和CDMA技術(shù)的實(shí)質(zhì)區(qū)別。但這也導(dǎo)致了它不能兼容3GPP的很多版本，LTE網(wǎng)絡(luò)也不能進(jìn)入到一些移動網(wǎng)絡(luò)中，而且UTRAN網(wǎng)絡(luò)不能和LTE系統(tǒng)共享。所以此方法演變速度過快，大多數(shù)用戶必須采用新終端，也使得3G網(wǎng)的成本提高

⑵LTE經(jīng)過演化后，HSPA也得到了改進(jìn)，提升為HSPA+，從而提升了數(shù)據(jù)傳送的最大速率等。這種高級的LTE系統(tǒng)演化過程比較平緩，使得過渡期的網(wǎng)絡(luò)資源不會白白浪費(fèi)。不過它也存在一些缺點(diǎn)，原計(jì)劃中HSPA+的普及應(yīng)當(dāng)早于LTE系統(tǒng)，但從近幾年的發(fā)展看出LTE中的關(guān)鍵技術(shù)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立卻反而比HSPA+早。由此可見，HSPA+的發(fā)展存在很多不確定因素。最近幾年HSPA+技術(shù)越來越受到重視，標(biāo)準(zhǔn)的制定也在加快，同時生產(chǎn)商們也在提高HSPA+的硬件設(shè)備的生產(chǎn)速度。就網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展而言，WCDMA HSPA的完善應(yīng)該進(jìn)行多次升級，增添反饋設(shè)備，緩慢過渡為HSPA+。最后找準(zhǔn)時機(jī)演化為LTE系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的傳送速度。

LTE在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中具有劃時代的意義，它充分利用了頻域、空域等多種復(fù)用信道，提升了移動通信的速率。LTE的演化將會結(jié)合到2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，未來的發(fā)展中，將會更多地看到兩者的同時使用。LTE與2G/3G發(fā)展的重點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)互操作功能并能充分利用和共享網(wǎng)絡(luò)資源，同時也要保護(hù)資源，和為用戶提供多種業(yè)務(wù)需要。

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