LTE與3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)異同點(diǎn)研究

【摘 要】

由于LTE采用了一系列新技術(shù)，因此LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與3G有著一些明顯的不同點(diǎn)。以LTE FDD和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)為例，分析了LTE與3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的主要異同點(diǎn)：LTE與3G在覆蓋性能方面有較大差異，主設(shè)備形態(tài)以BBU+RRU為主，天線有2T2R、2T4R、2T8R多種組合，室分設(shè)計(jì)有單通道、雙通道兩種模式，承載采用IP方式。

【關(guān)鍵詞】

LTE 3G CDMA2000 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2014）-01-0024-04

2013年，LTE建設(shè)明顯加速。GSA同年8月發(fā)布的LTE演進(jìn)報(bào)告顯示，全球有443家運(yùn)營(yíng)商正在投資LTE，其中204張LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開通商用服務(wù)。由于LTE采用的關(guān)鍵技術(shù)、工作頻段、設(shè)備形態(tài)、天饋與3G均有較大不同，因此LTE與3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有著較大區(qū)別。本文以LTE FDD和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)為例，分析了LTE與3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要異同點(diǎn)。

1 LTE與3G技術(shù)對(duì)比

LTE采用的關(guān)鍵技術(shù)與3G明顯不同。首先LTE選用了新的OFDMA多址方式，配合MIMO技術(shù)，峰值速率及頻譜利用率較3G有明顯提升。其次，LTE采用扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，取消了基站控制器，帶來了時(shí)延的降低及運(yùn)維成本的節(jié)省。LTE與3G技術(shù)的對(duì)比如表1所示：

2 覆蓋設(shè)計(jì)

（1）LTE與CDMA鏈路預(yù)算差異分析

無線蜂窩系統(tǒng)的鏈路預(yù)算過程與制式基本無關(guān)，只不過LTE的鏈路預(yù)算需要考慮SINR、傳輸塊分配和MCS選擇，而CDMA要考慮系統(tǒng)自干擾及虛擬軟切換增益等。

在相同頻段條件下，CDMA和LTE的鏈路預(yù)算差異體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）邊緣速率不同：由于CDMA的邊緣速率需求典型值為DL 153.6kbps/UL 76.8kbps，遠(yuǎn)小于LTE的DL 4Mbps/UL 256kbps，因此接收機(jī)靈敏度方面CDMA好于LTE 3～5dB。

2）CDMA的自干擾較大：由于CDMA是自干擾系統(tǒng)，而LTE在小區(qū)內(nèi)沒有同頻干擾、在小區(qū)間有ICIC技術(shù)用于抑制鄰區(qū)的干擾，因此總體上CDMA的干擾余量相比LTE高4～5dB。

3）EV-DO存在虛擬軟切換增益：EV-DO的前向使用虛擬切換技術(shù)，在鏈路預(yù)算中需要考慮軟切換的增益，相比LTE好1～2dB。

考慮上述多種因素的綜合作用，相同頻段CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能比LTE要好2～3dB。

（2）800M CDMA與2.1G LTE覆蓋能力對(duì)比

假設(shè)2.1G LTE的邊緣速率要求下行1Mbps/上行256kbps，800M CDMA EV-DO的要求下行153.6kbps/上行76.8kbps，在綜合考慮考慮頻段差異后（LTE工作頻段為2.1G，EV-DO工作頻段為800M），LTE的小區(qū)覆蓋半徑市區(qū)相當(dāng)于EV-DO的80%左右，郊區(qū)相當(dāng)于EV-DO的50%左右（使用標(biāo)準(zhǔn)Cost231-Hata模型）。

（3）LTE與CDMA鏈路覆蓋半徑對(duì)比

由Cost231-Hata模型計(jì)算出2.1G LTE和800M CDMA不同區(qū)域的基站覆蓋半徑及站間距，如表2所示：

表2 LTE和CDMA2000不同區(qū)域基站覆蓋半徑及站間距

制式 頻段 天線

模式 上行業(yè)務(wù)

速率/kbps 密集市區(qū)/km 一般市區(qū)/km 郊區(qū)/km

CDMA 800MHz 1×2 PS 153.6 0.38 0.47 2.94

LTE 2.1GHz 1×2 PS 256 0.30 0.37 1.39

3 BBU部署方式

在3G部署期間，已開始引入BBU+RRU分布式基站，不過3G建設(shè)中的設(shè)備主流形態(tài)是宏基站。在LTE設(shè)計(jì)中，BBU+RRU將成為主流，因此必須重點(diǎn)考慮BBU的部署方式。

（1）BBU部署方式選擇

BBU部署主要有兩種形態(tài)：

集中部署方式：將一定量的BBU集中放置在一個(gè)物理局址內(nèi)，在韓國(guó)已有成熟的規(guī)模應(yīng)用；

分散部署方式：BBU放置在本局點(diǎn)機(jī)房，或利用附件基站機(jī)房。

（2）BBU部署方式比較

1）BBU集中設(shè)置

BBU集中設(shè)置可以降低配套機(jī)房、電源等建設(shè)量，降低談點(diǎn)難度，加快建網(wǎng)速度，并有效降低建設(shè)成本，提高投資效益；另外，BBU集中設(shè)置增加了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的便利性，并有利于考慮未來的技術(shù)演進(jìn)。

BBU集中設(shè)置對(duì)BBU機(jī)房的安全性要求較高，并且對(duì)光纜的需求量較大。

2）BBU分散設(shè)置

BBU分散設(shè)置時(shí)，BBU設(shè)備及RRU設(shè)備放置在同一物理站址，基站管理單元清晰，單個(gè)站點(diǎn)的故障對(duì)全網(wǎng)影響較小。

BBU分散設(shè)置需要建設(shè)機(jī)房，增加了站點(diǎn)的獲取難度，延緩了工程建設(shè)進(jìn)度，同時(shí)需要建設(shè)配套電源、空調(diào)等，配套投資偏大。

（3）BBU集中放置傳輸方式選擇

傳輸建議采用星形結(jié)構(gòu)，不建議采用環(huán)保護(hù)方式。星形傳輸方式具有建設(shè)周期短、節(jié)點(diǎn)調(diào)整靈活、光纜網(wǎng)建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)重要基站可采用不同物理路由光纜的雙上聯(lián)保護(hù)機(jī)制。

（4）BBU-RRU連接方式選擇

方式一：采用一個(gè)天面的3個(gè)RRU分別連接至所屬BBU；

方式二：采用一個(gè)天面的3個(gè)RRU采用級(jí)聯(lián)方式，與BBU間形成環(huán)保護(hù)。

方式一雖然光纖需求比較高，但具有對(duì)RRU設(shè)備要求低、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)。方式二各廠商產(chǎn)品還未得到規(guī)模應(yīng)用驗(yàn)證。綜上分析，目前組網(wǎng)推薦采用方式一。endprint

4 天饋設(shè)計(jì)

與CDMA2000相比，LTE的天饋設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜一些，需根據(jù)不同場(chǎng)景選用不同的天線組合。根據(jù)天面資源情況，場(chǎng)景主要分為兩種：

（1）原天面具備新增天饋條件的，獨(dú)立部署LTE天線；

（2）原天面不具備新增天饋條件的，需選用CDMA+LTE雙頻天線。

LTE引入了MIMO技術(shù)，天線產(chǎn)品類型比CDMA豐富，有2T2R、2T4R及2T8R多種，目前2T2R、2T4R應(yīng)用較多。結(jié)合天面資源情況，天線設(shè)計(jì)可分成表3所示幾種天線組合。

2R天線和4R天線上行接收性能相差3～3.5dB。在密集市區(qū)，由于站間距較小，2R方案基本可以滿足LTE網(wǎng)絡(luò)部署要求。對(duì)于一般城區(qū)、郊區(qū)農(nóng)村環(huán)境，基站站間距一般較大，網(wǎng)絡(luò)一般表現(xiàn)為覆蓋受限，可部署4R天線提升上行覆蓋性能。

2T2R和2T4R部署方案，其天面配套的差異主要體現(xiàn)在饋線上。如果采用BBU+RRU的主設(shè)備形態(tài)，由于RRU上塔且RRU與BBU之間采用光纖連接，兩種方案饋線實(shí)施的差異對(duì)于工程實(shí)施的影響較小。

5 室分設(shè)計(jì)

LTE室分設(shè)計(jì)與CDMA2000最大的不同是有單通道和雙通道兩種模式。單通道即為1套天饋分布系統(tǒng)，采用1副單極化天線。雙通道模式支持MIMO技術(shù)，有2套天饋分布系統(tǒng)，采用2副單極化天線或1副雙極化天線。具體設(shè)計(jì)中，雙通道又可分為兩種：一種是利舊一路原有室分系統(tǒng)，新建一路；另一種方式是新建兩路室分系統(tǒng)。室分建設(shè)方案對(duì)比分析見表4。

6 承載設(shè)計(jì)

LTE承載設(shè)計(jì)與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別有兩點(diǎn)：

（1）承載方式不同；

（2）傳輸帶寬需求差別大。

CDMA2000網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期由TDM承載，傳輸帶寬需求較小：每個(gè)1X單載頻基站至BSC的傳輸需求為1個(gè)2Mb/s系統(tǒng)；每個(gè)EV-DO單載頻基站至BSC的傳輸需求為3個(gè)2Mb/s系統(tǒng)。例如S111的1X單載頻基站至BSC的傳輸需求為1個(gè)2Mb/s系統(tǒng)；S111+S111（1X和EV-DO各1個(gè)載頻）雙載頻基站至BSC的傳輸需求為4個(gè)2Mb/s系統(tǒng)，其中1X占用1個(gè)2Mb/s，EV-DO占用3個(gè)2Mb/s。

LTE為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，通過IPRAN或PTN承載。LTE的E-UTRAN側(cè)接口主要包括S1和X2接口。eNB直接和EPC通過S1邏輯接口相連，相鄰eNB之間通過X2邏輯接口直接相連。因此，接入網(wǎng)每個(gè)eNB的傳輸帶寬需求應(yīng)為S1接口的流量及X2接口的流量之和。

LTE FDD站點(diǎn)的帶寬指標(biāo)如表5所示：

表5 LTE FDD站點(diǎn)帶寬指標(biāo)

無線空口帶寬 20MHz

小區(qū)忙時(shí)平均吞吐率 34Mbps

eNodeB忙時(shí)平均吞吐率 102Mbps

傳輸開銷因子 1.14～1.17

eNodeB峰值吞吐率 150Mbps

LTE單小區(qū)主要應(yīng)基于兩種策略進(jìn)行帶寬配置：

（1）基于系統(tǒng)性能策略的單站傳輸帶寬配置

單站eNodeB的S1-U帶寬=max（102Mbps，150Mbps）×

（1.14～1.17）

單站eNodeB的X2-U帶寬=單站S1-U帶寬×0.05

=8.55～8.78Mbps

單站傳輸帶寬=單站S1-U帶寬+單站X2-U帶寬=179.6～184.3Mbps

（2）基于業(yè)務(wù)模式策略的單站傳輸帶寬配置

單站eNodeB的S1-U帶寬=102Mbps×（1.14～1.17）=116.3～119.3Mbps

鑒于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)部署初期主要建設(shè)場(chǎng)景為重點(diǎn)地區(qū)和熱點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)更多從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和用戶體驗(yàn)角度出發(fā)，配置足夠帶寬容量適配滿足LTE峰值吞吐率的需求，此時(shí)單站的傳輸帶寬建議為185Mbps。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

皮和平：碩士畢業(yè)于原華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系，國(guó)家注冊(cè)咨詢工程師、PMP，現(xiàn)任湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司無線院院長(zhǎng)，主要從事無線通信規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。

IEEE引入新的IEEE 802.11ac規(guī)范

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，IEEE宣布批準(zhǔn)IEEE 802.11ac TM-2013，目的是在WLAN上實(shí)現(xiàn)更高的多用戶傳輸量。本次修訂旨在通過提供高達(dá)7Gbps（在5GHz頻段）的數(shù)據(jù)速率改善無線局域網(wǎng)的用戶體驗(yàn)，這一速度是之前標(biāo)準(zhǔn)的十倍以上。

IEEE 802.11ac規(guī)范增加了80MHz和160MHz兩個(gè)信道帶寬，其中包括適用于靈活信道配置的連續(xù)和非連續(xù)160MHz信道。這增加了形式為256正交幅度調(diào)制（QAM）的更高階的調(diào)制，將數(shù)據(jù)速率提高了33%。數(shù)據(jù)速率的進(jìn)一步的倍增則是通過將空間流數(shù)量提高至最大（8個(gè)）實(shí)現(xiàn)的。此外，IEEE 802.11ac修訂版還引入新技術(shù)，為多個(gè)并發(fā)下行鏈路傳輸提供支持，該技術(shù)被稱為“多用戶，多輸入，多輸出”（MUMIMO）。（飛象網(wǎng)）endprint