FDD—LTE技術(shù)和規(guī)劃設(shè)計方法研究

章文卿

摘要：FDD-LTE是目前4G網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，但在實際運營過程中，F(xiàn)DD-LTE技術(shù)遇到了較多的瓶頸和制約，其低運營成本高網(wǎng)絡(luò)效率的特點并沒有完全發(fā)揮出來。文章通過分析，找到了FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計中的一些策略和方法，認(rèn)為FDD-LTE～$到的局限性是技術(shù)更迭過程中的必經(jīng)階段，目前的技術(shù)問題可以隨著技術(shù)改進(jìn)過程逐漸克服。

關(guān)鍵詞：FDD-LTE；4G網(wǎng)絡(luò)；規(guī)劃設(shè)計

LTE項目是3GPP推動的移動通信技術(shù)的長期演進(jìn)（LongTerm Evolution，LTE），始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非嚴(yán)格意義上的4G技術(shù)，多被認(rèn)為是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，它采用OFDM和MIM0等無線關(guān)鍵技術(shù)，在20MHz頻譜帶寬和4X4MIMO下能夠提供下行326Mbit/S與上行86Mbit/S的峰值速率，可明顯提高小區(qū)容量，并改善小區(qū)邊緣用戶的性能。LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工（FrequencyDivision Duplexing，F(xiàn)DD）和時分雙工（TimeDivision Duplexing，TDD）兩種方式，但由于無線技術(shù)的差異、使用頻段的不同以及各個廠家的利益等因素，LTE FDD支持陣營更加強(qiáng)大，標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于LTE-TDD。LTE標(biāo)準(zhǔn)中的FDD和TD兩個模式間只存在較小的差異，相似度達(dá)9070，如表l所示。

1LTE網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)特點

LTE系統(tǒng)無線網(wǎng)物理層下行傳輸方案采用了先進(jìn)成熟的OFDM技術(shù)，上行傳輸方案采用了峰均比較低的單載波方案SC-FDMA。OFDM技術(shù)是LTE系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)和主要特點，OFDM系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定對整個系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生決定性的影響。另外MIMO是LTE提高系統(tǒng)傳輸速率的最主要手段，目前MIM0典型配置是下行2×2，上行1×2等。上行虛擬MIM0技術(shù)也被LTE采納作為提高小區(qū)上行平均吞吐率的主要手段。

除此之外，高階調(diào)制技術(shù)、HARQ技術(shù)、鏈路自適應(yīng)（AMC）技術(shù)、快速MAC調(diào)度技術(shù)、小區(qū)干擾消除技術(shù)等也是影響LTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。而FDD-LTE技術(shù)最大的特點是使用了MIMO多天線技術(shù)在頻分技術(shù)的基礎(chǔ)上對空間編碼進(jìn)行了劃分。因為MIMO技術(shù)的支持，LTE技術(shù)支持的4G網(wǎng)絡(luò)同頻干擾現(xiàn)象更少，但高速移動的通訊掉線現(xiàn)象稱為技術(shù)上的第一難點。

2FDD-LTE技術(shù)的問題

FDD-LTE技術(shù)擁有更加密集的熱點布置，在平均距離約150公里的宏觀蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，F(xiàn)DD-LTE更加注重異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對大負(fù)荷地區(qū)和弱信號地區(qū)的加強(qiáng)布置，形成小蜂窩網(wǎng)絡(luò)、微蜂窩網(wǎng)絡(luò)和微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。但這種布置方式一方面給空間編碼帶來了復(fù)雜度，另一方面移動用戶會頻發(fā)發(fā)生漫游而容易發(fā)生掉線。

與此同時，F(xiàn)DD-LTE使用了可調(diào)整功率發(fā)射模式用于劃分兩個相鄰基站之間的用戶，防止出現(xiàn)同頻用戶之間的通訊干擾。與2G移動語音通訊線路交換模式不同，4G通訊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全分組交換，此種交換模式允許用戶通訊出現(xiàn)閃斷的同時，用戶的通話質(zhì)量可能出現(xiàn)問題。特別是系統(tǒng)無法考察用戶移動通訊端處于信號較差的樓宇內(nèi)還是信號較強(qiáng)的室外。這種情況很容易導(dǎo)致室內(nèi)用戶的信號質(zhì)量變差。

在前期宣傳中，因為4G網(wǎng)絡(luò)的LTE技術(shù)完全拋棄了線路交換設(shè)備，所有的語音數(shù)據(jù)實現(xiàn)了分組交換，所以用戶了解到的4G網(wǎng)絡(luò)的成本較低。但實際上，三大運營商短時間內(nèi)在全國范圍部署4G網(wǎng)絡(luò)的基站（每個地級市往往需要部署2000-4000個基站），其資金回轉(zhuǎn)壓力較大，所以4G網(wǎng)絡(luò)的實際服務(wù)價格受到了廣泛的質(zhì)疑。在遠(yuǎn)高于預(yù)期的服務(wù)價格支持下，三大運營商的4G網(wǎng)絡(luò)運營成績?nèi)匀徊焕硐?，除一線城市外，4G網(wǎng)絡(luò)的運營基本都出現(xiàn)了虧損現(xiàn)象。

3FDD-LTE的設(shè)計方法

3.1信號塔的布局設(shè)計

4天線FDD-LTE信號塔是目前較常用的信號塔形式，4天線的MIMO技術(shù)可以提供8個完全獨立的信號瓣。但在通訊條件較為復(fù)雜，負(fù)荷較大的位置，信號塔的天線數(shù)可以適當(dāng)?shù)奶岣撸壳皞€別一線城市的核心市區(qū)設(shè)立了12天線的系統(tǒng)，可以提供更加復(fù)雜的空間分配方式。

同時，3G時代及之前的單一天線信號塔更加注重信號塔位置資源的搶占，此舉需要通訊公司最快的速度搶占優(yōu)勢信號塔位置，確保主要的集鎮(zhèn)和村莊的信號在信號加強(qiáng)區(qū)中。進(jìn)入到FDD LTE時代，信號塔的位置變化不是影響信號的首要問題，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該考慮多天線支持下的信號空間編碼問題。

3.2漫游及干擾

通過高密度的多天線復(fù)雜空間編碼的布置，基于FDDLTE技術(shù)的4G網(wǎng)絡(luò)會在重點區(qū)域形成多重異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，此種模式可能造成兩個后果：

其一，信號間的干擾明顯增加。因為線塔密度的增加，固定發(fā)射頻率下，同頻信號受到的臨近線塔的同頻干擾明顯增加，所以FDD-LTE需要更加細(xì)致的空間編碼支持。這種編碼策略需要在系統(tǒng)每經(jīng)過一次改造后進(jìn)行及時的更新，甚至在系統(tǒng)負(fù)荷量發(fā)生變化時及時調(diào)整。此舉給網(wǎng)絡(luò)運行技術(shù)支持工作帶來了較大的壓力。

其二，用戶漫游頻率增加。因為信號塔的密度增加，用戶的移動方向接近隨機(jī)，目前FDD-LTE對用戶漫游的策略是根據(jù)用戶的移動速度決定的。低速移動的用戶更加傾向于分配給微蜂窩的基站，而高速移動的用戶更加傾向于分配給宏觀基站。但MIMO技術(shù)給移動用戶的支持也存在問題，因為MIMO技術(shù)的信號瓣之間的間隙導(dǎo)致了直線運動的用戶可能會通過不同信號瓣時在兩個基站之間頻繁漫游，此種漫游過程是造成信號不穩(wěn)定的主要原因。越來越多的用戶反映在高鐵或者動車上手機(jī)信號質(zhì)量下降，也正是因為此原因。在高速運行車輛上進(jìn)行單獨的信號引入和信號加強(qiáng)是目前在FDD-LTE模式下解決高速移動掉線問題的唯一有效途徑。

3.3市場開發(fā)梯度與市場配合的問題

因為FDD-LTE的之前兼容性較好，即便在FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)沒有完全覆蓋的地區(qū)，F(xiàn)DD-LTE的市場業(yè)務(wù)仍然可以開展。所以，在FDD-LTE的市場拓展過程中，出現(xiàn)了與以往業(yè)務(wù)不同的市場拓展模式。此種模式是通過借用3G網(wǎng)絡(luò)相對高成本通道的方式延緩FDD-LTE的施工壓力。此種模式下，雖然網(wǎng)絡(luò)可能采用了較低的收費運行在較高的運行成本上，但在用戶側(cè)看來，可以提前體驗FDD-LTE服務(wù)是關(guān)鍵。文章研究發(fā)現(xiàn)，通過此種方式可以有效緩解FDD-LTE大規(guī)模建設(shè)的融資成本。此融資成本遠(yuǎn)高于借用3G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號的信道維護(hù)成本。

但是，當(dāng)前的服務(wù)價格無法顯著降低，也是因為目前三線四線城市使用的信號仍然需要較多的3G網(wǎng)絡(luò)甚至2G網(wǎng)絡(luò)提供，服務(wù)的成本并沒有明顯降低。且4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要大量的資金，在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施沒有完全取代3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之前，服務(wù)價格難以得到有效的下調(diào)。

4結(jié)語

4G技術(shù)在設(shè)計和部署過程中遇到了較多的問題，這些問題為日后FDD-LTE技術(shù)的技改提供了重要的信息。文章通過分析這些問題，認(rèn)為FDD-LTE亟待解決的是干擾問題和掉線問題，而此二者的解決方案在類似的研究中也有提及，文章提出了部分技改意見。