LTE-4T4R提升現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)價(jià)值成就4.5G

鐘春蘭

（中國(guó)電信股份有限公司廈門(mén)分公司，福建 廈門(mén) 361001）

0 引言

4G已經(jīng)全面普及，LTE網(wǎng)絡(luò)正在為用戶提供流暢的應(yīng)用體驗(yàn)。但隨著4K、VR、甚至是物聯(lián)網(wǎng)等新鮮事物的日漸走紅，現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)或許已不能滿足新業(yè)務(wù)、新終端的需求。而從近半年來(lái)各運(yùn)營(yíng)商陸續(xù)推出的不限流量套餐對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷沖擊看，LTE網(wǎng)絡(luò)在高校、密集商圈等話務(wù)密集的區(qū)域，已經(jīng)出現(xiàn)了較為明顯的瓶頸[1]。

1 概述及主要?jiǎng)?chuàng)新價(jià)值

為此本文創(chuàng)新運(yùn)用4*4MIMO功能的FDD 4T4R技術(shù)，探究包含下行峰值速率、邊緣體驗(yàn)速率、下行覆蓋能力等方面網(wǎng)絡(luò)價(jià)值提升；使得在15M頻帶資源不變，4R終端情況下，小區(qū)峰值速率近乎翻倍，從91Mbps提升至170Mbps；普通2R終端的覆蓋邊緣速率亦獲得50%的增幅；同時(shí)現(xiàn)網(wǎng)2R終端的各項(xiàng)業(yè)務(wù)感知也獲得不同程度提升。

通過(guò)高校場(chǎng)景的連片運(yùn)用，使得高校現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)論在峰值速率、邊緣速率、深度覆蓋方面，均再上臺(tái)階，使得受壓抑的流量需求再次獲得釋放[2]。

在站點(diǎn)升級(jí)方面，由于只需要添加少量硬件，在保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)投資的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源擴(kuò)大化。

2 LTE-4T4R技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 技術(shù)原理

MIMO是對(duì)傳統(tǒng)單發(fā)單收（SISO，Single Input Single Output）技術(shù)的增強(qiáng)，泛指在發(fā)射端與/或接收端采用多根天線，并輔助一定的發(fā)射端和接收端信號(hào)處理技術(shù)完成通信的一種技術(shù)。

2.2 技術(shù)分類

MIMO技術(shù)有很多類別，主要分為三種：（1）開(kāi)環(huán)MIMO或閉環(huán)MIMO；（2）發(fā)射分集或空間復(fù)用；（3）單用戶MIMO或多用戶MIMO。

2.3 技術(shù)增益

2.3.1 性能增益

根據(jù)香農(nóng)理論，信道容量隨發(fā)射端和接收端最小天線數(shù)目線性增長(zhǎng)，故MIMO可獲得大于單天線模式（含SISO、SIMO、MISO和單流BF）的信道容量。采用更多發(fā)射通道可成倍提升總發(fā)射功率。MIMO的性能收益體現(xiàn)為更大的系統(tǒng)容量、更廣的覆蓋、更高的用戶速率和更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)。

2.3.2 功率增益

假設(shè)每根天線的額定發(fā)射功率不變，采用M根天線發(fā)射相對(duì)單天線發(fā)射可獲得的功率增益為10log（M）dB。功率增益可以在噪聲受限場(chǎng)景下，提高接收端信噪比，從而提升信號(hào)接收質(zhì)量，大幅度改善小區(qū)的覆蓋性能和用戶體驗(yàn)。但在干擾受限場(chǎng)景，發(fā)射功率提升會(huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)隨之增強(qiáng)，從而對(duì)MIMO性能改善的效果不明顯[3]。

幾年前，那時(shí)河口才剛鬧土改。也就是說(shuō)，張清元的爹被沈老七斃了不久。小芹子就和她娘逃荒來(lái)到了河口。小芹子端著個(gè)面碗輕輕叩開(kāi)張清元家的房門(mén)時(shí)，來(lái)開(kāi)門(mén)的正是張清元。他見(jiàn)一個(gè)女孩端著個(gè)碗站在門(mén)前，另一個(gè)中年女人站在她身后，他就知道這母女是來(lái)要飯的。那時(shí)候張清元家也沒(méi)有多少糧食了，但他卻在櫥柜里給她們拿了兩個(gè)黑饃。小女孩沒(méi)吱聲，那女人說(shuō)，您積德了少爺，菩薩會(huì)保佑您的。張清元那時(shí)就記住了小姑娘的那顆迷人的美人痣。

2.3.3 分集增益

利用空間信道衰落的獨(dú)立性，通過(guò)減小合并后信號(hào)的信噪比的波動(dòng)而獲得的性能增益，稱為分集增益。分集增益可分為發(fā)射分集增益和接收分集增益。一般情況，多個(gè)發(fā)射（或接收）天線之間的相關(guān)性越低，分集增益越明顯，MIMO技術(shù)可獲得空間分集增益。

2.3.4 空間復(fù)用增益

在相同帶寬、相同總發(fā)射功率的前提下，利用空間信道衰落的獨(dú)立性，通過(guò)增加空間信道的維數(shù)（即同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流提升傳輸速率）獲得的性能增益，稱為空間復(fù)用增益。

單用戶MIMO的空間復(fù)用增益可成倍提升單個(gè)用戶的峰值速率。以下行20MHz帶寬為例，1×2 MIMO的理論峰值速率約75Mbps，2×2MIMO的理論峰值速率約150Mbps，而4×4 MIMO的理論峰值速率約300Mbps。

2.4 4T4R技術(shù)方案

4T4R方案是作為移動(dòng)產(chǎn)業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)的“4.5G”的關(guān)鍵技術(shù)之一。借助4*4 MIMO技術(shù)，讓基站可實(shí)現(xiàn)4個(gè)通道發(fā)射（4T4R），而手機(jī)可以利用現(xiàn)有的2通道接收，也可支持未來(lái)4通道手機(jī)終端的接收，大幅提升頻譜效率和功率效率，也為單用戶帶來(lái)翻倍的用戶速率體驗(yàn)。

圖1 4T4R方案Fig. 1 4T4R scheme

需要說(shuō)明的是，一體化4端口天線包含兩個(gè)電調(diào)端口，電調(diào)配置時(shí)需要兩個(gè)電調(diào)同時(shí)配置，且下傾角配置成一致。如果不配置，則默認(rèn)電調(diào)下傾為0度。倘若只配置一個(gè)電調(diào)端口，將導(dǎo)致通道間下傾角不一致而影響4T增益的問(wèn)題。

3 LTE-4T4R 技術(shù)試點(diǎn)

3.1 改造方案

選取現(xiàn)網(wǎng)價(jià)值區(qū)域某市電信基站作為4T4R試驗(yàn)站點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)為了快速開(kāi)通4T4R試驗(yàn)點(diǎn)，采用了雙拼RRU方式（原有四端口天線連接兩個(gè)1.8G頻段2T4R RRU）進(jìn)行部署4T4R。改造無(wú)需更換原有天線，在2人施工下僅耗時(shí)約半個(gè)工作日，頗為高效便捷[4]。

改造方法：在原有站點(diǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行局部設(shè)備改造。新增加一臺(tái)2T4R-RRU，形成兩臺(tái)RRU雙拼組網(wǎng)，RRU間使用光纖進(jìn)行級(jí)聯(lián)。每臺(tái)RRU的饋線從A、B端口引出，并分別接在天線的一對(duì)陣子上（天線的左右側(cè)一對(duì)端口）。如圖2所示：

圖2 改造方案Fig. 2 Update scheme

3.2 LTE-4T4R運(yùn)用效果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及后臺(tái)KPI監(jiān)控方式，分析LTE-4T4R技術(shù)的各方面價(jià)值提升。

（1）從測(cè)試情況看：4T4R技術(shù)的運(yùn)用使得在4R終端情況下，小區(qū)峰值速率從91Mbps提升至170Mbps；覆蓋邊緣速率提升50%；

（2）在網(wǎng)絡(luò)KPI性能方面：4T4R技術(shù)使得小區(qū)MR覆蓋優(yōu)良率約提升1個(gè)百分點(diǎn)；下行感知速率約提升1Mbps；CQI大于7占比提升2.6個(gè)百分點(diǎn)。

表1 測(cè)試指標(biāo)Table 1 Test indicators

表2 網(wǎng)管KPI指標(biāo)Table 2 KPI index of network management

表3 網(wǎng)管KPI指標(biāo)Table 3 KPI index of network management

3.2.1 效果驗(yàn)證測(cè)試

在L1800-15M帶寬下，使用TUE終端（支持4R）+PROBE進(jìn)行測(cè)試，終端采用TM4傳輸方式、RANK4四流傳輸，頻譜效率實(shí)現(xiàn)翻番，見(jiàn)表1。

3.2.2 KPI指標(biāo)提升情況

從后臺(tái)KPI指標(biāo)看，4T4R的運(yùn)用亦有效提升了現(xiàn)網(wǎng)2R用戶終端感知：MR覆蓋優(yōu)良率、平均下行感知速率、CQI大于7的比例均有不同程度提升，見(jiàn)表2。

由于試點(diǎn)本身覆蓋較好，在覆蓋稍差的區(qū)域，由于邊緣覆蓋的改善，上述KPI性能指標(biāo)增幅將更為明顯。

4 高校推廣運(yùn)用及價(jià)值體現(xiàn)

4.1 高校網(wǎng)絡(luò)資源瓶頸日趨凸顯

由于用戶的高度集中，高校區(qū)域向來(lái)是負(fù)荷和流量增長(zhǎng)雙高區(qū)域，近一年來(lái)，隨著不限量套餐的推出，某市高校整體流量增長(zhǎng)了3倍。不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，正在為高校網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大沖擊。校園網(wǎng)絡(luò)“瓶頸”將越來(lái)越嚴(yán)重，解決高校區(qū)域網(wǎng)絡(luò)資源瓶頸勢(shì)在必行。

4.2 4T4R技術(shù)解決某學(xué)院流量壓抑

4.2.1 學(xué)院流量壓抑現(xiàn)狀

因進(jìn)場(chǎng)困難，學(xué)院內(nèi)無(wú)室分，主要依賴室外兩個(gè)宏站覆蓋，校園深度覆蓋較差，邊緣覆蓋區(qū)域較多，最大PRB利用率亦高于80%。 為提升邊緣感知速率，拓寬網(wǎng)速，針對(duì)校園站點(diǎn)進(jìn)行4T4R改造。

4.2.2 運(yùn)用效果

從后臺(tái)KPI指標(biāo)看，進(jìn)行4T4R改造后，學(xué)院周邊MR覆蓋優(yōu)良率、平均下行感知速率、CQI大于7的比例、RANK2占比均明顯提升。從流量上看，改造后，校園整體流量增加近10%，進(jìn)一步釋放了受壓抑的流量，見(jiàn)表3。

4T4R的運(yùn)用，能一定程度上應(yīng)對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷沖擊，釋放部分壓抑流量，提升現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)價(jià)值。而隨著4R終端的普及，翻倍的峰值速率帶來(lái)的流量將更為客觀。在話務(wù)密集、深度覆蓋偏差的場(chǎng)景，均可視需求進(jìn)行運(yùn)用[5]。

5 結(jié)論

此次在15M帶寬下基于4R原型終端測(cè)試，用戶的下行峰值速率達(dá)到170.5Mbps，相比于原網(wǎng)絡(luò)下的91Mbps，峰值速率整整快了近一倍。對(duì)于當(dāng)前普通2R終端場(chǎng)景，邊緣速率比增50%。以4T4R為代表的4.5G是當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)的自然演進(jìn)和面向5G的必要過(guò)渡。伴隨著4R芯片/模組產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，4R終端也將逐漸普及，目前已有華為mate10 pro、三星S8等終端支持，各大廠商紛紛致力于4R功能的部署，屆時(shí)，4T4R運(yùn)用價(jià)值將進(jìn)一步凸顯。