LTE组网与四网协同策略.docx

LTE组网与四网协同策略文/中国移动通信集团设计院有限公司 刘娜 李楠 董江波  当下技术的高速发展要求产业链以LTE的发展为契机，加快LTE技术的发展和成熟，尽早实现LTE网络的成熟和商用，并依托现有的多制式网络条件，发挥多网协同的优势，不断完善网络性能与业务质量，努力为更多的用户提供更加丰富的业务体验。         随着LTE规模技术试验网的不断深入建设，LTE技术逐渐走向成熟和完善。而作为一种全新的移动通信制式，LTE在组网技术方面具有鲜明的特点。同时，作为拥有多种制式的运营商网络，就必须从网络结构、性能以及多网协同等方面全局考虑 网络的规划、建设和运营。同频组网提高频谱利用率LTE在20MHz带宽组网时，可以采取全网同频的方案，也可以采用复用系数为3的方案实现理论蜂窝结构上的相邻小区异频组网。同频组网时，每小区的每个子载波都能接收到来自所有相邻小区的同频子载波的信号干扰，而异频组网时，相邻小区尽量采用不同的频点，接收到的来自相邻小区的同频干扰将大大减小，从而使得网络性能得到提高。因此同频组网方案的信干噪比SINR会较异频方案降低，业务选用的MCS格式也会较低，从而使得相同带宽配置得到的系统吞吐量相对较低。而另一方面，同频组网能够带来频点利用率提高的优势，在这个意义上又提高了相同带宽能提供的业务吞吐量能力。两个因素相互作用，究竟哪种组网方案能够带来更高的系统吞吐量？我们可通过仿真的方法对此进行分析。仿真条件如下：参与仿真的基站共90个，小区共270个，平均站间距为620米；采用2：2的时隙配比方式，特殊时隙配置为10:2:2，小区下行发射总功率40W，CP模式为Normal CP，传播模型为COST 231 HATA；同频组网采用20M同频方案，异频组网采用3个5M频点异频；业务模型为平均每小区5个FTP用户。同异频组网仿真得到的小区上下行平均速率，根据小区上下行平均吞吐量以及所占用的频谱带宽可以分别计算出同频组网和异频组网的频谱效率。可以得出，无论上行还是下行，同频组网的频谱利用效率均大于异频组网，下行频谱利用效率同频组网比异频提组网高42%，上行频谱利用效率同频组网比异频提组网高29%。因此在频谱资源紧张的现状下，建议LTE在规划时采用同频组网的方案，并采取小区间干扰消除方案降低小区间干扰。多频段组网协同配合目前阶段LTE组网主要考虑的频段有：F频段（1880MHz-1900MHz）、E频段（2320MHz-2370MHz）和D频段（2575MHz-2615MHz），并且有一部分资源已被3G占用，从频谱资源来看，LTE的频谱资源非常紧张。下面以同频组网为基础，分析这几个频段的特点及可用性，分析F/E/D频段的多频段协调组网方式。目前3G系统也工作在F频段和E频段，F频段用于室外建设，E频段用于室内建设。考虑到与3G系统的一致性和协作性，LTE规模试验网建设室内也采用E频段，室外采用F频段和D频段，这也作为未来发展和建设的主要方向。D频段频谱资源相对丰富，共有40MHz带宽可用，其优势主要在于:目前已经在规模技术试验网中划分为LTE专用频段，且已有较为成熟的商用产品（包括主设备、终端和仪表等）支持并通过了试验验证。而另一方面，D频段是2.6GHz附近频段，根据电磁波传播特性，频段频率越高衰减越大，故而带来了穿透能力差、深度覆盖能力差、覆盖距离小等问题，链路预算得到密集城区LTE在D频段的覆盖距离约300米，因此在建站过程中大大提高了对站址密度的要求，提高了建设成本的难度，同时站址密度大又会给网络中的干扰控制以及业务能力带来相应的影响和挑战。F频段传播特性较D频段好，穿透能力强，在传输距离方面也有很大提高，链路预算得到密集城区LTE在D频段的覆盖距离约400米，有大约30%的提高。此外，F频段目前也已有试商用产品支持，并且在杭州深圳等地得到验证，设备还可从3G产品升级，可减小投资和加快建设进度。以上都是F频段的主要优势所在。但另一方面，F频段可用频谱较少，LTE目前尚只能使用共20MHz频段，因此以20MHZ带宽来实现全网连续覆盖尚显不足。综合以上分析，在多频段组网方式上可考虑F频段偏重网络广覆盖，并通过升级演进实现快速部署，D频段则偏重热点业务的吸收。即采用双频或多频段网络组成未来的LTE系统，系统的广覆盖由F频段的网络来承载，高容量、大业务需求的区域则由D频段网络来承载，实现系统的补热和补盲。2/8天线为上选采用何种形式的天线，是LTE组网初期必须考虑的问题之一。影响LTE网络建设与运营的因素有网络性能、后续发展潜力、建网难易、建网成本、维护优化难度等，天线的选用要综合考虑这些因素。综合考虑各方面因素，针对不同应用场景合理选择与使用2/8天线，是解决天线选择问题的有效方法。2天线的常用工作模式有TM2（分集模式）、TM3（分级复用自适应模式），8天线除了具备TM2和TM3模式之外，还可以工作在TM7（单流波束赋形）和TM8（双流波束赋形）模式。而TM7和TM8模式即波束赋形模式形成有指向性的波束，可以大大降低系统的干扰水平，适用于具有信道互易性特点的时分双工LTE网络。因而8天线具有更好的干扰抑制能力，具有更高的吞吐量性能等优势。根据仿真结果，多用户场景双流智能天线可使下行平均吞吐量提升40%以上；单流智能天线可使下行平均吞吐量提升20%左右；边缘吞吐量可提升70%左右。城市环境多为干扰受限情况，此时采用8天线波束赋形，相对于2天线可带来较高下行性能提升；8天线在吞吐量性能方面存在较大的增益，所以对于容量受限的场景，也应优先考虑8天线配置。当然，我们还应该看到：2天线具有天线尺寸小、重量轻、工程配套要求低等优势，施工难度较8天线小。由于公共信道无法采用波束赋形，因此从公共信道覆盖上看2天线性能不差于8天线。根据理论分析，2天线和8天线在TM2/TM3模式下发送接收信号模型相互等价，吞吐量性能相当；在用户集中分布以及信道相关性小等场景波束赋形无优势，天线主要工作在TM2和TM3模式，此时2/8天线性能差异不大。因此，在对于干扰敏感性不强的覆盖受限场景以及施工难度大的场景可以采用2天线的建设方案，从而发挥2天线在工程上的优势。四网协同寻找最佳结合点作为同时拥有GSM、3G、WLAN和LTE等多种制式网络的移动通信运营商，可以预知这些制式的网络将在未来相当长的一段时间内将长期共存，如何使这四张网络能够互相补充，提高网络性能及用户感知，发挥最大的协同网络效能成为当今要解决的热点问题之一。首先，我们需要分析一下以上四张网络的特点及现状。GSM网络已经相对成熟，基本上实现连续覆盖，主要承担语音业务，GPRS和EDGE也具备一定的数据承载能力。但随着用户数及业务量的不断膨胀，现有GSM网络面临频率资源不足、优化难度加大等问题。3G网络目前主要以GSM网络为建网基础，3G网络只在业务发展可能性较大的城区完成了覆盖，尚未实现全覆盖。为了实现2G/3G网络协调发展，3G用户在其网络覆盖区之外仍然可以享受GSM网络的服务，而在覆盖区域3G网络也可以承载GSM的传统业务，这在容量方面对GSM网络起到了一定的补充作用。因此，3G网络就起到了既承载一定的数据业务，又承载GSM传统业务的作用。WLAN是无线宽带网络的重要组成部分，是无线蜂窝网络承载移动数据业务的重要补充，是目前用户使用终端或者手机，实现一定带宽速率下固定无线接入的重要手段。其覆盖率已经基本涵盖了重要的用户上网热点场所，且随着智能手机的推广和应用，支持WLAN的终端用户普及率将不断提高。LTE是无线蜂窝网络发展的未来，它可以在20MHz频谱带宽下提供下行100Mbps与上行50Mbps的峰值速率，改善小区边缘用户性能，提高小区容量，降低系统时延，提供更优的网络性能和用户感受。LTE还可以支持200个以上UE同时在线，可以在用户集中度高、密度大的区域服务。大容量、高速率是LTE区别于其它系统的基本特征，而且其在成本方面相对于GSM和3G都有较大优势，可以作为高带宽、高质量无线宽带业务的主要承载网络；此外，LTE承载语音也有明显的成本优势，未来可适时考虑LTE承载话音。综上所述，从业务分担角度可以考虑如下四网协同发展策略：GSM网络优先疏通语音业务量，在保证语音质量的前提下，可适度承载低速数据业务；3G网络目前应主要承载手机数据业务，同时在GSM网络资源紧张的区域，也要起到替代GSM话音业务的作用；WLAN精确覆盖数据业务热点，主要分流数据业务；LTE主要承担高速数据业务，建设初期需要其他三种网络对其数据承载能力不足的地方做补充，随着网络发展可适时考虑承载语音业务。依照不同的功能和业务定位，综合考虑GSM、3G、WLAN以及LTE的网络进行规划和优化，寻求网络性能和投资最佳结合点。实施时，应考虑实现2G/3G与LTE的互操作，并通过2G /3G和LTE参数配合设置来灵活部署2G/3G/LTE多网混合组网策略；新建网络在规划时考虑其他几种网络的覆盖现状及业务现状，需要进行精确规划；另外核心网方面，采用现网升级方式建设核心网、业务平台和支撑网，实现LTE/3G网络融合，加快建设网络。因此，未来四张网络之间将根据网络负荷状况、终端能力、业务特征、用户需求和互操作策略，控制终端动态进行网络选择，最终实现四种网络间流量卸载与分流、提高整体网络利用效率、提升用户体验的目标。