ＴＤ－ＳＣＤＭＡ與ＴＤ－ＬＴＥ平滑共平臺方案淺析

楊雅娟　廖鐳鳴

【摘要】文章對TD-SCDMA向TD-LTE演進進行了簡要概述,并分析了TD與TD-LTE共平臺方案,最后對TD與TD-LTE的BBU共平臺單模方案進行了分析。

【關鍵詞】TD-SCDMA LTE 共平臺 BBU 單模 方案

隨著3G如火如荼地進入大規模建網階段,無線通信領域的技術發展加速向更高端的4G技術演進。作為我國自主知識產權的TD-SCDMA技術,將首先平滑地向同為時分雙工技術的TD-LTE過渡;主要基于正交頻分多路復用OFDM技術和多天線MIMO技術,實現更靈活的頻譜帶寬配置;帶來20MHz帶寬下行峰值速率100Mb/s,上行峰值速率50Mb/s的高速數據業務體驗。TD-SCDMA系統能否盡快實現TD-LTE的商用,并最大化地保護現有TD網絡投資,是目前業內最關心的問題之一。

本文主要針對TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進道路上的具體實現方式,對應該采用的合理共平臺方案進行分析,以更好地發揮TD-SCDMA技術優勢、保持其強勁競爭力并具備可持續發展及平緩演進能力。

1 TD-SCDMA向TD-LTE演進概述

LTE(Long Term Evolution)是3GPP組織對以OFDM為空中接口基本技術的下一代移動通信技術的標準化名稱,可以說TD-LTE是目前業界最先進的寬帶移動通信系統,具備一系列性能卓越的優勢技術,可提供高性能的寬帶移動網絡。

從TD-SCDMA向TD-LTE的演進,首先是在TD-SCDMA的基礎上采用單載波HSDPA技術,速率達到2.8Mbps;其后實現多載波HSDPA,速率達到7.2Mbps;持續發展到HSPA+階段,速率將超過10Mbps,并繼續逐步提高它的上行接入能力。最終在2010年之后,從HSPA+演進到LTE,實現20MHz帶寬下行峰值速率100Mbps,上行峰值速率50Mbps。

由以上演進路線的分析可知,由于技術發展的快速,需要充分考慮TD與LTE的共存和演進方式。在TD向LTE演進的過程中,如何最大化地保有TD系統既有網絡投資,以最簡約方案實現演進至LTE階段,是重點問題也是難點問題;因此需要采用TD與LTE共平臺的方案,以實現更高端的技術應用并最大化降低網絡投資成本。

2TD與TD-LTE共平臺方案簡析

2.1 系統共平臺概述

TD與LTE共平臺的研究和實現,比較復雜的部分在于基站設備。通常來說,對于系統無線設備BBU和RNC來說,TD與LTE共平臺方案分為共機框方案;共硬件平臺的共模方案;以及基站系統未來實現的基于軟件無線電技術的多模基站,即硬件平臺復用,通過軟件下載支持TD或LTE方式。圖1為TD與LTE共平臺的方式分類示意。

對于RRU和天線系統而言,可采用TD與LTE共RRU以及共天饋的方案。目前雙極化天線已成為TD-SCDMA天線應用的主流方向,雙極化天線可以較好支持向MIMO天線平滑演進,為LTE部署奠定基礎;采用雙極化天線后,其寬度、重量都減少一半,性能與常規八陣元智能天線相當。采用TD-SCDMA及TD-LTE均可工作的寬頻段天線,即可支持TD-SCDMA與TD-LTE共天饋,無需變更天面施工,即可滿足未來TD-LTE網絡對站址天面的需求。需要特別注意的是,在具體實施過程中,需要認真考慮并分析TD與LTE共RRU及共天饋的方案,分別在同頻段和異頻段情況下的施工難易度、后期維護問題以及干擾隔離等問題,以選用最合理的共用方案。

2.2 共平臺方案簡介

系統共平臺方案的共機框方式是實現TD與LTE共平臺方案的最基本方案,其主要特點是:兩個系統獨立運行;共用電源和背板;所有硬件板卡不復用。因此共機框方案只是一種TD向LTE演進的最簡方案,并不是完全意義上的共平臺方案。

最大化保有現有TD-SCDMA網絡投資的方式,是共硬件平臺的共模方案。該方案可分為單模方式和雙模方式兩種,單模方式是系統中TD與LTE兩個系統獨立運行,硬件板卡可復用;支持TD系統在不更換任何硬件的前提下,直接軟件升級為LTE系統。雙模方式是系統中TD與LTE兩種制式協作運行,兩系統共用同一套硬件板卡,軟件同時運行TD-SCDMA和TD-LTE的工作模式。可見共模方案是目前最為合理的共平臺方案,但在實際網絡運行中,TD與LTE兩種制式協作運行的雙模方式需要占用大量的系統資源并成倍增加系統設計復雜度,在實際應用中不推薦采用TD與LTE共平臺的雙模方案,因此下文將主要對BBU設備TD與LTE共平臺的單模方案進行介紹及分析。

3 TD與TD-LTE的BBU共平臺單模方案分析

從上文分析可知,TD與LTE共平臺的最佳實現方案是共硬件平臺的共模方案(單模方式和雙模方式)。這種共平臺方案可以完全實現BBU設備TD和LTE兩種制式的共傳輸、共背板、共BBU架構以及共用主控及時鐘單元;大唐移動全系列TD-SCDMA BBU產品通過軟件升級即可支持平滑演進至TD-LTE。BBU的TD與LTE共平臺方案如圖2所示。

3.1 基帶處理單元的TD與LTE共平臺分析

對于基帶處理單元而言,在支持LTE情況下對于處理器的能力有更高要求;其處理能力會根據處理時延的要求和LTE支持的天線及帶寬數有不同要求。圖3給出了在不同時延要求情況下,TD與LTE各種天線及帶寬要求下的處理器能力要求,可以看到TD系統現有處理能力,基本可以實現5ms時延要求下的LTE各種帶寬下的處理能力需求。

3.2 接口單元的TD與LTE共平臺分析

TD與LTE共用接口單元,需要重點考慮接口單元的流量;接口單元除提供與上級網絡設備的接口外,還提供對RRU單元的接口。

對于上級網絡設備的接口Iub、X2/S1帶寬來說, TD系統的Iub接口流量主要在于BBU的多個載波業務數據和控制數據總流量;對于LTE系統X2/S1接口,在空口速率下行100Mbps,上行50Mbps情況下,3個20M帶寬小區總吞吐量在450Mbps之內,同時還要處理eNB之間的交互數據以及網絡管理數據。綜合計算分析可知,千兆物理端口完全能夠滿足TD與LTE共平臺接口帶寬需求。

對BBU與RRU之間的Ir接口帶寬來說,LTE采用2天線時,不管是10M帶寬還是20M帶寬,都可以在1條2.5G的鏈路中完成;當采用8天線時,必須采用兩條鏈路。如果是10M帶寬,則采用2條2.5G鏈路,如果是20M帶寬,則采用兩條3.072G高速鏈路。對BBU設備而言,TD系統接口單元不需要修改任何硬件就可以實現所有帶寬的數據傳輸。

3.3 控制單元的TD與LTE共平臺分析

控制單元在支持TD與LTE共平臺時需要考慮其處理能力和交換能力是否可以滿足要求。在TD與LTE單模共平臺情況下,假設TD-LTE處理20M帶寬,1000用戶容量,每秒鐘50個用戶接入,并保持500個激活用戶,那么需要420MIPS處理能力;在充分考慮余量的前提下,總的處理能力需要500MIPS;再假設需求為TD-LTE處理3個20M帶寬時,那么總的處理能力約為1500MIPS。

接下來分析一下控制單元IP交換能力需求。假設支持20M帶寬的TD-LTE,支持最高的下行速率為100Mbps,考慮到1.2~1.5倍的協議開銷,則最高需要150Mbps的IP傳輸速率。假設在實現3個20M的TD-LTE情況下 ,那么需求IP傳輸交換能力450Mbps。

通過如上TD與LTE單模共平臺情況下控制單元能力分析可知,目前TD系統的控制單元協議處理能力和IP交換能力完全可以滿足LTE需求,現有TD系統的控制單元完全可以支持LTE 3×20M(即60M)帶寬三小區配置應用,并還具備一定的后續擴展能力,因此可滿足控制單元只通過軟件升級,平滑演進至LTE。

根據如上計算分析可以得出結論,BBU設備最重要的核心單元:基帶處理單元、接口單元、控制單元全部具備復用TD硬件板卡,直接軟件升級支持LTE模式的處理能力和控制能力。同時在可共用機框、電源、背板和時鐘的前提之下,TD與LTE完全意義上的共平臺已經具備了充分的條件,因此大唐移動的TD-SCDMA系統可完全平滑演進,只需軟件升級支持LTE。

綜上所述,基于BBU和RNC設備TD與LTE共平臺模式的平滑升級、后續BBU的軟件無線電多模基站實現、TD與LTE同頻段與異頻段共RRU方案、雙極化天線便利支持TD與LTE共天饋等,可以實現TD-SCDMA向TD-LTE的完全平滑演進,充分保護網絡現有投資、有利于TD的長期持續發展,同時實現LTE高端技術帶來的更完美業務應用。