TD-LTE技術引領的四網融合方案研究

中國移動設計院陜西分公司 高 翔

中國移動通信集團公司總裁李躍曾在上海世博會閉幕高峰論壇之“信息產業與數字城市”中指出：建設無線城市已成為全球信息通信領域大趨勢。所謂無線城市，首先是一張多層次、全覆蓋的最佳信息網絡，融合移動互聯網和物聯網的信息應用平臺，為用戶構建便捷、迅速、安全接入信息世界的通道，包括為市民出行、購物、學習、保健等方面，為企業開張、銷售、管理、宣傳等方面，以及政府的政務公開、監督、城市管理等方面提供有益幫助。為了真正實現無線城市的目標，中國移動率先提出四網融合的概念，致力于打造一個以TD－LTE技術引領，2G、3G、WLAN、4G“四網融合”的網絡基礎環境。

1.四網融合的核心技術分析

傳統運營商的格局是由GSM即2G網絡決定的，特別是在我國。進入2011年以來，中國移動明確了2G、3G、WLAN、LTE四個網絡協調發展的網絡發展總體思路。據悉，中國移動上海公司目前已在張江高科技園區等地率先打造了四網協同的無線城市示范區，我國上海有望率先成為科技迅達、無線互聯的“智慧城市”。TD-LTE系統以其對廣域網和移動性支持能力的較強優勢，在四網中承擔了各種移動場景下對語音和中、高速數據業務用戶服務的支撐工作，因而可看作四網融合的核心技術。

TD-LTE的技術優勢主要體現在速率、時延和頻譜利用率等領域，其理論峰值速率在上、下行已分別達到50Mbps、100Mbps，相對于3G，4G有顯見的優勢。在TD-LTE中有三大關鍵技術：一是基于TDD的雙工技術，在業界共同努力下，現已形成雙工幀結構的LTE-TDD規范。二是OFDM（正交頻分復用技術），包括OFDM技術和MIMO（多輸入多輸出）技術兩個關鍵點。三是基于MIMO/SA的多天線技術，實現MIMO技術和智能天線技術在后續演進上的更佳結合。這里以圖表形式著重介紹TD-LTE的幀結構和MIMO等關鍵技術。優化后的TD-LTE幀結構如圖1所示：

圖1 優化后的TD-LTE幀結構

為支持上行50Mbps和下行100Mbps的峰值速率，LTE需采用MIMO技術。下行MIMO可采用PARC的傳輸方式，接收端根據接收質量向發送端反饋可支持的調制編碼方式來提高系統的傳輸效率。上行MIMO可利用兩個用戶同時發送數據構成上行虛擬的MIMO，結合功率控制提高上行的系統傳輸效率。

圖2 上行虛擬MIMO示意圖

新一代移動寬帶技術TD-LTE是我國擁有核心自主知識產權的國際3G標準TDSCDMA的后續演進技術，是在TD-SCDMA基礎上的進一步提升，可以承載高速數據業務，最大支持的數據吞吐率為下行100Mbps和上行50Mbps。它將成為4G國際主流標準之一，主要用于熱點地區和對網絡帶寬要求較高區域。帶寬高于3G數十倍的TD-LTE網絡，理論傳輸速率可達3G網絡速度的數十倍，它確立了我國在新一輪信息產業國際標準及產業競爭中的重要地位。

2.四網融合所面臨的關鍵性問題

四網融合的無線城市生活，實際上已經離我們很近。根據中國移動上海公司的計劃，到2011年底，4G信號將覆蓋上海市中心區域。目前中國移動上海公司已對4G網絡、WLAN進行了重點部署，網絡熱點已全面覆蓋上海火車站、浦東機場等交通樞紐，和南京路、田子坊等熱點區域寫字樓、商場，以及全市所有星巴克門店、各大高校；而3G網絡將于“十二五”中期在上海實現全面深度覆蓋，全市提供的接入能力平均1M以上，市區達3M以上；傳統2G網絡也將進一步廣覆蓋、精品化，實現大型樓宇90%深度覆蓋，地鐵、高鐵、高速公路、公路移動信號的全覆蓋。另據了解，深圳、廣州、杭州和南京等地的中國移動用戶，也有望成為我國首批進入“后3G時代”的體驗者。然而盡管如此，由于LTE是新型無線技術，其網絡架構也不同于以往的系統，在測試中難免會遇到一些問題和挑戰，尤其表現在欠缺測試儀器儀表方面。

中移設計院的趙旭凇和電信專家李進良一致認為，2.6GHz頻段覆蓋性能、同頻組網等當前TD-LTE規模試驗部署，目前面臨的關鍵性問題在于：一是以OFDM、MIMO為基礎技術的4G標準從批準、產業化、外場試驗到規模試用，先要有一個技術攻關時期；二是它所依靠的芯片要滿足4G要求，也得經過幾個摩爾周期才行；三是三維化多媒體視頻業務需要一段時間的市場培育期。樂觀一些估計，4G技術要到2015年才能成熟到可以商用。

一個值得商榷的問題，是對于TD-LTE的定位選擇。這個問題由來已久，LTE是需要提供高質量的語音業務還是單純提供數據業務？不同的運營商仍會有不同選擇。目前的TD-LTE試驗，因其終端欠缺等，還只能提供數據業務測試，將來如何承載語音業務？另外還有一個老生常談的問題：為了達到產業經濟效益最大化，TD-LTE如何與LTEFDD盡快地融合？

在諸多問題中，盡快確定我國TD-LTE的商用頻譜，這是最根本也最迫切的問題。

3.TD-LTE技術引領的四網融合方案

據有關數據顯示，截至2011年2月底，我國已有6000萬3G用戶，其中2454萬是中國移動用戶，約占43%，中國聯通和中國電信分別為1668萬和1476萬，占比分別為30%、27%。在后3G時代，為面對移動互聯網數據爆炸的挑戰，運營商需要不斷升級網絡，于是四張網絡的協同發展勢在必行。中國移動上海公司計劃部總經理、副總工程師孫達以城市交通管理來比喻四網協同：2G主要用來打電話和小文本低速率傳輸，可將其比作普通公路；3G理論上的傳輸速率可達1.2兆，類似于高速公路；WLAN即WiFi，專門解決熱點問題，可比作城市的高架路；而建設中的TD-LTE，可以極速傳輸超大數據流量，相當于城際高鐵。GSM、TD-SCDMA和TD-LTE是基于廣域網的移動通信技術，這三者建立在蜂窩架構上，更加出色地支持信號在不同蜂窩之間的切換功能，終端快速移動時仍然能夠保持正常通信狀態；WLAN可提供高帶寬傳輸，主要解決局域網內的數據傳輸問題，其覆蓋范圍卻是非常有限的，子網間的切換性能也比較弱。如何充分發揮四種技術各自的優勢進行網絡優化，這是需要重點解決的問題。包括對頻率的合理規劃，設備開發和工程建設等，以多種手段來避免系統間的干擾，從而將四網融合的力量發揮到更大。簡言之，這是一個如何共建共享的問題，“四網融合”需要根據不同技術的不同特點，思考不同的應用策略。

目前較為可行的一個解決方案是：適宜的終端應為智能的、便攜的終端，無論它是移動的還是固定的，關鍵在于一定要很便攜，其接入手段可以有很多種，3G、WiFi等。譬如在有3G網絡覆蓋的區域，如果發現有WiFi信號，就可以通過終端與核心網來配合，優選WiFi，或同時選擇3G和WiFi。如果發現沒有WiFi信號，則使用3G網絡，這時仍可保持原先的業務暢通，而無需在2G與3G之間切換。通俗一點說，就是通過多接入捆綁的方式，使用戶同時在幾種網絡里面享受無縫的業務。

[1] 孟祥初.大唐李同坡:TD-SCDMA是四網融合關鍵技術[N].通信產業報,2011-01-13.

[2] 佚名.上海無線城市著手四網融合,2011年TD投資5.6億[N].通信產業報,2011-05-19.