LTE網(wǎng)絡(luò)的部署與發(fā)展

姚美菱，李 明

（1.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050031；2.河北城市設(shè)計研究院，河北石家莊 050021）

LTE(Long Term Evolution，3GPP啟動的3G長期演進項目)是3G與4G之間的一個過渡技術(shù)，也被俗稱為3.9G或準(zhǔn)4G，它采用了MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出技術(shù)）、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù)）等技術(shù)改進并增強了3G的空中接入能力。

2009年底北歐電信運營商TeliaSonera在斯德哥爾摩與奧斯陸兩地率先提供商用LTE移動寬帶服務(wù)，緊接著2010年日本NTT DoCoMo與美國Verizon、MetroPCS等電信運營商也跟著提供LTE服務(wù)。2010年4月，中國移動在上海世博園開通了LTE示范網(wǎng)，2011年初中國移動在上海、杭州、南京、廣州、深圳、廈門、北京7個城市籌建LTE試驗網(wǎng)。根據(jù)全球移動供應(yīng)商協(xié)會的統(tǒng)計，目前LTE幾乎得到所有主流電信運營商的支持，全球已有75個國家的196個電信運營商不同程度的投資LTE，其中56個國家140個電信運營商承諾部署商用LTE網(wǎng)絡(luò)。

LTE為什么能得到全球運營商的青睞，如何在節(jié)約資源和保護3G投資的基礎(chǔ)上快速進行LTE部署，以及作為3.9G的LTE網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，將是本文研究的重點。

1 LTE部署的必要性

隨著3G在全球的規(guī)模商用，特別是3G增強型技術(shù)HSPA/EV-DO的普及和推廣，大大推動了移動多媒體業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求呈爆發(fā)趨勢。移動娛樂、移動支付、移動導(dǎo)航、移動辦公、移動視頻會議越來越普及，互聯(lián)網(wǎng)在人們生活和工作中深入滲透，隨時隨地通過無線寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的需求呈現(xiàn)出井噴的趨勢。

而3G的HSPA峰值速率僅可以達到14.4Mbps，實際網(wǎng)絡(luò)的單載波平均吞吐量是2.5Mbps。而這2.5Mbps也不是一個用戶獨享的，是由本小區(qū)的所有用戶共享。因此，再按照典型的網(wǎng)絡(luò)配置和用戶規(guī)模計算，每用戶能夠使用的帶寬平均為200kbps~300kbps。許多高帶寬業(yè)務(wù)，如移動視頻類、大容量文件傳輸和無線上網(wǎng)等業(yè)務(wù)，隨著用戶數(shù)量的快速增加，直接導(dǎo)致對帶寬的占用激增，3G網(wǎng)絡(luò)容量和業(yè)務(wù)承載的壓力陡增，用戶業(yè)務(wù)體驗開始下降。人們越來越期望使用移動互聯(lián)網(wǎng)獲得與固定互聯(lián)網(wǎng)同樣的速率和體驗。

可見，3G對于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展起了很好的推動作用，但是受限于網(wǎng)絡(luò)承載能力的局限性，難以承載大量的移動多媒體業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。根據(jù)預(yù)測，未來5年，無線寬帶上網(wǎng)將會占據(jù)全部移動網(wǎng)絡(luò)總流量的56%，成為占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和容量最大的業(yè)務(wù)。特別是最近興起的物聯(lián)網(wǎng)，會將人與人通信擴充到人與物、物與物通信。人與物、物與物之間的通信和信息聯(lián)絡(luò)給3G網(wǎng)絡(luò)提出更高的帶寬需求。目前4G標(biāo)準(zhǔn)還沒有最終確定，運營商只能部署LTE以緩解帶寬壓力。

LTE第一階段版本的下行峰值速率能達到100Mps，平均的小區(qū)吞吐量一般在30Mbps左右，是HSPA的12倍，平均每用戶能夠使用的帶寬為2400kbps~3600kbps，跟現(xiàn)在的ADSL速率水平相當(dāng)。

2 LTE部署方案

在3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上引入LTE，可以分為重點引入和全網(wǎng)引入兩種方案。重點引入是在高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求密集區(qū)部署LTE網(wǎng)絡(luò)，其他區(qū)域暫用現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)，這樣可以節(jié)約資源和投資，但LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋不連續(xù)。全網(wǎng)引入是在整個區(qū)域都部署LTE網(wǎng)絡(luò)，全網(wǎng)提供LTE服務(wù)，但對偏遠地區(qū)引入LTE會浪費資源，增加運營成本。因此，可以先有針對性地選擇在一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點區(qū)域部署LTE站點，提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；后續(xù)根據(jù)發(fā)展情況再進行全網(wǎng)引入，進行城區(qū)的連續(xù)覆蓋。

為了以低廉的成本快速完成LTE網(wǎng)絡(luò)部署，可以采用多標(biāo)準(zhǔn)射頻基站。所謂多標(biāo)準(zhǔn)射頻基站，指有別于以往的GSM、WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中基站各自獨立，而以同一個基站硬件平臺，利用軟件控制方式，同時提供GSM/WCDMA/LTE的射頻涵蓋，即通過軟件無線電的方式來構(gòu)建多模基站。其實通過軟件無線電也可以用在多模手機的設(shè)計中。

3 LTE與4G的關(guān)系

LTE是3G長期演進項目，但其相對于3G技術(shù)，名為“演進”，實為“革命”，3G的技術(shù)基礎(chǔ)已大部分被替換，所以LTE已經(jīng)具備相當(dāng)明顯的4G特征。下面從移動通信網(wǎng)的兩大組成部分：核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)分別加以分析。

以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供為主要目標(biāo)，LTE核心網(wǎng)擺脫了3G核心網(wǎng)并存兩個子域的結(jié)構(gòu)：電路交換域提供語音業(yè)務(wù)，分組交換域提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。LTE核心網(wǎng)采用了演進分組核心 (EPC，Evolved Packet Core)，EPC以IP為中心，既承載語音也承載數(shù)據(jù)，在QoS保證方面，LTE通過系統(tǒng)設(shè)計和嚴(yán)格的QoS機制，保證實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，符合4G核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)的要求。

為了降低系統(tǒng)的傳輸延遲，滿足用戶永遠在線的需要，LTE的無線接入網(wǎng)設(shè)計時最大限度地簡化了縱向網(wǎng)絡(luò)層次。LTE系統(tǒng)取消了3G系統(tǒng)中的重要網(wǎng)元RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器），只保留一層RAN節(jié)點——eNodeB。eNodeB和核心網(wǎng)通過基于IP路由的接口實現(xiàn)更靈活的多重連接，相鄰eNodeB之間通過X2接口實現(xiàn)Mesh連接。這種設(shè)計相當(dāng)于拉近了網(wǎng)絡(luò)和用戶的距離，使網(wǎng)絡(luò)對用戶來說更近、更快、更簡單、更透明，也符合4G扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的要求。

LTE雖然網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上和4G高度一致，可以滿足4G的技術(shù)基礎(chǔ)，但是LTE的無線傳輸能力較4G的要求還有一定差距，4G支持更大帶寬，有更高的頻譜效率和更高的峰值速率。LTE的最大帶寬是20MHz，還不足以達到4G的要求，需要擴充到更高帶寬，比如40MHz、60MHz，甚至更高。所以要想LTE升級到4G，需要提高帶寬和峰值速率。

提高帶寬和峰值速率的方法之一是對頻域進行擴充，通過頻譜聚合的方式進行帶寬增強，即把幾個LTE的20MHz的頻道捆綁在一起使用。

提高峰值速率的第二種方法是通過增加天線數(shù)量以提高峰值頻譜效率，即利用空間維度進行擴充。最直接的方法是在基站站點上增加天線——即采用更高階的MIMO技術(shù)，在LTE階段可以做到在基站側(cè)設(shè)置4個天線，終端側(cè)設(shè)置4個接收天線和1個發(fā)射天線，這樣只能做到下行4發(fā)4收、上行1發(fā)4收；為了進一步提高峰值頻譜效率，基站側(cè)可以增加到8個天線、終端側(cè)增加到8個接收天線和4個發(fā)射天線，這樣就做到了下行8發(fā)8收、上行4發(fā)8收。

此外，還可以采用多點協(xié)同、無線中繼等技術(shù)提高小區(qū)邊緣用戶速率。多點協(xié)同技術(shù)是利用相鄰的幾個基站同時為一個用戶服務(wù)，從而提高用戶的數(shù)據(jù)速率。無線中繼技術(shù)是在原有基站站點的基礎(chǔ)上，通過增加一些新的中繼節(jié)點，下行數(shù)據(jù)先到達基站，然后再傳給中繼節(jié)點，中繼節(jié)點再傳輸至終端用戶，上行則反之，這種方法拉近了基站和終端用戶的距離，可以改善終端的鏈路質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶數(shù)據(jù)速率。

4 結(jié)束語

LTE網(wǎng)絡(luò)部署可以緩解3G對移動多媒體、移動互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)支撐乏力的局面，讓用戶有良好的上網(wǎng)體驗。可以在3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上采用多射頻基站進行LTE快速低成本網(wǎng)絡(luò)部署，先在分組業(yè)務(wù)熱點地方進行重點引入，后續(xù)隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長再進行全面引入。LTE已經(jīng)具備4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和無線技術(shù)基礎(chǔ)，可以通過引入一些關(guān)鍵技術(shù)提高帶寬和峰值速率，從而方便地升級到4G。

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