LTE系統分析與規劃

陳爽

摘 要：面對當前用戶對數據處理能力提出的更高要求，無線網絡在向EPS發展。本文簡單分析了LTE和WCDMA的聯系和區別，討論了網絡的合并方案和策略。然后對LTE系統中的關鍵技術進行了介紹，設計了一種新型的LTE-RoF系統。最后對LTE系統的容量進行了分析，并提出了兩種對WCDMA的改進方案。

關鍵詞：WCDMA；LTE系統；RoF技術；覆蓋能力

1 引言

無線網絡業務的發展，導致了移動終端的多樣化，而移動設備的硬件發展方向可以總結為以下三點：第一，對終端芯片進行外觀的創新，設計新穎獨特的外觀，使用好的科技含量高的材質做出優質時尚的硬件設備。第二，對于移動終端的硬件開發更多的功能，完善服務，滿足用戶的需要。第三，開發多種應用程序，提供網絡的全面支持，可以做到隨時隨地上網。無論近期還是長遠看，移動終端的改進和完善呈現出不可阻擋的發展態勢。

同時，隨著終端的發展完善，對芯片技術也提出了更嚴格的要求，這一點從SOC技術的改進上可以看出來。但是該技術的改進也面臨了兩大困難：第一，就是軟件和硬件的兼容性和對系統的融合；第二，芯片生產工藝的改進，要求生產的芯片體積越來越小。這些問題都對將來TD-LTE芯片的發展和改革發出了挑戰。

近十年來，LTE技術的發展變化較大。2007年召開的會議提出了移動公司要與其他公司簽署了LTE-TDD合作協議，努力將TD-SCDMA發展為LTE或者更高的體系。而到此為止，很多專家學者也看到了TD-LTE與LTE-FDD保持著同樣的發展速度，所以兩種技術的差距不是很大。很多國內外的企業已經對這些網絡的發展體系進行了測試，預計近幾年，LTE技術的發展會被商業化。而在中國，對LTE系統的研究也從未間斷過，制造商和運營商都投入很多資金進行設計，由此看出LTE的發展潛力非常巨大。

2 LTE-RoF技術

2.1 LTE-RoF系統的設計

RoF的全稱即為光載無線電，該系統包括了中心站、遠端天線單元、光纖鏈路和用戶端四個部分。中心站也叫做頭端，它可以處理數據，并把信號加載到光波上，借助光纖鏈路把信號傳送至遠端天線單元，再由光電處理器將信號還原出來。最后對信號進行濾波和放大，在對接收到的信號進行還原后，用戶就能得到基帶信號。對于LTE-RoF系統，家庭、小區、微蜂窩或者各種中繼站的中心站功能基本相似。所以對于頭端和基站的信息可以統一處理，通過光纖鏈路將信號傳送到RAU，再發射出去。

如圖1所示為LTE-RoF系統的結構圖，這樣設計可以體現出如下幾個優點：①高頻信號在傳送過程中具有較大的損耗和衰減，但使用光纖傳輸信號不但損耗小，而且覆蓋面廣；②光纖的帶寬較寬，可以承受較大的業務量，而信號在光域的處理也減少了系統的成本；③依靠光纖傳送信號時可以有效防止電磁波的干擾，對信號進行保密；④基站完成全部信號的處理，同時RAU只需負責光電信號的接收、轉換和發送；⑤RAU單元的簡化處理減小了功率損耗；⑥聯合多種技術來處理數據，提高了工作效率，提現了靈活性。

2.2 LTE-RoF技術中存在的難點及解決措施

在LTE-RoF系統中，當前主要出現了以下幾個問題：

①LTE-RoF信號的生成問題。在此，可以通過光外差方法、光學倍乘法和外調制器方法三種方法產生射頻信號。而其中光外差方法對光信號的相干性具有一定要求；如采用光學倍乘法，則生成的高頻信號不適合LTE系統；只有通過外調制的方法產生的信號才能符合頻率要求，從而也能簡化設備降低成本。所以通常在LTE-RoF系統中運用圖2所示的外調制器手段。

②傳輸過程中的失真和色散問題。射頻信號在傳遞過程中會發生色散和失真現象，降低信號質量。在此有SSB和OCS兩種調制方式可以很好地解決色散問題，同時借助新型器件也能減小系統的非線性色散。

③遠端天線單元的成本問題。一個值得注意的問題就是天線單元需要覆蓋很寬的范圍，所以其數量會越來越多。面對這一問題，主要依靠波長復用技術和先進硬件設備來解決。波長復用技術就是在加載上行信號時使用下行載波，而且在遠端天線的運用上不需要借助其它激光器件。可以使用EAT來調制上行和下行信號，，這樣可以省去RAU，有效節約成本。

3 LTE系統容量分析

有文獻中提到，LTE系統處理的數據可以共享，還有VoIP的語音共享方式。所以不能夠僅通過用戶數量來評價LTE系統的容量，像小區峰值吞吐量、小區平均吞吐量等參數也應該考慮在內。為了給出綜合的評定指標，也把VoIP考慮在內，對于上下行信號分別進行容量的估算分析。可以參考數學公式：單用戶的容量=小區容量/用戶總數，再來分析研究LTE系統的各指標。

3.1 上行PUSCH容量分析

在TD-LTE系統中，由于上行信號的制約，在此側重PUSCH信道的研究。該信道可以支持多種業務，它的容量取決于不同的帶寬和調度方式。數據類型不同，調度方法不一樣時，評價PUSCH容量的準則也應改變。例如對VoIP數據的處理使用半靜態調度方式，但也要參考小區用戶的滿意度來評價；但如果是對速率有要求的數據流業務，就應當以小區吞吐率來評判。

3.2 下行信道分析

LTE系統中的控制信道制約了下行鏈路，所以這里采用小區吞吐量來衡量PDSCH的容量。下行控制信道的組成較多，主要由PCFICH、PDCCH、PHICH和PBCH廣播信道這幾部分組成。全部用戶都能接收PBCH和PCFICH信道，且用戶數量也不會受到制約。但使用PDCCH信道卻會限制小區容量。而PHICH信道則用來支撐下行數據，它的格式受PBCH控制，按照組映射來劃分，可以通過以下公式來計算信道容量。

這里， 表示帶寬中RB的數量；Ng可以有多個取值，分別為1/6、1/2、1和2；m，的取值則和TDD配置有關，詳細參數如表1所示：

注意，一般的CP中，PHICH中系數取值最大為8。

3.3 VoIP容量分析

通常來說，在進行VoIP通信時，發送的數據中98%延時不超過50ms，可判定為用戶處于滿意的狀態。若某個小區中得到滿意的用戶數量占95%以上，就可以將VoIP容量當作用戶的總數量。VoIP的通信方式采用半靜態調度，不受信道制約；當系統的PHICH配置正確且能符合用戶要求時，可以演算出以下公式：

在此，激活因子α一般取值0.5；SIDSize的單位bit，是指VoIP用戶在靜默期MAC層包的大小；PacketSize的單位也是bit，它是指用戶在通話期MAC層包的大小；用戶靜默期SID幀傳輸周期為160ms； 為20ms半靜態調度周期內初傳可用的RB數量； 為平均RB數量。

4 WCDMA的完善手段

⑴當HSPA技術向LTE演化時，要看準時機承接更多的數據和會話業務。這種方案的優點體現在LTE標準的構建和技術的改進上，商家對其比較重視，所以發展速度較快；而對比HSPA+，LTE技術中的傳輸速率更快。LTE系統中的接口和網絡體系都經過了重新改革，其關鍵技術就是OFDM，這也是它和CDMA技術的實質區別。但這也導致了它不能兼容3GPP的很多版本，LTE網絡也不能進入到一些移動網絡中，而且UTRAN網絡不能和LTE系統共享。所以此方法演變速度過快，大多數用戶必須采用新終端，也使得3G網的成本提高

⑵LTE經過演化后，HSPA也得到了改進，提升為HSPA+，從而提升了數據傳送的最大速率等。這種高級的LTE系統演化過程比較平緩，使得過渡期的網絡資源不會白白浪費。不過它也存在一些缺點，原計劃中HSPA+的普及應當早于LTE系統，但從近幾年的發展看出LTE中的關鍵技術和有關標準的建立卻反而比HSPA+早。由此可見，HSPA+的發展存在很多不確定因素。最近幾年HSPA+技術越來越受到重視，標準的制定也在加快，同時生產商們也在提高HSPA+的硬件設備的生產速度。就網絡的長期發展而言，WCDMA HSPA的完善應該進行多次升級，增添反饋設備，緩慢過渡為HSPA+。最后找準時機演化為LTE系統，提升數據的傳送速度。

LTE在網絡發展中具有劃時代的意義，它充分利用了頻域、空域等多種復用信道，提升了移動通信的速率。LTE的演化將會結合到2G/3G網絡中，未來的發展中，將會更多地看到兩者的同時使用。LTE與2G/3G發展的重點是能實現互操作功能并能充分利用和共享網絡資源，同時也要保護資源，和為用戶提供多種業務需要。

[參考文獻]

[1]肖清華，汪丁鼎.TD-LTE系統能力分析.移動通信，2011，35（22）：58-64.

[2]潘武，尹怡輝，李柚，等.基于光載無線技術的LTE系統設計.光通信技術，2011，（7）：42-44.

[3]孫宇彤，王東洋.待機狀態下的LTE互操作.郵電設計技術，2012，（10）：49-51.

[4]張卓筠，高功應，赫罡.LTE與2G/3G核心網融合演進策略研究.郵電設計技術，2013，（3）：42-44.

[5]李文宇.TD-LTE芯片設計技術面臨挑戰 技術試驗獲多廠商參與.世界電信，2010，（8）：57-59.

[6]喬昊，張軼凡，馮志勇.TI C6670 DSP中BCP協處理器在LTE下行物理層中的應用.中國科技論文在線，2013.

[7]陳國利.WCDMA HSPA技術演進思考.信息通信技術，2009，（1）：46-50.