LTE與3G網絡設計異同點研究

【摘 要】

由于LTE采用了一系列新技術，因此LTE網絡設計與3G有著一些明顯的不同點。以LTE FDD和CDMA2000網絡為例，分析了LTE與3G網絡設計的主要異同點：LTE與3G在覆蓋性能方面有較大差異，主設備形態以BBU+RRU為主，天線有2T2R、2T4R、2T8R多種組合，室分設計有單通道、雙通道兩種模式，承載采用IP方式。

【關鍵詞】

LTE 3G CDMA2000 網絡設計

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-01-0024-04

2013年，LTE建設明顯加速。GSA同年8月發布的LTE演進報告顯示，全球有443家運營商正在投資LTE，其中204張LTE網絡已經開通商用服務。由于LTE采用的關鍵技術、工作頻段、設備形態、天饋與3G均有較大不同，因此LTE與3G網絡設計有著較大區別。本文以LTE FDD和CDMA2000網絡為例，分析了LTE與3G網絡設計主要異同點。

1 LTE與3G技術對比

LTE采用的關鍵技術與3G明顯不同。首先LTE選用了新的OFDMA多址方式，配合MIMO技術，峰值速率及頻譜利用率較3G有明顯提升。其次，LTE采用扁平化網絡架構，取消了基站控制器，帶來了時延的降低及運維成本的節省。LTE與3G技術的對比如表1所示：

2 覆蓋設計

（1）LTE與CDMA鏈路預算差異分析

無線蜂窩系統的鏈路預算過程與制式基本無關，只不過LTE的鏈路預算需要考慮SINR、傳輸塊分配和MCS選擇，而CDMA要考慮系統自干擾及虛擬軟切換增益等。

在相同頻段條件下，CDMA和LTE的鏈路預算差異體現在以下幾個方面：

1）邊緣速率不同：由于CDMA的邊緣速率需求典型值為DL 153.6kbps/UL 76.8kbps，遠小于LTE的DL 4Mbps/UL 256kbps，因此接收機靈敏度方面CDMA好于LTE 3～5dB。

2）CDMA的自干擾較大：由于CDMA是自干擾系統，而LTE在小區內沒有同頻干擾、在小區間有ICIC技術用于抑制鄰區的干擾，因此總體上CDMA的干擾余量相比LTE高4～5dB。

3）EV-DO存在虛擬軟切換增益：EV-DO的前向使用虛擬切換技術，在鏈路預算中需要考慮軟切換的增益，相比LTE好1～2dB。

考慮上述多種因素的綜合作用，相同頻段CDMA網絡覆蓋性能比LTE要好2～3dB。

（2）800M CDMA與2.1G LTE覆蓋能力對比

假設2.1G LTE的邊緣速率要求下行1Mbps/上行256kbps，800M CDMA EV-DO的要求下行153.6kbps/上行76.8kbps，在綜合考慮考慮頻段差異后（LTE工作頻段為2.1G，EV-DO工作頻段為800M），LTE的小區覆蓋半徑市區相當于EV-DO的80%左右，郊區相當于EV-DO的50%左右（使用標準Cost231-Hata模型）。

（3）LTE與CDMA鏈路覆蓋半徑對比

由Cost231-Hata模型計算出2.1G LTE和800M CDMA不同區域的基站覆蓋半徑及站間距，如表2所示：

表2 LTE和CDMA2000不同區域基站覆蓋半徑及站間距

制式 頻段 天線

模式 上行業務

速率/kbps 密集市區/km 一般市區/km 郊區/km

CDMA 800MHz 1×2 PS 153.6 0.38 0.47 2.94

LTE 2.1GHz 1×2 PS 256 0.30 0.37 1.39

3 BBU部署方式

在3G部署期間，已開始引入BBU+RRU分布式基站，不過3G建設中的設備主流形態是宏基站。在LTE設計中，BBU+RRU將成為主流，因此必須重點考慮BBU的部署方式。

（1）BBU部署方式選擇

BBU部署主要有兩種形態：

集中部署方式：將一定量的BBU集中放置在一個物理局址內，在韓國已有成熟的規模應用；

分散部署方式：BBU放置在本局點機房，或利用附件基站機房。

（2）BBU部署方式比較

1）BBU集中設置

BBU集中設置可以降低配套機房、電源等建設量，降低談點難度，加快建網速度，并有效降低建設成本，提高投資效益；另外，BBU集中設置增加了網絡維護的便利性，并有利于考慮未來的技術演進。

BBU集中設置對BBU機房的安全性要求較高，并且對光纜的需求量較大。

2）BBU分散設置

BBU分散設置時，BBU設備及RRU設備放置在同一物理站址，基站管理單元清晰，單個站點的故障對全網影響較小。

BBU分散設置需要建設機房，增加了站點的獲取難度，延緩了工程建設進度，同時需要建設配套電源、空調等，配套投資偏大。

（3）BBU集中放置傳輸方式選擇

傳輸建議采用星形結構，不建議采用環保護方式。星形傳輸方式具有建設周期短、節點調整靈活、光纜網建設成本低等優點。對重要基站可采用不同物理路由光纜的雙上聯保護機制。

（4）BBU-RRU連接方式選擇

方式一：采用一個天面的3個RRU分別連接至所屬BBU；

方式二：采用一個天面的3個RRU采用級聯方式，與BBU間形成環保護。

方式一雖然光纖需求比較高，但具有對RRU設備要求低、技術成熟度高等優點。方式二各廠商產品還未得到規模應用驗證。綜上分析，目前組網推薦采用方式一。endprint

4 天饋設計

與CDMA2000相比，LTE的天饋設計相對復雜一些，需根據不同場景選用不同的天線組合。根據天面資源情況，場景主要分為兩種：

（1）原天面具備新增天饋條件的，獨立部署LTE天線；

（2）原天面不具備新增天饋條件的，需選用CDMA+LTE雙頻天線。

LTE引入了MIMO技術，天線產品類型比CDMA豐富，有2T2R、2T4R及2T8R多種，目前2T2R、2T4R應用較多。結合天面資源情況，天線設計可分成表3所示幾種天線組合。

2R天線和4R天線上行接收性能相差3～3.5dB。在密集市區，由于站間距較小，2R方案基本可以滿足LTE網絡部署要求。對于一般城區、郊區農村環境，基站站間距一般較大，網絡一般表現為覆蓋受限，可部署4R天線提升上行覆蓋性能。

2T2R和2T4R部署方案，其天面配套的差異主要體現在饋線上。如果采用BBU+RRU的主設備形態，由于RRU上塔且RRU與BBU之間采用光纖連接，兩種方案饋線實施的差異對于工程實施的影響較小。

5 室分設計

LTE室分設計與CDMA2000最大的不同是有單通道和雙通道兩種模式。單通道即為1套天饋分布系統，采用1副單極化天線。雙通道模式支持MIMO技術，有2套天饋分布系統，采用2副單極化天線或1副雙極化天線。具體設計中，雙通道又可分為兩種：一種是利舊一路原有室分系統，新建一路；另一種方式是新建兩路室分系統。室分建設方案對比分析見表4。

6 承載設計

LTE承載設計與CDMA2000網絡的主要區別有兩點：

（1）承載方式不同；

（2）傳輸帶寬需求差別大。

CDMA2000網絡建設初期由TDM承載，傳輸帶寬需求較小：每個1X單載頻基站至BSC的傳輸需求為1個2Mb/s系統；每個EV-DO單載頻基站至BSC的傳輸需求為3個2Mb/s系統。例如S111的1X單載頻基站至BSC的傳輸需求為1個2Mb/s系統；S111+S111（1X和EV-DO各1個載頻）雙載頻基站至BSC的傳輸需求為4個2Mb/s系統，其中1X占用1個2Mb/s，EV-DO占用3個2Mb/s。

LTE為全IP網絡，通過IPRAN或PTN承載。LTE的E-UTRAN側接口主要包括S1和X2接口。eNB直接和EPC通過S1邏輯接口相連，相鄰eNB之間通過X2邏輯接口直接相連。因此，接入網每個eNB的傳輸帶寬需求應為S1接口的流量及X2接口的流量之和。

LTE FDD站點的帶寬指標如表5所示：

表5 LTE FDD站點帶寬指標

無線空口帶寬 20MHz

小區忙時平均吞吐率 34Mbps

eNodeB忙時平均吞吐率 102Mbps

傳輸開銷因子 1.14～1.17

eNodeB峰值吞吐率 150Mbps

LTE單小區主要應基于兩種策略進行帶寬配置：

（1）基于系統性能策略的單站傳輸帶寬配置

單站eNodeB的S1-U帶寬=max（102Mbps，150Mbps）×

（1.14～1.17）

單站eNodeB的X2-U帶寬=單站S1-U帶寬×0.05

=8.55～8.78Mbps

單站傳輸帶寬=單站S1-U帶寬+單站X2-U帶寬=179.6～184.3Mbps

（2）基于業務模式策略的單站傳輸帶寬配置

單站eNodeB的S1-U帶寬=102Mbps×（1.14～1.17）=116.3～119.3Mbps

鑒于LTE FDD網絡部署初期主要建設場景為重點地區和熱點區域，應更多從市場競爭和用戶體驗角度出發，配置足夠帶寬容量適配滿足LTE峰值吞吐率的需求，此時單站的傳輸帶寬建議為185Mbps。

參考文獻：

[1] 肖開宏，皮和平，等. LTE無線網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[2] 沈嘉，等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[3] 張傳福，等. CDMA2000 1X/EV-DO通信網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.

[4] 趙訓威，等. 3GPP長期演進（LTE）系統架構與技術規范[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[5] 戴源，等. TD-LTE無線網絡規劃與設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

作者簡介

皮和平：碩士畢業于原華中理工大學計算機系，國家注冊咨詢工程師、PMP，現任湖北郵電規劃設計有限公司無線院院長，主要從事無線通信規劃與設計工作。

IEEE引入新的IEEE 802.11ac規范

據國外媒體報道，IEEE宣布批準IEEE 802.11ac TM-2013，目的是在WLAN上實現更高的多用戶傳輸量。本次修訂旨在通過提供高達7Gbps（在5GHz頻段）的數據速率改善無線局域網的用戶體驗，這一速度是之前標準的十倍以上。

IEEE 802.11ac規范增加了80MHz和160MHz兩個信道帶寬，其中包括適用于靈活信道配置的連續和非連續160MHz信道。這增加了形式為256正交幅度調制（QAM）的更高階的調制，將數據速率提高了33%。數據速率的進一步的倍增則是通過將空間流數量提高至最大（8個）實現的。此外，IEEE 802.11ac修訂版還引入新技術，為多個并發下行鏈路傳輸提供支持，該技術被稱為“多用戶，多輸入，多輸出”（MUMIMO）。（飛象網）endprint