解析移動通信工程4G—LTE技術工程的應用

汪子云 完顏紹澎

摘 要：文章分析了4G-LTE通信網絡架構，并以電力移動通信專網為例，探討了4G-LTE技術在移動通信工程中的應用情況，包括通信系統結構、4G-LTE覆蓋方式及應用效果。

關鍵詞：4G-LTE；移動通信；應用；工程

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）17-0073-02

4G-LTE技術具有信道頻譜寬、目標速率快、多網絡傳輸及接口開放等特點，能夠與2G、3G網絡實現平穩對接，有助于節省通信系統升級成本。4G-LTE被引進商用網絡后便獲得了迅猛發展，普及速度遠超3G[1]。本文解析了4G-LTE技術在移動通信工程中的應用情況，旨在提高通信工程運行質量。

1 4G-LTE通信網絡架構

4G-LTE網絡包括EPC、E-UTRAN兩部分，EPC的構成部分包括PCRF、PGW、SGW及MME，E-UTRAN中有多個演進型eNodeB，X2接口可連接各個演進型eNodeB，利用4G-LTE技術組建通信網絡時通常將S1接口作為E-UTRAN部分及EPC部分的連接通道。

與3G網絡相比，4G-LTE網絡中的EPC部分為分組域，具有分組功能，核心網中無電路域CS，傳輸VoIP業務的載體為IMS系統。4G-LTE通信網中的SGSN功能由SGW及MME共同實現，GGSN功能則由PGW實現，在通信網絡傳輸信息時，核心網中的EPC可以實時分離用戶面、控制面，避免SGW部分的用戶面與MME部分的控制面互相干擾，同時有利于3G通信網與4G-LTE通信網實現融合[2]。

E-UTRAN部分的SGW實體、核心網MME及eNodeB實體具有的功能與3G通信網的RNC網元相似，但eNodeB的工作方式為Mesh，接口為X2，采用X2接口連接各個eNodeB實體可預防出現分組丟失問題，SGW作為4G-LTE通信網絡中的接入網關及邊界接點，還具有管理無線接入、調度移動接入等功能。

4G-LTE通信系統中的HSS部分可為IMS、UMTS及核心網提供數據支持服務，采用Cx接口連接IMS、HSS，通信協議為Diameter；采用Gr/Gc、C/D接口連接3G核心網、HSS，通信協議為MAP；采用S6a接口連接EPC、HSS，通信協議為Diameter。4G-LTE通信網絡架構以3G-LTE為基礎，但4G-LTE網絡結構可以減小延遲，能夠實現分散管理，相對于3G網絡架構而言，是一項重大的技術性突破。

2 4G-LTE技術在移動通信工程中的應用

2.1 通信系統結構

本文以電力系統所使用的移動通信專網為例，說明4G-LTE技術在移動通信領域中的應用情況及應用效果。移動通信專網的主要作用為監測電網中的電能供應質量，為智能化管理電網業務提供通信保障。為了滿足快速、準確傳遞監測數據的要求及保證電能監測深度、廣度符合電網業務的智能化管理要求，在設計通信網絡拓撲結構時結合了樹型結構、網型結構，確保在增加節點時無需進行復雜計算便可以遠程發送或接收相應的監測數據[3]。

監測系統分為三部分，即監控中心、通信網絡及信息采集終端，采集終端包括便攜式終端及在線監測終端，采集終端通過CT信號與PT信號向通信網傳輸信息，連接移動收發點與通信系統兩端的串行接口為RJ45、RS232，根據現場情況設置4G-LTE路由器。通信網絡中的4G-LTE可同時支持FDD-LTE格式及TD-LTE格式，以PPTP協議完成點對點傳輸，加密傳輸協議為VPN，通信網絡中的服務器可提供數據庫、通信及WEB服務，數據傳輸格式為PQDIF，傳輸協議為IEC61850。

2.2 4G-LTE覆蓋方式

4G-LTE網絡引入了MIMO多天線及大寬帶技術，為實現連續覆蓋，在室內應用了PRRU覆蓋方案，PRRU覆蓋的組網方式較為靈活，在業務量較少時利用多個PRRU進行組網能夠減少切換及干擾，在業務量較多時，可用PRRU建立熱點、分裂小區，進而有效增加傳輸容量。為滿足室內傳輸的載波聚合需要及在4G-LTE網絡中傳輸海量數據，在PRRU室內覆蓋方案中運用了降采樣及IQ壓縮技術[4]。PRRU中的干擾協同分為微微間干擾協同、宏微間干擾協同兩種形式，為避免微小區、宏小區之間的PRRU互相干擾，需要在宏站信號較強的BBU中接入PBridge，如微小區與微小區之間的PPRRU產生互相干擾問題，則在4G-LTE通信網絡中運用CompCS技術錯開時頻域，并合理調度通信資源及提升通信網內部的傳輸容量。在室外覆蓋方面，4G-LTE通信工程中的信號基站包括小基站及宏基站，以保證4G-LTE信號可以實現全面覆蓋。

2.3 應用效果

在三種調制方式下測試了移動通信專網的覆蓋能力，測試天線掛高30 m，在64QAM調制方式下4G-LTE系統的覆蓋半徑為4.87k m，在16QAM調制方式下4G-LTE系統的覆蓋半徑為7.63k m，在QPSK調制方式下4G-LTE系統的覆蓋半徑為10.69 km。

在傳輸速率方面，基于4G-LTE的通信工程應用了載波聚合傳輸技術，聚合離散信道后統一分配載波，由此提高寬帶傳輸速率。同時可以根據配電專網的業務需求及時調整寬帶聚合程度及決定是否進行聚合傳輸，從而充分利用及靈活使用寬帶頻譜資源，經測試通信工程頻譜效率最高可達到2.7 bps/Hz，下行峰值為8 Mbps，上行峰值為19 Mbps。進行64 QAM調制時，上行傳輸均值為2.57 Mbps；進行16 QAM調制時，上行傳輸均值為1.25 Mbps；進行QPSK調制時，上行傳輸均值為1.07 Mbps。

應用4G-LTE移動通信專網能夠有效解決特定節點傳輸的數據量過少、節點數量過多及過于分散等問題，能夠充分發揮光纖設備及無線設備在網絡監控、信息采集中的輔助作用，提升了配電網的智能化管理水平。

另一方面，應用4G-LTE移動通信專網后，優化了信息采集終端的接入方式，加大了信息傳輸量，縮短了傳輸時間，同時擴大了通信專網的覆蓋面及降低了通信網絡的運行成本。

3 結 語

綜上，4G-LTE技術推動著通信工程的迅速發展，在通信工程中應用4G-LTE技術能夠優化調度傳輸功率、頻率等，大幅提高移動通信質量，降低通信成本及擴大通信網絡的覆蓋范圍，因此4G-LTE技術有著廣闊的發展前景。

目前4G-LTE技術的市場需求在不斷擴大，要注重優化通信工程領域的4G-LTE技術，使4G-LTE技術能夠滿足更多用戶的需求。此外，要注重整合載波聚合及VoLTE等關鍵技術，在應用4G-LTE技術的過程中實現不斷完善，以有效發揮4G-LTE技術的作用，并在用戶數量增長的情況下保障通信網絡穩定運行及降低通信網絡運維成本。

參考文獻：

[1] 黃浩，錢驊，熊磊.面向GSM-R/LTE-R雙模基站功放的通用雙帶Volterra預失真系統模型及算法[J].中國鐵道科學，2015，（1）.

[2] 徐強，全欣，潘文生，邵士海，唐友喜.同時同頻全雙工LTE射頻自干擾抑 制能力分析及實驗驗證[J].電子與信息學報，2014，（3）.

[3] 張哲，王君健，李雪靜.基于主傳播路徑模型的4G室內外協同精確規劃 優化平臺[J].移動通信，2014，（20）.

[4] 周玉光，曾碧，葉林鋒.改進粒子群優化算法及其在4G 網絡基站選址 中的應用[J].廣東工業大學學報，2015，（2）.