王首峰， 唐顯莉， 程楠

（1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)北京有限公司，北京 100007）

TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)措施

王首峰1， 唐顯莉2， 程楠1

（1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)北京有限公司，北京 100007）

本文就TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進(jìn)相關(guān)的若干技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究探討，重點(diǎn)研究了平滑升級(jí)面臨的BBU、RRU及天線設(shè)備共用問(wèn)題、時(shí)隙同步問(wèn)題及兩者使用頻譜資源等。

TD-SCDMA；TD-LTE；平滑升級(jí)；設(shè)備共用；時(shí)隙同步

1 引言

TD-SCDMA是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G移動(dòng)通信系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)短短幾年的建設(shè)，TD-SCDMA系統(tǒng)已經(jīng)完成城市主要覆蓋，擁有超過(guò)1億用戶。LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化完成，標(biāo)志著TD-SCDMA技術(shù)將朝向TD-LTE技術(shù)演進(jìn)發(fā)展。在現(xiàn)有的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)條件下，如何以最低成本，最快速地向TD-LTE演進(jìn)升級(jí)，成為運(yùn)營(yíng)商需要考慮的重要技術(shù)問(wèn)題。

在TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進(jìn)方面，主要需要考慮的技術(shù)問(wèn)題應(yīng)包括：（1）基站設(shè)備共用升級(jí)的可行性；（2）天面資源重復(fù)利用的可行性；（3）系統(tǒng)時(shí)隙配比的同步方案；（4）頻譜資源的協(xié)調(diào)與協(xié)同發(fā)展。

2 基站設(shè)備共用升級(jí)的可行性

基站設(shè)備主要包括BBU、RRU和天饋系統(tǒng)。與基站設(shè)備配套的相關(guān)資源還包括機(jī)房位置、機(jī)架空間、電源等。下面逐一分析TD-SCDMA向TD-LTE升級(jí)中基站及相關(guān)配套資源共用升級(jí)的可行性。

2.1 BBU需進(jìn)行電路板升級(jí)以支持TD-LTE

因TD-LTE與TD-SCDMA信號(hào)帶寬及底層技術(shù)原理的差異，TD-SCDMA已有的BBU不能直接支持TD-LTE使用，因此需要增加TD-LTE所需的BBU基帶處理單元實(shí)現(xiàn)TD-LTE相應(yīng)功能。

在BBU中，除基帶板卡以外，還包括主控、傳輸、機(jī)框、背板等其他輔助設(shè)備資源。因此，在明確需要新增TD-LTE的BBU基帶處理單元的前提下，可能的BBU升級(jí)方式包括如下幾種組合：

（1）利用機(jī)架空閑空間，新增完整的TD-LTE的BBU設(shè)備。

這種方式利用基站剩余的機(jī)架空間，完全新增一套TD-LTE的BBU單元。相對(duì)來(lái)講全部設(shè)備為新增購(gòu)置，所需的成本最高。

（2）共傳輸板卡升級(jí)BBU。

該方案利用TD-SCDMA已有的BBU傳輸板卡，新增TD-LTE的基帶板。將TD-LTE與TD-SCDMA共用一套傳輸板卡。對(duì)于已具有GE接口的TD-SCDMA的BBU設(shè)備無(wú)需硬件升級(jí)。相對(duì)于第一種方案所需成本有所降低。

（3）雙模BBU。

雙模BBU方案中，TD-LTE與TD-SCDMA共用主控、傳輸、機(jī)框、背板等盡可能多的輔助資源，僅在基帶處理單元部分分別由TD-LTE基帶板和TDSCDMA基帶板完成。相對(duì)于前兩種升級(jí)方式，該方案所需成本最低。但該方案的實(shí)施，需要對(duì)已有的TDSCDMA的BBU進(jìn)行背板與機(jī)框等的改造和升級(jí)，需要一定的硬件改動(dòng)。

如圖1給出了中興多模BBU——SDR統(tǒng)一基站平臺(tái)示意圖。這種升級(jí)方式配置方式較為靈活，可以靈活配置TD-SCDMA和TD-LTE的容量比例。此外，華為BBU升級(jí)方案給出兩種升級(jí)思路。第一種，在BBU中單獨(dú)增加TD-LTE基帶板，TD-LTE基帶板和TD-SCDMA基帶板分別直接連接傳輸光纖。第二種，將原有的TD-SCDMA基帶板的傳輸接口連接到在BBU中增加的TD-LTE基帶板上，由TD-LTE基帶板統(tǒng)一連接傳輸接口。相對(duì)而言，第一種升級(jí)方案中兩系統(tǒng)耦合度較低，出現(xiàn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致另一系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)更低。

總的來(lái)講，TD-SCDMA基礎(chǔ)上，其BBU向TDLTE升級(jí)建議采用雙模BBU方案實(shí)現(xiàn)。盡管采用雙模BBU方案需要對(duì)TD-SCDMA的BBU設(shè)備的改造與升級(jí)，但相對(duì)成本較低，技術(shù)可行。同時(shí)，隨著TDLTE技術(shù)與設(shè)備的進(jìn)一步成熟，TD-SCDMA的BBU設(shè)備向TD-LTE升級(jí)所需改動(dòng)將進(jìn)一步向軟件升級(jí)方式演進(jìn)。

2.2 需替換支持TD-LTE的RRU設(shè)備

圖1 設(shè)備舉例（BBU升級(jí)）

TD-SCDMA原有的RRU設(shè)備按照1.6MHz帶寬設(shè)計(jì)，并參照TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的載波發(fā)射功率設(shè)置RRU額定功率，對(duì)應(yīng)的調(diào)制解調(diào)頻率位置及帶寬則參照TD-SCDMA所分配的頻率資源位置及帶寬設(shè)計(jì)。而TD-LTE系統(tǒng)由于采用靈活的帶寬配置和發(fā)射功率，并運(yùn)行于不同帶寬，因此，將TD-SCDMA的RRU升級(jí)為支持TD-LTE的RRU需要將原有的RRU進(jìn)行替換。

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)仍處于網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)期，還將持續(xù)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間。同時(shí)，TD-LTE技術(shù)剛剛完成標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)入試商用階段，仍需一定的技術(shù)成熟與穩(wěn)定時(shí)間。此外，目前我國(guó)的TD-SCDMA和TD-LTE頻段中部分頻段相距較近。綜合考慮以上因素，業(yè)界推出同時(shí)支持TD-SCDMA及TD-LTE的雙模RRU設(shè)備。

基于雙模RRU設(shè)備，TD-SCDMA基站可作為T(mén)D-LTE升級(jí)基站使用。雙模RRU設(shè)備輸出功率需同時(shí)支持TD-SCDMA及TD-LTE的射頻單元功耗，并且雙模RRU基于原有的單模TD-SCDMA的RRU設(shè)備設(shè)計(jì)改造，因此相對(duì)于單模RRU設(shè)備對(duì)TDSCDMA支持的載波數(shù)量略有降低，但獲得了同時(shí)支持TD-LTE的雙模能力。這種雙模RRU的設(shè)計(jì)制造成本提升相對(duì)較小，已在現(xiàn)有TD-SCDMA基站設(shè)備中廣泛配置。

以中興產(chǎn)品為例，R8928FA/R8928F支持在F頻段上TD-SCDMA/TD-LTE雙模室外應(yīng)用，而R31AE/R31E2支持在E頻段上TD-SCDMA/TDLTE雙模室內(nèi)分布應(yīng)用。

只需未來(lái)TD-LTE運(yùn)行頻帶位置在雙模的RRU頻帶支持范圍內(nèi)，這些配備雙模RRU設(shè)備的TDSCDMA基站可方便地升級(jí)為T(mén)D-LTE基站。

2.3 共用TD-SCDMA天饋系統(tǒng)將帶來(lái)更多的TD-SCDMA/ TD-LTE聯(lián)合性能調(diào)試

根據(jù)目前TD-LTE試商用的頻段資源和TDSCDMA的分配頻譜資源，可知在F頻段（1 880～1 920 MHz）上TD-SCDMA系統(tǒng)與TD-LTE系統(tǒng)臨頻。因此對(duì)于天饋系統(tǒng)來(lái)講，這個(gè)頻段上的TD-SCDMA向TD-LTE的升級(jí)，只需兩系統(tǒng)共用的天線支持頻段寬度足夠兩系統(tǒng)各自的頻段使用要求即可。

但需要注意的是，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的重要手段之一是調(diào)整各小區(qū)的天線方向角與下傾角參數(shù)。因此，在TD-SCDMA與TD-LTE共用天饋系統(tǒng)的情況下，無(wú)法單獨(dú)地調(diào)整一個(gè)系統(tǒng)的天線方位角實(shí)施網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，必須同時(shí)兼顧另一個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量及切換性能。這在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面增加了后期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和調(diào)試的難度。

2.4 共用TD-SCDMA基站配套設(shè)備可行

基站配套資源主要指機(jī)房位置、機(jī)架空間、電源等資源。受益于現(xiàn)有的基站建設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的TDSCDMA基站大部分預(yù)留有一定的機(jī)架空間及電源供電能力。參考上述的TD-SCDMA向TD-LTE升級(jí)所需改動(dòng)要求，現(xiàn)有TD-SCDMA基站設(shè)備基本可滿足升級(jí)需要。

相對(duì)于室外基站的升級(jí)，室分TD-SCDMA系統(tǒng)升級(jí)至TD-LTE系統(tǒng)還需要注意由單通道擴(kuò)展至雙通道的問(wèn)題。不同于以往的無(wú)線通信系統(tǒng)（TD-SCDMA、GSM），TD-LTE由于采用了多天線技術(shù)，需要兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)多天線技術(shù)以提供更高的傳輸速率及復(fù)用增益。因此，對(duì)于已有的單通道室分系統(tǒng)可以考慮新建一路通道，而另一路通道與原有的TD-SCDMA/GSM通道合路的方式建設(shè)；對(duì)于新建建筑或新建室分系統(tǒng)，則建議直接建設(shè)雙通道室分系統(tǒng)已滿足未來(lái)開(kāi)設(shè)室分TD-LTE的需求。此外，若通道擴(kuò)展受限，可采用中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院提出的TD-LTE室內(nèi)“一線式”解決方案，即“薇藍(lán)有源天線系統(tǒng)”，基于變頻技術(shù)利用一路分布系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)MIMO雙路傳輸，其靈活、方便的建設(shè)優(yōu)勢(shì)決定了其在TD-LTE室分變頻規(guī)模部署中將具有廣泛的適用性。

此外，利用變頻技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)在單通道的室分系統(tǒng)中完成雙路信號(hào)傳輸?shù)姆绞?。該方法的基本思路是，將一路信?hào)變頻復(fù)用在同一路通道內(nèi)傳輸，天線端復(fù)用原有的雙極化天線或兩根單極化天線。仿真表面，在室內(nèi)環(huán)境中，TD-LTE的CP長(zhǎng)度可以容許變頻帶來(lái)的兩通道之間的時(shí)延。該技術(shù)中雙路功率平衡及對(duì)已有單通道室分系統(tǒng)的頻段情況需要根據(jù)具體部署場(chǎng)景決定。

3 天面資源重復(fù)利用的可行性

天面資源指可供無(wú)線通信系統(tǒng)假設(shè)天線的空間位置資源。天面資源也是基站選址過(guò)程中一個(gè)十分重要的選址內(nèi)容。天面資源所處的位置、高度，可供天線假設(shè)的數(shù)量等決定了相應(yīng)基站的綜合性能、容量、與周邊基站的鄰區(qū)關(guān)系配置、可拓展的載頻數(shù)量等一系列關(guān)乎網(wǎng)絡(luò)綜合性能的重要指標(biāo)。在已有的GSM及TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，由于站址資源缺乏，天面位置過(guò)高帶來(lái)的越區(qū)覆蓋等問(wèn)題始終困擾著網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員。

根據(jù)目前GSM及TD-SCDMA站址資源，特別是城市熱點(diǎn)區(qū)域的站址資源情況來(lái)看，為T(mén)D-LTE尋找單獨(dú)的新的站址資源，特別是天面資源的可能性很小。因此，未來(lái)在城市熱點(diǎn)區(qū)域的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，最有可能的是共用原有TD-SCDMA及GSM基站的站址及天面資源。

在共用天面資源的情況下，如果天面上仍存在新增TD-LTE天線的位置，則應(yīng)盡可能以新增TD-LTE天線為主；對(duì)于天面上無(wú)法新增TD-LTE天線的情況，則考慮TD-LTE與TD-SCDMA共用天饋系統(tǒng)。

TD-LTE宏基站產(chǎn)品有8天線和2天線兩種類(lèi)型，8天線基站產(chǎn)品的吞吐量和覆蓋能力高于2天線（平均吞吐量高20%左右），但8天線基站的RRU體積、重量比2天線設(shè)備高30%左右。

采用支持FAD頻段的8通道雙極化天線的優(yōu)勢(shì)在于能夠與TD-SCDMA實(shí)現(xiàn)共天線，但目前尚不能實(shí)現(xiàn)F、A、D 3個(gè)頻段的分別電調(diào)，共天線時(shí)無(wú)法滿足3個(gè)頻段均覆蓋最優(yōu)。

4 系統(tǒng)時(shí)隙配比的同步方案

TD-SCDMA向TD-LTE的平滑演進(jìn)，不僅是技術(shù)設(shè)備上的更換與替代，同時(shí)也包括了TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作的共存階段。在這個(gè)共存階段中，實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA已有用戶和業(yè)務(wù)的逐步發(fā)展，并逐步培養(yǎng)起TD-LTE用戶群體。隨著用戶換機(jī)與新業(yè)務(wù)發(fā)展，TD-SCDMA用戶逐步轉(zhuǎn)化為T(mén)D-LTE用戶，從而最終實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA向TD-LTE技術(shù)的平滑演進(jìn)。

因此，需要確定TD-SCDMA與TD-LTE兩系統(tǒng)的時(shí)隙如何協(xié)調(diào)，使得在兩系統(tǒng)共存的環(huán)境下，不致產(chǎn)生嚴(yán)重的系統(tǒng)間干擾。

TD-SCDMA的無(wú)線幀長(zhǎng)度為10ms，由兩個(gè)長(zhǎng)度為5ms的子幀構(gòu)成。在進(jìn)行子幀配置時(shí)前后兩個(gè)子幀配置同，如圖2所示。

圖2 TD-SCDMA時(shí)隙配比

TD-LTE支持7種上下行子幀比例配置，包括5ms和10ms的下行轉(zhuǎn)為上行的切換點(diǎn)周期，如表1所示。其中，切換點(diǎn)周期表示存在以對(duì)切換點(diǎn)的周期。

表1 TD-LTE子幀配比

表2 TD-LTE子幀配比說(shuō)明

特殊子幀可以有多種長(zhǎng)度配置，如表2所示（以符號(hào)數(shù)描述）。這種設(shè)計(jì)除了可以滿足運(yùn)營(yíng)商的不同覆蓋需求外，還為T(mén)DD系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中的基站和基站，終端和終端之間的干擾協(xié)調(diào)提供了技術(shù)保障。

TD-LTE和TD-SCMDA幀結(jié)構(gòu)共存的基本設(shè)置方法為通過(guò)平移TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)的幀頭位置，保證UL：DL切換點(diǎn)對(duì)齊，通過(guò)調(diào)整TD-LTE的GP大小避免山下行間的干擾。這種條件下，TDLTE可以與TD-SCDMA的業(yè)務(wù)時(shí)隙比例（TS0僅用于TD-SCDMA控制信令傳輸）1：5，3：3和4：2實(shí)現(xiàn)幀結(jié)構(gòu)共存。圖3給出了一種時(shí)隙配比條件下的例子。

由圖3可知，實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA與TD-LTE共存的時(shí)隙配置受到一定的限制。選擇兩系統(tǒng)的時(shí)隙配置，需要依次滿足三方面的限制要求。

（1）TD-SCDMA與TD-LTE的特殊時(shí)隙要求。

由于TD-SCDMA和TD-LTE均為T(mén)DD系統(tǒng)，時(shí)隙設(shè)計(jì)上必須避免交叉時(shí)隙干擾。因此，必須保證DwPTS的邊緣不超過(guò)GP保護(hù)范圍，這是配置時(shí)隙關(guān)系的第一條限制。

（2）GPS時(shí)鐘偏置。

TD-SCDMA與TD-LTE均需要GPS作為時(shí)鐘同步，但由于兩者幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異，兩系統(tǒng)共存時(shí)不能使用相同的GPS起始點(diǎn)作為各自幀的起點(diǎn)。因此，需要對(duì)兩系統(tǒng)GPS時(shí)鐘進(jìn)行偏置調(diào)整。

根據(jù)第一條特殊時(shí)隙的限制要求，在DwPTS邊緣不超過(guò)GP的條件下，計(jì)算可知兩系統(tǒng)時(shí)鐘偏置約為700μs。

（3）業(yè)務(wù)時(shí)隙的上下行切換點(diǎn)必須一致。

受限于TDD系統(tǒng)對(duì)交叉時(shí)隙干擾的敏感性，在配置時(shí)隙時(shí)必須保證TD-SCDMA的上下行切換點(diǎn)與TD-LTE的上下行切換點(diǎn)完全一致。

基于上述3方面的限制要求，TD-LTE的DwPTS不能超過(guò)8個(gè)符號(hào)。而根據(jù)TD-LTE特殊時(shí)隙的配置，符合這一限制要求的配置有3：10：1和3：9：2兩種。考慮到UpPTS容量保證，假設(shè)我們選擇3：9：2的特殊時(shí)隙配置TD-LTE。

在3：9：2的特殊時(shí)隙配置下，DwPTS僅有3個(gè)符號(hào)，剛好足夠完成同步控制信息等的傳輸，沒(méi)有富裕資源用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。從TD-LTE系統(tǒng)性能的角度來(lái)看，我們進(jìn)一步評(píng)估TD-SCDMA與TD-LTE同步配置時(shí)帶來(lái)的TD-LTE性能損失。我們以TD-LTE均為上下行業(yè)務(wù)時(shí)隙配比為1：3條件下，分別在F頻段采用時(shí)隙同步方案和D頻段采用一般配置時(shí)的系統(tǒng)能力進(jìn)行分析。

圖3 TD-SCDMA與TD-LTE時(shí)隙同步的例子

一般情況下，為獲取TD-LTE更充分的下行傳輸能力，特殊時(shí)隙配置為10：2：2。一個(gè)10 ms TD-LTE幀中出現(xiàn)2個(gè)特殊時(shí)隙。相比于時(shí)隙同步方案特殊時(shí)隙配置3：9：2而言，每10ms幀中，TD-LTE將損失14個(gè)下行符號(hào)資源，相當(dāng)于損失了一個(gè)下行業(yè)務(wù)子幀。也即，F(xiàn)頻段時(shí)隙同步的TD-LTE相比D頻段一般配置的TD-LTE損失了1/7的容量。

綜上，根據(jù)上述方法，可以實(shí)現(xiàn)在同一區(qū)域內(nèi)TD-SCDMA與TD-LTE的共存，但TD-LTE系統(tǒng)將損失一部分下行傳輸能力。

5 頻譜資源的協(xié)調(diào)與協(xié)同發(fā)展

目前，TD-LTE正式商用的頻譜資源尚未最終明確，國(guó)內(nèi)僅針對(duì)少量試驗(yàn)頻率開(kāi)展研究。以目前的頻譜形勢(shì)，分析TD-SCDMA與TD-LTE未來(lái)的頻譜資源協(xié)同與協(xié)調(diào)存在一定的難度。

未來(lái)TD-SCDMA將逐步向TD-LTE演進(jìn)。隨著TD-SCDMA高性能終端的大力推廣，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用將進(jìn)一步發(fā)展。TD-LTE在技術(shù)上與LTE FDD可共用的比例較高，從整個(gè)LTE產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，相比于TD-SCDMA將具有更多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。未來(lái)TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展預(yù)期好于TD-SCDMA的情況。

從總體上來(lái)看，考慮到本文所述演進(jìn)所需的設(shè)備升級(jí)改造情況，與TD-SCDMA相近頻段的TD-LTE將獲得直接重用TD-SCDMA的RRU、天饋系統(tǒng)與天面資源的優(yōu)勢(shì)；此外，對(duì)于與現(xiàn)有TD-SCDMA頻段較遠(yuǎn)的TD-LTE來(lái)講，也可通過(guò)對(duì)TD-SCDMA的RRU與天饋系統(tǒng)的支持頻段升級(jí)獲得同樣的效果。未來(lái)TD-SCDMA完全過(guò)渡至TD-LTE時(shí)，在頻譜授權(quán)容許的情況下，如果已有TD-SCDMA頻譜資源可供TD-LTE使用，則可將升級(jí)后的TD-SCDMA完全轉(zhuǎn)化為T(mén)D-LTE基站使用，節(jié)省設(shè)備投入的同時(shí)，盡可能縮短TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

TD-SCDMA是由我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的3G無(wú)線通信系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近年發(fā)展，已擁有超過(guò)1億用戶。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)TD-SCDMA將演進(jìn)至TDLTE系統(tǒng)。

[1] 李強(qiáng)．TD-SCDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量規(guī)劃的研究[D]．成都：成都理工大學(xué)，2010．

[2] 張磊，唐玲，張航．小區(qū)呼吸效應(yīng)對(duì)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響[J]．電腦與電信，2007，(6)．

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Key technologies in upgrading TD-SCDMA to TD-LTE

WANG Shou-feng1, TANG Xian-li2, CHENG Nan1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Beijing Co., Ltd., Beijing 100007, China)

This paper focuses on these technologies, especially on shared BBU, RRU and antennas, slot synchronization, and spectrum resources.

TD-SCDMA; TD-LTE; smooth evaluation; shared equipment; slot synchronization

TN929.5

A

1008-5599（2013）09-0031-06

2013-08-16