徐偉，楊云( 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)安徽有限公司, 合肥 30088； 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 3004)

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用LTE-U部署移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)探討

徐偉1，楊云2
(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)安徽有限公司, 合肥 230088；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 230041)

摘要“頻譜”是移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的“生命線”，對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，頻譜永遠(yuǎn)是最稀缺的寶貴資源。有專家預(yù)測(cè)，到2018年或2019年對(duì)于頻譜的需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)頻譜的供應(yīng)，如何應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)流量日益增長(zhǎng)與頻譜資源不足之間的矛盾，LTE-U技術(shù)應(yīng)用而生，它是一種應(yīng)用5GHz的免授權(quán)頻譜為用戶提供運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的無(wú)線接入技術(shù)，本文結(jié)合LTE-U的技術(shù)特點(diǎn)和當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況淺述了LTE-U部署移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的前景。

關(guān)鍵詞LTE-U；LTE；Wi-Fi；小基站

1　前言

智能手機(jī)飛速發(fā)展、高清晰多媒體流業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，凸顯出頻譜匱乏與需求間的深刻矛盾，目前，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商發(fā)展4G的唯一選擇是采用授權(quán)頻段，并采用各種技術(shù)創(chuàng)新來(lái)提高現(xiàn)有頻譜利用效率。移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容壓力越來(lái)越大，途徑之一是使用更多的新頻譜。但是這其中涉及到頻譜的重新指配，會(huì)引起很多新的問(wèn)題，比如很容易觸及其他頻譜使用機(jī)構(gòu)的根本利益，地面電視廣播機(jī)構(gòu)就在極力保護(hù)700 MHz頻段。在4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的熱點(diǎn)區(qū)域，由于頻譜源的有限，很容易達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量極限，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。與此同時(shí)，在5GHz頻段卻存在著豐富的免授權(quán)頻譜資源，如能有效的利用這一頻段就可以解決頻譜資源不足與數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)之間的矛盾。LTE-U技術(shù)的提出為有效的利用5GHz免授權(quán)頻譜資源提供了一種可能方案。

2　LTE-U技術(shù)特征

LTE-U是一種應(yīng)用5 GHz的免授權(quán)頻譜為用戶提供運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的無(wú)線接入技術(shù)。它具有如下兩個(gè)很明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.1相對(duì)現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)而言，頻譜資源豐富

以中國(guó)移動(dòng)為例，4G網(wǎng)絡(luò)可用頻率包括F頻段（1880 ～1900 MHz）、D頻段（2575～2635 MHz）、E頻段（2320 ～2370 MHz）（僅限于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)使用），而5GHz頻譜資源有5150～5350 MHz和5725～5850 MHz（中國(guó)）共計(jì)325 MHz頻譜資源。

2.2相對(duì)于Wi-Fi而言，有QoS機(jī)制保證

免授權(quán)頻譜是指在滿足無(wú)線電管制下不需要政府授權(quán)就能直接使用的頻譜資源，Wi-Fi就是部署在免授權(quán)頻譜的典型技術(shù)，Wi-Fi通過(guò)載波監(jiān)聽等手段與其他無(wú)線接入技術(shù)共存于免授權(quán)頻段，但可靠性和干擾問(wèn)題依然是Wi-Fi沒(méi)能取得更進(jìn)一步發(fā)展的絆腳石，因其缺乏服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證機(jī)制，無(wú)法很好的支持高速移動(dòng)業(yè)務(wù)，而LTE-U雖然工作在免授權(quán)頻段上，但其采用LTE空口協(xié)議完成通信，從而可以借助集中調(diào)度，干擾協(xié)調(diào)、自適應(yīng)重傳請(qǐng)求等技術(shù)來(lái)保證業(yè)務(wù)的可靠性，提供比Wi-Fi更好的覆蓋質(zhì)量、更大的網(wǎng)絡(luò)容量。

對(duì)于用戶而言，同時(shí)使用授權(quán)頻段與免授權(quán)頻段接入網(wǎng)絡(luò)，可以獲得更高的接入速率、更強(qiáng)的可靠性、更好的移動(dòng)性。

3　LTE-U網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LTE-U網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)架構(gòu)上與LTE網(wǎng)絡(luò)是相同的，僅是末端射頻單元工作頻段不一致，如圖1所示。

圖1　LTE-U網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

LTE-U網(wǎng)絡(luò)末端的射頻設(shè)備工作在5GHz的免授權(quán)頻段內(nèi)，核心網(wǎng)與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)共同運(yùn)營(yíng)管理，同時(shí)適用于授權(quán)與免授權(quán)頻段。為了公平有效使用免授權(quán)頻譜，同時(shí)保持或增強(qiáng)LTE系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，LTE-U需要對(duì)空中接口做必要改變，這還需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織共同進(jìn)行LTE-U空口傳輸協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)制訂。

4　LTE-U與LTE、Wi-Fi的共存關(guān)鍵技術(shù)

4.1LTE-U與LTE的共存

LTE-U與LTE網(wǎng)絡(luò)因其系統(tǒng)架構(gòu)一樣協(xié)同相對(duì)容易，其主要有授權(quán)輔助接入和雙連接兩種模式。

授權(quán)輔助接入采用載波聚合技術(shù)，聚合授權(quán)頻譜和免授權(quán)頻譜，授權(quán)頻譜作為主服務(wù)載波，移動(dòng)終端總會(huì)優(yōu)先連接授權(quán)頻段，免授權(quán)頻譜作為輔載波單元提供額外的無(wú)線資源，只有在被主服務(wù)載波激活后，才能作為補(bǔ)充使用。雙連接是指用戶同時(shí)連接授權(quán)頻譜和免授權(quán)頻譜，其中授權(quán)頻譜用于實(shí)現(xiàn)控制平面的功能，保證蜂窩通信的連續(xù)性。在業(yè)務(wù)平面，用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以任意在授權(quán)頻譜或免授權(quán)頻譜發(fā)送。

4.2LTE-U與Wi-Fi的共存

LTE-U與Wi-Fi同時(shí)工作在5 GHz的頻段內(nèi)，頻率干擾嚴(yán)重，且兩者之間存在較大網(wǎng)絡(luò)差異，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和工作方式都不同，如何協(xié)調(diào)LTE-U與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)并存且相互合作的關(guān)系，是LTE-U網(wǎng)絡(luò)能否成功部署的關(guān)鍵。一種是基于特定波形的LBT技術(shù)（Listen Before Talk，是一種傳統(tǒng)的信道共享策略，基于競(jìng)爭(zhēng)的接入策略），該技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供一種特定的電磁波形，以滿足支持毫秒時(shí)間尺度的LBT以避免碰撞，該技術(shù)涉及LTE-U空中接口的修改。另一種是自適應(yīng)占空比的CSAT技術(shù)，該技術(shù)是指LTE-U基站可以根據(jù)不同Wi-Fi接入點(diǎn)分析結(jié)果，自適應(yīng)的根據(jù)CSAT算法定義允許LTE-U基站發(fā)射數(shù)據(jù)或者關(guān)閉的時(shí)間周期。

5　LTE-U網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)前景

5.1小微基站的規(guī)模建設(shè)為L(zhǎng)TE-U網(wǎng)絡(luò)部署提供了產(chǎn)品化形態(tài)

隨著近年大規(guī)模的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，目前4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了城市、縣城、高速鐵路、高速公路、三A級(jí)以上風(fēng)景區(qū)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村熱點(diǎn)區(qū)域，但由于無(wú)線傳播環(huán)境的復(fù)雜性，4G網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋現(xiàn)象的出現(xiàn)不可避免，目前主要弱覆蓋場(chǎng)景受限于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、站址協(xié)調(diào)、工程建設(shè)等因素，傳統(tǒng)的宏站、室內(nèi)分布系統(tǒng)、小區(qū)覆蓋系統(tǒng)解決方案實(shí)施困難。4G網(wǎng)絡(luò)需要安裝更靈活、外形更美觀、覆蓋控制更好的基站產(chǎn)品。由此TD-LTE采用了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概念，定義為各種制式、各種功率等級(jí)的基站設(shè)備組成的多系統(tǒng)、多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

圖2　TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)

宏覆蓋主要實(shí)現(xiàn)廣覆蓋，采用8通道RRU，高鐵等專網(wǎng)采用2通道RRU。室內(nèi)覆蓋針對(duì)重要的室內(nèi)業(yè)務(wù)發(fā)生場(chǎng)景，可通過(guò)建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋，或通過(guò)微基站室外覆蓋室內(nèi)方式、室內(nèi)部署皮基站、飛基站方式覆蓋。補(bǔ)盲補(bǔ)熱覆蓋主要針對(duì)宏覆蓋邊緣和盲區(qū)或業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域，可通過(guò)部署小微基站等方式覆蓋。

從中國(guó)移動(dòng)2015年4G網(wǎng)絡(luò)部署和建設(shè)實(shí)際也可知，小基站因其具備部署靈活、建網(wǎng)快、維護(hù)簡(jiǎn)便、功耗低等顯著優(yōu)勢(shì)已經(jīng)開始成為4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主角。未來(lái)的LTE-U網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)通過(guò)大量部署密集小基站提供更高的網(wǎng)絡(luò)容量，并采用自組織技術(shù)實(shí)現(xiàn)密集部署小基站網(wǎng)絡(luò)中的接入控制、干擾協(xié)調(diào)、資源分配的網(wǎng)絡(luò)。

據(jù)悉，業(yè)界已有公司將LTE-U技術(shù)集成在最新的小型基站解決方案和面向移動(dòng)終端的射頻收發(fā)器中，并通過(guò)了相關(guān)的測(cè)試。

5.2LTE多載波聚合的需求將推進(jìn)LTE-U網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)程

為了滿足單用戶峰值速率和系統(tǒng)容量提升的要求，一種最直接的辦法就是增加系統(tǒng)傳輸帶寬，因此LTEAdvanced系統(tǒng)引入一項(xiàng)增加傳輸帶寬的技術(shù)，也就是CA(Carrier Aggregation，載波聚合)，2015年，中國(guó)移動(dòng)在全國(guó)范圍內(nèi)展開了同頻雙載波聚合的商用，測(cè)試效果均符合預(yù)期。以中國(guó)移動(dòng)目前可用的4G頻段來(lái)說(shuō)，D頻段最多可做到3載波聚合（單載波帶寬20MHz），而F頻段僅能做20MHz+15MHz的雙載波聚合，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展未來(lái)可能要求5載波或更多載波聚合，所以運(yùn)營(yíng)商需要更多的頻譜去滿足網(wǎng)絡(luò)速度要求。

在LTE-U下，基于C-RAN構(gòu)架，基站分離成BBU和RRU，就相當(dāng)于BBU連接了兩個(gè)RRU，一個(gè)是LTE現(xiàn)有授權(quán)頻段下的RRU，一個(gè)是未授權(quán)頻段5GHz下的RRU，兩者都通過(guò)CPRI接口連接BBU，帶寬在MAC層完成聚合，通過(guò)工作在未授權(quán)頻段的LTE-U實(shí)現(xiàn)更多載波的聚合，提供更高的頻譜效率和更好的覆蓋效果。

6　在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上部署LTE-U的優(yōu)劣勢(shì)分析

6.1優(yōu)勢(shì)方面

在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，不需要修改安全認(rèn)證、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)架構(gòu)，僅升級(jí)基站就可以實(shí)現(xiàn)LTE-U的部署，并且和原LTE業(yè)務(wù)進(jìn)行無(wú)縫切換。且LTE-U方案可在室內(nèi)室外熱點(diǎn)等任何有小基站部署的區(qū)域進(jìn)行靈活部署，不需要額外的站址和傳輸資源。

6.2劣勢(shì)方面

由于5GHz頻段提供較小的覆蓋半徑，部署可能將集中于在室內(nèi)場(chǎng)所使用Small cell，主要的目標(biāo)是企業(yè)和具有高數(shù)據(jù)流量的公共場(chǎng)所，但是這些場(chǎng)所往往已經(jīng)覆蓋了Wi-Fi，密集部署網(wǎng)絡(luò)的干擾情況必將更加嚴(yán)重，另外4G基站架構(gòu)復(fù)雜，建造一張全國(guó)性的Small cell網(wǎng)絡(luò)也肯定會(huì)面臨不少技術(shù)、成本、工程實(shí)施方面的障礙，同時(shí)還需要面對(duì)小基站與宏基站協(xié)同規(guī)劃困難等問(wèn)題。

7　結(jié)束語(yǔ)

據(jù)悉，對(duì)于5G標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)多擴(kuò)大使用未授權(quán)頻譜，并以LTE-U技術(shù)做為基礎(chǔ)，打造速率更高、低延遲且耗電量更小的網(wǎng)絡(luò)，來(lái)滿足未來(lái)10年各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連結(jié)需求，本文從LTE-U網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)如何共存、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前景等方面進(jìn)行了淺述。作為5G的解決方案，LTE-U網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展還有很長(zhǎng)的一段路要走，其效果如何也需要在充分的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與使用才可得知。

參考文獻(xiàn)

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Simple analysis with the LTE-U deployment of mobile networks

XU Wei1, YANG Yun2
(1 China Mobile Group Anhui Co., Ltd., Hefei 230088, China; 2 China Mobile Group DesignInstitute Co., Ltd.Anhui Branch, Hefei 230041, China)

Abstract"Spectrum" is the "lifeline" mobile broadband network, for telecom operators, the spectrum is always the most valuable and scarce resource.Experts predict that by 2018 or 2019 demand for spectrum will be far more than the supply of spectrum, how to deal with the data fl ow between the growing and spectrum resources shortage contradiction, LTE-U technology application, It is a kind of application of 5GHz unlicensed spectrum carrier-grade network service for the users of wireless access technology.In this paper, based on the technical characteristics of LTE-U and the current on the construction of 4G networks, The prospect of LTE-U deployment of mobile networks by analyzing.

KeywordsLTE-U; LTE; Wi-Fi; small cell

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設(shè)計(jì)院全力支撐中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

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（摘自：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院)

收稿日期：2016-01-03

中圖分類號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）03-0085-04