陳爽

摘 要：面對(duì)當(dāng)前用戶對(duì)數(shù)據(jù)處理能力提出的更高要求，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在向EPS發(fā)展。本文簡(jiǎn)單分析了LTE和WCDMA的聯(lián)系和區(qū)別，討論了網(wǎng)絡(luò)的合并方案和策略。然后對(duì)LTE系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了一種新型的LTE-RoF系統(tǒng)。最后對(duì)LTE系統(tǒng)的容量進(jìn)行了分析，并提出了兩種對(duì)WCDMA的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：WCDMA；LTE系統(tǒng)；RoF技術(shù)；覆蓋能力

1 引言

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展，導(dǎo)致了移動(dòng)終端的多樣化，而移動(dòng)設(shè)備的硬件發(fā)展方向可以總結(jié)為以下三點(diǎn)：第一，對(duì)終端芯片進(jìn)行外觀的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特的外觀，使用好的科技含量高的材質(zhì)做出優(yōu)質(zhì)時(shí)尚的硬件設(shè)備。第二，對(duì)于移動(dòng)終端的硬件開(kāi)發(fā)更多的功能，完善服務(wù)，滿足用戶的需要。第三，開(kāi)發(fā)多種應(yīng)用程序，提供網(wǎng)絡(luò)的全面支持，可以做到隨時(shí)隨地上網(wǎng)。無(wú)論近期還是長(zhǎng)遠(yuǎn)看，移動(dòng)終端的改進(jìn)和完善呈現(xiàn)出不可阻擋的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

同時(shí)，隨著終端的發(fā)展完善，對(duì)芯片技術(shù)也提出了更嚴(yán)格的要求，這一點(diǎn)從SOC技術(shù)的改進(jìn)上可以看出來(lái)。但是該技術(shù)的改進(jìn)也面臨了兩大困難：第一，就是軟件和硬件的兼容性和對(duì)系統(tǒng)的融合；第二，芯片生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，要求生產(chǎn)的芯片體積越來(lái)越小。這些問(wèn)題都對(duì)將來(lái)TD-LTE芯片的發(fā)展和改革發(fā)出了挑戰(zhàn)。

近十年來(lái)，LTE技術(shù)的發(fā)展變化較大。2007年召開(kāi)的會(huì)議提出了移動(dòng)公司要與其他公司簽署了LTE-TDD合作協(xié)議，努力將TD-SCDMA發(fā)展為L(zhǎng)TE或者更高的體系。而到此為止，很多專家學(xué)者也看到了TD-LTE與LTE-FDD保持著同樣的發(fā)展速度，所以兩種技術(shù)的差距不是很大。很多國(guó)內(nèi)外的企業(yè)已經(jīng)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展體系進(jìn)行了測(cè)試，預(yù)計(jì)近幾年，LTE技術(shù)的發(fā)展會(huì)被商業(yè)化。而在中國(guó)，對(duì)LTE系統(tǒng)的研究也從未間斷過(guò)，制造商和運(yùn)營(yíng)商都投入很多資金進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此看出LTE的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮蟆?/p>

2 LTE-RoF技術(shù)

2.1 LTE-RoF系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

RoF的全稱即為光載無(wú)線電，該系統(tǒng)包括了中心站、遠(yuǎn)端天線單元、光纖鏈路和用戶端四個(gè)部分。中心站也叫做頭端，它可以處理數(shù)據(jù)，并把信號(hào)加載到光波上，借助光纖鏈路把信號(hào)傳送至遠(yuǎn)端天線單元，再由光電處理器將信號(hào)還原出來(lái)。最后對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，在對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行還原后，用戶就能得到基帶信號(hào)。對(duì)于LTE-RoF系統(tǒng)，家庭、小區(qū)、微蜂窩或者各種中繼站的中心站功能基本相似。所以對(duì)于頭端和基站的信息可以統(tǒng)一處理，通過(guò)光纖鏈路將信號(hào)傳送到RAU，再發(fā)射出去。

如圖1所示為L(zhǎng)TE-RoF系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，這樣設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①高頻信號(hào)在傳送過(guò)程中具有較大的損耗和衰減，但使用光纖傳輸信號(hào)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(yè)務(wù)量，而信號(hào)在光域的處理也減少了系統(tǒng)的成本；③依靠光纖傳送信號(hào)時(shí)可以有效防止電磁波的干擾，對(duì)信號(hào)進(jìn)行保密；④基站完成全部信號(hào)的處理，同時(shí)RAU只需負(fù)責(zé)光電信號(hào)的接收、轉(zhuǎn)換和發(fā)送；⑤RAU單元的簡(jiǎn)化處理減小了功率損耗；⑥聯(lián)合多種技術(shù)來(lái)處理數(shù)據(jù)，提高了工作效率，提現(xiàn)了靈活性。

2.2 LTE-RoF技術(shù)中存在的難點(diǎn)及解決措施

在LTE-RoF系統(tǒng)中，當(dāng)前主要出現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題：

①LTE-RoF信號(hào)的生成問(wèn)題。在此，可以通過(guò)光外差方法、光學(xué)倍乘法和外調(diào)制器方法三種方法產(chǎn)生射頻信號(hào)。而其中光外差方法對(duì)光信號(hào)的相干性具有一定要求；如采用光學(xué)倍乘法，則生成的高頻信號(hào)不適合LTE系統(tǒng)；只有通過(guò)外調(diào)制的方法產(chǎn)生的信號(hào)才能符合頻率要求，從而也能簡(jiǎn)化設(shè)備降低成本。所以通常在LTE-RoF系統(tǒng)中運(yùn)用圖2所示的外調(diào)制器手段。

②傳輸過(guò)程中的失真和色散問(wèn)題。射頻信號(hào)在傳遞過(guò)程中會(huì)發(fā)生色散和失真現(xiàn)象，降低信號(hào)質(zhì)量。在此有SSB和OCS兩種調(diào)制方式可以很好地解決色散問(wèn)題，同時(shí)借助新型器件也能減小系統(tǒng)的非線性色散。

③遠(yuǎn)端天線單元的成本問(wèn)題。一個(gè)值得注意的問(wèn)題就是天線單元需要覆蓋很寬的范圍，所以其數(shù)量會(huì)越來(lái)越多。面對(duì)這一問(wèn)題，主要依靠波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)和先進(jìn)硬件設(shè)備來(lái)解決。波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)就是在加載上行信號(hào)時(shí)使用下行載波，而且在遠(yuǎn)端天線的運(yùn)用上不需要借助其它激光器件?？梢允褂肊AT來(lái)調(diào)制上行和下行信號(hào)，，這樣可以省去RAU，有效節(jié)約成本。

3 LTE系統(tǒng)容量分析

有文獻(xiàn)中提到，LTE系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)可以共享，還有VoIP的語(yǔ)音共享方式。所以不能夠僅通過(guò)用戶數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)LTE系統(tǒng)的容量，像小區(qū)峰值吞吐量、小區(qū)平均吞吐量等參數(shù)也應(yīng)該考慮在內(nèi)。為了給出綜合的評(píng)定指標(biāo)，也把VoIP考慮在內(nèi)，對(duì)于上下行信號(hào)分別進(jìn)行容量的估算分析?？梢詤⒖紨?shù)學(xué)公式：?jiǎn)斡脩舻娜萘?小區(qū)容量/用戶總數(shù)，再來(lái)分析研究LTE系統(tǒng)的各指標(biāo)。

3.1 上行PUSCH容量分析

在TD-LTE系統(tǒng)中，由于上行信號(hào)的制約，在此側(cè)重PUSCH信道的研究。該信道可以支持多種業(yè)務(wù)，它的容量取決于不同的帶寬和調(diào)度方式。數(shù)據(jù)類型不同，調(diào)度方法不一樣時(shí)，評(píng)價(jià)PUSCH容量的準(zhǔn)則也應(yīng)改變。例如對(duì)VoIP數(shù)據(jù)的處理使用半靜態(tài)調(diào)度方式，但也要參考小區(qū)用戶的滿意度來(lái)評(píng)價(jià)；但如果是對(duì)速率有要求的數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)，就應(yīng)當(dāng)以小區(qū)吞吐率來(lái)評(píng)判。

3.2 下行信道分析

LTE系統(tǒng)中的控制信道制約了下行鏈路，所以這里采用小區(qū)吞吐量來(lái)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(shù)量也不會(huì)受到制約。但使用PDCCH信道卻會(huì)限制小區(qū)容量。而PHICH信道則用來(lái)支撐下行數(shù)據(jù)，它的格式受PBCH控制，按照組映射來(lái)劃分，可以通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算信道容量。

這里， 表示帶寬中RB的數(shù)量；Ng可以有多個(gè)取值，分別為1/6、1/2、1和2；m，的取值則和TDD配置有關(guān)，詳細(xì)參數(shù)如表1所示：

注意，一般的CP中，PHICH中系數(shù)取值最大為8。

3.3 VoIP容量分析

通常來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行VoIP通信時(shí)，發(fā)送的數(shù)據(jù)中98%延時(shí)不超過(guò)50ms，可判定為用戶處于滿意的狀態(tài)。若某個(gè)小區(qū)中得到滿意的用戶數(shù)量占95%以上，就可以將VoIP容量當(dāng)作用戶的總數(shù)量。VoIP的通信方式采用半靜態(tài)調(diào)度，不受信道制約；當(dāng)系統(tǒng)的PHICH配置正確且能符合用戶要求時(shí)，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??；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(tài)調(diào)度周期內(nèi)初傳可用的RB數(shù)量； 為平均RB數(shù)量。

4 WCDMA的完善手段

⑴當(dāng)HSPA技術(shù)向LTE演化時(shí)，要看準(zhǔn)時(shí)機(jī)承接更多的數(shù)據(jù)和會(huì)話業(yè)務(wù)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在LTE標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建和技術(shù)的改進(jìn)上，商家對(duì)其比較重視，所以發(fā)展速度較快；而對(duì)比HSPA+，LTE技術(shù)中的傳輸速率更快。LTE系統(tǒng)中的接口和網(wǎng)絡(luò)體系都經(jīng)過(guò)了重新改革，其關(guān)鍵技術(shù)就是OFDM，這也是它和CDMA技術(shù)的實(shí)質(zhì)區(qū)別。但這也導(dǎo)致了它不能兼容3GPP的很多版本，LTE網(wǎng)絡(luò)也不能進(jìn)入到一些移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，而且UTRAN網(wǎng)絡(luò)不能和LTE系統(tǒng)共享。所以此方法演變速度過(guò)快，大多數(shù)用戶必須采用新終端，也使得3G網(wǎng)的成本提高

⑵LTE經(jīng)過(guò)演化后，HSPA也得到了改進(jìn)，提升為HSPA+，從而提升了數(shù)據(jù)傳送的最大速率等。這種高級(jí)的LTE系統(tǒng)演化過(guò)程比較平緩，使得過(guò)渡期的網(wǎng)絡(luò)資源不會(huì)白白浪費(fèi)。不過(guò)它也存在一些缺點(diǎn)，原計(jì)劃中HSPA+的普及應(yīng)當(dāng)早于LTE系統(tǒng)，但從近幾年的發(fā)展看出LTE中的關(guān)鍵技術(shù)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立卻反而比HSPA+早。由此可見(jiàn)，HSPA+的發(fā)展存在很多不確定因素。最近幾年HSPA+技術(shù)越來(lái)越受到重視，標(biāo)準(zhǔn)的制定也在加快，同時(shí)生產(chǎn)商們也在提高HSPA+的硬件設(shè)備的生產(chǎn)速度。就網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期發(fā)展而言，WCDMA HSPA的完善應(yīng)該進(jìn)行多次升級(jí)，增添反饋設(shè)備，緩慢過(guò)渡為HSPA+。最后找準(zhǔn)時(shí)機(jī)演化為L(zhǎng)TE系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的傳送速度。

LTE在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中具有劃時(shí)代的意義，它充分利用了頻域、空域等多種復(fù)用信道，提升了移動(dòng)通信的速率。LTE的演化將會(huì)結(jié)合到2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，未來(lái)的發(fā)展中，將會(huì)更多地看到兩者的同時(shí)使用。LTE與2G/3G發(fā)展的重點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)互操作功能并能充分利用和共享網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)也要保護(hù)資源，和為用戶提供多種業(yè)務(wù)需要。

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