徐偉，楊云( 中國移動通信集團安徽有限公司, 合肥 30088； 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司安徽分公司, 合肥 3004)

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用LTE-U部署移動網(wǎng)絡(luò)探討

徐偉1，楊云2
(1 中國移動通信集團安徽有限公司, 合肥 230088；2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司安徽分公司, 合肥 230041)

摘要“頻譜”是移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的“生命線”，對電信運營商來說，頻譜永遠是最稀缺的寶貴資源。有專家預測，到2018年或2019年對于頻譜的需求將遠遠超過頻譜的供應，如何應對數(shù)據(jù)流量日益增長與頻譜資源不足之間的矛盾，LTE-U技術(shù)應用而生，它是一種應用5GHz的免授權(quán)頻譜為用戶提供運營商級網(wǎng)絡(luò)服務的無線接入技術(shù)，本文結(jié)合LTE-U的技術(shù)特點和當前4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)情況淺述了LTE-U部署移動網(wǎng)絡(luò)的前景。

關(guān)鍵詞LTE-U；LTE；Wi-Fi；小基站

1　前言

智能手機飛速發(fā)展、高清晰多媒體流業(yè)務不斷涌現(xiàn)，凸顯出頻譜匱乏與需求間的深刻矛盾，目前，移動運營商發(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)新來提高現(xiàn)有頻譜利用效率。移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的擴容壓力越來越大，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，會引起很多新的問題，比如很容易觸及其他頻譜使用機構(gòu)的根本利益，地面電視廣播機構(gòu)就在極力保護700 MHz頻段。在4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的熱點區(qū)域，由于頻譜源的有限，很容易達到網(wǎng)絡(luò)容量極限，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。與此同時，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是一種應用5 GHz的免授權(quán)頻譜為用戶提供運營商級網(wǎng)絡(luò)服務的無線接入技術(shù)。它具有如下兩個很明顯的優(yōu)勢。

2.1相對現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)而言，頻譜資源豐富

以中國移動為例，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）共計325 MHz頻譜資源。

2.2相對于Wi-Fi而言，有QoS機制保證

免授權(quán)頻譜是指在滿足無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通過載波監(jiān)聽等手段與其他無線接入技術(shù)共存于免授權(quán)頻段，但可靠性和干擾問題依然是Wi-Fi沒能取得更進一步發(fā)展的絆腳石，因其缺乏服務質(zhì)量（QoS）保證機制，無法很好的支持高速移動業(yè)務，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)、自適應重傳請求等技術(shù)來保證業(yè)務的可靠性，提供比Wi-Fi更好的覆蓋質(zhì)量、更大的網(wǎng)絡(luò)容量。

對于用戶而言，同時使用授權(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、更強的可靠性、更好的移動性。

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)共同運營管理，同時適用于授權(quán)與免授權(quán)頻段。為了公平有效使用免授權(quán)頻譜，同時保持或增強LTE系統(tǒng)優(yōu)勢，LTE-U需要對空中接口做必要改變，這還需要相關(guān)標準化組織共同進行LTE-U空口傳輸協(xié)議的標準制訂。

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)頻譜作為主服務載波，移動終端總會優(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線資源，只有在被主服務載波激活后，才能作為補充使用。雙連接是指用戶同時連接授權(quán)頻譜和免授權(quán)頻譜，其中授權(quán)頻譜用于實現(xiàn)控制平面的功能，保證蜂窩通信的連續(xù)性。在業(yè)務平面，用戶數(shù)據(jù)業(yè)務可以任意在授權(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同時工作在5 GHz的頻段內(nèi)，頻率干擾嚴重，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，基于競爭的接入策略），該技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)提供一種特定的電磁波形，以滿足支持毫秒時間尺度的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接入點分析結(jié)果，自適應的根據(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LTE-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級以上風景區(qū)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村熱點區(qū)域，但由于無線傳播環(huán)境的復雜性，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)（見圖2）。

圖2　TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)

宏覆蓋主要實現(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)覆蓋針對重要的室內(nèi)業(yè)務發(fā)生場景，可通過建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋，或通過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。補盲補熱覆蓋主要針對宏覆蓋邊緣和盲區(qū)或業(yè)務熱點區(qū)域，可通過部署小微基站等方式覆蓋。

從中國移動2015年4G網(wǎng)絡(luò)部署和建設(shè)實際也可知，小基站因其具備部署靈活、建網(wǎng)快、維護簡便、功耗低等顯著優(yōu)勢已經(jīng)開始成為4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主角。未來的LTE-U網(wǎng)絡(luò)將是一個通過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終端的射頻收發(fā)器中，并通過了相關(guān)的測試。

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

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)引入一項增加傳輸帶寬的技術(shù)，也就是CA(Carrier Aggregation，載波聚合)，2015年，中國移動在全國范圍內(nèi)展開了同頻雙載波聚合的商用，測試效果均符合預期。以中國移動目前可用的4G頻段來說，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)展未來可能要求5載波或更多載波聚合，所以運營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，就相當于BBU連接了兩個RRU，一個是LTE現(xiàn)有授權(quán)頻段下的RRU，一個是未授權(quán)頻段5GHz下的RRU，兩者都通過CPRI接口連接BBU，帶寬在MAC層完成聚合，通過工作在未授權(quán)頻段的LTE-U實現(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)劣勢分析

6.1優(yōu)勢方面

在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，不需要修改安全認證、核心網(wǎng)業(yè)務管理和計費架構(gòu)，僅升級基站就可以實現(xiàn)LTE-U的部署，并且和原LTE業(yè)務進行無縫切換。且LTE-U方案可在室內(nèi)室外熱點等任何有小基站部署的區(qū)域進行靈活部署，不需要額外的站址和傳輸資源。

6.2劣勢方面

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)場所使用Small cell，主要的目標是企業(yè)和具有高數(shù)據(jù)流量的公共場所，但是這些場所往往已經(jīng)覆蓋了Wi-Fi，密集部署網(wǎng)絡(luò)的干擾情況必將更加嚴重，另外4G基站架構(gòu)復雜，建造一張全國性的Small cell網(wǎng)絡(luò)也肯定會面臨不少技術(shù)、成本、工程實施方面的障礙，同時還需要面對小基站與宏基站協(xié)同規(guī)劃困難等問題。

7　結(jié)束語

據(jù)悉，對于5G標準，業(yè)內(nèi)多擴大使用未授權(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)，來滿足未來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)展還有很長的一段路要走，其效果如何也需要在充分的試驗基礎(chǔ)上，進行實際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與使用才可得知。

參考文獻

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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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（摘自：中國移動通信集團設(shè)計院)

收稿日期：2016-01-03

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）03-0085-04