摘 要：文章重點(diǎn)闡述了當(dāng)前TD-LTE無線設(shè)備的發(fā)展態(tài)勢，涵蓋了各類硬件和軟件發(fā)展的基本情況，旨在對4G的工程建設(shè)與優(yōu)化規(guī)劃提供一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：TD-LTE無線基站設(shè)備；3D-MIMO；FD互助

前言

TD-LTE 4G無線網(wǎng)絡(luò)工程從商用建設(shè)到今天已經(jīng)歷四年多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模布局基本形成，覆蓋面廣、用戶發(fā)展穩(wěn)定。當(dāng)前的建設(shè)重點(diǎn)正集中在以下三點(diǎn)：一是城區(qū)深度覆蓋的提升；二是加強(qiáng)熱點(diǎn)區(qū)域的容量擴(kuò)容；三是積極提升用戶在速率和時(shí)延方面的體驗(yàn)。上述網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重點(diǎn)一方面可以從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、優(yōu)化等多角度著手改善，另一方面，能適應(yīng)這種發(fā)展需要的無線設(shè)備的研發(fā)商用也急需先行。同時(shí)，配合著承載各類軟件功能的開發(fā)，硬件設(shè)備也應(yīng)步步緊跟部署。

當(dāng)前TD-LTE主流無線基站設(shè)備，均為BBU+RRU的主遠(yuǎn)端分離形式，并以F/D頻段八通道設(shè)備和E頻段兩通道設(shè)備為主要建網(wǎng)設(shè)備。此外，各設(shè)備商也提供F/D頻段的兩通道設(shè)備、一體化微基站、微RRU、皮基站、天線RRU一體化設(shè)備和relay基站設(shè)備。今年，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對深度覆蓋、局部補(bǔ)點(diǎn)覆蓋的需求增高，適應(yīng)這種場景的小基站、微基站設(shè)備的需求有較大提高，且對設(shè)備的形態(tài)、適用場景提出了更多樣化的要求。同時(shí)，一些特殊覆蓋場景對無線設(shè)備軟硬件也提出了更多特殊化的需求，業(yè)界針對特殊場景設(shè)備軟硬件應(yīng)用的研發(fā)力度也在逐步加大。

1 TD-LTE無線設(shè)備發(fā)展的新形態(tài)與新方案

1.1 面向深度覆蓋的改善與提升

為更好地提高用戶體驗(yàn)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前各本地網(wǎng)絡(luò)均面臨深度覆蓋問題。對照TD-LTE 4G網(wǎng)絡(luò)與GSM 2G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)外MR覆蓋率，普遍全國城區(qū)都存在約8個(gè)百分點(diǎn)的覆蓋差距。如果我們以50米的柵格地圖來統(tǒng)計(jì)現(xiàn)網(wǎng)弱覆蓋點(diǎn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，低于4柵格的弱覆蓋區(qū)，也就是200米范圍以內(nèi)的弱覆蓋點(diǎn)，占比非常之大，且比較分散。一般這種情況，網(wǎng)絡(luò)不會(huì)以增補(bǔ)新站址方式來解決這類問題。那么除了通過有效的網(wǎng)優(yōu)手段、優(yōu)化的多層立體組網(wǎng)方案等方式進(jìn)行調(diào)整解決外，通過新設(shè)備、新技術(shù)的研發(fā)來解決補(bǔ)齊是一個(gè)有效手段。

FD射頻互助即為當(dāng)前基站設(shè)備所能提供的一個(gè)有效解決辦法。其具體形態(tài)指在D頻段的RRU內(nèi)置F頻段的接受模塊，進(jìn)而通過增加F頻段8路接收，來實(shí)現(xiàn)8T16R。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，F(xiàn)D互助可以有效地解決3db的上行增益。網(wǎng)絡(luò)目前最大的商用實(shí)際案例為，在某省會(huì)城市進(jìn)行了4800個(gè)8T16R站點(diǎn)的連片建設(shè)，對改善網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋、補(bǔ)點(diǎn)補(bǔ)盲均帶來較大改善。但同時(shí)我們必須看到，8T16R RRU設(shè)備的單個(gè)購買硬件成本要高于同等水平的8T8R RRU設(shè)備約12%，并且，開通FD互助還會(huì)增加對基帶側(cè)的處理資源要求，因此硬件需要額外配置基帶板等硬件，這樣會(huì)帶來整個(gè)一個(gè)基站的硬件成本，提高約17%左右。而換來有效輸出為3db的上行增益。這種成本代價(jià)與性能獲得的衡量，還需要網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)投入與產(chǎn)出上均衡評估。

同時(shí)FD射頻互助設(shè)備也有自己的建設(shè)局限性，即首先站址必須同時(shí)具有F和D頻段設(shè)備，并且F和D頻段的幀頭位置需要對齊，因此要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮運(yùn)營商之間以及對鄰站的干擾影響。FD射頻互助在去年由主流廠商首先提出，并在去年開始商用，取得一定效果，今年其他廠商也開始有同類產(chǎn)品陸續(xù)推出。

對于急待改善的深度覆蓋場景，運(yùn)營商可供選擇的另一種快速解決方案即為增設(shè)小基站、微RRU設(shè)備。目前可供選擇的微基站設(shè)備以D頻段為主，也輔以F頻段和E頻段產(chǎn)品。以D頻段為例，一般微RRU兩通道設(shè)備的硬件價(jià)格會(huì)是宏基站兩通道設(shè)備的價(jià)格的50%-70%左右，是宏基站八通道RRU設(shè)備的30%～45%左右。

微小基站設(shè)備建站既有快速性，又對選址和配套要求低，可以有效緩解深度覆蓋問題。因此從去年上期工程以后，在宏基站設(shè)備基本比較成熟的情況下，業(yè)界都在著力改進(jìn)推出小基站，如FAD多頻段產(chǎn)品、內(nèi)置天線、一體化集成美化產(chǎn)品、更微型設(shè)備等等，以滿足不同覆蓋場景和配套安裝需要。從上期建設(shè)來看，小基站的供貨占比有較大攀升，可見隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，對設(shè)備的種類需求也在變化。

目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所使用的小基站全部為2T2R的設(shè)備，今年開始有設(shè)備廠商提出并進(jìn)行研發(fā)4T4R的小基站產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的出現(xiàn)改變了當(dāng)前業(yè)界小基站全部為2T2R設(shè)備的態(tài)勢，但對其的適用場景、終端支持情況、成本投入產(chǎn)出價(jià)格以及建設(shè)方式還有待進(jìn)一步實(shí)踐檢驗(yàn)。

在微小基站的組網(wǎng)方案上，繼傳統(tǒng)的E頻段室內(nèi)分布基站，業(yè)界今年開始推出室外型D頻段的分布式基站建網(wǎng)方式，通過路由器的設(shè)置，使一個(gè)基帶BBU資源可以連接多個(gè)微RRU進(jìn)行室外覆蓋，并在需要時(shí)可以將2G網(wǎng)絡(luò)等其他制式的網(wǎng)絡(luò)資源整合在一起，通過射頻端發(fā)送信號進(jìn)行同步覆蓋。總體上，當(dāng)前微小基站設(shè)備的發(fā)展研發(fā)上，提升功率、減小體積、優(yōu)化美化各種安裝方式、整合多頻段多制式是普遍的發(fā)展方向。

上面描述了基于設(shè)備形態(tài)的推新來解決覆蓋問題，除了從新設(shè)備領(lǐng)域來提出解決方式，新的設(shè)計(jì)組網(wǎng)方案、一些基于軟件算法的新技術(shù)研究也是必要解決的方式。

近年被提出的4G設(shè)備CRAN組網(wǎng)方案一直處于局部商用階段。CRAN建設(shè)方案的提出起初最大的優(yōu)勢是可以降低運(yùn)營商TCO，顯著降低新站址獲取難度，緩解基站配套建設(shè)在選址、鐵塔以及傳輸資源方面的壓力。隨著該方案的研發(fā)推進(jìn)，BBU的集中部署除了緩解配套建設(shè)壓力之外，還可以通過高速交換設(shè)備，在基站間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)調(diào)度和干擾協(xié)同，實(shí)現(xiàn)基于CRAN的站間協(xié)同方案、站間CA、8R UL CoMP等，旨在消除站間干擾、提升性能進(jìn)而改善用戶體驗(yàn)。這種集中式部署的CRAN方案在現(xiàn)網(wǎng)還處于實(shí)驗(yàn)階段，其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效果以及在額外的高速交換設(shè)備硬件（其造價(jià)每10個(gè)BBU配置的交換硬件約等同于一個(gè)三扇區(qū)基站的硬件價(jià)格）上的成本投入，使其建設(shè)部署方式都有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

軟件算法的運(yùn)行基礎(chǔ)需要硬件的承載，因此業(yè)界對硬件平臺(tái)芯片處理速度的要求逐年攀升，這也是各設(shè)備商逐年、逐期的推出新基帶板、新主控板的動(dòng)因。其核心機(jī)制即為更新一代、更高運(yùn)算處理能力的芯片，這不僅僅會(huì)帶來基礎(chǔ)的處理能力，比如小區(qū)數(shù)、通道數(shù)、接口速率等基礎(chǔ)處理能力的抬升，而更多的是為在新的硬件平臺(tái)上，可以開發(fā)運(yùn)行更多的復(fù)雜算法來改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋和性能、具備下一代演進(jìn)能力提供了空間。

面對當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)需求，新的基帶硬件設(shè)備的研發(fā)主要集中于提升上行接收能力、增強(qiáng)IR接口的傳輸速率、為3D-MIMO部署打下基礎(chǔ)、更強(qiáng)的信令處理能力、向5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)演進(jìn)等方面。預(yù)計(jì)今年主流設(shè)備商均會(huì)有新的基帶或主控板陸續(xù)推出。而對于運(yùn)營商需要重視的是，對基帶硬件板卡的能力評估也不應(yīng)僅停留于對其基本標(biāo)稱處理指標(biāo)的檢驗(yàn)和考核，其芯片運(yùn)行速度、支持復(fù)雜算法的能力、未來演進(jìn)空間等都是需要考量的重點(diǎn)問題。

在更強(qiáng)大的新一代的硬件處理平臺(tái)上，各類軟件算法陸續(xù)的被提出和研究，如Turbo Receiver 重構(gòu)譯碼信號算法（弱覆蓋場景下，提升信道估計(jì)和鏈路解調(diào)能力，提升邊緣用戶的調(diào)度解調(diào)性能）、UL ICS聯(lián)合調(diào)度（通過站間X1接口的調(diào)度，對邊緣用戶進(jìn)行簇內(nèi)多小區(qū)聯(lián)合時(shí)頻資源分配，控制深度覆蓋用戶上行噪聲干擾，改善小區(qū)的上行覆蓋）、UL IOT功率控制（通過小區(qū)檢測，調(diào)整用戶發(fā)射功率，降低系統(tǒng)上行干擾）等等，旨在改善上行增益、控制干擾進(jìn)行站間協(xié)調(diào)、調(diào)整控制功率。

1.2 面向容量需求的提升

在容量解決方案里，當(dāng)前比較可能納入規(guī)模建網(wǎng)的即為3D-MIMO技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。業(yè)界在今年工程上批量供貨出可商用、可量產(chǎn)的產(chǎn)品也很可行。新的64T64R設(shè)備無論從安裝難度和技術(shù)角度都決定了，其會(huì)以RRU集成天線的一體化形式出現(xiàn)，其普遍物理形態(tài)在體積與重量上，與當(dāng)前的8T8R設(shè)備（RRU設(shè)備+智能天線）的尺寸相當(dāng)或者略低，這也是其可規(guī)模商用安裝使用的前提。

現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)證明，3D-MIMO技術(shù)確實(shí)可以較大幅地提升容量改善覆蓋。這里主要評估一下該設(shè)備規(guī)模建設(shè)一個(gè)不容忽視的問題即成本問題。雖然尚未定價(jià)，但其單個(gè)成本高于目前宏基站8T8R RRU設(shè)備四倍左右是可初步預(yù)估到的，同時(shí)3D-MIMO站開通帶來的成本上升還不僅僅在于每個(gè)RRU硬件本身，其BBU側(cè)也須具備專用的基帶板，或者是配置更多倍的基帶處理資源。目前網(wǎng)上的運(yùn)行基帶板基本不能支持3D-MIMO的運(yùn)行或者是配置數(shù)量不夠，專用基帶板需具備更強(qiáng)的處理能力，更快的IR接口速率，以及配置更高速率的光模塊（至少40G）。BBU側(cè)還需配置支持3D-MIMO這么大量信息交互的主控板，以及S1接口。同時(shí)3D-MIMO技術(shù)的軟件成本也應(yīng)該計(jì)算在一個(gè)基本的單站建設(shè)之內(nèi)。由此，有關(guān)方面進(jìn)行了一個(gè)TCO的估算，較保守結(jié)論是五年運(yùn)營成本抬升35%，如果結(jié)合上容量增益，那么每比特成本相對8T是明顯下降的。但可以肯定的是其當(dāng)期直接建站成本將比較高昂。另外在3D-MIMO站點(diǎn)的部署規(guī)劃中，是否連片部署，還是單個(gè)補(bǔ)點(diǎn)替換，也都是需要考慮的問題。

同時(shí)，4G設(shè)備發(fā)展演進(jìn)在容量提升這一領(lǐng)域，業(yè)界也在為A頻段、Band41擴(kuò)展頻譜的可能使用做著積極的規(guī)劃部署。

1.3 面向用戶速率的提升

4G網(wǎng)絡(luò)提高上下行速率，才能保證在競爭中的用戶體驗(yàn)。設(shè)備商當(dāng)前在用戶速率提升上的規(guī)劃和研發(fā)主要集中在軟件算法的提升。

（1）UDC技術(shù)：UDC技術(shù)需要設(shè)備商與芯片廠商共同合作，在手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)預(yù)留并維護(hù)相同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，標(biāo)識(shí)空口傳輸信息的指針位置。對于重復(fù)發(fā)送的字節(jié)，可以在空口只發(fā)送指針，基站和UE自動(dòng)識(shí)別和填充，減少空口資源占用。在發(fā)送指針信息后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)檢索如果信息存儲(chǔ)存在即直接解碼，無需空口傳送。目前終端基本支持。

（2）UL SU-MIMO技術(shù)：該技術(shù)終端側(cè)上行雙發(fā)，實(shí)現(xiàn)上行發(fā)射分集、上行雙流復(fù)用。目前網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以具備能力，沒有問題，但還受限于手機(jī)不支持。

（3）下行3CCCA+256QAM：E/F/D頻段內(nèi)/間三個(gè)載波聚合，來獲得峰值性能提升，采用更高效調(diào)制編碼，提升下行頻譜效率。截止目前主流終端均已經(jīng)支持。

其他當(dāng)前熱門的軟件技術(shù)還有上下行跨BBU CA、大氣波導(dǎo)干擾檢測及消除、宏微CA、下行TM9 4*4MIMO技術(shù)、小包優(yōu)化技術(shù)等等，文章這里不再一一詳述。

2 結(jié)束語

目前無線設(shè)備的產(chǎn)品形態(tài)與研發(fā)還主要集中在改善4G網(wǎng)絡(luò)工程急待解決的問題，提高核心元器件的處理能力。從遠(yuǎn)期的發(fā)展看，主流設(shè)備商都紛紛將產(chǎn)品演進(jìn)路線定位在向云無線接入網(wǎng)發(fā)展，clound RAN的定義，將BBU的產(chǎn)品線研發(fā)路標(biāo)逐步明確在最終實(shí)現(xiàn)基于大規(guī)模云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。雖然業(yè)界目前各家的演進(jìn)路線不同，算法不同，但最終目標(biāo)均會(huì)是實(shí)現(xiàn)面向4G/4G+和5G的跨制式、跨頻段、跨層的RAN統(tǒng)一架構(gòu)。