论文部分内容阅读
摘 要：本文提出了TD-LTE网络建设中组网及选址两个关键问题的解决方案。对组网方案进行了对比，提出了F+D混合组网的组网模式；对基站选址问题，我们提出利用全频段天线方案以减少基站数量，降低选址难度并降低成本。
关键词：TD-LTE；组网选择；基站选址；全频段天线
1 前言
当今，随着通信技术的飞速发展，移动通信的更新换代的速度越来越快。现有的2G，3G技术已经不能满足人们对于高速的数据业务的需要。而LTE（Long Term Evolution）是3GPP的长期演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。LTE采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz的频带内能够实现下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。同时，由于LTE采用MIMO和OFDM技术，可以有效的克服无线通信中的多径衰落的问题。
经过近几年的研究，LTE技术已经趋于成熟。国内外都在加紧部署商用的LTE网络。根据GSA的统计，今年年底将有87个国家部署248个LTE网络。在LTE终端方面，目前已经有97个设备商提供821款商品，全球用户已经达到1.07亿。
2 国内发展现状及问题
今年将是中国4G的开局之年。据悉，中国移动已于日前正式启动2013年度TD-LTE无线网勘察设计服务集采工作。根据中国移动之前发布的规划，今年将会在344个城市部署超过20万个TD-LTE基站。广东移动的TD-LTE基站数已经达到7000多个，在建TD-LTE基站近1000个，主要分布在深圳、广州等大城市，2013年规划增加TD-LTE基站2.4万个。
有组织对TD-LTE中国市场的发展进行两种预测，称中国TD-LTE用户发展取决于运营商格局，在一家TD-LTE运营商情况下，2016年中国TD-LTE用户（仅中国移动）将会超过1.1亿；而在乐观预期下，由于其他运营商（指中国联通和中国电信）在3G阶段已经有了巨大的投入，中国移动的TD-LTE市场策略将会促进其他运营商发展TD-LTE。
同时，众所周知，LTE可以提供高速的数据传输。不需要网线，一部几个G的高清电影，几分钟就能下载完成；公司可以利用视频开会，不仅高清，而且可以在移动中进行；乘车时可以随时打开网络社区，与好友进行视频聊天、传送有趣的文件；在地铁车厢里不仅能快速上传下载大容量资料，还能用互联网电视流畅观看高清大片。然而，在LTE的巨大光环之下，LTE网络的部署却遭遇到很多问题。
2.1 组网方案的选取问题
首先需要解决的一个问题就是组网方案的选择。据悉，在运营商内部和设备商中对于建网方案都没有形成一个统一的意见，分歧主要在于是新建网络还是升级原有的网络。
目前可供中移动建网的频段至少有F频段和D频段，其中，D频段是国际电信联盟确定的全球主流TD-LTE频段，中国工信部也已经明确该频段的共计190MHz频率（2500-2690MHz）用于TD-LTE。F频段则是此前中国移动TD-SCDMA的主频段。这样一来，中国移动的4G建网就有F频段、D频段，以及F/D混合组网等多种方案，而F频段又有基于原TD-SCDMA基站升级和共址新建两种方案。从技术指标、运营商长远利益等因素出发，新建方案更加理想。因为，首先F频段所处位置复杂，既有小灵通，又有TD-SCDMA，设备射频性能的先天不足，会让网络受到干扰，影响网络性能，只有通过大规模替换原有3G设备的RRU才能解决问题；其次，TD-LTE使用时分双工的方式，上下行时隙配比决定了两种方案的时间资源分配，F频段升级方案会造成下行容量下降约25%；第三，TD-LTE技术与现有2G、3G网络存在较大差异，对网络优化提出了不同的要求，升级方案会加大运营商后期的网络优化难度。然而，升级方案不仅可以实现快速部署，而且有助于运营商节省投资近50%。如果一个城市现有的3G网络符合LTE网络结构要求，采用F频段升级是最合理的方案。
2.2 选址问题
另一个重要的问题是LTE网络建设的选址问题。近年来，人们越来越意识到基站会对于人体造成辐射。当在小区楼顶安装基站时，附件的居民会不可避免的遭到电磁辐射的影响。LTE网络选取的频段更高，覆盖面积越小，所以基站的数量相对于GSM基站来说会更多。过多的基站不仅影响美观，增加选址的难度，增加建设的费用。据悉，上海的TD-LTE建设六期宏基站规划的2400个基站中，无法完成购足的近500个，占比约20%，其中有近一半源于业主阻挠，有30%为居民区及学校，均由于对电磁辐射等的担忧，对建设TD-LTE基站表示极度反感与不配合，难以协调。国际经验证明，信号的广泛覆盖是TD-LTE取得先机的重要保障。目前，TD-LTE在我国还处于扩大规模试验阶段，产业链还有待完善，很多问题都阻碍着TD-LTE进一步扩大规模试验覆盖范围乃至商用化的步伐。
一个基站的拆迁，不只是影响覆盖范围内的信号，更有可能改变整个网络的布局，可谓“迁”一发而动全身。对于我国来说，TD-LTE网络建设越快，覆盖越好，越早进入大规模商用阶段，就越能吸引全球产业链加入，从而实现全球漫游能力、规模化、低成本化，带动全社会进入4G时代。为此，需要国家在政策制定、频率规划等方面给予TD-LTE更多的指导，需要地方政府在基站选址和性能测试等方面给予更多的支持，需要产业链上下游在芯片研发、终端制造、应用开发等方面与运营商共同努力。
3 解决方案
3.1 F+D混合组网的确定
通过建设和试用经验总结，已经明确未来的网络形态采用F+D混合组网，F频段的建设以升级为主，网络结构不合理站点采用新建方式，D频段全部新建。从成本上比较，利用F频段新建的设备投入成本比F频段升级高出近50%，而利用D频段建设的话，同一片区域相同的覆盖范围，单纯用F频段建设，与单纯用D频段建设相比，D频段要多建设约26%的基站量。由于中国移动整体规划2013年4G一期网络建设以快速实现覆盖为目标，频段侧重以F频段升级为主，对原F频段站址站高等网络结构不合理的站点则采用新建方式，D频段则在合适的区域进行辅助建设。那么一个城市的网络就会形成这樣的结构：第一层网络是F频段的覆盖，里面有一个小圈是D频段的，D频段所覆盖的区域肯定是F+D频段的同覆盖，F频段用来解决广覆盖以及部分区域的深度覆盖，D频段用来解决热点区域以及主城区的容量吸纳。因为F频段只有一个载频，D频段可以做到两到三个载频，这样的话，F频段做第一层网络，D频段做容量的吸纳，会是一个比较科学合理的网络结构。 F频段的TD-LTE网络建设是以升级为主，还是以新建为主呢？如果一个城市现有的3G网络符合LTE网络结构要求，采用F频段升级是最合理的方案；如果部分3G站点结构不够合理，比如说站址、站高、站间距的不合理设计，采用F频段升级建设方案的话，LTE网络就难以达到优质网络的这个目标，而这部分站点需要进行新建。
3.2 减小基站数量和选择问题
而对于选址困难的问题，一方面需要增大宣传力度，向群众耐心说明。电磁辐射强度是与距离的平方成反比，也就是发射基站越高，对人体的影响就越小。通信基站产生的辐射值不如一台电磁炉甚至电视机对人体的影响大。由于TD基站采用智能天线，发射功率只需要8W左右，大大降低了对周围环境的影响，实际辐射更小。
另一方面，在部署网络时，应当尽量少建基站。因为，在我们的生活环境中，到处都布满了各种各样的天线。包括我们通话用的GSM网络、3G TD-SCDMA网络、用于数据业务的无线局域网WLAN以及即将商用的LTE网络。这些通信网络需要不同的天线，因为他们的工作频段不同，不能采用一种天线来实现所有网络的覆盖。如果采用单一的天线，同时覆盖GSM、TD-SCDMA、WLAN、TD-LTE这些网络所需要的频段，就可以大量的减少基站的数量。这样既可以大幅度的节省建设成本，还可以减少布网中选址的难度。同时，也可以美化我们的生活环境。根据当前的研究现状来说，实现LTE的1.71-2.69 GHz的频段范围的天线设计已经不再是一个难题，很多设备供应商都已近生产出多种LTE天线。但是，能同时将800～900MHz GSM频段和LTE频段同时实现的天线还很少。个别厂商采用在一个大的天线罩中同时安装两组不同的天线来达到全频段的覆盖。但是，这样使得天线的尺寸大大的增加，馈电变得复杂。如果采用单个天线阵子可以同时实现全频段的覆盖将是一个很大的进步。不仅可以减小天线的尺寸，还可以大大降低生产成本，据悉这方面的研究已经有了一定的成果，相信不久的将来会出现这种结构简单，覆盖全频段的天线。届时，将大大减小中国移动LTE网络建设的投入。
4 总结
LTE通信已经是当今通信的主流方向，中国也已经进入了LTE无线通讯投资和布网的关键时期，中国移动作为国内电信运营商的龙头，更需要把握好方向和发展进度。在组网方面的选择和无线通讯设备的选择上需要更加睿智，着眼于未来，把握好方向，以较低的成本实现更高的效益。
[参考文献]
[1]苏航.TD_LTE网络规划设计研究.北京邮电大学硕士论文.2012年6月.
[2]方晖.TD_LTE系统中的MIMO空分复用技术研究.南京邮电大学硕士论文.2013年4月.
[3]高英.LTE技术介绍及现状剖析[J].电子与电脑，2008（9）：43-47.
[4]胡海波.3G長期演进技术-E3G[J].世界电信，2006（4）.12-14.TN92.A.
关键词：TD-LTE；组网选择；基站选址；全频段天线
1 前言
当今，随着通信技术的飞速发展，移动通信的更新换代的速度越来越快。现有的2G，3G技术已经不能满足人们对于高速的数据业务的需要。而LTE（Long Term Evolution）是3GPP的长期演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准。LTE采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，在20MHz的频带内能够实现下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。同时，由于LTE采用MIMO和OFDM技术，可以有效的克服无线通信中的多径衰落的问题。
经过近几年的研究，LTE技术已经趋于成熟。国内外都在加紧部署商用的LTE网络。根据GSA的统计，今年年底将有87个国家部署248个LTE网络。在LTE终端方面，目前已经有97个设备商提供821款商品，全球用户已经达到1.07亿。
2 国内发展现状及问题
今年将是中国4G的开局之年。据悉，中国移动已于日前正式启动2013年度TD-LTE无线网勘察设计服务集采工作。根据中国移动之前发布的规划，今年将会在344个城市部署超过20万个TD-LTE基站。广东移动的TD-LTE基站数已经达到7000多个，在建TD-LTE基站近1000个，主要分布在深圳、广州等大城市，2013年规划增加TD-LTE基站2.4万个。
有组织对TD-LTE中国市场的发展进行两种预测，称中国TD-LTE用户发展取决于运营商格局，在一家TD-LTE运营商情况下，2016年中国TD-LTE用户（仅中国移动）将会超过1.1亿；而在乐观预期下，由于其他运营商（指中国联通和中国电信）在3G阶段已经有了巨大的投入，中国移动的TD-LTE市场策略将会促进其他运营商发展TD-LTE。
同时，众所周知，LTE可以提供高速的数据传输。不需要网线，一部几个G的高清电影，几分钟就能下载完成；公司可以利用视频开会，不仅高清，而且可以在移动中进行；乘车时可以随时打开网络社区，与好友进行视频聊天、传送有趣的文件；在地铁车厢里不仅能快速上传下载大容量资料，还能用互联网电视流畅观看高清大片。然而，在LTE的巨大光环之下，LTE网络的部署却遭遇到很多问题。
2.1 组网方案的选取问题
首先需要解决的一个问题就是组网方案的选择。据悉，在运营商内部和设备商中对于建网方案都没有形成一个统一的意见，分歧主要在于是新建网络还是升级原有的网络。
目前可供中移动建网的频段至少有F频段和D频段，其中，D频段是国际电信联盟确定的全球主流TD-LTE频段，中国工信部也已经明确该频段的共计190MHz频率（2500-2690MHz）用于TD-LTE。F频段则是此前中国移动TD-SCDMA的主频段。这样一来，中国移动的4G建网就有F频段、D频段，以及F/D混合组网等多种方案，而F频段又有基于原TD-SCDMA基站升级和共址新建两种方案。从技术指标、运营商长远利益等因素出发，新建方案更加理想。因为，首先F频段所处位置复杂，既有小灵通，又有TD-SCDMA，设备射频性能的先天不足，会让网络受到干扰，影响网络性能，只有通过大规模替换原有3G设备的RRU才能解决问题；其次，TD-LTE使用时分双工的方式，上下行时隙配比决定了两种方案的时间资源分配，F频段升级方案会造成下行容量下降约25%；第三，TD-LTE技术与现有2G、3G网络存在较大差异，对网络优化提出了不同的要求，升级方案会加大运营商后期的网络优化难度。然而，升级方案不仅可以实现快速部署，而且有助于运营商节省投资近50%。如果一个城市现有的3G网络符合LTE网络结构要求，采用F频段升级是最合理的方案。
2.2 选址问题
另一个重要的问题是LTE网络建设的选址问题。近年来，人们越来越意识到基站会对于人体造成辐射。当在小区楼顶安装基站时，附件的居民会不可避免的遭到电磁辐射的影响。LTE网络选取的频段更高，覆盖面积越小，所以基站的数量相对于GSM基站来说会更多。过多的基站不仅影响美观，增加选址的难度，增加建设的费用。据悉，上海的TD-LTE建设六期宏基站规划的2400个基站中，无法完成购足的近500个，占比约20%，其中有近一半源于业主阻挠，有30%为居民区及学校，均由于对电磁辐射等的担忧，对建设TD-LTE基站表示极度反感与不配合，难以协调。国际经验证明，信号的广泛覆盖是TD-LTE取得先机的重要保障。目前，TD-LTE在我国还处于扩大规模试验阶段，产业链还有待完善，很多问题都阻碍着TD-LTE进一步扩大规模试验覆盖范围乃至商用化的步伐。
一个基站的拆迁，不只是影响覆盖范围内的信号，更有可能改变整个网络的布局，可谓“迁”一发而动全身。对于我国来说，TD-LTE网络建设越快，覆盖越好，越早进入大规模商用阶段，就越能吸引全球产业链加入，从而实现全球漫游能力、规模化、低成本化，带动全社会进入4G时代。为此，需要国家在政策制定、频率规划等方面给予TD-LTE更多的指导，需要地方政府在基站选址和性能测试等方面给予更多的支持，需要产业链上下游在芯片研发、终端制造、应用开发等方面与运营商共同努力。
3 解决方案
3.1 F+D混合组网的确定
通过建设和试用经验总结，已经明确未来的网络形态采用F+D混合组网，F频段的建设以升级为主，网络结构不合理站点采用新建方式，D频段全部新建。从成本上比较，利用F频段新建的设备投入成本比F频段升级高出近50%，而利用D频段建设的话，同一片区域相同的覆盖范围，单纯用F频段建设，与单纯用D频段建设相比，D频段要多建设约26%的基站量。由于中国移动整体规划2013年4G一期网络建设以快速实现覆盖为目标，频段侧重以F频段升级为主，对原F频段站址站高等网络结构不合理的站点则采用新建方式，D频段则在合适的区域进行辅助建设。那么一个城市的网络就会形成这樣的结构：第一层网络是F频段的覆盖，里面有一个小圈是D频段的，D频段所覆盖的区域肯定是F+D频段的同覆盖，F频段用来解决广覆盖以及部分区域的深度覆盖，D频段用来解决热点区域以及主城区的容量吸纳。因为F频段只有一个载频，D频段可以做到两到三个载频，这样的话，F频段做第一层网络，D频段做容量的吸纳，会是一个比较科学合理的网络结构。 F频段的TD-LTE网络建设是以升级为主，还是以新建为主呢？如果一个城市现有的3G网络符合LTE网络结构要求，采用F频段升级是最合理的方案；如果部分3G站点结构不够合理，比如说站址、站高、站间距的不合理设计，采用F频段升级建设方案的话，LTE网络就难以达到优质网络的这个目标，而这部分站点需要进行新建。
3.2 减小基站数量和选择问题
而对于选址困难的问题，一方面需要增大宣传力度，向群众耐心说明。电磁辐射强度是与距离的平方成反比，也就是发射基站越高，对人体的影响就越小。通信基站产生的辐射值不如一台电磁炉甚至电视机对人体的影响大。由于TD基站采用智能天线，发射功率只需要8W左右，大大降低了对周围环境的影响，实际辐射更小。
另一方面，在部署网络时，应当尽量少建基站。因为，在我们的生活环境中，到处都布满了各种各样的天线。包括我们通话用的GSM网络、3G TD-SCDMA网络、用于数据业务的无线局域网WLAN以及即将商用的LTE网络。这些通信网络需要不同的天线，因为他们的工作频段不同，不能采用一种天线来实现所有网络的覆盖。如果采用单一的天线，同时覆盖GSM、TD-SCDMA、WLAN、TD-LTE这些网络所需要的频段，就可以大量的减少基站的数量。这样既可以大幅度的节省建设成本，还可以减少布网中选址的难度。同时，也可以美化我们的生活环境。根据当前的研究现状来说，实现LTE的1.71-2.69 GHz的频段范围的天线设计已经不再是一个难题，很多设备供应商都已近生产出多种LTE天线。但是，能同时将800～900MHz GSM频段和LTE频段同时实现的天线还很少。个别厂商采用在一个大的天线罩中同时安装两组不同的天线来达到全频段的覆盖。但是，这样使得天线的尺寸大大的增加，馈电变得复杂。如果采用单个天线阵子可以同时实现全频段的覆盖将是一个很大的进步。不仅可以减小天线的尺寸，还可以大大降低生产成本，据悉这方面的研究已经有了一定的成果，相信不久的将来会出现这种结构简单，覆盖全频段的天线。届时，将大大减小中国移动LTE网络建设的投入。
4 总结
LTE通信已经是当今通信的主流方向，中国也已经进入了LTE无线通讯投资和布网的关键时期，中国移动作为国内电信运营商的龙头，更需要把握好方向和发展进度。在组网方面的选择和无线通讯设备的选择上需要更加睿智，着眼于未来，把握好方向，以较低的成本实现更高的效益。
[参考文献]
[1]苏航.TD_LTE网络规划设计研究.北京邮电大学硕士论文.2012年6月.
[2]方晖.TD_LTE系统中的MIMO空分复用技术研究.南京邮电大学硕士论文.2013年4月.
[3]高英.LTE技术介绍及现状剖析[J].电子与电脑，2008（9）：43-47.
[4]胡海波.3G長期演进技术-E3G[J].世界电信，2006（4）.12-14.TN92.A.