TD-LTE技術(shù)在世博場館內(nèi)的應(yīng)用實(shí)踐＊

練成棟

（中國移動通信集團(tuán)上海有限公司 上海 200060）

2010年上海世博會是繼2008年北京奧運(yùn)會后，我國承辦的又一次大型國際活動，對于展示國家綜合實(shí)力、擴(kuò)大國際交流、促進(jìn)科技與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。中國移動通信集團(tuán)上海有限公司充分利用上海世博會這一歷史機(jī)遇，建設(shè)TD-LTE演示網(wǎng)絡(luò)，形成面向全球產(chǎn)業(yè)和市場的展示窗口，全方位體現(xiàn)中國自主技術(shù)TD-LTE的技術(shù)先進(jìn)性以及快速成熟的產(chǎn)品能力，不僅極大地帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步快速發(fā)展，而且有利于打開國際市場，使TD-LTE形成國際效應(yīng)。

本屆上海世博會上，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋了包含“一軸四館”在內(nèi)的重要場館，在世博會184天的運(yùn)行期間里向各級政府領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)內(nèi)專家和游客展示了多項(xiàng)精彩的TD-LTE業(yè)務(wù)。隨著近日TD-LTE Advanced被ITU確定為4G標(biāo)準(zhǔn)之一，TD-LTE也受到越來越多全球通信廠商和運(yùn)營商的關(guān)注。由于TD-LTE與現(xiàn)有2G/3G技術(shù)相比有很大的不同，因此在室內(nèi)覆蓋建設(shè)及組網(wǎng)方面也有所區(qū)別。

1 TD-LTE技術(shù)概述

TD-LTE又稱為長期演進(jìn)技術(shù)，是3G技術(shù)TDSCDMA的后續(xù)演進(jìn)，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，并改善小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)時(shí)延。

TD-LTE的關(guān)鍵技術(shù)主要有OFDM和MIMO。OFDM的基本原理是將一個較寬的頻帶分成若干個彼此正交的子載波，在每個子載波上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸。這樣既減少了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。如果各子載波所占帶寬足夠窄，它們將分別經(jīng)歷平坦衰落，大大減少了符號間干擾(ISI)。OFDM技術(shù)是TD-LTE系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與主要特點(diǎn)，具有諸多優(yōu)勢，例如抗多徑傳播和頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，動態(tài)信道分配技術(shù)使系統(tǒng)達(dá)到最大傳輸速率，對脈沖干擾的抵抗能力比單載波系統(tǒng)強(qiáng)，頻譜效率高于串行系統(tǒng)。

MIMO技術(shù)是無線通信智能天線技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，其主要思想是在多組不相關(guān)的天線上分別發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，把傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中損害系統(tǒng)性能的多徑衰落因素轉(zhuǎn)變成對用戶通信性能有利的增強(qiáng)因素。該技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率傳輸和提高傳輸質(zhì)量的重要途徑。

2 上海世博會TD-LTE室內(nèi)覆蓋

上海世博會期間，為了給園區(qū)重要場館提供高質(zhì)量的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋和業(yè)務(wù)演示的環(huán)境，需要在一些主要場館中建設(shè)TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。本章介紹了上海世博會TD-LTE室內(nèi)覆蓋的概況。

中國移動在上海世博園區(qū)內(nèi)建設(shè)TD-LTE 室內(nèi)分布系統(tǒng)共9 處（中國館、主題館、世博中心、文化中心、非洲館、企業(yè)聯(lián)合館、行政中心二期、信息通信館以及美國館），其中浦東7處、浦西2處，信號覆蓋了包括“一軸四館”等主要場館在內(nèi)的室內(nèi)空間。除上述9處外，園區(qū)內(nèi)還包括2處由廠商自行承建的TD-LTE室內(nèi)覆蓋場館，即瑞典館和芬蘭館。這是TD-LTE技術(shù)首次進(jìn)行室內(nèi)大規(guī)模組網(wǎng)試驗(yàn)。

在中國移動承建的9個場館中，室內(nèi)TD-LTE頻率使用2300～2320MHz，共20MHz。由于TD-LTE單頻點(diǎn)帶寬為20MHz，因此本次世博會TDLTE室內(nèi)采用同頻組網(wǎng)方式，主要覆蓋區(qū)域包括展廳、辦公區(qū)、VIP室和媒體相關(guān)部分等數(shù)據(jù)熱點(diǎn)場景及重要區(qū)域。

3 TD-LTE室內(nèi)覆蓋關(guān)鍵問題

3.1 室內(nèi)系統(tǒng)架構(gòu)

TD-LTE室內(nèi)分布無線側(cè)設(shè)備硬件架構(gòu)與3G系統(tǒng)類似，為BBU+RRU形式。BBU為基帶處理單元, 一般放置于集中機(jī)房內(nèi)，主要作用是完成Uu接口的基帶處理功能（適合空中傳輸?shù)男诺谰幋a、復(fù)用、調(diào)制和擴(kuò)頻等）。RRU為射頻處理單元，可與BBU一起放置也可以放置在遠(yuǎn)端弱電機(jī)房內(nèi)，主要功能是發(fā)送和接收射頻信號。信號從RRU射頻口輸出后經(jīng)過衰減器饋入室內(nèi)分布系統(tǒng)。這里值得一提的是，由于TD-LTE采用MIMO工作方式，RRU為2端口輸出，因此需要將信號分別引入2套天饋系統(tǒng)。

在世博會中由于場館間差異比較大，一些場館BBU機(jī)房與RRU機(jī)房分離，因此需要用單模/多模光纖將RRU拉遠(yuǎn)至弱電間。另一些場館面積較大，需要多個BBU和RRU進(jìn)行覆蓋，BBU之間需要通過交換機(jī)共用傳輸設(shè)備。因此，世博會TD-LTE室內(nèi)覆蓋主設(shè)備實(shí)際鏈接情況往往如圖1所示。

在工程建設(shè)時(shí)，TD-LTE BBU到核心網(wǎng)傳輸卡板采用單模光纖鏈接，而BBU與RRU之間的光纖可以采用多模和單模兩種形式（需視設(shè)備支持情況或者BBU和RRU之間的距離而定）。當(dāng)BBU和RRU共機(jī)房或機(jī)柜的情況下可以使用多模光纖，當(dāng)BBU和RRU不共機(jī)房，且BBU與RRU離得較遠(yuǎn)時(shí)，BBU通過單模光纖連接到ODF配線架或者ODB配線柜，并通過單模光纖連接到遠(yuǎn)端機(jī)房的ODF或者ODB上，RRU也通過單模光纖連接到遠(yuǎn)端機(jī)房的ODF配線架或者ODB配線柜上。BBU和RRU一般均為-48V直流供電，BBU電源可在BBU機(jī)房從LTE專用整流柜（PDU）上獲取，整流柜與交流配電屏相連。弱電間的RRU一般需要經(jīng)過交直流轉(zhuǎn)換器（AC-DC）與交流配電屏相連。RRU到室內(nèi)分布系統(tǒng)通過2m N接頭超柔跳線連接。

圖1 TD-LTE室內(nèi)主設(shè)備鏈接示意圖

3.2 室內(nèi)組網(wǎng)方案分析

世博TD-LTE室內(nèi)覆蓋頻段為2300～2320MHz，共20MHz帶寬。因此組網(wǎng)方式主要可以分為兩種：2個10MHz頻點(diǎn)進(jìn)行異頻組網(wǎng)和1個20MHz頻點(diǎn)進(jìn)行同頻組網(wǎng)。

對于第一種方案，優(yōu)點(diǎn)為異頻點(diǎn)小區(qū)間干擾影響較小，缺點(diǎn)為單小區(qū)帶寬只有10MHz，因此在小區(qū)容量和單用戶速率方面均會受到限制。對于第二種方案，由于單小區(qū)具有20MHz帶寬，因此小區(qū)吞吐量和單用戶最大速率都比較高，但缺點(diǎn)在于與鄰小區(qū)同頻，小區(qū)間干擾較大，小區(qū)邊緣用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)交差。

在實(shí)際建設(shè)中，應(yīng)視建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇合適的組網(wǎng)方案。若無法通過樓層自然隔離，建議設(shè)計(jì)為2個頻點(diǎn)隔層組網(wǎng)，每小區(qū)使用1個10MHz頻點(diǎn)。若實(shí)際隔離條件允許，建議采用1個20MHz頻點(diǎn)同頻組網(wǎng)。在分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)充分預(yù)留小區(qū)數(shù)，以便后續(xù)進(jìn)行靈活的小區(qū)分裂，增加容量。由于世博場館大多滿足樓層間的隔離條件，而且為了體現(xiàn)TD-LTE高帶寬的特點(diǎn)，因此最終選擇在世博園區(qū)室內(nèi)采用20MHz同頻組網(wǎng)，并盡量避免在小區(qū)邊緣發(fā)生TD-LTE業(yè)務(wù)。

3.3 室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案

通常情況下，現(xiàn)有的2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)并不能完全滿足工作于較高頻段的TD-LTE室內(nèi)覆蓋的要求，當(dāng)TD-LTE引入后與其它系統(tǒng)室內(nèi)共存時(shí)，需要對現(xiàn)有的分布系統(tǒng)進(jìn)行改造，例如更換新的設(shè)備和器件，或者調(diào)整原有布線方式與天線點(diǎn)位等，所有這些修改都會影響到原有2G/3G系統(tǒng)的覆蓋，故應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合考慮，統(tǒng)一規(guī)劃。在改造時(shí)盡量利用原分布系統(tǒng)的設(shè)備和器件，控制改造成本，確保新網(wǎng)絡(luò)和原有網(wǎng)絡(luò)在改造后都能達(dá)到覆蓋要求。

在室內(nèi)建設(shè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)主要可以分為獨(dú)立部署與合路部署兩種方式。對于未建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的樓宇，或者新建分布系統(tǒng)較為容易的樓宇，應(yīng)當(dāng)采用新建TDLTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的方式，同時(shí)考慮2G/3G/WLAN的覆蓋需求。對于已建室內(nèi)分布系統(tǒng)的樓宇，從節(jié)省投資和資源利用等方面考慮，一般建議TD-LTE與原系統(tǒng)進(jìn)行合路，共用分布系統(tǒng)和天饋。而合路方式根據(jù)具體合路位置是在主干前端還是主干后端還可以進(jìn)一步分為前端合路和后端合路兩種方案。各方案的適用場合和特點(diǎn)如表1所示。

TD-LTE與原系統(tǒng)合路共用室分和天線的方案一方面可以節(jié)省建造成本、減少投資，另一方面可以降低施工難度和與業(yè)主的協(xié)調(diào)難度，是一般情況下首先考慮的建設(shè)方案。世博中各運(yùn)營商的通信系統(tǒng)采用POI進(jìn)行合路，但TD-LTE如與多系統(tǒng)合路很容易引入互調(diào)干擾，而且對合路器的隔離度要求較高，在沒有進(jìn)行詳細(xì)測試的情況下，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。而另一方面，TDLTE獨(dú)立部署方案為新建2套室分系統(tǒng)和天饋供TDLTE專用。其工程量、施工難度和投資方面均比之前的合路方式高，但由于TD-LTE與其它系統(tǒng)分開建設(shè)，系統(tǒng)間相互干擾情況將大大降低，各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行便于日常維護(hù)。因此，為了保障TD-LTE世博演示網(wǎng)的性能，最小化TD-LTE與其它系統(tǒng)間的相互影響，保證TDLTE業(yè)務(wù)演示效果，最終采用在世博場館內(nèi)為TDLTE獨(dú)立建設(shè)分布系統(tǒng)方案。

表1 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的3種方式比較

3.4 室內(nèi)MIMO應(yīng)用方案

在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)MIMO需要在信號源處引出兩個射頻通路，建設(shè)兩套室內(nèi)分布系統(tǒng)，不同的射頻通路接入不同的室內(nèi)分布系統(tǒng)，使得在室內(nèi)形成2天線系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 室內(nèi)MIMO方式

對于已建好室內(nèi)分布系統(tǒng)的樓宇，射頻線纜和天線可重用一部分原有室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)MIMO，還要再鋪設(shè)一個通道的室內(nèi)射頻線纜和天線。此外，在保證MIMO多天線同覆蓋的前提下，天線間距還需要滿足一定的隔離度要求。因此，該方案對原有室內(nèi)分布系統(tǒng)改造較大，需視具體情況引入。另一方面，對于新建樓宇，可以直接部署兩套饋線系統(tǒng)和天饋以實(shí)現(xiàn)MIMO工作方式，同時(shí)需要兼顧2G/3G系統(tǒng)的覆蓋質(zhì)量。

在世博會中，由于TD-LTE采用獨(dú)立分布系統(tǒng)，因此在建設(shè)時(shí)已經(jīng)鋪設(shè)了2套饋線系統(tǒng)和天線以支持MIMO工作方式。在天線點(diǎn)位選點(diǎn)方面還需要解決兩個問題：TD-LTE雙天線與2G/3G天線點(diǎn)位的間隔距離和TD-LTE雙天線之間的間隔距離。

表2列出了世博場館中的一些常用系統(tǒng)，并且假定了各系統(tǒng)的機(jī)頂發(fā)射功率和天線口功率，根據(jù)相關(guān)協(xié)議中對系統(tǒng)隔離度的要求，最終計(jì)算得到TD-LTE與其它系統(tǒng)的最小天線間距。但考慮到各系統(tǒng)覆蓋的一致性，又要求LTE與其它系統(tǒng)天線點(diǎn)位不能離開太遠(yuǎn)。綜合考慮各系統(tǒng)的干擾理論值和實(shí)測結(jié)果后，最終確定TD-LTE天線與其它系統(tǒng)天線間距約為1～2m。

圖3給出了MIMO雙天線間距與系統(tǒng)吞吐量的關(guān)系。MIMO雙天線間距越大，信道相關(guān)性越低，MIMO性能就越好。經(jīng)實(shí)際測試驗(yàn)證，建議MIMO雙天線間距應(yīng)至少大于2倍信號波長，最好間隔4倍信號波長，即半米距離。

表2 LTE與其它系統(tǒng)天線隔離度

圖3 MIMO雙天線間距與系統(tǒng)吞吐量的關(guān)系

4 上海世博會TD-LTE室內(nèi)覆蓋性能

世博各場館TD-LTE的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能測試主要包括覆蓋和容量兩個方面。覆蓋采用參考信號接收功率（RSRP）指標(biāo)來衡量，容量采用小區(qū)吞吐量指標(biāo)衡量。最終測試結(jié)果如下。

（1） RSRP大于-105dBm區(qū)域覆蓋率高于98%；

（2） 單小區(qū)下行峰值吞吐量為80Mbit/s，上行16Mbit/s；

（3） 小區(qū)邊緣單用戶下行速率為27Mbit/s，上行為8Mbit/s；

（4） 采用MIMO雙天線系統(tǒng)比單天線系統(tǒng)吞吐量提升約為60%。

可見，相比于現(xiàn)有3G系統(tǒng)，TD-LTE在室內(nèi)的性能有了大幅度的提高，能夠支持諸如高清視頻點(diǎn)播、高清視頻會議、高速上網(wǎng)等一系列3G無法實(shí)現(xiàn)的高速率業(yè)務(wù)需求，為TD-LTE將來在各行業(yè)中的應(yīng)用起到了有力的技術(shù)支撐。

圖4 LTE下行峰值吞吐量截圖

5 總結(jié)

本文主要介紹了中國移動TD-LTE新技術(shù)在上海世博會場館中的實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用情況。隨著TD-LTE技術(shù)的不斷發(fā)展、產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟以及2011年TD-LTE全國規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)的開展，相信TD-LTE技術(shù)的商用時(shí)間也會越來越近。屆時(shí)，將帶給人們更豐富的應(yīng)用業(yè)務(wù)和更良好的通信體驗(yàn)，大大提升我國的通信技術(shù)實(shí)力。

[1]3GPP TS 36.300:”O(jiān)verall Description”

[2]3GPP TS 36.104:”Base Station(BS)radio transmission and reception”

[3]沈嘉, 索士強(qiáng), 全海洋. 3GPP長期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：人民郵電出版社，2009