ＴＤ－ＳＣＤＭＡ与ＴＤ－ＬＴＥ平滑共平台方案浅析

杨雅娟　廖镭鸣

【摘要】文章对TD-SCDMA向TD-LTE演进进行了简要概述,并分析了TD与TD-LTE共平台方案,最后对TD与TD-LTE的BBU共平台单模方案进行了分析。

【关键词】TD-SCDMA LTE 共平台 BBU 单模 方案

随着3G如火如荼地进入大规模建网阶段,无线通信领域的技术发展加速向更高端的4G技术演进。作为我国自主知识产权的TD-SCDMA技术,将首先平滑地向同为时分双工技术的TD-LTE过渡;主要基于正交频分多路复用OFDM技术和多天线MIMO技术,实现更灵活的频谱带宽配置;带来20MHz带宽下行峰值速率100Mb/s,上行峰值速率50Mb/s的高速数据业务体验。TD-SCDMA系统能否尽快实现TD-LTE的商用,并最大化地保护现有TD网络投资,是目前业内最关心的问题之一。

本文主要针对TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进道路上的具体实现方式,对应该采用的合理共平台方案进行分析,以更好地发挥TD-SCDMA技术优势、保持其强劲竞争力并具备可持续发展及平缓演进能力。

1 TD-SCDMA向TD-LTE演进概述

LTE(Long Term Evolution)是3GPP组织对以OFDM为空中接口基本技术的下一代移动通信技术的标准化名称,可以说TD-LTE是目前业界最先进的宽带移动通信系统,具备一系列性能卓越的优势技术,可提供高性能的宽带移动网络。

从TD-SCDMA向TD-LTE的演进,首先是在TD-SCDMA的基础上采用单载波HSDPA技术,速率达到2.8Mbps;其后实现多载波HSDPA,速率达到7.2Mbps;持续发展到HSPA+阶段,速率将超过10Mbps,并继续逐步提高它的上行接入能力。最终在2010年之后,从HSPA+演进到LTE,实现20MHz带宽下行峰值速率100Mbps,上行峰值速率50Mbps。

由以上演进路线的分析可知,由于技术发展的快速,需要充分考虑TD与LTE的共存和演进方式。在TD向LTE演进的过程中,如何最大化地保有TD系统既有网络投资,以最简约方案实现演进至LTE阶段,是重点问题也是难点问题;因此需要采用TD与LTE共平台的方案,以实现更高端的技术应用并最大化降低网络投资成本。

2TD与TD-LTE共平台方案简析

2.1 系统共平台概述

TD与LTE共平台的研究和实现,比较复杂的部分在于基站设备。通常来说,对于系统无线设备BBU和RNC来说,TD与LTE共平台方案分为共机框方案;共硬件平台的共模方案;以及基站系统未来实现的基于软件无线电技术的多模基站,即硬件平台复用,通过软件下载支持TD或LTE方式。图1为TD与LTE共平台的方式分类示意。

对于RRU和天线系统而言,可采用TD与LTE共RRU以及共天馈的方案。目前双极化天线已成为TD-SCDMA天线应用的主流方向,双极化天线可以较好支持向MIMO天线平滑演进,为LTE部署奠定基础;采用双极化天线后,其宽度、重量都减少一半,性能与常规八阵元智能天线相当。采用TD-SCDMA及TD-LTE均可工作的宽频段天线,即可支持TD-SCDMA与TD-LTE共天馈,无需变更天面施工,即可满足未来TD-LTE网络对站址天面的需求。需要特别注意的是,在具体实施过程中,需要认真考虑并分析TD与LTE共RRU及共天馈的方案,分别在同频段和异频段情况下的施工难易度、后期维护问题以及干扰隔离等问题,以选用最合理的共用方案。

2.2 共平台方案简介

系统共平台方案的共机框方式是实现TD与LTE共平台方案的最基本方案,其主要特点是:两个系统独立运行;共用电源和背板;所有硬件板卡不复用。因此共机框方案只是一种TD向LTE演进的最简方案,并不是完全意义上的共平台方案。

最大化保有现有TD-SCDMA网络投资的方式,是共硬件平台的共模方案。该方案可分为单模方式和双模方式两种,单模方式是系统中TD与LTE两个系统独立运行,硬件板卡可复用;支持TD系统在不更换任何硬件的前提下,直接软件升级为LTE系统。双模方式是系统中TD与LTE两种制式协作运行,两系统共用同一套硬件板卡,软件同时运行TD-SCDMA和TD-LTE的工作模式。可见共模方案是目前最为合理的共平台方案,但在实际网络运行中,TD与LTE两种制式协作运行的双模方式需要占用大量的系统资源并成倍增加系统设计复杂度,在实际应用中不推荐采用TD与LTE共平台的双模方案,因此下文将主要对BBU设备TD与LTE共平台的单模方案进行介绍及分析。

3 TD与TD-LTE的BBU共平台单模方案分析

从上文分析可知,TD与LTE共平台的最佳实现方案是共硬件平台的共模方案(单模方式和双模方式)。这种共平台方案可以完全实现BBU设备TD和LTE两种制式的共传输、共背板、共BBU架构以及共用主控及时钟单元;大唐移动全系列TD-SCDMA BBU产品通过软件升级即可支持平滑演进至TD-LTE。BBU的TD与LTE共平台方案如图2所示。

3.1 基带处理单元的TD与LTE共平台分析

对于基带处理单元而言,在支持LTE情况下对于处理器的能力有更高要求;其处理能力会根据处理时延的要求和LTE支持的天线及带宽数有不同要求。图3给出了在不同时延要求情况下,TD与LTE各种天线及带宽要求下的处理器能力要求,可以看到TD系统现有处理能力,基本可以实现5ms时延要求下的LTE各种带宽下的处理能力需求。

3.2 接口单元的TD与LTE共平台分析

TD与LTE共用接口单元,需要重点考虑接口单元的流量;接口单元除提供与上级网络设备的接口外,还提供对RRU单元的接口。

对于上级网络设备的接口Iub、X2/S1带宽来说, TD系统的Iub接口流量主要在于BBU的多个载波业务数据和控制数据总流量;对于LTE系统X2/S1接口,在空口速率下行100Mbps,上行50Mbps情况下,3个20M带宽小区总吞吐量在450Mbps之内,同时还要处理eNB之间的交互数据以及网络管理数据。综合计算分析可知,千兆物理端口完全能够满足TD与LTE共平台接口带宽需求。

对BBU与RRU之间的Ir接口带宽来说,LTE采用2天线时,不管是10M带宽还是20M带宽,都可以在1条2.5G的链路中完成;当采用8天线时,必须采用两条链路。如果是10M带宽,则采用2条2.5G链路,如果是20M带宽,则采用两条3.072G高速链路。对BBU设备而言,TD系统接口单元不需要修改任何硬件就可以实现所有带宽的数据传输。

3.3 控制单元的TD与LTE共平台分析

控制单元在支持TD与LTE共平台时需要考虑其处理能力和交换能力是否可以满足要求。在TD与LTE单模共平台情况下,假设TD-LTE处理20M带宽,1000用户容量,每秒钟50个用户接入,并保持500个激活用户,那么需要420MIPS处理能力;在充分考虑余量的前提下,总的处理能力需要500MIPS;再假设需求为TD-LTE处理3个20M带宽时,那么总的处理能力约为1500MIPS。

接下来分析一下控制单元IP交换能力需求。假设支持20M带宽的TD-LTE,支持最高的下行速率为100Mbps,考虑到1.2~1.5倍的协议开销,则最高需要150Mbps的IP传输速率。假设在实现3个20M的TD-LTE情况下 ,那么需求IP传输交换能力450Mbps。

通过如上TD与LTE单模共平台情况下控制单元能力分析可知,目前TD系统的控制单元协议处理能力和IP交换能力完全可以满足LTE需求,现有TD系统的控制单元完全可以支持LTE 3×20M(即60M)带宽三小区配置应用,并还具备一定的后续扩展能力,因此可满足控制单元只通过软件升级,平滑演进至LTE。

根据如上计算分析可以得出结论,BBU设备最重要的核心单元:基带处理单元、接口单元、控制单元全部具备复用TD硬件板卡,直接软件升级支持LTE模式的处理能力和控制能力。同时在可共用机框、电源、背板和时钟的前提之下,TD与LTE完全意义上的共平台已经具备了充分的条件,因此大唐移动的TD-SCDMA系统可完全平滑演进,只需软件升级支持LTE。

综上所述,基于BBU和RNC设备TD与LTE共平台模式的平滑升级、后续BBU的软件无线电多模基站实现、TD与LTE同频段与异频段共RRU方案、双极化天线便利支持TD与LTE共天馈等,可以实现TD-SCDMA向TD-LTE的完全平滑演进,充分保护网络现有投资、有利于TD的长期持续发展,同时实现LTE高端技术带来的更完美业务应用。