TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进的关键技术措施

王首峰， 唐显莉， 程楠

（1 中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080；2 中国移动通信集团北京有限公司，北京 100007）

TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进的关键技术措施

王首峰1， 唐显莉2， 程楠1

（1 中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080；2 中国移动通信集团北京有限公司，北京 100007）

本文就TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进相关的若干技术问题进行研究探讨，重点研究了平滑升级面临的BBU、RRU及天线设备共用问题、时隙同步问题及两者使用频谱资源等。

TD-SCDMA；TD-LTE；平滑升级；设备共用；时隙同步

1 引言

TD-SCDMA是我国自主知识产权的3G移动通信系统。经过短短几年的建设，TD-SCDMA系统已经完成城市主要覆盖，拥有超过1亿用户。LTE技术标准化完成，标志着TD-SCDMA技术将朝向TD-LTE技术演进发展。在现有的TD-SCDMA网络条件下，如何以最低成本，最快速地向TD-LTE演进升级，成为运营商需要考虑的重要技术问题。

在TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进方面，主要需要考虑的技术问题应包括：（1）基站设备共用升级的可行性；（2）天面资源重复利用的可行性；（3）系统时隙配比的同步方案；（4）频谱资源的协调与协同发展。

2 基站设备共用升级的可行性

基站设备主要包括BBU、RRU和天馈系统。与基站设备配套的相关资源还包括机房位置、机架空间、电源等。下面逐一分析TD-SCDMA向TD-LTE升级中基站及相关配套资源共用升级的可行性。

2.1 BBU需进行电路板升级以支持TD-LTE

因TD-LTE与TD-SCDMA信号带宽及底层技术原理的差异，TD-SCDMA已有的BBU不能直接支持TD-LTE使用，因此需要增加TD-LTE所需的BBU基带处理单元实现TD-LTE相应功能。

在BBU中，除基带板卡以外，还包括主控、传输、机框、背板等其他辅助设备资源。因此，在明确需要新增TD-LTE的BBU基带处理单元的前提下，可能的BBU升级方式包括如下几种组合：

（1）利用机架空闲空间，新增完整的TD-LTE的BBU设备。

这种方式利用基站剩余的机架空间，完全新增一套TD-LTE的BBU单元。相对来讲全部设备为新增购置，所需的成本最高。

（2）共传输板卡升级BBU。

该方案利用TD-SCDMA已有的BBU传输板卡，新增TD-LTE的基带板。将TD-LTE与TD-SCDMA共用一套传输板卡。对于已具有GE接口的TD-SCDMA的BBU设备无需硬件升级。相对于第一种方案所需成本有所降低。

（3）双模BBU。

双模BBU方案中，TD-LTE与TD-SCDMA共用主控、传输、机框、背板等尽可能多的辅助资源，仅在基带处理单元部分分别由TD-LTE基带板和TDSCDMA基带板完成。相对于前两种升级方式，该方案所需成本最低。但该方案的实施，需要对已有的TDSCDMA的BBU进行背板与机框等的改造和升级，需要一定的硬件改动。

如图1给出了中兴多模BBU——SDR统一基站平台示意图。这种升级方式配置方式较为灵活，可以灵活配置TD-SCDMA和TD-LTE的容量比例。此外，华为BBU升级方案给出两种升级思路。第一种，在BBU中单独增加TD-LTE基带板，TD-LTE基带板和TD-SCDMA基带板分别直接连接传输光纤。第二种，将原有的TD-SCDMA基带板的传输接口连接到在BBU中增加的TD-LTE基带板上，由TD-LTE基带板统一连接传输接口。相对而言，第一种升级方案中两系统耦合度较低，出现系统故障导致另一系统故障的风险更低。

总的来讲，TD-SCDMA基础上，其BBU向TDLTE升级建议采用双模BBU方案实现。尽管采用双模BBU方案需要对TD-SCDMA的BBU设备的改造与升级，但相对成本较低，技术可行。同时，随着TDLTE技术与设备的进一步成熟，TD-SCDMA的BBU设备向TD-LTE升级所需改动将进一步向软件升级方式演进。

2.2 需替换支持TD-LTE的RRU设备

图1 设备举例（BBU升级）

TD-SCDMA原有的RRU设备按照1.6MHz带宽设计，并参照TD-SCDMA标准中规定的载波发射功率设置RRU额定功率，对应的调制解调频率位置及带宽则参照TD-SCDMA所分配的频率资源位置及带宽设计。而TD-LTE系统由于采用灵活的带宽配置和发射功率，并运行于不同带宽，因此，将TD-SCDMA的RRU升级为支持TD-LTE的RRU需要将原有的RRU进行替换。

TD-SCDMA网络仍处于网络投资建设期，还将持续运营一段时间。同时，TD-LTE技术刚刚完成标准化，进入试商用阶段，仍需一定的技术成熟与稳定时间。此外，目前我国的TD-SCDMA和TD-LTE频段中部分频段相距较近。综合考虑以上因素，业界推出同时支持TD-SCDMA及TD-LTE的双模RRU设备。

基于双模RRU设备，TD-SCDMA基站可作为TD-LTE升级基站使用。双模RRU设备输出功率需同时支持TD-SCDMA及TD-LTE的射频单元功耗，并且双模RRU基于原有的单模TD-SCDMA的RRU设备设计改造，因此相对于单模RRU设备对TDSCDMA支持的载波数量略有降低，但获得了同时支持TD-LTE的双模能力。这种双模RRU的设计制造成本提升相对较小，已在现有TD-SCDMA基站设备中广泛配置。

以中兴产品为例，R8928FA/R8928F支持在F频段上TD-SCDMA/TD-LTE双模室外应用，而R31AE/R31E2支持在E频段上TD-SCDMA/TDLTE双模室内分布应用。

只需未来TD-LTE运行频带位置在双模的RRU频带支持范围内，这些配备双模RRU设备的TDSCDMA基站可方便地升级为TD-LTE基站。

2.3 共用TD-SCDMA天馈系统将带来更多的TD-SCDMA/ TD-LTE联合性能调试

根据目前TD-LTE试商用的频段资源和TDSCDMA的分配频谱资源，可知在F频段（1 880～1 920 MHz）上TD-SCDMA系统与TD-LTE系统临频。因此对于天馈系统来讲，这个频段上的TD-SCDMA向TD-LTE的升级，只需两系统共用的天线支持频段宽度足够两系统各自的频段使用要求即可。

但需要注意的是，无线网络性能优化的重要手段之一是调整各小区的天线方向角与下倾角参数。因此，在TD-SCDMA与TD-LTE共用天馈系统的情况下，无法单独地调整一个系统的天线方位角实施网络优化，必须同时兼顾另一个系统的网络覆盖、容量及切换性能。这在网络优化方面增加了后期网络维护和调试的难度。

2.4 共用TD-SCDMA基站配套设备可行

基站配套资源主要指机房位置、机架空间、电源等资源。受益于现有的基站建设设计标准，现有的TDSCDMA基站大部分预留有一定的机架空间及电源供电能力。参考上述的TD-SCDMA向TD-LTE升级所需改动要求，现有TD-SCDMA基站设备基本可满足升级需要。

相对于室外基站的升级，室分TD-SCDMA系统升级至TD-LTE系统还需要注意由单通道扩展至双通道的问题。不同于以往的无线通信系统（TD-SCDMA、GSM），TD-LTE由于采用了多天线技术，需要两个通道实现多天线技术以提供更高的传输速率及复用增益。因此，对于已有的单通道室分系统可以考虑新建一路通道，而另一路通道与原有的TD-SCDMA/GSM通道合路的方式建设；对于新建建筑或新建室分系统，则建议直接建设双通道室分系统已满足未来开设室分TD-LTE的需求。此外，若通道扩展受限，可采用中国移动设计院提出的TD-LTE室内“一线式”解决方案，即“薇蓝有源天线系统”，基于变频技术利用一路分布系统即可实现MIMO双路传输，其灵活、方便的建设优势决定了其在TD-LTE室分变频规模部署中将具有广泛的适用性。

此外，利用变频技术也可以实现在单通道的室分系统中完成双路信号传输的方式。该方法的基本思路是，将一路信号变频复用在同一路通道内传输，天线端复用原有的双极化天线或两根单极化天线。仿真表面，在室内环境中，TD-LTE的CP长度可以容许变频带来的两通道之间的时延。该技术中双路功率平衡及对已有单通道室分系统的频段情况需要根据具体部署场景决定。

3 天面资源重复利用的可行性

天面资源指可供无线通信系统假设天线的空间位置资源。天面资源也是基站选址过程中一个十分重要的选址内容。天面资源所处的位置、高度，可供天线假设的数量等决定了相应基站的综合性能、容量、与周边基站的邻区关系配置、可拓展的载频数量等一系列关乎网络综合性能的重要指标。在已有的GSM及TD-SCDMA网络中，由于站址资源缺乏，天面位置过高带来的越区覆盖等问题始终困扰着网络优化人员。

根据目前GSM及TD-SCDMA站址资源，特别是城市热点区域的站址资源情况来看，为TD-LTE寻找单独的新的站址资源，特别是天面资源的可能性很小。因此，未来在城市热点区域的TD-LTE网络建设，最有可能的是共用原有TD-SCDMA及GSM基站的站址及天面资源。

在共用天面资源的情况下，如果天面上仍存在新增TD-LTE天线的位置，则应尽可能以新增TD-LTE天线为主；对于天面上无法新增TD-LTE天线的情况，则考虑TD-LTE与TD-SCDMA共用天馈系统。

TD-LTE宏基站产品有8天线和2天线两种类型，8天线基站产品的吞吐量和覆盖能力高于2天线（平均吞吐量高20%左右），但8天线基站的RRU体积、重量比2天线设备高30%左右。

采用支持FAD频段的8通道双极化天线的优势在于能够与TD-SCDMA实现共天线，但目前尚不能实现F、A、D 3个频段的分别电调，共天线时无法满足3个频段均覆盖最优。

4 系统时隙配比的同步方案

TD-SCDMA向TD-LTE的平滑演进，不仅是技术设备上的更换与替代，同时也包括了TD-SCDMA与TD-LTE网络协同工作的共存阶段。在这个共存阶段中，实现TD-SCDMA已有用户和业务的逐步发展，并逐步培养起TD-LTE用户群体。随着用户换机与新业务发展，TD-SCDMA用户逐步转化为TD-LTE用户，从而最终实现TD-SCDMA向TD-LTE技术的平滑演进。

因此，需要确定TD-SCDMA与TD-LTE两系统的时隙如何协调，使得在两系统共存的环境下，不致产生严重的系统间干扰。

TD-SCDMA的无线帧长度为10ms，由两个长度为5ms的子帧构成。在进行子帧配置时前后两个子帧配置同，如图2所示。

图2 TD-SCDMA时隙配比

TD-LTE支持7种上下行子帧比例配置，包括5ms和10ms的下行转为上行的切换点周期，如表1所示。其中，切换点周期表示存在以对切换点的周期。

表1 TD-LTE子帧配比

表2 TD-LTE子帧配比说明

特殊子帧可以有多种长度配置，如表2所示（以符号数描述）。这种设计除了可以满足运营商的不同覆盖需求外，还为TDD系统演进过程中的基站和基站，终端和终端之间的干扰协调提供了技术保障。

TD-LTE和TD-SCMDA帧结构共存的基本设置方法为通过平移TD-LTE与TD-SCDMA系统的帧头位置，保证UL：DL切换点对齐，通过调整TD-LTE的GP大小避免山下行间的干扰。这种条件下，TDLTE可以与TD-SCDMA的业务时隙比例（TS0仅用于TD-SCDMA控制信令传输）1：5，3：3和4：2实现帧结构共存。图3给出了一种时隙配比条件下的例子。

由图3可知，实现TD-SCDMA与TD-LTE共存的时隙配置受到一定的限制。选择两系统的时隙配置，需要依次满足三方面的限制要求。

（1）TD-SCDMA与TD-LTE的特殊时隙要求。

由于TD-SCDMA和TD-LTE均为TDD系统，时隙设计上必须避免交叉时隙干扰。因此，必须保证DwPTS的边缘不超过GP保护范围，这是配置时隙关系的第一条限制。

（2）GPS时钟偏置。

TD-SCDMA与TD-LTE均需要GPS作为时钟同步，但由于两者帧结构设计的差异，两系统共存时不能使用相同的GPS起始点作为各自帧的起点。因此，需要对两系统GPS时钟进行偏置调整。

根据第一条特殊时隙的限制要求，在DwPTS边缘不超过GP的条件下，计算可知两系统时钟偏置约为700μs。

（3）业务时隙的上下行切换点必须一致。

受限于TDD系统对交叉时隙干扰的敏感性，在配置时隙时必须保证TD-SCDMA的上下行切换点与TD-LTE的上下行切换点完全一致。

基于上述3方面的限制要求，TD-LTE的DwPTS不能超过8个符号。而根据TD-LTE特殊时隙的配置，符合这一限制要求的配置有3：10：1和3：9：2两种。考虑到UpPTS容量保证，假设我们选择3：9：2的特殊时隙配置TD-LTE。

在3：9：2的特殊时隙配置下，DwPTS仅有3个符号，刚好足够完成同步控制信息等的传输，没有富裕资源用于业务数据的传输。从TD-LTE系统性能的角度来看，我们进一步评估TD-SCDMA与TD-LTE同步配置时带来的TD-LTE性能损失。我们以TD-LTE均为上下行业务时隙配比为1：3条件下，分别在F频段采用时隙同步方案和D频段采用一般配置时的系统能力进行分析。

图3 TD-SCDMA与TD-LTE时隙同步的例子

一般情况下，为获取TD-LTE更充分的下行传输能力，特殊时隙配置为10：2：2。一个10 ms TD-LTE帧中出现2个特殊时隙。相比于时隙同步方案特殊时隙配置3：9：2而言，每10ms帧中，TD-LTE将损失14个下行符号资源，相当于损失了一个下行业务子帧。也即，F频段时隙同步的TD-LTE相比D频段一般配置的TD-LTE损失了1/7的容量。

综上，根据上述方法，可以实现在同一区域内TD-SCDMA与TD-LTE的共存，但TD-LTE系统将损失一部分下行传输能力。

5 频谱资源的协调与协同发展

目前，TD-LTE正式商用的频谱资源尚未最终明确，国内仅针对少量试验频率开展研究。以目前的频谱形势，分析TD-SCDMA与TD-LTE未来的频谱资源协同与协调存在一定的难度。

未来TD-SCDMA将逐步向TD-LTE演进。随着TD-SCDMA高性能终端的大力推广，数据业务应用将进一步发展。TD-LTE在技术上与LTE FDD可共用的比例较高，从整个LTE产业链的角度来看，相比于TD-SCDMA将具有更多的技术优势和规模优势。未来TD-LTE产业链的发展预期好于TD-SCDMA的情况。

从总体上来看，考虑到本文所述演进所需的设备升级改造情况，与TD-SCDMA相近频段的TD-LTE将获得直接重用TD-SCDMA的RRU、天馈系统与天面资源的优势；此外，对于与现有TD-SCDMA频段较远的TD-LTE来讲，也可通过对TD-SCDMA的RRU与天馈系统的支持频段升级获得同样的效果。未来TD-SCDMA完全过渡至TD-LTE时，在频谱授权容许的情况下，如果已有TD-SCDMA频谱资源可供TD-LTE使用，则可将升级后的TD-SCDMA完全转化为TD-LTE基站使用，节省设备投入的同时，尽可能缩短TD-LTE网络部署时间。

6 结束语

TD-SCDMA是由我国自主知识产权保护的3G无线通信系统。经过近年发展，已拥有超过1亿用户。随着网络技术的发展，未来TD-SCDMA将演进至TDLTE系统。

[1] 李强．TD-SCDMA无线网络覆盖与容量规划的研究[D]．成都：成都理工大学，2010．

[2] 张磊，唐玲，张航．小区呼吸效应对TD-SCDMA网络规划的影响[J]．电脑与电信，2007，(6)．

[3] 3GPP TS 36．201．LTE Physical Layer-General Description[S]，2009．

[4] 3GPP TS 36．213． Physical Layer Procedures[S]， 2009．

[5] 任毅，卢纪宇，王申． TD-SCDMA设备向TD-LTE平滑演进的方法[J]．电信技术． 2010．(12)．

[6] 程日涛， 汪颖， 汤利民． 利用TD-LTE变频系统在单路分布系统中实现MIMO传输[J]． 移动通信． 2012，(22)．

Key technologies in upgrading TD-SCDMA to TD-LTE

WANG Shou-feng1, TANG Xian-li2, CHENG Nan1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Beijing Co., Ltd., Beijing 100007, China)

This paper focuses on these technologies, especially on shared BBU, RRU and antennas, slot synchronization, and spectrum resources.

TD-SCDMA; TD-LTE; smooth evaluation; shared equipment; slot synchronization

TN929.5

A

1008-5599（2013）09-0031-06

2013-08-16