LTE与3G网络设计异同点研究

【摘 要】

由于LTE采用了一系列新技术，因此LTE网络设计与3G有着一些明显的不同点。以LTE FDD和CDMA2000网络为例，分析了LTE与3G网络设计的主要异同点：LTE与3G在覆盖性能方面有较大差异，主设备形态以BBU+RRU为主，天线有2T2R、2T4R、2T8R多种组合，室分设计有单通道、双通道两种模式，承载采用IP方式。

【关键词】

LTE 3G CDMA2000 网络设计

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-01-0024-04

2013年，LTE建设明显加速。GSA同年8月发布的LTE演进报告显示，全球有443家运营商正在投资LTE，其中204张LTE网络已经开通商用服务。由于LTE采用的关键技术、工作频段、设备形态、天馈与3G均有较大不同，因此LTE与3G网络设计有着较大区别。本文以LTE FDD和CDMA2000网络为例，分析了LTE与3G网络设计主要异同点。

1 LTE与3G技术对比

LTE采用的关键技术与3G明显不同。首先LTE选用了新的OFDMA多址方式，配合MIMO技术，峰值速率及频谱利用率较3G有明显提升。其次，LTE采用扁平化网络架构，取消了基站控制器，带来了时延的降低及运维成本的节省。LTE与3G技术的对比如表1所示：

2 覆盖设计

（1）LTE与CDMA链路预算差异分析

无线蜂窝系统的链路预算过程与制式基本无关，只不过LTE的链路预算需要考虑SINR、传输块分配和MCS选择，而CDMA要考虑系统自干扰及虚拟软切换增益等。

在相同频段条件下，CDMA和LTE的链路预算差异体现在以下几个方面：

1）边缘速率不同：由于CDMA的边缘速率需求典型值为DL 153.6kbps/UL 76.8kbps，远小于LTE的DL 4Mbps/UL 256kbps，因此接收机灵敏度方面CDMA好于LTE 3～5dB。

2）CDMA的自干扰较大：由于CDMA是自干扰系统，而LTE在小区内没有同频干扰、在小区间有ICIC技术用于抑制邻区的干扰，因此总体上CDMA的干扰余量相比LTE高4～5dB。

3）EV-DO存在虚拟软切换增益：EV-DO的前向使用虚拟切换技术，在链路预算中需要考虑软切换的增益，相比LTE好1～2dB。

考虑上述多种因素的综合作用，相同频段CDMA网络覆盖性能比LTE要好2～3dB。

（2）800M CDMA与2.1G LTE覆盖能力对比

假设2.1G LTE的边缘速率要求下行1Mbps/上行256kbps，800M CDMA EV-DO的要求下行153.6kbps/上行76.8kbps，在综合考虑考虑频段差异后（LTE工作频段为2.1G，EV-DO工作频段为800M），LTE的小区覆盖半径市区相当于EV-DO的80%左右，郊区相当于EV-DO的50%左右（使用标准Cost231-Hata模型）。

（3）LTE与CDMA链路覆盖半径对比

由Cost231-Hata模型计算出2.1G LTE和800M CDMA不同区域的基站覆盖半径及站间距，如表2所示：

表2 LTE和CDMA2000不同区域基站覆盖半径及站间距

制式 频段 天线

模式 上行业务

速率/kbps 密集市区/km 一般市区/km 郊区/km

CDMA 800MHz 1×2 PS 153.6 0.38 0.47 2.94

LTE 2.1GHz 1×2 PS 256 0.30 0.37 1.39

3 BBU部署方式

在3G部署期间，已开始引入BBU+RRU分布式基站，不过3G建设中的设备主流形态是宏基站。在LTE设计中，BBU+RRU将成为主流，因此必须重点考虑BBU的部署方式。

（1）BBU部署方式选择

BBU部署主要有两种形态：

集中部署方式：将一定量的BBU集中放置在一个物理局址内，在韩国已有成熟的规模应用；

分散部署方式：BBU放置在本局点机房，或利用附件基站机房。

（2）BBU部署方式比较

1）BBU集中设置

BBU集中设置可以降低配套机房、电源等建设量，降低谈点难度，加快建网速度，并有效降低建设成本，提高投资效益；另外，BBU集中设置增加了网络维护的便利性，并有利于考虑未来的技术演进。

BBU集中设置对BBU机房的安全性要求较高，并且对光缆的需求量较大。

2）BBU分散设置

BBU分散设置时，BBU设备及RRU设备放置在同一物理站址，基站管理单元清晰，单个站点的故障对全网影响较小。

BBU分散设置需要建设机房，增加了站点的获取难度，延缓了工程建设进度，同时需要建设配套电源、空调等，配套投资偏大。

（3）BBU集中放置传输方式选择

传输建议采用星形结构，不建议采用环保护方式。星形传输方式具有建设周期短、节点调整灵活、光缆网建设成本低等优点。对重要基站可采用不同物理路由光缆的双上联保护机制。

（4）BBU-RRU连接方式选择

方式一：采用一个天面的3个RRU分别连接至所属BBU；

方式二：采用一个天面的3个RRU采用级联方式，与BBU间形成环保护。

方式一虽然光纤需求比较高，但具有对RRU设备要求低、技术成熟度高等优点。方式二各厂商产品还未得到规模应用验证。综上分析，目前组网推荐采用方式一。endprint

4 天馈设计

与CDMA2000相比，LTE的天馈设计相对复杂一些，需根据不同场景选用不同的天线组合。根据天面资源情况，场景主要分为两种：

（1）原天面具备新增天馈条件的，独立部署LTE天线；

（2）原天面不具备新增天馈条件的，需选用CDMA+LTE双频天线。

LTE引入了MIMO技术，天线产品类型比CDMA丰富，有2T2R、2T4R及2T8R多种，目前2T2R、2T4R应用较多。结合天面资源情况，天线设计可分成表3所示几种天线组合。

2R天线和4R天线上行接收性能相差3～3.5dB。在密集市区，由于站间距较小，2R方案基本可以满足LTE网络部署要求。对于一般城区、郊区农村环境，基站站间距一般较大，网络一般表现为覆盖受限，可部署4R天线提升上行覆盖性能。

2T2R和2T4R部署方案，其天面配套的差异主要体现在馈线上。如果采用BBU+RRU的主设备形态，由于RRU上塔且RRU与BBU之间采用光纤连接，两种方案馈线实施的差异对于工程实施的影响较小。

5 室分设计

LTE室分设计与CDMA2000最大的不同是有单通道和双通道两种模式。单通道即为1套天馈分布系统，采用1副单极化天线。双通道模式支持MIMO技术，有2套天馈分布系统，采用2副单极化天线或1副双极化天线。具体设计中，双通道又可分为两种：一种是利旧一路原有室分系统，新建一路；另一种方式是新建两路室分系统。室分建设方案对比分析见表4。

6 承载设计

LTE承载设计与CDMA2000网络的主要区别有两点：

（1）承载方式不同；

（2）传输带宽需求差别大。

CDMA2000网络建设初期由TDM承载，传输带宽需求较小：每个1X单载频基站至BSC的传输需求为1个2Mb/s系统；每个EV-DO单载频基站至BSC的传输需求为3个2Mb/s系统。例如S111的1X单载频基站至BSC的传输需求为1个2Mb/s系统；S111+S111（1X和EV-DO各1个载频）双载频基站至BSC的传输需求为4个2Mb/s系统，其中1X占用1个2Mb/s，EV-DO占用3个2Mb/s。

LTE为全IP网络，通过IPRAN或PTN承载。LTE的E-UTRAN侧接口主要包括S1和X2接口。eNB直接和EPC通过S1逻辑接口相连，相邻eNB之间通过X2逻辑接口直接相连。因此，接入网每个eNB的传输带宽需求应为S1接口的流量及X2接口的流量之和。

LTE FDD站点的带宽指标如表5所示：

表5 LTE FDD站点带宽指标

无线空口带宽 20MHz

小区忙时平均吞吐率 34Mbps

eNodeB忙时平均吞吐率 102Mbps

传输开销因子 1.14～1.17

eNodeB峰值吞吐率 150Mbps

LTE单小区主要应基于两种策略进行带宽配置：

（1）基于系统性能策略的单站传输带宽配置

单站eNodeB的S1-U带宽=max（102Mbps，150Mbps）×

（1.14～1.17）

单站eNodeB的X2-U带宽=单站S1-U带宽×0.05

=8.55～8.78Mbps

单站传输带宽=单站S1-U带宽+单站X2-U带宽=179.6～184.3Mbps

（2）基于业务模式策略的单站传输带宽配置

单站eNodeB的S1-U带宽=102Mbps×（1.14～1.17）=116.3～119.3Mbps

鉴于LTE FDD网络部署初期主要建设场景为重点地区和热点区域，应更多从市场竞争和用户体验角度出发，配置足够带宽容量适配满足LTE峰值吞吐率的需求，此时单站的传输带宽建议为185Mbps。

参考文献：

[1] 肖开宏，皮和平，等. LTE无线网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

[2] 沈嘉，等. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.

[3] 张传福，等. CDMA2000 1X/EV-DO通信网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.

[4] 赵训威，等. 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[5] 戴源，等. TD-LTE无线网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

作者简介

皮和平：硕士毕业于原华中理工大学计算机系，国家注册咨询工程师、PMP，现任湖北邮电规划设计有限公司无线院院长，主要从事无线通信规划与设计工作。

IEEE引入新的IEEE 802.11ac规范

据国外媒体报道，IEEE宣布批准IEEE 802.11ac TM-2013，目的是在WLAN上实现更高的多用户传输量。本次修订旨在通过提供高达7Gbps（在5GHz频段）的数据速率改善无线局域网的用户体验，这一速度是之前标准的十倍以上。

IEEE 802.11ac规范增加了80MHz和160MHz两个信道带宽，其中包括适用于灵活信道配置的连续和非连续160MHz信道。这增加了形式为256正交幅度调制（QAM）的更高阶的调制，将数据速率提高了33%。数据速率的进一步的倍增则是通过将空间流数量提高至最大（8个）实现的。此外，IEEE 802.11ac修订版还引入新技术，为多个并发下行链路传输提供支持，该技术被称为“多用户，多输入，多输出”（MUMIMO）。（飞象网）endprint