4GLTE的关键技术及其现网实践

邵建，韦庞

（中国移动通信集团江苏有限公司，江苏 南京 210012）

1 4G国内外的商用现状

2013年底工信部向三大电信运营商颁发了TDLTE商用牌照，基于3G网络的建设经验，中国移动率先开展TD-LTE网络的建设与运营；2014年6月底中国联通和中国电信获得了LTE FDD试验网牌照，国内三大运营商全面开展4G应用。以中国移动的TD-LTE商用网络为例，1年左右时间用户数已超过9 000万，市场发展形势喜人而且4G用户量仍在快速增长中。

据GSA（Global mobile Suppliers Association）的最新统计报告，截止2014年底全球已有360个电信运营商开展4G商用，其中48个运营商应用了TDD网络、17个运营商启用TDD+FDD混合组网，同时LTE-A（LTE-Advanced）在全球范围内开始兴起。

2 国内LTE的频谱规划和应用

2.1 4G频谱划分

移动通信的发展离不开无线频率，频谱既是宝贵的资源也是4G LTE发展的基础。全球有近44%的LTE网络使用1 800MHz，其是目前应用最广泛的频段，有76个国家已部署了158个LTE 1800M网络；第二大广泛应用的频段是有超过25%的LTE网络部署的2.6G；1900M频段在全球仅有6个电信运营商。

中国国内的TD-LTE频段如图1所示，以中国移动为代表的TD-LTE主要使用1 880MHz—1 900MHz的F频段、2 320MHz—2 370MHz的E频段、2 575MHz—2 635MHz的D频段，其中E频段用于室内覆盖，D频段和F频段主要用于室外覆盖。

图1 TD-LTE频段划分

目前仅中国联通和中国电信获得了LTE FDD的实验网牌照，分别在全国多个城市开展LTE FDD的实验网建设和4G业务应用，其采用了国际上商用成熟度高且应用最广泛的1800M低频段，具有覆盖范围广等诸多优势。

2.2 国内LTE商用网络对新技术的需求

移动通信选用的载波频率越高，基站覆盖的范围则越小，导致网络部署的成本增加且对网络设备和终端的技术要求更高。F频段处于TDD频谱的最低端，比D频段低了700MHz左右，因而非常适合室外大网的宏蜂窝覆盖。曾有设备商指出，采用F频段的单站覆盖面积将会达到D频段的1.8倍，因而采用D频段要比F频段占用更多的站址资源。

中国移动的T D-L T E无线帧结构是基于T DSCDMA扩展的且两者都是TDD系统，因而LTE在F频段上部署，既有利于将来TD-SCDMA向LTE的平滑升级，使得TD-LTE能充分利用TD-SCDMA现有的网络设备，又能大大减少站址资源，节约基站建设和维护成本。

综上所述，现网室外宏基站使用的载频以F频段为主，便于3G和4G网络的协同和未来3G网络的平滑升级。F频段可用于LTE的带宽仅有20M，如何为多个用户提供4G无线宽带服务，这就要引入4G的关键技术，如载波聚合、Small Cell等。

3 VoLTE及其商用成熟度

LTE网络主要为用户提供高速率的无线宽带数据业务，语音通话基于分组数据通道承载，即VoLTE（Voice over LTE）。如图2所示，VoLTE主要包括eNode（无线基站）、LTE核心网和IMS网络，语音呼叫信令经过IMS（IP多媒体子系统）网络控制，语音数据包基于LTE的移动宽带（即IP网络）承载。

据GSA数据统计，全球已有22%的4G运营商在研究、试验或商用VoLTE，但目前仅有7个国家的14个运营商正式商用VoLTE以承载高质量的语音。由此可见VoLTE的商用成熟度较低，国内的VoLTE也在起步阶段。

图2 VoLTE的网络架构

为了向用户提供4G语音通话服务并且在没有4G网络覆盖的区域保障语音通话的连续性，VoLTE业务的开展需要手机和网络设备均要支持CSFB（电路域回落）和SRVCC（单无线模式语音呼叫连续性）技术，SRVCC技术比较复杂，对手机要求高且对2G网络的改造大。

中国移动已在2014年完成了VoLTE内部测试，实践了包括VoLTE、RCS（融合通信）、eSRVCC（增强型SRVCC功能）等LTE语音解决方案的商用验证。近期浙江移动完成了杭州城区VoLTE试验网络的各项基础测试，包括基站软件升级、HSS融合改造、业务开通、高密集区的业务体验优化等。根据现场测试情况，VoLTE业务体验良好，具备了试点应用的条件。江苏移动在南京奥体等多个区域完成了VoLTE用户体验的测试，开启了相关地理区域的VoLTE、eSRVCC切换、RoHC（可靠性头压缩）功能，使用VoLTE专用测试终端完成了VoLTE语音、视频通话及eSRVCC切换等测试。

综上所述，国内的4G网络已初步具备了支持VoLTE的软硬件条件，但目前市场上支持VoLTE的手机品牌种类太少，再加上VoLTE缺乏市场、技术等方面的应用经验，因此2015年VoLTE可扩大试点并逐步开展试商用推广。

4 LTE-A关键技术成熟度与应用情况

4.1 载波聚合技术

为实现高速率的移动通信，如下行峰值速率超过200Mbps，LTE-A（LTE-Advanced）引入了CA（Carrier Aggregation，载波聚合）技术，其根本思想是增加传输带宽，即将数个独立的较小带宽的载波整合为一个大带宽的载波。载波聚合技术是LTE-A核心技术之一，可显著提升用户峰值速率和小区平均吞吐量。

如图3所示（仅用2个载波示例），载波聚合技术按成员载波（CC，Component Carrier）使用频段的不同分为3种场景：所有载波在同一频段内且频率相邻（如20M带宽的成员载波1为：2 575MHz—2 595MHz，成员载波2为2 595MHz—2 615MHz），所有载波在同一频段内但不相邻（如成员载波1为：2 575MHz—2 595MHz，成员载波2为2 615MHz—2 635 MHz），载波属于跨频段（如中国移动TD-LTE的D频段载波和F频段的载波）。

图3 载波聚合技术的频段使用场景

图4为载波聚合技术的一种部署场景，中国移动的TD-LTE网络在室外基于D频段（60M）和F频段（仅有20M），在室内仅基于E频段可实践载波聚合技术。目前中国移动在3GPP国际标准化组织中主导了多项TDD载波聚合的国际标准，包括D/E频段内两载波聚合、F频段内和F+D跨频段的两载波聚合标准，近期已在广东、江苏、浙江等省份完成了载波聚合技术的现网试验工作。以江苏移动为例，在苏州已完成F+D频段载波聚合的实网测试，实测峰值速率达202Mbps，在载波聚合覆盖区域路测的峰值速率超过了90Mbps；在无锡基于E频段（室内）和F频段分别开展频段内的载波聚合试验，结果显示试点区域的平均下载速率提高1倍，单流室分的平均下载速率可达到103.6Mbps，室外宏站的下载速率达到203.6Mbps。

图4 载波聚合部署场景示意图

基于多个载波的联合资源分配、调度和载波间的负载平衡，载波聚合技术高效率地利用了频谱资源（对比未开启载波聚合的独立的多个载波应用），因而增加了现有网络吞吐量和容量，大幅度提升高负载网络中的用户感知。随着4G用户的增多和网络吞吐量的高速增长，载波聚合技术在国内LTE网络中的商用需求日益迫切。目前载波聚合技术的应用还存在网络设备应用成熟度较低且部署复杂（如涉及网络规划等）、终端功耗大、支持的终端少等问题，相关技术成熟后方可规模应用。

4.2 TD-LTE深度覆盖技术及其应用

由于制式和频段（多处于如2.6GHz的高频）的差异，TD-LTE的基站覆盖能力比3G差，在实际网络建设中（如在TD-LTE初期建设中，多与现网的3G共基站或基于3G基站进行升级），室外覆盖的盲区、弱覆盖问题较为严重，尤其是室内覆盖很差。若使用传统宏基站解决弱覆盖问题，存在站点选址困难、投资高等问题。LTE-A系统引入了Relay技术来增强室外的覆盖，可提高小区边缘吞吐量，同时引入了Small Cell技术来增强室内的覆盖。

（1）Relay技术应用

如图5所示，Relay技术原理是eNodeB基站先将信号发送给RN（Relay Node，中继节点），再由RN进行处理并与用户手机通信。Relay节点相当于4G基站下挂的子基站以提供4G信号的覆盖，因而Relay解决方案可以增大4G小区的室外覆盖范围，提升系统链路性能，改善小区吞吐量。现网中多以应急通信车（充当Relay站点）来保障室外覆盖，这样也可大大减少相关投资。近期江苏移动在南京等地开展了省内4G Relay应急通信的试点，Relay设备支持2G/4G双模，对接收到的射频信号重新进行基带处理，以独立小区的形式进行覆盖，在无阻挡情况下实测覆盖距离可达500m左右，4G信号稳定时下载速率超过50Mbps。

Relay技术需要现有的4G基站改造、增加Relay节点的投资建设和部署，其中还涉及网络规划和优化，涉及的待解决问题较多，目前仍处于试点阶段。

图5 TD-LTE Relay技术应用

（2）Small Cell技术

Small Cell技术主要为解决室内覆盖不足的问题，TD-SCDMA时代，为解决室内覆盖差的问题就已推广应用Femto Cell解决方案，在家庭环境下为用户提供一个Femto（毫微微）设备来提供室内的3G网络覆盖。如图6所示，Femto采用低成本的数据回传方式，通过有线网络与3G/4G核心网通信，目前江苏移动家庭Femto用户已发展20万左右。4G提供了类同的室内覆盖解决方案，江苏等省份已试点了LTE-Femto解决方案，其可与LTE大网自动双向切换；同时面向办公楼、厂房、商铺等多种场景，已开展企业Femto解决方案的试点，解决室内覆盖的问题。

图6 Femto网络示意图

5 LTE测试工具的演进

面对LTE复杂的技术和丰富多样化的业务应用，中国移动已推出OTS（Open Testing System）云测试系统，如图7所示，基于云架构和开放能力，对于LTE网络问题，OTS系统可提供端到端多源数据无损还原、用户感知指标分段解析、信令/业务流程与指标同步动态回放和后台自动化测试分析等功能，实现LTE端到端的在线自动化测试，解决了传统测试周期长、投入大的问题。

6 结束语

图7 中国移动OTS测试系统

LTE市场需求巨大，随着用户数量的持续快速增长，需要研究和应用新技术方案来提升频谱的利用效能、提高无线网络速率、解决网络弱覆盖问题。随着VoLTE、载波聚合、LTE Relay等技术的不断完善和市场应用成熟度的逐步提高，LTE终端及测试系统/工具的升级演进将带来网络维护成本的降低，未来LTE-A网络的商用进程会大大加快。

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