LTE-4T4R提升现有4G网络价值成就4.5G

钟春兰

（中国电信股份有限公司厦门分公司，福建 厦门 361001）

0 引言

4G已经全面普及，LTE网络正在为用户提供流畅的应用体验。但随着4K、VR、甚至是物联网等新鲜事物的日渐走红，现有LTE网络或许已不能满足新业务、新终端的需求。而从近半年来各运营商陆续推出的不限流量套餐对现有网络负荷冲击看，LTE网络在高校、密集商圈等话务密集的区域，已经出现了较为明显的瓶颈[1]。

1 概述及主要创新价值

为此本文创新运用4*4MIMO功能的FDD 4T4R技术，探究包含下行峰值速率、边缘体验速率、下行覆盖能力等方面网络价值提升；使得在15M频带资源不变，4R终端情况下，小区峰值速率近乎翻倍，从91Mbps提升至170Mbps；普通2R终端的覆盖边缘速率亦获得50%的增幅；同时现网2R终端的各项业务感知也获得不同程度提升。

通过高校场景的连片运用，使得高校现有LTE网络无论在峰值速率、边缘速率、深度覆盖方面，均再上台阶，使得受压抑的流量需求再次获得释放[2]。

在站点升级方面，由于只需要添加少量硬件，在保护现有网络投资的同时实现了网络资源扩大化。

2 LTE-4T4R技术简介

2.1 技术原理

MIMO是对传统单发单收（SISO，Single Input Single Output）技术的增强，泛指在发射端与/或接收端采用多根天线，并辅助一定的发射端和接收端信号处理技术完成通信的一种技术。

2.2 技术分类

MIMO技术有很多类别，主要分为三种：（1）开环MIMO或闭环MIMO；（2）发射分集或空间复用；（3）单用户MIMO或多用户MIMO。

2.3 技术增益

2.3.1 性能增益

根据香农理论，信道容量随发射端和接收端最小天线数目线性增长，故MIMO可获得大于单天线模式（含SISO、SIMO、MISO和单流BF）的信道容量。采用更多发射通道可成倍提升总发射功率。MIMO的性能收益体现为更大的系统容量、更广的覆盖、更高的用户速率和更优质的用户体验。

2.3.2 功率增益

假设每根天线的额定发射功率不变，采用M根天线发射相对单天线发射可获得的功率增益为10log（M）dB。功率增益可以在噪声受限场景下，提高接收端信噪比，从而提升信号接收质量，大幅度改善小区的覆盖性能和用户体验。但在干扰受限场景，发射功率提升会导致干扰信号随之增强，从而对MIMO性能改善的效果不明显[3]。

几年前，那时河口才刚闹土改。也就是说，张清元的爹被沈老七毙了不久。小芹子就和她娘逃荒来到了河口。小芹子端着个面碗轻轻叩开张清元家的房门时，来开门的正是张清元。他见一个女孩端着个碗站在门前，另一个中年女人站在她身后，他就知道这母女是来要饭的。那时候张清元家也没有多少粮食了，但他却在橱柜里给她们拿了两个黑馍。小女孩没吱声，那女人说，您积德了少爷，菩萨会保佑您的。张清元那时就记住了小姑娘的那颗迷人的美人痣。

2.3.3 分集增益

利用空间信道衰落的独立性，通过减小合并后信号的信噪比的波动而获得的性能增益，称为分集增益。分集增益可分为发射分集增益和接收分集增益。一般情况，多个发射（或接收）天线之间的相关性越低，分集增益越明显，MIMO技术可获得空间分集增益。

2.3.4 空间复用增益

在相同带宽、相同总发射功率的前提下，利用空间信道衰落的独立性，通过增加空间信道的维数（即同时传输多个数据流提升传输速率）获得的性能增益，称为空间复用增益。

单用户MIMO的空间复用增益可成倍提升单个用户的峰值速率。以下行20MHz带宽为例，1×2 MIMO的理论峰值速率约75Mbps，2×2MIMO的理论峰值速率约150Mbps，而4×4 MIMO的理论峰值速率约300Mbps。

2.4 4T4R技术方案

4T4R方案是作为移动产业新标准的“4.5G”的关键技术之一。借助4*4 MIMO技术，让基站可实现4个通道发射（4T4R），而手机可以利用现有的2通道接收，也可支持未来4通道手机终端的接收，大幅提升频谱效率和功率效率，也为单用户带来翻倍的用户速率体验。

图1 4T4R方案Fig. 1 4T4R scheme

需要说明的是，一体化4端口天线包含两个电调端口，电调配置时需要两个电调同时配置，且下倾角配置成一致。如果不配置，则默认电调下倾为0度。倘若只配置一个电调端口，将导致通道间下倾角不一致而影响4T增益的问题。

3 LTE-4T4R 技术试点

3.1 改造方案

选取现网价值区域某市电信基站作为4T4R试验站点。现场为了快速开通4T4R试验点，采用了双拼RRU方式（原有四端口天线连接两个1.8G频段2T4R RRU）进行部署4T4R。改造无需更换原有天线，在2人施工下仅耗时约半个工作日，颇为高效便捷[4]。

改造方法：在原有站点基础上，进行局部设备改造。新增加一台2T4R-RRU，形成两台RRU双拼组网，RRU间使用光纤进行级联。每台RRU的馈线从A、B端口引出，并分别接在天线的一对阵子上（天线的左右侧一对端口）。如图2所示：

图2 改造方案Fig. 2 Update scheme

3.2 LTE-4T4R运用效果

通过现场测试及后台KPI监控方式，分析LTE-4T4R技术的各方面价值提升。

（1）从测试情况看：4T4R技术的运用使得在4R终端情况下，小区峰值速率从91Mbps提升至170Mbps；覆盖边缘速率提升50%；

（2）在网络KPI性能方面：4T4R技术使得小区MR覆盖优良率约提升1个百分点；下行感知速率约提升1Mbps；CQI大于7占比提升2.6个百分点。

表1 测试指标Table 1 Test indicators

表2 网管KPI指标Table 2 KPI index of network management

表3 网管KPI指标Table 3 KPI index of network management

3.2.1 效果验证测试

在L1800-15M带宽下，使用TUE终端（支持4R）+PROBE进行测试，终端采用TM4传输方式、RANK4四流传输，频谱效率实现翻番，见表1。

3.2.2 KPI指标提升情况

从后台KPI指标看，4T4R的运用亦有效提升了现网2R用户终端感知：MR覆盖优良率、平均下行感知速率、CQI大于7的比例均有不同程度提升，见表2。

由于试点本身覆盖较好，在覆盖稍差的区域，由于边缘覆盖的改善，上述KPI性能指标增幅将更为明显。

4 高校推广运用及价值体现

4.1 高校网络资源瓶颈日趋凸显

由于用户的高度集中，高校区域向来是负荷和流量增长双高区域，近一年来，随着不限量套餐的推出，某市高校整体流量增长了3倍。不断增长的业务需求，正在为高校网络带来巨大冲击。校园网络“瓶颈”将越来越严重，解决高校区域网络资源瓶颈势在必行。

4.2 4T4R技术解决某学院流量压抑

4.2.1 学院流量压抑现状

因进场困难，学院内无室分，主要依赖室外两个宏站覆盖，校园深度覆盖较差，边缘覆盖区域较多，最大PRB利用率亦高于80%。 为提升边缘感知速率，拓宽网速，针对校园站点进行4T4R改造。

4.2.2 运用效果

从后台KPI指标看，进行4T4R改造后，学院周边MR覆盖优良率、平均下行感知速率、CQI大于7的比例、RANK2占比均明显提升。从流量上看，改造后，校园整体流量增加近10%，进一步释放了受压抑的流量，见表3。

4T4R的运用，能一定程度上应对当前网络负荷冲击，释放部分压抑流量，提升现有网络价值。而随着4R终端的普及，翻倍的峰值速率带来的流量将更为客观。在话务密集、深度覆盖偏差的场景，均可视需求进行运用[5]。

5 结论

此次在15M带宽下基于4R原型终端测试，用户的下行峰值速率达到170.5Mbps，相比于原网络下的91Mbps，峰值速率整整快了近一倍。对于当前普通2R终端场景，边缘速率比增50%。以4T4R为代表的4.5G是当前4G网络的自然演进和面向5G的必要过渡。伴随着4R芯片/模组产业链的成熟，4R终端也将逐渐普及，目前已有华为mate10 pro、三星S8等终端支持，各大厂商纷纷致力于4R功能的部署，届时，4T4R运用价值将进一步凸显。