城市TDLTE工程项目的设计与建设.docx
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城市TDLTE工程项目的设计与建设
完成人员：
刘炳辰，王俊丰，赵翔宇，孙鹏，胡祚庭，唐明元
北京邮电大学计算机学院三大班F6组
城市TD-LTE工程项目的设计与建设
摘要
随着移动业务特别是移动互联网的高速发展，移动通信运营商需要采用具有更高频谱效率和更低时延的无线接人技术满足不断增长的用户需求。
和2G、3G时代相比，LTE（longtermevolution）是更加能够统一共通全球产业链的时代。
同时也是能使中国自主企业可以与全球先进的运营商站在同一条起跑线上，获得更好更多的发展机遇。
从无线接入技术路线来看讲，LTE网络仍存在FDD（频分双工）和TDD（时分双工）两种制式之分，这两大主流无线接入技术是由WCDMA和TD-SCDMA分别演进而来的。
TD-LTE和LTEFDD因其不同的双工方式，在物理层的设计上，有一定的差别。
但是它们在技术和信令的共性更多而差异较少，绝大部分是通用的。
对于TD-LTE和LTEFDD之间这种存异求同的设计，不可避免二者分别具有各自的特点。
正文
一.项目背景
北邮计算机学院三大班F6组打算为北京市丰台区光彩路慧时欣园及其周边小区进行TD-LTE项目的设计以及建设。
预计小区用户约为10000人，小区皆处于城市拥挤地段。
二.工程分析
1.TD-LTE网络结构
LTE主要包括EPC核心网和E-UTRAN接入网。
LTE的架构为扁平化、IP化的网络结构。
LTE简化了无线网络构架，增加了组网的灵活性，减小了传输的时延，同时还更能实现低复杂度和低成本的组网。
与3G网相比，LTE减少了RNC节点。
虽然说LTE是对3G的演进，但是LTE在整个网络体系架构是逐渐趋近于典型的IP宽带，LTE的网络结构作出的变化是具有革命性的。
从LTE的网络结构图来看，多个E-NodeB组成了LTE的接入网（E-UTRAN）。
在E-UTRAN中，各个网络逻辑节点E-NodeB不但包括之前3G移动基站NodeB的功能，还具有无线网络控制器RNC物理层、mac层、rlc层、rrc层等各层实体的大部分功能，以及控制面和用户面在用户通信过程中的建立、管理和释放这一流程。
同时E-UTRAN还包括部分无线资源管理的功能。
E-UTRAN用E-NodeB替代了原来的RNC-NodeB结构，各个E-NodeB和E-NodeB之间采用X2的接口方式使用IP实行直接互联，通过IMS承载综合业务，E-NodeB通过S1接口多对多的连接到EPC。
EPC（EvolvedpacketCore）是LTE的核心网，是由移动性管理实体MME（MobilityManagementEntity），服务网关S-GW（ServingGateway）以及网关P-GW（PDNGateway）构成。
EPC系统除了具备接入控制、移动性管理、承载控制、计费、地址分配、用户数据管理和存储、数据交换等移动网络的传统能力，还可以支持3GPP和非3GPP多种接入方式，它是支持异构网络的融合架构。
2.TD-LTE关键技术
TD-LTE系统采用了时分双工、多址接入技术、多天线技术、信道编码、自适应链路调制、干扰协调等关键技术，具有物理层帧结构、资源分配方式、控制信道和同步方式实现的主要特点。
部门主要关键技术简述如下：
1）TDD双工技术（时分双工）
对于TDD双工方式的宏蜂窝系统，上下行传输信号在同一频带内，通过将信号调度对不同时间段，采用非连续方式发送，并设置一定的时间间隔方式以避免上行信号间干扰。
在未来的第4代移动通信系统IMT-Advanced中，由于TDD系统具有频谱利用率高等众多优势，ITU为TDD系统分配了更多的非对称频谱，使得TDD双工方式在未来的移动蜂窝系统中必将得到更为广泛的应用，并日益成为主流的双工应用方式。
作为未来移动通信的主要标准，在LTE标准体系架构中同时支持FDD和TDD两种双工方式。
其中，基于TDD双工方式TD-LTE的标准制式，在双工方式上具有以下4方面的优势：
（1）频谱配置灵活，利用率高；
（2）灵活的上下行资源比例配置，更有效地支持非对称的IP分组业务；（3）利用信道对称性特点，提升系统性能；（4）TDD双工方式在一些先进技术（如干扰协调、多点协作等）的应用方面有着天然的优势。
2）正交频分多址接入技术
对于无线移动通信来说，选择适当的调制和多址接入方式以实现良好的系统性能至关重要。
在2G通信系统，主要采用的是频分复用和时分复用，3G通信系统则引入了码分复用。
这种调制和多址技术的演进，可以认为是移动通信系统中“代”的概念的主要特征之一。
OFDMA正交频分多址接入方式，本质上仍然是一种频分复用多址接入技术，不同的用户被分配在各子载波上，通过频率资源上的正交方式来区分用户。
在TD-LTE系统中，多址接入技术在下行方向上采用了OFDMA的复用方式，为了确保中端功放的效率，LTE系统的物理层多址方案下行方向均采用基于循环前缀（CyclicPrefix，CP）的OFDMA；上行方向则采用基于循环前缀的单载波频分多址（SingleCarrier-FrequencyDivisionMultiplexingAccess，SC-FDMA）。
OFDMA作为未来无线通信应用的主要多址接入技术，相对于其他多址方式，具有以下6方面的优势：
（1）频谱效率更高；
（2）接收信号处理更为简单，降低了接收机的实现复杂度；（3）带宽扩展性强；（4）易于与多天线技术（MIMO）结合，提升系统性能；（5）易于与链路自适应技术结合；（6）易于MBMS业务的传输。
3）多天线技术
MIMO（多输入多输出）系统的基本思想实在收发两端采用多根天线，分别同时发射和接收，通过空时处理技术，充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的情况下，成倍地提升通信系统的容量和可靠性，提高频谱利用率。
智能天线是一种重要的多天线技术，其主要任务是利用接收信号的空间信息，通过阵列信号处理和赋形技术来改善链路和系统的质量。
多天线技术在TD-LTE的应用不仅表现为收发天线数的明显增加，而且其传输模式也更加丰富。
如前所述，多天线发送方式包括发送分集、空间复用、多用户MIMO和波束赋形等，在上行链路，多个用户组成的虚拟MIMO也进一步提高了上行的系统容量。
TD-LTE规定的多天线传输方式包含以下几类：
传输方式1：
单天线传输模式；
传输方式2：
传输分集，分2发送天线的SFBC和4发送天线的SFBC＋FSTD两种方案；
传输方式3：
主传输方式为开环空间复用；
传输方式4：
主传输方式为闭环空间复用；
传输方式5：
主传输方式为MU-MIMO；
传输方式6：
主传输方式为Rank=1的闭环空间复用；
传输方式7：
基于专用导频的单流波束赋形；
传输方式8：
基于双端口导频的双流波束赋形。
4）链路自适应调制技术
链路自适应技术是指系统根据当前获取的信道信息，自适应的调整系统传输参数的行为，用以克服或适应当前信道变化带来的影响。
该技术主要包含两方面内容：
（1）信道信息的获取，准确和有效地获得当前信道环境参数，以及采用什么样的信道指示参数能够更有效地获得当前信道环境参数，以及采用什么样的信道指示参数能够更有效和准确地反映信道的状况；
（2）传输参数的调整，其中包含调整方式、编码方式、冗余信息、发射功率以及时频资源等参数的调整。
通常情况下，链路自适应技术主要包括4个技术：
自适应调制与编码技术、功率控制技术、混合自动重传请求、信道选择性调度技术。
链路自适应技术作为一种有效的提高无线通信传输速率、支持多种业务不同QoS需求以及提高无线通信系统的频谱利用率的手段，在各种移动通信系统中都得到了广泛的应用。
随着移动通信的不断发展，无线网络系统的宽带化、OFDM技术以及多天线技术的应用，链路自适应技术也从一位扩展到二维甚至多维，即动态调整包括时域、频域和空间域在内的各种传输参与以适应信道的变化。
在LTE系统中需要合理的设计宽带OFDM系统的自适应技术，进一步有效的利用系统的时频资源。
5）TD-LTE系统帧结构
在空中接口上，LTE定义了无线帧来进行信号的传输，1个无线帧的长度为10ms。
在TDD帧结构中，10ms的无线帧包括两个长度为5ms的半帧（Tf=153600*Ts=5ms），每个半帧由5个长度为1ms的子帧（Subframe，30720*Ts=1ms）组成，包括4个普通子帧和一个特殊子帧。
普通子帧包含两个0.5ms的时隙（Slot），特殊子帧由3个特殊时隙（UpPTS、GP、DwPTS）组成。
可以通过配置不同的时隙比例以及UpPTS/GP/DwPTS的长度，保证与TD-SCDMA的共存。
TD-LTE物理层有5ms和10ms两种上下行切换周期。
图3.3-1为切点周期为5ms的帧结构图，其中特殊时隙分布于子帧1和子帧6.对于切换点周期为10ms的帧结构，特殊时隙仅分布于子帧1。
对于TDD系统，上下行在时间上分开，载波频率相同，即在每10ms周期内，上下行共有10个子帧可用，没个子帧或者上行或者下行。
TDD帧结构中，每个无线帧首先分割为2个5ms的半帧。
TD-LTE帧结构存在多种时隙比例配置，可以分为5ms周期和10ms周期两类，便于灵活地支持不同配比的上下行业务。
在5ms周期中，子帧1和子帧6固定配置为特殊子帧；10ms周期中，子帧1固定配置为特殊子帧。
每个特殊子帧由DwPTS、GP、UpPTS3个特殊时隙组成，其帧结构特点如下：
上下行时序配置中，支持5ms和10ms的下行到上行的切换周期；
对于5ms的下行到上行切换点周期，每个5ms的半帧中配置一个特殊子帧；
对于10ms的下行到上行切换点周期，在第一5ms子帧中配置特殊子帧；
子帧0、子帧5和DwPTS时隙总是用于下行数据传输，UpPTS及其相连的第一个子帧总是用于上行传输。
特殊子帧中DwPTS和UpPTS的长度是可配置的，满足DwPTS、GP、UpPTS总长度为1ms，特殊子帧配置见表3.3-1。
与FDD系统相比，TDD优点之一是可以灵活地配置具体的上下行资源比例，以更好地支持不同业务类型，TD-LTE系统支持7种时隙比例配置，详见表3.3-2。
由表可见，对于5ms周期的帧结构，两个半帧时隙比例一致；对于10ms周期的帧结构，两个半帧时隙比例不一致。
3.TD-LTE无线网络规划方案
根据TD-LTE无线网络技术特点，TD-LTE无线网络规划主要包括5个阶段：
需求分析、网络规模估算、站址规划、无线参数规划、网络仿真。
在网络需求分析阶段，主要从建设网络的社会环境、人口经济环境、地理环境、覆盖目标、容量目标、业务类型和业务质量等方面入手，明确TD-LTE网络的建设目标，包括覆盖目标、容量目标、质量目标等。
网络规模估算是根据网络需求分析得出建网目标，通过覆盖估算和容量估算这两个关键步骤来确定网络建设的基本规模。
网络规划估算是要综合覆盖和容量估算的结果，通过统筹的方法确定覆盖区域需要的网络规模，主要是网络可容纳的用户数和基站数。
在站址规划阶段，主要工作是依据链路预算的建议值，结合目前网络站址资源情况，进行站址布局工作，并在确定站点初步布局后，结合现有资料或现场勘测来进行站点可用性分析，确定目前覆盖区域可用的共址站点和需新建的站点。
TD-LTE无线网络除了要在覆盖和容量方面进行预规划，网络的无线参数也需要在仿真前进行预先设计。
无线参数设计主要包括天线高度、方向角、下倾角等小区基本参数，以及邻区规划参数、频率规划参数、PCI参数、时隙规划等。
这些预规划的参数设计将在无线网络仿真阶段进行调整并最终作为规划方案输出参数提交给后续的工程设计及优化使用。
无线网络仿真阶段是将前几个步骤得出的规划方案输入到TD-LTE规划仿真软件中进行覆盖及容量仿真分析。
仿真分析流程包括规划数据导入、传播预测、邻区规划、时隙和频率规划、用户和业务模型配置以及蒙特卡罗仿真。
根据仿真分析输出的结果，从整体系统运行的角度进一步评估当前规划方案是否可以满足网络建设目标。
4.工程使用的基站设备和天线
基站硬件设备
本工程使用的基站主设备主要为华为、中兴厂家的产品，基站主设备主要为BBU+RRU设备。
其中BBU主设备主要使用B8300设备，B8300系统最大可支持6块TD-LTE基带板，每块TD-LTE增强型基带处理板最大可支持6个8天线20MHZ载波的S111小区或者36个2天线20MHz载波的O1小区。
B8300体积小，安装灵活，有很强的环境适应性，很适合我们规划安装的小区。
BBU：
整机外观图：
BBU设备主要性能指标：
RRU：
RRU设备一般选用8通道RRU设备，是基站的中频，射频部分。
它通过光纤与BBU连接，并与BBU一起构成完整的基站。
整机外观图：
RRU设备主要性能指标：
基站天线：
TD-LTE系统一般使用8通道智能天线，通常采用双极化定向天线，本次设计采用魔比的天线。
天线性能指标图：
5.组网方案
1）室外组网策略
采用D频段进行组网：
（A频段:
2010M~2025M;D频段:
2570M~2620M;E频段:
2300M~2400M;F频段:
1880M~1920M）
在TD-LTE组网频率选择上，D频段（2.6GHz）和F频段（1.9GHz），有着不同的特点，两者在频率干扰、网络部署以及容量扩展等方面都有各自的优劣势。
频率干扰：
D频段频谱干净；F频段周围干扰较多。
2.6GHz的D频段频谱比较干净，周围频率目前没有系统使用，几乎没有带外的频率干扰，本身频段隔离度要好于F频段。
1.9GHz会受到PHS，TD-SCDMA，DCS1800高端频段（1850~1880MHz）带来严重阻塞干扰，受到GSM900二次谐波带来的频率干扰，未来1.8GHzFDD下行，电信FDD上行频段，也会有干扰，影响正常业务。
F频段附近干扰源众多，密集市区尤为严重，从频率规划的角度来看，尽可能简单。
另外F频段干扰排查和优化成本也会变得很高，这会给TD-LTE网络质量隐患。
单从干扰角度看，在密集市区采用D频段是比较理想的选择。
网络部署：
F频段升级部署快捷，初期建设成本低。
TD-LTE部署初期，F频段升级建设相对快速，部署方便，初期投资成本低，而D频段频谱宽，后续扩容只需要软件升级即可，综合长期的投资成本而言，D频段也是有优势的。
D频段与F频段相比，理论覆盖范围会小些。
然而，上海贝尔在上海，青岛，南京等规模试验网实测中，D频段在500-600米站间距下，性能也是相当不错的，上海五角场和青岛市区几十个基站下行平均可达30Mbps以上。
实测数据证明，密集城区450米站间距以下，D频段与F频段有相当的室外覆盖效果。
容量扩展：
D频段有丰富的频谱，扩展容易。
D频段扩展性强，拥有190MHz频谱资源可以容易实现载频扩容。
F频段目前被PHS小灵通占用，仅20M频谱可用，由于频段限制，无法在原有频段上进行第二载波扩容，只能使用单频点组网，在小区边缘重叠区域，性能下降严重。
随着网络后续发展，势必要采用新建D频段作为第二载波方式，即一年左右仍然要在D频段进行扩容，这时，就需要F+D频段混合组网。
结合中长期发展需要，综合考虑未来的容量建设便捷性（第二载波），在密集市区和市区上D频段有较大优势，因此在网络建设初期，建议大城市的密集城区，F频段和D频段要同步规划，考虑F+D混合组网的方式。
在郊区和农村可以采用F频段新建或升级，以满足覆盖的需求。
产业链：
D频段产业链优势明显。
从全球商用的14张网络中可以看到，D频段是国际通用频段，可以更好地实现TD-LTE国际漫游，以免重蹈TD-SCDMA时代国际漫游进不来出不去的困境。
产业链中最重要的环节是手机终端，复杂的终端，需要支持2G/3G/LTE多模和主流频谱，采用全球统一的2.6GHz，可以推动iPhone，三星等智能手机的研发进程。
若中国只使用全球唯一的1.9GHz频段升级网络，则国外设备厂商将无法积极全力参与，这也会使得中国TD-LTE产业链变得更加封闭，无法把TD-LTE推向全球。
网络性能方面：
D/F新建网络优化简单，F升级无法联合优化。
D频段容易实现独立组网，多载频扩容方便，软件升级即可支持，减少了网络的复杂度。
而且D频段资源丰富，可以采用异频组网，使得网络规划难度大大降低，也降低了工程建设的难度，可以实现独立优化，从而打造优异高品质的网络。
综上所述，D频段在密集城区相比F频段具有很大的优势，故选择D频段进行组网。
控制信道：
采用8天线
业务信道：
采用8天线
原因：
8天线的覆盖距离大，且需要站址少，频谱效率高。
小区边缘传输采用TM8，因为综合吞吐量大。
1.TM1，单天线端口传输：
主要应用于单天线传输的场合。
2.TM2，发送分集模式：
适合于小区边缘信道情况比较复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况，分集能够提供分集增益。
3.TM3，开环空间分集：
合适于终端（UE）高速移动的情况。
4.TM4，闭环空间分集：
适合于信道条件较好的场合，用于提供高的数据率传输。
5.TM5，MU-MIMO传输模式：
主要用来提高小区的容量。
6.TM6，Rank1的传输：
主要适合于小区边缘的情况。
7.TM7，Port5的单流Beamforming模式：
主要也是小区边缘，能够有效对抗干扰。
8.TM8，双流Beamforming模式：
可以用于小区边缘也可以应用于其他场景。
9.TM9，传输模式9是LTE-A中新增加的一种模式，可以支持最大到8层的传输，主要为了提升数据传输速率。
2）室内组网策略
高话务场景的室内覆盖可优先考虑采用大容量BBU配置，并通过使用多个RRU实现大容量覆盖。
对于室外宏基站附近区域具有话务需求的楼宇，可将室外宏基站的容量通过RRU引入室内，从而实现室内外协同覆盖。
因为小区分为写字楼与居民楼，我们对两种情况采取两种方案进行室内组网。
方案一：
（针对写字楼）
采用双通道室分系统，即室内分布系统布放2条射频通道，每天线点位安装二个普通单极化吸顶天线或一个双极化吸顶天线。
支持MIMO应用，可有效提高系统吞吐量。
上行双通道接收有利于上行覆盖。
双通道室分系统适用于业务需求量大的写字楼。
备注：
工程量较大，复杂度高，天线安装要求较高。
双通道路损尽可能保持一致，并控制在3db内使系统性能最优。
方案二：
（针对居民楼）
采用单通道室分系统，即室内分布系统布放单条射频通道。
单通道室分系统适用于业务需求量小的居民楼。
备注：
工程施工需求低，且可利用旧有室分系统。
3）组网过程中的干扰应对
室外干扰：
相邻小区间采用ICIC技术去除小区间干扰。
（小区间干扰协调（InterCellInterferenceCoordination，ICIC）是用来解决同频组网时，小区间干扰的技术。
）
ICIC通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理功能，上下行ICIC方法可以不同。
具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率。
小区间干扰协调（ICIC）技术使用灵活，实现简单，仿真效果较好，是目前LTE系统抗同频干扰的主流技术。
采用保证一定空间隔离度的方法抑制系统间干扰。
室内干扰：
室内LTE与WLAN的干扰问题：
干扰模式与解决方法：
TD-LTE基站与WLANAP
1.对于独立室分系统，两天线间距1米，且TD-LTE使用2.3G低端频点；
2.对于共用室分系统，合路器需提供70dB隔离度；
TD-LTE基站与WLAN终端
1.相距2米以上即可；
2.TD-LTE基站加严杂散指标或加装外部滤波器，并使用2.3G低端频点可进一步减小干扰；
WLANAP与TD-LTE终端
1.TD-LTE终端的上行功控；
2.WLANAP加装滤波器或TD-LTE使用2.3G低端频率；
3.TD-LTE终端在2.4G杂散和阻塞分别加严8dB和3dB；
TD-LTE终端与WLAN终端
1.TD-LTE使用2.3G低端频率；
2.TD-LTE终端在2.4G杂散和阻塞分别加严10dB和26dB；
3.允许11dB的降敏；
TD-LTE与WLAN终端间干扰难以规避，WLAN采取独立布放更易产生系统间干扰，需采取相应规避措施。
（规避措施前提是两系统频段相隔30M）
4）TD-LTE的覆盖规划
1.需确定边缘用户目标速率，和其所对应的资源占用数目。
2.需考虑此覆盖边缘控制信道是否受限。
3.考虑GP长度，GP越大，小区半径越大。
GP=1个符号，支持的小区半径为10.7km。
4.通过仿真获得对应的解调门限，计算发射机一定的功率
升级会员 