LTE混合组网的工程实现

韩蕾+汪丁鼎+肖清华

【摘    要】简要介绍了LTE混合组网的建设原则和思路，对几个主要建设场景进行了对比分析，并阐述了共BBU组网、共站干扰隔离及基站配套要求。

【关键词】LTE混合组网    共站建设    共BBU组网    干扰隔离

中图分类号：TN929.53    文献标识码：A    文章编号：1006-1010（2014）-15-0036-05

1   引言

近年来，移动互联网得到了快速发展，移动互联网给信息化提供了广阔的发展空间。根据近年来移动数据业务发展情况和趋势，未来十年，移动互联网数据业务流量将快速增长，预计每年的数据业务流量翻倍增长。3G网络的频率和容量资源将不能满足今后的数据业务需求。为了解决这些问题，3GPP组织制定的LTE标准结合了紧密正交频分OFDM技术和空分MIMO技术，使得LTE系统频谱效率得到大幅提升，网络容量大大增加。中国是一个手机用户大国，人口密度大，智能手机渗透率高，单位面积内移动互联网业务需求量大，加上这几年3G的快速发展，手机用户的上网习惯已经形成，移动数据业务高速发展，大有替代固定互联网的趋势。大量的业务需求要求运营商应充分考虑移动网络的容量支持能力。

TD-LTE和LTE FDD在关键技术上基本相同，在不同的技术特点上各有优劣。LTE频谱资源取代了2种LTE技术差异，成为LTE网络规划建设的最关键问题。就国内分配的LTE频率来看，LTE FDD频谱资源较少，主要集中在1.8GHz和2.1GHz频段。TD-LTE频谱资源丰富，在1.9GHz、2.1GHz、2.3GHz、2.6GHz频段上均有分配。TD-LTE的频率资源优势明显。

综合LTE网络的覆盖能力，业务容量能力以及分配的频率资源，4G采用混合组网，建设一个经济、合理、高效的4G网络成为运营商的不二之选。工信部在2014年中发布LTE混合组网试验许可，正是顺应了LTE发展的趋势要求。

2   混合组网的工程建设原则和思路

在LTE混合组网时，TD-LTE和LTE FDD网络的定位跟它们所处的频段和覆盖能力相关。1.8—2.1GHz频段的TD-LTE和LTE FDD，由于其频段较低，覆盖能力较2.6GHz频段好，可以用于网络基础层的覆盖，满足城区、郊区、乡镇等普遍覆盖需求。2.6GHz频段的TD-LTE网络，由于覆盖能力较弱，连续无缝覆盖成本较高，可以作为容量层覆盖，用于满足人口密集区域的数据业务需求，同时也可能用于满足数据卡或CPE用户以及固定宽带接入业务。

在LTE混合组网工程建设中，应遵循以下几个原则：

（1）共用一张核心网。2个LTE网络的核心网是相同的，共享方式可以减少用户在跨网络的切换，保障用户的良好体验。从核心网侧来看，2个LTE制式的网络，只是2种技术略有不同的接入网络，接入同一个核心网是合情合理的选择。

（2）不管是TD-LTE还是LTE FDD，应根据频段资源来定位网络的覆盖目标和覆盖要求，不同频段的LTE网络各司其责，扬长避短，发挥各自的特点。

（3）充分利旧，利用现有的2G、3G网络的基站资源，研究2G、3G、4G共站共天线技术，进行快速的网络建设，同时也降低网络建设成本。

（4）要有移动网络全局观，对于2G、3G、4G网络之间的相互关系，要有充分的认识和定位，对于它们之间的切换、互操作要有清晰的规划。

（5）对于基站接入的承载网，要满足基站接入容量的需求，接入传输不要成为用户接入速率的瓶颈。

LTE网络建设是重中之重。在基站建设方面，为快速推进网络建设，降低建设难度，节约建设成本，应理清先后顺序，建议遵循以下建设思路：

第1步，利旧2G、3G基站站点资源，利旧天面、塔桅和机房，用1.8—2.1GHz频段建设LTE基础覆盖层。在LTE首期建设中，应利旧已有基站进行快速建设，搭建覆盖层主要骨架，迅速形成网络能力。

第2步，利旧改造2G、3G室内分布系统资源，快速引入LTE信源到室内覆盖系统。对新建的大型楼宇，同步建设综合室内分布系统。由于LTE整体频段较高，室外信号穿透能力较弱，LTE室内分布系统的建设必不可少。

第3步，新获取室外站点资源，补充到利旧站址基础上搭建LTE网络。现有2G、3G基站的密度还不能达到LTE覆盖站间距的要求，还需要补充一部分新增站址，以加强室外宏覆盖。

第4步，重点解决深度覆盖不足的问题，建设small cell，对宏基站的覆盖空隙进行填补。为降低小区间干扰，如果频率资源有富余，建议采用异频建设。

第5步，根据数据业务的发展需求，在分析网络数据业务分布密度的基础上，有针对性地建设LTE容量层，建议采用频率资源丰富的2.6GHz进行高频段覆盖。

3   工程实现

3.1  核心网

EPC中的核心网设备由移动性管理设备（MME）、

服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）以及用于存储用户签约信息的HSS和用于计费和策略控制的单元（PCRF）等组成。LTE混合组网时，TD-LTE和LTE FDD可看作2个不同的无线接入网，接入到同一个核心网中。在EPC看来，2种LTE基站都是一样的。因此，在混合组网工程中，LTE两种制式eNodeB都接入同一套EPC的MME和S-GW中。至于手机用户在2种无线网络中的驻留，两网互操作以及负荷均衡等属于网络规划的内容，在本文中不再展开。

3.2  混合组网建设场景

在TD-LTE和LTE FDD混合组网中，基站的建设包括共站建设和非共站建设2种。如图1所示：endprint

（a）非共站建设

（b）共站建设

图1    混合组网建设场景

非共站建设场景中，TD-LTE和LTE FDD基站独立建设，各自形成信号覆盖范围。这个场景下信号覆盖范围有重叠交叉，也有互补。共站建设场景中，TD-LTE和LTE FDD基站共站址建设，形成基本重叠覆盖的范围。在实际LTE混合组网中，以上2种情形都同时存在，并且交叉分布着。

在这里，我们主要讨论共站建设场景。混合组网共站建设常见的几种场景有：

（1）TD-LTE、LTE FDD各自独立天线

建设FDD+TDD的LTE网络，与已有基站共站或新建站址。当天面具备新增安装2幅LTE天线的条件时，独立安装TD-LTE天线和LTE FDD天线。在安装形式上，可共用已有塔桅安装或新建塔桅安装。在主设备选型上，可以选择分布式基站设备，也可选择机柜式设备。

（2）FDD+TDD共天线

建设FDD+TDD LTE网络时，与已有基站共站或新建FDD+TDD基站。当天面具备新增安装LTE天线的条件时，在天线选择上，选用双频双极化定向天线。根据LTE FDD是2T2R还是2T4R天线，配置不同数量的馈缆。在安装形式上，可共用已有塔桅安装或新建塔桅安装。在主设备选型上，可以选择分布式基站设备，也可选择机柜式设备。

（3）LTE FDD与其他2G/3G系统共天线，TD-LTE独立天线

建设FDD+TDD LTE网络，与已有2G/3G基站共站时，天面具备新增安装LTE天线的条件时，在天线选择上，LTE FDD选用双频双极化定向天线，与2G、3G系统共天线，TD-LTE用单频双极化定向天线。在安装形式上，可共用已有塔桅安装或新建塔桅安装。在主设备选型上，LTE FDD可以选择分布式基站设备，也可选择机柜式设备，TD-LTE选择分布式基站设备。

（4）2G/3G系统、LTE FDD、TD-LTE三系统共天线

建设FDD+TDD LTE网络，与已有2G/3G基站共站。当天面不具备新增安装LTE天线的条件时，在天线选择上，选用2G、3G/LTE FDD/TD-LTE三频双极化定向天线。在安装形式上，替换原有2G/3G天线，利旧原有塔桅安装。在主设备选型上，可以选择分布式基站设备，也可选择机柜式设备。

4种常见的共站场景应用于不同的场合，各有特点，主要对比如表1所示。

3.3  基站设备及天线

在基站设备方面，不管是TD-LTE还是LTE FDD，基站设备形态基本相同，目前主流是BBU+RRU基站，还有宏基站和微基站等类型，LTE FDD和TD-LTE同厂家共BBU已经实现。

在天线方面，目前2天线的TD-LTE和LTE FDD已经实现共天线。8天线的TD-LTE不支持同LTE FDD的共天线。因此，当需要使用8天线时，共站的LTE站点，需要多一个天线安装位置。常见的单频和多频段TD-LTE、LTE FDD天线主要情况如表2所示。

3.4  共BBU组网

在LTE混合组网中，2种LTE制式基站共站建设的情形，可以采用双模BBU的方式，TD-LTE和LTE FDD的RRU共同接入到一个BBU。共BBU组网可以减少BBU的数量，节省传输端口数和BBU的配套需求。

共BBU组网如图2所示，2种RRU接入到一个BBU上。与RRU相连的天线可以是2种制式合用的双频天线，也可以是独立使用的单频天线。共BBU组网在业界已有商用的网络，目前大部分设备商已经支持双模BBU，但是BBU内部，2种LTE之间的协调、切换以及策略，各个厂家有所不同。随着技术的进一步成熟，2种LTE技术的融合度越来越高，双模BBU的功能将更加完善。

3.5  共站的干扰隔离

LTE基站共站建设中，需要考虑基站与其他通信系统的干扰问题。在分析LTE系统与其他移动通信系统的干扰时，一般从杂散、阻塞和互调3方面进行分析。根据基站的设备指标，依据干扰计算公式，LTE与其它移动通信系统之间的隔离度取值和隔离距离如表3所示。

从表3可以看到，LTE系统与其他系统共站时的干扰隔离距离并不大。当LTE FDD与TD-LTE共站，两者采用独立的天线时，两系统间应满足表3中要求的隔离距离;当两者采用共天线时，天线内部的隔离措施保证了两系统间的隔离要求，因此，不用再额外考虑它们之间的隔离。

在进行干扰隔离处理时，一般情况下可通过合理设计天线的方向、垂直和水平安装位置，确保与干扰系统达到必要的隔离度来达到该目的。合理利用楼顶建筑物的阻挡也能增强天线间的隔离。多系统共站时，尽量以垂直隔离作为系统间的隔离方式。增加天线间的耦合损失是最经济有效的隔离方法，通过适当的布置，天线间的最小耦合损失可以从30dB提高到50—60dB而不牺牲基站位置设置的灵活性。该方法简单可行，无需额外增加成本。若天线隔离仍不能满足要求，可采取以下措施：

（1）在接收机和/或发射机上加装高性能的滤波器，隔离带外部分;

（2）重新选择适当的基站站址，避免与干扰系统共址;

（3）设置适当的频率保护带，需要牺牲一定的频率资源;

（4）与干扰者协调，要求其降低发射功率，减轻干扰;

（5）在天线之间加装隔离物体，如金属板材等。

3.6  配套要求

对于LTE混合组网的基站配套，以共用为原则，配置满足2套系统的要求。

在机房方面，主要考虑空间的使用。在LTE时代，基站的主要形式从以往的机架式宏基站转化为BBU+RRU方式的分布式基站。其中BBU放在基站机房内，RRU距天线就近安装。因此，在机房内，主要解决BBU的安装问题。从以往的工程看，站房内安装BBU，一般没有问题，综合架内安装和挂墙安装的方式都可以。endprint

在电源方面，主要需要考虑共站多套基站系统足够功率的供电和足够的后备电池容量。对于机房内部，主要解决BBU的供电问题，同以往2G、3G基站电源的配置方法相同。对于RRU的供电，结合设备需求和供电稳定性，采用直流或交流供电，配以一体化电源或UPS设备。关于电源容量的计算可参考《通信电源设备安装工程设计规范》（YD/T 5040-2005）。

在塔桅方面，主要考虑满足2套系统天线的安装，不管是共天线还是独立天线，其建设安装要求与以往2G、3G基站类似。

4   结束语

当前移动互联网已经处在一个快速发展期，用户规模和业务流量越来越大。3G逐步向4G过渡。LTE混合组网将成为4G建设的主要模式。在混合组网中，如何组网、工程中如何落地实施是各大运营商关心的问题。LTE混合组网中的建设原则以及工程中的共址共站、共BBU、共天线等是工程中的重点关注点。LTE混合组网、基站共站建设能充分降低建站难度、节省工程投资、加快工程进度，应在4G网络建设中加以推广应用。

参考文献：

[1] 肖清华，汪丁鼎，许光斌，等. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.

[2] 汪丁鼎，朱东照，肖清华. TD-LTE和LTE FDD混合组网实施策略[J]. 移动通信， 2013（21）： 22-26.

[3] 3GPP TS 36.104 V10.10.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）， Base Station （BS） radio transmission and reception[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 36.101 V10.10.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）， User Equipment （UE） radio transmission and reception[S]. 2013.

[5] 3GPP TS 36.211 V10.7.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）， Physical channels and modulation[S]. 2013.

作者简介

韩蕾：硕士毕业于浙江大学，现任职于中国联合网络通信有限公司浙江省分公司，一直从事移动通信网络的规划、建设和维护管理工作，对移动通信网络的规划、工程建设和维护有深入的研究，发表多篇相关论文。

汪丁鼎：高级工程师，硕士毕业于北京邮电大学，从事移动通信网络规划设计和优化工作多年，主要研究方向为3G/4G无线网络规划设计和优化。发表论文多篇，出版移动通信无线网规划设计专著多本。

肖清华：教授级高级工程师，博士毕业于浙江大学，一直从事移动通信网络规划设计和优化工作，主要研究方向为移动通信网络的规划与设计技术，发表论文40多篇，出版专著及申请专利5项。endprint