沈东栋:各位嘉宾下午好!
我们听到了客户对于最终客户端感受,也听到了运营商对于降低成本的要求。那么,对于一些研发企业来说,我们应该怎么样?我们要走TD-SCDMA网络的持续创新之路,这就是我今天讲演的题目。
TD-SCDMA获得今天这样的成果,离不开政府的扶持,也离不开运营商的支持。当然,更重要的是TD-SCDMA设备的提供商和相关产业的研发企业,对于TD技术本身不断的持续新。
运营商在建设两张网络的时候,对我们提出的要求是多制式、共存、平滑演进,正是有了这样的要求,促进了TD-SCDMA的技术不断创新。
为了帮助客户达到能效的指标、提升社会形象的目标,我们有了对于提供的主设备采用了智能节电的技术,当然还有两张网之间的互操作的内容。现在通过GSM网络的反接口,来提升2G和3G之间的重选的性能。
还有A+F频段,除了我们最开始的A频段2010到2025这样15兆的带宽资源,现在我们更多地拥有了1880到1900这样的频段。TD本身拥有的频段更多,能够为客户提供的业务更丰富。这些都是应景式的创新,但我们今天讲的主题是持续创新。在客户的需求下面,我们可以举一个比较经典的例子,我们看我们的基站主设备,从分布式的基站,到双极化天线和一体化天线,走过了这样一条路线。
从集成式基站到分布式的基站,是帮助运营商降低了站址和基站建设的成本。因为TD-SCDMA在宏网络里面广泛地采用了智能天线技术,因为智能天线是一个多天线技术,从设备来说,天线的部分要求八通道,在双极化天线诞生之前,迎风面积非常大、安装难度非常高。所以,在这样的背景下,诞生了双极化的天线,将迎风的面积减少了一半,减少了安装的难度。

双极化的天线本身是属于普通的产品,普通的RRU在现场安装的时候,因为一般一个基站三个扇区需要装54个连接头,每一个连接头需要加跳线,有内部跳线和+RRU的跳线。这么多的连接头,会加大现场安装的难度,会影响网络建设的速度,也会增加设备产生故障的频率。
还有一个缺陷,加了这个连接头之后,由于RRU和天线之间的射频馈线的损耗,实际功率的效率会有一定的损失,这样本身也会降低天线和接收机的灵敏度,另外就是产生不必要的功率浪费。一在这个前提背景下面,就产生了一体化天线的构想。一体化天线的核心思想是将有缘的RRU和无缘的天线模块采用盲插头的方式合并在一起。这样的连接,是把安装、防水、连接三个步骤放在一起,从本人上塔安装的负重不是很大,一般做到30公斤,这样单人操作可以在10分钟之内安装完成。这样,就可以帮助大大提高了建网的速度。因为一体化的方式,不需要有防水的耗材,提高了设备的可靠性、降低了维护的成本。
这是一个持续创新的案例,那么我们从这个图来看,其实技术创新和标准演进,并不是两条割裂的路线。技术创新的成果,在一定程度上肯定是要演化为标准。那么,我们在看标准路线的时候,从TD的第一代标准N频点,到下一代是多载波HSDPA。到了第三代的TD的标准,它可以提供单载波2.8兆的速率,多载波4.8兆的速率,在TD第三代的标准上行增强做完之后,可以达到2.2兆的速率,也引入了新的频段。到了第四代HS+网络,下行可以达到4.2兆的速率/载波。再往后还有TD-LTE和多载波了HSUPA的技术。
我们现在以最新的三个创新成果,正在演化为标准的三个创新点作为实例,向大家做汇报。
第一个是辅载波TS0。大家从这张图上可以看出,当前的N频点资源的使用情况,现在频点是由多个载波构成,每一个载波的时隙结构都可以按照TS0到TS6划分。我们以2:4来距离,看一下主载波和辅载波的使用情况。因为主载波要承接一些公务型的,而且要承载一些关键的小区导频,这个时候实际在现有的网络里面,我们辅载波的TS0往往是空着不用的。一个是TS0是终端测量的主时隙,必须保证终端有足够的时间进行时隙内的测量。
实际上,我们主载波的TS0一般不用,但是在2:4的情况下,一个TS0就占用了1/10的下行开销。我们的问题是,在2:4的情况下,可以把这个资源利用下来,就可以有效地提升下行速率,提升网络下行的吞吐量。
在采用了TS0辅载波的技术之后,在2:4经过我们的计算可以提升25%到33%的吞吐量的增益。在3:3的情况下,可以提升33%到50%的速率。终端用户在现有的网络下面,也可以获得相应比例的提升。辅载波TS0的使用,不是一个简单的配置问题,作为一个下行的资源池,我们肯定要解决一些问题。在辅载波的TS0的应用当中有两个现实的问题,第一个是我把TS0配上去之后,我要保证系统的容量不受损失。第二个是保证网络终端用足够的精度,不会使网络受到影响。TS0现在是作为主时隙,大部分的终端测量都是在这个时间里面做的。这里面包括了CS和PS的掉话率,包括了网内和两网之间的2G、3G的切换和重选成功率。
解决方案我们先看一下终端侧的,终端的解决之道,是要求在这个测量的时刻,要能够充分地考虑TD-SCDMA系统内,以及2G、3G异系统之间所需测量时间的综合。只有充分地考虑这个测量时间的总和,对于网络KPI的指标才不会受到影响,就需要定义一个终端的测量时刻。这个测量时刻,在网络终端分配的时候,必须考虑为每一个终端单独分配,并且由网络层来保证终端的接收时刻和业务的接收时刻是不冲突的。
其实测量时刻不会占很大的开销,这也是为了充分考虑单用户的业务接收情况和效率。实际上,从不同的用户之间来看,不同的用户测量时刻在时间上是不重叠的。也就是说当TS0被用来做测量的时候,他的TS0资源正在给其他的用户使用,从而达到了网络端整个系统100%的应用。在基站这一端,如刚才那张图所示,要把不同终端的测量时补全,从叠加的状态可以达到100%的TS0的使用。
TS0被当做一个正常的资源在使用,下面是这个用户的测量时刻的状态。测量的时刻网络端可以把这个TS0的用户端关掉,这个时候终端收到两个既在做业务接收,又在做测量,一举两得。对于另外一个终端来说,两个用户的资源组合正好等于系统和基站的100%的资源,达到了100%的利用。
下面再介绍另外一个创新点,是分片小区Cell Portion。我们先回答一下什么是Cell Portion这实际上是要把一个传统的蜂窝小区,分裂为多个Portion,但是从逻辑上是属于同一个小区的。我们首先从拓朴结构看一下,大概有几种情况,一种是半圆状的情况,可能是根据所要覆盖的建筑群,或者是目标覆盖区的地理环境所形成的拓朴结构。还有一种是圆状的,这比较适用于大型场馆、大型体育馆。还有一种是直线状的连续覆盖,比如说铁路沿线覆盖,或者是我们调整一个方向来看,可能是一个垂直的,就是室内的楼层覆盖。
为什么需要Cell Portion?因为一个小区地理的覆盖特性可能根据这个建筑物的情况不一样,可能会产生出不同的小区会有多个覆盖。其实把一个小区分裂成多个Portion,是要把它根据地理区域的特性做差异化的管理。每一个小区是一个半静态的地理区域,这较基于特性差异化进行管理。比如说对于干扰的不同等做一些差异化的管理,来尽量减少Portion和Portion的干扰,来提升Portion的容量。在这之间不会涉及到移动性的往来,通过基站这端的检测和调度,实际上把一些不必要的切换和重选去掉,降低了网络切换当中出错的概率,提升了网络KPI的性能。
还有一个是基于Cell Portion进行区域的划分,这是利用空间隔离度,造成了信号本身之间的内在的异置,提高资源的利用率。比如说使用两倍空分的情况下,系统吞吐可以提升1倍。这就是Cell Portion的技术点和优势。
我们再看一下Cell Portion的室内覆盖,比如说把一个RRU拉到多个楼层进行覆盖。还有一个圆状的大型商场的覆盖,这里面可以用多通道或者是单通道解决。还有采用多个单通道的RRU进行一个小区覆盖,这个小区里面可能会被划成多个Cell Portion。比如说根据一个居民楼或者是几个居民楼,将来规划委一个Portion,不的Portion进行管理,还可以利用这种空分的技术提升小区里面整体的吞吐量。
另外一个常见的例子,是使用单通道的RRU进行高铁的覆盖。比如说两个背靠背的RRU,利用塔放的方式进行高铁沿线的覆盖。尽量减少高速铁路,用户在运行当中,在小区之间的切换,将它演变为一个小区内的调度问题。
还有一个是多用户的MIMO,大家都知道多用户的MIMO,是利用多天线的技术去提升单用户的吞吐量或者是边缘覆盖。为什么要有多用户的MIMO的技术呢?在单用户的MIMO已经成熟的情况下面,为什么会有多用户MIMO的需求呢?首先,我们要了解一下多用户MIMO的原理。多用户MIMO,其实从形态上来说,是将手机的2个天线的终端拆分成了两个单天线的终端。那么,基站是一样的,需要有多天线的支持。在这种情况下,怎么样来形成这样两个单独的单天线的终端,能够帮助网络来提升容量?这里面有一个基本的条件,就是要实现空分,那么我们马上就可以意识到,这个地方多用户的MIMO,肯定是有一些特殊的应用场景的。
下面,我们回答一下为什么需要多用户MIMO,单用户的MIMO可以提高用户和系统的下行数据吞吐能量,这个前提条件是要求必须终端有两个接收天线,包括了在基带的处理能力,都是对于硬件成本很高的要求。如果当产业认为终端成本比较高的时候,这个时候可以反过来考虑MU- MIMO,这是有效提升网络上下行数据吞吐的技术。2U的MIMO可以提升1倍,4U可以提升3倍。MU-MIMO不需要多增加天线,使基站的基带处理能力需要相应的提高,靠软件就可以实现这个功能。在这种产品下面,通过软件处理,就可以提升高达1倍,甚至是N倍的吞吐量的提升,这是比较明显的对成本或者是对网络容量都是非常好的保障。
我们前面分析的是多用户MIMO的好处,它在TD-SCDMA当中要应用,我们就需要解决一些问题。比如说K的用户需要复用相对的无线资源,跟单用户MIMO具有相同的原理,就是需要分配不同的导频信号。对于原有的导频信号没有污染,因为这个基本的出发点是,采用多用户MIMO的技术,不应该对原有的用户造成污染。比如说导频信号污染,会造成数据检测功能的下降。另外一个是基站侧的用户配对,比如说2个、3个,甚至是更多。这里面存在检测和调度的算法的问题,不同的用户空间隔离度的判断,可以根据信道的相关性或者是能量来判断。还有一个问题是,多用户MIMO,其实也是有条件的技术,就是只有当这两个用户的配对关系,或者是状态传播条件满足的一定条件下面才可以配对。本身用户是移动的,用户有可能进入这个条件和走出这个条件。还有一个是,配组用户之间的拆分和建立的关系。
多用户的信号,最左端经过一个调度器,在这个状态上面要做出一个判断,是什么用户配在一起,基本条件是要根据终端侧的反馈,或者是上行信号的估计,在这个时间端或者是信号上面做出的配对的决策,什么用户经过了基带的调制、扩频,再进行加权,比如说基带的赋形,然后上调到射频设备发到空口,这都是实现相关高的算法。
我们最关心的是多用户的MIMO方案里面,最核心的思想是导频的解决方案,因为新分配的多用户导频,不能对原有的导频造成干扰。我们看一下现在的TD-SCDMA导频分配的基本原理,是一个码数的结构,实际上是跟信道换码产生关系,我们在多用户的MIMO当中怎么解决呢?实际上是把码数拆分,比如说奇数位和偶数位进行拆分。改变的条件是,我们要对资源的划分进行一个颗度的限制。每一个颗力都是要分析的,其实它不会造成干扰。码数上下拆分的方法,可以构造出两张子表,通过不同用户之间的对应,实际上你可以选择上面的码数和下面的码数,从而实现两个用户用不同的导频使用相同的资源。
上面我们介绍了三个最新的创新点,其实这些创新点在2010年的上半年,就能够完成标准化,就可以应用到现有的商用网络里面去。作为一个参加了很多年TD-SCDMA预言和标准工程师,对于曹院长讲的未来的技术发展的方向,精耕细作、多技术协作我是感同身受。标准走到今天来看,其实更多地是在现有的体系上面,挖掘更多的潜在点。就像我们刚才看的TS0,其实一些简单的改进就可以对网络的容量或者是性能产生很大的提升。
最后,鼎桥作为卓越TD-SCDMA产品与技术研发中心,愿携手业界同仁坚持不懈地走持续新之路,共创TD-SCDMA的美好未来,谢谢大家!
