Super Cell组网方案编织优质TD-LTE网络

    TD-LTE以 OFDM/MIMO技术为核心，被视作从3G向4G演进的主流技术，国内外电信运营商对其保持着高度重视。今年3月，在工信部的组织下，中国移动启动了我国六城市TD-LTE规模试验网的建设，拉开了LTE规模组网的序幕。然而，LTE真正商用前还有很长一段路要走，还有很多技术问题需要解决。就目前来说，如何提高TD-LTE组网性能，降低系统干扰是被广泛讨论的热点话题。

    TD-LTE采用的OFDM技术，各子载波之间相互正交，使得小区内干扰不是TD-LTE系统中干扰的主要因素，但是在移动网络的多小区环境中，小区之间的干扰（ICI）始终存在，而且对网络性能产生了严重的负面影响。更加准确地讲，当相同的频率资源被相邻的小区复用时，LTE系统就会产生干扰。

    为了解决这个问题，目前被广泛讨论的就是小区间干扰协调（ICIC）技术。小区间干扰协调用来管理无线资源以使小区间干扰在可控范围内，它需要综合多个小区的资源使用状态和业务负荷状况等信息来实现多小区的干扰协调功能。但是这种方法只能降低小区间干扰，并不能消除干扰。而且ICIC需要多个基站之间通信了解邻区的资源使用状况，这将受到基站间通信带宽和交互时间的限制，如何高效实现该技术，来适应变化无常的无线环境还有待进一步研究。

    中兴通讯提出Super Cell组网方案来消除小区干扰，Super Cell不依赖于基站通信，不依赖邻区无线资源使用状况，并且对终端透明，完全在基站侧实现，在有效减小干扰同时，成倍提升系统吞吐量。

    Super Cell方案中，每个Cell由多个相邻的传统小区组成，由于每个Cell中包含多个小区，因此我们称之为Super Cell。位于Super Cell中的小区等效于传统小区，他们能够像传统小区一样兼容无线传输方案，同时，小区级专用资源能够在这些小区间共享，例如小区ID、主辅同步信号、跳频序列、加扰序列等。

    如图1所示，左图为传统小区组网方式。一用户位于Cell7中，在传统方式下，除了接收到本小区信号为有用信号（红色箭头），同时还接收到来自周围6个邻区的信号，这些邻区信号使用了相同的时频资源，但又不属于Cell7，只会对用户造成干扰（蓝色箭头），这种方式下，用户受到较大干扰，影响通话质量；右图为Super Cell组网方式，这种方式下，将原来21个传统小区，按照7个小区一组，组成3个Super Cell，每个Super Cell中的传统小区，均能共享相同的小区资源，从而将原来的干扰信号变成有用信号。用户仍然位于原来的Cell7中，那么处于同一Super Cell中的4路信号对于用户均为有用信号，使得原来仅1路的有用信号大大增强，仅来自其它两个Super Cell的信号会变成干扰信号。采用Super Cell方案后，有用信号与干扰信号之比由原来1:6提高到4:3，小区间干扰大大降低。


 图1 Super Cell组网与传统组网比较

    Super Cell方案虽然消除了小区间干扰，它的代价却是将小区容量大大减少。如图1所示，传统方案中，原来相同的时频资源可以复用于7个小区中；采用SuperCell组网后，同一Super Cell中相同的资源不能再复用，容量较之传统方式大大降低。对于这个问题，中兴通讯利用空分复用（SDMA）技术得到有效解决。

SDMA提高Super Cell吞吐量

    SDMA思想在TD-SCDMA系统中已经得到过广泛和成熟的应用，它是利用终端用户的空间隔离来实现时频资源的复用，达到大幅度提高频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。根据TD-SCDMA系统的应用经验，SDMA思想应用于LTE后，可成倍提高TD-LTE系统的吞吐量，从而降低运营商每比特运营成本，有效解决各覆盖场景出现的容量受限问题。

    如果不使用SDMA，同一Super Cell中的两个用户将分配到不同的时频资源，在使用SDMA的情况下，由于两个用户在空间上有较好的隔离，他们之间不会相互干扰，因此分配相同的时频资源，采用SDMA后容量提升一倍。如图2所示， UE1和UE2在空间上隔离度很好，那么UE1归属的RRU和UE2归属的RRU，将分别分配相同的时频资源给用户，而相互之间不受干扰。SDMA可以提高频谱利用率，增加系统容量。 

  图2 SDMA原理

Super Cell方案效果

    参照现网无线环境，对Super Cell方案进行了仿真测试。仿真场景分三种：

• 普通小区场景，通过减少站点数来降低干扰，将原来21个站点减少为7个站点、7个小区；
• 采用Super Cell组网不使用SDMA算法，将原来21个站点，合并成7个Super Cell；
• 采用Super Cell组网并且使用SDMA算法；

   通过将终端均匀分布于全网，测试系统吞吐量。仿真结果如图3：左图为下行吞吐量概率分布图，右图为上行吞吐量概率分布图。从仿真结果看，采用Super Cell组网并使用SDMA算法，下行边缘用户吞吐量提升128.77%，系统容量提升80.32%（左图中绿色线条）；上行边缘用户吞吐量提升171.18%，系统容量提升61.04%（右图中红色线条）。 

  图3 某大楼室内覆盖图

    从全球进展看，TD-LTE的发展趋势在不断加快。截至2010年，全球共有132家运营商将投资部署LTE商用网和试验网。近期，全球TD-LTE技术发展倡议（GTI）大会在广州顺利召开，TD-LTE未来的发展吸引着全世界运营商、制造商的目光；国内TD-LTE规模试验网的建设正在紧张进行中， 2011年真正成为了TD-LTE元年，许多理论和技术将在实际网络中得到验证。中兴通讯依托前瞻性的产品规划和强大的研发能力，提出了Super Cell组网方案，该方案充分考虑了业务需求、频谱效率和可实施性，为降低LTE系统干扰开辟了一条新的道路，必将助力运营商打造低成本、高效率的优质精品网络，共同为中国的信息化建设做出卓越贡献。
 

[关键词] TD-LTE