大唐移动LTE演进关键技术之Ir接口倍率压缩解决方案

伴随TD-LTE产业迅速发展，大唐移动基于TD-SCDMA领域标准、技术的领先优势，积极投入到TD-LTE产业推进的工作中去，在TD-LTE方面成果丰硕。自2009年开始，大唐移动就在TD-LTE功能以及性能方面进行测试验证，促进TD-LTE技术的成熟，先后完成了TD-LTE Mtnet测试、上海世博会选型测试，并已圆满完成南京TD-LTE规模试验网测试，在多个测试中创造了业界第一的好成绩。

　　另一方面，大唐移动积极配合中国移动开展TD-SCDMA 2010年扩容工程的建设，继续完善TD网络的部署。而如何在现有较为成熟的TD-SCDMA网络基础上平滑演进至TD-LTE，是目前中国移动更为关注的问题，也是更快更好部署TD-LTE网络的关键。大唐移动自TD-SCDMA产品设计初期，就充分考虑到平滑演进的需求，与中国移动进行深入合作，推出TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进整体解决方案，特别是在Ir接口速率压缩这一演进关键技术方面，大唐移动创新的提出了倍率压缩解决方案，使TD-SCDMA现网设备能够最大程度的满足利旧需求，以最小的改造工程量和最低廉的成本，快速部署TD-LTE网络，助力中国移动TD-LTE网络的快速平稳发展。

　　TD-LTE演进面临的问题

　　随着LTE及双模演进的需求日益临近，Ir口传输带宽受限的问题愈发凸显。TD-LTE对Ir传输带宽的需求远远大于TD-SCDMA，在TD-LTE及双模应用场景中，Ir传输带宽需求远远超出目前6Gbps的主流光口配置。下表列举了几种典型应用场景下的Ir传输带宽需求：


　　由上表可见，引入TD-LTE后，巨大的Ir传输带宽对Ir接口提出了更高的要求。特别是在单、双通道的室分覆盖中，考虑到多级级联的需求，现有的Ir接口速率基本无法满足TD-S向TD-L的平衡演进。

　　倍率压缩（DoubleRate）解决方案

　　针对后续演进中Ir带宽的瓶颈问题，业界进行了大量研究，提出了多种解决方案。

　　12bit Ir数据压缩方案：通过压缩算法减小IQ数据占用的传输资源，提高数据信息传送效率。

　　10G物理光口方案：设计开发新的基站产品支持10G物理光口。

　　多光口方案：设计开发新的RRU产品，增加Ir光口数量，以多光口负荷分担的方式支持更高的Ir传输速率。

　　以上几种方案虽然都致力于解决Ir传输瓶颈问题，但都存在一定问题。

　　12bit压缩方案带来的数据传输效率提升有限，在解决Ir传输瓶颈问题上作用有限。

　　10G物理光口方案需要对现网运行的基站设备硬件进行改造，同时Ir接口也要替换为10G物理光模块，使大量现网基站设备无法利旧，改造工程量巨大。另外，由于目前10G物理光口硬件成本很高，短期内不适合推广应用。

　　多光口方案，通过多个Ir光口分担来支持更高的Ir传输带宽，该方案需要对Ir口数据分流，带来实现复杂性的增加，也大大增加了故障概率和运维难度，并且增加了光模块、光纤的数量，造成成本增加。

　　针对Ir带宽需求和现有方案存在巨大矛盾，大唐移动创新性地提出了一种高效压缩的解决方案倍率压缩（DoubleRate）解决方案。

　　核心算法

　　倍率压缩技术以高效压缩算法为核心，通过软件实现压缩算法来提高等效Ir接口带宽。

　　业界在量化压缩技术方面通常采用四种技术方案：均匀量化、非均匀量化、自适应量化和矢量量化。各种量化压缩方法是从不同的维度实现数据的压缩。

　　自适应量化是根据输入信号的功率，自适应地改变量化阶梯的大小。

　　矢量量化是一个延迟判决编码技术。

　　均匀量化是不改变各个子帧时域数据的处理模式，仅仅是将数据比特数降低。

　　非均匀量化是合理地分配量化电平，从而解决量化性能问题。

　　A律压缩算法是常用的一种非均匀量化压缩算法，通过在小信号时量化间隔小，大信号时量化间隔大，这种非均匀量化方式，改善小信号部分量化误差。此算法已在话音信号压扩方面得到广泛应用，通过将话音信号进行8比特压扩，使其效果等同于14比特均匀量化。

　　大唐移动倍率压缩技术，融合了自适应量化和非均匀量化的技术优点，在A律压缩算法的基础上，通过对压缩算法关键参数的优化，使其更适于LTE上行接收和下行发送信号正态分布的特点，使Ir接口的数据压缩效果达到更优。如图1

　　图1 信道多种算法对比

　　通过对多种压缩算法的对比评估，倍率压缩算法为最佳的压缩方案。

　　测试验证

　　为了充分验证倍率压缩方案对业务性能的影响，大唐移动分别从系统仿真、射频指标和业务性能进行了全面的验证测试。

　　根据分析，Ir数据经过压缩后，对系统的影响主要体现在发送接收动态范围、误块率（BLER）和EVM三项关键指标上，因此，减少压缩算法对发送接收动态范围、EVM、BLER的影响，是Ir压缩的关注重点。

　　此外，由于Ir口上传送的IQ数据是天线通道内所有用户和信令信息的集合，Ir压缩性能的另一个主要关注点就是用户间功率的互相影响，因此，参照3GPP相关规范要求针对用户间不同功率强度的情况专门设计了对比验证。

　　系统仿真

　　系统仿真重点模拟了Ir压缩对TD-LTE主要信道的影响，而且还特别设计了多个用户间功率强度相差较大的恶劣场景，以验证在极为恶劣的情况下压缩算法的性能表现。

　　仿真结果显示，下行业务信道在0dB功率差，64QAM调制时，针对两种信道模型压缩前后性能基本无差异。EVM绝对损失小于1.51%。上行业务信道在与其他用户间功率相同、64QAM调制时，压缩前后SNR相差0.03dB，基本无差异。在极恶劣情况，上行用户间功率相差12.8dB、64QAM调制时，压缩前后SNR相差约0.6dB，仍保持在正常波动范围内。

　　仿真表明，倍率压缩技术对TD-LTE上/下行业务基本无影响。

　　频指标测试

　　射频指标测试采用实际设备进行测试，主要包括发射机指标测试、接收机指标测试、及功能稳定性测试。

　　测试结果表明，压缩前后对射频指标的影响程度很小，发射机/接收机动态范围、ALCR均无明显变化，EVM相对抬升也只有0.4%（折算为绝对抬升为1.3%），完全满足3GPP规范

　　业务测试

　　业务测试主要针对上/下行业务的峰值数据速率、BLER、MCS等关键指标进行测试。

　　业务测试表明，Ir压缩对上下行业务速率、BLER、MCS等关键指标均没有明显影响。

　　通过大唐移动细致严谨的测试，充分证明了倍率压缩技术对业务性能无明显影响，可完全满足TD-LTE部署及TD-SCDMA平滑演进的需求。

　　倍率压缩技术为客户带来巨大价值

　　倍率压缩技术在不更换Ir光口硬件配置的前提下，实现了Ir传输速率的倍增，为TD-SCDMA向TD-LTE的平滑演进扫清技术障碍，为客户带来了巨大的市场应用价值。

　　Ir传输能力大幅提升

　　倍率压缩技术使原有Ir数据帧中的IQ数据bit位数压缩到原来的一半，可获得100%的速率提升，使得现有设备的Ir最大数据传输能力翻倍，从Ir传输能力的角度来说，系统容量具备100%的提升能力。

　　以下是两种典型场景下，倍率压缩方案和10G光口方案的差异。


　　由以上场景的演进比较可见，在一些典型应用场景中，即使采用10G光模块方案，若不采用额外压缩技术，也将在很多应用场景中受到限制。

　　兼容现网设备

　　中国移动现网大量TD设备后续将面临TD-LTE及双模演进的问题，其中很多设备的Ir口物理传输带宽将可能成为双模演进的重要瓶颈，对双模演进带来影响。倍率压缩技术的推出将很好地解决这一问题，使得这些现网设备能够顺利地完成额外TD-LTE及双模平滑演进，对解决中国移动TD-LTE演进中Ir接口传输带宽瓶颈问题提供有力的保障。

　　突出的成本优势

　　倍率压缩技术以软件算法为核心，基站设备不需要硬件改动即可支持，大大节省了设备硬件改造成本和施工成本。

　　结束语

　　经过目前的仿真及实际测试，已基本证明倍率压缩方案各项性能指标完全优于相关规范的要求，其对系统性能基本没有影响，完全具备满足实际应用要求。大唐移动倍率压缩技术可为中国移动TD-SCDMA向LTE的平滑演进提供优质、低成本的解决方案，兼容现网设备，最大程度地保护网络设备投资。

　　TD-LTE演进的步伐已经开始，演进之路上还有很多亟待解决的问题。大唐移动作为中国移动的忠实合作伙伴，将一如既往地全力支持中国移动，以大唐移动深厚的技术标准和产业化经验积累，助力中国移动推动TD-SCDMA及LTE网络的发展和演进。