 Hans Journal of Wireless Communications 无线通信, 2011, 1, 29-33 http://dx.doi.org/10.12677/hjwc.2011.12006 Published Online November 2011 (http://www.hanspub.org/journal/hjwc/) Copyright © 2011 Hanspub HJWC Analysis of Technology and Operation Strategy of TD-LTE Development in China Xiaoming Li, Bin Zhang, Jian Dong China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Hebei Branch, Shijiazhuang Email: {lixiaoming; zhangbin2; dongjian}@cmdi.chinamobile.com Received: Sep. 9th, 2011; revised: Sep. 29th, 2011; accepted: Oct. 24th, 2011. Abstract: This paper investigated how to develop TD-LTE under the current circumstance in China. We analysed the difficulties faced in TD-LTE development from seven aspects and proposed concrete sugges- tions from the point view of technology and operation strategy. Keywords: TD-LTE; Operation Strategy; International Roaming; USIM Card 我国发展 TD-LTE 的技术与运营发展策略分析 李晓明，张 彬，董 健 中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 Email: {lixiaoming; zhangbin2; dongjian}@cmdi.chinamobile.com 收稿日期：2011 年9月9日；修回日期：2011 年9月29 日；录用日期：2011 年10 月24 日 摘 要：文章对在当前环境下我国如何发展 TD-LTE 的问题进行了探讨，重点从七个方面阐述了发展 TD-LTE 所面临的问题和困难，并在技术和运营角度给出了具体的建议。 关键词：TD-LTE；发展策略；国际漫游；USIM卡 1. 引言 2010 年12 月份，工信部批复同意 TD-LTE 规模 试验总体方案，将在上海、杭州、南京、广州、深圳、 厦门等六个城市组织开展 TD-LTE 规模技术试验。这 是继 2010 年10 月TD-LTE 增强型成功被国际电信联 盟确定为4G 国际标准后，中国布局4G 的又一关键性 举措。由于 TD-LTE 起步较晚，发展中必然会遇到诸 多困难。本文从技术层面和经营角度，对我国发展 TD-LTE 过重中需要注意的问题进行了分析。 2. 中国移动要发展 TD-LTE，重点要实现 TDD/FDD 的融合与兼容 要把实现 TD-LTE 与LTE FDD的融合作为当前 TD-LTE 发展至关重要的战略目标。既要确保中国移 动的 TD-LTE 客户能够走出去，实现国际漫游，也要 确保国外运营商的LTE 客户能够进的来，使其能漫游 到中国移动的 TD-LTE 网络。下面我们分析一下 TD-LTE 与LTE FDD融合的可行性与必要性。 从3GPP 标准进展来看，预计今年 3月将完成包 括FDD 和TDD 在内的 LTE又一个新版本 Release 10 即LTE-Advanced(LTE-A)，3GPP TD-LTE和LTE FDD 标准进度一致。从技术层面讲，TD-LTE 和LTE FDD 存在非常大的共通性，技术差异不超过 15%。LTE FDD 和TDD 的媒体介入控制层(MAC 层)以及网络层 的结构都是相同的，其他关键技术也基本一致，其差 异主要体现在物理层帧结构上[1]，如图1所示。此外， LTE从一开始就同时对 FDD和TDD进行了优化设计， 两种模式下可以获得相近的频谱利用率。这些都为 LTE TDD和FDD 的融合奠定了基础。 尽管两者在标准方面保持了同步，但由于 TD-LTE 是由中国提出的 3G 技术 TD-SCDMA 演进而 来，而LTE FDD则经由欧洲3G 标准 WCDMA 演进，  李晓明 等 我国发展的技术与运营发展策略分析 30 | TD-LTE 1ms , 1ms 子帧 #2 子帧 #3 子帧 #4 子帧 #0 子帧 #5 半帧,5ms 子帧 #1 GP UpPTSDwPTS 1ms , 1ms 子帧 #2 子帧#3 子帧 #4 子帧 #0 子帧 #5 半帧,5ms Figure 1. Comparison of frame structure betw een TD-LTE and LTE FDD 图1. TD-LTE与LTE FDD帧结构对比 从目前的全球 3G网络部署情况看，WCDMA市场规 模远超过了TD-SCDMA。因此，无论从技术成熟度还 是产业规模化来看，FDD LTE的商用部署都领先于 TD-LTE。中国移动要发展TD-LTE，就必须要借助融 合来促进快速发展，大力推进两者的融合，推动 TDD/FDD 共模，争取产业界的支持，避免再次陷入 TD-SCDMA 一样“曲高和寡”的局面。这样才能使今 后TD-LTE 的发展充分享受到规模效应，从而把 TD-LTE 做成真正的国际标准。 3. TD-LTE网络使用的频段和终端要考虑 国际通用性 要推进 TD-LTE 的快速发展，使 TD-LTE 成为国 际标准，必须要考虑网络使用频段和终端的国际通用 性，从而实现不换卡、不换手机就可以国际漫游的目 标。 在LTE 频段划分方面，在2007 年世界无线电通 信大会(WRC07)上，将 IMT-2000 和IMT-Advanced 统 一为 IMT，在频谱使用上不再区分。LTE 是一种 IMT-2000 技术，理论上已分配给 IMT-2000 的频段(即 2G 与3G频段)和WRC07 大会上新划分的频段均可由 LTE 使用。目前3GPP LTE标准中定义了如下工作频 段：LTE FDD定义的频段，除 450 MHz、3400~3600 GHz 频段外的所有IMT 频段，即 WRC-07 大会上明 确的 698~806/862 MHz(我国为 698~806 MHz)， 2500~2690 MHz频段共298 MHz频率，以及己规划的 用于 2G 和3G中FDD业务的频段；TD-LTE 定义的 频段有 1850~1920 MHz、2010~2025 MHz、2300~2400 MHz 和2570~2620 MHz，共 195 MHz。国内对无线 频段的划分情况为：我国己在800 MHz、900 MHz、 1800 MHz和2000 MHz等频段为 2G 和3G 系统中 FDD 业务规划了 350 MHz频率。我国在上述规划频 段中已分配的FDD 频率共190 MHz，尚未分配的FDD 频率为 160 MHz。在 700 MHz 频段(我国为 698~806 MHz)共108 MHz，广电部门承诺在 2015 年完成电视 模/数转换后可释放供宽带移动使用。除了明确将 2570~2620 MHz分配给TDD 技术以外，工信部表示， 2500~2690 内其他频段的后续频率规划，将视IMT 技 术(TDD，FDD)发展及市场情况 确定。此外， 中国移 动的 TD 现网还拥有 1880~1920 MHz和2010~2025 MHz，以 及2300~2400 MHz频段，如图2所示。这些 频段为 TD-LTE 的应用创造了条件。 在频段使用上，我们要积极倡导“国际频段加国 内频段”模式，在国际上推动国际通用的 TD-LTE 频 率，确保实现 TD-LTE 的全球漫游。一方面，建议支 持日本软银(2545~2575 MHz)、美国Clearwire (2496~ 2690 MHz)等TD-LTE 国际漫游频段；另一方面，考 虑到 LTE FDD国际漫 游需求，建议支持欧洲 、日本、 美国的主流频段。 TD-LTE 终端产品工作也要围绕TD-LTE 与LTE FDD 融合与兼容的目标，推动TDD/FDD 共模，争取 产业界的支持，聚合更多的产业资源为后续顺利引入 国际主流产品创造条件。与此同时，TD-LTE 多模终 端还应与现有的2G 和3G 制式兼容，工信部要求必须 兼容国内 3G 技术TD-SCDMA。然而，TD-SCDMA 相关产业链还比较薄弱，只有中国需要TD-SCDMA 的情况下，产业推动较为困难。如果从芯片与终端推 进工作初期就强制执行，必将影响TD-LTE 整体商用 进度。因此，建议在 TD-LTE 发展初期，特别是在规 模试验阶段，争取将 TD-SCDMA 作为推荐选项，不 作强制要求，待商用阶段后续决策。 4. TD-LTE时期的用户卡策略推荐使用 USIM 卡 USIM 卡就是第三代手机卡-Universal Subscriber Identity Module(全球用户身份模块)，也叫做升级 SIM 卡。跟普通 SIM卡相比，USIM 卡除了在安全性 方面 对算法进行了升级并增加了卡对网络 的认证功能之外， 还逐步向移动商务平台、乃至多应用平台过渡，支持在 手机上实现电子钱包、电子信用卡、 电子票据等应用。 Copyright © 2011 Hanspub HJWC  李晓明 等 | 我国发展TD-LTE 的技术与运营发展策略分析 Copyright © 2011 Hanspub HJWC 31 70473471674675677778717551785185018801920198020102025211021702300240025702620 FDDFDDFDDFDDFDD TDDTDDTDDTDDFDD FDD Figure 2. TDD spectrum allocated in China and FDD spectrum for common-mode 图2. 我国已分配的TDD 频段和共模需要支持的 FDD频段 5.1. 向下兼容，长期共存，推动 GSM/TD/WLAN/TD-LTE 四网协调发展 中国移动在引入 TD-SCDMA 时期没有采用 USIM 卡，这是根据当时的网络特点和经营策略做出 的正确选择。具体来说，HLR 无需改造即可实现 2G 用户“三不”方式下使用 TD基本业务；对于 TD视 频电话业务或超过2 Mbps 的数据业务需求，HLR 仅 需较小的软件升级即可支持，且当时 USIM 卡成本较 高，因此中国移动联合其他运营商在3GPP 组织中成 功推出了 3G标准兼容SIM 卡，而是实行了不换号、 不换卡、不登记的“三不”原则。 规划初期，四网协调发展。GSM、TD 承载话音 和低速数据业务。两网执行互操作，发挥 2G 覆盖优 势和 TD 高速率优势；网络与设备融合，充分利用现 有网络资源。WLAN、LTE 承载高速数据(>500 kpbs ) 。 推动 LTE尽快商用，高速数据业务的承载逐步向 LTE 过渡；TD + WLAN实现优势互补，提升宽带接入 能力。 规划后期，网络进一步融合与演进。2G、3G 实 现共 RNC/BSC、共NodeB/BTS 深度网络融合。以TD、 LTE 网络作为移动宽带数据业务的主要承载，以 WLAN 作为高速数据业务的补充，多种无线接入方式 实现数据业务的无缝覆盖。 与TD-SCDMA 的引入不同，TD-LTE 在用户数据 的接口协议、签约数据、信令流程、鉴权加密等方面 都有很大变化，因此 3GPP 定义了新的功能实体HSS 用于 LTE用户的数据管理，HSS功能与 HLR 存在很 大差别，HLR 需改造成为 HLR/HSS。考虑引入 LTE 时两种 HLR/HSS 建设方式：“新建HLR/HSS 设备” 或 “全网HLR改造为 HLR/HSS”，两种建设方式对 HLR 都有较大的工程实施要求，与用户卡的选择无 关。此外，LTE 标准从长远安全性角度考虑，仅支持 USIM 卡，尽管中国移动也进行了努力，但产业认为 不能长期支持多种模式，影响LTE 的安全性。最后， 即便可以继续使用SIM 卡，考虑到支持国际漫入的需 求，LTE 网络也应支持标准USIM 卡功能，这样需满 足SIM 卡和 USIM卡两套功能要求。同时，还有可能 面临国际漫游出有被拒的风险，且目前 USIM 卡与 SIM 卡的成本已基本相当。因此，在 TD-LTE时期的 用户卡策略问题上，建议采用USIM卡。 在业务承载方面，四网的定位为： 2G 网络：是移动公司赖以生存的盈利基础，主要 承载话音、低速数据、短信业务等基础业务； TD-SCDMA 网络：是向TD-LTE 平滑演进的网络 基础，主要承载手机终端的移动数据业务，并承载部 分话音业务； WLAN 网络：WLAN 网络是移动蜂窝网的重要补 充，也是中国移动进入宽带市场的有效手段，主要承 载PC、手机及第三方 WiFi终端的互联网数据业务； TD-LTE 网络：是移动公司的未来，主要承载高 速数据业务，并具备承载话音业务功能。 在覆盖区域方面，如图 3所示，四网的定位为， GSM 是广域网络，提供全面的覆盖；TD 覆盖到县城 以上；未来的 LTE主要覆盖主要城区；WLAN 提供 热点覆盖。 5. TD-LTE还要与现有制式网络实现兼容 对于电信运营商来说，无论是出于业务互补，还 是为了保护已有投资、充分利用现有资源的目的，通 常会同时经营多张网络[2]。对于中国移动来说，目前 就经营着 GSM、TD-SCDMA 和WLAN 三张网络。 TD-LTE 网络的建设需要一个长期的过程，LTE 系统 将与其他标准在很长一段时间内共存。因此，要想发 展好 TD-LTE，就必须要处理好它与现有网络的关系。 Figure 3. Coverage areas of the networks 图3. 四网的覆盖区域  李晓明 等 我国发展的技术与运营发展策略分析 32 | TD-LTE 5.2. LTE语音实现方案面临多种选择 TD-LTE 发展初期，由于不能达到连续覆盖，语 音业务仍需由2/3G 网络承载，因此要求 LTE 网络必 须具备到 2/3G 的语音切换能力。目前有两种 LTE 初 期话音解决方案：一种为电路域回落(CS Fallback， CSFB)方案，另一种为双待机方案。其中，CSFB 是 3GPP 标准方案，其原理是终端驻留在 LTE，呼叫建 立前先重选/切换至 2G/3G，由2G/3G 电路域提供语音 业务。3GPP 标准中定义CSFB 可将终端回落至 GSM、 WCDMA、TD-SCDMA、CDMA1X 网络 。在标准 CSFB 的基础上，3GPP 标准中还提供了CSFB增强型方案， 可以根据网络控制和终端设置决定来决定驻留网络， 可以是 LTE网络，也可以是 2/3G 网络。双待机方案 对网络无特殊要求，关键在于终端实现，其原理为： 终端支持双待，同时在LTE和2/3G 网络驻留，语音 业务通过 2/3G 承载；数据业务优先LTE承载，无覆 盖是通过 2G 承载。多模双待机方案用户卡有多模双 待单卡，多模双待双卡和多模双待双卡可见一卡三种 形式。 目前，全球拥有GSM/WCDMA 网络的3GPP 阵 营运营商都选择标准的单待CS Fallback方式，并且有 望在 2011 年底推出采用此方式的国际标准终端 (HTC 等国际大厂已有提案)。不过国际主流运行商都 选择优先回落到 WCDMA 为主，兼顾 2G，选择回落 到TD-SCDMA 的支持力度较弱。另一方面，从国内 来看，政府已明确 TD-LTE 初期话音解决方案为多模 双待方案，且必须包含 TD-SCDMA 模式。综合考虑 各方面因素，建议TD-LTE 初期解决方案如下： 1) 建议将 CS Fallback 和多模双待机方案均作为 备选方案，推动主流产品尽快实现(优先回落到 GSM)， 并根据规模技术试验中实际效果及整体进展再行决策 后续主推方向。 2) 从用户及安全性角度考率，双待机方案中应首 选单卡形式，考虑到政府对TD 模式的要求，推动产 业及早攻关解决，支持 LTE/TDS + GSM单芯片方案。 6. 在TD-LTE 推进过程中要关注芯片、 终端厂商的开发进度 TD-LTE 的发展需要芯片、终端厂商的大力支持， 这是促进 TD-LTE尽快实现商用的重要基础[3]。 TDD/FDD共模和多模需支持 TD-SCDMA制式对芯 片、终端厂商提出了新的挑战，在制定 TD-LTE 发展 策略时，要充分考虑到这些因素，保证协调发展。 TD-LTE 用户国际漫游需要 TDD/FDD 融合.也就 是要求终端 TDD/FDD共模。各芯片厂商支持共模技 术亦需要一个过程，国际主要芯片厂商高通，STE， 英飞凌在首批芯片产品中即实现硬件的TDD/FDD 共 模。后续会在2011 年实现软件的共模。原WiMax 厂 商Altair，Sequans 会在 2011 年的后续芯片中支持 FDD/TDD 共模。国内芯片厂商华为海思，中兴，联 芯会在 2012 年前支持 FDD/TDD 共模。作为运营商， 中国移动要争取产业界的支持，聚合更多的产业资源 为后续顺利引入国际主流产品创造条件，同时要继续 推动引导国内新兴厂商支持 FDD 共模。目前，LTE 芯片有 3种多模方案：1) 全制式方案，即LTE/TDS/ GSM/(WCDMA)；2) TDS芯片厂商方案，即 LTE/TDS/ GSM；3) 国际标准方案，即 LTE/GSM/(WCDMA)。 虽然多模终端加 TDS 模具有一些优势，比如在 LTE 展开初期,回落到 TDS 的用户体验要好于 GSM，且符 合工信部要求多模终端的 TDS必选的现阶段外部政 策环境。但是，多模终端加 TDS模依然存在很大的实 现难度，具体体现在TDS 相关产业链还较为薄弱，只 有中国需要TDS 的情况下，产业推动较为困难，此外 国际主流芯片厂商高通等公司在TDS 积累较弱,影响 LTE 整体商用进度。 从3G 与Wi-Fi 的发展来看，手机终端无疑已经 成为推动其产业链发展的重要工具。LTE市场发展很 大程度取决于终端的普及程度，尤其是 LTE 手机的普 及。目前，LTE 语音标准和方案并未统一，同时也缺 乏手机终端支持，这意味着 LTE网络在未来一段时间 内终端形式仍以数据卡业务为主，LTE 用户规模的发 展在初期将受到制约。 因此，对作为 TD-LTE 主要推动者的中国移动来 说，要明确对 TD-LTE 终端的产品规划，规模试验终 端需求量、时间表，推动产业加速研发；同厂家建立 密切的合作伙伴关系，加强开发进程管理；建立 TD-LTE 终端测试、故障分析、问题解决、质量提升 的测试体系，促进终端芯片成熟、保障终端质量，先 解决稳定性问题，再推动终端多样化。 Copyright © 2011 Hanspub HJWC  李晓明 等 | 我国发展TD-LTE 的技术与运营发展策略分析 Copyright © 2011 Hanspub HJWC 33 7. 协调好技术研发与经营研发的关系 LTE 技术名为演进(Evolution)，实为革命(Revo- lution)，这些先进的技术可以为我们提供更快的传输 速率、更高的服务质量，支持更多新的业务。然而， 技术上的研发很大程度上基于理论研究、仿真和以前 技术的经验，在实际工程应用中还存在非常多的问题 需要解决和进一步细化。因此，从经营的角度出发， 需要根据产业链成熟度、现网升级、建设的难度来决 定引入哪些先进技术，不要一味求新，以期稳步发展。 以本文前面提到的CS Fallback增强技术为例，它可以 根据网络控制和用户设置结果来决定待机策略。用户 可根据个人业务的偏好设置终端类型(话音优先还是 数据优先)；运营商可根据自身策略需要，在网络发展 不同阶段调整终端待机策略，优点是十分明显的。然 而，在具体部署时将会面临一系列问题： 1) 现网改造大，在 CS Fallback 方案改造要求基 础上，额外要求LTE 覆盖区下的 2/3G无线网增加支 持数据业务推送到 LTE 的流程，要求网络支持 OMA-DM(OMA 终端管理)； 2) 与CS Fallback相比，终端要求支持OMA-DM 及较为复杂的参数和流程，实现难度大； 3) 商用时对网络参数配置和优化有一定要求。 由于这些问题的存在，运营商应保持谨慎态度， 待产业链成熟之后再择机引入此种技术。总之，从网 络运营角度看，必须要协调好技术的先进性和成熟性 之间的关系，有步骤有计划的引入较成熟的设备和技 术，这样才能减小投资风险，推动TD-LTE 的稳步发 展。 8. 充分借鉴 TD-SCDMA 建设经验， 保证 TD-LTE 的快速发展 目前 TD-SCDMA 的建设已经进入到五期，在 D-LTE 的引入上要借鉴TD-SCDMA 的相关经验。在 LTE 网络的引入期，待借鉴的问题包括市场和网络两 大方面，需要两方结合，协调发展。 T 市场方面需要借鉴的有：用户发展在初期较缓慢， 建设网络容量要适度谨慎，避免建设初期网络利用率 低，投资效益不明显。LTE终端形态和款式需要重点 关注，依据 TD 经验，终端对用户发展起到重要影响。 TD 因终端问题带来的指标异常比例较高等。 网络方面需要借鉴的有：多厂商参数的匹配问题； TD 网络在网络发展初期未能起到有效分流GSM网络 业务量的目的，如何合理的设置 TD-LTE 的业务承载 和业务迁移策略至关重要，TD-LTE 网优和运营经验 也需提前进行摸索和储备。同时，市区站址选址较困 难，应提前储备站址和合理规划基站机房空间，以便 供TD-LTE 所需 。 9. 结束语 综上所述，大力发展 TD-LTE 对中国电信业的崛 起和腾飞具有重要的战略意义，TD-LTE 肩负着构筑 中国自主知识产权的重任。尽管在发展过程中还会面 临诸多困难和压力，但是相信在我国政府的大力扶持 和中国移动的积极推动下，把 TD-LTE 打造成国际主 流技术标准，进而在 4G 时代实现与国际同步发展的 目标一定能够实现。 10. 致谢 感谢设计院的同事，感谢我所引用的文章的作者， 感谢审稿的每一位老师，感谢！ 参考文献 (References) [1] 沈嘉, 索世强, 全海洋等. 3GPP长期演进(LTE)技术原理与系 统设计[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2008: 35-50. [2] 董伟杰, 王超. TD-LTE发展中的关键问题[J]. 通信技术, 2010, 43(5): 168-169. [3] 王迎, 龚慧莉. 试论 TD-LTE技术的未来发展[J]. 移动通信, 2009, 33(22): 5-8. |