大唐移动LTE演进关键技术之Ir接口倍率压缩解决方案
时间：02-05
来源：搜狐
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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。
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：
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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。