TD—LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋和容量性能分析

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【摘 要】TD-LTE是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前已逐漸進(jìn)入規(guī)模試商用階段。本文結(jié)合筆者多年的實踐經(jīng)驗，在介紹TD-LTE技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，重點就影響TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋和容量特性的原因進(jìn)行分析，并給出了TD-LTE試驗網(wǎng)建設(shè)的建議。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；試驗網(wǎng)

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活已經(jīng)離不開移動通信網(wǎng)絡(luò)提供的便利和高效，移動通信之所以達(dá)到如此的高度，是由于它自身應(yīng)用了許多高新技術(shù)。TD-LTE作為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不僅是下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)之一，而且也是我國電信發(fā)展史上重要的里程碑。覆蓋、容量和吞吐量是測試TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本性能和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要指標(biāo)，但在TD-LTE試驗網(wǎng)測試過程中，這些性能指標(biāo)容易受到各方面因素的影響，不僅會影響到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提高，同時也制約了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)商業(yè)化的發(fā)展。為此，本文通過深入研究TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋和容量性能，提出了一些網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的建議，希望為TD-LTE商用網(wǎng)規(guī)劃提供技術(shù)參考。

1.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)特點

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）OFDMA

LTE下行采用OFDM技術(shù)提供增強(qiáng)的頻譜效率和能力，上行基于SC—FDMA（單載波頻分多址接入）。OFDM和SC—FDMA的子載波寬度確定為15kHz，采用該參數(shù)值，可以兼顧系統(tǒng)效率和移動性。

（2）MIMO

多天線技術(shù)可以有效的改善系統(tǒng)容量及其性能，而且還可以顯著地提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和可靠性。在LTE TDD協(xié)議中，對下行MIMO技術(shù)做了闡述，主要包括發(fā)送分集，空間復(fù)用。其中發(fā)送分集包括循環(huán)延遲分集（CDD）和分組空頻塊碼（SFBC）兩種。

1.2 頻譜配置

頻譜資源是無線通信中最寶貴的資源之一，隨著移動通信的發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)對于頻譜的需求日益增加。現(xiàn)有GSM等通信系統(tǒng)采用FDD雙工方式，F(xiàn)DD雙工方式占用了大量的頻段資源，同時由于FDD不能使用零散頻譜資源，造成了頻譜浪費。由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)是TDD系統(tǒng)，而TDD系統(tǒng)無需成對的頻率，可以方便地配置在零散的頻段上，頻譜使用靈活，能有效地提高頻譜利用率。

1.3 支持非對稱業(yè)務(wù)

在第三代及未來的移動通信系統(tǒng)中，除語音業(yè)務(wù)之外，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)將成為主要應(yīng)用。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、文件傳輸業(yè)務(wù)及多媒體業(yè)務(wù)通常具有上下行不對稱特性。TD-LTE系統(tǒng)在支持不對稱業(yè)務(wù)方面具有一定的靈活性。根據(jù)TD-LTE幀結(jié)構(gòu)的特點，TD-LTE系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型靈活配置TD-LTE幀的上下行時隙配比。

2.影響TD-LTE覆蓋特性的因素分析

2.1 設(shè)備發(fā)射功率

在TD-LTE系統(tǒng)中，有多種帶寬配置方案。主要有14MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz六種帶寬配置，當(dāng)下行采用20MHz帶寬配置方案時，基站最大發(fā)射功率為40W（46dBm），上行終端最大發(fā)射功率為2W（23dBm）。

如果不考慮多小區(qū)間干擾的影響，發(fā)射功率越大，小區(qū)覆蓋距離越遠(yuǎn)。但在實際組網(wǎng)中，需要考慮小區(qū)間干擾影響，因此發(fā)射功率不能隨意設(shè)置。

2.2 GP配置

在TD-LTE系統(tǒng)中，一個無線幀被分為兩個半幀，每個半幀長度為5ms。且每個半幀由5個長度為為1ms的子幀組成。其中包括4個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀由2個時隙組成，特殊子幀由3個時隙（CUpPTS、GP、DwPTS）組成，其中GP為特殊時隙內(nèi)上下行轉(zhuǎn)換點保護(hù)間隔，GP的設(shè)置將影響小區(qū)的最大覆蓋距離小區(qū)覆蓋距離與GP之間的關(guān)系如下：

小區(qū)覆蓋半徑=C×GP/2

其中C為光速。

特殊子幀的不同時隙配比與小區(qū)理論覆蓋半徑關(guān)系如表1所示。

2.3 RB配置

RB為LTE系統(tǒng)中的資源塊，在實際系統(tǒng)中，根據(jù)不同的系統(tǒng)帶寬需求，進(jìn)行RB配置。在TD-LTE系統(tǒng)中不同帶寬配置下的RB數(shù)目情況如表2所示。

有效全向輻射功率（EJRP）與RB配置數(shù)量成正比：增加RB配置，可以提高EIRP，從而有效增加小區(qū)覆蓋半徑。

下行信道底噪聲與RB數(shù)量成正比：增加RB配置數(shù)量，下行信道底噪聲被抬升，但功率增加與底噪抬升成等比變化，因此RB配置數(shù)量不會影響下行小區(qū)覆蓋半徑。

>RB配置對上行覆蓋影響

增加RB配置數(shù)量，會引起上行信道底噪抬升，覆蓋半徑降低，因為終端最大發(fā)射功率是有限的，如果終端已經(jīng)達(dá)到最大發(fā)射功率，則增加RB數(shù)量.降低小區(qū)上行覆蓋半徑。

2.4 小區(qū)用戶數(shù)

TD-LTE在組網(wǎng)規(guī)劃時，需要考慮容量與覆蓋的折衷，找到兩者的較佳結(jié)合點，從而降低投資成本，提高費效比。

小區(qū)用戶數(shù)可以認(rèn)為是系統(tǒng)負(fù)荷的體現(xiàn)，系統(tǒng)負(fù)荷提升，則系統(tǒng)干擾水平上升，所需的干擾余量越大，小區(qū)的覆蓋半徑越小。

2.5 頻率復(fù)用系數(shù)的影響

頻率復(fù)用系數(shù)與小區(qū)覆蓋半徑成正比，頻率復(fù)用系數(shù)越大，小區(qū)間干擾越小，則覆蓋半徑越大。頻率復(fù)用系數(shù)越小，小區(qū)間干擾越大，覆蓋半徑應(yīng)該越小。

3.影響TD-LTE容量特性的因素分析

3.1 基站功率

LTE下行采用了半靜態(tài)的功率分配策略，對于較為密集的市區(qū)場景，提升TD-LTE系統(tǒng)基站功率對于容量改善不大，因此在保證覆蓋的前提下。適當(dāng)降低發(fā)射功率在避免導(dǎo)頻污染的同時，也不會很大程度的降低系統(tǒng)容量；對于郊區(qū)和鄉(xiāng)村以覆蓋為目標(biāo)的場景，提升基站發(fā)射功率可在一定程度上提升系統(tǒng)容量。

3.2 帶寬

LTE系統(tǒng)的一個最基本的特征是支持可變的系統(tǒng)帶寬配置。目前系統(tǒng)支持的帶寬最小為14MHz，最大為20MHz。

系統(tǒng)帶寬與峰值速率成正比，由于調(diào)度增益的緣故，用戶吞吐量和接入用戶數(shù)這兩個量與系統(tǒng)帶寬的關(guān)系比正比關(guān)系再高一些。

3.3 分組調(diào)度算法

LTE系統(tǒng)中常用的分組調(diào)度算法主要有：輪詢（RR）、最大C/I（MaxC/I）、正比公平（PF）。

對于輪詢（RR）算法.是一種最公平的算法，但算法的資源利用率不高，系統(tǒng)吞吐量比較低。

對于最大C/I（MaxC/I）算法，系統(tǒng)獲取的吞吐量最大，但其公平性較差。

對于正比公平（PF）算法，綜合考慮了用戶的信道條件和用戶之間的服務(wù)公平性，能夠在系統(tǒng)吞吐量和服務(wù)公平性之間取得一定的折中。

3.4 資源分薯方式

動態(tài)調(diào)度下資源分配采用按需分配方式，每次調(diào)度都需要調(diào)度信令的交互，這種方法實現(xiàn)比較簡單，靈活性高，如不考慮調(diào)度信令資源的限制，資源利用率最高，但動態(tài)調(diào)度的信令開銷很大，降低了系統(tǒng)容量。

半持續(xù)調(diào)度第一次資源分配采用動態(tài)調(diào)度，后續(xù)資源分配采用持續(xù)調(diào)度。其特點是只在第一次分配資源時進(jìn)行調(diào)度，后續(xù)資源分配均無需調(diào)度信令指示，節(jié)約了信令開銷，提升了系統(tǒng)容量。但是持續(xù)調(diào)度雖然能減少控制信令開銷，但資源分配靈活性不夠，且會造成一些資源沖突，資源利用率不高。

4.TD-LTE試驗網(wǎng)分析

4.1 試驗同測試關(guān)注點

中國移動TD-LTE試驗網(wǎng)測試主要關(guān)注覆蓋性能、基本性能與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、多天線技術(shù)等。

其中覆蓋測試主要關(guān)注：覆蓋受限信道，是否可與2G、3G共址；RB數(shù)、時隙配比、發(fā)射功率對覆蓋的影響。

基本性能與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測試主要關(guān)注：覆蓋，容量，吞吐量，時延等指標(biāo)。

多天線技術(shù)測試主要關(guān)注：多天線特性測試；8天線基本性能；2/8天線性能對比測試等。

4.2 試驗網(wǎng)測試基本結(jié)論

根據(jù)TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)測試情況，在UE處于最佳無線環(huán)境下，TD-LTE小區(qū)的峰值能力測試情況如下表所示。

在TD-LTE試驗網(wǎng)中，對不同廠商的8性能增益進(jìn)行了測試，根據(jù)測試結(jié)果，8天線單流對于邊緣用戶吞吐量的提升明顯。8通道單流下行邊緣用戶吞吐量增益為17左右；8通道雙流下行邊緣用戶吞吐量增益為16左右。

4.3 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)建議

TD-LTE應(yīng)用應(yīng)主要強(qiáng)調(diào)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。覆蓋目標(biāo)為實現(xiàn)室外成片連續(xù)覆蓋及重要樓宇的室內(nèi)有效覆蓋。

基站站距建議：密集市區(qū)：500米左右；站址密度不小于每平方公里5個。一般市區(qū)：650米左右；站址密度不小于每平方公里3個。

多天線配置建議：8天線在容量和覆蓋性能有一定優(yōu)勢，建議在大部分基站采用8天線；2天線主要在部分實施受限的場景、基帶集中建設(shè)場景采用。

5.結(jié)論

TD-LTE試驗網(wǎng)建設(shè)工作對我國電信行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。因此，電信運(yùn)營商應(yīng)結(jié)合TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)特性和關(guān)鍵技術(shù)，加強(qiáng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋、容量、吞吐量等性能的分析，不斷提高TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究工作的深入，相信TD-LTE實驗網(wǎng)建設(shè)會得到進(jìn)一步的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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