TD—LTE特殊子幀配比的優(yōu)化設計

虎威

在研究TD-LTE與TD-SCDMA異系統(tǒng)同頻段組網時，為避免同頻相鄰時隙間的干擾，要求TD-LTE和TD-SCDMA系統(tǒng)時隙轉換點必須對齊，而傳統(tǒng)的子幀配比對齊方式會對TD-LTE的網絡容量產生影響?；诖耍ㄟ^進一步對規(guī)避交叉時隙干擾的方法進行研究分析，提出了一種特殊子幀配比優(yōu)化的新模式，可以有效提高TD-LTE下行系統(tǒng)容量和資源利用效率，有力地促進TD-LTE與TD-SCDMA兩網協(xié)同發(fā)展。

TD-LTE TD-SCDMA 協(xié)同發(fā)展 交叉時隙干擾 特殊子幀配比

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-06-0009-05

1 引言

隨著TD-LTE產業(yè)化、商用化、國際化步伐加快，對于中國移動而言，在相當長的一段時間內，TD-LTE和TD-SCDMA兩張網絡將共同協(xié)同發(fā)展。TD-LTE和TD-SCDMA同屬于TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）技術組網，采用時分復用方式來減少上下行所需的帶寬，即在TDD系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路共用同一頻帶，發(fā)送和接收在不同時刻交替進行。因此要求各個基站間的時間嚴格同步，尤其是在不同系統(tǒng)同頻組網場景下，需要兩種系統(tǒng)在空口收發(fā)轉換點上時間嚴格對齊，否則在同一區(qū)域使用同頻段共同組網的情況下，彼此會成為對方空口數(shù)據(jù)上下行的干擾。

如何充分發(fā)揮TDD系統(tǒng)的優(yōu)勢，動態(tài)地調整上下行資源分配，實現(xiàn)資源利用效率的最大化，同時避免同頻異系統(tǒng)時隙交叉帶來的干擾，是目前TD-LTE和TD-SCDMA協(xié)同發(fā)展面臨的重要課題。

2 TD-LTE和TD-SCDMA幀結構分析

2.1 TD-LTE幀結構分析

（1）TD-LTE幀結構

3GPP協(xié)議中規(guī)定，TD-LTE系統(tǒng)幀長度為10ms，半幀長度為5ms，子幀長度為1ms，時隙長度為0.5ms。在同一個載波頻率中，上下行通過時間進行區(qū)分，即在每10ms周期內，上下行共有10個子幀可用，每個子幀或者用于上行或者用于下行。

TD-LTE系統(tǒng)中，每個上下行子幀由2個0.5ms的時隙組成。特殊子幀由3個特殊時隙組成：DwPTS（Downlink Pilot Time Slot，下行導頻時隙），完成UE下行接入功能；GP（Guard Period，保護時隙），是信號發(fā)送轉接收的緩沖，GP是不傳輸數(shù)據(jù)的，GP越大，浪費的空口資源也就越多；UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行導頻時隙），完成UE（Μser Equipment，用戶終端）上行隨機接入功能。

TD-LTE系統(tǒng)幀結構的特點如下：

◆上下行時隙配比中，支持5ms和10ms兩種上下行切換周期；

◆在5ms的下行/上行切換周期內，每個5ms的半幀中均配置一個特殊子幀；

◆在10ms的下行/上行切換周期內，只在第一個5ms半幀中配置特殊子幀；

◆子幀0、5和DwPTS時隙只能用于下行，特殊子幀的UpPTS及相連的第一個子幀只能用于上行傳輸。

TD-LTE系統(tǒng)無線幀支持5ms和10ms的下行到上行切換周期。如無線幀的兩個半幀中都有特殊子幀，即子幀1和子幀6都是特殊子幀，說明每個半幀中各有1個下行到上行切換周期，長度為5ms；如無線幀只有第一個半幀中有特殊子幀，即只有子幀1是特殊子幀，說明無線幀中只有1個下行到上行切換周期，長度為10ms。

5ms周期時，一個10ms無線幀中的兩個5ms的半幀對稱使用，其中子幀0和子幀5固定為下行子幀，子幀2和子幀7固定為上行子幀，子幀1和子幀6為特殊子幀。

10ms周期時，一個10ms無線幀中子幀1為特殊子幀，其中子幀0和子幀5固定為下行子幀。

（2）TD-LTE子幀配比

在TD-LTE系統(tǒng)中，通過靈活地配置一個無線幀中的上下行子幀的個數(shù)滿足不同應用場景下的各類業(yè)務需要的上下行速率要求，通過配置不同的特殊子幀結構滿足小區(qū)應用場景需要的小區(qū)覆蓋半徑。

在網絡規(guī)劃上下行子幀配置比例時，必須根據(jù)切換周期選擇合適的配置。TD-LTE系統(tǒng)一個無線幀的子幀配置支持以下7種DL：UL配比方式：

模式0：1個無線幀中包括2個下行子幀、6個上行子幀和2個特殊子幀；

模式1：1個無線幀中包括4個下行子幀、4個上行子幀和2個特殊子幀；

模式2：1個無線幀中包括6個下行子幀、2個上行子幀和2個特殊子幀；

模式3：1個無線幀中包括6個下行子幀、3個上行子幀和1個特殊子幀；

模式4：1個無線幀中包括7個下行子幀、2個上行子幀和1個特殊子幀；

模式5：1個無線幀中包括8個下行子幀、1個上行子幀和1個特殊子幀；

模式6：1個無線幀中包括3個下行子幀、5個上行子幀和2個特殊子幀。

TD-LTE系統(tǒng)為了克服多徑時延帶來的符號間干擾和載波間干擾，引入了CP（Cyclic Prefix，循環(huán)前綴）作為保護間隔。CP包括普通CP和擴展CP，根據(jù)不同的CP場景，特殊子幀配置中DwPTS、GP和UpPTS的配置略有不同。

CP長度與小區(qū)的覆蓋半徑有關，一般場景下可配置成普通CP（Normal CP，普通循環(huán)前綴），即可滿足覆蓋要求；小區(qū)半徑較大的場景（如廣覆蓋等）需求下，可配置成擴展CP（Extended CP，擴展循環(huán)前綴）。

TD-LTE無線特殊子幀配置包括9種模式，具體如表1所示。

2.2 TD-SCDMA幀結構分析

（1）TD-SCDMA幀結構

3GPP協(xié)議中規(guī)定，TD-SCDMA系統(tǒng)的1個無線幀長10ms，分成2個長度為5ms的子幀，這2個5ms子幀結構相同；每個5ms子幀又分成3個長度固定的特殊時隙和7個常規(guī)時隙。具體如下：

◆3個特殊時隙：分別為75μs的DwPTS，完成UE下行接入功能；75μs的GP，保證下行至上行的保護時間；125μs的UpPTS，完成UE上行隨機接入功能。

◆7個常規(guī)時隙：分別為TS0、TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6，其中TS0固定分配給下行鏈路，TS1固定分配給上行鏈路。上行時隙和下行時隙之間由轉換點分開，有兩個轉換點：上行時隙到下行時隙轉換點和下行時隙到上行時隙轉換點。

（2）TD-SCDMA時隙配比

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，通過靈活地配置一個無線幀中的上下行時隙的個數(shù)滿足不同應用場景下的各類業(yè)務需要的上下行速率要求。TD-SCDMA系統(tǒng)上下行時隙配比支持以下5種DL：UL配比方式：

◆1個子幀中包括6個下行時隙、1個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括5個下行時隙、2個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括4個下行時隙、3個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括3個下行時隙、4個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括2個下行時隙、5個上行時隙和3個固定的特殊時隙。

3 TD-LTE和TD-SCDMA共存情況下的

子幀配比研究

目前中國移動TD-LTE室外宏站的頻段為F頻段（1 880—1 900MHz）和D頻段（2 570—2 620MHz），由于部分地區(qū)TD-SCDMA也采用了F頻段，為避免TD-LTE和TD-SCDMA間的交叉干擾，需要兩個系統(tǒng)制式幀結構的上下行時隙轉換點對齊。TD-LTE和TD-SCDMA系統(tǒng)的第一個轉換點均是采用保護間隔（GP）的方式分開上下行，第二個轉換點為切換點，需同時滿足以下兩個條件：

◆兩個系統(tǒng)5ms幀的DL/UL時隙切換點對齊；

◆兩個系統(tǒng)的GP存在交集。

3.1 上下行切換點對齊

TD-SCDMA幀結構周期為5ms，目前中國移動采用的是TD-SCDMA系統(tǒng)所支持5種上下行配比方式中的第2種時隙配比方式，如圖1所示。為避免TD-SCDMA與TD-LTE的上下行交叉干擾，TD-LTE系統(tǒng)需采用DL：UL=3：1的子幀配比模式。

由圖1可見，TD-SCDMA系統(tǒng)的上下行切換點距幀頭3*675+75+75+125=2 300μs，TD-LTE系統(tǒng)配比模式3：1的上下行轉換點距幀頭3*1ms=3 000μs。因此，為了實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的切換點對齊，要求TD-LTE的幀頭比TD-SCDMA的幀頭前置700μs。

3.2 TD-LTE特殊子幀配比研究

TD-SCDMA系統(tǒng)GP的位置和寬度是固定的：GP距離幀頭750μs，長度為75μs，因此GP相對幀頭的時間區(qū)域為[750，825]。

由表1可知，TD-LTE系統(tǒng)中，在普通CP和擴展CP這兩種情況下，GP的位置、寬度共有16種配置。

因此，在兩個系統(tǒng)的上下時隙切換點對齊條件下，如何調整TD-SCDMA特殊時隙的GP和TD-LTE特殊子幀的GP兩者的相對位置，以提升LTE網絡的資源利用效率。下面將就不同特殊子幀的配比情況進行研究。

（1）特殊子幀配比3：9：2

TD-LTE目標覆蓋區(qū)域為用戶數(shù)據(jù)業(yè)務使用頻度高的密集城區(qū)，站距小，不需要配置過大的GP保護間隔?，F(xiàn)有的3：9：2配置方式雖然可以避免交叉干擾，但特殊子幀的GP過長，會造成一定的資源浪費。

下面針對常規(guī)CP的特殊子幀配置模式5進行分析，并提出改進方案。

根據(jù)圖2所示，可以得到配置5中的LTE特殊子幀，14個OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）符號和TD-SCDMA特殊時隙的位置關系。其中，LTE特殊子幀的前3個符號用于承載DwPTS，最后2個符號用于承載UpPTS，中間9個符號（符號4—12）均為GP。當對保護間隔要求不高時，過長的GP將造成資源浪費。DwPTS上無法傳輸PDSCH，因此TD-LTE系統(tǒng)特殊時隙的資源利用率低。

（2）特殊子幀配比9：3：2

通過上文分析可知，只要將符號7或符號8配置為GP，即可避免與TD的交叉時隙干擾，因此建議時隙的配置模式5改進為模式6（9：3：2）。這樣承載DwPTS的符號數(shù)從3個增加到9個，承載UpPTS的符號數(shù)維持2個不變，可以增加下行信令或數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)量，從而提升整個LTE系統(tǒng)的容量，如圖3所示。

同時，TD-SCDMA需要開啟UpPTS Shifting特性。該特性的主要功能點在于可以將UpPTS時隙遷移到其后的上行時隙中，并將UpPTS時隙遷移的信息通過系統(tǒng)消息5傳遞給UE，保證UE的正常同步接入過程。

通常有兩種實現(xiàn)方式：靜態(tài)手動配置UpPTS位置和動態(tài)自動調整UpPTS位置。對UpPTS Shifting特性開通要求如下：

◆打開靜態(tài)UpPTS調整，并且固定位置不小于16；

◆打開動態(tài)UpPTS調整，并且初始位置和可偏移位置均要求不小于16，TD-SCDMA默認推薦將動態(tài)UpPTS調整的初始位置配置為不小于16，可遷移的5個位置全部配置為22、53、76、105、127（127默認關閉）。

相對傳統(tǒng)3：9：2時隙配比，TD-LTE系統(tǒng)使用9：3：2特殊時隙配比，下行增加5～6個符號的資源用于傳輸下行業(yè)務，以提升下行吞吐量。9：3：2特殊時隙增強特性開通后相對未開通該特性的場景，提升雙模演進網絡的TD-LTE下行吞吐量13%～20%以及峰值吞吐量5～6Mbps。

9：3：2特殊子幀配比特性要求TD-SCDMA UpPTS調整必須開通，并且對實際參數(shù)配置有明確的要求。UpPTS如果調整到上行業(yè)務時隙，會導致TD-SCDMA上行容量相對未調整UpPTS到業(yè)務時隙的場景有3%以內的損失，但是對TD-SCDMA網絡KPI沒有影響。