TDLTE規(guī)劃仿真方法及實例

1、2011年第3-4期圖1 td-lte總體仿真流程td-lte規(guī)劃仿真方法及實例張 華 趙旭凇 程俊強 姜 昕 焦燕鴻張炎炎中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司1 td-lte規(guī)劃仿真流程與td-scdma相比，td-lte在實現(xiàn)技術(shù)上有很大改進(jìn)，體現(xiàn)在如鄰區(qū)干擾消除、mimio技術(shù)和業(yè)務(wù)調(diào)度 的引入方面。在td-scdma系統(tǒng)中，鄰區(qū)干擾消除采用 多小區(qū)聯(lián)合檢測和智能天線技術(shù)，沒有引入mimo技術(shù)， 業(yè)務(wù)調(diào)度不是其主要特點；在td-lte系統(tǒng)中，鄰區(qū)干擾 消除采用鄰區(qū)間資源協(xié)調(diào)的方法實現(xiàn)，引入mimo技術(shù)， 業(yè)務(wù)調(diào)度是td-lte的關(guān)鍵技術(shù)。但就規(guī)劃仿真而言，從 總體流程看，并沒有太大區(qū)別，td-

2、lte的特有技術(shù)將被 引入到相關(guān)規(guī)劃仿真模塊中去。特別是蒙特卡羅模塊中 的mimo技術(shù)和業(yè)務(wù)調(diào)度功能，體現(xiàn)出td-lte的技術(shù)特 點。通過圖1可以看出，td-lte的特有技術(shù)將在具體模 塊中體現(xiàn)。小區(qū)邊界用戶頻率規(guī)劃用于消除鄰區(qū)干擾，即 將小區(qū)內(nèi)的頻率資源分配為3個子區(qū)間，使得小區(qū)邊界的 頻率實現(xiàn)異頻組網(wǎng)。過鄰區(qū)間資源協(xié)調(diào)實現(xiàn)。規(guī)劃仿真鄰區(qū)干擾協(xié)調(diào)的實現(xiàn)原理如圖2所示。（1）規(guī)劃仿真的鄰區(qū)干擾消除可通過三種資源劃分 實現(xiàn)：2 td-lte規(guī)劃仿真的鄰區(qū)干擾消除同頻組網(wǎng)可以提升頻率效率，提高小區(qū)吞吐量，但需要解決鄰區(qū)間同頻干擾問題。在td-lte系統(tǒng)中，可通收稿日期：2011-01-0436責(zé)任

3、編輯：吳竹立 wuzhuli【摘 要】文章首先闡述了td-lte規(guī)劃仿真流程，說明lte規(guī)劃仿真與cdma的區(qū)別與聯(lián)系；其次闡述td-lte關(guān)鍵技 術(shù)在規(guī)劃仿真中的實現(xiàn)方法，包括三方面內(nèi)容：鄰區(qū)干擾消除、mimo技術(shù)以及業(yè)務(wù)調(diào)度（這也是與cdma規(guī)劃仿真 的主要區(qū)別）；最后基于廈門lte規(guī)劃區(qū)域，采用三個規(guī)劃工具分別進(jìn)行仿真，對比并分析仿真結(jié)果?！娟P(guān)鍵詞】td-lte 規(guī)劃仿真 多天線技術(shù) 業(yè)務(wù)調(diào)度2011年第3-4期圖2 鄰區(qū)干擾協(xié)調(diào)原理圖“td-scdma網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運營”專題 傳輸模式4：雙碼字閉環(huán)空分復(fù)用；傳輸模式5：mu- mimo；傳輸模式6：rank=1閉環(huán)空分復(fù)用；傳輸模式7：單

4、流波 束賦形； 傳輸模式8：雙流波 束賦形。（2）根據(jù)前期的研 究，lte規(guī)劃仿真可以將多天線增益分兩步實現(xiàn)：建立單端口方式下（傳輸模式1）snr與mcs的對 應(yīng)關(guān)系；分別建立多天線傳輸模式（傳輸模式2，傳輸模式4，傳輸模式6），相對于snr與mcs對應(yīng)的容量/snr增 益。傳輸模式7（單流波束賦形）的實現(xiàn)方法與td- scdma的規(guī)劃仿真類似，利用天線文件中的方向圖實現(xiàn) 波束賦形增益。目前傳輸模式8雙流波束賦形的實現(xiàn)方法還沒確 定。（3）以下為中興cnp多天線增益的實現(xiàn)方式示例：第一步：單端口方式（傳輸模式1）與mcs承載等級 表（見圖3）；第二步：多天線傳輸方式與容量/snr增益對應(yīng)關(guān)系

5、表（見圖4）。通過圖3、4可以看出，多天線增益表需要考慮多種傳 輸模式，其中應(yīng)該包括：傳輸模式2（sfbc）、傳輸模式4（雙流mimo）以及傳輸模式6（單流mimo），并考慮在各 種端口情況下，多天線傳輸模式的容量/snr增益。小區(qū)內(nèi)部和邊界的區(qū)域劃分；小區(qū)內(nèi)部和邊界頻率資源劃分；小區(qū)內(nèi)部和邊界的功率資源劃分。 其主要思想是保證小區(qū)間邊界用戶異頻，且邊界用戶占更多下行功率，這樣會降低小區(qū)邊界用戶的干擾，同 時提升邊界用戶速率。（2）鄰區(qū)干擾消除模塊需要輸入?yún)?shù)及建議值如 下：路損門限：建議值為6db，路損門限用于劃分小區(qū) 邊界。本小區(qū)和鄰區(qū)路損差異在門限范圍內(nèi)的區(qū)域，定 義為邊界區(qū)域。在理想蜂

6、窩情況下，40%的面積為小區(qū)邊 界，60%的面積為小區(qū)內(nèi)部。如果提升路損門限，小區(qū)邊 界面積會相應(yīng)提升；如果是在非理想蜂窩情況下，為保證40%的面積為小區(qū)邊界，也需要提升該值。小區(qū)邊界頻率資源/小區(qū)內(nèi)部頻率資源：建議值為0.5，含義為邊界/內(nèi)部區(qū)域占用頻率資源的比例。小區(qū)邊界re功率/小區(qū)內(nèi)部re功率：建議值為2db 或者3db，含義為邊界/內(nèi)部功率比例。3td-lte規(guī)劃仿真的mimo技術(shù)（1）在lte系統(tǒng)中，多天線的傳輸方式有8種： 傳輸模式1：單碼字天線端口傳輸，端口0； 傳輸模式2：單碼字發(fā)射分集； 傳輸模式3：雙碼字開環(huán)空分復(fù)用（大時延cdd） 或發(fā)射分集；4td-lte規(guī)劃仿真的業(yè)

7、務(wù)調(diào)度td-lte業(yè)務(wù)放棄電路交換方式，而采用全ip方式。為此，業(yè)務(wù)調(diào)度在td-lte系統(tǒng)中非常重要，會影響到業(yè)務(wù)質(zhì)量和小區(qū)吞吐量。在lte規(guī)劃仿真中，業(yè)務(wù)調(diào)度是必不可少37責(zé)任編輯：吳竹立 wuzhuli2011年第3-4期圖3單端口方式與mcs承載等級表圖4多天系增益表“td-scdma網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運營”專題 用戶當(dāng)前信道的snr； 用戶歷史吞吐量信息； 用戶是否達(dá)到gbr保障速率。圖5為lte規(guī)劃仿真業(yè)務(wù)調(diào) 度的流程圖。從圖5看，首先要 進(jìn)行調(diào)度預(yù)處理。因為第一次調(diào)度沒有歷史信息，需要進(jìn)行預(yù)處理，用于生成正式調(diào)度所需的歷史流量和sinr。預(yù)處理的具體 方式是進(jìn)行n次迭代處理，其結(jié) 果即可作

8、為正式調(diào)度前所需的數(shù)據(jù)；然后進(jìn)行上/下行業(yè)務(wù)調(diào)度。上下行的調(diào)度方式相同，調(diào)度流程為：優(yōu)先級排序-rb資 源分配-記錄調(diào)度結(jié)果-收 斂判決。收斂判決是規(guī)劃仿真的 重要組成部分，這直接決定了仿 真的準(zhǔn)確性和可靠性。收斂準(zhǔn)則 是由通信系統(tǒng)決定的，lte系統(tǒng) 的規(guī)劃仿真收斂是指小區(qū)上下行 平均速率變化在一定范圍內(nèi)，而 cdma系統(tǒng)是指小區(qū)功率變化在 一定范圍內(nèi)。5 td-lte仿真示例本次仿真針對廈門lte實驗 網(wǎng)區(qū)域，采用atoll、cnp以及 anpop三個規(guī)劃工具，并對比分 析這三個規(guī)劃工具的仿真結(jié)果。5.1 仿真條件（1）基站規(guī)模參與仿真的基站共90個、270個小區(qū)，規(guī)劃區(qū)面積30 平方公里，

9、平均站間距為620米，覆蓋半徑為413米。仿 真區(qū)域見圖6。的一部分功能；其地位等同于cdma規(guī)劃仿真中的功率控制。通常業(yè)務(wù)調(diào)度要考慮以下因素： 用戶業(yè)務(wù)優(yōu)先級；38責(zé)任編輯：吳竹立 wuzhuli2011年第3-4期圖5 業(yè)務(wù)調(diào)度流程圖6 仿真區(qū)域“td-scdma網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運營”專題頻率配置：1/3，含義：小區(qū)邊界區(qū)域占用頻率資源與總頻率資源比例。（7）cp模式 normal cp。（8）特殊子幀配比 特殊子幀配比：10:2:2。（9）業(yè)務(wù)模型 單小區(qū)5個ftp用戶，每個用戶采用full buffer方式，即始終在傳送數(shù)據(jù)。（10）多天線技術(shù) 采用sfbc+mimo自適應(yīng)方式。（11）調(diào)度

10、算法 正比公平。（2）頻率規(guī)劃同頻組網(wǎng)。（3）時隙配比 時隙配比：2:2。（4）cfi配置 cpi表示pdcch在單rb內(nèi)占用的ofdma符號數(shù)，可以配置為0、1、2、3。目前配置為2，即占用2個ofdma 符號。（5）小區(qū)下行總功率 單天線功率：5w。 小區(qū)下行總功率：40w。（6）干擾協(xié)調(diào)配置 功率配置：0.5，含義：小區(qū)內(nèi)部單re功率/小區(qū)邊界單re功率比。 路損差異：6db，含義：用于基于rsrp功率差，判斷小區(qū)邊界區(qū)域或內(nèi)部區(qū)域。5.2 仿真結(jié)果及分析（1）rsrp rsrp仿真結(jié)果如圖7、表1所示：39責(zé)任編輯：吳竹立 wuzhuli2011年第3-4期“td-scdma網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與

11、運營”專題空載條件下rs-stnr仿真結(jié)果如圖9、表3所示：圖7 rsrp仿真結(jié)果圖9 空載條件下rs-sinr仿真結(jié)果 表1 rsrp仿真結(jié)果表3 空載條件下rs-sinr仿真結(jié)果rsrp（dbm）atoll(%)cnp（%）anpop（%）-inf-110 000.2rs-sinr（db） atoll(%)cnp（%） anpop（%）-110-100 11.985.592.5-100-90 31.8734.719.9-inf-5 000-90-80 36.3841.0242.1-5-0 2.3302.3-80-70 17.3715.8928.80-5 30.07012.1-70-60 2

12、.192.385.951030.61010.8-60+inf00.050.71015152010.761.6213.0注：三個規(guī)劃工具的該指標(biāo)差異不大，具備可比性。20+inf7.0297.9249.4（2）滿載條件下rs-sinr 注：中興認(rèn)為在空載條件下，鄰區(qū)不發(fā)射參考信滿載條件下rs-sinrt仿真結(jié)果如圖8、表2表示：號，干擾只存在白噪聲，所以空載rs-sinr非常好。atoll鄰區(qū)的rs信號沒有錯開，導(dǎo)致空載下rs- sinr相對較差。（4）小區(qū)下行平均速率 小區(qū)下行平均速率仿真結(jié)果如圖10、表4所示：圖8 滿載條件下rs-sinr仿真結(jié)果 表2 滿載條件下r

13、s-sinr仿真結(jié)果rs-sinr（db） atoll(%)cnp（%） anpop（%）-inf-5 00.331.0圖10 小區(qū)下行平均速率仿真結(jié)果-5-0 19.5726.6121.10-5 35.8537.5632.4表4 小區(qū)下行平均速率仿真結(jié)果51024.8922.1818.7101512.5510.1212.4小區(qū)下行平均吞吐量atoll(%)cnp（%）anpop15205.072.67.8(mbps)（%）20+inf2.080.246.50535.565.714.151021.339.1728.5注：該指標(biāo)差異不大，具備可比性。101515.6646.1238.515207

14、.657.9220.4（3）空載條件下rs-sinr 20+inf19.830.748.540責(zé)任編輯：吳竹立 wuzhuli2011年第3-4期“td-scdma網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運營”專題注：三個規(guī)劃工具該指標(biāo)差異較大，這主要源于調(diào)度機(jī)制的不同；從速率的分布看，研究所的anpop和中興 的cnp相對合理。這體現(xiàn)出調(diào)度機(jī)制在lte規(guī)劃仿真的重要 性。（5）蒙特卡羅仿真結(jié)果（見表5）表6為用戶上/下行速率最高位2mbps，最低為 1mbps，單小區(qū)10個用戶的蒙特卡洛仿真結(jié)果：考 慮10:2:2的特殊子幀配比方式，下行實際吞吐量為 10.45mbps?？梢姌I(yè)務(wù)模型的設(shè)定對atoll的接入成功率、 小區(qū)

15、下/下行平均速率均有較大的影響。anpop結(jié)果分析anpop仿真結(jié)果中接入成功率較低的原因既包含 公共信道覆蓋失敗，也包含rb資源分配不足導(dǎo)致。若除 去因公共信道覆蓋失敗導(dǎo)致的接入失敗，接入成功率為80.9%。表5 蒙特卡羅仿真結(jié)果蒙特卡羅仿真結(jié)果并不理想，這主要是因為本次仿真輸入?yún)?shù)取值，特別是mcs承載參數(shù)和多天線增益參 數(shù)還有待進(jìn)一步研究，另外，方向角/下傾角還沒有進(jìn)行 細(xì)致地優(yōu)化。cnp結(jié)果分析 cnp接入成功率為100%，因為有兩點： 本次仿真是基于最佳服務(wù)小區(qū)分布用戶，不存在覆蓋差而導(dǎo)致接入失敗。 cnp采用正比公平的調(diào)度方法，snr差的用戶隨著長時間不被調(diào)度，優(yōu)先級會逐步提升，參

16、與調(diào)度。即在業(yè) 務(wù)優(yōu)先級相同的條件下，不會出現(xiàn)因為調(diào)度機(jī)制的問題導(dǎo) 致用戶無法接入。我們認(rèn)為這樣的結(jié)果是正確的。atoll結(jié)果分析 atoll在下行中沒有考慮特殊子幀下行可以傳輸數(shù)據(jù)的功能，導(dǎo)致下行平均傳輸速率偏低，根據(jù)目前10:2:2 的特殊子幀配比方式，下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量應(yīng)該是： 8.36/0.75=11.15mbps。 業(yè)務(wù)模型會影響atoll的仿真結(jié)果。如果將單個用戶模型的速率降低，同時將用戶數(shù)提升；可以明顯提升接入成 功率和小區(qū)上/下行平均速率；初步判斷與atoll內(nèi)部的調(diào) 度機(jī)制有關(guān)。表6 單小區(qū)10用戶的蒙特卡洛仿真結(jié)果張 華：工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院，目前重 點進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真領(lǐng)域的研究。趙旭?。焊呒壒こ處煟T士，現(xiàn)就職于中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院，目