TD-LTE特殊子幀配比的優(yōu)化設(shè)計

1、TD-LTE特殊子幀配比的優(yōu)化設(shè)計發(fā)布時間：2014-05-19虎威(中國移動通信集團河南有限公司，河南鄭州450008)【摘要】在研究TD-LTE與TD-SCDM屏系統(tǒng)同頻段組網(wǎng)時，為避免同頻相鄰時隙間的干擾，要求TD-LTE和TD-SCDM原統(tǒng)時隙轉(zhuǎn)換點必須對齊，而傳統(tǒng)的子幀配比的對齊方式會對TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)容量產(chǎn)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-SCDM的網(wǎng)協(xié)同發(fā)展。【關(guān)鍵詞】TD-LTETD-SCDMA協(xié)同發(fā)展交叉時隙干擾特殊子幀配比Th

2、eOptimizationofTD-LTESpecialSub-FrameConfigurationHUWei(ChinaMobileGroupHenanCo.,Ltd.,Zhengzhou450008,China)AbstractInthestudyofTD-LTEandTD-SCDMAsystemswiththesamebandnetworking,inordertoavoidco-channelinterferencebetweentheadjacenttimeslots,thetimeslotswitchingpointoftheTD-LTEandTD-SCDMAmustbealign

3、ed.Thetraditionalalignmentmodelofsub-frameconfigurationwillaffectthenetworkcapacityofTD-LTE.Therefore,anewoptimizedmodelofspecialsub-frameratioisproposed,whichcaneffectivelyimprovetheTD-LTEdownlinksystemcapacityandresourceutilization.Theproposedmodelprovidesaconstructivereferencetothejointdevelopmen

4、tofTD-SCDMAandTD-LTEnetworks.KeywordsTD-SCDMATD-LTEsynergeticdevelopmentcrosstimeslotinterferencespecialsub-frameconfiguration1引言隨著TD-LTE產(chǎn)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(nèi)，TD-LTE和TD-SCDM的張網(wǎng)絡(luò)將共同協(xié)同發(fā)展。TD-LTE和TD-SCDMA0屬于TDDTimeDivisionDuplexing,時分雙工）技術(shù)組網(wǎng)，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

5、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(wǎng)場景下，需要兩種系統(tǒng)在空口收發(fā)轉(zhuǎn)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(wǎng)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(diào)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、同發(fā)展面臨的重要課題。TD-LTE和TD-SCDM膜結(jié)構(gòu)分析2.1 TD-LTE幀結(jié)構(gòu)分析（1） TD-LTE幀結(jié)構(gòu)3GPP議中規(guī)定，TD-LTE系統(tǒng)幀幀長度為10ms,半幀長度為5ms,子幀長度為1ms,時隙長度為0.5ms。在

6、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(nèi)，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（DownlinkPilotTimeSlot,下行導頻時隙），完成UE下行接入功能；GP（GuardPeriod，保護時隙），是信號發(fā)送轉(zhuǎn)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（UplinkPilotTimeSlot,上行導頻時隙），完成UE（UserEquipment,用戶終端）上行隨機接入功能。TD-LTE系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的特點如下： 上

7、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(nèi)，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(nèi)，只在第一個5ms半幀中配置特殊子幀； 子幀0、5和DwPTS寸隙只能用于下行，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10m&am

8、p;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(yīng)用場景下的各類業(yè)務(wù)需要的上下行速率要求，通過配置不同的特殊子幀結(jié)構(gòu)滿足小區(qū)應(yīng)用場景需要的小區(qū)覆蓋半徑。在網(wǎng)絡(luò)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:6個上行子幀和4個上

9、行子幀和2個上行子幀和3個上行子幀和2個上行子幀和1個上行子幀和5個上行子幀和2個特殊子幀;2個特殊子幀;2個特殊子幀;1個特殊子幀;1個特殊子幀;1個特殊子幀;2個特殊子幀。模式0:1個無線幀中包括2個下行子幀、模式1:1個無線幀中包括4個下行子幀、模式2:1個無線幀中包括6個下行子幀、模式3:1個無線幀中包括6個下行子幀、模式4:1個無線幀中包括7個下行子幀、模式5:1個無線幀中包括8個下行子幀、模式6:1個無線幀中包括3個下行子幀、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（CyclicPrefix,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

10、同的CP場景，特殊子幀配置中DwPTSGP和UpPTS的配置略有不同。CP（NormalCP普通循環(huán)前CP長度與小區(qū)的覆蓋半徑有關(guān)，一般場景下可配置成普通綴），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（ExtendedCP,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：表1TD-LTE無線特殊子幀配置表配置普通CP擴展CPDwPTSGPUpPTSDwPTS；GPUpPTS模式03101381模式1941831模式21031921模式311211011模式41211372模式5392822模式6932912模式71022-模式8111

11、2-2.2 TD-SCDM硼結(jié)構(gòu)分析（1） TD-SCDM顏結(jié)構(gòu)3GP的議中規(guī)定，TD-SCDMA（統(tǒng)的一個無線幀長10ms,分成兩個長度為5ms的子幀,這兩個5ms子幀結(jié)構(gòu)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75us的DwPTS完成UE下行接入功能；75us的GP保證下行至上行的保護時間；125us的UpPTS完成UE上行隨機接入功能。 7個常規(guī)時隙：分別為TS。TS1、TS2、TS3、TS4TS5TS6,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(zhuǎn)換點分開，有兩個轉(zhuǎn)換點：上行時隙到下行時隙轉(zhuǎn)換

12、點和下行時隙到上行時隙轉(zhuǎn)換點。（2） TD-SCDMA寸隙配比在TD-SCDMA（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(yīng)用場景下的各類業(yè)務(wù)需要的上下行速率要求。TD-SCDM序統(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 1個子幀中包括 1個子幀中包括 1個子幀中包括 1個子幀中包括6個下行時隙、5個下行時隙、4個下行時隙、3個下行時隙、2個下行時隙、1個上行時隙和2個上行時隙和3個上行時隙和4個上行時隙和5個上行時隙和3個固定的特殊時隙;3個固定的特殊時隙;3個固定的特殊時隙;3個固定的特殊時隙;3個固定的特殊時隙。TD-LTE和TD-SCDM浜存情

13、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（18801900MHz）和D頻段（2570-2620MHz）,由于部分地區(qū)TD-SCDM也采用了F頻段，為避免TD-LTE和TD-SCDM制的交叉干擾，需要兩個系統(tǒng)制式幀結(jié)構(gòu)的上下行時隙轉(zhuǎn)換點對齊。TD-LTE和TD-SCDMA（統(tǒng)的第一個轉(zhuǎn)換點均是采用保護間隔（GP）的方式分開上下行，第二個轉(zhuǎn)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-SCDM顏結(jié)構(gòu)周期為5msi目前中國移動采用的是TD-SCDMA（統(tǒng)所支持5種上下行配比方式中的第2種

14、時隙配比方式，如圖1所示。為避免TD-SCDMAfTD-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。T&lfU）TSAU1|行*口1科對18幅）OGPUTttro片修干核子nrwwsei利,ITOirEDGPU圖1TD-SCDMAfTD-LTE切換點對齊示意圖由上可見，TD-SCDMA（統(tǒng)的上下行切換點距幀頭3*675+75+75+125=2300us,TD-LTE系統(tǒng)配比模式3:1的上下行轉(zhuǎn)換點距幀頭3*1ms=3000us。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勺幀頭前置700us。3.2 TD-LTE特殊子

15、幀配比研究TD-SCDM源統(tǒng)GP的位置和寬度是固定的：GP距離幀頭750us,長度為75us,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(diào)整TD-SCDMAI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(wǎng)絡(luò)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3:9:2TD-LTE目標覆蓋區(qū)域為用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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

16、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OFDMOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交頻分復用）符號和TD-SCDM符殊時隙的位置關(guān)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412）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±無法傳輸PDSCH因此TD-LTE系統(tǒng)特殊時隙的資源利用率低。圖2TD-LTE特殊子幀配比3:9:2與T

17、D-SCDMAt下行對齊示意圖(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勺符號數(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：1PTW一64中二4.|Ml.：”圖3TD-LTE特殊子幀配比9:3:2與TD-SCDMAt下行對齊示意圖同時，TD-SCDM源要開啟UpPTSShifting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寸隙遷移

18、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UpPTSfi置和動態(tài)自動調(diào)整UpPTSfi置。對UpPTSShifting特性開通要求如下：打開靜態(tài)UpPTS調(diào)整，并且固定位置不小于16;打開動態(tài)UpPTS調(diào)整，并且初始位置和可偏移位置均要求不小于16,TD-SCDM默認推薦將動態(tài)UpPTS調(diào)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(guān)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56個符號的資源用于傳輸下行業(yè)務(wù)，以提升下行吞吐量。9:3:2特殊時隙增

19、強特性開通后相對未開通該特性的場景，提升雙模演進網(wǎng)絡(luò)的TD-LTE下行吞吐量13%20刈及峰值吞吐量56Mbps=9:3:2特殊子幀配比特性要求TD-SCDMAUpPTS!整必須開通，并且對實際參數(shù)配置有明確的要求。UpPTSffl果調(diào)整到上行業(yè)務(wù)時隙，會導致TD-SCDMAb行容量相未調(diào)整UpPTS到業(yè)務(wù)時隙的場景有3%A內(nèi)的損失，但是對TD-SCDMA絡(luò)KPI沒有影響。(3)特殊子幀配比6:6:2為了避免對TD-SCDMAO絡(luò)的調(diào)整，中國移動組織TDD產(chǎn)業(yè)鏈針對TD-SCDMA/TD-LT雙模場景特殊時隙配比，提出特殊時隙6:6:2配比模式來提升資源利用率，并已經(jīng)推動完成標準化。如圖4所示：TD-Urt圖4TD-LTE特殊子幀配比6:6:2與TD-SCDMAt下行對齊示意圖配比6:6:2時，下行業(yè)務(wù)吞吐量相對3:9:2提升14溢右，提升了網(wǎng)絡(luò)利用率。4結(jié)論綜合對比，在保證TD-LTE和TD-SCDM的種網(wǎng)絡(luò)不存在交叉時隙干擾的情況下，采用三種特殊子幀配比模式，TD-LTE的峰值下載速率對比如表2所示：表2不同特殊子幀配比模式下TD-LTE峰值速率對比表條件TD-LTE理論峰值速率（20MHzt寬，CAT4終端）子幀配比（UL:DL）1:31:31:3CP配置普通CP普通CP普通CP特殊子幀配置3:9:29:3:26:6:2下行峰