《LTE基礎(chǔ)原理與關(guān)鍵技術(shù)》課件第13章

第13章LTE組網(wǎng)技術(shù)13.1LTE同頻組網(wǎng)

13.2LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

13.3LTE鏈路預(yù)算

13.4LTE-TDD組網(wǎng)設(shè)備選型

13.1.1干擾分析

從物理層來(lái)看，LTE系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要是由于物理資源的正交性損失而導(dǎo)致，這需在物理層采用專(zhuān)門(mén)的干擾消除手段予以消除。另外，在組網(wǎng)應(yīng)用中，在不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下引起的系統(tǒng)干擾，需要采用調(diào)度、功控、ICIC(InterCellInterferenceCoordination，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào))等策略來(lái)進(jìn)行小區(qū)間的干擾控制和協(xié)調(diào)。干擾主要分如下幾類(lèi):13.1LTE同頻組網(wǎng)

(1)子載波間/符號(hào)段間干擾。OFDM系統(tǒng)中，理想信道下的同一小區(qū)多個(gè)子載波之間是正交的，但移動(dòng)衰落信道中，多普勒頻移會(huì)引起子載波寬度的變化和子載波頻點(diǎn)的偏移，將導(dǎo)致子載波間正交性的損失，造成子載波干擾。LTE協(xié)議中，采用15kHz的載波間隔來(lái)規(guī)避子載波間多普勒，同時(shí)，在時(shí)域插入CP以隔離多徑延遲帶來(lái)的子載波間干擾和符號(hào)段間干擾。

(2)小區(qū)內(nèi)的序列間干擾以及物理信道間的干擾。這兩項(xiàng)干擾主要是指同一小區(qū)內(nèi)物理信道之間的干擾。例如PRACH對(duì)PRACH的干擾，同一小區(qū)內(nèi)不同用戶(hù)可能同時(shí)發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程，不同用戶(hù)采用的preamble序列可源于不同的母碼或同一母碼的不同循環(huán)移位，而序列間的相關(guān)特性在一定程度上影響到PRACH的性能。

(3)天線間干擾。LTE中使用了多天線技術(shù)來(lái)提高流量，可以采用的方式有分集、MIMO、BF等技術(shù)。MIMO配置下，主要采用雙流來(lái)提升系統(tǒng)吞吐量；BF配置下，則利用波束賦形來(lái)規(guī)避干擾。因此，在雙流配置下，用戶(hù)的Rank反饋、CQI反饋不準(zhǔn)確時(shí)都會(huì)帶來(lái)雙流之間干擾的增加，直接導(dǎo)致雙流符號(hào)自干擾。優(yōu)化用戶(hù)的CQI/PMI檢測(cè)機(jī)制，準(zhǔn)確、及時(shí)地報(bào)告信道質(zhì)量和秩信息，同時(shí)采用HARQ、鏈路適配的操作，能夠盡可能地規(guī)避流間干擾，提高雙流下的流量。

(4)鄰小區(qū)同頻干擾。OFDM系統(tǒng)雖然保證了小區(qū)內(nèi)用戶(hù)的正交性，但鄰小區(qū)與本小區(qū)同頻的那些RB將會(huì)對(duì)本小區(qū)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的小區(qū)間干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)流量性能、系統(tǒng)邊緣覆蓋都受到嚴(yán)重的影響。目前用來(lái)克服同頻干擾的技術(shù)手段主要有跳頻、多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、調(diào)度、功控、天線分集賦形等，通過(guò)調(diào)整使用的RB資源和發(fā)送功率，利用空間、時(shí)間、頻率上的分集增益來(lái)克服干擾。

(5)交叉時(shí)隙干擾。LTETDD系統(tǒng)與TDSCDMA系統(tǒng)類(lèi)似，在組網(wǎng)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注意網(wǎng)絡(luò)上、下行子幀配置的一致性，當(dāng)不同的配置出現(xiàn)在鄰近的小區(qū)時(shí)，下行子幀發(fā)送信號(hào)將會(huì)干擾上行小區(qū)接收信號(hào)。此外，遠(yuǎn)端小區(qū)的DwPTS也有可能對(duì)UpPTS產(chǎn)生干擾。交叉時(shí)隙干擾可以通過(guò)頻率規(guī)劃、時(shí)隙規(guī)劃的方案來(lái)解決。

(6)室內(nèi)外互干擾。在組網(wǎng)的場(chǎng)景中，室內(nèi)分布系統(tǒng)和室外覆蓋系統(tǒng)組成了由點(diǎn)到面的完整覆蓋網(wǎng)絡(luò)，但是較強(qiáng)的室外信號(hào)有可能會(huì)對(duì)室內(nèi)信號(hào)造成干擾，因此室內(nèi)外的頻點(diǎn)分配、室內(nèi)外的干擾隔離度要求都需要進(jìn)行研究，以解決實(shí)際系統(tǒng)中室內(nèi)外互相干擾的問(wèn)題。13.1.2業(yè)務(wù)信道解決方案

13.1.2.1功控技術(shù)

1)下行功率控制

由于PDSCH采用了AMC的鏈路自適應(yīng)技術(shù)，可以通過(guò)改變調(diào)制、編碼方式和功率調(diào)整來(lái)適應(yīng)信道的變化。

當(dāng)調(diào)度結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)有剩余功率，結(jié)合系統(tǒng)中調(diào)度UE的BLER性能，對(duì)UE的發(fā)送功率進(jìn)行調(diào)整，具體為通過(guò)調(diào)整ρA和ρB完成對(duì)業(yè)務(wù)信道功率的調(diào)整。

2)上行功率控制

eNodeB根據(jù)自身掌握的上行鏈路信道質(zhì)量特征，通過(guò)協(xié)議規(guī)定的上行功率控制接口向UE發(fā)送功率控制參數(shù)。UE收到eNodeB發(fā)來(lái)的功率控制參數(shù)，將其代入?yún)f(xié)議規(guī)定的功率控制公式中，即可得到本次上行信息的發(fā)射功率，具體參考協(xié)議36.213的說(shuō)明。13.1.2.2調(diào)度技術(shù)

LTE系統(tǒng)在調(diào)度中會(huì)綜合考慮用戶(hù)的接入業(yè)務(wù)類(lèi)型、CQI、基本資源(功率、系統(tǒng)的RB資源、天線個(gè)數(shù))、系統(tǒng)負(fù)荷等多種因素，充分利用資源來(lái)得到更大的系統(tǒng)吞吐量以及更好的用戶(hù)QoS感受?；镜恼{(diào)度算法有MAXCI算法、PF算法、RR算法三種，在此之上增加專(zhuān)用的算法來(lái)保證用戶(hù)QoS要求。圖13.1.1為L(zhǎng)TE調(diào)度的基本框架。

圖13.1.1LTEBS側(cè)調(diào)度的基本框架在LTE36.213中，具體描述了PDSCHMCS等級(jí)與調(diào)制方式和TBSize的映射關(guān)系，如表13.1.1所示。由表可以看出，MCS越高，可以選用更高階的調(diào)制方式，再結(jié)合具體的RB個(gè)數(shù)，就可以得到不同的TBSize。具體的MCS每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)SIR大小由各個(gè)設(shè)備廠家自行決定，取決于設(shè)備解調(diào)性能的差異。

表13.1.1MCS與調(diào)制方式映射關(guān)系表13.1.2為36.213協(xié)議中RB＝1~10時(shí)不同TBSize等級(jí)對(duì)應(yīng)的每個(gè)TTI中能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特大小(為單層TBSize，對(duì)于N層數(shù)據(jù)傳輸，則可以傳輸N倍數(shù)據(jù))。其他RB下的TBSize數(shù)據(jù)參見(jiàn)協(xié)議36.213描述。

表13.1.2不同RB(1~10)下TBSize大小13.1.2.3ICIC技術(shù)

目前LTE的干擾控制技術(shù)有干擾隨機(jī)化(ICIRandomization)、干擾消除(ICICancellation)和干擾協(xié)調(diào)(ICICoordination)，其中受到廣泛關(guān)注的是小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)技術(shù)。在上行，ICIC和調(diào)度以及功率控制相結(jié)合；在下行，ICIC和調(diào)度以及用戶(hù)的功率分配相結(jié)合。為保證系統(tǒng)吞吐量不下降以及提高邊緣用戶(hù)的頻譜效率，上、下行基本都采用了軟頻率復(fù)用(SoftFrequencyReuse，SFR)或部分頻率復(fù)用(FractionalFrequencyReuse，F(xiàn)FR)的思想。

圖13.1.2ICIC頻率復(fù)用示意圖

ICIC的思想是:系統(tǒng)將頻率資源分為兩個(gè)復(fù)用集，一個(gè)頻率復(fù)用因子為1的頻率集合應(yīng)用于中心用戶(hù)調(diào)度，一個(gè)頻率復(fù)用因子大于1的頻率集合應(yīng)用于邊緣用戶(hù)調(diào)度，如圖13.1.2所示。小區(qū)邊緣用戶(hù)(CEU)使用復(fù)用因子大于1的頻率集合，此時(shí)CEU可以分配較高功率發(fā)射，相鄰小區(qū)的邊緣帶寬不重疊，對(duì)相鄰小區(qū)干擾很小，可以認(rèn)為是功率不受限制的帶寬。小區(qū)中心用戶(hù)(CCU)使用復(fù)用因子為1的頻率集合，此時(shí)小區(qū)中心用戶(hù)路損很小，需要的發(fā)射功率不高。CCU距離相鄰小區(qū)很遠(yuǎn)，且發(fā)射功率很低，因此對(duì)相鄰小區(qū)干擾很小。當(dāng)復(fù)用因子大于1的頻率集合在分給所有CEU后仍有剩余帶寬時(shí)，這些剩余帶寬可以給CCU分配高階調(diào)制方式(如16QAM、64QAM)以及較高功率發(fā)射，這部分的帶寬與相鄰小區(qū)邊緣帶寬正交，且CCU距離相鄰小區(qū)很遠(yuǎn)，因此以較高功率發(fā)射也能做到對(duì)相鄰小區(qū)產(chǎn)生的干擾很小。區(qū)分CCU和CEU的方式可以通過(guò)測(cè)量服務(wù)小區(qū)和干擾小區(qū)的RSRP差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，低于閾值的用戶(hù)定義為CCU。對(duì)于靜態(tài)的ICIC，一旦小區(qū)邊緣用戶(hù)使用復(fù)用因子大于1的頻率集合配置好后，便不再變化，或者調(diào)整周期比較長(zhǎng)(若干天)。調(diào)整的策略可以是使鄰小區(qū)發(fā)生變化，或使小區(qū)負(fù)荷發(fā)生變化，也可以是邊緣用戶(hù)和中心用戶(hù)的比例發(fā)生變化等。調(diào)整可以通過(guò)SON功能，也可以通過(guò)人工操作。

靜態(tài)ICIC對(duì)于功率控制也是相對(duì)靜止，或者調(diào)整周期較長(zhǎng)。調(diào)整的策略可以是IOT的統(tǒng)計(jì)測(cè)量、小區(qū)負(fù)荷變化等。調(diào)整同樣可以通過(guò)SON功能，也可以通過(guò)人工操作。

由于靜態(tài)ICIC方案頻率分配相對(duì)靜止，對(duì)用戶(hù)均勻分布且負(fù)載平均的業(yè)務(wù)，故可以獲得一定的增益。但實(shí)際系統(tǒng)分布是不均勻的，業(yè)務(wù)也是不平均的，小區(qū)負(fù)荷也是不均勻的，且隨時(shí)間會(huì)發(fā)生變化。靜態(tài)ICIC不能根據(jù)鄰區(qū)負(fù)荷的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬分配。

靜態(tài)ICIC方案對(duì)于功率調(diào)整相對(duì)靜止，但是實(shí)際系統(tǒng)由于小區(qū)用戶(hù)負(fù)荷變化、信道變化、位置變化等，鄰區(qū)干擾情況也同時(shí)在發(fā)生變化。靜態(tài)ICIC不能根據(jù)干擾的變化調(diào)整功率。

考慮到靜態(tài)的頻率資源規(guī)劃信令少但對(duì)資源限制太多，動(dòng)態(tài)的信令開(kāi)銷(xiāo)太大，基站之間信令延遲比較大，因此目前LTE傾向使用半靜態(tài)的ICIC，且在基站之間協(xié)調(diào)控制。半靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的區(qū)別主要就是發(fā)生協(xié)調(diào)控制的頻度及相應(yīng)的處理速度。

半靜態(tài)的協(xié)調(diào)內(nèi)容是在基站之間通過(guò)X2傳遞信令，通過(guò)X2傳遞的最大延遲不超過(guò)20ms(平均是10ms)，因此RAN1認(rèn)為這個(gè)延遲是可以接受的。在LTEICIC中會(huì)需要一些測(cè)量來(lái)觸發(fā)請(qǐng)求機(jī)制。目前在LTE上行實(shí)現(xiàn)半靜態(tài)頻率重用方案的指示是HII和OI，下行的指示是RNTP。HII、RNTP信息分別針對(duì)上行和下行，可以向鄰區(qū)發(fā)送本小區(qū)邊緣用戶(hù)所占RB的信息，OI可以向鄰區(qū)發(fā)送上行受到干擾的情況。HII、RNTP、OI的接收小區(qū)利用以上信息動(dòng)態(tài)調(diào)整邊緣用戶(hù)帶寬及上行功控。

ICIC頻帶劃分的主要目的是提供ICIC干擾協(xié)調(diào)的起始頻帶分配狀態(tài)及在滿(mǎn)負(fù)荷情況下的平衡狀態(tài)。

ICIC中頻帶的劃分一般可分為四種組合，可以根據(jù)組網(wǎng)的情況靈活配置，即可以靈活支持Reuse＝1、Reuse＝3、中心用戶(hù)Reuse＝1邊緣用戶(hù)Reuse＝3等各種組合。同時(shí)頻帶的大小也可以根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的要求進(jìn)行配置。上行和下行的頻帶劃分可以分別配置，具體如表13.1.3所示。合理選取內(nèi)外環(huán)功率差可以達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的，相反，內(nèi)外環(huán)功率差設(shè)置不合理會(huì)使系統(tǒng)性能下降。

總之，ICIC的基本思想是通過(guò)管理無(wú)線資源使得小區(qū)間干擾得到控制，是一種考慮多個(gè)小區(qū)中資源使用和負(fù)載等情況而進(jìn)行的多小區(qū)無(wú)線資源管理方案。具體而言，ICIC以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對(duì)各個(gè)小區(qū)中無(wú)線資源的使用進(jìn)行限制，包括限制時(shí)頻資源的使用或者在一定的時(shí)頻資源上限制其發(fā)射功率等。13.1.3控制信道解決方案

13.1.3.1控制信道干擾分析

LTE中控制信道主要考慮參考信號(hào)、同步信道、廣播信道等，控制信道設(shè)計(jì)需要支持同頻組網(wǎng)，而同頻組網(wǎng)主要考慮的問(wèn)題就是干擾問(wèn)題，下行控制信道之間的碰撞情況如表13.1.4所示。

表13.1.4下行控制信道可能的碰撞分析注:√表示碰撞；×表示非碰撞。對(duì)于不同的控制信道，采用的調(diào)制方式以及等效碼率不同，所需的解調(diào)SINR也就不同，而且SINR越低，則對(duì)應(yīng)物理信道的抗干擾能力越強(qiáng)。下行控制信道的抗干擾能力排序?yàn)镻BCH>PHICH>PCFICH>PDCCH。13.1.3.2控制信道性能分析

1)下行主輔同步信號(hào)

下行主輔同步信號(hào)不能采用SFBC發(fā)射分集，可采用單天線端口或多天線端口PVS發(fā)射模式。由于同步序列長(zhǎng)度均為62，對(duì)噪聲的抑制約17.9dB。

2)上行PRACH

上行PRACH總共有5種格式，對(duì)于格式0~格式3，preamble序列的長(zhǎng)度為839，其中，格式0、格式1對(duì)噪聲的抑制約29.2dB；格式2、格式3由于序列重復(fù)，對(duì)噪聲的抑制約32.2dB；對(duì)于格式4，preamble序列的長(zhǎng)度為139，對(duì)噪聲的抑制約21.4dB。

3)下行PBCH

下行PBCH可采用單天線端口或多天線端口SFBC發(fā)射分集模式，調(diào)制方式為QPSK，占72個(gè)子載波、4個(gè)OFDM符號(hào)，采用16bitCRC校驗(yàn)、Tailbiting卷積編碼、速率匹配等處理，對(duì)于NormalCP和ExtendedCP，等效碼率分別相當(dāng)于1/12和1/10.8，鏈路層約有10dB以上的增益。

4)下行PHICH

下行PHICH可采用單天線端口或多天線端口發(fā)射分集模式，調(diào)制方式為BPSK，基于HI值對(duì)應(yīng)不同的3bitHIcodeword，并實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻處理，對(duì)于NormalCP和ExtendedCP，擴(kuò)頻因子分別為4和2，等效碼率分別相當(dāng)于1/12和1/6。

5)下行PCFICH

下行PCFICH可采用單天線端口或多天線端口SFBC發(fā)射分集模式，調(diào)制方式為QPSK，基于CFI值對(duì)應(yīng)不同的32bitCFIcodeword，等效碼率相當(dāng)于1/16。

6)下行PDCCH

下行PDCCH可采用單天線端口或多天線端口SFBC發(fā)射分集模式，調(diào)制方式為QPSK，采用16bitCRC校驗(yàn)、Tailbiting卷積編碼、速率匹配等處理，等效碼率與有效載荷和CCE(ControlChannelElement)數(shù)目有關(guān)。

7)上行PUCCH

上行PUCCH采用單天線發(fā)射，只占1個(gè)RB，區(qū)分不同的格式。

8)下行參考信號(hào)

下行Cell-specificRS、UE-specificRS使用的是偽隨機(jī)序列，偽隨機(jī)序列互相關(guān)性較弱，利用其可降低不同小區(qū)間的干擾。另外，Cell-specificRS和UE-specificRS的頻域位置是與CellID相關(guān)的，對(duì)于Cell-specificRS，CellID模6后的值不同，可以分配在不同的起始子載波上；對(duì)于UE-specificRS，CellID模3后的值不同，可以分配在不同的起始子載波上，通過(guò)頻域位置錯(cuò)開(kāi)來(lái)降低小區(qū)間干擾。

9)上行參考信號(hào)

上行DMRS、SRS使用的是ZC碼，ZC序列具有很低的互相關(guān)特性，利用其可克服多用戶(hù)的干擾。同一個(gè)小區(qū)同頻段用戶(hù)使用相同的母碼序列，不同用戶(hù)使用不同的循環(huán)移位偏移。

此外，DMRS由于插入用戶(hù)每個(gè)時(shí)隙的符號(hào)中間，SRS由基站指示UE在具體不同位置發(fā)送，因此在小區(qū)ICIC過(guò)程中，通過(guò)對(duì)上行不同RB的調(diào)度使用，在規(guī)避業(yè)務(wù)干擾的同時(shí)，也可以規(guī)避小區(qū)間不同用戶(hù)DMRS、SRS間的干擾。

13.2.1LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的特點(diǎn)

LTE的定位是寬帶數(shù)據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)，其系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)決定了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模具有如下特點(diǎn):

·帶寬可變:1.4MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz。

·多載波技術(shù):12個(gè)子載波組成一個(gè)RB，多個(gè)RB承載業(yè)務(wù)；開(kāi)銷(xiāo)與業(yè)務(wù)都在RB上承載發(fā)送；RB資源的多寡直接決定小區(qū)覆蓋范圍和邊緣業(yè)務(wù)速率。13.2LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

·多天線技術(shù):主要包括Txdiversity、Rxdiversity、四天線或八天線BeamForming，以及MIMOSCM技術(shù)，不同的技術(shù)應(yīng)用有不同的鏈路預(yù)算。

·MCS技術(shù):自適應(yīng)調(diào)制編碼方式使得鏈路預(yù)算時(shí)需要預(yù)先取定邊緣覆蓋速率要求。13.2.2LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算的概念

LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算，是指根據(jù)需求分析和無(wú)線環(huán)境分析，給出規(guī)劃區(qū)域所需要的基站數(shù)目，是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃中的重要組成部分。

在作網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃前，可以預(yù)先估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，如整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要多少基站、多少小區(qū)等。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算就是通過(guò)對(duì)規(guī)劃區(qū)域無(wú)線傳播環(huán)境的測(cè)試，得到當(dāng)?shù)氐膫鞑ツＰ?這一工作在無(wú)線環(huán)境分析中完成)，對(duì)覆蓋距離進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)(即進(jìn)行鏈路預(yù)算)；根據(jù)人口分布以及客戶(hù)對(duì)重點(diǎn)覆蓋區(qū)域的要求，合理預(yù)測(cè)話(huà)務(wù)量的分布。在此基礎(chǔ)上，參考已有站點(diǎn)和地形地物，決定滿(mǎn)足覆蓋和容量的站點(diǎn)分布。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模直接由兩個(gè)方面決定，一是由于覆蓋受限而必需的小區(qū)數(shù)目，二是由于小區(qū)容量受限而必需的小區(qū)數(shù)目。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算包括兩部分，一部分是基于覆蓋的規(guī)模估算，一部分是基于容量的規(guī)模估算。13.2.3LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算的主要工作

規(guī)模估算和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段主要需完成如下工作:

(1)根據(jù)無(wú)線環(huán)境分析階段得到的傳播模型、各區(qū)域相應(yīng)的鏈路預(yù)算表以及各覆蓋區(qū)域大致的建筑物高度，得到滿(mǎn)足覆蓋要求的小區(qū)半徑。由于城區(qū)環(huán)境、邊緣速率要求不同，鏈路預(yù)算表也不一樣。

(2)根據(jù)總的容量需求，以及需求分析階段得到的各區(qū)域話(huà)務(wù)分布情況，對(duì)規(guī)劃區(qū)域的各個(gè)片區(qū)進(jìn)行容量分配；根據(jù)每個(gè)小區(qū)可帶的話(huà)務(wù)量，可以得到各片區(qū)需要的小區(qū)數(shù)；根據(jù)各片區(qū)的面積，按照定向站的標(biāo)準(zhǔn)，可以得到滿(mǎn)足容量需求的各片區(qū)的大致小區(qū)半徑。最后，各片區(qū)實(shí)際規(guī)劃的覆蓋半徑，要從覆蓋和容量?jī)煞矫嬷?，達(dá)到覆蓋和容量的最佳平衡。13.2.4站型與覆蓋面積的關(guān)系

站型一般包括全向站和三扇區(qū)定向站。在規(guī)模估算中，根據(jù)廣播信道水平3dB波瓣寬度的不同，常用的定向站有水平3dB波瓣寬度為65°和90°兩種。一般情況下，多采用廣播信道水平3dB波瓣寬度為65°的三扇區(qū)定向站來(lái)計(jì)算，實(shí)際情況要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和需求來(lái)調(diào)整。

圖13.2.1標(biāo)識(shí)的是不同站型示意圖，表13.2.1為站型與基站面積的關(guān)系示意。

圖13.2.1不同站型示意圖

表13.2.1站型與面積的關(guān)系示意13.2.5覆蓋估算的流程

蜂窩系統(tǒng)中，在基站扇區(qū)的覆蓋范圍內(nèi)，接收端(基站或終端)應(yīng)有足夠的信號(hào)電平來(lái)滿(mǎn)足業(yè)務(wù)要求。

一定傳播環(huán)境下，小區(qū)的覆蓋范圍直接取決于收、發(fā)端所允許的最大路徑損耗，而鏈路預(yù)算可確定無(wú)線鏈路的最大允許路徑損耗。鏈路預(yù)算中的最大允許路徑損耗可大致用下面的公式定性表示:

最大允許路徑損耗

＝有效發(fā)射功率＋接收增益－接收機(jī)靈敏度－余量鏈路預(yù)算時(shí)，根據(jù)計(jì)算得到允許的最大路徑損耗(MAPL)，利用合適的傳播模型，可得到對(duì)應(yīng)環(huán)境下基站的覆蓋半徑。根據(jù)規(guī)劃區(qū)域的無(wú)線傳播環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工程師可以直接運(yùn)用一些已有模型，或根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)校正得到的模型，來(lái)預(yù)測(cè)傳播損耗和基站的覆蓋半徑。覆蓋估算要做到如下幾步:

(1)鏈路預(yù)算中使用的傳播模型的確定。

(2)使用鏈路預(yù)算工具，在已獲取的傳播模型基礎(chǔ)上，分別計(jì)算滿(mǎn)足上、下行覆蓋要求條件下各個(gè)區(qū)域的小區(qū)半徑。

(3)根據(jù)站型計(jì)算小區(qū)面積。

(4)用區(qū)域面積除以小區(qū)面積就得到所需的基站個(gè)數(shù)。

13.3.1鏈路預(yù)算的定義

所謂鏈路預(yù)算，是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中上、下行信號(hào)傳播途徑中各種影響因素的考察和分析，對(duì)系統(tǒng)的覆蓋能力進(jìn)行估計(jì)，獲得保持一定呼叫質(zhì)量下鏈路所允許的最大傳播損耗。

鏈路預(yù)算是網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃的前提，通過(guò)計(jì)算業(yè)務(wù)的最大允許損耗，可以求得一定傳播模型下小區(qū)的覆蓋半徑，從而確定滿(mǎn)足連續(xù)覆蓋條件下基站的規(guī)模。13.3LTE鏈路預(yù)算

LTE鏈路預(yù)算的特點(diǎn)如下:

(1)考慮多天線技術(shù)的使用在鏈路預(yù)算中帶來(lái)系統(tǒng)增益。

(2)干擾余量相對(duì)比較大，這是因?yàn)長(zhǎng)TE中對(duì)干擾抑制考慮不多。

(3)饋纜損耗比較小，是因?yàn)長(zhǎng)TE中的饋纜指的是從RRU的輸出到天線的輸入這一段跳線。

(4)影響鏈路預(yù)算的因素很多，除了手機(jī)的發(fā)射功率、基站的接收靈敏度外，還有陰影衰落余量、建筑物的穿透損耗、業(yè)務(wù)的速率和業(yè)務(wù)解調(diào)門(mén)限等，所以，鏈路預(yù)算也應(yīng)該區(qū)分地理環(huán)境和業(yè)務(wù)種類(lèi)進(jìn)行。13.3.2鏈路預(yù)算關(guān)鍵參數(shù)

鏈路預(yù)算的主要流程如圖13.3.1所示。

圖13.3.1鏈路預(yù)算一般流程13.3.2.1eNodeB發(fā)射功率

小區(qū)功放默認(rèn)配置為在10MHz帶寬下，總功率目前取定為46dBm。另外，對(duì)于每個(gè)業(yè)務(wù)可以分配不同的RB數(shù)目，例如對(duì)64kb/s業(yè)務(wù)可以分配2～3RB，則計(jì)算這個(gè)業(yè)務(wù)的功率時(shí)，假設(shè)所有DL功率是均分在所有RB上的，該業(yè)務(wù)得到功率與其占用的RB數(shù)目成正比。對(duì)于上行，則是所有eUE發(fā)送功率都給所占用的RB。這一點(diǎn)上，上行和下行是不同的，原因在于下行功率是所有用戶(hù)共享的，上行功率是用戶(hù)獨(dú)占的。13.3.2.2頭開(kāi)銷(xiāo)(TotalOverheadPercent)

在LTE下行和上行信道中，存在一定的開(kāi)銷(xiāo)信道。在對(duì)業(yè)務(wù)信道覆蓋估計(jì)時(shí)，需要把這些開(kāi)銷(xiāo)信道的影響扣除。例如，如果要承載1000kb/s業(yè)務(wù)速率，當(dāng)DL總開(kāi)銷(xiāo)是20％時(shí)，則至少需要分配1000kb/s/(1～20%)的資源才行。LTE下行開(kāi)銷(xiāo)比例如表13.3.1所示，LTE上行開(kāi)銷(xiāo)比例如表13.3.2所示。

表13.3.1LTE下行開(kāi)銷(xiāo)比例(%)表13.3.2LTE上行開(kāi)銷(xiāo)比例13.3.2.3RB分配數(shù)

系統(tǒng)仿真統(tǒng)計(jì)，在通用的PF調(diào)度下，10MHz、10用戶(hù)/cell，邊緣最差的5%用戶(hù)對(duì)應(yīng)的是3.4RB~4.4RB，因此，一般可以取定邊緣用戶(hù)為5RB。不同場(chǎng)景具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果會(huì)有差異，并且這個(gè)值與調(diào)度算法直接相關(guān)。13.3.2.4目標(biāo)載干比(SINR)

鏈路仿真結(jié)果是10％的誤塊率情況下的仿真結(jié)果，MCS有32個(gè)級(jí)別，因此SINR是不連續(xù)的。為了使得鏈路預(yù)算平滑，可以采用線性插值方式。

為每個(gè)業(yè)務(wù)可以指定它分配到的RB數(shù)目。在速率固定情況下，分配的RB數(shù)目越多，則每個(gè)RB上承載的速率越小，進(jìn)而對(duì)SINR需求較小，能夠覆蓋更大的范圍。RB數(shù)的選擇根據(jù)業(yè)務(wù)速率、MCS方式等多個(gè)因素給出配置，如表13.3.3所示。表中SINR的取值為AWGN下一般取值(不同算法略有差異)。

表13.3.3AWGN信道下MCS表續(xù)表13.3.2.5MIMO雙流配置

在LTE最新協(xié)議中，只有下行可以采用MIMO雙流配置，即空分復(fù)用(MIMOSCM)。當(dāng)MIMOdoublestreamenable后，可以將RLC的速率折算為SISO的1.5～1.8倍，對(duì)此數(shù)據(jù)流大小進(jìn)行鏈路預(yù)算，即可得到雙流下的覆蓋效果。13.3.2.6天線增益

天線增益(antennagain)與天線的具體型號(hào)有關(guān)?；咎炀€增益一般取18dBi，UE天線增益一般取0dBi。13.3.2.7分集增益

下行分集增益(diversitygain)可以配置為eNodeB1發(fā)、2發(fā)、4發(fā)。eUE配置為1收、2收、4收，并且可以把下行配置為MIMO雙流方式。

如果MIMO雙流模式是無(wú)效的，則eNodeB可采用SFBC方式，存在SFBC增益。如eNodeB為1發(fā)，則在AWGN環(huán)境中SFBC增益為0；如eNodeB為2發(fā)，則SFBC增益為3dB；如eNodeB為4發(fā)，則SFBC增益為3dB。無(wú)論MIMO雙流模式是否有效，則eUE可采用接收分集方式，存在接收分集增益，如eUE為1收，則接收分集增益為0；如eUE為2收，則接收分集增益在AWGN下為3dB；如eUE為4收，則接收分集增益為6dB。13.3.2.8饋線損耗

饋纜損耗(cableloss)指的是塔放與天線接口之間的跳線損耗，它會(huì)降低接收機(jī)接收電平，從而影響覆蓋能力。

在LTE系統(tǒng)中，RRU放置在室外，饋線損耗指塔放輸出至天線入口這段損耗，一般取0.5dB。13.3.2.9熱噪聲密度與熱噪聲功率

熱噪聲是由導(dǎo)體中電子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，在通信系統(tǒng)中，電阻器件噪聲以及接收機(jī)產(chǎn)生的噪聲均可以等效為熱噪聲。一般認(rèn)為熱噪聲在每單位帶寬上產(chǎn)生的噪聲功率相等，即其功率譜密度在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都是均勻分布的，所以又稱(chēng)熱噪聲為白噪聲。

熱噪聲計(jì)算公式為

N0＝KBT (13.3.1)其中，K＝1.38×10－23，為波爾茲曼常數(shù)；T＝攝氏溫度＋273.15，為絕對(duì)溫度；B為接收器有效噪聲帶寬。如17℃(290K)時(shí)，KT(熱噪聲密度)為－174dBm/Hz。考慮LTE系統(tǒng)帶寬為10MHz情況下，接收機(jī)熱噪聲功率約－107.46dBm。

由于LTE是多載波的寬帶系統(tǒng)，每個(gè)用戶(hù)的業(yè)務(wù)可能只是占用總帶寬中的一部分(以1個(gè)RB的180kHz為單位)，因此某個(gè)用戶(hù)收到的熱噪聲不是在整個(gè)LTE帶寬上積分，而是應(yīng)該在它占用的RB帶寬上積分獲得。目前3GPP協(xié)議對(duì)LTE基站的靈敏度指標(biāo)定義:噪聲是按照靈敏度測(cè)試確定的信號(hào)的RB來(lái)定義的。也就是說(shuō)，如果是20MHz帶寬的信號(hào)，由于靈敏度測(cè)試只定義了25個(gè)子載波，噪聲是按照25個(gè)子載波帶寬來(lái)定義的，而不是按照20MHz帶寬定義的。此外，由于用戶(hù)信號(hào)進(jìn)入了LTE寬帶接收機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)其作FFT采樣，相當(dāng)于在對(duì)其使用的RB頻率上進(jìn)行了帶通濾波，這樣可以把帶外熱噪聲濾除。13.3.2.10噪聲系數(shù)

接收機(jī)輸出的信噪比不但與噪聲功率有關(guān)，還與輸入信號(hào)的信噪比有關(guān)。一般系統(tǒng)中都用噪聲系數(shù)(noisefigure)來(lái)表示系統(tǒng)的噪聲性能。噪聲系數(shù)通常被定義為網(wǎng)絡(luò)輸入端信號(hào)信噪比和網(wǎng)絡(luò)輸出端的信號(hào)信噪比之間的關(guān)系，值越小，說(shuō)明該系統(tǒng)硬件的噪聲控制越好，以dB表示為

(13.3.2)

式中， 是輸入信噪比； 為輸出信噪比。噪聲系數(shù)計(jì)算示意圖一般如圖13.3.2所示，其中NA是接收機(jī)所產(chǎn)生的噪聲功率，KP是設(shè)備的增益，顯然有No＝ 不難看出，信號(hào)經(jīng)過(guò)該設(shè)備后信噪比發(fā)生了變化，這個(gè)變化量即為接收機(jī)的噪聲系數(shù)。

一般基站噪聲系數(shù)取2dB，終端噪聲系數(shù)取6dB。

圖13.3.2噪聲系數(shù)計(jì)算示意圖13.3.2.11干擾余量

多用戶(hù)發(fā)起業(yè)務(wù)后造成底噪抬升被稱(chēng)為干擾余量(interferencemargin)。傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)，小區(qū)負(fù)荷越高，容量越大，干擾就越大，導(dǎo)致覆蓋就越小。LTE系統(tǒng)由于沒(méi)有采用比較有效的干擾抑制手段，干擾抬升比較大。為了在鏈路預(yù)算中體現(xiàn)這種效應(yīng)，引入干擾余量的概念。

干擾余量和天線配置方式、邊緣速率大小、無(wú)線信道模型等直接相關(guān)，需要系統(tǒng)仿真得到。13.3.2.12終端最大發(fā)射功率

目前各終端廠商的設(shè)備，其話(huà)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的終端最大發(fā)射功率(eUEmaximumpower)均為＋24dBm。13.3.2.13人體損耗(bodyloss)

對(duì)手持機(jī)，當(dāng)位于使用者的腰部或肩部時(shí)，接收的信號(hào)比天線離開(kāi)人體幾個(gè)波長(zhǎng)時(shí)要低，取3dB；當(dāng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，取0dB。13.3.2.14基站接收靈敏度

無(wú)線傳輸?shù)慕邮侦`敏度類(lèi)似于人們溝通交談時(shí)的聽(tīng)力，是指接收機(jī)輸入端為保持所需要的誤幀率而必須達(dá)到的功率。隨著傳輸距離的增加，接收信號(hào)變?nèi)?，提高接收機(jī)的接收靈敏度可使設(shè)備具有更強(qiáng)的捕獲弱信號(hào)的能力，基站的接收靈敏度與系統(tǒng)噪聲、干擾余量、業(yè)務(wù)速率、SINR有關(guān)。不同業(yè)務(wù)，其BLER目標(biāo)值不同，所需要的SINR也不同，再加上業(yè)務(wù)速率以及干擾和噪聲的影響，其所要求的基站端接收靈敏度也不同，最終導(dǎo)致不同的業(yè)務(wù)有不同的覆蓋范圍?；窘邮侦`敏度一般為

基站接收機(jī)靈敏度

＝總的有效噪聲＋干擾余量＋SINR

(13.3.3)

13.3.2.15建筑物穿透損耗

建筑物的穿透損耗(BuildingPenetrationLoss，BPL)與具體的建筑物類(lèi)型、電波入射角度等因素有關(guān)。在鏈路預(yù)算中假設(shè)穿透損耗服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，穿透損耗一般用均值及標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)描述。通過(guò)測(cè)量，2GHz頻段穿透損耗在不同介質(zhì)時(shí)的參考值如表13.3.4所示。

表13.3.42GHz頻段穿透損耗參考值在鏈路預(yù)算中，增加穿透損耗意味著縮小站間距，增加基站規(guī)模。雖然不同材質(zhì)的建筑物穿透損耗可以通過(guò)測(cè)試得到，但是在城區(qū)復(fù)雜的環(huán)境中，各種材質(zhì)的墻面對(duì)無(wú)線信號(hào)的吸收、反射、折射等綜合作用，導(dǎo)致穿透的結(jié)果也有很大差異，這樣會(huì)導(dǎo)致規(guī)模估算的結(jié)果也存在很大差異。因此，合理的做法是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)對(duì)無(wú)線傳播環(huán)境作準(zhǔn)確的分類(lèi)，在對(duì)每種典型環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃時(shí)選取一個(gè)固定的建筑物穿透損耗值作為鏈路預(yù)算的輸入?yún)?shù)，使得覆蓋區(qū)域內(nèi)大部分建筑物內(nèi)滿(mǎn)足基本的室內(nèi)覆蓋指標(biāo)。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，不同無(wú)線環(huán)境通常采用的穿透損耗值如表13.3.5所示。

表13.3.5鏈路預(yù)算中建筑物穿透損耗13.3.2.16陰影衰落余量

所謂陰影衰落，是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而形成的損耗。反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。陰影衰落余量(shadowfadingmargin)是為了克服衰落的變化，保證小區(qū)中通信的可靠性而預(yù)留出來(lái)的余量，是與一定的小區(qū)邊緣通信概率要求和慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)應(yīng)的，需要在鏈路預(yù)算中加以考慮。通常認(rèn)為陰影衰落服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。根據(jù)陰影衰落方差和邊緣覆蓋概率要求，可以得到所需的陰影衰落余量。如按照75%邊緣覆蓋率進(jìn)行鏈路預(yù)算，取陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差8dB，這樣就需要留出5.4dB的余量。

實(shí)際工程中，常常對(duì)面積覆蓋效率也非常感興趣。面積覆蓋效率定義為在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，接收信號(hào)強(qiáng)度大于接收門(mén)限的位置占總面積的百分比。邊緣和面積覆蓋概率可按下列對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換:

(13.3.4)

式中:Pa(γ)為面積覆蓋概率；Pb(R)為小區(qū)邊緣R處的邊緣覆蓋概率。

γ為要求達(dá)到的接收信號(hào)門(mén)限值；為R處的接收信號(hào)均值；M為陰影衰落余量；μ為路徑損耗指數(shù)；σ為陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差。

erf(·)函數(shù)的定義是:

(13.3.5)

在鏈路預(yù)算中，陰影衰落余量的取值通常如表13.3.6所示。

表13.3.6鏈路預(yù)算中陰影衰落取值

本小節(jié)將結(jié)合中興通訊的組網(wǎng)方案，給出系列化基站(BBU＋RRU)的構(gòu)成，并對(duì)設(shè)備特點(diǎn)和能力作出簡(jiǎn)要說(shuō)明。13.4LTE-TDD組網(wǎng)設(shè)備選型13.4.1室內(nèi)分布

LTE-TDD的魅力在于高速數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務(wù)，而視頻電話(huà)、視頻流、游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中，室內(nèi)覆蓋優(yōu)先考慮高話(huà)務(wù)場(chǎng)所，如星級(jí)酒店，人員集中、知名度高的辦公寫(xiě)字樓，大型展館、娛樂(lè)餐飲場(chǎng)所，機(jī)場(chǎng)車(chē)站等交通樞紐樓以及交易會(huì)場(chǎng)等重要公共場(chǎng)所。

如果不需要支持MIMO，LTE-TDD的覆蓋方式與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似。LTE系統(tǒng)中引入了MIMO技術(shù)，能夠有效提高業(yè)務(wù)速率，這項(xiàng)技術(shù)將成為L(zhǎng)TE-TDD室內(nèi)分布業(yè)務(wù)的亮點(diǎn)，即讓用戶(hù)享受到高清視頻等更多的新型業(yè)務(wù)。因此在LTE-TDD的室內(nèi)覆蓋中主要考慮MIMO技術(shù)的室內(nèi)覆蓋實(shí)現(xiàn)。如果支持MIMO，就需要設(shè)置雙天線以及兩套射頻信號(hào)分配系統(tǒng)。13.4.1.1LTE系統(tǒng)MIMO室內(nèi)分布覆蓋形式

圖13.4.1為單用戶(hù)MIMO室內(nèi)分布系統(tǒng)的示意圖。

圖13.4.1LTE室內(nèi)分布示意圖在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式上，采用BBU＋RRU方式實(shí)現(xiàn)MIMO室內(nèi)覆蓋，這種方式比傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋多了一條通道，需要對(duì)原有的分布系統(tǒng)進(jìn)行修改，增加天線點(diǎn)和分布電纜，但是可以較好地實(shí)現(xiàn)雙通道2×2MIMO。采用這種方式可以增加小區(qū)吞吐量，同時(shí)用戶(hù)吞吐量理論上可以獲得雙倍提升。13.4.1.2LTE室內(nèi)覆蓋與現(xiàn)有室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的關(guān)系

LTE引入室內(nèi)分布系統(tǒng)后，為了更好地提升網(wǎng)絡(luò)性能，需要使用MIMO雙流方式。在工程改造時(shí)，LTE的一路通道通過(guò)合路器的方式饋入現(xiàn)在的分布系統(tǒng)中，另外一路通過(guò)新建的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)MIMO。天線的安裝建議兩路天線相距0.5m以上，以盡可能滿(mǎn)足空間不相關(guān)性的要求。如圖13.4.2所示，其中一路饋線先通過(guò)現(xiàn)有室分系統(tǒng)的合路器，與現(xiàn)有系統(tǒng)相合路，另外一路饋線則是增加建設(shè)的一路，兩路室內(nèi)天線構(gòu)成雙天線MIMO系統(tǒng)。

圖13.4.2兩路室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案13.4.2TD-SCDMA與LTE-TDD之間同步/幀同步/對(duì)齊的共存分析

TD-SCDMA與LTE-TDD之間通過(guò)一定的幀同步方式可以徹底規(guī)避干擾，為了提高頻帶利用率，同頻段共存共站址情況下，建議通過(guò)時(shí)隙配置的選擇，實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA與LTE-TDD同步，避免交叉時(shí)隙的出現(xiàn)，從而完全避免系統(tǒng)間的干擾。時(shí)隙配置方式:首先將RxtoTx切換點(diǎn)對(duì)齊，然后選擇LTE-TDD的特殊子幀配置，使得TD-SCDMA的GP落在LTE-TDD的GP時(shí)間段內(nèi)，如圖13.4.3所示，即t1>0，且t2>0。滿(mǎn)足上述條件的TD-SCDMA與LTE-TDD共存時(shí)隙配置，如表13.4.1所示。

圖13.4.3滿(mǎn)足上述條件的TDSCDMA與LTETDD共存時(shí)隙配置

表13.4.1TD-SCDMA與LTE-TD