TD―LTE无线网络规划及其覆盖容量分析

【摘 要】TD-LTE作为TD-SCDMA系统升级与演进，无线网络规划有其自身的特性，本文首先描述TD-LTE无线网络规划的特点，重点对TD-LTE覆盖和容量规划性能进行分析，通过针对性的阐述，为后续的TD-LTE规划及其优化提供必要的思路。

【关键词】TD-LTE；无线网络规划；覆盖；容量

1 概述

TD-LTE作为TD-SCDMA系统的升级与演进，从原则上说，其网络与TD-SCDMA网络在系统规划流程上市相似的，都需要包括站点获取、初步勘察、系统设计、工程安装和测试优化等步骤。但是TD-LTE系统是基于OFDMA和多天线MIMO技术的无线通信系统，在网络规划上必须考虑其独有的特性，以有效发挥TD-LTE系统高速率传输、高频谱效率的技术优势。同时，TD-LTE系统在网络规划上还需要考虑到TD-SCDMA系统现有的网络部署状况，力求在规划设计上达到优良性能与低廉成本的结合。

本文主要从TD-LTE特性简述TD-LTE系统规划的特点，重点对TD-LTE的覆盖规划和容量特性进行阐述，针对性提出覆盖规划流程及容量评估指标及分析结果。

2 TD-LTE无线网络规划特点

由于无线信道环境的复杂性，TD-LTE系统的单站实际覆盖半径从几百米至几千米不等。在进行无线网络规划和设计时都需要进行链路预算以得到合适的无线覆盖预测结构。相对于TD-SCDMA系统，影响TD-LTE无线网络规划的因素主要有以下几个方面。

（1）TD-LTE小区覆盖半径的影响因素

TD-LTE系统在通过链路预算进行覆盖规划设计时，需考虑TD-LTE系统的特性对于覆盖特性的影响，对于单站点的系统最大的覆盖范围，主要考虑TD-LTE系统的帧结构设计中的保护时隙GP长度及随机接入格式中的保护时间。

TD-SCDMA系统和TD-LTE系统一样，在系统帧结构设计上都有特殊时隙结构设计，特殊时隙中包括DwPTS、UpPTS和中间的保护间隔GP。TDD系统的这种帧结构直接影响系统的单站点最大覆盖半径。对于TD-LTE系统来说，特殊时隙内的DwPTS、UpPTS时间宽度可以灵活配置，保护时隙GP也是可配。相比采用固定保护间隔位置与长度设计的TD-SCDMA来说更为灵活。

（2）覆盖目标的定义和多样性

在无线网络规划前期，需要确定网络的覆盖和容量要求质量。相对于TD-SCDMA系统，有典型的业务规划需求，如CS64。对于典型的业务，速率目标是固定的，再由确定的解调门限通过链路预算方式，获得覆盖半径。而对于TD-LTE系统，需要定义系统实现的吞吐能力需求，典型无线环境容忍的调制解调方式，干扰容忍程度等，覆盖目标定位比较丰富。

（3）系统的带宽和调制方式多样性

TD-LTE系统进行规划时，对于边缘用户有确定的覆盖速率目标，这时候需要选择合适的用户带宽和调制编码方式组合。

TD-LTE系统规划定了了6种带宽，见表1。

表1 TD-LTE 系统规范定义的6种带宽

TD-LTE系统支持多种调制方式，包括QPSK、16QAM和64QAM，支持不同的编码速率。TD-LTE系统采用自适应调制编码方式，根据信道质量知识来选择合适的调制方式，而调制编码方式直接影响用户的数据速率。

因此，TD-LTE在进行规划时候，需要选择合适的用户速率和调制编码方式的组合。

（4）新技术带来的影响

TD-LTE系统与TD-SCDMA系统都是时分双工系统，不同的是TD-LTE系统基于OFDM/OFDMA技术，TD-SCDMA系统基于CDMA技术。OFDM/OFDMA技术与CDMA技术相比，具有频率效率高、带宽扩展性强、频域资源分配方便、有利于改善射频功率峰均比的优点，同时也具有抗多径干扰和易与MIMO技术联合运用的优点。

TD-LTE系统关键技术还包括基于MIMO和智能天线的多天线技术。只能天线技术作为TDD模式的一个特征，不仅仅在TD-SCDMA系统，在TD-LTE系统当中也是非常重要的技术，因为系统频段的不断提高，速率的逐渐提高，对天线发射功率的要求的提高不可避免。MIMO技术通过多天线，提供空间复用的增益，对于提高用户数据速率而言很有意义。

3 TD-LTE系统覆盖性能分析

3.1 TD-LTE系统覆盖特性

（1）TD-LTE覆盖的目标业务为一定速率的数据业务

（2）用户分配的RB资源数将影响覆盖

与TD-SCDMA相比，TD-LTE中增加了64QAM高阶调制方式，且编码速率更加丰富。当用户分配的RB数固定时，调制等级越低，编码速率越低，SINR解调门限越低，覆盖就越大

（4）天线类型对覆盖影响更加复杂

MIMO和波束赋形等天线技术室TD-LTE的关键技术。基于传输分集（SFBC）的MIMO天线方式为系统提供了基于发射分集的下行覆盖增益；基于波束赋形的天线方式在下行方向提供了赋形增益和分集增益，在上行方向提供了接受分集增益。

（5）呼吸效应对TD-LTE覆盖影响依然存在

TD-SCDMA系统存在呼吸效应，当网络负载上升时，小区覆盖范围收缩。TD-LTE系统采用了OFDMA的方式，由于不同用户间频率正交，使得同一小区内的不同用户间的干扰几乎可以忽略。但TD-LTE系统的小区间的同频干扰依然存在，ICIC等干扰消除技术可减少小区间业务信道的干扰，但残留的小区间同频干扰仍有可能使得TD-LTE系统存在一定的呼吸效应。

（6）系统帧结构设计支持更大的覆盖极限

TDD系统的覆盖半径主要受限于上下行导频时隙之间的保护间隔GP长度。在常规的时隙配置下，TD-SCDMA系统的帧结构支持的理论最大覆盖半径大约为11km，牺牲一定的业务时隙的容量可获取更大的小区半径。

对于TD-LTE系统来说，特殊时隙内的DwPTS和UpPTS时间宽度、保护间隔GP的位置和时间长度可调，最大极限可支持100km。

3.2 TD-LTE 覆盖规划基本流程

根据对TD-LTE覆盖特性的分析，提出TD-LTE覆盖规划的基本流程如图1所示。

图1 TD-LTE覆盖规划流程图

（1）TD-LTE 速率需求分析

进行TD-LTE覆盖规划，最重要的是根据运营商根据需求确定建网的速率目标。通常确定小区覆盖距离，最主要的是确定小区边缘速率，小区边缘速率主要根据运营商LTE业务定位确定，如上行覆盖边缘速率为500kbit/s，而下行覆盖边缘速率为1Mbit/s。但对TD-LTE覆盖规划，还需要根据现网数据及预测分析LTE网络承载的各类业务总体需求，使得后续链路预算分析更能满足建网需求。

（2）链路预算分析

为了满足边缘用户的速率目标，首先需要确定相应的系统资源配置（包括时隙配比、载波带宽、天线类型、边缘调制编码方式等）来满足边缘用户的速率目标要求。在确定了时隙配比、载波带宽、天线类型、边缘调制编码方式等条件后，通过链路仿真可以得出单小区单用户条件下的接收机解调门限。另外，还需要根据覆盖目标区域特点及技术发展状况，确定频率规划方式及干扰协调技术，使得链路预算的相关取值更合理。通过链路预算分析，我们可以得到一个大致的站间距规划建议值。

（3）站址规划

依据链路预算的建议值，结合目前网络站址资源情况，进行站址规划工作，确定目前覆盖区域可用的LTE站点。

（4）网络仿真

网络仿真是利用规划仿真软件对初步规划的站点进行分析，可输出各类信道的覆盖概率，以及目标区域的业务速率和小区总吞吐量，根据仿真分析结果，可以评判最终的网络规划是否达到覆盖目标。

4 TD-LTE系统容量分析

4.1 影响TD-LTE容量性能因素

TD-LTE系统的容量由各个方面的因素决定，首先是相关参数配置和算法性能，包括系统频率带宽、上下行子帧配比、特殊子帧配比、资源调度算法、MIMO多天线技术、干扰消除技术等；另外，由于TD-LTE在资源分配和调整方式的选择上，是完全动态的特征，而信道条件和小区场景会直接影响到TD-LTE网络资源分配和调制编码方式选择，故网络结构对TD-LTE的容量也有至关重要的影响；再者，设备能力也是影响系统容量的重要因素。

（2）子帧配比：与TD-SCDMA一样，TD-LTE采用TDD双工方式，可使用非对称的频谱资源，并且可以根据某地区上下行业务的不同比例，灵活设置上下行时隙配比，以提供资源利用率。目前共计支持7种上下行时隙配置方式；另外每种上下行时隙配置方式中都有9种不同类型的特殊时隙配置。不同的子帧配比方式，对用户的上下行吞吐率也有明显的差异。

（3）资源调度算法：TD-LTE是“完全自适应”的系统，与GSM和TD-SCDMA容量规划有显著不同，即便是使用AMC机制的HSDPA以及HSUPA，由于承袭与资源准静态配置的TD-SCDMA系统，其AMC代价更为复杂的控制信道设置，而TD-LTE采用自适应调制编码方式，这样网络就能根据信道质量的实际情况进行实时检测反馈，进而动态调整用户数据的编码方式及占用的资源，从系统上做到性能最优。因此，TD-LTE整体容量性能和资源调度算法的好坏密切相关，好的调度算法可以明显提升系统容量及用户吞吐率。

（4）多天线技术：天线技术对系统容量有直接的影响，与GSM/TD-SCDMA不同，TD-LTE在天线技术上有了更多的选择，可以根据网络需要以及天线资源，实现单流分集、多流复用技术、复用与分流自适应、单流波束赋形、多流波束赋形，这些技术的使用场景不同，都会一定程度上影响用户的用量；例如对于使用MIMO多流传输就适用于小区中信道质量优良的用户，能明显提高系统容量；信道质量较差的用户，可以采用波束赋形技术，提高增益从而提升信道质量，选择更高阶调制方式实现容量提升；

（5）干扰消除技术：移动通信系统的干扰是影响无线网络接入、容量等系统指标的中哟啊因素之一。TD-LTE系统由于OFDMA特性，小区内的用户干扰较小，系统内的干扰只要来自于同频其他小区；对于小区边缘用户，由于相邻小区占用相同载波资源用户对其干扰较大，加之距离基站较远，其信噪比相对较小，导致小区边缘用户吞吐率较低，因此采用可靠的干扰消除技术。

（6）网络结构：TD-LTE的用户吞吐率取决于用户所处的环境无线信道质量，小区吞吐量取决于小区整体的信道质量，而小区整体信道环境最关键的影响因素是网络结构及小区覆盖半径。在TD-LTE规划时应比2G/3G更加关注网络结构、严格按照站距原则进行选址，避免选址高站及偏离蜂窝结构较大的站点。

4.2 TD-LTE系统容量评估指标

根据TD-LTE特性，其容量评估指标主要有同时调度用户数、同时在线（激活）用户数、小区平均吞吐量、小区边缘吞吐量及VoIP用户数，下面对上述几个指标进行简单说明：

（1）同时调度用户数：指系统每TTI可调度的用户数。

（2）同时在线（激活）用户数：指系统保持连接状态的用户数。

（3）小区平均吞吐量：指用户按照一定规律分布时，整个小区的平均吞吐量=所有小区吞吐量之和/小区数。

（4）小区边缘吞吐量：指分布在小区边缘的用户吞吐量，在系统仿真时，边缘用户定义为对网络中所有用户按照用户吞吐量的大小降序排列，取5%处的那个用户。

（5）VoIP用户数：小区中容纳的VoIP用户总数。VoIP用户数和带宽配置、控制信道资源和VolP调度算法相关。

4.3 TD-LTE系统容量分析结果

TD-LTE调度用户数：TD-LTE调度用户数主要取决于上、下行控制信道的容量。上行调度的用户数主要受限于PRACH（物理随机接入信道）、PUCCH（物理上行控制信道）、SRS（探测用参考信号）；下行调度的用户数主要受限于PCFICH信道、PHICH信道和PDCCH信道容量，综合各个控制信道的分析结果，TD-LTE在20MHz带宽下，最大可支持的调度用户数为80个。

TD-LTE在线（激活）用户数：由于数据业务具有非持续性的突发特性，因此在线用户不需要每帧都进行调度，动态调度算法会保证在线用户在需要数据传输时及时地为用户分配实际的空口传输资源，同时在线用户数主要由业务特征及设备能力决定。从设备能力

的范畴，TD-LTE在20MHz带宽内，单小区提供不低于1200个用户同时在线的能力。

VoIP用户数：VoIP容量定义为：某用户在使用VoIP进行语音通信过程中，若98%的VoIP数据包的L2时延在50ms以内，则认为该用户是满意的。如果小区内95%的用户是满意的，则此时该小区中容纳的VoIP用户总数就是该小区的VoIP容量。假设VoIP用户采用半静态调度，不考虑控制信道限制，综合分析上下行信道，得到20MHz带宽下，VoIP用户最大容量为600个左右。

5 结束语

本文主要从TD-LTE特性简述TD-LTE系统规划的特点，重点对TD-LTE的覆盖规划和容量特性进行介绍，希望本文能为读者对TD-LTE无线网络规划的特点及覆盖容量的规划起到抛砖引玉的作用。由于TD-LTE技术仍处于不断发展的进程中，这需要我们共同根据实际的网络进行进一步的了解，为TD-LTE网络规划及其后续的优化工作做出自己的一份力量。

参考文献：

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