TDLTE无线网络链路预算分析.doc

2012-07-13#2012-07-13#2012-07-13#TD- LTE 无线网络链路预算分析Analysis of Link Budget of TD-LTE Wireless Network詹 鹏，苏颖博（重庆邮电大学通信新技术应用研究所，重庆 400065）Zhan Peng，Su Yingbo （Institute of the Applications of Advanced Telecommunications Technology ，Chongqing University of Posts andTelecommunications，Chongqing 400065，China）摘 要：关键词：简要论述了 TD- LTE 链路预算特点及传输模型选取，详细论述了 TD- LTE 上下行链路预算方法。TD- LTE；链路预算；TD- SCDMA中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007- 3043（2011）07- 0048- 04Abstract：It m ainly pre s e nts TD- LTE link budge t characte ris tics ，and give s TD- LTE dow nlink and uplink budge t m e thod.Keywords：TD- LTE；Link budge t；TD- SCDMA要确定小区边缘用户的最低保障速率。b） TD -LTE 系 统 可 配 置 1.4、3、5、10、15 及 200 前言与 TD-SCDMA 不同，TD-LTE 采用了许多全新技 术（如 OFDMA 及 MIMO 等），使得 2 者在物理层技术、 网络结构及调度算法等方面，以及在网络规划尤其在 规模估算和仿真 2 个方面存在很大差异。 因此，熟悉 TD-LTE 链路预算对 TD-LTE 网络覆盖估算有重要意 义。MHz 等 6 种信道带宽，它们分别配置不同的资源块（RB）数目，其对应关系如表 1 所示1；当采用不同的系统带宽时，所分配的 RB 数目、用户的数据速率也不相 同，从而影响覆盖范围。 而对于 TD-SCDMA 系统来说， 系统的载波带宽是固定的， 用户分配的时隙数和码道 数的多寡并不直接影响覆盖半径。c） TD-LTE 增加了 64QAM 高阶调制、 有块编码、 截尾卷积及 Trubo 等编码方式， 使 TD-LTE 的编码率 更加丰富。 由表 1 可知，系统带宽一定时分配的 RB 数 目也是一定的。 使用较低等级的调制方式时，SINR 的 解调门限就比较低，目标小区的覆盖半径就会增加。1 TD- LTE 链路预算特点a） TD-LTE 的业务信道是共享的， 没有 CS 域业 务、只有 PS 域业务。 不同 PS 域业务的速率、解调门限 不同，导致的覆盖范围也不同。 因此，链路预算时首先d） TD-LTE 和 TD-SCDMA 系统的帧结构有所不2012-0收7稿-日1期3：20#11#-0#5-#10#2012-07同-。 1TD3-#LT#E #系#统#的#帧#结#构20有1D2wP-TS0、G7P-和1U3p#PT#S #3 #表 1 TD-LTE 系统带宽和对应的 RB 数目L=46.3+33.9lgfc-13.82lghte-a（hre）+（44.9-6.55lghte）lgd+Ccell+Cterrain+CM（1）式中：fc工作频率（MHz）h 基站天线的有效高度（基站天线实际海拔te高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海拔高度差）（m）hre移动台天线有效高度 （移动台天线高出地 表的高度）（m）d基站天线与移动台天线间的水平距离（km） a（hre）有效天线修正因子（覆盖区的函数） 对于中小城市：a（hre）=（1.11lgfc-0.7）hre-（1.56lgfc-0.8）对于大城市、郊区及乡村：个特殊时隙，在常规 CP 下有 9 种配置，在扩展 CP 下有 7 种配置。 这种动态的时隙配置使 TD-LTE 有不同 的最大理论覆盖半径，GP 的配置与所支持的最大覆盖 半径见表 2。 例如，常规 CP 在“6”配置下，GP 的长度为6 576Ts （Ts=1/（15 0002 048）s），理论上的最大覆盖半 径为 32.11 km，而 TD-SCDMA 系统的帧结构所支持的 理论最大覆盖半径为 11.00 km, 因此 TD-LTE 系统的动态时隙配置大大提高了覆盖能力。e） TD-LTE 采 用 了 MIMO 和波束赋形等天线 技 术。 TD-LTE 物理层使用不同的预编码方案，可实现不 同的 MIMO 模式（即单天线发送、空间复用和发送分 集）。由研究结果知，同样的小区边缘频谱效率，波束赋 形天线的覆盖范围大于发送分集覆盖范围2。a（hre）= 8.29（lg1.54hre）2-1.1（fc300 MHz）3.2（lg11.75hre）2-4.7（fc300 MHz）Ccell小区类型校正因 子 ， 城 市 Ccell =0， 郊 区Ccell=-2lg（fc/28）2-5.4，乡村 Ccell=-4.78（lgfc）2+18.33lgfc-40.982 传播模型选取由 3GPP TS 36.942 协 议 知 ，TD -LTE 采 用 的 是 COST-231 Hata 模型。 该模型是由 EURO-COST 组成 的 COST 工作委员会开发的 Hata 模型的扩展版本。 目 前， 中国移动建议的 TD-LTE 无线网络的工作频段为2.6 GHz， 但在 LTE 的标准协议中仍建议使用该模型。TD-LTE 理论最大覆盖半径见表 2。COST-231 Hata 模型适用于小区半径大于 1 km 的宏蜂窝系统，发射有效天线高度为 30200 m，接收 有效天线高度为 110 m。 COST-231 Hata 模型路径损 耗计算的经验公式4为地形校正因子 （主要反映重要地形环境Cterrain因数对路径损耗的影响， 可通过传播模型测试和校正得到，也可由用户输入）CM大城市中心校正因子中等城市/郊区 CM=0 dB， 大城市中心 CM=3 dB。3 TD- LTE 链路预算方法由于 TD-LTE 采用了全新的技术， 因此其链路预 算流程不同于 TD-SCDMA。 TD-LTE 的链路预算流程 为输入预算速率、系统带宽、确定天线配置、MIMO 配 置、确定 DL/UL 公共开销负荷、发送端功率增益/损耗表 2 TD-LTE 理论最大覆盖半径配置常 规 CP扩 展 CPDwPTSGPUpPTS最大覆盖半径/kmDwPTSGPUpPTS最大覆盖半径/km06 592 Ts21 936Ts2 192Ts107.117 680Ts20 480Ts2 560Ts100.00119 760Ts8 768Ts42.8120 480Ts7 680Ts37.50221 952Ts6 576Ts32.1123 040Ts5 120Ts25.00324 144Ts4 384Ts21.4125 600Ts2 560Ts12.50429 336Ts2 192Ts10.707 680Ts17 920Ts5 120Ts87.5056 592Ts19 744Ts4 384Ts96.4120 480Ts5 120Ts25.00619 760Ts6 576Ts32.1123 040Ts2 560Ts12.50721 952Ts4 384Ts21.41824 144Ts2 192Ts10.70系统带宽/MHzRB 数目/个系统带宽/MHzRB 数目/个1.4610.0503.01515.0755.02520.0100计算、接收端功率增益/损耗计算、链路总预算。TD-LTE 链路预算的关键参数包括小区边缘用户 的业务速率、系统带宽、天线配置及增益、发射功率、接 收端灵敏度、干扰余量及 SINR（由 MCS 链路性能表得表 4TD-LTE 下行链路预算表到）等。本文假设：LTE 工作频段是 2.6 GHz，小区边缘用户的业务速率有 100、500 及 1 000 kbit/s 3 种情况，系统的带宽配置为 20 MHz， 可供调用的 RB 数目为100， 天线采用 22 配置，MIMO 采用发送分集配置及 QPSK 调制方式， 则 TD-LTE 上下行链路预算分别见 表 3 和表 4。 通过链路预算可得出上下行最大损耗，将 其带入 COST-231 Hata 模型即可得到覆盖半径。下面对表 3 和表 4 的主要参数加以说明。a） 可调用的 RB 数目。 从表 1 可知，可调用的 RB数目和系统带宽有关。本文假设采用的系统带宽为 20MHz，可调用的 RB 数目应为 100。b） 分配的 RB 数目。 分配的 RB 数目与业务速率 有关。 业务速率大所需的 RB 个数多，系统会为不同的 业务速率动态地分配 RB 个数。 当业务速率为 100、500 及 1 000 kbit/s 时， 系统动态为其分配的 5、20 及30 个 RB，是完全能承载这 3 种业务的。表 3TD-LTE 上行链路预算表c） 干扰余量。 干扰余量与系统所采用的调制方式有关。 本文假设采用的是 QPSK 调制方式，上下行的干 扰余量应为 2.5 dB5。d） SINR。 当用户分配的 RB 个数一定时，解调门 限的值与调制方式和编码率有关， 具体值可通过仿真 所得到的 MCS 链路性能表得到5。e） 下行信号品质要求 Eb/No。 当 RB 个数一定时，该值也与调制方式和编码率有关， 具体值可由链路级 仿真得到5。从表 3 和表 4 可知：对于不同业务速率来说，边缘 小区业务速率较低时所需的解调门限低， 使其覆盖半 径增大；对于上行用户来说，RB 个数增加时基站接收 机的噪声会相应升高，使其覆盖半径收缩。4 结束语链路预算是覆盖分析的重要内容之一， 可通过链 路预算确定每个基站的最大覆盖半径。 在进行覆盖分参 数参 数 取 值业务速率/（kbit/s）1005001 000系统带宽/MHz202020可调用的 RB 数目100100100分配的 RB 数目52030UE 单天线发射功率/dBm232323UE 发送端天线增益/dBi000人体损耗/dB000全向等效发射功率/dB232323阴影衰落保护余量/dB101010穿透余量/dB202020快衰落保护余量/dB111干扰余量/dB环境热噪声密度/（dBm/Hz）-174-174-174接收机噪声系数/dB555接收机热噪声功率/dB-109.46-103.44-101.68基站天线增益/dBi181818基站多天线增益/dBi333接收端插损及馈线损耗/dB444所需 SINR/dB-6.2-5.1-4.4接收机灵敏度/dBm-132.66-125.54-123.08路径损耗/dB122.16115.04112.58覆盖半径/km1.258 90.794 30.676 1参 数参 数 取 值RLC 层业务速率/（kbit/s）1005001 000MAC 层业务速率/（kbit/s）111.1555.61 111.1系统带宽/MHz202020可调用的 RB 数目100100100分配的 RB 数目52030基站单天线发射功率/dBm464646基站发射天线增益/dBi181818发送分集增益/dB222等效全向辐射功率/dBm666666电缆损耗/dB444基站有效发射总功率/dBm626262快衰落保护余量/dB222干扰余量/dB环境热噪声密度/（dBm/Hz）-174-174-174接收机噪声系数/dB777接收机热噪声功率/dB-107.46-101.44-99.68接收机噪声/dBm-100.46-94.44-92.68接收分集增益/dB333下行信号品质要求 Eb/No/dB-7.12-6.42-5.23接收机灵敏度/dBm-108.08-101.36-98.41身体损耗/dB000阴影衰落余量/dB101010穿透损耗/dB202020路径损耗/dB138.08131.36128.41覆盖半径/km3.981 12.511 91.995 3析时应综合考虑影响覆盖范围的各种因素， 使覆盖分析结果尽可能地接近测试结果， 以达到良好的覆盖效 果、节省后期优化工作量。4 杨丰瑞，文凯，李校林. TD-SCDMA 移动通信系统工程与应用M.北京：人民邮电出版，2009.5 摩洛哥. LTE-UMTS 长期演进理论与实践M. 北京：人民邮电出版 社，2009.参考文献：作者简介：詹鹏，硕士研究生，研究方向为 TD- LTE 无线网络规划与优化；苏 颖博，硕士研究生，研究方向为 TD- LTE 网络规划与优化之软频率 复用。1 赵训威，林辉，张明，等. 3GPP 长期演进（LTE）系统架构与技术规范M. 北京：人民邮电出版社， 2010.2 李新. TD-LTE 无线网络覆盖特性浅析J. 电信科学，2008（）.3 3GPP TR 36.942 V9.2.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Radio Frequency （RF） system scenarios S/OL. 2010-11 -10. http:/www.elite -/research/doku.php/project/openl te?do=export_raw.）华为信息研发人员将达 10 00015 000 人，预计年“移动应用创新”奖。（赵丽）产值达 60 亿元，税收达 4.5 亿元。全球范围启动设计竞赛，承载网：新加坡电信运营商 MobileOne（下称“M1”）日前与华为正式签署了合 同，华为将在未来 5 年分阶段为 M1 建 设 LTE 承载网。、该项目于 2011 年 6 月覆盖岛内热 点地区，2012 年第 1 季度将实现全岛R&S 信息的理想接收机的功能模块。该库提供了 宣布形成战略合作，上行和下行发送和接收的端到端的模拟 链路。通过合作，新思公司的 LTE 库，包括即将发行的 LTE-Advanced，将和罗德 与施瓦茨的测试和测量解决方案进行验 证，大大提高算法设计师实现符合标准 设计的信心。从信号发生器开始，罗德与 施瓦茨的测试仪器将能够自动从 Synop sys 的仿真环境中获得配置。由于典型的 配置包括 100 多个参数，这种整合显著）。，诺西获马来西亚 Ce lcom 合同在未来 3 年总计拨款 30 亿马来西亚元，（约 10 亿美元） 部署 LTE 网络。Celcom 的 LTE 网络测试设备由华为和爱立信 提供。马来西亚国家财政拨款方式，（周倩透露，通过Celcom 网络升级至 42 Mbit/s HSPA+，提马来西亚 Celcom 曾于 2010 年 9 月根据双方协议，诺基亚西门子将产品满足运营商当下及未来需求。包括巴生区域的网络升级。基站，升级网络管理系统，提供 NetAct运营商 Celcom 的合同，为其扩容网络供准 LTE 无线接入设备 Flexi Multiradio日前，诺基亚西门子赢得马来西亚（罗勇准定义的物理信道，以及可以作为参考新思与 R&S 宣布形成战略合作：近日减少了实现正确的设置所花费的时间Studio 和 SPW 的 LTE 库包括发射机，标（罗勇新思科技公司算法设计产品 System系统必须与这一趋势保持同步发展。的可靠的测试和测量解决方案。现，无线电监测正变得越来越复杂。监测用于全球研究和开发、验证、生产和服务越来越多的不同的无线电传输标准的出库，罗德与施瓦茨提供信号发生器以及随着无线电密度的日益增大，以及和验证解决方案，包括符合标准的参考的未来在你手中！”。和验证。新思科技为合作提供算法设计赛的口号是“