TD_LTE网络覆盖性能分析

1、TD-LTE网络覆盖性能分析罗凡云 郭俊峰 中兴通讯股份有限公司【摘 要】文章着重从网络规划和链路预算两个方面来论述TD-LTE网络覆盖性能,先引入整体的无线网络规划流程,然后从站址选择分析、传播模型测试、链路预算、网络仿真、规模估算到网络的容量、流量、覆盖性能的仿真分析方面分别作出阐述。【关键词】TD-LTE 网络覆盖 网络规划 链路预算 收稿日期:2010年3月1日从3G网络建设和运维经验来看,良好的无线覆盖是所有移动网络赖以生存的根本,直接影响最终用户体验。由于TD-LTE技术具有同频干扰特性,其早期的网络规划和覆盖性能的分析对后期的网络性能的影响将更深刻。通常,良好的覆盖规划可以节省大

2、量后期的优化工作量。同时,良好的无线覆盖也是塑造运营商品牌、增强竞争力的有力手段,重要性不言而喻。1 TD-LTE网络规划原则与方法1.1 TD-LTE网络规划流程TD-LTE网络规划流程图如图1所示:图1 TD-LTE网络规划流程图1.2 TD-LTE网络无线参数规划12(1CP配置在OFDM系统中,CP的作用主要是避免子载波间干扰以及OFDM符号间干扰。当无线信道的最大多径时延超过所配置的CP长度时,会产生一定程度的子载波间干扰以及OFDM符号间干扰,且受干扰影响的程度与超过CP的多径功率分布以及多径时延分布有关。LTE中CP有两种典型配置,分别为Normal CP和Extended CP

3、,如表1所示:表1 LTE中CP的两种典型配置表CP 时间长度应用场景Normal CP 4.69us左右常规小区单播系统Extended CP16.67us左右大小区单播或MBMS系统(2RB资源配置原则PDCCH不同CCE等级对覆盖的影响,如表2所示:表2 PDCCH不同CCE等级对覆盖的影响LTE DL Control Channel (2Tx×2Rx 发射分集Overhead Channel PDCCH PDCCH PDCCH PDCCH Assign Num of RB 1CCE 2CCE 4CCE 8CCE Link Budget(dB114.37117.87121.37

4、124.37从表2中可以看出,对于控制信道PDCCH,配置不同的CCE等级有不同覆盖。配置8CCE时覆盖最远。当用户在小区边缘时要配置较多的CCE,以便有更多的编码冗余度,降低所需的SINR,保证覆盖范围。在承载相同速率时,给边缘用户配置更多的RB,能够覆盖更远,但这样会降低系统平均的吞吐率。根据具体的覆盖场景,选择PDCCH合适的CCE等级,以满足覆盖和容量的要求。控制信道中其它信道占用的资源都是定值,如表3所示:表3 控制信道中其它信道占用的资源LTE Control ChannelChannel PBCH PHICH PCFICH PUCCH Resource6RB*4Symbol12R

5、E16RE1RB(3边缘用户占用RB数系统仿真统计,在通用的PF调度下,10MHz、10用户/cell,边缘最差的5%用户对应的是统计结果大约3.4RB4.4RB,因此目前链路预算中设置为5RB。这个值与调度算法直接相关,并且在不同场景具体统计结果会有差异。(4时隙配置原则对于同频组网,若不同小区之间配置交叉子帧,则其中存在的干扰主要包括某一小区的eNB发射对另一小区的eNB接收的干扰、某一小区的UE发射对另一小区的UE接收的干扰等。因此,考虑到干扰问题,建议在一定的网络范围内优先采用统一子帧配置,但对于特定应用场景,不排除同频交叉子帧配置的可能性,可在调度的过程中根据SIR实现不同小区之间在

6、交叉子帧内的资源分配。对于异频组网,若邻频干扰较低,则不同小区之间可实现交叉子帧配置;如果邻频干扰较高,那么此情况的处理与同频组网类似。子帧配置应根据不同的应用场景中上、下行业务类型以及流量配比需求而定。2 TD-LTE链路预算2.1 TD-LTE链路预算主要流程TD-LTE链路预算的主要流程如图2所示。下面对每一步骤作详细说明:(1输入所要承载的业务速率(指RLC层的速率,考虑到MAC层的头开销,将RLC层速率除以90%折到MAC层速率。然后配置系统的带宽,为边缘用户配置5个RB。(2配置天线数,选择不同的发射模式,如发射分集或波束赋形,得到天线增益值。(3由于传输的过程中有非业务信道的开销

7、,还要将给用户分配的RB个数乘以(1- Total Overhead Percent,得到业务所占的RB数。(4计算发射端的等效发射功率首先将每根天线上的发射功率乘以天线数得到总的发功率;由UE分配的RB与系统配置的总RB数之比,得到UE分配的功率;再加上天线增益、发射分集或波束赋形增益,并减去电缆损耗。(5计算接收端的灵敏度首先用噪声功率谱密度乘以分给UE的带宽,在加上接收机噪声系数,得到接收端噪声功率。噪声功率加上干扰余量得到接收端噪声加干扰总功率。根据所需SINR,加上总干扰和接收分集增益得到接收机灵敏度。(6所需SINR的计算将MAC层速率分配到业务所占的RB上,得到每个RB所承载的速

8、率,对应得到所需SINR。(7根据(4和(5的结果 ,加上阴影和穿透损耗得到空口路损。(8代入路损模型,得到覆盖半径。2.2 链路预算关键参数在链路预算中的参数选取,必须考虑初步规划中网络的覆盖、容量与质量性能的平衡。下面介绍TD-LTE中 选取的链路预算关键参数。(1所要承载的业务速率:对应为小区边缘用户的图2 TD-LTE链路预算流程图流量要求;(2带宽参数:系统的带宽,边缘用户占用的RB 个数;(3天线数及模式:选择不同的发射模式,如发射分集或波束赋形;(4天线增益;(5发射功率;(6接收端的灵敏度;(7干扰余量:干扰余量与流量和天线使用方式、带宽内的用户个数有关;(8所需SINR:根据

9、上下行MCS链路性能表得到所需SINR,如表4所示:表4 MCS性能表Index Modu Rate Max bitper RBSINR Index Modu RateMax bitper RBSINR1QPSK1/1917.68-9.16QPSK1/656.00-5.1 2QPSK1/1522.40-8.17QPSK1/567.20-4.45 3QPSK1/1228.00-7.18QPSK1/484.00-3.55 4QPSK1/1033.60-6.39QPSK1/3112.00-2.6 5QPSK1/842.00-5.62.3 链路预算以下行业务信道链路预算为例,得出天线2*2配置下行业务

10、信道链路预算如表5所示:表5 下行业务信道链路预算表(2*2配置,收发分集LTE Link Budget DLData Rate kbps64 128 256 512 DL Channel Bandwidth MHz10.0 10.0 10.0 10.0 DL RB Total Num50 50 50 50AssumptionNum. of Tx antenna 2 2 2 2 Num. of Rx antenna 2 2 2 2Assign Num of RB 5 5 5 5 RB Spacing kHz180.00 180.00 180.00 180.00TxTx power per An

11、tenna dBm43.00 43.00 43.00 43.00 Antenna gain dBi15.00 15.00 15.00 15.00 RF Filter + Cable Loss dB0.50 0.50 0.50 0.50TX diversity gain dB 2.00 2.00 2.00 2.00 TX EIRP dBm60.51 60.51 60.51 60.51 TX EIRP per occupiedallocationdBm50.51 50.51 50.51 50.51RxThermal noise densitydBm/Hz-174 -174 -174 -174 RX

12、 noise figure dB7.00 7.00 7.00 7.00 RX noise power dB-107.46 -107.46 -107.46 -107.46 RX antenna gain dBi0.00 0.00 0.00 0.00 RX diversity gain dB 3.00 3.00 3.00 3.00 Interference Margin dB10.00 10.00 10.00 10.00 Body Loss dB0.00 0.00 0.00 0.00Required SINR dB-6.28 -4.43 -1.60 4.24 Wanted Signal MeanP

13、owerdBm-106.74 -104.89 -102.06 -96.22Extra LossesPenetration Loss dB19.00 19.00 19.00 19.00 Shadow Fading margin dB11.60 11.60 11.60 11.60 Link Budget dB128.65 126.80 123.972.4 TD-LTE传播模型分析采用2G频段常用的传播模型C O S T231H a t a Model:Lu(dB-46.3+33.9*log(f-13.82*log(Hb-(Hm+44.9-6.55*log(Hb*log(d+Cm其中,基站高度Hb:

14、30m200m;终端高度Hm:1m10 m ;距离 d:UE到基站天线的距离,单位为公里;(Hm=1.1*log(f0.7*Hm1.56*log(f0.8,UE天线高度修正因子;f为工作频率,单位为MHz,取值2300MHz;Cm为地形修正因子(密集城区取值3dB,一般城区取值0dB,远郊取值12.73dB。2.5 链路预算对比分析及主要结论(1下行链路预算对比表6 下行链路预算表LTE Link Budget - DL(2Tx*2Rx,发射分集 Data Rate kbps64128256 240 Link Budget(dB dB128.65 126.80 123.97 124.33 LT

15、E Link Budget - DL(8Tx*2Rx,BF enableData Rate kbps64128 256 505 Link Budget(dBdB134.67 132.82 129.99 124.32 LTE DL Control Channel (2Tx*2Rx,发射分集 Overhead ChannelPBCH PDCCH PCFICH PHICH Link Budget(dBdB131.87 124.37 125.07 128.77从表6可以看出,下行控制信道中覆盖受限的是PDCCH。当PDCCH采用8CCE配置,在控制信道覆盖的边缘,业务信道2Tx*2Rx 发射分集可达到

16、240K, 8Tx*2Rx波束赋形可达到505K。(2上行链路预算对比表7 上行链路预算对比表LTE Link Budget - UL(1Tx*2RxData Rate kbps64 128 256 Link Budget(dBdB122.83 120.66 116.97LTE Link Budget - UL(1Tx*8RxData Rate kbps64 128 256 Link Budget(dBdB127.83 125.66 121.97 LTE UL Control Channel(1Tx*2RxPUCCH Channel kbps Format2Format2a Format2b

17、Link Budget(dBdB132.35134.05131.05 LTE UL Control Channel(1Tx*8RxPUCCH Channel kbps Format2Format2a Format2b Link Budget(dBdB137.35139.05136.05上行控制信道PUCCH可采用多种的格式发送,采用Format2b时覆盖是最近的。从表7可以看出,即便上行控制信道PUCCH采用Format2b格式,其覆盖也要好于业务信道。所以上行控制信道是业务信道受限的。上下行业务信道覆盖平衡分析,即上行覆盖能力(覆盖边缘处的下行的覆盖能力分析,从链路预算来看,先固定UL速率,

18、得到路损A,再把A代到DL的链路预算,得到DL的速率。如表8所示,可以得到不同链路条件下的下行与上行为2.44.7倍关系。表8 不同链路条件下的下行与上行链路预算LTE Link Budget - DLData Rate kbps305410620 Link Budget(dBdB122.86120.61116.96LTE Link Budget - ULData Rate kbps64128256 Link Budget(dBdB122.83 120.663 结束语覆盖分析是网络性能分析中的主要内容之一,目的是确定每个基站最大可能的覆盖面积。覆盖分析需要考虑传播过程中的各种路径损耗、链路平衡和覆盖影响因素,使覆盖分析的结果最大限度地接近实际的测试结果,从而提高整个网络性能分析的准确性。良好的覆盖规划可以节省大量的后期优化工作量。参考文献1 3GPP R1-070587. Ericsson,Open issue for Higher order Modulation for HSPAR. 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #47bis.2 3GPP R1-050386. NTT DoCoMo,Ericsson,Fujitsu Mitsubishi Electri