LTE移动通信网络设计

1、中网华通公司工程设计实用教材系列LTE移动通信网络设计（V1.0）编制张传福、张宇、赵立英日期2015 年 11 月审批于新雁日期2015 年 12 月批准王伯仲日期2015 年 12 月北京中网华通设计咨询有限公司公司技术发展部修订记录日期修订版本描述作者前言LTE 是 4G标准，我国三大运营商都在全国范围建设了 LTE商用网络。本教材围 绕 LTE 通信网络技术、覆盖分析、容量分析、室内分布系统、高铁建设、语音解决方 案、 TD-LTE与 LTE FDD混合组网、微基站的应用以及 LTE关键技术的应用等方面进 行编制， 旨在为员工提供 LTE通信网络设计方面的实用素材， 规范 LTE通信网

2、络设计 各环节的工作。本教材为中网华通公司工程设计实用教材系列之 LTE 移动通信网络设计 （ V1.0），由公司技术发展部编制完成， 并经公司无线专业组审核。 教材使用过程中， 编制人员会根据大家反馈的意见和建议以及技术的发展进行定期补充修订， 以保证教 材与实际工作结合得更加紧密，更具实用性。公司其它专业相关工程设计教材正在陆续安排编制中， 希望各项目能积极提供相 关素材、建议，支持和参与工程设计实用教材系列的编制工作。目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document LTE 移动通信网络概述 1LTE 发展演进情况 1LT

3、E 系统设计要求 1LTE 系统架构 2LTE 物理资源 2LTE 关键技术 4现阶段的关键技术 4LTE-Advanced 关键技术 7LTE 网络覆盖分析 9LTE 覆盖能力的影响因素 9发射功率 9载波频率及带宽 10多天线的选用 10RB 资源占用 10RRM算法 11CP 配置 11覆盖能力分析 11基本流程 11LTE 链路预算 12结果分析与比较 15LTE 覆盖的一些实证经验 18S1/X2 接口的传输配置 19LTE 容量分析 22容量的影响因素 22载波带宽 22循环前缀（ CP）长度 23MIMO 模式 23上下行控制信道和参考信号开销 23干扰消除技术 24调度方式 2

4、4上下行时隙配置对容量的影响 25特殊子帧配置对容量的影响 25LTE 容量估算 25LTE 吞吐率 25FDD LTE 吞吐量 26FDD LTE 可容纳 VoIP 用户数 27LTE 用户数 28LTE 容量分析 28四、LTE 室内分布系统 30LTE 室内分布系统概述 30LTE 室内分布系统的特点 30室内分布系统结构 30室内覆盖天线类型 30室内覆盖建设方式 30LTE 室内分布系统的建设方案 33LTE 单通道独立建设方案 34LTE 与 2G/3G单通道共用建设方案 35LTE 双通道单极化天线独立建设方案 36LTE 与 2G/3G双通道单极化天线共用建设方案 37LTE

5、双通道双极化天线独立建设方案 38LTE 与 2G/3G双通道双极化天线共用建设方案 39多系统合路解决方案 40室分系统中天线的解决方案 43LTE-Hi 室内热点优化方案 44五、高铁 LTE网络建设 45高铁 LTE覆盖特点 45穿透损耗大 45多普勒频移明显 45切换频繁 46覆盖场景复杂 46建设原则及覆盖目标 46建设原则 46覆盖目标 46高铁 LTE网络设计 46组网方案 46LTE 网络设置原则 47站距确定 50站址布局和站高 56天馈线设计 56LTE 切换策略 59六、LTE 网络语音解决方案 62LTE 语音实现方式 62OTT 62多待方案 62CSFB 63SRV

6、CC方案 64VoLTE 64运营商分阶段解决方案 65LTE 网络的语音解决方案阶段一 66LTE 网络的语音解决方案阶段二 66LTE 网络的语音解决方案阶段三 67全球 LTE语音解决方案部署 67移动通信终端对 4G语音回落的支持力度（双待机， CSFB） 67VoLTE 在全球的部署情况 68VoLTE 在中国的部署情况 70七、TD-LTE 和 LTE FDD的混合组网 72混合组网考虑的因素 72国内 LTE 发展现状 72频谱资源分析 72TD-LTE 产业链分析 73TD-LTE 网络能力分析 73LTE 混合组网方案 75LTE 混合组网方式 75融合组网建议 77LTE

7、混合组网关键技术 77小区驻留和小区重选 77切换 78负载均衡 79载波聚合 79双连接技术 79TD-LTE 和 LTE FDD混合组网的互操作 82UE 驻留策略 82小区重选优选 TD-LTE 83数据业务优选 TD-LTE 83语音业务结束后优选 LTE 84八、LTE 网络中微基站的应用 85微基站的分类和特点 85微基站( Small cell )分类 85运营商对微基站的分类 87LTE 微基站特点 87LTE 微基站阶段建设思路 88LTE 微基站典型应用场景 89微基站应用场景 89微基站解决的问题 90典型场景分析 91九、LTE 关键技术的应用 951. LTE 载波聚

8、合技术、试验与应用 95载波聚合技术 95性能仿真 103运营商载波聚合试验和部署情况 1062. LTE MIMO 2T4R 技术应用 114LTE MIMO 的基本原理 115LTE 上行 MIMO接收技术基本原理 1162T2R 、2T4R对比与仿真分析 1172T4R 插花组网增益与影响分析 1182T2R 与 2T4R组网对比试验 1182T2R 与 2T4R组网结论及应用建议 122一、 LTE 移动通信网络概述1. LTE 发展演进情况LTE是 3G的演进，是在 2004年 3GPP多伦多会议上提出的。 LTE是 3G与 4G技术 之间的一个过渡，它改进并增强了 3G的空中接入技

9、术，采用 OFDM和 MIMO作为其无 线网络演进的唯一标准。LTE 版本演进及升级历程如下：2008年 1月： 3GPP将 LTE列入 3GPP R8正式标准；2008年 12月： 3GPP发布了 LTE R8版本的 FDD-LTE和 TDD-LTE标准，它定义 了 LTE 基本功能，包含了 LTE 的绝大部分特性，原则上完成了 LTE标准草案， LTE进入实质研发阶段。2009年底：完成 LTE R9版本， R9版本主要以完善和增强 LTE系统为目标，与 以前的版本相比变化不大，已在 2009 年底完成。后续： LTE R10将以 LTE-Advanced为主要内容， R10版本可以超过

10、l00M 带宽 以上，上行传输性能也应进一步提升。 LTE-Advanced从 3GPP R10版本协议开 始，形成了载波聚合（ CA）、多点协作（ CoMP）、中继（ relay ）、增强的小区间 干扰协调（ eICIC ）和 MIMO增强 5 个关键技术。2. LTE 系统设计要求（1）频谱带宽配置实现灵活的频谱带宽配置，支持 1.4MHz，3MHz， 5MHz， l0MHz，15MHz和 20MHz 的带宽设置，从技术上保证 LTE系统可以使用第三代移动通信系统的频谱。（2）小区边缘传输速率提高小区边缘传输速率， 改善用户的小区边缘的体验， 增强 LTE系统的覆盖性能， 主要通过频分多址

11、和小区间干扰抑制技术实现。（3）数据率和频谱利用率 在数据率和频谱利用率方面，实现下行峰值速率 100Mbit/s ，上行峰值速率50Mbit/s ；频谱利用率为 HSPA的 24倍，用户平均吞吐量为 HSPA的 24倍。为保证 LTE系统在频谱利用率方面的技术优势，主要通过多天线技术、自适应调制与编码和 基于信道质量的频率选择性调度实现。（4）时延提供低时延，使用户平面内部单向传输时延低于 5ms，控制平面从睡眠状态到激 活状态的迁移时间低于 50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于 100ms，以增强 对实时业务的支持。（5）多媒体广播和多播业务。（6）支持增强型 MBM（S E-MB

12、M）S。（7）取消 CS域， CS域业务在 PS域实现（如 VoIP）。（8）系统结构简单化，低成本建网。LTE 系统架构LTE系统主要由 E-UTRAN和 EPC组成（见图 1.3.1 ）。E-UTRAN由 WCDM的A UTRAN演进而来，与 UTRAN相比，去掉了 RNC，向扁平化的 结构迈进了一步。LTE的核心网 EPC（Evolved Packet Core ，演进的分组交换核心网）主要由 MME （ Mobility Management Entity ，移动性管理实体）、SGW（Serving Gateway ，服务 网关）和 PGW（Packet Data Node Gatew

13、ay ，PDN网关或分组数据节点网关）组成。 多个 EPC的集合可以称为 EPS（Evolved Packet System ，演进的分组交换系统） 。系 统架构如图 1.3.1 所示。图 1.3.1 LTE 系统架构 各部分的功能如下：（1）MME的功能：包括寻呼消息发送，安全控制， Idle 态的移动性管理， SAE 承载管理以及 NAS信令的加密及完整性保护等。（2）SGW的功能：包括数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。（3）eNB的功能：包括 RRM功能，IP 头压缩及用户数据流加密， UE附着时的 MME 选择，寻呼信息的调度传输，广播信息的调度传输以及设置和提供eNB的测量等。

14、（4）S1 接口：连接 eNB与核心网边缘节点 MME及 S-GW，分为控制平面的 S1-MME 和用户平面的 S1-U接口。（5）X2 接口：提供 eNB之间的互相连接， 分别提供控制平面和用户平面的功能， 为切换、小区间的 RRM等功能提供支持。LTE 物理资源 LTE的物理资源有多个层次，如图 1.4.1 所示。图 1.4.1 LTE 的物理资源OFDM多址接入的资源具有LTE的空中接口的多址技术是以 OFDM技术为基础的时间和频率两个维度。 这两个维度的大小决定了用户接入资源占用的多少。 也就是说， OFDMA其实是 TDMA和 FDMA的结合。OFDMA的主要思想是从时域和频域两个维

15、度将系统的无线资源划分成资源块 (Resource Block ，RB)，每个用户占用其中的一个或者多个资源块。从频域的角度 说，无线资源块包括多个子载波； 从时域上说， 无线资源块包括多个 OFDM符号周期。 也就是说， OFDMA本质上是 TDMA+FDM的A多址方式。LTE的空中接口资源分配的基本单位是物理资源块( Physical Resource Block ， PRB)。1 个物理资源块 PRB在频域上包括 12 个连续的子载波，在时域上包括 7 个连 续的常规 OFDM符号周期。 LTE的一个物理资源块 PRB对应的是带宽为 180 kHz、时长为 0.5 ms 的无线资源，如图

16、 1.4.2 所示图 1.4.2 OFDMA 资源块 RB结构LTE的子载波间隔 f 15kHz，于是 PRB在频域上的宽度为1215=180（ kHz）7 个连续的常规 OFDM符号周期的时间长度为 0.5 ms，每个常规 OFDM符号周期为s。LTE的下行物理资源可以看成由时域和频域资源组成的二维栅格。 可以把一个常 规OFDM符号周期和一个子载波组成的资源称为 1个资源单位（ Resource Element ， RE）。于是，一个 RB包含的 RE数目为127=84RE即一个 RB包含 84 个 RE。每一个资源单位 RE都可以根据无线环境选择 QPSK、16QAM或 64QAM的调制

17、方式。 调制方式为 QPSK的时候，一个 RE可携带 2 bit 的信息；调制方式为 16QAM的时候， 一个 RE可携带 4 bit 的信息；调制方式为 64QAM的时候，一个 RE可携带 6 bit 的信 息。LTE支持 1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz等级别的动态带宽 配置，带宽的动态配置是通过调整资源块 RB数目的多少来完成的。 不同的 RB数目又 对应着不同的子载波数目，如表 1.4.1 所示。表 1.4.1 带宽与资源块数目LTE 关键技术现阶段的关键技术（1）OFDM和 SC-FDMALTE在下行采用 OFDM，上行采用单载波 -频

18、分多址（ SC-FDM）A。OFDM使得同一小 区中用户信号之间可以保持正交性， SC-FDMA可以看成是对用户信号的频域分量进行 正交频分多址（ OFDM）A，相比于普通 OFDM，A其优点是峰均比较低，从而可以简化终 端上的功放设计和更有效地利用终端上的功放资源。 LTE 中任一时刻同一用户在上行 占用的子载波永远是连续的， 以简化终端实现； 下行则可以是交错的， 以增加频域分 集增益。未来有可能在上行中引入直接使用 OFDM，A 因它调度更灵活，也可以简化演 进的基站（ eNB）侧均衡器和上行使用 MIMO时的实现。（2）更高阶调制（ 64QAM）LTE中上、下行均可自适应使用正交相移键

19、控（ QPSK）、16 星座正交幅度调制 （ 16QAM）和 64QAM等多种调制技术， 64QAM的使用可以支持更高的峰值速率，当信 道条件足够好和功率资源足够时它也能更有效地利用系统资源。在R8 LTE中，上行支持 64QAM对终端和 eNB均为可选。（3）HARQ同高速下行分组接入和高速上行分组接入（ HSDPA/HSUP）A一样， LTE也使用自 适应调制编码（ AMC）和 HARQ技术，来进行速率控制和有效利用信道时变特性。 LTE 下行采用异步自适应 HARQ，eNB在物理下行控制信道 （PDCC）H上指示 HARQ的流程数 和当前发送是新的还是重传， 终端在 eNB发送子帧后的第

20、 4 个子帧上返回确认 （ACK） 或者否认（ NAK）指示，该指示用物理上行控制信道（ PUCC）H 或物理上行共享信道 （ PUSC）H承载，由于是异步 HARQ，每一次重传都需要 eNB用 PDCCH进行调度。上行则采用同步 HARQ，它有两种模式：普通模式和子帧捆绑模式，它们的区别 是：子帧捆绑模式每次对 4 个连续的上行子帧进行捆绑操作， 这是为了提高承载基于 IP 的语音（ VoIP）业务时的性能，普通模式是对单个子帧操作；两种模式所支持的 HARQ流程数也是不一样的， 普通模式对应的流程数为 8，子帧捆绑模式的流程数为 4。 终端根据 eNB在下行 PDCCH上的新数据指示（ND

21、I）比特或物理 HARQ指示信道（PHICH） 来判断是否需要重传，如果需要重传，终端将会在固定数目子帧后重传。（4）先进的多天线技术LTE在下行灵活使用 MIMO、空分多址 （SDM）A、波束成型和接收 / 发送分集等多天 线技术：对信干比高和空间信道散列度高（信道矩阵值高和奇异值高）的用户使用 MIMO技术，以提供更高的数据速率；当需要为更多用户服务时，利用SDMA技术在同一时频资源上为多个用户同时提供服务；对某些用户使用波束成型技术，将发送 / 接 收波束对准用户，以提高用户的数据速率；当不需要使用 SDM，A MIMO也无法带来附 加增益时，使用传统的天线接收、发送分集技术以获取多天线

22、增益。LTE R8在上行只使用 SDMA和多天线接收分集技术，未来应该也会考虑 MIMO技术。 LTE标准目前最 高支持 44 MIMO，当带宽为 20MHz时，下行峰值速率可达约 300Mbit/s ，上行峰值 速率可达约 75Mbit/s ，早期部署可能更多会用到 22 MIMO。LTE 阶段定义了 8 种下行多天线 MIMO传输模式（ transmission mode ，TM）：单 天线发送（ TM1）；发射分集（ TM2）；循环时延分集（ TM3）；闭环空间复用（ TM4）；多 用户 MIMO （TM5）；单层闭环空间复用（ TM6）；单流波束成形（ TM7）；双流波束成形 （ TM

23、8）。发展历程如图 1.5.1 所示。图 1.5.1 下行 MIMO传输模式发展历程（5）快速同步技术LTE提供两种同步信号： 主同步信号和次同步信号， 它们在每一个物理帧 （10ms） 的两个固定子帧上被等间隔地广播两次， 从而保证终端在正常情况下能在 5ms内获得 同步。终端利用主同步信号来获取次同步信号的相位参考， 然后利用次同步信号获取 物理帧的边界定时，最后利用二者确定小区标识号（ ID ）。不管系统实际使用的带宽 是多少， 同步信号永远使用最中间的 1.08MHz子载波来承载， 以确保支持不同带宽的 终端都可以快速捕获网络。 LTE-FDD和 LTE-TDD使用不同的子帧和符号来承

24、载同步信 号， FDD和 TDD双模终端可以借此来确定当前是 FDD网络还是 TDD网络。（6）灵活的控制信道设计LTE中下行控制信道 PDCC（H物理下行控制信道）和业务信道 PDSC（H 物理下行 共享信道）被时分复用在每个子帧（ 1ms）的不同 OFDM符号上， eNB可以根据负载情 况和信道条件等动态调整分配给 PDCCH的资源，包括它所占用的 OFDM符号数和所使 用的功率， eNB用物理控制格式指示信道（ PCFICH）来指示分配给 PDCCH的符号数。LTE对业务信道和控制信道使用不同的信道编码，对业务信道使用Turbo 码，因它数据块较大可以有更深的交织， 对控制信道等则使用卷

25、积码或块编码， 这主要是考 虑它们的数据量小、交织深度不足。（7）自适应资源分配LTE资源的最小单位是一个 OFDM符号上的一个子载波，为方便分配和减小信令 开销，实际资源分配是以资源块（ RB）为单位进行的，一个资源块由一个时隙（半个 子帧， 0.5ms）上的 12个子载波（总带宽为 1215=180kHz）组成。LTE可以根据业务类型对资源进行自适应分配， 例如对时延不敏感的非实时业务 （如文件传输 FTP和网页浏览 HTTP业务）使用动态分配，即根据所有请求用户的信 道条件和业务需求、 系统资源情况等进行动态调度， 以最大匹配信道时变特性和充分 利用多用户分集，增加系统的吞吐量。对于实时

26、业务（如 VoIP 业务），则可以采用半 持久分配，即 eNB不通过调度器而直接将预先定义的资源分配给终端， 以减少因需频 繁发送请求和等待分配所带来的时延和开销，满足实时业务的需求。（8）干扰抑制技术OFDMA和 SC-FDMA多址技术的使用使小区内干扰基本得到消除， LTE在 eNB间引 入 X2 接口，该接口的一个功能是实现切换，另一功能是使得相邻小区能共享负载信 息和进行协调调度，以减小小区间干扰。LTE部署时也可以考虑采用部分频率复用技术， 其主要思想是让各相邻小区为位 于其小区边缘的用户分配相互不重叠的子载波资源， 从而确保小区边缘用户也能享受 较高的数据速率，对非小区边缘用户则没

27、有此限制。（9）网络扁平化为减少网络处理节点从而减少相关处理时延， LTE采用了扁平化网络架构，网络 由 eNB、移动性管理实体（ MM）E 和服务网关 / 分组数据网关（ SGW/PG）W组成，原无 线网络控制器（ RNC）的功能被相应分散到它们中，大部分功能由 eNB承担，这同时 也意味着 LTE不支持软切换（激活集中只能有一个服务的 eNB），上行更软切换功能 也是可选的，原关口 GPRS支持节点（ GGS）N / 服务 GPRS支持节点（ SGSN）的功能则 由 MME和 SGW/PG完W成。eNB成为接入网中的核心网元， 它实现如下功能： 无线资源管理； 用户数据的 IP 头压缩和加

28、密；选择 MM，E 用 S1-MME接口和 MME通信来实现移动性管理、寻呼用户、 传递非接入子层 （NAS）信令和选择 SGW/PG等W；用 S1-U 接口和 SGW通信来传递用户数据MME的主要功能有：接入子层（ AS）安全控制； NAS信令和其安全；对空闲模式 终端的寻呼； 选择 SGW/PG；W跨 MME切换时选择目标 MM；E 和 3GPP网络互通和切换时 实现核心网网元间信令和 3GPP网络侧 SGSN的选择。SGW的主要功能是：分组路由和前转；用户面交换以支持终端移动性；eNB间切换时充当本地移动性锚点； 与 3GPP网络互通时充当移动性锚点； 上、下行分组计费。 PGW的主要功

29、能是：分配 IP 地址；基于用户的分组过滤；合法监听等。（10）FDD和 TDD技术最大共用WCDM和A TD-SCDMA仅共用核心网和部分上层信令设计， LTE-FDD和 LTE-TDD则实 现了自物理层往上的最大融合和技术共用， 这可以极大地方便网络设备厂家和终端设 备厂家同时开发这两种产品， 也方便运营商使用成对和非配对频率资源来部署技术基 本相同的两套系统。LTE-FDD和 LTE-TDD的差异被最小化， 差异主要体现在双工方式和部分子帧设计 上： LTE-FDD上、下行采用相同的帧结构，但占用不同的频率。 LTE-TDD上、下行在 同一频率上，但占用不同的子帧； LTE-FDD和 L

30、TE-TDD的帧结构相同，一个无线帧 （10ms）由 10 个子帧（各 1ms）组成，当使用相同长度的循环前缀（ CP）时每个子 帧中的 OFDM符号数也相同。但 LTE-TDD的子帧 0和 5固定用于下行，子帧 1 是一个 特殊子帧，它承载下行导频时隙（ DwPT）S、上行导频时隙（ UpPTS）和它们间的保护 期，子帧 2固定用于上行， 其它子帧可以根据系统的上、 下行速率需求进行灵活分配。 当系统需要分配较多的上行资源，例如需要将后半个帧中的部分子帧分配给上行时， 子帧 6 也将用于承载 DwPTS、UpPTS和它们间的保护期。LTE-Advanced 关键技术（1）聚合多载波IMT-A

31、dvanced要求支持最大 100MHz带宽，以实现下行 1Gbit/s 、上行 500Mbit/s 的超高峰值速率， 这将主要通过载波聚合来实现。 如聚合 5个 20MHz的载波，这些载 波可以是连续的，也可以是离散的，可以在同一频段上，也可以在不同频段上。后者 使运营商可以有效利用自己拥有的不同载波， 使部署更加灵活。 当进行载波聚合时应 该根据上下行需求灵活考虑上下行载波带宽，多载波间应进行协调调度和控制。（2）高阶 MIMOLTE-Advanced将在下行引入 88 甚至有可能更高阶的 MIMO，在上行引入 44MIMO，并可能通过改进单用户 MIMO和多用户 MIMO算法、使用更多码

32、字的多码 MIMO等，来实现更高的峰值速率。LTE-Advanced阶段，3GPP在下行引入了一种新型的 MIMO传输模式 TM9。TM9 可以采用基于非码本和码本两种预编码方式。（3）智能中继 中继和传统直放站的区别是它更像是一个使用无线回程（ Backhaul ）的微基站， 它只放大信号而避免放大噪声和干扰， 从而能既增加覆盖也增加容量。 LTE-Advanced 已接受层 3和带内中继方式以支持旧 LTE终端，即 Relay 站支持层 1到层 3基本协议， 具有自己的 ID 和调度功能，在一个 R8的 LTE终端看来，它就像是一个普通的 eNB， 它与终端间的通信和它与 eNB间的回程通

33、信时分复用在同一频带上进行。（4）异构网络LTE-Advanced将通过综合使用宏蜂窝、 微蜂窝、微微蜂窝、家庭基站（ HomeN B）、 中继等提供泛在服务和节省网络部署及运营成本。 异构网络间的协调、 移动性管理和 干扰控制将是研究的热点。（5）协调多点发送协调多点发送（ CoMP）主要考虑三种技术：合作干扰抑制、协调波束成型和联合 处理。合作干扰抑制是指将一些资源进行分割， 通过对特定资源不使用或者减小使用 功率来避免或者减少干扰。 协调波束成型通过扩展的 eNB间接口来协调相邻基站的天 线波束， 实现波束对准本小区的用户和避开使用相同资源的邻小区用户。 联合处理则 是指分布式基站 /

34、天线间采用协同和联合处理， 来为一个或多个用户实现分布式 MIMO 发送或接收。（6）先进的干扰管理CoMP可以规避或者减少干扰，为了更有效地支持异构网络部署，特别是提高小 区边缘用户的使用体验， 有必要引入更多的干扰抑制技术， 如不同场景下如何选择干 扰最优的服务基站、 小区间的干扰协调和负载均衡技术、 终端和基站相互协同的干扰 管理策略等。LTE 网络覆盖分析1. LTE 覆盖能力的影响因素在 WCDM和A TD-SCDM的A 3GPP R4版本之前，不同的业务通过功率控制，尽量维持其额定的速率，即 “动态的功率、额定的速率 ”。当小区边缘的覆盖电平太低，使 得信噪比低于一定程度， 且不满

35、足该业务的解调门限时， 该业务则无法继续。 也就是 说，不同的业务有不同的覆盖范围。在 LTE 里，由于采用 AMC（自适应编码调制）技术，功率可以不变，业务速率是 可变的；当覆盖电平不足以支撑较高的业务速率时， 通过降低速率， 业务还可以继续， 即不同的速率有不同的解调门限要求。降低速率要求，可以增加覆盖范围。其实，这 一点和 3GPP R5版本的 HSDPA技术是相同的。LTE的覆盖能力应该是满足一定业务速率要求的最大覆盖范围。也就是说，要说LTE的一个小区覆盖多大范围，必须指出满足多大的边缘速率要求。在一定业务速率要求下， LTE 的覆盖能力还和基站的发射功率、选用的载波频率 及带宽、多

36、天线方式、 RB资源占用情况、 RRM算法的选用、帧结构等因素有关，如图2.1.1 所示。发射功率由每个 RE进行均分，可以应对灵活的资源分配和发射。图 2.1.1 LTE 覆盖能力的影响因素发射功率发送功率对覆盖的影响是一把 “双刃剑 ”。一方面，基站发射功率的增大， 会使 覆盖能力增强；另一方面，基站发射功率的增大，会导致小区间干扰的迅速增加。 也就是说，功率不是越大越好，要看功率的增加，信噪比是否相应增加。功率大 到一定程度，干扰的增加会导致信噪比的恶化，于是频谱效率开始下降，如图 2.1.2 所示。在一定功率值附近，信噪比和频谱效率达到峰值。图 2.1.2 发射功率和信噪比的关系实际设

37、备功率取值一定要在覆盖能力、 频谱效率、设备成本与体积方面综合权衡。 基站的下行发射功率和 UE的上行覆盖能力是不一样的，因此上、下行的覆盖水 平可能不一致。载波频率及带宽LTE支持从 700 MHz2.6 GHz等多种频段。高频段的传播损耗、穿透损耗比低频 段的要大 10 dB左右。所以使用高频段时， LTE的覆盖范围要缩小很多。表 2.1.1 是 自由空间传播模型下，不同频率的路径损耗的对比。表 2.1.1 不同频率的自由空间损耗（ dB）多天线的选用多天线技术如何选用、 是否开启对覆盖有比较大的影响。 通常来说， 天线数目配 置越多，覆盖范围越大，分集模式比复用模式覆盖范围大。也就是说，

38、天线配置、天 线工作模式对覆盖影响显著。对于上行链路来说，基站侧天线数增加，体现为接收分集增益能力的提升。 对于下行链路来说，发射分集时， 4 天线、 8天线比 2 天线的增益稍高；采用波 束赋型时， 8 天线比 2 天线高 6 dB 左右的增益。采用波束赋型后，小区边缘频谱效 率比采用发射分集时有明显提升。 基于波束赋型的天线工作方式， 在下行方向， 既提 供了赋型增益， 又提供了分集增益。 而在发射分集模式的时候， 没有赋型增益的效果。RB资源占用LTE支持 1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz等多种带宽的动态 配置。一方面，用户占用的载波资源越

39、多，接收机底噪越大，对覆盖有收缩效果；另一 方面， 业务信道占用的子载波数目越多， 在边缘业务速率要求一定的情况下， 支持的覆盖距离就越大业务信道由专用信道变为共享信道后，不同用户的 RB资源占用不同，覆盖范围 也不一样。 资源占用越多， 意味着带宽增大，覆盖范围的变化需分析噪声上升和解调 门限要求降低两个趋势中哪个占据优势。LTE需根据信道环境、 业务速率需求及 QoS要求来选择合适的业务信道资源配置 方式。 单用户带宽过大， 接入用户数就会减少， 所以单用户子载波数目的调度需要兼 顾总体接入用户的规模。 LTE增加了 64QAM高阶调制方式，高阶调制的解调门限也增 加了，因此高阶调制的覆盖

40、范围相对其他方式来说会有所缩小。降低业务速率需求、 降低调制 / 解调等级，降低信噪比、降低 QoS要求，可提高覆盖范围。控制信道( PDCC、H PUCC、H PRACH等)的资源配置的方式不同，覆盖能力也就不 同。如 PDCCH的 DCl格式等效编码率不同， PUCCH的 CQI的反馈模式、 PRACH的不同 格式配置、不同循环移位参数配置都影响其能够获得的解调门限。 解调门限要求过高， 覆盖范围则相应缩小。RRM算法对覆盖有影响的 RRM算法主要是 ICIC 模块、 DRA模块。小区间干扰的存在会导 致接收机底噪的抬升，从而降低接收机灵敏度。因此 ICIC 模块的使用效果通过影响 上、下

41、行接收机的灵敏度， 而影响了覆盖范围。 动态资源调度 DRA决定了用户使用的 子载波数目和调制编码方式，从而影响了覆盖范围。CP配置 CP配置影响克服多径延迟带来的干扰效果，限制了理论上最大的覆盖范围，和 实际覆盖能力没有太直接的关系。在密集城区，多径环境比较复杂的条件下，常规 CP(Normal CP)配置适用于 1.5 km 以内的覆盖范围，扩展 CP(Extend CP)适用于 5 km 以内的覆盖范围。2. 覆盖能力分析基本流程 覆盖面积与单基站的覆盖面积之比，如下式所示：覆盖估算的目的是从覆盖的角度计算所需基站的数目最根本的计算思路是规划覆盖估算的基本流程如图 2.2.1 所示图 2

42、.2.1 覆盖估算的基本流程 在规划初期确立建网目标时， 规划覆盖目标是热点区域覆盖， 还是城区范围内连 续覆盖，规划覆盖面积是多少就已经确定。现在的问题是单基站覆盖面积如何确定。链路预算就是根据发射端天线口功率、 接收端最小接收电平， 来考虑无线环境的 各种影响因素并计算最大允许路损的过程。覆盖估算讲究两个平衡：（1）上、下行覆盖的平衡； （2）业务信道和控制信道覆盖的平衡。由于基站和手机的发射功率不同， 最小接收电平也不同， 上、下行的覆盖能力可 能有较大的差别，需要分别进行链路预算，找出覆盖受限的短板。由于业务信道、共享信道的调制方式、编码方式、资源占用数目等因素的不同， 也有可能导致覆

43、盖范围的不同，也需要分别进行链路预算。根据链路预算， 选择最大允许路损计算结果中的最小值， 就是计算基站覆盖半径 的输入。传播模型描述了路损和距离的关系。也就是说，最大允许路损（ MAPL）对应的就 是最大覆盖距离。 在实际的无线环境中， 传播模型要进行必要的系数校正， 使其更加 符合实际的传播环境。现在常用的传播模型为 COST231-Rata模型。最大覆盖距离相当于基站的覆盖半径。按照标准的蜂窝结构（正六边形） ，可以 计算出单基站的覆盖面积。根据规划面积与单基站覆盖面积之比，便可以求出满足覆盖要求的基站数目。LTE链路预算传播模型LTE链路预算采用 COST231-Hata模型，该模型的

44、应用范围如下： 频率范围： 15002000MH。z基站高度： 30200m。终端天线高度： 110mCOST231-Hata模型可以用如下公式表示：式中：f c 工作频率（ MHz）hte 基站有效高度（ m）hre 移动台有效高度（ m）d 基站天线与移动台天线的有效距离（ km）（hre） 接收端有效天线修正因子CM 大城市中心修正因子由于一些 LTE网络的工作频段在 2.3GHz和 2.6GHz，已经超过了标准 COST231-Hata模型，及 1502000MHz的标准频段范围，因此，在实际的 LTE系统设 计， COST231-Hata模型必须在 CW测试结果的基础上予以校正。计算

45、方法链路预算首先是根据覆盖目标， 估算用户设备和基站天线之间的最大允许链路损 耗（ MAPL，Max Attenuation Path Loss ）；然后利用 MAPL通过合适的传播模型（如 Cost-Hata 、Okumura-Hata 等），计算最大的小区半径；最后通过小区半径可以得到 覆盖目标区域所需要的最少基站数目，从而指导无线网络的覆盖规划。LTE链路预算分为上行和下行链路预算，两者在计算原理上相同。基于设定的上 下行边缘速率， 在一定的链路预算参数输入下分别计算出上下行的覆盖半径， 通过比 较即可得到受限的覆盖半径。相较 3G网络，LTE网络空中接口有基带协议相似性近 90%的 T

46、DD和 FDD两种双工 方式，采用了正交频分复用（ OFDM）、多输入多输出（ MIMO）、高阶调制技术、链路自 适应技术（AMC）、混合自动重传 （HARQ）等先进的无线链路技术， 并可应用调度算法、 小区间干扰消除技术 （ICIC ）等无线资源管理算法优化空口资源的配置方式及消除干 扰。上述技术在提升 LTE无线网络性能的同时， 为 LTE空口的链路预算增加了新的复 杂性。链路预算是评估无线网络覆盖的主要手段。 链路预算通过对搜集到的发射机和接 收机间的设备参数、 系统参数及各种余量进行处理， 得到满足系统性能要求时允许的 MAPL。利用链路预算得出的最大路径损耗和相应的传播模型可计算出特

47、定区域下的覆盖半径，从而初步估算出网络规模。计算用户设备 （UE）和 eNodeB天线间的 MAPL是链路预算的最关键步骤。 其计算 方法为： MAPL发= 端 EIRP一最小接收信号电平其他增益一其他损耗一其他余量。图 2.2.2 和图 2.2.3 分别给出了 LTE 系统下行和上行链路预算模型。图 2.2.2 LTE 系统下行链路预算模型图 2.2.3 LTE 系统上行链路预算模型计算 LTE链路预算的主要公式如下：MAPL发= 射端 EIRP一最小接收信号电平其他增益一其他损耗一其他余量进行链路预算，首先要确定边缘速率要求。不同目标数据速率的解调门限不同， 导致覆盖半径也不同。确定边缘速

48、率后，便可根据式（ 1）计算最大允许路径损耗MAP）L。式中：Pmax 发射机最大发射功率GTx 发射机天线增益GRx 接收机天线增益Lcable 馈线损耗Lbody 人体损耗Mshadowfading 阴影衰落余量Minterference 干扰余量SRx 接收机灵敏度I penetration 建筑物穿透损耗链路预算结果假设采用 FDD双工模式，频段为 1.8 GHz，系统带宽 20MHz，覆盖场景为密集市 区，天线配置下行 22、上行 12，MIMO采用空间分集方式，下行和上行边缘速率 要求分别为 1M kbps/256kbps ，移动速度为步行 3km/h，信道模型使用 ETU3，传播

49、模 型使用 Cost-Hata 231。则下行/ 上行业务信道（ PDSCH/PUSC）H的链路预算结果如表 2.2.9 所示。由表 2.2.9 可知，在采用上述参数时， LTE链路预算上行受限，应取上行的站间 距作为下一步覆盖估算的依据。结果分析与比较覆盖场景比较 不同场景（如密集市区和普通市区） 主要影响穿透损耗及传播模型中的天线高度 因子和环境校正因子。密集市区和普通市区链路预算的对比如表 2.2.10 所示。由表 2.2.10 可知，普通市区站间距较密集市区多近 40%，郊区站间距是密集市 区的 3 倍多。双工方式的比较为了确保比较的公平性， 假定 FDD-LTE及 TD-LTE均工作

50、在 1.8GHz 频段，FDD-LTE 的带宽为 10MHz*2， TD-LTE的带宽为 20MHz，信道模型均为 ETU3。TD-LTE采用 DL:UL=2:2 的时隙配比。两种双工方式的链路预算的差异主要如下：1）基站噪声系数：不同厂家设备 FDD-LTE 的基站噪声系数较低，但差异不大。2）天线配置：FDD-LTE的天线配置一般为下行 22、上行 12；TD-LTE的天线配置除以上配 置外，多数应用下行 82、上行 18。这样的天线配置方式将为 TD-LTE带来优于 FDD-LTE约 6dB 的天线增益。由于 TD-LTE可应用 8 天线，下行基站可应用天线 MIMO的波束赋形模式， 上

51、行 基站可应用 IRC 干扰抑制算法，因此有助于减少干扰，得到新的增益。以上因素中，前者影响基站发射端总的最大发射功率，后者影响SINR值及干扰余量。3）频率调度算法： TD-LTE由于上下行时隙分开，上行及下行都可以运用信道预 估算法获得算法增益，从而影响解调门限 SINR值。4）RB资源分配： TD-LTE采用 TDD双工方式，上下行分时隙传输，并具备特殊子 帧，因此上下行无法连续传输的占空比将导致 RB资源分配上的差别，在同样的边缘 速率条件下， TDD需要占用更多的带宽（即分配更多的 RB），从而影响到 SINR值。表 2.2.9 LTE 密集市区下行 / 上行链路预算结果参数取定1.

52、8G FDDLTE上行链路预算LTE下行链路预算系统参数边缘数据速率（ kbps ）10244096应用场景密集市区密集市区工作频率（ MHz）17851880带宽（ MHz）2020MIMO模式1T2R2T2RMCS812使用 RB数820使用带宽（ KHz）14403600发射机参数最大发射功率（ dBm）2343多天线增益（ dB）00实际发射功率（ dBm）2336.01需要分配功率的 RB数820发射天线高度（ m）1.535发射天线增益（ dBi ）018接收机参数SINR 要求（ dB）0.44接收机噪声系数（ dB）2.57接收机灵敏度（ dB）-109.41-97.33接收天

53、线高度（ m）351.5接收天线增益（ dBi ）180其它增益及 余量边缘覆盖率（ %）7575阴影衰落标准差（ dB）1010阴影衰落余量（ dB）6.746.74穿透损耗（ dB）2020人体损耗（ dB）00干扰余量（ dB）33馈线损耗（ dB）11切换增益（ dB）44快衰落余量（ dB）00最大路径损 耗室外最大路径损耗（ dB）143.67144.60室内最大路径损耗（ dB）123.67124.60站距计算基站天线高度（ m）3535Cm33a（hm）（ 大城市）-0.000919047-0.000919047a（hm） （中小城市）0.042647440.044674206

54、a(hm) ( hm=1.5m)00a1138.19138.95a234.7934.79覆盖半径（室外）（ km）1.441.45参数取定1.8G FDDLTE上行链路预算LTE下行链路预算覆盖半径（室内）（ km）0.380.39室外覆盖建议站距（ km）2.162.18室内覆盖建议站距（ km）0.570.58表 2.2.10 不同场景的链路预算结果比较应用场景密集市区一般市区郊区上行 1M下行 4M上行 1M下行 4M上行 1M下行 4M覆盖半径（室外）（ km）1.441.451.921.944.804.86覆盖半径（室内）（ km）0.380.390.710.722.032.05综上

55、所述， FDD-LTE及 TD-LTE在链路预算上的差异主要体现在解调门限上。此外，基站天线的最大发射功率受到天线数量的影响，基站噪声系数有些微小差异。链路预算结果的对比如表 2.2.11 所示表 2.2.11 FDD 与 TDD的链路预算结果比较制式FDDTDD系统参数边缘数据速率（ kbps ）40964096应用场景密集市区密集市区最大路径损耗室外最大路径损耗（ dB）144.60140.60室内最大路径损耗（ dB）124.60120.60站距计算覆盖半径（室外）（ km）1.451.11覆盖半径（室内）（ km）0.390.30由表 2.2.11 可以推断，在同等假设条件下：1）当天

56、线配置方式一致时， FDD-LTE的 MAPL大于 TD-LTE，即 FDD-LTE的覆盖能力略优于 TD-LTE；2）当 TD-LTE采用实际应用时常用的天线配置方式（ 8 天线，波束赋形）及信道 预估算法时， TD-LTE与 FDD-LTE的覆盖能力基本一致。与 WCDM的A对比表 2.2.12 为 LTE 上下行链路预算实例及与 WCDM的A覆盖对比，频段为 1.8G，边 缘速率上行取 256 kbit/s ，下行取 1 Mbit/s ，系统带宽为 20MHz，密集城区场景， 小区边缘 MIMO工作在发射分集模式。表 2.1.12 LTE 上下行链路预算实例及与 WCDM的A 覆盖对比业

57、务种类单位WCDMA CS641.8G FDD覆盖区域密集市区密集市区覆盖半径（室外）km1.231.44覆盖半径（室内）km0.330.38分析表 2.2.12 ，LTE为上行受限系统。 这主要是由于基站接收机的解调性能优于 终端接收机的解调性能。另外，上行最大有效发射功率为固定值，依赖于终端能力， 通常为 23dBm，而下行最大有效发射功率与分配给下行信道的 RB数成正比，可以通 过分配更多的 RB数使得下行信道分配到更多的功率资源，以抵抗干扰。2.4 LTE覆盖的一些实证经验不同场景下 SINR、RSRP及速率之间的关系 在干扰情况相对复杂多变、干扰随机性较大的场景下：相同RSRP水平下

58、的速率会随 SINR 变化较大，不同 RSRP水平速率也有可能相同。在干扰情况简单单一、干扰相对收敛稳定的场景下：随着RSRP的增加， SINR也随之增加，因此 RSRP越高，速率越高。 实际复杂环境下，用户速率与信号强度RSRP无确定的换算联系，主要取决于信号质量 SINR。室外 RSRP和 SINR 的关系：1）调整基站发射功率， RSRP随之变化2）边缘 SINR 和 RSRP没有直接关系3）不同功率配置下，小区边缘 / 平均 SINR 没有明显差异4）网络结构稳定，调整基站发射功率并不能带来SINR的变化LTE射频优化 6dB 经验 在没有模 3 干扰的空载下：（1）服务小区场强 6d

59、B 以内仅一路分支： SINR 大于 16（2）服务小区场强 6dB 以内有两路分支： SINR 大于 10（3）服务小区场强 6dB 以内有三路分支： SINR 小于 10 存在模 3干扰时，对应的 SINR会更差，但当服务小区与模 3 干扰小区拉开 6dB 以上差距，干扰影响大大减小。以上结论为大量测试数据经验值，供参考。从 LTE的 6dB 理论来看：（1）站址建设、规划很重要。1）过高会造成越区干扰，过低信号出不来，现网测试站高在35 米左右较好；2）站间距不能太小（小于 300 米），否则天线很难下压，站间距不能太大 （大于 600 米），否则造成弱覆盖。（2）全网需要按照 PCI基

60、础原则重进行配置，否则极易造成模 3 相同的扇区 对打，造成较大的模 3 干扰。 PCI 基础原则如下：1）模 3 余 0 对应 1 扇区2）模 3 余 1 对应 2 扇区3）模 3 余 2 对应 3 扇区（3）射频优化调整要求较高， LTE 要求信号纯净度较高，同时通过拉开 6dB 差距可以极大降低模 3 带来的干扰。3. S1/X2 接口的传输配置S1/X2 接口的传输带宽需要满足如下表所示要求。其中：1）数据热点： LTE站点范围内的 Top10% 流量站点（以 3G忙时数据流量为准）2）高需求： LTE 站点范围内的 Top10%20%流 量站点（以 3G忙时数据流量为 准）3）一般需