基于TD-LTE深度覆盖方案的探析

基于TD-LTE深度覆盖方案的探析

覃仲辉

广东南方通信建设有限公司清远分公司511500

摘要：笔者主要从TD-LTE网络发展现状以及网络覆盖要求、TD-LTE宏基站深度覆盖能力等方面概述了本文主题，旨在与广大学者共同探析。

关键词：TD-LTE；异构网；深度覆盖

一、TD-LTE网络发展现状以及网络覆盖要求

1.TD-LTE网络发展现状

随着4G技术得到全面推广之后，数据业务占的比重将会超过传统语音业务的比重，语音业务也将慢慢的推出历史的舞台。相关预测显示，全球移动数据业务量年复合增长率预计达到92%，但网络最大承载能力预计年复合增长率为60%。未来数据业务在网络中分布不均匀，其中70％的数据业务发生在室内，根据预测，未来室内业务将占总业务量的90%。而对于一些大型商场、高校区、科技园区、和高档居民区大都因为周边无法建立传统宏站而新建室内分布系统成本又过高而导致无法达到更深层次的网络覆盖。因此，室内深度覆盖成为LTE网络部署的重点和难点，为满足新的发展形势要求，构建异构网为解决LTE室内覆盖提供了更加丰富多样的手段，其在LTE标准进程中的日渐成熟，可商用的设备产品种类逐渐增多，具有谈址容易、安装便利、对配套设施要求低等特点。

2.网络覆盖需求

移动互联网技术在很大程度上推动了市场对移动宽带的需求。在过去几年年时间里，我国移动数据流量增加了19倍。同样，室内业务也有了很大幅度的增长。而由于城市建筑物密度与城市中高层建筑的增加，网络覆盖环境较之前变得更为恶劣，网络基站在城市中难以选址。从覆盖能力方面看，由于低端频谱日益紧张，原以1.8〜2.6GHz为主的TD-LTE部署频段可能会向更高频段发展，而系统在高频段区域其覆盖能力将减弱。而从市场业务来说，数据业务需具有较高的SINR条件才可拥有数据高速传输的体验，而采用单一的宏基站来进行网络的深度覆盖很难保证数据业务具有良好的SINR条件。

二、TD-LTE宏基站深度覆盖能力

1.链路预算

中国移动TD-LTE系统部署候选频段包括D、F、E频段。

D频段：2570～2620MHz，TD-LTE规模试验室外使用频段为2575～2615MHz。

F频段：1880～1920MHz，其中1880～1900MHz用于TD-SCDMA覆盖，1900～1920MHz由PHS占用。

E频段：2320～2370MHz，其中2320～2330MHz用于TD-SCDMA室内覆盖，2330～2370MHz用于TD-LTE规模试验网室内覆盖。

根据自由空间传播损耗公式计算，1.9GHz和2.6GHz频段在直射情况下空间传播损耗相差2.7dB；根据COST231传播模型公式计算，1.9GHz和2.6GHz频段空间传播损耗相差4.6dB；因此从理论分析结果看，1.9GHz和2.6GHz频段空间传播损耗差异应该在3～4dB左右。

采用COST231模型并考虑2dB的穿透损耗差异，采用链路预算分析方法得到1.9GHz和2.6GHz频段TD-LTE覆盖距离以及2.0GHz频段的TD-SCDMA覆盖距离如表1所示。

表1TD-LTE链路预算

从表1中数据分析可知，如果TD-LTE边缘速率取512kbit/s（10RB、50%负荷），则2.6GHz的TD-LTE覆盖距离比TD-SCDMA话音业务覆盖距离小21%，1.9GHz的TD-LTE覆盖距离比TD-SCDMA话音业务覆盖距离大23%。1.9GHz的TD-LTE覆盖距离比2.6GHz的TD-LTE覆盖距离大52%。

用户对TD-LTE的网络期望值较高，希望TD-LTE能够提供较高传输速率，传输速率和业务信道覆盖距离呈现反向关系。按照单用户1Mbit/s（10RB、空载网络）为目标业务分析，TD-LTE覆盖性能和TD-SCDMA可视电话业务覆盖性能基本接近。而目前TD-SCDMA网络可视电话使用不是特别理想，所以从这个性能对比分析上来看，今后TD-LTE的覆盖提供高速率还会面临深度覆盖问题。

2.仿真分析

利用规划仿真工具，基于某城市TD-LTE规模试验网实际站址进行仿真分析得到如果在1.9GHz建设TD-LTE，其区域覆盖率将从2.6GHz建网的90.2%提升到96.6%，提升6.4%，效果十分明显，详细数据参见表2。

从上述理论分析、链路预算和仿真结果来看，采用1.9GHz频段进行组网，其覆盖性能将优于2.6GHz，因此采用低频段进行TD-LTE深度覆盖将是一个十分有效的方案。

低频段组网可以有效提升TD-LTE网络的深度覆盖能力，但宏蜂窝密度的增加不能无限制的提升覆盖效果。TD-SCDMA网络规划仿真显示，在部分站点随机分布（25%的站点随机偏移100～150m）情况下，400m站间距仿真结果最好，450m站间距与400m性能接近，而300m由于其干扰相对较高，性能最差，HSDPA每用户平均吞吐速率从430kbit/s下降到260kbit/s。预期对于TD-LTE网络，同样存在宏站站距缩小到一定程度后，网络性能反而会恶化的情况。

三、异构网方式进行TD-LTE深度覆盖

1.异构网结构

异构网网络的结构，从物理角度上讲，可以分为两种：水平结构和垂直结构。水平结构又名蜂窝结构；由网络站点、站点间距、网络重叠覆盖、站点高度、市场业务分布等元素组成。垂直结构，显著特点是网络构架呈分层状态，其具体结构主要由网络系统的多址方式

决定。如：GSM系统基于FDMA/TDMA构架可采用网络频段来实现分层，从而实现以频率来换取较大的系统容量以及数据传输质量；TD-SCDMA同频组网系统基于CDMA/TDMA的构架，若要获取较好的网络数据传输质量，则需要较好的蜂窝结构；LTE同频系统基于OFDMA构架，若要实现网络的垂直分层可通过频率或者时分来完成。

TD-LTE首次提出了网络异构的理念，网络异构可以在单一的目标区域，完成不同类型小区的网络重叠部署。就好比在宏蜂窝小区范围内，可以在其中部署若干个微型小区等。就基本部署原则来讲，异构网络较GSM的小区分层结构相似，它是基于GSM分层结构的基础上，针对OFDM特性，对网络结构进行优化得到，从而实现在不同网络层间，网络同频部署。异构网络以宏蜂窝小区作为网络的基础覆盖，以微小区、飞小区、皮小区、中继等方式来完成室内网络的深度覆盖，以达到增加网络容量，提高数据传输速率，提高用户的感知体验的目的。而微小区、飞小区、皮小区、中继等可以在很大程度上降低目标区域内，站点选址难度。

2.异构网的核心技术

（1）规避干扰

构结构中，其干扰特性较传统的蜂窝结构差异性很大，不仅具有很强的同层干扰，同时也具有一定强度的层间干扰，常见的干扰类型有不同信号发射功率的干扰、HENB干扰，中间部署干扰等，如图1、2所示。

图1异构网干扰示意图（a）

图2异构网干扰示意图（b）

如图1、2所示，干扰a类型属于当没接入到CSG小区的用户被HENB信号干扰的类型；干扰b类型属于网络宏基站的用户对HENB产生影响的类型；干扰c类型属于处于CSG小区的用户被其他CSG用户干扰的类型；干扰d类型属于小区非宏基站用户的下行干扰的类型。

（2）层间移动性管理

在异构网中，层间移动性管理是其不可或缺的组成部分。以话务下沉的原则来讲，低速网络用户应优先进入低层小区，而高中速的网络用户，则应优先进入高层小区，从而有效地减少切换频率，进而减轻网络的负荷。对于小区重选问题，TD-LTE以RSRP与RSRQ两种约束条件，用来控制测量的启动门限值。

当Srxlev大于SIntraSearchP，同时Squal大于SIntraSearchQ时，UE可以忽略掉频内测量过程；当Srxlev小于等于SIntraSearchP，或者Squal小于等于SIntraSearchQ时，UE进入频内测量过程。以此原则，在SIB3中给出了threshServingLowQ的定义，下面是频间小区重选的高优先级规则：

a．EUTRAN小区的Squal大于HighQ与ThreshX；同时UTRANFDD小区的Squal大于HighQ与ThreshX；

b.UTRANFDD小区的Srxlev大于ThreshX与HighP；同时GERAN小区的Srxlev大于ThreshX与HighP；

c.当小区重选执行时间超过1秒时，以下情况可向较低优先级的频段与RAT小区进行重选：

1）当该小区Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同时EUTRAN小区的Squal大于ThreshX，LowQ时；

2）当该小区Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同时UTRANTDD小区的Srxlev大于ThreshX，LowP时；

3）在该小于已停留时间超过1s时。值得注意的是，若满足条件的小区不止一个，则应

采用高优先级优先的原则。一般最多可分为9个优先级，而每级最多可包括16个小区。

3.异构网的性能分析

如图3示，一般宏小区场景（7宏站21扇区）的基础上，在宏基站边缘增加3个微基站（全向站，发射功率5W），用来提高小区边缘用户性能。补盲后，微基站补盲范围内的用户接收信号强度增加，用户获得更充分的RB资源，期望用户的吞吐量和SINR有所提高。

图3宏基站+微基站补盲场景拓扑图

补盲前后，下行小区吞吐量由88Mbit/s增加到131Mbit/s，增加约49%。下行用户吞吐量增益如表2示。

表2行用户吞吐量仿真结果

补盲前后，上行用户吞吐量增益如表3所示。可以考虑增加微小区功控参数P0的值来提高补盲后微小区范围内用户的发射功率，从而提高微小区内用户的吞吐量。对于微小区功控参数P0比宏小区大5dB的补盲场景，5%边缘用户吞吐量增长37%，平均用户吞吐量增长28%；对于微小区功控参数P0比宏小区大10dB的补盲场景，5%边缘用户吞吐量增长10%，平均户吞吐量增长37%。

表3上行用户吞吐量仿真结果

补盲前后，上行小区吞吐量增益如表4所示。

考虑增加微小区功控参数P0的值来提高补盲后微小区范围内用户的发射功率，从而提高微小区整网的吞吐量。

表4上行小区吞吐量仿真结果

4.异构网部署形态及设备情况

针对中国移动的频率资源及目前产业链成熟情况，中近期可能利用FD频段实现宏蜂窝的广覆盖，对于低功率基站，通过Picocell（Femtocell）和室内分布系统实现深度覆盖。

随着异构网络产品的完善，今后网络可能会呈现以下趋势，对于高价值的楼宇使用分布系统，对于盲区和业务热点采用微站和宏站的协同解决，对于部分场景如居民小区，中低端商用办公楼可能会采用类似于Femtocell方案来解决，利用多层次、多形态基站实现TD-LTE网络深度覆盖。

结语

从中国TD-LTE的快速发展来看，技术也日渐区域成熟，尽管在有些方面还有一点不足。我们相信随着科技的发展，几年之后，我过的LTE网络会更加的发达，技术也将更加完善，甚至将走向5G、6G的时代，实现速度与质量的飞跃。

参考文献：

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