LTE盖距离分析.docVIP

1 引言 TD-LTE可以灵活地支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz的系统带宽，由于TD-LTE 系统的覆盖距离与系统带宽基本无关，本文以20MHz带宽为例分析TD-LTE系统的覆盖距离。TD-LTE子载波间隔Δf =15kHz，时域的基本单位T s =1/(15000*2048)s=32.55μs，基带采样率f s =1/T s =30.72MHz。   2 TD-LTE帧结构 TD-LTE帧结构如图1所示: DwPTS、GP和UpPTS三个特殊时隙构成一个特殊子帧，特殊子帧长度之和是1ms。TD-LTE系统支持5ms和10ms的切换点周期，支持7种上下行时隙配置。TD-LTE的一个子帧包含2个时隙，T slot=0.5ms，有两种时隙结构，如图2所示。   3 影响覆盖距离的参数 TD-LTE系统中，影响系统覆盖距离的参数有RB配置、频率复用系数、发射功率、CP配置、GP配置和随机接入突发信号格式等。下面重点分析CP配置、GP配置和随机接入突发信号格式这3个参数对系统覆盖距离的影响。 3.1 CP配置对覆盖距离的影响 OFDM技术能有效克服频域上的干扰问题，但是无法克服由于多径时延造成的符号间干扰（ISI）和子载波正交性破坏问题。多径时延表现为信号经过无线信道后发生的较大时延及幅度衰减。对此，在TD-LTE系统中，在每个OFDM符号之前加入循环前缀CP。只要各径的多径时延与定时误差之和不超过CP长度，就能保证接收机积分区间内包含的各子载波在各径下的整数波形，从而消除多径带来的符号间干扰和子载波间的干扰（ICI）。 在系统设计时，要求CP长度大于无线信道的最大时延扩展。多径时延扩展与小区半径和无线信道传播环境相关，接下来分析无线信号在不同传播环境下的功率时延分布情况。 通常用均方根（rms，root mean square）多径延迟扩展τrms来描述功率延迟分布情况，可以用式（1）表示： τrms=T 1d εy （1）   表1给出了对于不同小区半径d ，在四种传播环境下，包含90%能量的τrms值：   正常CP：正常CP有7个OFDM符号，第1个OFDM符号的CP长度是5.21μs，第2到第7个OFDM符号的CP长度是4.69μs。正常CP可以在1.4km的时延扩展范围内提供抗多径保护能力，适合于市区、郊区、农村以及小区半径低于5km的山区环境。   扩展CP：扩展CP有6个OFDM符号，每个OFDM符号的CP长度均是16.67μs。扩展CP可以在10km的时延扩展范围内提供抗多径保护能力，适合于覆盖距离大于5km的山区环境以及需要超远距离覆盖的海面和沙漠等环境。   3.2 GP配置对覆盖距离的影响 TD-LTE系统利用时间上的间隔完成双工转换，但为避免干扰，需预留一定的保护间隔（GP）。GP的大小与系统覆盖距离有关，GP越大，覆盖距离也越大。GP主要由传输时延和设备收发转换时延构成，即： GP=2×传输时延+TRx-Tx,Ue （2） 最大覆盖距离=传输时延*c =(GP-( TRx-Tx,Ue))* C/2 （3） 其中c是光速。TRx-Tx,Ue为UE从下行接收到上行发送的转换时间，该值与输出功率的精确度有关，典型值是10μs～40μs，在本文中假定为20μs。   TD-LTE覆盖距离见表2。 DwPTS用于传输下行链路控制信令和下行数据，因此GP越大，则DwPTS越小，系统容量下降。 在系统设计中，常规CP的特殊子帧配置7即10:2:2是典型配置，该配置下理论覆 盖距离达到18.4km，既能保证足够的覆盖距离，同时下行容量损失又有限。扩展CP 的特殊子帧配置0即3:8:1，覆盖距离可以达到97km，适合于海面和沙漠等超远距离 覆盖场景。           TD-LTE与TD-SCDMA共系统设计方案，需要精心选择特殊子帧配置以彻底规避干扰。具体结论如下： TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）时隙是4:2，TD-LTE DL/UL时隙是3:1时，常规CP特殊子帧采用配置0和5，扩展CP特殊子帧配置采用配置0和4。 TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）时隙是3:3，TD-LTE DL/UL时隙是2:2时，常规CP特殊子帧采用配置0、1、2、5、6、7和8，扩展CP特殊子帧采用配置0、1、2。 TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）时隙是1:5，TD-LTE DL/UL时隙是1:2时，常规CP特殊子帧采用配置0和5，扩展CP特殊子帧采用配置0和4。   3.3 随机接入突发信号格式对覆盖距离的影响 在TS36.211中定义了五种随机接入突发信号格式。物理层随机接入突发信号由 C