TD-LTE系统能力分析.docx

? ? TD-LTE系统能力分析 ? ? 摘要：文章首次具体地给出了TD-LTE上下行业务和控制信道的链路预算，随后对上下行覆盖受限因素作出细致的对比分析，对TD-LTE的容量评估指标，包括VoIP用户容纳能力、系统可同时调度用户数、上下行小区峰值吞吐量和上下行小区平均吞吐量均作了详尽的描述，在一定的模型下给予了实际的计算量化，有助于解决今后网络规划中的容量建模问题。 关键词：TD-LTE，链路预算，VoIP，小区峰值吞吐量，小区平均吞吐量 1 前言 LTE[1]网络的优势在于能够更好地支持高速数据与多媒体业务，通过采用OFDM、SC-FDMA和MIMO等多种关键技术[2]可以实现比目前2/3G系统更快的数据速率，提供更高的小区容量，以及显著降低用户平面和控制平面的时延。 关于LTE的研究文献目前已经很多[3-7]，但绝大部分只是从标准或宏观层面对LTE系统进行阐述，并没有量化。文献[3]给出LTE TDD和FDD在标准和实现过程中的差异，文献[4]给出了TD-LTE有关功率控制算法及仿真结果分析．文献[5]则从组网的角度进行了同频可行性分析。这些研究都未对LTE应用中最具指导意义的系统容量与覆盖性能加以描述．而这两者是对系统进行评估的重要指标，尤其是覆盖性能决定了系统是否可以带给用户稳定、可靠的业务感知。与系统容量和覆盖性能息息相关的是LTE网络规划，文献[6]和[7]中均有涉及，但前者更多地停留在概念阶段，提出了自组织网络（SON，Self Ofganized Network）的未来技术；后者只是从标准设计层面给出了相关的评估方式与影响因素，也不具有实际的可操作性。为此，本文从覆盖和容量两个层面分别定量分析LTE系统的能力，为后期的网络规划提供理论指导依据。由于LTE分TDD和FDD两种制式，为表述方便，本文以TD-LTE为例进行阐述。这与笔者之前对TD-SCDMA系统能力的分析[8]类似，不过TD-LTE由于取消了电路域、采取RB（Resource Block）承载和RNC功能下放的原因，其系统能力表现更为复杂。 2 覆盖能力分析 TD-LTE系统的覆盖能力与链路预算指标紧密相联，但与其它系统不同的是，TD-LTE在系统帧结构设计上支持更大的覆盖极限，覆盖目标也多样化，更多依赖于边缘用户的速率。在TD-LTE系统规范中定义了6种载波带宽，用户占用的子载波带宽由系统分配，对覆盖产生很大影响。此外，由于增加了64QAM的高阶调制，加之编码率更丰富，引入OFDM和MIMO技术等都会对TD-LTE的覆盖能力产生影响。 2．1帧结构与最大覆盖能力 TD-LTE下行采用PBCH、PCFICH、PDCCH、PDSCH和PMCH物理信道，上行则采用PUCCH、PUSCH和PRACH物理信道。在进行OFDM符号IFFT（傅立叶逆变换）之后插入CP（Cyclic Prefix，循环前缀）以防止符号间干扰，其帧结构如图1所示。 TD-LTE最大覆盖能力一方面与帧结构中GP的配置长度有关（与TD-SCDMA类似），另一方面取决于小区边缘用户的最大接八距离（PRACH信道配置）。 对于GP配置，参考TD-LTE的帧结构，最大覆盖距离MaxDl=c*GP/2，其中c为光速。对于特殊时隙不同的配置，最大覆盖距离如表1所示： PRACH信道配置如图2所示： 此时最大覆盖距离MaxD2=c*GT/2，其中GT为PRACH中的空余时隙长度。对于不同的PRACH配置格式，其覆盖距离如表2所示： TD-LTE的理论最大覆盖距离MaxD=max（MaxDl，MaxD2）。 2．2链路预算参数 TD-LTE的链路预算关键参数包括所要承载的业务速率（小区边缘用户的流量要求）、带宽参数（系统带宽和边缘用户占用的RB个数）、天线数及发射模式（如发射分集或波束赋形）、天线增益、发射功率、接收灵敏度、SINR（信干噪比．Signal to Interference plus Noise Ratio）和干扰余量等。 为表述方便，本文以20MHz信道带宽（100个RB）、常规CP配置、终端1天线收发、基站2天线收发（SFBC+分集）为例进行链路预算分析。发射功率、干扰余量、天线增益等具体参数详见链路预算表，在此只分析最重要的SINR参数。 目标SINR的取定限于一定边缘速率的用户的需要，与用户RB配置、MCS等级、传输模式、信道模型等均有关。只有确定相关的系统条件和配置，才能通过链路仿真获取该信道的SINR，如表3所示： 2．3TD-LTE链路预算 TD-LTE链路预算分上下行链路预算，每一链路又分控制信道和业务信道的链路预算。 （1）上行链路预算一业务信道 以64kbps—lOOOkbps数据业务为例，具体链路预算参见表4。 需要注意的是，上行链路接收端噪声功率与