中国移动——LTE规划方法预研

1、中国移动通信集团设计院有限公司lte规划方法预研中国移动通信集团设计院有限公司【摘 要】：本课题初步对ofdma、mimo等关键技术为基础的扁平化lte系统的规划方法进行预研，主要包括lte关键技术、lte覆盖规划特点、频率复用、小区覆盖分析、仿真等问题进行初步预研。【关键词】：ofdma mimo lte 覆盖 仿真目 录一、概述31.1 lte 体系结构31.2 ofdma51.3 mimo和智能天线61.3.1 mimo技术61.3.2 智能天线7二、td-lte系统覆盖规划特点82.1 系统帧结构设计对覆盖性能的影响82.2 覆盖目标的定义的多样性92.3 系统带宽和调制方式的多样性1

2、02.4 新技术带来的影响11三、频率复用113.1 频率复用特性分析123.2 频率复用研究143.2.1 频率复用方式一143.2.2 频率复用方式二153.2.3 频率复用方式三163.2.4 频率复用方式四173.2.5 频率复用方式五183.2.6 频率复用方式六193.2.7 总结20四、td-lte系统无线链路预算214.1 带宽配置214.2 功率224.3 天馈系统224.4 mimo双流配置234.5 sinr计算234.6 干扰余量：244.7 rlc层速率和mac层速率244.8 dl/ul信道开销244.9 td lte 上行链路预算：25五、仿真分析265.1 仿真

3、场景设置265.2 路损模型275.3 仿真参数设置275.4 下行仿真285.5 上行仿真37一、 概述1.1 lte 体系结构lte体系结构可以借助sae体系结构来做详细描述。在sae体系结构中，rnc部分功能、ggsn、sgsn 节点将被融合为一个新的节点, 即分组核心网演进epc部分。这个新节点具有ggsn、sgsn 节点和rnc 的部分功能，如下图所示由mme和sae gateway两实体来分别完成epc的控制面和用户面功能。sae的整体网络结构如下图所示。epdgevolved packet coregprs coretrusted non 3gpp ip accesswlan3g

4、pp ip accesss2bwlanaccess nws5biasa s5asae anchor3gpp anchors4sgievolved rans1op.ip serv. (ims, pss, etc) rx+geranutrangbius3mmesae gatewayhsspcrfs7s6sgsns2a图1 系统演进结构lte在上图中考虑的是ran演进部分也称为e-utra，e-utra包含唯一的节点enb，提供e-utra用户面rlc/mac/物理层协议的功能和控制面rrc协议的功能，e-utran的系统结构参见下图的lte e-utran系统结构图所示。图2 e-utran结构分

5、组核心网epc分为移动性管理实体mme和sae接入网关两部分。上图中各网元节点的功能划分如下：l enb功能：lte的enb除了具有原来nodeb的功能之外，还承担了原来rnc的大部分功能，包括有物理层功能（包括harq）、mac层功能（包括arq功能）、rrc功能（包括无线资源控制功能）、调度、无线接入许可控制、接入移动性管理以及小区间的无线资源管理功能等。具体包括有：n 无线资源管理：无线承载控制、无线接纳控制、连接移动性控制、上下行链路的动态资源分配等功能。n ip信头压缩和用户数据流的封装n ue附着时选择mmen 路由用户面数据到sae网关n 寻呼消息的调度和传输n 广播信息的调度和

6、传输n 用于移动和调度的测量和测量报告的配置l mme功能n 分配寻呼消息给enbn 安全控制n 空闲状态的移动性控制n sae承载控制n nas信令的加密和完整性保护l sae网关功能n 寻呼原因引起用户面分组的终止n 支持ue的移动性切换用户面从上图中可见，新的lte架构中，没有了原有的iu和iub以及iur接口，取而代之的是新接口s1和x2。e-utran和epc之间的功能划分图，可以从lte在s1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。图3 e-utran和epc的功能划分1.2 ofdmalte的下行采用ofdm技术提供

7、增强的频谱效率和能力，上行基于sc-fdma（单载波频分多址接入）。ofdm和sc-fdma的子载波宽度确定为15khz，采用该参数值，可以兼顾系统效率和移动性。lte上行采用的sc-fdma具体采用dft-s-ofdm技术来实现，该技术是在ofdm的ifft调制之前对信号进行dft扩展，这样系统发射的是时域信号，从而可以避免ofdm系统发送频域信号带来的papr问题。为了减小信令开销并提高传输效率，3gpp把传输时间间隔（tti）一般规定为1ms。lte要求单向传输延迟小于5ms，这就要求系统采用很小的最小交织长度tti。通常建议采用0.5ms的子帧长度，此时一个tti包含两个子帧。对于td

8、d技术，由于0.5ms的子帧长度与umts中tdd技术的时隙长度不匹配，进而造成td-scdma系统与lte的tdd系统难以邻频共址而共存。所以定义基本的子帧长度为0.5ms，考虑与低码速率的tdd（lcr-tdd，即td-scdma）系统兼容时可以采用0.675ms的子帧长度。系统可以动态调整tti，以在支持其他业务时，可以避免由于不必要的ip包分割造成额外的延迟与信令开销。上、下行系统分别将频率资源分为若干资源单元（ru）和物理资源块（prb），ru和prb分别是上、下行资源的最小分配单位，大小同为25个子载波，由于一个子载波宽度为15khz，所以共375khz。下行用户的数据以虚拟资源块

9、（vrb）的形式发送，vrb可以采用集中（localized）或分散（distributed）方式映射到prb上。集中方式即占用若干相邻的prb，这种方式下，系统可以通过频域调度获得多用户增益。分布方式即占用若干分散的prb，这种方式下，系统可以获得频率分集增益。上行ru可以分为localizedru（lru）和distributedru（dru），lru包含一组相邻的子载波，dru包含一组分散的子载波。为了保持单载波信号格式，如果一个ue占用多个lru，这些lru必须相邻；如果占用多个dru，所有子载波必须等间隔。1.3 mimo和智能天线1.3.1 mimo技术多天线技术可以有效的改善系统

10、容量及其性能，而且还可以显著地提高网络的覆盖范围和可靠性。在lte tdd协议中，对下行mimo技术做了阐述，主要包括发送分集，空间复用。其中发送分集包括循环延迟分集(cdd)和分组空频码(sfbc)两种。cdd方式的好处在于实施简单、性能好而且不需要信息的反馈。在该方案中，第二个天线通道发送的信号是第一个天线通道信号的时延复本。通过适当的编码和交织，发射机可以在不了解任意信道状态的前提下，获得空间频率分集的好处sfbc方式的基本原理是将数据经过空频编码，然后编码数据分为多个支路数据流，分别经过多个发射天线同时发射出去。接收端的最大似然译码可以通过把不同天线发射的数据得到更简单的实现形式，利用

11、的是空频码字矩阵的正交性从而得到基于线性处理的最大似然译码算法。这样空频编码同时利用频域和空间两维来构造码字，能有效抵消衰落,提高功率效率。空间复用即为通过基站的两个发送天线发送两组不同的编码数据流。这样，可以把高速编码数据流分割为一组相对速率较低的数据流，分别在不同的两天线，对不同的数据流独立的编码、调制和发送，但是使用相同大频率和时隙。在接收端使用空间均衡器分离两个信号，并且解调、译码，恢复出原信号。这样在信道质量好的情况下，可以大大提高数据的传输速率。lte最基本的多天线技术配置是下行采用双发双收的2*2天线配置，上行采用单发双收的1*2天线配置，现阶段考虑的最高要求是下行链路mimo和

12、天线分集支持四发四收的4*4的天线配置或者四发双收的4*2天线配置。考虑的mimo技术包括空间复用（sm）、空分多址（sdma）、预编码（pre-coding）、秩自适应（rankadaptation）、以及开环发射分集（sttd，主要用于控制信令的传输）。具体的技术仍在选择中尚未最终确定。如果所有空分复用（sdm）数据流都用于一个ue，则称为单用户（su）mimo，如果将多个sdm数据流用于多个ue，则称为多用户（mu）mimo。小区侧的多发射天线的操作模式，即为mimo模式，是指空间复用、波束成型、单数据流发射分集模式。mimo模式受限于ue的能力，例如接收天线的个数。1.3.2 智能天线

13、智能天线是由多根天线阵元组成的天线阵列。通过调整各阵元信号的加权幅度和相位来改变阵列方向的方向图，从而抑止干扰，提高信干比，实现天线和传播环境与用户和基站之间的最佳匹配。智能天线最普遍的用途为波束赋形。由于用户通常分布在各个方向，加之无线移动信道的多径效应，有用信号存在一定的空间分布。一方面，当基站接收信号是，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同，且信号与其到达角度之间存在负责的依赖关系；另一方面，当基站发射信号时，可被用户有效接收的也只是部分的信号。波束赋形通过修改天线阵元的加权值，调整波束的方向图能实现指向性的接收与发射。这样，可以有效的提高基站接收机的灵敏度和发射机的等效发射功率

14、；降低系统的干扰，改进小区的覆盖，降低系统的成本。二、 td-lte系统覆盖规划特点覆盖规划主要内容为：根据基本业务实现的目标需求，通过链路预算得出各类型业务的覆盖半径和覆盖面积,再根据运营商的无线网络覆盖策略，得出在目标覆盖区域内的基站需求数目。由于无线信道环境的复杂性，lte系统标准的实际覆盖半径从几百米至几公里不等。在进行无线网络规划和设计时都需要进行链路预算以得到合理的无线覆盖预测结果。相比较于td-scdma系统，影响lte覆盖的因素主要有以下几个方面特色：2.1 系统帧结构设计对覆盖性能的影响td-lte系统在通过链路预算进行覆盖规划设计时，需要考虑td-lte系统的特性对于覆盖性

15、能的影响。对于系统最大的覆盖范围，主要考虑到td-lte系统的帧结构设计。td-lte系统和td-scdma系统一样，在系统帧结构设计上都有特殊时隙(或子帧)结构设计，特殊时隙中包括dwpts，uppts和中间的保护间隔gp。tdd系统的这种帧结构直接影响系统的最大覆盖半径。由于tdd的双工方式，tdd系统的覆盖半径主要受限于上下行保护时隙的之间的保护间隔长度。对于td-scdma系统的帧结构，支持的理论最大覆盖半径大约为11公里（在不考虑信道的时延弥散的影响的情况下）。如果需要覆盖更大的小区半径，必然需要牺牲一定的系统容量。对于td-lte系统来说，特殊时隙内的dwpts和uppts时间宽度

16、是可配的，保护间隔gp的位置和时间长度也是可配的。相比采用固定保护间隔位置与长度设计的td-scdma系统，这样的系统帧结构设计更灵活，因此可以支持更大的系统覆盖半径，最大可支持到100公里。tdd系统的帧结构设计决定了系统的最大覆盖距离，而在实际的系统覆盖规划中，系统的覆盖半径更多的决定于系统发射电平及接收灵敏度。因此需要通过链路预算的方法进行实际分析。2.2 覆盖目标的定义的多样性在无线网络规划的前期，需要确定网络的覆盖要求和覆盖质量。对于td-scdma系统，有典型的业务规划需求，例如cs64k。对于典型的业务，速率目标是固定的，最后计算得到的解调门限也是固定的，再由确定的解调门限通过链

17、路预算的方式，获得系统的覆盖半径。而对于td-lte系统，需要定义系统实现的吞吐能力需求，典型无线环境（如密集市区）容忍的调制解调方式，干扰容忍程度等，覆盖目标的定义比较丰富，可以采用如下覆盖指标：1) 区域边缘用户速率在对td-lte覆盖规划时，可以为边缘用户指定速率目标，即在覆盖区域的边缘，要求用户的数据业务满足某一特定速率的要求，例如64kbps，128kbps，甚至根据业务需要，在某些场景可以提出512kbps或1mbps更高的速率目标。只要不超过td-lte系统的实际峰值速率，td-lte系统通过系统资源的分配与配置就能满足用户不同的业务速率目标要求。由此可见，相对于td-scmda

18、系统数据业务不同的是，td-lte系统业务速率目标的指定可以更加灵活。2) 区域边缘用户频谱效率除了边缘用户速率这一覆盖目标，td-lte系统规划也可以采用用户的频谱效率这一指标。频谱效率定义为，通过一定距离传输的信息量与所用的频谱空间和有效传输时间之比。相对于用户的覆盖速率目标，频谱效率单位化了用户的传输时间资源和频率资源。因为td-lte的速率可以通过系统资源配置来满足，而td-lte系统资源是灵活可配的，例如时间资源可以通过设置时隙切换点来调整上下行时隙比例，频率资源可以通过资源分配算法来为用户配置带宽。因此，以频谱效率为覆盖目标，可根据系统配置算法机制，将频谱效率指标转换为用户的速率指

19、标，然后再通过用户的速率目标来规划覆盖。3) 区域边缘用户调制编码方式td-lte系统支持多种调制方式，包括qpsk，16qam和64qam，还支持不同的编码速率。调制编码方式及编码速率也可以作为覆盖目标。因为调整调制编码方式与编码速率可以获得不同的用户频谱效率等级，也就体现了覆盖区域的用户速率等级。调制编码方式不同，解调门限也不相同，进而直接影响接收机灵敏度要求，导致覆盖范围发生改变。2.3 系统带宽和调制方式的多样性td-lte系统进行覆盖规划时，对于边缘用户有确定的覆盖速率目标，这时需要选择适合的用户带宽和调制编码方式组合。td-lte系统规范定义了6种带宽，如下：信道带宽（mhz）1.

20、435101520传输带宽（rb）615255075100其中，rb表示系统可调度的频率资源单位组，1个rb由12个子载波组成。系统带宽配置，直接决定小区的理论峰值速率。在小区服务中，系统需要对用户分配带宽资源，用户带宽直接影响用户的数据速率。用户带宽分配由两个因素决定，一是激活用户数目，二是资源分配算法(如正比公平，轮循等)。td-lte系统支持多种调制方式，包括qpsk，16qam和64qam，支持不同的编码速率。td-lte系统采用自适应调制编码方式，根据信道质量指示(cqi)来选择合适的调制方式，调制编码方式直接影响用户的数据速率。选择的调制等级越低，系统要求的sinr解调门限越低，对

21、系统接收机灵敏度要求越宽容，这样可支持越大的小区覆盖半径。反之，选择较高的调制等级会缩小覆盖半径。但是并非调制等级越低对系统覆盖性能影响越好，实际上，在进行覆盖规划时，边缘用户都有确定的覆盖速率目标，如果考虑较低等级的调制方式，就需要增加较多的用户带宽。因为调制等级越低，单位符号可承载的比特数越少，只有增加可用带宽，才能满足确定的速率目标。而带宽的增加的一个直接的影响就是导致接收机底噪水平升高，灵敏度降低，这又使得小区覆盖半径有缩小的趋势。所以，td-lte在进行覆盖规划时，需要选择适合的用户带宽和调制编码方式组合。当载波带宽一定时，64qam-3/4调制方式下的基站接收机灵敏度比qpsk调制

22、方式下的灵敏度低；当调制方式一定时，调度到较多带宽下的基站接收机噪底较高，灵敏度比较少带宽下的灵敏度低。td-lte系统支持多种编码调制方式与编码速率的组合。在覆盖区域内的实际应用中，td-lte采用amc（自适应调制编码），以保证在覆盖区域内的用户能够根据无线环境的不同选择合适的调制方式，从而成功实现业务接入。2.4 新技术带来的影响td-lte系统与td-scdma系统都是时分双工系统，不同的是td-lte系统是基于ofdm/ofdma技术，td-scdma系统基于cdma技术。ofdm/ofdma 技术与cdma 技术相比，具有频谱效率高、带宽扩展性强、频域资源分配方便、有利于改善射频功

23、率峰均比的优点，同时也具有抗多径衰落和易与 mimo 技术联合运用的优点。射频功率峰均比的改善，既可舒缓射频设备设计压力，又能够减小对邻近链路的干扰。td-lte系统关键技术总还有基于mimo和智能天线的多天线的技术。智能天线技术作为tdd模式的一个特征，不仅仅在td-scdma系统，在td-lte系统当中是也是非常重要的技术，因为频段的不断提高，速率的逐渐提高，对发射天线功率的要求不可避免的，为了系统能够在将来实际的环境当中的架设和应用，智能天线的技术被认为是一个必要的技术。mimo技术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，对于需要覆盖的室内用户群而言很有意义。三、 频率复用对于

24、td-lte在网络规划中频率的应用，一般认为初期应部署20mhz的系统带宽，并在未来可以扩充到更高带宽。td-lte系统是基于ofdm或ofdma多载波调制技术的系统，与td-scdma系统通过码字来区分用户，让用户共享载频资源的机制不同，td-lte系统通过时间或频率子带来区分用户。td-lte系统的频率规划需要考虑到如何合理分配和复用有限的频段，解决减少小区间的干扰这一主要干扰问题。3.1 频率复用特性分析网络拓扑模型中，以共站址的3个扇区为一簇，一个簇结构中的三个扇区工作于同一系统带宽下，可以采用频率复用系数为1和3两种频率复用方法。频率复用系数为1，即表示一个簇结构中的三个扇区共同使用

25、该系统带宽下所有子载波资源。服务小区与相邻小区之间同频。而频率复用系数为3，表示将该系统带宽分为不重叠的三组，分别由一个簇结构中的三个扇区分别调度使用。即服务小区与相邻小区之间保持异频。如下图所示频率复用系数3同频组网的优势：（1）频谱利用率最高，节约频率资源td-lte系统采用时分双工工作方式，无需成对的上下行频段，而且无需上下行载波之间的保护隔离频率。采用同频组网能在最大程度上发挥td-lte系统频谱利用率高的优势，节省运营商频率资源支出费用。（2）简化频率规划在网络设计、建设、扩容时频率规划非常简单。(3) 具有更高的小区峰值速率同频组网，相对于异频组网，由于每个扇区可调度全部系统带宽内

26、的频率资源，因此可以获得更高的小区峰值速率，理论上，频率复用系数为1时，小区峰值速率是频率复用系数为3时的3倍。td-lte系统同频组网还有在实现上需要考虑组网系统的干扰问题。首先是小区内的干扰的问题，现在已有的成熟的技术，小区内的干扰可以通过无线接入、有线接入的成熟技术，比较成功地消除或者避免。另外一个是小区间的干扰问题，这在以前的系统里面，也没有得到充分的验证和成功地解决的。我们可以通过多种途经，去处理小区间的干扰问题，例如通过多小区的协调和避免，通过随机化白化干扰，可以通过消除技术，消除不同小区之间的干扰。也可以通过频率、时间域的扩展，来提供干扰、协调和消除的能力。异频组网的优势：异频组

27、网引发的干扰相对较小。td-lte系统在本小区内不存在同频干扰，干扰主要来自于使用相同频率的邻小区。异频组网在服务小区与最相邻的小区之间保持异频，通过空间传播距离隔离同频小区，做到尽可能的降低了同频干扰。频率复用系数为1和3时，比较一下td-lte系统的c/i能力，如下图所示：极限c/i分布如图可见，通过异频组网的方式，相对于同频组网，小区载干比c/i能力得到了很大提高。这意味着：1）同样覆盖的面积下，用户通信质量比较稳定，在获得同样频率资源单位的情况下，用户有更高的传输速率。同时，覆盖区域的边缘用户的峰值速率可获得提高。2）覆盖范围相对较大基于c/i能力的提高，基于边缘用户速率的提升，可使基

28、站覆盖范围较大，相对节省网络投资。总体来说，td-lte系统都具有频率利用率高、容量大、承载能力强，通信质量高的优势。通常情况下，在频率资源支持的情况下，建议室内覆盖与室外覆盖尽量采用异频组网方式。采用异频可减少干扰，降低规划和优化工作量，同时室内外可设置不同上下行切换点，满足不同业务要求。3.2 频率复用研究以ofdma技术为基础的lte系统的空中接口没有使用扩频技术，由此，信道编码技术所产生的处理增益相对较小，降低了小区边缘的干扰消除能力。为了提高lte系统容量而必须要采取的有效的频率复用技术，所以lte系统中干扰协调的手段之一就是频率复用技术，一种好的频率复用方式可以使lte系统达到最佳

29、性能。综合目前lte系统中推荐使用的各种频率资源分配技术，小区间的频率干扰协调管理及频率复用的方式可以是静态的、半静态以及动态的。由于需要大量的信号处理和复杂的调度管理, 动态协调管理技术在实际网络中一般不用。在lte系统的外场应用中，静态和半静态的协调管理是常用的频率与干扰优化技术。这里讨论的小区间资源分配主要是指频率资源的分配。lte系统中频率复用的方式主要有以下几种：3.2.1 频率复用方式一在此方案中，每个小区中的子载波被分为两组一组称为主子载波，另一组称为辅子载波。主子载波可以在全部小区范围内使用，而辅子载波只可以使用在小区的中心区域(见图1)。这样要求子载波的分配方式使得相邻小区边

30、界使用的子载波均应相互正交，使用相同频率子载波的用户距离足够远从而有效地避免或减小相邻小区在边缘的用户的同频干扰。对于小区中心的用户由于其本身距离基站较近且收到外小区的干扰较小，所以可以采用比较低的功率进行传输，而对于小区边缘的用户则恰好相反。所以一般情况下，主子载波允许的最大发射功率比辅子载波允许的最大发射功率高。在功率谱密度一定的情况下，分配给主子载波更多的功率意味着为主子载波分配了更宽的带宽辅子载波与主子载波的发射功率比可在0到1之间进行调整，对应的有效频率复用系数则从3到1间变化。当power radio=0时，相当于频率复用因子为3的小区复用；当power radio=1时，相当于频

31、率复用因子为1的小区复用；power radio的大小可以基于业务分布的变化进行动态调整。 图1：频率复用方式一 通过调整辅子载波和主子载波的功率比，软频率复用可以适应每个小区的业务分布变化。当高业务量发生在小区边缘时，功率比设定为相对较小的值来获得较高的小区边缘吞吐量；相反，当业务量主要集中在小区内部时可以设置较大的功率比。3.2.2 频率复用方式二方式二中，只有一部分子载波用于小区边缘用户，该部分子载波可采用全功率发射并且相邻小区间的载波是正交的，从而避免绝大部分干扰的产生。而小区中心的用户可以使用全部带宽载波，但对收发的功率有一定限制，从而即使同一载波被复用也不会产生太多的ici干扰。图

32、2：频率复用方式二 上述两种方式都比较简单，所以在lte系统中常用作半静态资源分配方式的基础。然而，这两种方式也有着明显的问题：首先，对于小区边缘用户来说频率利用率不高，通常只有1/3。其次，不能够随着系统负载变化而变化，如果网络负载发生变化，这个方式就不是最佳的了。3.2.3 频率复用方式三方式三将整个频域资源s在系统初始化阶段被分割为n（考虑到系统的完全覆盖，n=7或n=9）个互不相交的子集sn（n=1，2，n），每一个sn与一个扇区cn相对应，所有扇区都被划分为内、外两层。对于内层的移动终端，被分配到的传输子载波可以是集合s的任何一个子集合。而对于外层区域的移动终端，以扇区c1为考察对象

33、，当扇区c6内有一个移动终端（下图中的t1）运动到扇区边缘区域靠近扇区c1时，扇区c6将只会在集合s1中分配相应资源给该终端传输数据。与扇区c1相邻的其他扇区（如c2、c3、c4、c5、c7、）的情况也是如此。这也就是说对于每一个扇区，处在其边缘区域的用户只可能分配整个系统资源的一部分，这样可以确保分别处于两个相邻扇区的边缘区域的用户所分配到的频域资源不会相交，从而可以在一定程度上减轻小区间的干扰。在这种方案中，扇区的内层区域频率复用因子为1，外层频率复用因子为n，表示为fn。每个小区分配一个子载波集fn，以供接近本小区但归属于邻小区的用户使用。这样，对于一个接近本小区但不归属本小区的用户，分

34、将会配一个不同于本小区边缘用户所使用的子载波集。在下图中，将小区cn简单的标识为。例如，如果终端t1按照绿色箭头所示接近小区1时，其所用的频率资源就会从子载波集f1中进行分配。这样，在小区中心（内环）区域，所有的载波都互不干扰。这种由于网络规划以及仅在小区边缘区域考虑的干扰协调机制将会导致频率可用性只是轻微降低。这种灵活的频率分配方式是要依靠终端的协助来实现的，终端需要向所当前服务的基站报告其所能接收到的其他基站的信息以及哪个基站信号是最强的。其实就是依据传统的小区切换算法，而不需要引进额外的信令。图3：频率复用方式三3.2.4 频率复用方式四图4表示了频率复用方式四。整个工作频段被分为n个子

35、波段，其中x子波段服务于小区边缘用户，其余的n-3x个子波段服务于小区中心用户。服务于小区边缘的x子波段与相邻小区之间是正交的，而服务于小区中心用户的n-3x子波段可以用于所有小区。小区边缘用户使用的频率会根据小区负载的变化而变化，也就是说，如果有多于一个子波段被用于小区边缘用户，则服务于小区中心用户的子波段就要相应地减少3个。通常会根据终端的位置信息（接收相邻小区功率与接收本小区功率的比值）来分配终端具体使用哪个子载波组。图4：频率复用方式四与其他上述讨论的方式比较，方式四有两个主要的不同点。首先，在方式四中只有一部分频率用于小区的中心区域，而在方式二中是整个频率都在小区的中心区域使用。其次

36、，服务于小区边缘的频率的复用系数可以根据当前小区负载情况进行调整。但是方式四的的缺点是频率利用率不高，特别是小区中心用户可用的频率显著减少。3.2.5 频率复用方式五方式五是基于优先级的资源分配。在相邻小区中，对于不同的频率块赋予不同的优先级。该方法将整个频段分成多个子波段，每个小区的各个子波段的分配被赋予不同的优先级，每个具有较高优先级的子波段将被分配给具有较高的发射功率的终端，如图5（a）所示。子波段分配优先级的原则是，那就是尽量使相邻小区间采用高功率传输的重叠区的配置最小化，另外也可以将多个的子波段赋予同样的优先级。图5(b)所表示的是，当每个小区的负载是1/3时，3个小区间的干扰在理想

37、的情况下可以很好的避免。图5(c)所表示的是，当每个小区的负载为2/3时的资源分配情况。在这种情况下，3个小区间的频域的重叠分配是不可避免的。但是，此时3个小区并不是同时使用同一个子波段，所以避免了干扰情形最坏的情况。 (a) 子波段分段与频域按优先级进行分配示例(b) 小区负载为 1/3时的频域分配示例(c) 小区负载为 1/3时的频域分配示例图5：频率复用方式五3.2.6 频率复用方式六方式四方案中考虑了在小区边缘和小区中心区域的话务负载变化的情况，但没有考虑相邻小区间的吞吐量要求。方式六在方式一和方式二的基础上提出了一个半静态的频率复用方式。 不同于纯粹的静态配置方式，在方式六中，频率子

38、波段的分配数量取决于小区边缘的负载情况。如果此时相邻小区在边缘处也有类似的传输速率要求，整个频率资源将会被平分为三份，每个小区使用1/3的频率资源；如果其中一个小区的速率要求低于其相邻小区的边缘速率要求，则后者可以在边缘区域使用多于1/3的频率资源。这样，既可以保证频率资源得到有效地利用，同时还避免了对小区边缘终端的过度干扰。图6介绍了这种预留频率子波段的半静态频率协调的分配原理，图中相邻小区为不同小区边缘终端的资源调度配置了不同的预留子波段。例如，在初始的无线网络的预留频率资源配置期间，小区1边缘的负载大于相邻小区的负载，此时小区1就会被分配最多的子波段数；小区3、5、7的边缘的网络负载为平

39、均水平，所以它们所分配得子波段数量就会相对少一点；而小区2、4、6则由于边缘负载最低而被分配了最少数量的子波段。在下一次无线网络的预留频率资源配置期间，小区2、4、6在小区边缘处网络负载水平最高，从而相应的分配了最多的子波段数。小区1有着中等的网络负载水平，而小区3、5、7在小区边缘负载最小，所以各小区也会相应地分配不同数量的子波段。cell 4cell 1cell 3cell 5cell 2cell 6cell 7.cell 5cell 1cell 2cell 4cell 6cell 3cell 7tti 1tti m图6：频率复用方式六3.2.7 总结不同频率复用方式将会影响lte系统的频

40、谱效率及网络容量。不同频率复用方式对频谱效率的影响是有区别的。从上述六种频率复用方式来看，半静态的频率协调管理机制将是lte系统中的主要采用的频率复用方式。这种频率复用方式主要特点如下：l 小区中心区域频率复用系数为1，即小区中心的用户占用整个系统带宽；l 小区边缘区域频率复用系数随着网络负载情况动态进行调整，平均频率复用系数为1/3；l 小区不同区域其允许的终端发射功率会有所不同，边缘区域允许终端以更高的发射功率来传输数据。四、 td-lte系统无线链路预算无线网络的规划在通过仿真来进行细化之前，一般需要链路预算来对系统覆盖性能进行初步的估计，链路预算的主要目的就是根据一定的边缘用户的覆盖速

41、率目标要求，求得系统覆盖半径。链路预算的覆盖目标如果以边缘用户的频谱效率的形式给出，同时需要考虑系统实际的频率资源配置算法，确认用户的有效带宽，然后转换为边缘用户的速率目标。根据边缘用户的速率目标，借寻找合适的调制编码方式与频率资源配置的合理组合。由于用户处于覆盖边缘，载干比较低，因此在选择组合时，首先考虑采用较低等级的调制编码方式，然后通过配置足够的频率资源来满足边缘用户的速率目标。链路预算需要有链路仿真支持，在获得调制编码方式与频率资源配置的组合之后，链路仿真将提供用户sinr与链路bler（误块率）的仿真曲线，根据边缘用户覆盖质量要求的bler目标，从曲线上获取用户sinr，此为链路预算

42、覆盖对于边缘用户的信噪比要求。在链路仿真时，信道条件，harq模型，等应该与应用场景相匹配。链路预算需要从系统仿真中获取不同场景下的用户路损评估值c/i的分布，由曲线可以获用户边缘的峰值速率，也可以按照边缘覆盖要求获取边缘用户的极限c/i。系统仿真还提供不同资源调度算法下边缘用户对资源占用的概率分布。根据链路仿真的sinr结果和系统仿真的边缘用户极限c/i结果可获取系统覆盖的snr要求，根据系统接收机噪声的计算，获得系统接收机灵敏度要求。然后在设定好的功率和无线环境传播模型的基础上，最后求出系统的覆盖半径。除了业务信道的覆盖要求，公共控制信道的覆盖要求也应当受到重视，如果公共信道的覆盖性能得不

43、到保证，边缘用户的反馈信息得不到正确的接收，将严重的影响边缘用户的速率和系统性能。4.1 带宽配置根据3gpp协议，lte tdd可能采用以下不同的带宽配置（1.4mhz、3mhz配置不常用，忽略）：5mhz10mhz15mhz20mhz资源块(rb)数目255075100每个rb块是由7个ofdm符号和12个子载波构成，每个子载波是15khz，因此每个rb块是180khz的带宽。为每个业务可以指定它分配到的rb数目。在速率固定情况下，分配的rb数目越多，则每个rb上承载的速率越小，进而对sinr需求较小，能够覆盖更远的范围。4.2 功率小区功放配置为在10mhz带宽下，4346dbm。lte

44、与wimax都是多载波系统，但是功率分配有所不同。wimax是增加一个发送天线，就增加一份功率。而当lte增加天线，就在所有天线中分享功率。另外，对于每个业务可以分配不同的rb数目，例如对64kbps业务可以分配23rb，则计算这个业务的功率时候，假设所有dl功率是均分在所有rb上的，该业务得到功率与其占用的rb数目成正比。但是对于上行，则是所有eue发送功率都给所占用的rb。这一点上，上行和下行是不同的，原因在于下行功率是所有用户共享的，上行功率是用户独占的。4.3 天馈系统下行可以配置为enodeb 1发、2发、4发。eue配置为1收、2收、4收。并且可以把下行配置为mimo 双流方式。如

45、果mimo双流模式是无效的，则enodeb可采用sfbc方式，存在sfbc增益，如大enodeb为1发，则sfbc增益为0；如enodeb为2发，则sfbc增益为2 db；如enodeb为4发，则sfbc增益为3.5db；如果mimo双流模式是有效的，则enodeb无法采用sfbc方式，不存在sfbc增益，无论是几天线配置，其sfbc增益均为0db。无论mimo双流模式是否有效，则eue可采用接收分集方式，存在接收分集增益，如eue为1收，则接收分集增益为0；如eue为2收，则接收分集增益为3db；如eue为4收，则接收分集增益为5db；上行可以配置为eue 1发、2发、4发。enodeb配置

46、为1收、2收、4收。由于目前协议正不支持上行mimo和sfbc，因此无论上行eue配置几根天线，都不存在发送分集增益。enodeb接收分集增益与接收天线数目有关，如enodeb为1收，则接收分集增益为0；如enodeb为2收，则接收分集增益为3db；如enodeb为4收，则接收分集增益为5db；4.4 mimo双流配置在lte最新协议中，只有下行可以采用mimo双流配置，即空分复用（mimo scm）。当mimo double-stream enable后，将rlc的速率折算为1.51.8倍，对此数据流大小进行链路预算，即可得到双流下的覆盖效果。一般情况下，小区边缘采用mimo双流模式，并非最

47、好选择。在小区边缘，通常采用tx diversity的方式发送。4.5 sinr计算sinr计算是lte链路预算的关键。lte ul/dl采用相同的链路仿真结果，该结果显示了不同mcs下的sinr和mac速率的关系。通过链路预算可以得到不同的业务速率下，不同的rb分配下，每个rb需要承载的mac速率。通过速率匹配，查到所需要的调制编码方式，进而可以获得sinr的数值。需要注意的是，链路仿真结果是以10的误块率情况下的仿真结果，mcs有32个级别，因此sinr是不连续的。4.6 干扰余量：对于lte系统，每个业务在多个rb上承载，实际占用的带宽是变化的，因此其干扰余量非常难以给出一个定值。通常情

48、况下，由于lte的上行是快速功率控制，可以有效的控制干扰攀升，通过系统仿真研究，认为在有功控增益的情况下，可以把iot攀升控制在5db左右。而下行是功率分配，不存在快速功控，因此iot效果要差一些。如果lte系统采用了先进的干扰协调算法（icic），理论上可以消除外来干扰，当然会损失一部分频频效率。一般认为采用icic后，iot可以降低到12db.在本链路预算中，基站的干扰余量取7db，终端取4db。4.7 rlc层速率和mac层速率由于链路预算查找的物理仿真mcs曲线是sinr与mac速率的对应，因此需要将rlc速率先折算为mac速率。通常情况下，rlc到mac会有610的mac头开销。因此

49、可以假设10，即使 rlc rate = mac rate90%。4.8 dl/ul信道开销在lte下行和上行信道中，存在一定的开销信道。在对业务信道覆盖估计时候，需要把这些开销信道影响扣除。例如，如果要承载1000kbps业务速率，当dl下行总开销是20时候，则至少要分配1000kbps/(1-20%)的资源才行。下行开销汇总5mhz10mhz15mhz20mhzdl overhead modeling19.8719.2018.9918.88dl reference symbol overhead9.05dl control channel overhead9.5sch overhead0.

50、690.340.230.17bch overhead0.630.310.210.16上行开销汇总5mhz10mhz15mhz20mhzul overhead modeling25.123.521.620.7ul reference symbol overhead14.3ul control channel421.31ul rach2.4/4.8/7.21.2/2.4/3.60.8/1.6/2.40.6/1.2/1.8ul srs3.64.9 td lte 上行链路预算：上下行时隙配置方式1(5ms/ 2:2)，短rach & srs 配置lte tdd 上行链路预算s/nremark数据速率(

51、rlc)kbps64 250 500 1000 a1rlc layer rate数据速率(mac)kbps71 278 556 1111 b1mac layer rate上行带宽mhz10 10 10 10 c1lte fdd带宽上行rb总数50 50 50 50 d1由c1计算假设条件发射天线数量1 1 1 1 e1接收天线数量2 2 2 2 f1所需rb数量6 24 48 48 g1g1d1rb 带宽khz180.0180.0 180.0 180.00 h1dl overhead上行参考符号开销14.3%14.3%14.3%14.3%上行控制符号开销48bit ack 64bit cqi1

52、1.1%2. 8%1.4%1.4%上行rach 开销in uppts0000上行srs 开销in uppts0000上行全部开销25.4%17.1%15. 7%15. 7%code rate0.134 0.107 0.104 0.206 n1ul 边缘用户的cr约为 1/71/6发送端eue 最大功率dbm24.0 24.0 24.0 24.0a2天线增益dbi0.0 0.00 0.00 0.00 b2人体损耗db2.0 2.00 2.00 2.00 c2全向等效发射功率dbm22.0 22.022.022.0 d2接收端热噪声密度dbm/hz-174 -174 -174 -174 a3接收端

53、噪声系数db2.00 2.00 2.00 2.00 b3接收端噪声功率db-111.7 -105.7 -102.6 -102.6 c3c3=10*log(g1*h1*1000)+a3+b3接收端天线增益dbi18.0 18.00 18.00 18.00 d3接收端多天线增益db3.0 3.00 3.00 3.00 e3由f1计算rx tmadb-3.0 -3.00 -3.00 -3.00 f3插损和馈线损耗db3.0 3.00 3.00 3.00 g3所需sinrdb-5.5 -6.2 -6.3 -4.4 h3接收灵敏度dbm-138.2132.85-129.9 -128 i3i3=c3+g3

54、-e3-d3+e3+f3其他增益切换增益db0.00 0.00 0.00 0.00 a4干扰余量 (功控增益)db4.50 4.00 4.00 6.00 b4功控时的干扰余量系统增益db-4.50 -4.00 -4.00 -6.00 c4c4=a4-b4其他损耗穿损db22.00 22.00 22.00 22.00 a5衰落余量db7.00 7.00 7.00 7.00 b5考虑了分集增益链路预算db126.7 121.85 118.9 115 a6a6=d2-i3+c4-a5-b5五、 仿真分析仿真分析主要以小区半径500m的系统仿真。5.1 仿真场景设置下行仿真：case1 46dbm/ macro / 0.5lamda / cc合并/isd 500m/频率复用为1case2 43dbm/ macro / 0.5lamda / cc合并/isd 500m/频率复用为1case3 46dbm/ micro / 0.5lamda / cc合并/isd 500m/频率复用为1case4