中国移动——LTE规划方法预研.doc

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 OFDMA 51.3 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 102.4 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 AccessWLAN3GPP 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X2E-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1msLTE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TDD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（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；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GPTDD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。