LTE覆盖距离分析.pdf

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=32.55 μs，基带采样率 f s =1/T s =30.72MHz2 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 5.21 μs， 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20μsTD-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 43.3 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 CP 、前导序列 Preamble、保护时间 GT三部分组成，结构如图3 所示：图 3 随机接入突发信号格式由于接入时隙需要克服上行链路的传播时延以及用户上行链路带来的干扰， 因此 需要在时隙设计中留出足够的保护时间，该保护时间即为GT 。

GT长度决定了能 够支持 的接入半径： 小区覆盖距离 =GT*c/2 （4） 其中 c 是光速 (理解：在进行前导传输时，由于还没有建立上行同步，因此需要在Preamble序列之后预留保护时间（GT,Guard Time）用来避免对其他用户的干扰；预留的GT需要支持传输距离为小区半径的两倍，这是因为在发送Preamble时还不知道基站和终端之间的距离，GT的大小必须保证小区边缘的用户获得下行同步（小区搜索）后，能够有足够多的时间提前发送) 随机接入前导信号格式和覆盖距离的对应关系如表3，其中： 前导信号格式 0，最大小区覆盖距离14km ，适合于正常覆盖小区 前导信号格式 1，最大小区覆盖距离77km ，适合于大的覆盖小区 前导信号格式 2，最大小区覆盖距离29km ，前导信号重复 1 次，信号接收质 量提高，适合于较大覆盖小区以及UE移动速度较快的场景 前导信号格式 3，最大小区覆盖距离107km ，前导信号重复 1 次，信号接收 质量提高，适合于海面和沙漠等超远距离覆盖 前导信号格式 4， 是 TD-LTE系统所特有的，它在特殊时隙中 UpPTS 里发射， 最大小区覆盖距离1.4km，适合于室内和室外密集市区。

3.4 影响覆盖距离的其它因素 在同等条件下， RB配置增加对下行覆盖的影响不大，但会引起上行底噪的 抬升由于终端功率有限，如果已达到终端最大发射功率，再增加RB会减小上 行覆盖半径 小区用户数增加，则系统负荷升高，系统干扰水平上升，所需的干扰余量越 大，基站覆盖半径越小在LTE规划时，需要兼顾容量与覆盖的平衡，降低投资 成本 频率复用系数越大， 小区间干扰越小， 覆盖半径应该增加， 有助于改善覆盖 性能频率复用系数为 3，也即异频组网的情况，影响覆盖性能的主要是系统功率；频 率复用系数为 1，也即同频组网时的情况，此时影响覆盖性能的主要是C/I ，即 干扰受限 如果不考虑多小区间干扰的影响，那么发射功率越大， 越能够补偿路径损耗 和信号衰落等的影响， 覆盖性能越好 实际组网必须考虑小区间干扰的影响，发 射功率不建议随意设置 4 结束语 TD-LTE的覆盖距离由多种参数决定在系统规划时，需要根据小区的覆盖 距离和无线环境， 确定各个参数的合理数值， 做到既满足覆盖距离的要求，又不 损失过多的系统容量，降低建设成本，提高性价比。