TD?LTE与TD?SCDMA系统共存子帧配比兼容分析研究

摘 ； 要： 对于当前TD?LTE与TD?SCDMA系统邻频共存的情况，由于两者皆为TDD系统，所以TD?LTE必须与TD?SCDMA系统的子帧配比兼容以避免系统间干扰；给出了两者共存时兼容的子帧配比，研究了此子帧配比下TD?LTE的两种特殊时隙配比方案SSP5与SSP6，并从下行资源利用情况、单小区下行峰值吞吐量、基站可规避干扰距离等方面将两方案做了对比分析，指出SSP6能够更好地利用系统的下行资源，有利于提升系统容量。

关键词： TD?LTE； TD?SCDMA； 子帧配比； 干扰

中图分类号： TN926?34； TP3?05 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文献标识码： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文章编号： 1004?373X（2014）23?0021?04

Abstract： When TD?LTE system coexists with TD?SCDMA system at F and A bands， because both of them are TDD system， the sub?frame configuration of them must be compatible to avoid the interference between the two systems. The compatible sub?frame configuration is given in this paper. The two special time?gap configurations SSP5 and SSP6 of TD?LTE in this sub?frame configuration are researched. The downlink resource utilization， downlink peak throughput /cell， interference?free distance of SSP5 and SSP6 configurations are analyzed in this paper. The results indicates that SSP6 is better than SSP5 in improvement of system capacity.

Keywords： TD?LTE； TD?SCDMA； sub?frame configuration； interference

0 ； 引 ； 言

根据我国TDD频段的使用规划，F频段（1 880～1 920 MHz）、D频段（2 570～2 620 MHz）用于TD?LTE系统的室外覆盖。随着TD?SCDMA系统的演进方案――TD?LTE网络建设的推进，未来TD?LTE与TD?SCDMA系统将出现长期邻频共存的情况。作为TDD系统的两种蜂窝技术，当TD?LTE与TD?SCDMA系统处于邻频工作且子帧配比不兼容时，必然会产生严重的干扰，出现掉话、通信质量差、信道拥塞等问题。因此，研究TD?LTE与现网TD?SCDMA系统兼容的子帧配比对于无线网络规划十分必要。

1 ； TD?SCDMA与TD?LTE帧结构分析

TD?SCDMA与TD?LTE系统虽然都属于TDD式系统，但两者的帧结构设计原理不同。图1为TD?SCDMA帧结构图。TD?SCDMA的帧长为10 ms，分成两个5 ms的结构完全相同的子帧。每一个子帧包含7个常规时隙（TS0～TS6，TS0总是分配给下行信道，TS1总是分配给上行信道，其余的5个时隙被转换点2分给上行和下行时隙）和3个特殊时隙（下行导频时隙DwPTS、保护时隙GP和上行导频时隙UpPTS），DwPTS，GP和UpPTS时长固定，且不能用于传输数据。现网的TD?SCDMA系统的子帧比为2 UL[∶]4 DL，即TS1、TS2用于上行，TS3～TS6用于下行。

TD?LTE的帧结构长10 ms，包含2个5 ms的半帧，每个半帧又包括5个1 ms的子帧。TD?LTE的两个半帧的子帧配比可以相同也可以不同，3GPP建议的上、下行子帧配比如表1所示。其中前半帧的第二个子帧必须配置为特殊子帧（下行导频时隙DpPTS、保护时隙GP和上行导频时隙UpPTS），DwPTS，GP和UpPTS时长不固定，以适应覆盖、容量、邻频共存等不同场景的需要，且DwPTS可用于传输数据，提高信道资源的利用率。

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图1 TD?SCDMA帧结构

2 ； TD?SCDMA与TD?LTE系统间干扰场景分析

由帧结构分析可知，两个系统的时隙宽度不同，当时隙配比不兼容时，TD?LTE系统会与已经存在的TD?SCDMA系统产生时隙碰撞引入互干扰，如图2所示，干扰场景包括终端之间、终端与基站之间以及基站之间的互干扰三种。其中又由于基站发射功率大，天线挂高比较高，基站之间的互干扰对于系统的影响比较大。当两个系统采用共站部署时，则干扰更为严重。

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图2 TD?SCDMA与TD?LTE干扰场景分析

3 ； 兼容子帧配比方案对比分析

TD?LTE系统为了实现与现网的TD?SCDMA系统子帧配比兼容，需要配置合适的子帧比和特殊子帧比。由于现网TD?SCDMA系统的子帧配比为2 UL[∶]4 DL， TD?LTE只能采用表1中子帧配比模式2（1 UL[∶]3 DL），其他配比模式无法与现网的TD?SCDMA系统子帧配比对齐。

采用常规CP时，特殊子帧（子帧1和子帧6）共包含14个OFDM符号；采用扩展CP时，特殊子帧（子帧1和子帧6）共包含12个OFDM符号。关于特殊子帧配比，3GPP目前有SSP5和SSP6两种方案。下面就这两种特殊子帧配比方案做对比分析。

3.1 ； SSP5

在TD?SCDMA的子帧配比为2 UL[∶]4 DL，TD?LTE的子帧配比为1 UL[∶]3 DL的情况下，为了保证TD?LTE与TD?SCDMA上行到下行的转换点对齐，TD?SCDMA的帧头需要延后700 μs，如图3所示。此时TD?SCDMA的GP距离TD?SCDMA的帧头为675（TS0）+75（DwPTS）=750 μs，固定时长为75 μs，TD?SCDMA的GP距离TD?LTE的帧头的时间范围为1 450～1 525 μs。3GPP建议的特殊子帧配置方案SSP5（采用常规CP）中，DwPTS，GP和UpPTS占据的OFDM符号比为3[∶]9[∶]2，此时，TD?LTE的GP距离TD?LTE的帧头为1 000 μs+（[314]）[×]1 000 μs=1 214 μs，时长为（[914]）[×]1 000 μs=623 μs，即TD?LTE的GP距离TD?LTE的帧头的时间范围为1 214～1 837 μs。可以看出TD?SCDMA的GP时隙的时间延续范围在TD?LTE的GP时间范围内。因此SSP5的特殊子帧配置方案可以保证TD?LTE与TD?SCDMA的时隙对齐兼容。

（1） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子帧配置条件下，由于DwPTS仅仅只有3个OFDM符号，不利于传输下行数据，该配置条件下的特殊子帧的下行利用率较低。

（2） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子帧配置条件下，TD?LTE系统单小区下行峰值吞吐量理论计算值约为85 Mb/s。此时系统带宽为20 MHz，采用64QAM调制方式，下行采用2[×]2天线，上行采用1[×]2天线。

（3） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子帧配置条件下，TD?SCDMA可以规避的时隙干扰距离为75[×]10-6[×][C=]22.5 km。TD?LTE可以规避的时隙干扰距离为623[×]10-6[×][C=]186.9 km。

3.2 ； SSP6

在TD?SCDMA的子帧配比位2 UL[∶]4 DL，TD?LTE的子帧配比为1 UL[∶]3 DL的情况下，为了保证TD?LTE与TD?SCDMA上行到下行的转换点对齐，TD?SCDMA的帧头需要延后700 μs，如图4所示。此时TD?SCDMA的GP距离TD?LTE的帧头的时间范围为[1 450，1 525] μs，时长为75 μs。3GPP建议的特殊子帧配置方案SSP6（采用常规CP）中，DwPTS，GP和UpPTS占据的OFDM符号比为9[∶]3[∶]2，此时，TD?LTE的GP距离TD?LTE的帧头1 000 μs+（[914]） [×]1 000 μs=1 623 μs，时长为（[314]）[×]1 000 μs=214 μs，即TD?LTE的GP距离TD?LTE的帧头的时间范围为[1 623，1 837] ； μs。可以看出TD?SCDMA的GP时隙的时间延续范围不在TD?LTE的GP时间范围内。此时TD?SCDMA与TD?LTE时隙不同步，一个处于上行接收，一个处于下行发射。考虑在TD?SCDMA系统中引入UpPCH shifting机制，如图4所示。

将TD?SCDMA系统中的UpPTS时隙承载的UpPCH信道调整至TS1，释放出UpPTS时隙作为GP时隙的延长部分，则TD?SCDMA的GP距离TD?LTE的帧头的时间范围为[1 450，1 650] μs，时长为75+125=200 μs（UpPTS作为GP延长部分）。可以看出调整后的TD?SCDMA的GP结束时刻落在TD?LTE系统的GP时间范围内。同时，为了保证RRU在传输结束TD?LTE无线帧中的DwPTS子帧后能及时地调整为接收状态以满足TD?SCDMA TS1的要求，适当对TD?LTE无线帧中的DwPTS特殊子帧进行截短，一般截短最后20 μs的发射时间，以获得较为充分的上下行转换时延。

（1） 在SSP6的9[∶]3[∶]2的特殊子帧配置条件下，DwPTS占据9个OFDM符号（实际时长为623-20=603 μs），可以用来传输下行数据，该配置条件下的特殊子帧的下行利用率较高。

（2） 在SSP6的9[∶]3[∶]2的特殊子帧配置条件下，TD?LTE系统单小区下行峰值吞吐量理论计算值约为86.7 Mb/s。此时系统带宽为20 MHz，采用64QAM调制方式，下行采用2[×]2天线，上行采用1[×]2天线。

（3）在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子帧配置条件下，TD?SCDMA可以规避的时隙干扰距离为200[×10-6×C=]60 km。TD?LTE可以规避的时隙干扰距离为（214+20）[×]10-6[×][C]=70.2 km。

SSP5和SSP6配置方案的对比分析总表如表2所示。可以看出SSP6比SSP5多出约6个OFDM符号用来传输下行数据，提高了资源利用率；同时TD?LTE系统单小区下行峰值吞吐量提升了20%左右，TD?SCDMA可以规避的时隙干扰距离增加了37.5 km。虽然SSP5比SSP6的TD?SCDMA可以规避的时隙干扰距离长，但是根据现网的建设经验，TDD网络中基本上不会存在传播超过100 km的时隙干扰，SSP6中TD?SCDMA可以规避的时隙干扰距离已足够。

表2 SSP5与SSP6特殊子帧配比方案对比

[特殊子

帧配置

方案＼&；TD?LTE的DwPTS

长度＼&；TD?LTE系统

单小区下行峰

值吞吐量/（Mb/s）＼&；TD?SCDMA可

以规避的时隙

干扰距离 /km＼&；TD?LTE可以

规避的时隙

干扰距离 /km＼&；SSP5＼&；3个OFDM＼&；85＼&；22.5＼&；186.9＼&；SSP6＼&；9个OFDM＼&；86.7＼&；60＼&；70.2＼&；]

4 ； 结 ； 语

TD?LTE和TD?SCDMA作为TDD制式的两种系统，灵活的上下行子帧配比方式为组网带来了多种选择。但是考虑到共宽频功放组网环境下射频模块同发射同接收的要求，需要TD?LTE和TD?SCDMA系统的子帧配比兼容。本文从下行资源利用情况、单小区下行峰值吞吐量、基站可规避干扰距离等方面将特殊子帧配比方案SSP5与SSP6做了对比分析，指出SSP6能够更好地利用系统的下行资源，有利于提升系统容量。

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