TD-LTE规划仿真方法及实例

[摘要]文章首先阐述了TD-LTE规划仿真流程，说明LTE规划仿真与CDMA的区别与联系；其次阐述TD-LTE关键技术在规划仿真中的实现方法，包括三方面内容：邻区干扰消除、MIMO技术以及业务调度(这也是与CDMA规划仿真的主要区别)；最后基于厦门LTE规划区域，采用三个规划工具分别进行仿真，对比并分析仿真结果。

[关键词]TD-LTE；规划仿真；多天线技术；业务调度

1、TD-LTE规划仿真流程

与TD-SCDMA相比，TD-LTE在实现技术上有很大改进，体现在如邻区干扰消除、MIMIO技术和业务调度的引入方面。在TD-SCDMA系统中，邻区干扰消除采用多小区联合检测和智能天线技术，没有引入MIMO技术，业务调度不是其主要特点；在TD-LTE系统中，邻区干扰消除采用邻区间资源协调的方法实现，引入MIMO技术，业务调度是TD-LTE的关键技术。但就规划仿真而言，从总体流程看，并没有太大区别，TD-LTE的特有技术将被引入到相关规划仿真模块中去。特别是蒙特卡罗模块中的MIMO技术和业务调度功能，体现出TD-LTE的技术特点。

通过图1可以看出，TD-LTE的特有技术将在具体模块中体现。小区边界用户频率规划用于消除邻区干扰，即将小区内的频率资源分配为3个子区间，使得小区边界的频率实现异频组网。

2、TD-LTE规划仿真的邻区干扰消除

同频组网可以提升频率效率，提高小区吞吐量，但需要解决邻区间同频干扰问题。在TD-LTE系统中，可通过邻区间资源协调实现。规划仿真邻区干扰协调的实现原理如图2所示。

(1)规划仿真的邻区干扰消除可通过三种资源划分实现：

小区内部和边界的区域划分；

小区内部和边界频率资源划分；

小区内部和边界的功率资源划分。

其主要思想是保证小区间边界用户异频，且边界用户占更多下行功率，这样会降低小区边界用户的干扰，同时提升边界用户速率。

(2)邻区干扰消除模块需要输入参数及建议值如下：

路损门限：建议值为6dB，路损门限用于划分小区边界。本小区和邻区路损差异在门限范围内的区域，定义为边界区域。在理想蜂窝情况下，40％的面积为小区边界，60％的面积为小区内部。如果提升路损门限。小区边界面积会相应提升；如果是在非理想蜂窝情况下，为保证40％的面积为小区边界，也需要提升该值。

小区边界频率资源/小区内部频率资源：建议值为0.5，含义为边界/内部区域占用频率资源的比例。

小区边界RE功率/小区内部RE功率：建议值为2dB或者3dB，含义为边界/内部功率比例。

3、TD-LTE规划仿真的MIMO技术

(1)在LTE系统中，多天线的传输方式有8种：

传输模式1：单码字天线端口传输，端口O；

传输模式2：单码字发射分集；

传输模式3：双码字开环空分复用(大时延CDD)或发射分集；

传输模式4：双码字闭环空分复用；

传输模式5：MU-MIMO；

传输模式6：RANK＝1闭环空分复用；

传输模式7：单流波束赋形；

传输模式8：双流波束赋形。

(2)根据前期的研究，LTE规划仿真可以将多天线增益分两步实现：

建立单端口方式下(传输模式1)SNR与MCS的对应关系；

分别建立多天线传输模式(传输模式2，传输模式4，传输模式6)，相对于SNR与MCS对应的容量/SNR增益。

传输模式7(单流波束赋形)的实现方法与TD-SCDMA的规划仿真类似，利用天线文件中的方向图实现波束赋形增益。

目前传输模式8――流波束赋形的实现方法还没确定。

(3)以下为中兴CNP多天线增益的实现方式示例：

第一步：单端口方式(传输模式1)与MCS承载等级表(见图3)；

第二步：多天线传输方式与容量/SNR增益对应关系表(见图4)。

通过图3、4可以看出，多天线增益表需要考虑多种传输模式，其中应该包括：传输模式2(SFBC)、传输模式4(双流MIMO)以及传输模式6(单流MIMO)，并考虑在各种端口情况下，多天线传输模式的容量/SNR增益。

4、TD-LTE规划仿真的业务调度

TD-LTE业务放弃电路交换方式，而采用全IP方式。为此，业务调度在TD-LTE系统中非常重要，会影响到业务质量和小区吞吐量。在LTE规划仿真中，业务调度是必不可少的一部分功能；其地位等同于CDMA规划仿真中的功率控制。通常业务调度要考虑以下因素：

用户业务优先级；

用户当前信道的SNR；

用户历史吞吐量信息：

用户是否达到GBR保障速率。

图5为LTE规划仿真业务调度的流程图。从图5看，首先要进行调度预处理。因为第一次调度没有历史信息，需要进行预处理，用于生成正式调度所需的历史流量和SINR。预处理的具体方式是进行N次迭代处理，其结果即可作为正式调度前所需的数据；然后进行上/下行业务调度。

上下行的调度方式相同，调度流程为：优先级排序-)RB资源分配-)记录调度结果->收敛判决。收敛判决是规划仿真的重要组成部分，这直接决定了仿真的准确性和可靠性。收敛准则是由通信系统决定的，LTE系统的规划仿真收敛是指小区上下行平均速率变化在一定范围内，而CDMA系统是指小区功率变化在一定范围内。

5、TD-LTE仿真示例

本次仿真针对厦门LTE实验网区域，采用Atoll、CNP以及ANPOP三个规划工具，并对比分析这三个规划工具的仿真结果。

5.1仿真条件

(1)基站规模

参与仿真的基站共90个、270个小区，规划区面积30平方公里，平均站间距为620米，覆盖半径为413米。仿真区域见图6。

(2)频率规划

同频组网。

(3)时隙配比

时隙配比：2：2。

(4)CFI配置

CPI表示PDCCH在单RB内占用的OFDMA符号数，可以配置为0、1、2、3。目前配置为2，即占用2个OFDMA符号。

(5)小区下行总功率

单天线功率：5w。

小区下行总功率：40w。

(6)干扰协调配置

功率配置：0.5，含义：小区内部单RE功率/小区边界单RE功率比。

路损差异：6dB，含义：用于基于RSRP功率差，判断小区边界区域或内部区域。

频率配置：1/3，含义：小区边界区域占用频率资源与总频率资源比例。

(7)CP模式

Normal CP。

(8)特殊子帧配比

特殊子帧配比：10：2：2。

(9)业务模型

单小区5个FTP用户，每个用户采用Full Buffer方式，即始终在传送数据。

(10)多天线技术

采用SFBC＋MIMO自适应方式。

(11)调度算法

正比公平。

5.2仿真结果及分析

(1)RSRP

RSRP仿真结果如图7、表1所示：

(2)满载条件下RS-SINR

满载条件下RS-SINRT仿真结果如图8、表2表示：

(3)空载条件下RS-SINR

空载条件下RS-STNR仿真结果如图9、表3所示：

(4)小区下行平均速率

小区下行平均速率仿真结果如图10、表4所示：

(5)蒙特卡罗仿真结果(见表5)

蒙特卡罗仿真结果并不理想，这主要是因为本次仿真输入参数取值，特别是MCS承载参数和多天线增益参数还有待进一步研究，另外，方向角/下倾角还没有进行细致地优化。

CNP结果分析

CNP接入成功率为100％，因为有两点：

本次仿真是基于最佳服务小区分布用户，不存在覆盖差而导致接入失败。

CNP采用正比公平的调度方法，SNR差的用户随着长时间不被调度，优先级会逐步提升，参与调度。即在业务优先级相同的条件下，不会出现因为调度机制的问题导致用户无法接入。我们认为这样的结果是正确的。

Atoll结果分析

Atoll在下行中没有考虑特殊子帧下行可以传输数据的功能，导致下行平均传输速率偏低，根据目前10：2：2的特殊子帧配比方式，下行传输的数据流量应该是：8.36/0.75＝11.15Mbps。

业务模型会影响Atoll的仿真结果。如果将单个用户模型的速率降低，同时将用户数提升；可以明显提升接入成功率和小区上/下行平均速率；初步判断与Atoll内部的调度机制有关。

表6为用户上/下行速率最高位2Mbps，最低为1Mbps，单小区10个用户的蒙特卡洛仿真结果：考虑10：2：2的特殊子帧配比方式，下行实际吞吐量为10.45Mbps。可见业务模型的设定对Atoll的接入成功率、小区下/下行平均速率均有较大的影响。

ANPOP结果分析

ANPOP仿真结果中接入成功率较低的原因既包含公共信道覆盖失败，也包含RB资源分配不足导致。若除去因公共信道覆盖失败导致的接入失败，接入成功率为80.9％。