TD—LTE链路预算研究

时间:2022-10-06 05:57:47

TD—LTE链路预算研究

作者简介:焦昆(1973-),男,山西忻州人,工学学士,中国移动通信集团内蒙古有限公司包头分公司移动通信工程师,研究方向:无线移动通信技术。

摘要:着重对TD-LTE系统无线网络规划中链路预算和传播模型等进行研究,并结合链路预算结果对TD-LTE网络覆盖特性进行分析,为TD-LTE系统的网络规划提供重要依据。

关键词:TD-LTE;无线网规划;链路预算;覆盖

中图分类号:F49文献标识码:A文章编号:16723198(2013)16016102

1前言

随着移动互联网业快速地发展,移动视频和高带宽数据业务呈现出爆炸式增长,市场对移动通信网络提出了更高的要求。TD-LTE即Time Division Long Term Evolution(分时长期演进)作为LTE技术的一个重要组成部分,是融合移动通信与互联网特点而开展的创新业务,主要满足市区的中高速率数据服务。要部署建设TD-LTE网络,前期良好的网络规划是必不可少。无线网络规划设计的成败关系着整个TD-LTE网络建设的成败。而覆盖范围的分析预测是网络规划的核心,而链路预算是覆盖范围预测的基础,链路预算的准确性关系到TD-LTE网络的覆盖性能和建设成本。

本文主要针对TD-LTE系统无线网络规划中的链路预算、传播模型等进行研究,并结合链路预算结果对TD-LTE覆盖特性进行分析,为TD-LTE系统的网络规划提供重要依据。

2TD-LTD链路预算

链路预算是用来分析无线通信网络收发信机之间无线链路的各种增益和衰耗情况,其目的是计算出最大允许路径损耗,并根据一定的传播模型,得出给定区域小区的最大覆盖范围,从而决定给定区域所需规划小区的数量。链路预算是评估无线通信网络覆盖能力的主要手段,是无线网络规划中的一项重要工作,链路预算对网络规划的预算和后期仿真结果都有非常重要的意义。

2.1链路预算的基本原理

通过对系统中前反向信号传播途径中各种影响因素进行考察,对系统的覆盖能力进行估计,获得保持一定通信质量下链路所允许的最大传播损耗。小区覆盖范围的大小,决定于电波传播的路径损耗情况,每种环境下都存在一个最大允许路径损耗。

2.2TD-LTE链路预算方法

在满足业务质量要求的前提下,链路预算通过计算信号在空间传播中所允许的最大路径损耗,并根据合适的传播模型得出给定区域小区的覆盖范围。在TD-LTE网络中,链路预算分为上行和下行链路预算,二者在计算的原理上是相同。最大允许路径损耗PLmax(dB)可以表示为:

PLmax=PTx+GTx+GRx-Lf-Mf-MI-Lp-Lb-SRx

其中,PTx为发射机最大发射功率,GRx为接收机天线增益,GTx为发射机天线增益,Mf为阴影衰落和快衰落余量,Lf为馈线损耗,Lp为建筑物穿透损耗,Lb为人体损耗,MI为干扰余量。SRx为接收机灵敏度,是指接收机输入端为保证以一定误块率正确解调信号所必须达到的最小信号功率,因此SRx=底噪+解调门限。

对于下行链路预算,发射机为基站,接收机为终端;对于上行链路预算,发射机为终端,接收机为基站。

2.3链路预算参数取值

TD-LTE上下行配比:TDD-LTE系统的上下行配比有7种不同的配比方式,这里取2∶2。

TD-LTE特殊子帧配置:特殊子帧由UpPTS,DwPTS和GP三部分组成,在这里TD-LTE系统考虑正常CP的特殊子帧配置7即10∶2∶2的常规配置。

系统带宽:在TD-LTE系统中可选:1.4M/3M/5M/10M/15M/20M带宽,不同的带宽所对应的RB数不同,在这里系统带宽取20M。

人体损耗:由于使用数据业务不考虑人体损耗,取0dB。

UE天线增益:UE天线增益取值为0dBi。

基站接收天线增益:基站使用8天线,发射增益为15-17dBi。

热噪声密度:取值为-117dBm/Hz。

馈缆损耗:包括机柜到天线之间,所有馈线、接头及连接器的损耗,由于使用BBU+RRU设备,损耗在0.5~1dB之间。

穿透损耗:移动用户通信时由于建筑物结构(穿透建筑墙体、车身、船身等)而引起的射频信号衰减。其结果包含了信号绕射和信号穿透的影响,和所处的场景关系较大,通常穿透损耗在15~20dB。

室内阴影衰落标准差的计算:假设室外的无线信号路径损耗标准差为YdB,而无线信号穿透损耗标准差XdB,则相应的室内用户无线信号路径损耗估计标准差=sqrt(Y2+X2),取6-12·dB。

边缘覆盖概率:当UE达到最大的发射功率时,还是无法克服路径损耗,达不到接收机所允许最小接收电平的要求时,这一无线链路就会中断、导致UE接入失败。小区边缘的UE,如果设计UE的发射功率在到达基站接收机时,刚好和接收机的最小接收电平相等,则实际测量到的电平值将会以这个最小接收电平为中心服从正态分布,取值为0.9。

阴影衰落余量:阴影衰落余量(dB)=NORMSINV(边缘覆盖概率要求)×阴影衰落标准差(dB);由于阴影衰落而导致路径损耗上下波动,信号强度也随时间的变化服从对数正态分布,为了保证一定的边缘覆盖率(>85%),克服阴影衰落对信号的影响,而为链路预算预留余量。在密集市区的环环境下,8dB的阴影衰落标准差,85%的边缘覆盖概率和95%的区域覆盖率相对应的阴影余量为8.3dB。

UE最大发射功率:3GPP规范规定,UE的最大额定总发射功率为23dBm。

基站噪声系数:常用NF表示,即放大器输入的信噪比与放大器输出信噪比相比,是对放大器噪声性能优良的评价,在这里取值为4.5dB。

上行干扰余量:典型地,当网络的负载增大时,上行干扰余量随着负载增加而增加。

下行干扰余量:与网络拓扑/覆盖半径/发射功率/邻区负载等因素相关。

基站发射功率:在链路预算中指单天线基站总的发射功率,下行eNodeB功率分配在所有带宽上,在系统带宽为20MHz情况下取46dBm。

3TD-LTE传播模型

选择哪种传播模型,在进行链路预算时是至关重要的,如果选择合适的传播模型,可通过所得到的最大允许路径损耗,准确地得出TD-LTE网络的覆盖范围。我们以Cost·231-·Hata路损模型对LTE系统进行分析,其计算公式为:

Pathloss(dB)= 46.3 + 33.9*log( f )-13.82*log(Hb)-a (Hm) + (44.9-6.55*log(Hb))*log(d) + Cm

其中,f为载频(单位MHz),Hb为基站高度(单位m),Hm为UE高度,d为UE与eNB之间的距离(单位km),Cm为城市修正因子(大城市中心:3、城市:0、郊区:-1228、农村:-22.52)。

当地理类型为urban时,a(Hm)=(1.1log(f)-0.7)Hm-(1.56 log( f )-0.8), Cm=0dB

当取频段2600MHz,基站高度35m,终端高度1.5m,对于市区室外,路损公式计算得:

Pathloss(dB)=140.729+34.78618lg(km)+Cm

4TD-LTE链路预算结果

综合考虑各种业务的需求及TD-LTE自身的能力,在空载时、10个用户同时接入,小区边缘用户可达到下行1Mbps和上行250Kbps的业务需求,基于这一业务需求的前提下,TD-LTE链路预算的分析结果如下。

4.1控制信道和业务信道链路预算结果

基于当前给定的的覆盖目标(在空载时,10个用户同时接入、小区边缘的单用户下行吞吐量要大于1Mbps),得出系统所允许的最大路径损耗(不含穿透损耗)为145.6dB,而250kbps的上行业务信道速率也能与之相对应,其他控制信道的覆盖能力都大于上述值,因此,可按照下行业务信道达到1Mbps的要求直接进行站点规划。

4.2满足边缘速率要求的链路预算结果

我们采用COST231-Hata模型(使用D频段26GHz),通过计算得到TD-LTE网络和TD-SCDMA网络密集市区和一般市区的小区覆盖半径:

TD-LTE覆盖半径(空载、10RB、1Mbps):密集市区330米、一般市区430米TD-SCDMA CS64覆盖半径:密集市区350米、一般市区450米通过以上对比可知,当前TD-SCDMA网络CS64业务的覆盖能力要略好于TD-LTE网络要求的覆盖能力,因此在TD-LTE网络要达到空载时、10个用户同时接入、小区边缘的单用户下行吞吐量要大于1Mbps的覆盖目标,只需在TD-SCDMA现网站点的基础上增加少量站点即可。

4.3站址规划建议

综上所述,对于CS64业务覆盖良好的TD-SCDMA网络区域,TD-LTE网络的覆盖范围基本可以连续覆盖TD-SCDMA网络的基站范围。对于TD-LTE系统布网时,可以在现有TD-SCDMA站址的基础上直接叠加TD-LTE站点,共站址节约成本,TD-LTE网络建成后可满足空载、10个用户同时接入时小区边缘单个用户下行吞吐量要大于1Mbps的覆盖目标,但考虑到TD-LTE网络商用后应对竞争,同时满足用户需求的提升,因此在条件具备的区域,建议在TD-SCDMA现网的基础上适当的增加一些站点,以缩小TD-LTE网络的站间距,从而提高边缘上下行用户的速率,TD-LTE网络具体站间距建议为密集市区的理想站间距:300~400米,一般市区的理想站间距:400~500米,县城理想站间距:600~700米,理想站高:30~40米。

站高、倾角的设置应与周边基站的站间距相匹配。当基站实际高度比理想高度超过42%时,该站覆盖不易控制,对周边区域带来了大干扰,应避免该类站点入网。当覆盖区域站间距达到350米左右时,区域内的平均站高宜控制在25米左右;当覆盖区域站间距达到450米左右时,区域内的平均站高宜控制在30米左右;当覆盖区域站间距为600米左右时,区域内的平均站高宜控制在35米以下。

5结束语

本文基于目前已有的研究成果及掌握的基础数据对TD-LTE的覆盖特性进行分析,并结合链路预算得到了初步的基站覆盖半径,但由于TD-LTE技术仍处于不断发展的进程中,链路预算的很多参数取值还需结合后续仿真及试验结果进行修正。

参考文献

[1]赵旭淞,张炎炎.TD-LTE覆盖性能分析[R].中国移动通信集团设计院2009年科研专业项目成果报告,2009.

[2]李新.TD-LTE无线网络覆盖特性浅析[J].电信科学,2009.

上一篇:论电子商务在房地产行业的发展前景 下一篇:建筑工程施工质量控制对策分析