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TD-LTE 链路预算探讨

2015-3-10 14:34| 发布者: dzly| 查看: 593| 评论: 0|原作者: 罗新军 刘丰

摘要: 通过对TD-LTE 覆盖范围的影响因素进行理论分析,采用TD-LTE 链路预算模型对TD-LTE 上下行业务信道和控制信道进 行链路预算分析,选取合适的传播模型对小区覆盖范围进行评估。
  一、概述
  TD-LTE 系统在物理层、空口协议、网络架构等方面采用了诸多关键技术用以提升网络性能;OFDM 及MINO 技术,链路自适应技术,支持多种灵活带宽配置,IP 化、扁平化的系统网络架构,灵活的上下行时隙配比及特殊子帧配置等。
  本文分析了TD-LTE 技术特征对其网络覆盖的影响,综合考虑TD-LTE 网络覆盖、容量与干扰的关系,采用更加科学的TD-LTE 链路预算方法。
  二、TD-LTE 覆盖距离影响因素分析
  在TD-LTE 系统中影响系统覆盖性能的关键参数主要包括工作频段、天线类型、发射功率、频率复用、RB 配置、CP 配置、GP 配置等。
  TD-LTE 的工作频段较之2G、3G 频段高、空间传输衰减大,穿透能力差,影响其覆盖距离。
  TD-LTE 基于多天线MINO 技术,采用SFBC 发射分集及波束赋形可带来下行分集增益;接收分集提升上行链路接收增益。
  在同等条件下,因下行发射功率是在整个系统带宽所有RB 上均匀分配的, RB 配置的增加,对覆盖影响不大;若UE 已工作在最大发射功率下,RB 配置增大会引起上行底噪抬升,基站上行覆盖性能下降。
  频率复用系数越大,小区间干扰越小,覆盖半径增加,有助于改善覆盖性能。频率复用系数为3,即异频组网,影响覆盖性能的主要是系统功率;频率复用系数为1,即同频组网,影响覆盖性能的主要是C/I,干扰受限。
  OFDM 技术能有效对抗多径衰落及窄带干扰,但无法克服ICI 及ISI;在每个OFDM 符号之前引入CP,只要各径的多径时延与定时误差之和不超过CP 长度,就能消除多径带来的ISI 和ICI。正常CP 和扩展CP 分别可以在1.4km 和5km 的时延扩展范围内提供抗多径保护能力。
  GP 主要由传输时延和设备收发转换时延构成,一般设备收发转换时延是固定的,GP 的设定值代表了系统可容忍的传输延时,决定了eNB 到最远UE 的距离,GP 越大,覆盖距离越大。
  三、TD-LTE 链路预算模型
  建立TD-LTE 链路预算模型如公式(1)所示。
  最大允许路径损耗=ERIP- 余量- 穿透损耗- 人体损耗- 接收机灵敏度 (1)其中:ERIP= 设备最大发射功率- 线缆损耗+ 天线增益;余量= 阴影衰落余量+ 干扰余量;穿透损耗= 墙体损耗;天线增益包括发射天线增益、接收天线增益及其他增益。
  四、TD-LTE 链路预算
  由TD-LTE 覆盖范围影响因素分析可知,对TD-LTE 的链路预算需要确定相关区域的覆盖、容量、干扰需求及由此配置的相关关键参数。
  4.1 链路预算关键参数
  TD-LTE 的链路预算关键参数主要包括:所要承载业务的边缘速率、宽带参数、天线数量及发射模式、收发信机参数、其他损耗等。
  根据实际工程应用,对这些链路预算关键参数进行取定,进行链路预算分析。通常系统总带宽20MHz、RB 总数100个、常规CP 配置;基站采用2 天线收发(分集增益、赋形增益);
  目标SINR 的取定限于满足一定边缘速率的用户需要。
  4.2 上行链路预算
  TD-LTE 上行链路预算包括业务信道和控制信道的链路预算。
  4.2.1 上行业务信道链路预算
  对与上行链路预算相关关键参数进一步取定,通常UE的发射功率23dBm,人体损耗2dB,天线增益0dB,上行塔放增益3dB,插损和馈线损耗3dB,接收机噪声系数2dB,接收端多天线增益3dB, 控制信道开销1dB, 穿透损耗22dB,干扰余量4.5dB,阴影衰落余量7dB。
  接收机底噪声功率= 热噪声密度KT+ 带宽B+ 接收机噪声系数 (2)带宽B =10lg(RB×180000);接收机灵敏度= 接收机底噪声功率+ SINR-( 上行接收天线增益+ 多天线增益+ 上行塔放增益- 馈线损耗)(3)根据公式(2)、(3)、(1)计算上行业务信道的链路预算(室内)值。当用户上行速率1Mbps, RB 配置48个,SINR 为-4.4dB 时,值为115.43;当上行速率500kbps,用户RB 配置48个,SINR 为-6.3dB 时,值为117.33;当上行速率250kbps,用户RB 配置24个,SINR 为-6.2dB 时,值为120.24;当上行速率64kbps,用户RB 配置6 个,SINR 为
  -5.5dB 时,值为125.56。由此可知,上行链路预算接收机底噪声功率与业务本身的RB 配置有关。
  4.2.2 上行控制信道链路预算
  上行控制信道主要是指PUCCH 信道,其RB 配置为1,相关参数获取与业务信道基本同,由公式(2)、(3)、(1)可计算上行控制信道的链路预算值。在Format2 格式下,SINR 为-3.51dB, 值为131.35; 在Format2a 格式下,SINR 为-5.21dB, 值为133.05; 在Format2b 格式下,SINR为-2.21dB,值为130.05。
  4.3 下行链路预算
  TD-LTE 下行链路预算包括业务信道和控制信道的链路预算。
  4.3.1 下行业务信道链路预算
  对与下行链路预算相关关键参数进一步取定,基站发射功率46dBm,发射天线增益18dBi,线缆损耗2dB,UE 噪声系数7dB,控制信道开销1dB,穿透损耗22dB,干扰余量4.5dB,阴影衰落余量7dB;根据公式(2)、(3)、(1)可得下行业务信道的链路预算值。当用户下行速率2Mbps,RB 配置48个,SINR 为-4.75dB 时,值为117.09;当下行速率1Mbps,RB 配置48个,SINR 为-4.4dB 时, 值为126.24; 当下行速率250kbps,RB 配置24个,SINR 为--6.2dB 时,值为128.04;当用户下行速率64kbps,RB 配置6 个,SINR 为-5.5dB 时,值为127.34。由此可知,下行链路业务信道的发射功率与RB 配置有关。
  4.3.2 下行控制信道链路预算
  下行控制信道包括PBCH,PDCCH,PCFICH,PHICH 等,其中PDCCH 最大链路损耗= EIRP- 接收机灵敏度-(干扰余量+ 穿墙损耗+ 阴影衰落余量);通常PDCCH 的RB 配置84CCE,SINR 为4.0dB,计算可得到PDCCH 最大链路损耗为118.84。
  4.4 TD-LTE 覆盖距离预算
  根据TD-LTE 不同速率下的下行业务信道最大允许链路损耗值,按现场TD-LTE 工作频段2.6GHz、基站天线挂高35米、UE 有效高度1.5 米,边缘覆盖概率78%,室内建
  筑物穿透损耗22dB,室外车体损耗8dB 的取定,通过Cost-231.HaTa 传播模型可以计算出小区的覆盖半径,室内最大覆盖距离380米,室外最大允许覆盖距离780米。
  五、结语
  TD-LTE 网络特点决定了TD-LTE 的链路预算更加复杂,本文通过对影响TD-LTE 的覆盖距离的多种因素进行分析,根据无线网络环境、RB 配置及各种参数的综合取定,对TD-LTE 无线网络链路预算及覆盖距离预算进行路演和考证,明晰了TD-LTE 网络链路预算需综合考量网络覆盖、网络容量、网络性能及建网成本等因素,以期对TD-LTE 无线网络规划提供参考。
  参 考 文 献
  [1] 戴源, 朱晨鸣.TD-LTE 无线网络规划与设计[M]. 北京:人民邮电出版社,2012
  [2] 韩斌.LTE 链路预算研究[J]. 数据通信,2011:39-42
  [3] 王映民, 孙邵辉. TD-LTE 技术原理与系统设计[M]. 北京:人民邮电出版社,2010
    

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