董江波，李 楠，高 鵬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析LTE系統(tǒng)覆蓋與容量規(guī)劃

董江波，李 楠，高 鵬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京 100080）

本文根據(jù)LTE關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)闡述了LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的評(píng)估方法，從LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度分析了影響LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的各種因素，并且分析了在進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量規(guī)劃時(shí)需要特別注意的問(wèn)題。

OFDM；MIMO；自適應(yīng)調(diào)制編碼

1 前言

從2004年年底開(kāi)始，LTE經(jīng)歷了長(zhǎng)足發(fā)展的階段，其中備受我國(guó)關(guān)注的TD-LTE也發(fā)展迅速。2007年11月7日，3GPP RAN1會(huì)議通過(guò)了中國(guó)移動(dòng)與27家公司聯(lián)合署名的LTE TDD融合的幀結(jié)構(gòu)建議，該方案基于我國(guó)TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)，為TD-SCDMA進(jìn)入LTE乃至4G標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)啟了大門。至此，TD-LTE與LTE FDD進(jìn)入了幾乎同步發(fā)展的時(shí)期，多位業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)二者之間的差距僅僅為4～6個(gè)月[1，2]，國(guó)內(nèi)外很多公司已經(jīng)或即將進(jìn)行試驗(yàn)與測(cè)試，根據(jù)產(chǎn)業(yè)界公布的時(shí)間表，LTE估計(jì)會(huì)在2010年左右開(kāi)始部分商用或預(yù)商用[3]。在我國(guó)，無(wú)論是制造商還是運(yùn)營(yíng)商對(duì)LTE研發(fā)的積極性都非常高，投入了非常大的力量，可以預(yù)見(jiàn)LTE產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展時(shí)期即將到來(lái)。

但是一個(gè)新興的技術(shù)從標(biāo)準(zhǔn)成熟到產(chǎn)品商用和網(wǎng)絡(luò)成熟往往需要經(jīng)歷一段相互交錯(cuò)的曲折時(shí)期?？v觀TD-SCDMA的發(fā)展歷程，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃理論及方法的深入研究對(duì)于推動(dòng)其標(biāo)準(zhǔn)成熟、網(wǎng)絡(luò)成熟和實(shí)際運(yùn)營(yíng)都起到了至關(guān)重要的作用。因此，隨著LTE設(shè)備的發(fā)展，進(jìn)行LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相關(guān)問(wèn)題的探討十分必要。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量的規(guī)劃，LTE的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用是決定網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量特點(diǎn)的根本要素，因此本文將從LTE關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)出發(fā)，分析LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量評(píng)估方法，從系統(tǒng)物理層結(jié)構(gòu)等角度深入剖析影響LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的因素，最后給出進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量規(guī)劃的建議，為L(zhǎng)TE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供技術(shù)指導(dǎo)。

2 LTE系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

相對(duì)于3G系統(tǒng)，LTE系統(tǒng)可謂是移動(dòng)通信發(fā)展歷史上又一個(gè)顛覆性的變革。作為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，它面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)不僅包括“在惡劣的無(wú)線傳輸環(huán)境中，如何設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)完成大容量、高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸”，而且也包括“在頻率資源受限情況下，如何在廣闊地域，為大量用戶提供無(wú)縫服務(wù)”。為了實(shí)現(xiàn)上述需求，LTE系統(tǒng)采用了OFDM以及MIMO等提高系統(tǒng)頻譜效率的物理層技術(shù)。下面分別介紹其實(shí)現(xiàn)原理，并分析在這些關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用中影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵參數(shù)。

2.1 OFDM技術(shù)

從移動(dòng)無(wú)線環(huán)境信號(hào)傳播理論可知，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)將會(huì)受到由于多徑傳播導(dǎo)致的時(shí)延擴(kuò)展而引起的頻率選擇性衰落以及由于信道時(shí)變帶來(lái)的頻率擴(kuò)展而引起的衰落等因素的影響，從而降低信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院陀行訹4]。如圖1所示，由于無(wú)線信道多徑時(shí)延的影響，而在頻域響應(yīng)上呈現(xiàn)隨著頻率帶寬時(shí)變的特性，當(dāng)信號(hào)帶寬比較大時(shí)會(huì)受到頻率選擇性衰落的影響；如圖2所示，無(wú)線信道頻域上的擴(kuò)展特性使得長(zhǎng)時(shí)間周期的符號(hào)將經(jīng)歷快衰落的影響。

為了克服多徑時(shí)延帶來(lái)的碼間串?dāng)_，除了通過(guò)接收機(jī)端采用均衡器接收的方法之外，還可以將信號(hào)波形巧妙地設(shè)計(jì)為能抗多徑失真的信號(hào)[4]，此時(shí)可以大大簡(jiǎn)化接收機(jī)。如圖3所示，在相鄰的符號(hào)之間插入連續(xù)的零作為保護(hù)時(shí)間以防止碼間串?dāng)_，遺憾的是沒(méi)有保護(hù)波形的完整性；發(fā)射及使用時(shí)間間隔為最大時(shí)延差T的循環(huán)前綴（cyclic prefix，CP）來(lái)防止碼間串?dāng)_，這種設(shè)計(jì)不僅防止了碼間串?dāng)_，也保證了能夠接收到完整無(wú)缺的信號(hào)波形，如圖4所示。

以上所述解決了相同信號(hào)波形之間碼間串?dāng)_的問(wèn)題，那么如何消除不同信號(hào)波形之間的干擾呢?FDM傳輸方案能夠?qū)⒏咚俅袛?shù)據(jù)傳輸?shù)刃榈退俨⑿袛?shù)據(jù)傳輸，克服了前述頻率性選擇衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽５窃诮o定的帶寬內(nèi)，放置信號(hào)的緊湊程度決定了系統(tǒng)的頻譜效率。為避免不同載頻上信號(hào)之間的干擾，需要通過(guò)設(shè)計(jì)讓兩個(gè)信號(hào)保持正交特性。

當(dāng)不同子載波以最小載頻間隔1/T Hz(T為符號(hào)周期)放置時(shí)，將不存在子載波之間的干擾，即OFDM（正交頻分復(fù)用）系統(tǒng)[4]。重疊的正弦波形成了在適當(dāng)?shù)念l率樣本點(diǎn)不同子載波之間干擾為零的頻譜，如圖5所示。

因此，LTE系統(tǒng)基本信號(hào)的波形設(shè)計(jì)應(yīng)用CP克服了由于多徑時(shí)延所帶來(lái)的碼間串?dāng)_，并保持了波形的完整性；應(yīng)用并行傳輸代替串行傳輸，避免了高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)受到頻率選擇性衰落的影響；應(yīng)用頻率重疊的OFDM傳輸方式，不僅最大化地提高了有限帶寬內(nèi)的傳輸速率，同時(shí)也避免了不同子信道之間的干擾。

但是在OFDM系統(tǒng)中，子載波間隔的大小、CP的長(zhǎng)度都將影響到網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量性能，本文的后續(xù)章節(jié)將繼續(xù)探討系統(tǒng)參數(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的影響。

2.2 MIMO技術(shù)

MIMO能將一個(gè)單數(shù)據(jù)符號(hào)流通過(guò)一定的映射方法（編碼、調(diào)制)生成多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)流，在接收端通過(guò)反變換恢復(fù)出原始的單數(shù)據(jù)符號(hào)流，其中，∏和∏-1表示各種映射方法及反變換，如圖6所示。

其中，αi,j表示第i根發(fā)射天線到第j根接收天線之間的信道衰落因子,它們可以是頻率選擇性信道，也可以是非頻率選擇性信道，但它們都可以寫(xiě)成矩陣的形式。假設(shè)每個(gè)發(fā)射天線到接收天線間的信道都是頻率選擇性信道，且不同發(fā)射天線到接收天線間的各個(gè)對(duì)應(yīng)多徑的平均功率和相對(duì)時(shí)延都是相同的，多徑之間有一定的相關(guān)性。

MIMO的指導(dǎo)思想就是對(duì)多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線形成的空間維進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用，或者利用收發(fā)天線形成的多個(gè)數(shù)據(jù)通道提高信號(hào)的傳輸速率，或者通過(guò)分集發(fā)射和接收來(lái)改善信號(hào)的傳輸質(zhì)量。MIMO系統(tǒng)是一個(gè)廣泛的定義，根據(jù)無(wú)線鏈路的結(jié)構(gòu)可以分成幾種特殊情況，包括接收端采用多天線的單輸入多輸出（SIMO)系統(tǒng)以及發(fā)射端采用多天線的多輸入單輸出（MISO)系統(tǒng)。對(duì)于確定的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是，如何設(shè)計(jì)映射方法∏和∏-1，使無(wú)線鏈路的性能達(dá)到最佳。根據(jù)系統(tǒng)不同的衡量指標(biāo)（比特速率、可靠性等)，MIMO系統(tǒng)采用的映射方法主要有空間分集、空間復(fù)用和波束賦形等，它們分別以不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)完成數(shù)據(jù)符號(hào)流的映射，在LTE系統(tǒng)中對(duì)這幾種多天線方式進(jìn)行了組合應(yīng)用。根據(jù)系統(tǒng)配置的天線個(gè)數(shù)以及無(wú)線環(huán)境特點(diǎn)，可以自適應(yīng)地選擇這幾種MIMO方式中的一種來(lái)進(jìn)行傳輸。為此，3GPP規(guī)范定義了7種不同模式的多天線應(yīng)用方式[5]。為了更加直觀地表明不同模式在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用，現(xiàn)根據(jù)移動(dòng)速率、覆蓋范圍等因素總結(jié)出這7種模式適用的場(chǎng)景，見(jiàn)表1。由此可以看出，在需要滿足覆蓋需求的場(chǎng)景下，根據(jù)基站與終端側(cè)收發(fā)天線數(shù)可以選擇采用mode2、mode6或mode7；為了滿足高速移動(dòng)場(chǎng)景的需求，mode4、mode5與mode6都不能發(fā)揮最好的優(yōu)勢(shì)。

在LTE系統(tǒng)中，不同的映射方法也決定了MIMO技術(shù)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)容量提升的不同。在進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，必須首先確定系統(tǒng)中天線的配置方式，在不同天線配置方式下網(wǎng)絡(luò)的容量與覆蓋將有所不同。后續(xù)章節(jié)將通過(guò)試驗(yàn)網(wǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明天線配置方式與接收發(fā)射天線數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的影響。

2.3 自適應(yīng)調(diào)制編碼

與HSDPA以及HSUPA系統(tǒng)類似，在LTE系統(tǒng)中業(yè)務(wù)均承載在共享信道上。ENodeB根據(jù)信道質(zhì)量、業(yè)務(wù)類型、干擾水平及緩存大小來(lái)決定系統(tǒng)提供的物理層傳輸資源。同時(shí)，采用AMC/HARQ以及快速調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)來(lái)保證空口資源的充分共享，從而提高資源利用率。因此，LTE系統(tǒng)的容量更多地需要通過(guò)能夠承載的系統(tǒng)吞吐量來(lái)衡量。

表1 LTE不同MIMO傳輸模式適用場(chǎng)景總結(jié)

3 LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的評(píng)估方式

從上述對(duì)于LTE所采用的關(guān)鍵技術(shù)的分析可以看出，LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出以下新的特點(diǎn)：

·網(wǎng)絡(luò)中所有業(yè)務(wù)通過(guò)共享信道承載，只有PS域沒(méi)有CS域，系統(tǒng)吞吐量取代R4網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)成為主要的容量指標(biāo)；

· 網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量隨著系統(tǒng)帶寬、天線模式、調(diào)制編碼方式及小區(qū)間干擾抑制方法的變化而變化；

· 采用OFDM技術(shù)，小區(qū)內(nèi)不同用戶頻分復(fù)用，用戶間干擾可以忽略，小區(qū)的覆蓋和容量與CP以及載波間隔等系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)；

·小區(qū)間同頻干擾影響嚴(yán)重，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，同頻干擾水平也有所增加；

·LTE系統(tǒng)中的子載波數(shù)相當(dāng)于CDMA系統(tǒng)中的碼道數(shù)。

以往3G網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量的評(píng)估方式均不能很好地反映LTE網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，下面將分別對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的評(píng)估方式以及評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行分析。

3.1 LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的評(píng)估方式

我們從以下幾個(gè)方面考察通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況：用戶能夠駐留的覆蓋范圍、用戶能夠發(fā)起業(yè)務(wù)的覆蓋范圍、用戶能夠保證一定業(yè)務(wù)速率的覆蓋范圍。在R4系統(tǒng)中，由于業(yè)務(wù)均承載在專用信道上，那么后二者之間是等價(jià)的，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)只需要考慮前者與后二者之間的平衡。但是R5之后，后二者之間不完全等價(jià)。由前可知，對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)由于自適應(yīng)調(diào)制編碼以及共享信道的應(yīng)用，使得這3個(gè)層次往往具有不同的覆蓋范圍。

（1）共信道的覆蓋

對(duì)于用戶能夠駐留的覆蓋范圍，通常需要考察廣播信道等公共信道。LTE系統(tǒng)中對(duì)于不同系統(tǒng)帶寬條件，物理廣播信道PBCH固定設(shè)置在子載頻的中心占用72個(gè)子載波[6]，如圖7所示。它的作用類似于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中的PCCPCH信道。因此，考察LTE覆蓋首先需要考察PBCH信道的覆蓋能力。這決定了用戶是否能夠成功駐留到網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于LTE廣播信道覆蓋能力的評(píng)估依然可以應(yīng)用傳統(tǒng)的鏈路預(yù)算方法，與其他通信系統(tǒng)完全類似。需要考察的指標(biāo)包括PBCH信道的接收信號(hào)強(qiáng)度。

與3G系統(tǒng)不同的是，LTE系統(tǒng)的參考信號(hào)RS的強(qiáng)度與質(zhì)量對(duì)于進(jìn)行信道估計(jì)、正確解調(diào)起著決定性的作用，所以對(duì)于公共信道覆蓋能力的考察，還需要結(jié)合RS信道的接收信號(hào)強(qiáng)度RSRP以及接收信號(hào)質(zhì)量RSRQ這兩個(gè)指標(biāo)共同進(jìn)行。

（2）業(yè)務(wù)信道的覆蓋

由上述對(duì)于LTE系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)的闡述，我們看到與HSDPA以及HSUPA系統(tǒng)類似，由于共享信道的引入、調(diào)制方式可采用QPSK/16QAM/64QAM、編碼速率可以為1/2～4/5，所以不同調(diào)制編碼方式能夠容許的最大鏈路損耗差別較大，因此，LTE的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力必須要同小區(qū)邊緣吞吐量相結(jié)合。3GPP 36.213 Table 7.1.7.1-1以及Table 8.6.1-1分別定義上行鏈路和下行鏈路可以選擇的MCS格式。

LTE業(yè)務(wù)信道的覆蓋衡量方法，除了利用傳統(tǒng)的鏈路預(yù)算方式?jīng)Q定不同MCS條件下的覆蓋能力變化外，更有意義的是通過(guò)LTE系統(tǒng)仿真來(lái)考察一定組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下能否滿足小區(qū)邊緣吞吐量的要求，或者說(shuō)通過(guò)系統(tǒng)仿真獲得達(dá)到小區(qū)邊緣吞吐量要求的小區(qū)半徑。

3.2 LTE網(wǎng)絡(luò)容量的評(píng)估方式

由于LTE網(wǎng)絡(luò)采用共享方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使是語(yǔ)音信號(hào)也能通過(guò)VoIP的方式共享空口資源。因此對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)容量尤其是LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的評(píng)估不能簡(jiǎn)單地通過(guò)用戶數(shù)來(lái)衡量，還需要結(jié)合小區(qū)邊緣吞吐量、小區(qū)平均吞吐量、小區(qū)峰值吞吐量以及單用戶邊緣吞吐量、單用戶平均吞吐量和單用戶峰值吞吐量這些指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)估。自適應(yīng)調(diào)制編碼以及快速調(diào)度的應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)容量的評(píng)估需要借助于LTE系統(tǒng)仿真來(lái)進(jìn)行。

4 影響LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的因素

以上我們明確了LTE網(wǎng)絡(luò)中覆蓋與容量的評(píng)估方式以及指標(biāo)，下面從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度分析影響覆蓋與容量的因素。

4.1 CP長(zhǎng)度對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響

由前可知，CP的長(zhǎng)度為允許最大時(shí)延差。根據(jù)無(wú)線信道的電波傳播理論，該最大時(shí)延差的大小決定了網(wǎng)絡(luò)能夠允許的傳輸損耗，下面給出不同CP對(duì)于小區(qū)半徑的影響。

[6]中，作者根據(jù)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到了均方根時(shí)延擴(kuò)展的近似解析表達(dá)式為：

其中，T1為在距離1 km處均方根時(shí)延的中值，單位為μs；d為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離，單位為km；ε是一個(gè)依賴于無(wú)線場(chǎng)景的參數(shù)，通常對(duì)于城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等環(huán)境取值為0.5，對(duì)于山區(qū)環(huán)境取值為1.0；y是遵循對(duì)數(shù)正態(tài)分布的一個(gè)隨機(jī)變量，標(biāo)準(zhǔn)偏差為σy。

應(yīng)用式（1）可以計(jì)算出不同場(chǎng)景下的均方根時(shí)延，見(jiàn)表2。

由參考文獻(xiàn)[7]可知，我們可以計(jì)算接收到的SINR為FFT窗內(nèi)有用信號(hào)與符號(hào)間以及載波間干擾和的比值，因此可得在上述各種場(chǎng)景下，CP長(zhǎng)度對(duì)于接收機(jī)SINR的影響，如圖 8 所示[8]。

從以上仿真結(jié)果可以看出，小區(qū)半徑越大對(duì)CP長(zhǎng)度的要求越高。當(dāng)小區(qū)半徑在10 km以內(nèi)時(shí)，所需CP長(zhǎng)度在4～6 μs才能在接收機(jī)處獲得足夠的SINR。但是CP越長(zhǎng)，開(kāi)銷就會(huì)越大，意味著系統(tǒng)頻譜效率會(huì)越低。綜合考慮多徑時(shí)延擴(kuò)展的影響以及OFDM符號(hào)長(zhǎng)度和時(shí)隙長(zhǎng)度等因素，LTE 規(guī)范定義了兩種 CP 長(zhǎng)度，短 CP（7.29 μs）應(yīng)用于一般情況下小區(qū)覆蓋；長(zhǎng)CP（16.67 μs）應(yīng)用于解決大范圍小區(qū)覆蓋問(wèn)題，如E-MBMS。

因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際規(guī)劃覆蓋場(chǎng)景需要配置CP長(zhǎng)度。

4.2 子載波間隔對(duì)于吞吐量性能的影響

由前述對(duì)于OFDM關(guān)鍵技術(shù)的分析可知，子載波間隔也決定了OFDM的符號(hào)周期。過(guò)小的子載波間隔對(duì)多普勒頻移和相位噪聲過(guò)于敏感，會(huì)影響系統(tǒng)性能。研究表明[8],在使用帶有鎖相環(huán)（PLL）的壓控振蕩的系統(tǒng)中，相位噪聲對(duì)于載波間干擾的影響并不大，只要子載波間隔大于10 kHz，相對(duì)而言，多普勒頻移的影響明顯大于相位噪聲。所以子載波間隔的選取主要取決于多普勒頻移的影響。不同子載波間隔在不同移動(dòng)速度條件下系統(tǒng)吞吐量性能的比較如圖 9[8]所示。

表2 場(chǎng)景參數(shù)

對(duì)比仿真結(jié)果可知，在低速運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，選擇較窄子載波間隔可提高頻帶利用率；在高速運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，受多普勒擴(kuò)展的影響，子載波較窄時(shí)，吞吐量性能反而較差。由于15 kHz可以使LTE系統(tǒng)與UTRA系統(tǒng)具有相同的碼片速率，可能能夠帶來(lái)開(kāi)發(fā)成本的降低，因此對(duì)于單播系統(tǒng)LTE采用15 kHz的自載波間隔。一般獨(dú)立載波MBMS業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景為低速移動(dòng)環(huán)境，為了提高系統(tǒng)頻譜效率，LTE規(guī)定了單獨(dú)載波MBMS可以使用更低的7.5 kHz子載波。

4.3 MIMO模式對(duì)于覆蓋與容量性能的影響

前述根據(jù)MIMO中分集與復(fù)用的基本原理，總結(jié)了LTE系統(tǒng)中各種模式適用的場(chǎng)景，下面通過(guò)一些外場(chǎng)試驗(yàn)網(wǎng)的初步數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明MIMO模式對(duì)于LTE覆蓋與容量的影響。

下行采用發(fā)射分集與空間復(fù)用時(shí)覆蓋距離與物理層吞吐量的實(shí)測(cè)曲線如圖10所示。從測(cè)試結(jié)果可以明顯看出，在相同覆蓋距離條件下，采用空間復(fù)用時(shí)能夠達(dá)到分集條件下兩倍的系統(tǒng)吞吐量；同時(shí)在覆蓋距離大到一定程度時(shí)，采用空間復(fù)用反而由于信道條件惡化，使得重傳加劇、系統(tǒng)吞吐量急劇下降，甚至低于采用分集條件下的系統(tǒng)吞吐量。所以在小區(qū)邊緣條件下，通常會(huì)采用空間分集的多天線方式來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)接收的可靠性。因此在§3.1中，通過(guò)鏈路預(yù)算進(jìn)行公共信道以及業(yè)務(wù)信道覆蓋預(yù)測(cè)時(shí)通常都假定采用了空間分集的方式。

LTE系統(tǒng)對(duì)于多天線方式的使用更為靈活，在有些MIMO模式下，可以根據(jù)信道環(huán)境的變化而自適應(yīng)地選擇空間分集或者空間復(fù)用。外場(chǎng)不同的MIMO模式獲得的吞吐量性能實(shí)測(cè)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 2010年2月1日—5日外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

在Mode2方式下，由于主要采用空間分集的方式，所以抗干擾能力較強(qiáng)，所以在小區(qū)中心位置加擾情況下所獲得系統(tǒng)吞吐量能力下降約7%；在Mode3方式下，信道環(huán)境小區(qū)中心會(huì)優(yōu)先選擇空間復(fù)用，但是在鄰區(qū)加擾條件下系統(tǒng)吞吐量能力下降約24%。在小區(qū)邊緣位置，Mode3可以自適應(yīng)地選擇空間復(fù)用與空間分集，所以兩種模式的吞吐量差別較小，同時(shí)由于Mode2方式能夠保證采用抗干擾能力更強(qiáng)的空間分集而使系統(tǒng)吞吐量比Mode3方式略大。

以上實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了表1所總結(jié)的各種模式的適用場(chǎng)景，同時(shí)也通過(guò)實(shí)測(cè)證明了在通過(guò)鏈路預(yù)算進(jìn)行覆蓋預(yù)測(cè)時(shí)，以抗干擾能力更強(qiáng)的空間分集作為多天線方式。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)LTE關(guān)鍵技術(shù)的深入分析，結(jié)合移動(dòng)通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃理論指出了LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)在LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中已經(jīng)不能再繼續(xù)沿用以往3G以及2G系統(tǒng)中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的評(píng)估方式與指標(biāo)；提出了適用于LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的覆蓋與容量評(píng)估方式和指標(biāo)；并從LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度分析了LTE物理層關(guān)鍵參數(shù)對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的影響因素；指出了在不同無(wú)線場(chǎng)景下關(guān)鍵參數(shù)的選擇依據(jù)。

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2010-06-07）