李榮 聶磊 吳鈺 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 南京 210019

TD-LTE和TD-SCDMA覆蓋能力對比分析

李榮 聶磊 吳鈺 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 南京 210019

中國移動3G系統(tǒng)TD-SCDMA在全國范圍內(nèi)已大規(guī)模部署，完成了全國縣級以上城市和重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的覆蓋。隨著中國4G時(shí)代的來臨，中國移動TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也在逐步擴(kuò)大。在未來較長的一段時(shí)間內(nèi)，TD-SCDMA與TD-LTE將呈現(xiàn)共存一網(wǎng)，共同發(fā)展的局面。

TD-LTE TD-SCDMA 覆蓋 鏈路預(yù)算

0 引言

首先，分析基站的覆蓋范圍，通常采用鏈路預(yù)算的方法。通過鏈路預(yù)算，可以估算出各種環(huán)境下的最大允許路徑損耗，再將最大允許路徑損耗代入傳播模型中，即可估算出各種環(huán)境下的小區(qū)覆蓋半徑和覆蓋面積。做TD-LTE覆蓋分析時(shí)，不僅需要系統(tǒng)化的理論分析，還需要結(jié)合仿真結(jié)果，實(shí)際驗(yàn)證，對鏈路預(yù)算的結(jié)果進(jìn)行修正。

其次，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)際測試，比較室外孤站情況下，TD-SCDMA和TD-LTE工作在不同頻段時(shí)的覆蓋能力，以及不同站間距時(shí)全網(wǎng)信號強(qiáng)度、信號質(zhì)量、用戶體驗(yàn)對比，研究在共天饋組網(wǎng)環(huán)境下（TD-SCDMA和TD-LTE雙網(wǎng)天饋物理參數(shù)相同），從而得出TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

1 基于鏈路預(yù)算的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力對比分析

1.1 TD-LTE鏈路預(yù)算的特點(diǎn)

TD-LTE基站鏈路預(yù)算與2G和3G系統(tǒng)相似。但由于技術(shù)原理的差異，TD-LTE鏈路預(yù)算相對于TD-SCDMA系統(tǒng)又有一些特點(diǎn)。

1）TD-SCDMA系統(tǒng)每一類業(yè)務(wù)有固定的解調(diào)門限，而在TD-LTE系統(tǒng)中，不同的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率的解調(diào)門限不同。

對于TD-SCDMA，在做覆蓋規(guī)劃時(shí)，運(yùn)營商一般以覆蓋能力最差的CS64kbit/s業(yè)務(wù)作為連續(xù)覆蓋的目標(biāo)業(yè)務(wù)。在給定的環(huán)境和目標(biāo)誤塊率的條件下，CS64kbit/ s業(yè)務(wù)解調(diào)門限固定，采用固定的解調(diào)門限進(jìn)行鏈路預(yù)算，再結(jié)合傳播模型，得到系統(tǒng)的覆蓋半徑。

對于TD-LTE系統(tǒng)，不存在電路域業(yè)務(wù)，只有PS域業(yè)務(wù)?；镜母采w距離和數(shù)據(jù)通信速率要求相關(guān)，隨著覆蓋距離變遠(yuǎn)信號強(qiáng)度逐漸下降時(shí)，系統(tǒng)可以通過降低調(diào)制和編碼的等級（即采用低階和高冗余的編碼）而降低對信號強(qiáng)度的要求，以支持更遠(yuǎn)的覆蓋距離。最終表現(xiàn)為降低通信速率，可以增加覆蓋距離。在覆蓋規(guī)劃時(shí)，須首先確定邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率目標(biāo)，不同的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率的解調(diào)門限不同，覆蓋半徑也不同。

2）用戶分配的系統(tǒng)資源多少不影響TD-SCDMA的覆蓋，而用戶分配的RB資源數(shù)會影響TD-LTE基站的覆蓋范圍。

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)的載波帶寬固定，在基站側(cè)接收機(jī)產(chǎn)生的噪聲也相對固定，用戶分配的時(shí)隙數(shù)或碼道數(shù)等系統(tǒng)資源的多少并不直接影響覆蓋。

TD-LTE系統(tǒng)，用戶分配的RB資源數(shù)不僅影響用戶的數(shù)據(jù)速率，也影響用戶的覆蓋。TD-LTE下行采用固定功率發(fā)送，下行速率隨著分配到的RB數(shù)量成比例增長。系統(tǒng)帶寬與傳輸帶寬配置關(guān)系如表1所示。以系統(tǒng)的載波帶寬為20MHz為例，此時(shí)系統(tǒng)共有100個(gè)RB可供系統(tǒng)調(diào)度，每個(gè)RB由12個(gè)15kHz帶寬的子載波組成。分配給用戶的RB個(gè)數(shù)越多，用戶數(shù)據(jù)速率越高，該用戶占用的頻帶總帶寬越高，接收機(jī)端噪聲也隨帶寬增加而增高，會使下行覆蓋范圍收縮。另一方面，由于下行的發(fā)射功率是在整個(gè)系統(tǒng)帶寬100個(gè)RB上均分的，針對單個(gè)用戶的基站的等效發(fā)射功率將隨著用戶占用RB個(gè)數(shù)的增加而增高，會使下行覆蓋范圍提升。綜合兩種因素，使得用戶分配到的下行RB個(gè)數(shù)變化對基站下行覆蓋距離的影響不大。

表1 系統(tǒng)帶寬與傳輸帶寬配置對應(yīng)關(guān)系

上行覆蓋通常受限于UE發(fā)送功率。當(dāng)UE發(fā)送功率達(dá)到峰值時(shí)，增加RB數(shù)量不能明顯增加上行數(shù)據(jù)速率。反而會使得基站接收機(jī)的噪聲隨著頻帶帶寬的增加而升高，從而使上行覆蓋范圍收縮。

3）LTE系統(tǒng)可采用多天線接收技術(shù)和波束賦形技術(shù)獲得增益。

TD-SCDMA系統(tǒng)采用的是波束賦形、聯(lián)合檢測、接力切換等技術(shù)，在鏈路預(yù)算時(shí)要考慮波束賦形帶來的接收端的天線增益，接力切換時(shí)也會帶來切換增益。

MIMO和波束賦形等天線技術(shù)是TD-LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)?；趥鬏敺旨⊿FBC）的MIMO天線方式為系統(tǒng)提供了基于發(fā)射分集的下行覆蓋增益；基于波束賦形的天線方式在下行方向提供了賦形增益和分集增益，在上行方向提供了接收分集增益。發(fā)射分集增益、接收分集增益、波束分集增益，需根據(jù)實(shí)際信道傳輸情況，在TD-LTE的鏈路預(yù)算中考慮。

1.2 鏈路預(yù)算結(jié)果對比

TD-LTE的鏈路預(yù)算關(guān)鍵參數(shù)包括小區(qū)邊緣用戶數(shù)據(jù)速率、系統(tǒng)帶寬、邊緣用戶占用的RB個(gè)數(shù)、天線數(shù)及發(fā)射模式（如發(fā)射分集或波束賦形）、天線增益、發(fā)射功率、接收靈敏度、SINR和干擾余量等。以TDLTE小區(qū)邊緣速率設(shè)定為256Kbps或1024Kbps，信道帶寬20MHz，常規(guī)CP配置，終端1天線收發(fā)，基站8天線收發(fā)為例進(jìn)行鏈路預(yù)算分析。發(fā)射功率、干擾余量、天線增益等具體參數(shù)詳見鏈路預(yù)算表。TD-LTE基站在市區(qū)不同頻段的鏈路預(yù)算與TD-SCDMA的覆蓋能力對比如表2所示。其中，TD-SCDMA設(shè)定為導(dǎo)頻-85dBm連續(xù)覆蓋。

表2 TD-LTE與TD-SCDMA鏈路預(yù)算對比表

根據(jù)鏈路預(yù)算的結(jié)果，TD-LTE系統(tǒng)在小區(qū)邊緣速率設(shè)定為256Kbps或1024Kbps，如果采用2天線，覆蓋能力與TD-SCDMA相當(dāng)，采用8天線時(shí)，覆蓋能力比TDSCDMA更好。可以考慮縮小TD-LTE基站的站距，實(shí)現(xiàn)TD-LTE和TD-SCDMA共址建設(shè)，節(jié)省建設(shè)投資。同時(shí)可提高TD-LTE用戶上下行速率。

2 實(shí)際現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果對比

2.1 孤站場景下TD-SCDMA與TD-LTE的測試對比

室外孤站拉遠(yuǎn)測試的測試場景，選取的測試基站為某市大學(xué)城一基站，此基站采用TD-SCDMA與TD-LTE共天饋系統(tǒng)（FAD天線），從而保證兩系統(tǒng)天饋的下傾角和方向角相同。在孤站場景下，對基站進(jìn)行室外拉遠(yuǎn)測試。TD-LTE采用F頻段，TD-SCDMA基站分別采用A頻段和F頻段，進(jìn)行測試對比。測試結(jié)果對比見表3。

表3 TD-S與TD-L室外拉遠(yuǎn)測試結(jié)果對比

室外拉遠(yuǎn)測試結(jié)果表明，不論相同速率的拉遠(yuǎn)距離還是同一距離上的傳輸速率，TD-LTE都優(yōu)于TDSCDMA。TD-LTE F頻段掉線點(diǎn)的RSRP為-132dBm，TDLTE D頻段掉線點(diǎn)的RSRP為-131 dBm ，TD-SCDMA F頻段掉線點(diǎn)的RSCP在-103dBm左右。TD-LTE掉線點(diǎn)的路損在144 dB左右，TD-SCDMA 掉線點(diǎn)的路損在139 dB左右。從掉線點(diǎn)的路損上來看，TD-LTE 的覆蓋能力強(qiáng)于TD-SCDMA。

2.2 連片組網(wǎng)環(huán)境下TD-SCDMA與TD-LTE的測試對比

測試選取在在某市大學(xué)城區(qū)城區(qū)域測試，無線網(wǎng)絡(luò)形成比較規(guī)則的多層蜂窩結(jié)構(gòu)、成片覆蓋，該區(qū)域的覆蓋達(dá)到100個(gè)小區(qū)連續(xù)覆蓋以上小區(qū)規(guī)模，測試區(qū)域內(nèi)基站分布均勻。全部與現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA共站共天饋，平均站間距350m，平均站高30m左右。

表4 TD-SCDMA與TD-LTE室外拉遠(yuǎn)測試結(jié)果對比

測試結(jié)果顯示，TD-LTE在平均吞吐量以及邊緣吞吐量方面都具有優(yōu)勢。

3 結(jié)論

對于TD-LTE系統(tǒng)，空口采用了OFDM、MIMO、AMC等無線鏈路技術(shù)，并通過動態(tài)調(diào)度、小區(qū)間干擾消除技術(shù)、功率控制等無線資源管理算法提高口空資源配置效率和靈活性。鏈路預(yù)算分析和測試結(jié)果表明，室外單站覆蓋能力上，TD-LTE F頻段好于TDSCDMA F頻段，TD-LTE F頻段好于TD-LTE D頻段。整體上TD-LTE F頻段與TD-LTE D頻段的路損差值在3-5dB左右。從單站拉遠(yuǎn)測試結(jié)果來看，在典型站間距情況下（500m左右）TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上直接升級TDLTE F頻段或者TD-LTE D頻段均可滿足下行4Mbps/上行1Mbps的邊緣速率的覆蓋要求。TD-LTE的覆蓋能力比TD-SCDMA更好?？梢钥紤]縮小TD-LTE基站的站距，實(shí)現(xiàn)TD-LTE和TD-SCDMA共址建設(shè)，節(jié)省建設(shè)投資。

[1] 《LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊》，廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院，人民郵電出版社,2013.

[2] 《TD-SCDMA規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊》，廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院，人民郵電出版社,2007.

[3] 《TD-LTE 鏈路預(yù)算研究》，數(shù)據(jù)通信，2011年01月。

[4] 《TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能分析》，移動通信，2010年第五期。

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從節(jié)省運(yùn)營商投資、方便網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的角度考慮，今后TD-LTE和TD-SCDMA需要共站部署。雖然TD-LTE和TDSCDMA技術(shù)都采用了TDD模式，具有較大的相似性，但其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃卻不能沿用TD-SCDMA的方式，因?yàn)門D-LTE采用了更為復(fù)雜化的空口技術(shù)，區(qū)別于TD-SCDMA系統(tǒng)，其覆蓋特性與TD-SCDMA相比具有了更大的不確定性，有其新特點(diǎn)。本文通過鏈路預(yù)算的方法，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，對比分析了TD-LTE和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。對TDLTE和TD-SCDMA基站共址時(shí)站距的設(shè)置提供了參考依據(jù)。