TD-LTE室外频率规划方法研究:TD-LTE频率

　　摘要：文章介绍了TD-LTE室外频率规划方案，并在相同条件下对于三种频率规划方法进行系统仿真，通过仿真结果分析三种频率规划对于TD-LTE组网影响。 　　关键词：TD-LTE 频率规划 仿真
　　中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0033-03
　　
　　Study on the Outdoor frequency planning of TD-LTE
　　
　　Liu Yang
　　(Hebei branch of China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Hebei Shijiazhuang 050021, China)
　　
　　Abstract：This paper introduces the TD-LTE outdoor frequency-planning. Under the same conditions for all three frequency-planning methods for system simulation. Analysis of the impact of the TD-LTE network by the simulation results of three frequency-planning.
　　Key words：TD-LTE Frequency- planning simulation
　　
　　1、研究背景
　　作为TD-SCDMA未来的技术演进方向，TD-LTE的研究日益受到重视。TD-LTE相较于TD-SCDMA由于采用了OFDMA技术，不同子载波间频率正交，同一小区内不同用户间干扰不是LTE系统主要干扰。TD-LTE系统主要干扰来源于小区间干扰。采用异频组网可通过传统频率规划方法降低小区间干扰，TD-LTE设计时采用的一些关键技术，如功率控制，调度算法，小区间干扰协调（ICIC）等，使得TD-LTE可以进行同频组网[1]，并且同频组网相较于异频组网能够有效提高频谱利用率。本文通过系统仿真分析比较几种TD-LTE频率规划方法。在频谱资源稀缺的今天，如何有效利用频谱资源对于TD-LTE顺利发展有重要意义。
　　2、TD-LTE频率规划
　　2.1 LTE频率范围
　　根据3GPP协议，LTE规定的频率范围是(如表1)：
　　从上表可发现和与FDD LTE规划的频率资源相比，TD-LTE频率面临频率资源少、频率分布失衡的问题。频率问题是TD-LTE发展的基础性问题，为了更好的实现TD-LTE组网，本文重点研究TD-LTE频率规划相关问题。
　　2.2 TD-LTE频率规划特点
　　TD-LTE在频率规划方面与2G/3G系统有很大的差异。TD-LTE信道带宽可变，包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz，系统分别使用6个、15个、25个、50个、75个和100个资源块（Resource Block，RB），支持对已使用的频率资源的重复利用，信道带宽的选择可根据运营商拥有的频率范围以及用户的业务量需求来决定，选择最合理的信道带宽来组网。
　　运营商获得一段固定的TD-LTE频段后，信道带宽和频点数量是反比的关系，频点越多信道带宽越窄，为了保证载干比要求，实现减小组网时同频干扰影响的目标，LTE系统面临如何获得高效频率复用方式的挑战，因此LTE的频率规划具有一定的独特性和难度。
　　TD-LTE系统是基于OFDMA多载波调制技术的系统OFDMA技术虽然并没有刻意地设计小区间多址机制，但并不意味着OFDMA系统不具备任何小区间多址的能力。事实上，OFDMA系统是通过“随机窄带传输”来实现一种自然的干扰随机化的。由于LTE是宽带系统，一个用户通常占用多个RB传输，并在这些RB之间采用联合信道编码。在这多个RB中，通常只有一部分发生随机碰撞，而其他RB则并不受影响，因此，通过联合信道解码，对那些受到干扰影响的RB中的误码进行纠错，从而将同频干扰的影响降低。综上所述，即使不采用ICIC技术，基于OFDMA的LTE系统通过自然的干扰随机化，也可以具有一定的同频组网能力。
　　2.3 TD-LTE室外频率规划方案
　　目前，工信部正式批准了2.6G（2575-2615MHz）的40M带宽用于TD-LTE，本文重点研究相同站址情况下不同频率规划方案对于网络性能影响，因此本文中以此40M带宽进行室外宏蜂窝基站频率规划研究。频率资源是无线系统最宝贵资源，充分利用现有频率，努力提高频谱效率是无线系统永恒不变的研究方向。随着TD-LTE技术的不断发展成熟，相关频率规划工作也会不断发展。
　　2.3.1 同频组网
　　目前，在TD-LTE初期，可用频率资源较少，同频组网可有效提高频谱利用率，具体方案如下：
　　
　　图2.3-1 同频组网方案示意图
　　宏蜂窝频点f1，带宽20M（2575-2595MHz），可增加载波f2用于扩容，带宽20M（2595-2615MHz）。
　　同频组网是TD-LTE提升频谱效率的关键，虽然TD-LTE具备同频组网能力，但随着系统负载的增大，抗干扰能力逐渐减弱。因此，如何解决同频组网的小区间干扰，是目前TD-LTE研究的热点。ICIC(Inter Cell Interference Coordination)技术是解决TD-LTE同频干扰的重要技术方案。ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。一般来说，ICIC从资源协调方式上可分为：部分频率复用(Fractional Frequency Reuse, FFR)、软频率复用(Soft Frequency Reuse, SFR)和全频率复用(Full Frequency Reuse)三类。
　　目前实际组网时，同频组网的相邻小区频率规划实际是基于SFR的ICIC算法，同频组网小区间干扰抑制效果很大程度上决定于设备技术成熟度。
　　2.3.2 异频组网
　　LTE系统在同频干扰特性上和GSM系统相似，两种系统都是属于“窄带传输、窄带干扰”类型，GSM系统采用异频组网方式，各小区采用的频率资源是采用网络规划方法规划好的，因此可以完全避免若干相邻小区之间的同频干扰。
　　TD-LTE异频组网可以通过传统频率规划方法降低同频小区间干扰，但由于TD-LTE是宽频系统，因此综合考虑单频点带宽与频点个数关系，TD-LTE宏蜂窝采用异频组网时，可划分为f1，f2，f3，f4四个频点，每个频点10M（2575-2585MHz、2585MHz-2595MHz、2595-2605MHz、2605-2615MH），其中f1-f3用于宏蜂窝小区，同站点小区频点不同，f4用于微蜂窝进行盲点及热点进行补充覆盖。
　　
　　图2.3-2 异频组网方案示意图
　　实际组网时可通过传统频率规划算法，各个相邻小区配置不同频点，可减少小区间干扰，但相对于同频组网异频组网单个频点带宽变窄，频谱效率较低。并且由于TD-LTE频点数量少，大规模组网时频率规划效果有待测试。
　　2.3.3 移频组网
　　除了上面提到同频组网和异频组网方案以外，还有介于同频组网和异频组网之间的移频组网。虽然控制信道采用了一系列的技术手段尽可能的减少干扰，某些相邻小区的控制信道可以在一定的频率资源上错开，但有一些控制信道不能完全错开，这样控制信道仍然存在干扰的可能性。TD-LTE宏蜂窝采用移频组网时，可划分为f1，f2，f3三个频点，每个频点20M（2575-2595MHz、2585-2605MHz、2595-2615MHz）。
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　　图2.3-3 移频组网方案示意图
　　同频组网时控制信道采用了一系列的技术手段尽可能的减少干扰，某些相邻小区的控制信道可以在一定的频率资源上错开，但有一些控制信道不能完全错开，这样控制信道仍然存在干扰的可能性。移频相对异频来说，这样对频谱资源的需求比较少，相对同频来说，控制信道的干扰可以得到进一步的降低，同时小区的吞吐量也得到进一步的提高。
　　3、系统仿真对比
　　3.1仿真条件说明
　　考虑TD-LTE作为TD-SCDMA网络未来演进方向，TD-LTE在（邻区空载、10 用户同时接入、单用户10RB，边缘单用户下行吞吐量大于1Mbit/s）时与TD-SCDMA的 CS64覆盖能力相当[2]，因此仿真采用某城市密集市区TD-SCDMA现网作为基础网络。由于地图及设备参数会与实际有所差别，仿真结果无法保证与实际情况一致。本文希望通过相同负载及站址条件下三种不同频率组网方式仿真结果，反映不同频率组网方式组网能力差别。
　　表3.1-1 系统仿真参数
　　
　　3.2 RSRP仿真结果
　　表3-1 RSRP仿真结果统计
　　
　　从RSRP仿真结果看，三种组网方式都能满足RSRP>-110dB以上的面积比例大于90%，由于异频组网单频点带宽低于同频组网和移频组网，因此异频组网场强值略高，同频组网与移频组网基本场强值基本相同。
　　3.3 小区PDSCH C/(I+N)仿真结果
　　表3-3 小区PDSCH C/(I+N)仿真结果统计
　　
　　从小区PDSCH C/(I+N)结果可以看到，由于异频组网频点多，并且采用传统频率规划算法对全网小区进行了频率规划，小区间干扰抑制效果较好，因此仿真结果最好。同频组网和移频组网频率规划实际是基于SFR的ICIC算法，仿真效果略差。
　　3.4蒙特卡罗仿真结果
　　表3-4 蒙特卡罗仿真结果统计
　　
　　通过蒙特卡罗仿真结果可以看到，在网络负载相同情况下，移频组网接通率和吞吐量最高，异频组网方式虽然接通率略高于同频组网，但小区吞吐量受到单频点带宽限制，仍低于同频组网方式。
　　4、结语
　　本文通过系统仿真，比较相同组网条件下同频组网、异频组网和移频组网三种频率规划方式下室外网络覆盖能力，干扰水平，并在相同用户模型下进行蒙特卡罗仿真，从仿真结果中可以看出移频组网能力略强于其他两种组网方式。目前TD-LTE仍处于发展阶段，希望本文的工作能够为TD-LTE的发展进一份贡献。
　　参考文献
　　[1]罗伟民,陈其铭,罗凡云.TD-LTE同频组网可行性研究[J].移动通信,2010年05期.
　　[2]刘宝昌,胡恒杰,朱强.TD-LTE无线网络规划研究[J].电信工程技术与标准化,2010年01期.
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