TD-LTE覆盖规划指标及子帧配置*

李秋香，徐晓东，周伯慧

（中国移动通信有限公司研究院 北京100053）

1 引言

公共参考信号（common reference signal，CRS）用于控制信道和业务信道接收时的信道估计，其接收功率（common reference signal received power，CRS RSRP）间接反映控制信道和业务信道的信号强度。公共参考信号干扰噪声比 （common reference signal to interference and noise ratio，CRS SINR）是信号功率相对于噪声与干扰功率之和的比值，可反映信号质量。TD-LTE由于其特殊的设计方式，如随机序列加扰、跳频传输、功率控制及干扰抑制技术等，可进行同频组网，在进行LTE商用网络规划时，一般考虑CRS RSRP、CRS SINR、边缘速率等指标，而边缘速率与CRS SINR规划指标密切相关，因此本文主要对CRS RSRP和CRS SINR这两个规划指标进行分析。

TD-LTE在标准上与LTE FDD进行了融合，采用与LTE FDD等长的子帧结构，继承了TD-SCDMA帧结构的特点，包括上行子帧、下行子帧、特殊子帧，其中特殊子帧由下行导频时隙（downlink pilot time slot，DwPTS）、保护间隔 （guard period，GP）和上行导频时隙 （uplink pilot time slot，UpPTS）3部分组成。TD-LTE系统通过GP实现同一频段上同时进行上下行传输，在DwPTS上传输主同步信号（PSS），剩余资源可用于下行数据传输，UpPTS可承载随机接入信号和上行信号质量估计信道。与TD-SCDMA相比，TD-LTE具有更灵活的子帧配比和特殊子帧配比，以适应不同的业务速率要求，在进行网络规划时，需根据实际情况选择合适的子帧配比。

2 覆盖规划指标

合理的CRS RSRP和CRS SINR规划指标是保证用户体验的前提。用户体验主要包括驻留网络、接入网络以及使用业务3个环节。不同的用户体验环节对RSRP的要求基本相同，RSRP满足用户驻留的要求后，一般也可满足用户接入和使用业务的要求。

不同的用户体验环节对SINR的要求不同。在用户驻留网络环节，SINR需保证用户可正确接收系统广播消息；在用户接入网络环节，SINR需保证可在网络中建立连接并发起业务；在用户使用业务环节，用户需求的数据速率不同，直接带来对SINR的要求不同。一般来说，在上述环节中，保证一定业务速率对SINR的要求最高，用户接入对SINR的要求次之，用户驻留对SINR的要求最低。

2.1 CRS RSRP规划指标

RSRP需满足用户驻留网络的要求，以保证终端可以正确接收系统消息。理论上用户驻留网络最小的RSRP要求与终端的接收机灵敏度相同。以8天线系统为例，接收灵敏度=热噪声密度+10lg(BW)+接收机噪声系数+解调门限=-174 dBm/Hz+10lg15 000+7 dB+解调门限=-125 dBm+解调门限。终端类型、实现及个体差异导致各终端的解调性能存在一定的差异性，在无其他干扰的情况下，假设解调门限为0 dB，接收灵敏度为-125 dBm，此时满足驻留网络对RSRP的要求为-125 dBm@15 kHz（TD-SCDMA终端接收机灵敏度对应RSCP为-106 dBm@1.28 MHz）。

上述驻留网络对RSRP的最小要求考虑的是下行，当系统为下行覆盖受限时，只要实际RSRP大于终端驻留所需求的最小RSRP，终端即可驻留网络。但在实际系统中，由于不同小区采用不同的天线配置或者负载，覆盖有可能是上行先受限，此时，即使实际RSRP大于驻留网络所需求的最小RSRP，终端可能由于上行覆盖较弱而无法驻留网络。以下仅从下行覆盖受限的角度来考虑RSRP的规划指标。

用户使用过程中，由于存在人体损耗、车体损耗、穿透损耗、邻区干扰等不确定因素的影响，为保证实际的覆盖效果，实际规划RSRP指标需预留一定的余量，所以实际规划RSRP指标应为驻留网络所需最小RSRP与预留余量之和，而余量和使用场景、频段、环境等有关。

在利用室外宏基站覆盖室内的场景下，室外宏基站RSRP规划指标，在终端驻留RSRP基础上，如果考虑人体损耗3 dB、邻区干扰余量（3 dB）、OTA（6 dB）和穿透损耗（假设一般主城区F频段室内覆盖目标的穿透损耗为13 dB左右），室外F频段非手持终端RSRP规划指标为-100 dBm。但在不同场景、不同频段情况下，需考虑不同穿透损耗和干扰余量。

上述RSRP规划指标指的是终端天线口接收到的信号电平值。实际上，验收时所用终端、终端所处位置都是多样的，一般来说验收位置都在室外，可能在车内也可能在车外，验收所采用的终端也有可能是手持终端或非手持终端。如果在车内验收，需考虑车体损耗；如果采用手持终端，则实际测量的RSRP已经包含人体损耗，无论是手持还是非手持终端，测量值都已经包含了OTA。总之，验收位置和终端决定了验收评估时的RSRP值，该值与规划指标是不同的。

对于室内用户而言，只要终端接收到的RSRP在-122 dBm以上即可，考虑了接收灵敏度加邻区干扰余量，以保证用户体验的稳定性。

对于室外而言，如果采用车外手持终端验收，以F频段为例，终端已包含OTA，人体损耗也已经计算在内，因此需在规划指标的基础上排除OTA和人体损耗，因此，RSRP评估指标为：-100 dBm-6 dBm-3 dBm=-109 dBm；如果采用车内非手持终端验收，终端已包含OTA，不包含人体损耗，但存在车体损耗，假设车体损耗为6 dB，则车内非手持终端评估指标为：-100 dBm-6 dBm-6 dBm=-112 dBm。

因此，在评估网络覆盖水平时，在考虑网络规划指标的基础上，还需考虑终端类型及所处位置。

2.2 CRS SINR规划指标

网络规划中使用的CRS SINR为公共参考信号的信干噪比，而和业务速率等用户体验直接相关的是业务信道的SINR。CRS SINR与业务信道SINR之间（进而与业务速率之间）的关系受全网负载水平、天线传输模式和传播环境、终端性能以及速率满足的概率等因素共同影响。

（1）网络负载水平的影响

在网络空载情况下，服务小区公共参考信号仅受到邻区与其模3相同的公共参考信号的干扰，而业务信道则受到与本小区非模3冲突的公共参考信号干扰，公共参考信号受到的干扰与业务信道受到的干扰不一致。在50%网络负载情况下，公共参考信号和业务信道在多个小区间会相互产生干扰，在调度算法相对固定的情况下，业务信道与公共参考信号的SINR对应关系相对收敛；在100%网络负载下，邻区公共参考信号及业务信道均占满全部资源，CRS受到的干扰与用户业务信道受到的干扰一致，业务信道与公共参考信号的SINR对应关系相对固定。在网络实际规划或验收时，可综合考虑未来网络典型负载情况、公共参考信号与业务信道SINR之间的关系等因素，确定应采用何种网络负载水平进行规划或验收。

（2）传播环境和天线模式的影响

信道传播环境直接影响LTE的天线模式选择，而不同天线模式下CRS SINR与用户业务速率之间的关系存在差异。以8天线为例，在信道质量较差区域，一般采用波束成形TM7及发送分集TM2两种天线模式。TM2在各种场景下的性能相对比较固定，TM7相对TM2的性能有所提升，因此在保证一定速率的前提下，TM7与TM2相比，可降低对CRS SINR的要求。传播环境和天线模式对CRS SINR规划指标的影响见表1。测试结果显示，同一场景下，以95%高于某SINR的取值作为规划指标，在满足相同的边缘速率的要求下，TM7较TM2对CRS SINR的要求可降低1～3 dB，不同场景SINR的规划指标有所差异。TM7的性能增益与应用场景、厂商实现和算法等密切相关。

表1 传播环境和天线模式对CRS SINR规划指标的影响

在实际网络规划中，若使用TM2固定模式进行规划，可以确保信号质量CRS SINR和用户业务速率关系稳定，可反映最差情况下对网络的要求，用户实际使用TM2/TM7自适应模式验收时将获得更高速率；若同时采用自适应模式进行规划和验收，则规划与验收时的天线模式和用户体验基本一致，但不同环境、不同厂商波束成形增益波动性较大，CRS SINR和用户业务速率关系波动较大，实际操作较为复杂。

（3）端到端产品性能的影响

不同芯片、品牌、类型的终端的解调性能存在较大差异，导致在相同位置处的速率存在较大差异。在发射功率一定的情况下，基站和终端的接收机性能指标越差，达到相同目标速率时需要的SINR越高。如果兼顾性能较差的终端，SINR规划指标要预留一定余量。

（4）达到一定速率的概率的影响

对RSRP和SINR的规划指标而言，通常要求全网95%以上的概率高于某规划指标。对业务需求而言，需包含一定的业务速率要求以及达到该速率的概率，因为即使同一速率要求，若要求满足的概率不同，对SINR规划指标的要求也不同。假设在某特定场景下，邻区100%负载、TM2模式下，目标规划速率为2 Mbit/s，若规划SINR指标为[-4,-3]，约73%概率高于2 Mbit/s；若规划SINR指标为[-3,2]，约86%概率高于2 Mbit/s。

（5）接入过程对SINR的要求

为了保证用户的感知，需保证用户具有一定的接入成功率，从表2某终端在加扰情况下的实际测试结果中可以看出，终端在不同SINR下的接入成功率是不同的。

表2 SINR和接入成功率的关系

因CRS SINR和用户业务速率之间关系复杂，不同场景下两者的对应关系有所差异，在实际确定网络规划指标时，需结合实际的目标速率及概率要求，并充分考虑不同场景的差异来确定CRS SINR的规划指标。

2.3 CRS RSRP和CRS SINR的关系

在干扰情况相对复杂、干扰比较随机的场景（如室外道路场景）中，速率主要随SINR变化，不同RSRP下的速率也有可能相同。但在干扰情况简单、干扰相对收敛的场景中，如室内分布、“孤站”等场景，随着RSRP的增加，SINR也随之增加，此时，RSRP越高，速率越高。实际复杂的网络环境下，用户速率与信号强度RSRP无必然联系，主要取决于信号质量SINR。

此外，RSRP与基站发射功率、站间距有较大关系，但SINR与这两者的关系不明显。不同发射功率下全网CRS RSRP CDF与CRS SINR CDF分别如图1和图2所示。在网络结构固定的情况下，全网RSRP水平随基站发射功率提高而增强，存在较为确定的对应关系；而网络中的有用信号和干扰信号随功率同升同降，整体上看，在不同功率配置下，小区边缘/平均SINR没有明显差异。

3 TD-LTE子帧配置规划

3.1 TD-LTE帧结构特点

TD-LTE帧结构如图3所示，1个无线帧包含10个子帧，1个子帧长1 ms，常规子帧包含2个时隙，下行和上行子帧之间有1个特殊子帧，包含3个部分，即DwPTS、GP和UpPTS。上下行子帧配比和特殊子帧配比有很多种，通过调整上行和下行子帧数的配比，TD-LTE系统可以满足不同的上下行数据传输业务比例的需求。特殊子帧的配比也有多种选择，以适应不同的传输距离。TD-LTE上下行子帧配置见表3（其中，S表示特殊子帧，D表示下行子帧，U表示上行子帧）。TD-LTE特殊子帧配置见表4。

表3 TD-LTE上下行子帧配置

表4 TD-LTE特殊子帧配置

与TD-SCDMA帧结构相比，TD-LTE系统保留了TD-SCDMA系统的一些基本特征，如灵活的上下行时隙配比，根据业务需求实现灵活的上下行子帧配置；特殊子帧保留和TD-SCDMA系统类似的结构，由DwPTS、GP和UpPTS 3部分依次组成。

同时，TD-LTE在TD-SCDMA的基础上做了一些改进，与TD-SCDMA的子帧结构有所差别，具体如下。

·子帧长度不同：TD-SCDMA正常子帧长度是0.675 ms，但特殊子帧长度是0.275 ms，而TD-LTE的正常子帧和特殊子帧长度都是1 ms。

·调度周期不同：TD-SCDMA的调度周期是5 ms，而TD-LTE的调度周期是1 ms，具有更短的时延和更大的灵活性。

·特殊子帧配置不同：TD-LTE特殊子帧可灵活配置，

DwPTS、GP、UpPTS可以选择不同的长度，以适应覆盖、容量、邻频共存、规避远距离基站干扰等不同场景的需要，且在某些配置下，DwPTS可以传输数据，进一步提高资源利用效率。而TD-SCDMA的特殊子帧的DwPTS、GP、UpPTS是固定的，且不能传输数据。

3.2 TD-LTE子帧配置考虑的因素

TD-LTE具有灵活的上下行子帧和特殊子帧配置方式，实际配置需考虑多方面的影响因素。

第一，上下行业务需求。移动宽带业务的上下行流量是不对称的，其上下行业务流量比为1∶4～1∶6。而TD-LTE可提供灵活的上下行配置。移动宽带业务上下行流量之比见表5。在上下行时隙配比为1∶3的情况下，TD-LTE上下行数据速率比例约为1∶5.94，与移动宽带业务的上下行流量之比接近。TD-LTE上下行速率之比见表6。

第二，与TD-SCDMA同频共存或邻频共存。当TD-LTE与TD-SCDMA同频共存或当TD-SCDMA采用FA宽频功放，与TD-SCDMA在FA邻频共存时，两个网络的上下行转换时间一定要对齐以避免干扰。TD-SCDMA和TD-LTE邻频共存时的子帧配比如图4所示。TD-SCDMA上下行子帧配比为3∶3时，TD-LTE上下行子帧配比应为2∶2，特殊子帧 最 佳 配 置 为10∶2∶2，此 时DwPTS可 用 于 传 输 数 据。TD-SCDMA上下行子帧配比为2∶4时，TD-LTE上下 行 子 帧配比应为1∶3，TD-LTE特殊子帧可采用3∶9∶2或3∶10∶1等配置，此时，DwPTS无法承载业务数据或部分承载数据，峰值/平均吞吐量较10:2:2配比，有一定的吞吐量损失。

表5 移动宽带业务上下行流量之比

表6 TD-LTE上下行速率之比

图4 TD-SCDMA和TD-LTE邻频共存时子帧配比

因此TD-LTE的子帧配比应该遵循两方面的原则：TD-LTE的子帧配比需保证TD-LTE与TD-SCDMA的上下行转换时间对齐；TD-LTE特殊子帧的GP长度尽可能小，使TD-LTE下行吞吐量最大。

3.3 TD-LTE子帧配置建议

TD-LTE子帧配置，需综合考虑上下行业务需求及与TD-SCDMA邻频共存，同时尽可能使吞吐量最大化，即使用GP较短的特殊子帧配置。根据上下行业务需求差异，上下行子帧配比主要考虑1∶3和2∶2。

对于F频段而言，为了与TD-SCDMA在同频段（如F频段）共存，需要保持子帧上下行转换点保持对齐；对于TD-SCDMA采用宽带功放（F+A）RRU设备的情况，TD-SCDMA的A频段和LTE的F频段邻频共存时也需子帧对齐。因此当TD-SCDMA上下行时隙配比为2∶4时，TD-LTE只能配置为1∶3，但特殊子帧的配比可有多种选择，具体如下。

·DwPTS∶GP∶UpPTS配比为3∶9∶2。系统和终端支持能力较好，但DwPTS不能用于传输下行数据。由于控制信道配置不同、符号/子帧计算方式不同，3∶1时隙配比下，3∶9∶2相 对10∶2∶2下行吞吐量损失为18.7%～20%。

·DwPTS∶GP∶UpPTS配比为6∶6∶2。DwPTS可用于传输下行数据，相比10∶2∶2的配置，容 量损失降至 约10%。目前尚在标准化过程中。

对于D频段而言，不存在与TD-SCDMA共存干扰的问题，上下行子帧配比可以配置为2∶2或1∶3，为使下行吞吐量最大化，特殊子帧配比建议配置为10∶2∶2。

4 结束语

本文对TD-LTE组网的关键规划指标CRS RSRP和CRS SINR及两者之间的关系展开分析。从终端接收灵敏度出发，结合干扰余量、人体损耗及满足一定程度的室内覆盖要求等，理论分析CRS RSRP规划指标要求，给出CRS RSRP规划指标参考值，并在规划指标的基础上，考虑验收时所采用的终端类型及终端所处位置，给出实际验收时的评估指标参考值；从网络负载、传播环境及天线模式、边缘速率要求、终端性能等多个方面分析CRS SINR规划指标的影响因素；分析CRS RSRP和CRS SINR两者之间关系，得出在实际复杂的网络中，CRS RSRP与CRS SINR无必然联系，CRS RSRP与基站发射功率、站间距有较大关系，但SINR与这两者的关系不明显。

此外，本文还对TD-LTE子帧结构特点进行了分析，并与TD-SCDMA的子帧结构进行比较，结合上下行业务速率需求、与TD-SCDMA共存等因素，给出不同频段的子帧配置建议。对F频段而言，考虑到与TD-SCDMA同频共存，或当TD-SCDMA采用FA宽频功放时与TD-SCDMA在FA邻频共存，TD-LTE上下行子帧配比应为1∶3，特殊子帧配比为3∶9∶2、9∶3∶2或6∶6∶2等；对于D频段而言，上下行子帧配比主要考虑上下行业务速率需求灵活配置，为使TD-LTE的速率最大化，特殊子帧配比考虑为10∶2∶2。

1 3GPP TS 36.212.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Multiplexing and Channel Coding

2 3GPP TS 36.211.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Channels and Modulation

3 3GPP TS 36.213.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Layer Procedures

4 戴源，朱晨鸣，王强等.TD-LTE无线网络规划与设计.北京：人民邮电出版社，2012