TD—LTE网络容量性能分析

柏世刚 崔杨峰 崔颖强

【摘要】 介绍了影响TD-LTE网络容量主要因数、常用算法以及在TD-LTE网络中的作用，并提出TD-LTE网络建设建议。

【关键词】 TD-LTE 网络容量

一、前言

2011年年初，我国工业和信息化部批准在6个城市开展TD-LTE规模技术试验。随后2013年底开展大规模商业网络建设，随着TD-LTE网络的全面建设，我国将进入4G时代。随着4G用户的不断增加，用户数据业务的市场需求日益扩大，网络容量问题将逐渐凸现。本文通过分析影响TD-LTE网络容量因数，提出了一些网络建设的建议。

二、TD-LTE网络容量的主要因数

2.1 发射功率

基站的覆盖半径，不考虑阻挡、干扰情况下主要取决于基站的发射功率。基站服务范围越大，可能存在的LTE用户数就越大，系统容量也越大。对于密集城区场景，由于无线电传播环境的复杂，提升基站功率对系统容量改善并不大，还有可能造成重叠覆盖，影响整个系统容量。郊区、乡村以覆盖为目标场景，提升基站的发射功率可在一定程度上提升系统容量。

2.2 带宽配置

LTE协议规定系统可支持1.4MHZ、3MHZ、5MHZ、10MHZ、15MHZ、20MHZ，载波带宽的灵活配置。系统峰值速率与带宽成正比，系统带宽越大，可调用RB越多，用户吞吐量越大、接入用户数越多。

表1：带宽配置与可用RB数关系

带宽（MHz） 1.4 3 5 10 15 20

RB数目 6 15 25 50 75 100

实际占用带宽（MHz） 1.08 2.7 4.5 9 13.5 18

2.3 天线配置

天线技术也会影响容量，TD-LTE采用了多天线技术（MIMO），天线接收可以选择单流分集、多流复用、复用与分集自适应、波束赋性等不同的技术。在不同的情况下根据实际情况选择适合的天线，也会影响到网络容量，可根据用户需求对规划做调整。多天线分集以及多流技术，不仅增加系统峰值速率，还能有效抗多径衰落，增加系统容量。

表2：上下行时隙比例配置表

上/下行配置 上/下行转换周期 子帧号

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 5ms D S U U U D S U U U

1 5ms D S U U D D S U U D

2 5ms D S U D D D S U D D

3 10ms D S U U U D D D D D

4 10ms D S U U D D D D D D

5 10ms D S U D D D D D D D

6 5ms D S U U U D S U U D

2.4 无线帧配置

TD-LTE中，帧的长度是10s，分成10个长度为1s的子帧。上行和下行的数据在同一个帧内不同的子帧上传输。TD-LTE中支持不同的上下行时间配比，可以根据不同的业务类型，调整上下行时间配比，以满足上下行非对称的业务需求，达到系统最佳承载能力。

CP配置，CP的长度与覆盖半径有关，一般情况下配置普通CP即可满足要求；广覆盖等小区半径较大的场景下可配置扩展CP。CP长度配置越大，系统开销越大，降低系统容量。PG配置，TD-LTE系统利用时间上的间隔完成双工转换，但为避免干扰，需预留一定的保护间隔（GP）。GP的大小与系统覆盖距离有关，GP越大，覆盖距离也越大，从而影响系统覆盖容量。

2.5 调度及算法

2.5.1调度方式

动态调度下资源分配采用按需分配方式，每次调度都需要调度信令的交互，这种方法实现比较简单， 灵活性高，如不考虑调度信令资源的限制，资源利用率最高，但动态调度的信令开销很大，降低了系统容量。

半持续调度第一次资源分配采用动态调度，后续资源分配采用持续调度。其特点是只在第一次分配资源时进行调度，后续资源分配均无需调度信令指示，节约了信令开销。但是持续调度虽然能减少控制信令开销，但资源分配灵活性不够，且会造成一些资源冲突，资源利用率不高。

2.5.2常用的分组调度算法

最大C/I算法（又叫注水算法），系统获取的吞吐量最大，但公平性较差，会“饿死”C/I差的用户。

轮询（Round Robin）算法，是一种最公平的算法，但算法的资源利用率不高，系统吞吐量比较低。

正比公平（PF）算法，综合考虑了用户的信道条件和用户之间的服务公平性，能够在系统吞吐量和服务公平性之间取得一定的折中。

2.6 无线环境

LTE通过功率控制、速率控制（AMC）完成链路自适应 。当信道条件较差时选择较小的调制方式与编码速率，当信道条件较好是选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率。无线环境好坏直接影响到系统效率、容量。因TD-LTE采用的是OFDMA技术，故一般认为小区内用户之间并不会造成不可忽视的干扰，干扰主要来自于其他的使用相同频率的小区。这些小区的互相干扰会降低用户信噪比，影响吞吐量，尤其是对处在小区边缘离站点远又易被其它小区的用户所干扰的用户影响较大。

三、网络建设建议

以市场为导向：首先需要根据市场需求进行业务预测，分区域场景对覆盖区域进行需求分析，明确规划规划目标。

站址规划：根据覆盖需求、容量需求，通过分区域场景链路预算，确定初步站址，并通过系统仿真优化调整站址设置。一般建议密集城区站间距0.35～0.5km，一般市区0.5～0.7km。

频率规划：根据频谱资源合理选取组网方案，有效利用频率资源，工程应用中一般建议优选同频组网与1*3异频组网。同时需要综合考虑各小区的覆盖范围及站间距、方位角等进行合理的邻区规划，减少同频干扰，系统内干扰。邻区规划的好坏将直接影响到系统的质量及容量。

天线选择：8天线在容量和覆盖性能有一定优势，建议在大部分基站采用8天线；2天线主要在部分实施受限的场景、基带集中建设场景采用。室内场景下，根据原3G数据流量或预测数据流量，在有大流量数据业务场景情况下建议新建双路系统，使系统具备承载双流能力，提高系统吞吐能力。

实时优化：网格化网络，分网格展开深度簇优化。根据网络日常数据分析，以日常DT和CQT测试数据为依据，根据容量需求、覆盖需求合理设置基站发射功率，合理配置基站CP、GP、上下行配比等参数，提高网络质量和承载能力。

四、结论

本文结合TD-LTE的网络特性和关键技术，分析影响LTE系统容量的主要因素，以及在TD-LTE网络中的影响作用，并提出LTE网络建设的建议。随着LTE网络的大规模商用建设，TD-LTE网络技术及建设经验将得到进一步的发展。

参 考 文 献

[1] 罗凡云；郭俊峰.TD-LTE网络覆盖性能分析[J].移动通信，2010年第05期

[2]戴源等. TD-LTE无线网络规划与设计. 人民邮电出版社[A]. 2012.4

[3]邓旭；张建国. TD-LTE系统容量性能分析. 移动通信，2011年第16期