劉三思，趙妍

（1 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司四川分公司，成都 610045；2 工業(yè)和信息化部電信研究院，北京 100191）

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋解決方案探討

劉三思1，趙妍2

（1 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司四川分公司，成都 610045；2 工業(yè)和信息化部電信研究院，北京 100191）

目前，由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性以及其市場業(yè)務(wù)的定位，對其深度覆蓋的要求更為苛刻。本文就TDLTE深度覆蓋將面臨的挑戰(zhàn)進行了簡單的介紹，分析了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署頻段的綜合覆蓋能力，并提出以異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)來解決TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋問題，并對該技術(shù)方案進行了詳細的論述。

TD-LTE；深度覆蓋；異構(gòu)網(wǎng)

伴隨著電子商務(wù)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對運營商加強其網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度的要求更為迫切。分析某城市的TD-SCDMA投訴，發(fā)現(xiàn)有56%的網(wǎng)絡(luò)投訴是關(guān)于其網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋不夠。TD-SCDMA的深度覆蓋不足問題普遍存在，特別是在城市建設(shè)的初始階段， TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)難以滿足用戶的需求，從而網(wǎng)絡(luò)效能也很難得以發(fā)揮。同樣，深度覆蓋問題在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中同樣存在。目前，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)將面臨3方面的挑戰(zhàn)[1]：2.6 GHz頻段在其傳播性能方面較差；市場用戶對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)具有較高的期望，要求TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率；就目前研究發(fā)現(xiàn)，在6個城市中進行仿真規(guī)劃時，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果仍較差，較GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率還較遠。

1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在很大程度上推動了市場對移動寬帶的需求[1]。在過去5年時間里，我國移動數(shù)據(jù)流量增加了19倍。同樣，室內(nèi)業(yè)務(wù)也有了很大幅度的增長。而由于城市建筑物密度與城市中高層建筑的增加，網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境較之前變得更為惡劣，網(wǎng)絡(luò)基站在城市中難以選址。從覆蓋能力方面看，由于低端頻譜日益緊張，原以1.8～2.6 GHz為主的TD-LTE部署頻段可能會向更高頻段發(fā)展，而系統(tǒng)在高頻段區(qū)域其覆蓋能力將減弱。而從市場業(yè)務(wù)來說，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需具有較高的SINR條件才可擁有數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)捏w驗，而采用單一的宏基站來進行網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋很難保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有良好的SINR條件。

2 宏基站的覆蓋能力

2.1 數(shù)據(jù)鏈路

目前，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部署備用頻段主要有D、E、F頻段：(1) D頻段，2.570～2.620 GHz，一般TD-LTE在室外時使用 2.575～2.615 GHz頻段；(2) E頻段，2.320～2.370 GHz，2.320～2.330 GHz頻段用于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋，而2.330～2.370 GHz頻段用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋；(3) F頻段，1.880～1.920 GHz，1.880～1.900 GHz頻段用于TD-SCDMA覆蓋，而PHS使用1.900～1.920 GHz頻段。

若采用COST-231模型，穿透損耗為2 dB，通過數(shù)據(jù)鏈路的仿真分析，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在1.9～2.6 GHz頻段的覆蓋范圍較TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)在2.0 GHz的覆蓋范圍如表1所示。

由表1可知：TD-LTE在2.6 GHz頻段較TDSCDMA網(wǎng)絡(luò)就話音業(yè)務(wù)方面的覆蓋范圍減少20%，在1.9 GHz頻段，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)較TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)就話音業(yè)務(wù)方面的覆蓋范圍要大22%，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在1.9 GHz頻段較2.6 GHz頻段的覆蓋范圍要大51%。從表1可知，TD-LTE在高速率的情況下，仍然要面對深度覆蓋的問題。

2.2 網(wǎng)絡(luò)仿真分析

采用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真工具，以某城市中TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的試驗網(wǎng)進行數(shù)據(jù)仿真，其仿真數(shù)據(jù)如表2所示。

仿真結(jié)果顯示，在該城市中，若采用1.9 GHz頻段建設(shè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋率為97.6%，較2.6 GHz頻段的網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋率91.3%，提升了6.3%，效果顯著。很明顯，采用較低頻段進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可以有效改善TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。

3 基于異構(gòu)網(wǎng)的TD-LTE深度覆蓋設(shè)計

3.1 異構(gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

異構(gòu)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從物理角度上講，可以分為兩種[3]： 水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。水平結(jié)構(gòu)又名蜂窩結(jié)構(gòu)；由網(wǎng)絡(luò)站點、站點間距、網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋、站點高度、市場業(yè)務(wù)分布等元素組成。垂直結(jié)構(gòu)，顯著特點是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架呈分層狀態(tài)，其具體結(jié)構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多址方式?jīng)Q定。如：GSM系統(tǒng)基于FDMA/TDMA構(gòu)架可采用網(wǎng)絡(luò)頻段來實現(xiàn)分層，從而實現(xiàn)以頻率來換取較大的系統(tǒng)容量以及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量；TD-SCDMA同頻組網(wǎng)系統(tǒng)基于CDMA/TDMA的構(gòu)架，若要獲取較好的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，則需要較好的蜂窩結(jié)構(gòu)；LTE同頻系統(tǒng)基于OFDMA構(gòu)架，若要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的垂直分層可通過頻率或者時分來完成。

表1 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)較TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍

表2 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力

TD-LTE首次提出了網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)的理念，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)可以在單一的目標區(qū)域，完成不同類型小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)重疊部署。就好比在宏蜂窩小區(qū)范圍內(nèi)，可以在其中部署若干個微型小區(qū)等。就基本部署原則來講，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)較GSM的小區(qū)分層結(jié)構(gòu)相似，它是基于GSM分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對OFDM特性，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化得到，從而實現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)層間，網(wǎng)絡(luò)同頻部署。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以宏蜂窩小區(qū)作為網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)覆蓋，以微小區(qū)、飛小區(qū)、皮小區(qū)、中繼等方式來完成室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋，以達到增加網(wǎng)絡(luò)容量，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，提高用戶的感知體驗的目的。而微小區(qū)、飛小區(qū)、皮小區(qū)、中繼等可以在很大程度上降低目標區(qū)域內(nèi)，站點選址難度。

3.2 異構(gòu)網(wǎng)的核心技術(shù)

3．2．1 規(guī)避干擾

在網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)結(jié)構(gòu)中，其干擾特性較傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)差異性很大[4]，不僅具有很強的同層干擾，同時也具有一定強度的層間干擾，常見的干擾類型有不同信號發(fā)射功率的干擾、HENB干擾，中間部署干擾等，如圖1、2所示。

圖1 異構(gòu)網(wǎng)干擾示意圖（a）

圖2 異構(gòu)網(wǎng)干擾示意圖（b）

如圖1、2所示，干擾a類型屬于當沒接入到CSG小區(qū)的用戶被HENB信號干擾的類型；干擾b類型屬于網(wǎng)絡(luò)宏基站的用戶對HENB產(chǎn)生影響的類型；干擾c類型屬于處于CSG小區(qū)的用戶被其他CSG用戶干擾的類型；干擾d類型屬于小區(qū)非宏基站用戶的下行干擾的類型。

3．2．2 層間移動性管理

在異構(gòu)網(wǎng)中，層間移動性管理是其不可或缺的組成部分。以話務(wù)下沉的原則來講，低速網(wǎng)絡(luò)用戶應(yīng)優(yōu)先進入低層小區(qū)，而高中速的網(wǎng)絡(luò)用戶，則應(yīng)優(yōu)先進入高層小區(qū)，從而有效地減少切換頻率，進而減輕網(wǎng)絡(luò)的負荷。對于小區(qū)重選問題，TD-LTE以RSRP與RSRQ兩種約束條件，用來控制測量的啟動門限值。當Srxlev大于SIntraSearchP，同時Squal大于SIntraSearchQ時，UE可以忽略掉頻內(nèi)測量過程；當Srxlev小于等于SIntraSearchP，或者Squal小于等于SIntraSearchQ時，UE進入頻內(nèi)測量過程。以此原則，在SIB3中給出了threshServingLowQ的定義，下面是頻間小區(qū)重選的高優(yōu)先級規(guī)則：

a.EUTRAN小區(qū)的Squal大于HighQ與ThreshX；同時UTRAN FDD小區(qū)的Squal大于HighQ與ThreshX；

b. UTRAN FDD小區(qū)的Srxlev大于ThreshX與HighP；同時GERAN小區(qū)的Srxlev大于ThreshX與HighP；

c.當小區(qū)重選執(zhí)行時間超過1秒時，以下情況可向較低優(yōu)先級的頻段與RAT小區(qū)進行重選：

(1)當該小區(qū)Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同時EUTRAN小區(qū)的Squal大于ThreshX，LowQ時；

(2)當該小區(qū)Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同時UTRAN TDD小區(qū)的Srxlev大于ThreshX，LowP時；

(3)在該小于已停留時間超過1s時。

值得注意的是，若滿足條件的小區(qū)不止一個，則應(yīng)采用高優(yōu)先級優(yōu)先的原則。一般最多可分為9個優(yōu)先級，而每級最多可包括16個小區(qū)。

3.3 異構(gòu)網(wǎng)的性能分析

如圖3，以一宏小區(qū)(7個宏站，21個扇區(qū))為基礎(chǔ)，將3個發(fā)射功率為6 W的微基站添加到宏基站的邊緣位置，用以提高該小區(qū)邊緣區(qū)域用戶的性能。在經(jīng)過補盲處理后，處于補盲區(qū)域內(nèi)用戶可使用信號增強，從而用戶可獲取更為充裕的RB資源，進而用戶的數(shù)據(jù)吞吐量以及SINR可得到提升。

在小區(qū)補盲前后，處于下行區(qū)域的小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量從89 Mbit/s提升到132 Mbit/s，增幅為48%，其具體數(shù)據(jù)如表3所示。

圖3 宏基站加微基站補盲示意圖

在小區(qū)補盲前后，處于上行區(qū)域的小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量如表4。值得考慮的是，可以采用提高小區(qū)的功控系數(shù)P0的方式，對補盲后小區(qū)區(qū)域內(nèi)用戶發(fā)射功率進行補償，從而達到提高該區(qū)域內(nèi)用戶數(shù)據(jù)吞吐量的目的。從表4可以得到，功控系數(shù)P0較Microcell(微小區(qū))大5 dB的區(qū)域，40%小區(qū)邊緣范圍內(nèi)用戶吞吐量提高38.5%；同時，當功控系數(shù)P0較Microcell(微小區(qū))大10 dB的區(qū)域，40%小區(qū)邊緣范圍內(nèi)用戶吞吐量提高10.6%。

在小區(qū)補盲前后，處于上行區(qū)域的數(shù)據(jù)吞吐量的增益如表5：從表5可以看出，采用提高Microcell的功控系數(shù)P0的方法對Microcell區(qū)域內(nèi)用戶的發(fā)射功率進行補償?shù)姆椒ㄊ强尚械?，有助于提高Microcell整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量。

3.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署形態(tài)

目前，我國移動通信的頻率資源日趨緊張，而其產(chǎn)業(yè)鏈也逐漸成熟[5]。針對該情況，可能會在中近期內(nèi)，采用FD頻段對宏蜂窩區(qū)域?qū)崿F(xiàn)大范圍的覆蓋。而對于其中的低發(fā)射功率的基站，可采用皮小區(qū)或者室內(nèi)分布系統(tǒng)的補償方法，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋。伴隨著網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)產(chǎn)品功能的日益完善，在未來時間里，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是：針對高價值高網(wǎng)路數(shù)據(jù)通信密度的樓宇采用分布系統(tǒng)，同時采用微基站與宏站對網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)或業(yè)務(wù)量大的區(qū)域進行補償；而對于住宅小區(qū)、中低端的寫字樓等區(qū)域可采用與飛小區(qū)解決方案相似的方法來解決，將多基站、多層次的方法融入其中，從而實現(xiàn)TD-LTE的深度覆蓋。

4 結(jié)論

從TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目前的覆蓋效果中分析得到，若采用當前網(wǎng)絡(luò)站址的資源，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在很難實現(xiàn)高頻段組網(wǎng)系統(tǒng)的有效深度覆蓋。眾所周知，若采用低頻段組網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的效果是有利的，但面對目前高層建筑物日益增加，商業(yè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的現(xiàn)狀，低頻段組網(wǎng)將難以滿足用戶的需求。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)十分規(guī)范的給出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的分層組網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，采用多樣化發(fā)射功率的多基站方法，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋。通過數(shù)值仿真，其結(jié)果顯示異構(gòu)網(wǎng)不僅可以解決覆蓋盲區(qū)問題，同時可增大覆蓋范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)容量，從而有效地改善了處于覆蓋邊緣區(qū)域內(nèi)用戶的體驗。同時，異構(gòu)網(wǎng)將面臨信號干擾，層間移動性管理等難題，因而還需要在未來時間里，積極探索這些問題的解決方案，并在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的部署過程中學(xué)習(xí)并積累運營與建設(shè)經(jīng)驗。

表3 下行小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量

表4 上行小區(qū)數(shù)據(jù)吞吐量

表5 上行區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)吞吐量及其增益

[1] 李通， 程日濤， 王潛淵， 張新程． TD-LTE深度覆蓋方案[J]．電信工程技術(shù)與標準化． 2012，(7)：6-8．

[2] 魯義軒． 四大策略加強TD-LTE深度覆蓋[J]． 通信世界．2011，(28)：30-31．

[3] 羅凡云，郭俊峰． TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能分析[J]． 移動通信．2010，(5)：41-43．

[4] 郭華， 肖榮軍， 王宏圖． TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究[J]． 移動通信． 2011，(16)：58-60．

[5] 肖清華， 楊春德， 張堃． TD-LTE覆蓋能力綜合分析[J]． 郵電設(shè)計技術(shù)． 2012，(1)：36-38．

Analysis on TD-LTE network depth coverage solutions

LIU San-Si1, ZHAO Yan2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Sichuan Branch, Chengdu 610045, China; 2 China Academy of Telecommunication Research of MIIT, Beijing 100191, China)

Currently, due to the characteristics of the TD-LTE network technology, as well as the positioning of its market operations, TD-LTE network depth coverage requirements are more stringent. This article describes the challenges facing TD-LTE depth coverage and analysis of the ability of the comprehensive coverage of the TD-LTE network deployments band, and proposed to solve the TD-LTE network depth coverage problem in heterogeneous network construction technique, and the technologythe program was discussed in detail.

TD-LTE; depth coverage; heterogeneous network

TN929.5

A

1008-5599（2013）09-0026-05

2013-07-25