TD-LTE覆蓋規(guī)劃指標及子幀配置*

李秋香，徐曉東，周伯慧

（中國移動通信有限公司研究院 北京100053）

1 引言

公共參考信號（common reference signal，CRS）用于控制信道和業(yè)務信道接收時的信道估計，其接收功率（common reference signal received power，CRS RSRP）間接反映控制信道和業(yè)務信道的信號強度。公共參考信號干擾噪聲比 （common reference signal to interference and noise ratio，CRS SINR）是信號功率相對于噪聲與干擾功率之和的比值，可反映信號質量。TD-LTE由于其特殊的設計方式，如隨機序列加擾、跳頻傳輸、功率控制及干擾抑制技術等，可進行同頻組網(wǎng)，在進行LTE商用網(wǎng)絡規(guī)劃時，一般考慮CRS RSRP、CRS SINR、邊緣速率等指標，而邊緣速率與CRS SINR規(guī)劃指標密切相關，因此本文主要對CRS RSRP和CRS SINR這兩個規(guī)劃指標進行分析。

TD-LTE在標準上與LTE FDD進行了融合，采用與LTE FDD等長的子幀結構，繼承了TD-SCDMA幀結構的特點，包括上行子幀、下行子幀、特殊子幀，其中特殊子幀由下行導頻時隙（downlink pilot time slot，DwPTS）、保護間隔 （guard period，GP）和上行導頻時隙 （uplink pilot time slot，UpPTS）3部分組成。TD-LTE系統(tǒng)通過GP實現(xiàn)同一頻段上同時進行上下行傳輸，在DwPTS上傳輸主同步信號（PSS），剩余資源可用于下行數(shù)據(jù)傳輸，UpPTS可承載隨機接入信號和上行信號質量估計信道。與TD-SCDMA相比，TD-LTE具有更靈活的子幀配比和特殊子幀配比，以適應不同的業(yè)務速率要求，在進行網(wǎng)絡規(guī)劃時，需根據(jù)實際情況選擇合適的子幀配比。

2 覆蓋規(guī)劃指標

合理的CRS RSRP和CRS SINR規(guī)劃指標是保證用戶體驗的前提。用戶體驗主要包括駐留網(wǎng)絡、接入網(wǎng)絡以及使用業(yè)務3個環(huán)節(jié)。不同的用戶體驗環(huán)節(jié)對RSRP的要求基本相同，RSRP滿足用戶駐留的要求后，一般也可滿足用戶接入和使用業(yè)務的要求。

不同的用戶體驗環(huán)節(jié)對SINR的要求不同。在用戶駐留網(wǎng)絡環(huán)節(jié)，SINR需保證用戶可正確接收系統(tǒng)廣播消息；在用戶接入網(wǎng)絡環(huán)節(jié)，SINR需保證可在網(wǎng)絡中建立連接并發(fā)起業(yè)務；在用戶使用業(yè)務環(huán)節(jié)，用戶需求的數(shù)據(jù)速率不同，直接帶來對SINR的要求不同。一般來說，在上述環(huán)節(jié)中，保證一定業(yè)務速率對SINR的要求最高，用戶接入對SINR的要求次之，用戶駐留對SINR的要求最低。

2.1 CRS RSRP規(guī)劃指標

RSRP需滿足用戶駐留網(wǎng)絡的要求，以保證終端可以正確接收系統(tǒng)消息。理論上用戶駐留網(wǎng)絡最小的RSRP要求與終端的接收機靈敏度相同。以8天線系統(tǒng)為例，接收靈敏度=熱噪聲密度+10lg(BW)+接收機噪聲系數(shù)+解調(diào)門限=-174 dBm/Hz+10lg15 000+7 dB+解調(diào)門限=-125 dBm+解調(diào)門限。終端類型、實現(xiàn)及個體差異導致各終端的解調(diào)性能存在一定的差異性，在無其他干擾的情況下，假設解調(diào)門限為0 dB，接收靈敏度為-125 dBm，此時滿足駐留網(wǎng)絡對RSRP的要求為-125 dBm@15 kHz（TD-SCDMA終端接收機靈敏度對應RSCP為-106 dBm@1.28 MHz）。

上述駐留網(wǎng)絡對RSRP的最小要求考慮的是下行，當系統(tǒng)為下行覆蓋受限時，只要實際RSRP大于終端駐留所需求的最小RSRP，終端即可駐留網(wǎng)絡。但在實際系統(tǒng)中，由于不同小區(qū)采用不同的天線配置或者負載，覆蓋有可能是上行先受限，此時，即使實際RSRP大于駐留網(wǎng)絡所需求的最小RSRP，終端可能由于上行覆蓋較弱而無法駐留網(wǎng)絡。以下僅從下行覆蓋受限的角度來考慮RSRP的規(guī)劃指標。

用戶使用過程中，由于存在人體損耗、車體損耗、穿透損耗、鄰區(qū)干擾等不確定因素的影響，為保證實際的覆蓋效果，實際規(guī)劃RSRP指標需預留一定的余量，所以實際規(guī)劃RSRP指標應為駐留網(wǎng)絡所需最小RSRP與預留余量之和，而余量和使用場景、頻段、環(huán)境等有關。

在利用室外宏基站覆蓋室內(nèi)的場景下，室外宏基站RSRP規(guī)劃指標，在終端駐留RSRP基礎上，如果考慮人體損耗3 dB、鄰區(qū)干擾余量（3 dB）、OTA（6 dB）和穿透損耗（假設一般主城區(qū)F頻段室內(nèi)覆蓋目標的穿透損耗為13 dB左右），室外F頻段非手持終端RSRP規(guī)劃指標為-100 dBm。但在不同場景、不同頻段情況下，需考慮不同穿透損耗和干擾余量。

上述RSRP規(guī)劃指標指的是終端天線口接收到的信號電平值。實際上，驗收時所用終端、終端所處位置都是多樣的，一般來說驗收位置都在室外，可能在車內(nèi)也可能在車外，驗收所采用的終端也有可能是手持終端或非手持終端。如果在車內(nèi)驗收，需考慮車體損耗；如果采用手持終端，則實際測量的RSRP已經(jīng)包含人體損耗，無論是手持還是非手持終端，測量值都已經(jīng)包含了OTA?？傊?，驗收位置和終端決定了驗收評估時的RSRP值，該值與規(guī)劃指標是不同的。

對于室內(nèi)用戶而言，只要終端接收到的RSRP在-122 dBm以上即可，考慮了接收靈敏度加鄰區(qū)干擾余量，以保證用戶體驗的穩(wěn)定性。

對于室外而言，如果采用車外手持終端驗收，以F頻段為例，終端已包含OTA，人體損耗也已經(jīng)計算在內(nèi)，因此需在規(guī)劃指標的基礎上排除OTA和人體損耗，因此，RSRP評估指標為：-100 dBm-6 dBm-3 dBm=-109 dBm；如果采用車內(nèi)非手持終端驗收，終端已包含OTA，不包含人體損耗，但存在車體損耗，假設車體損耗為6 dB，則車內(nèi)非手持終端評估指標為：-100 dBm-6 dBm-6 dBm=-112 dBm。

因此，在評估網(wǎng)絡覆蓋水平時，在考慮網(wǎng)絡規(guī)劃指標的基礎上，還需考慮終端類型及所處位置。

2.2 CRS SINR規(guī)劃指標

網(wǎng)絡規(guī)劃中使用的CRS SINR為公共參考信號的信干噪比，而和業(yè)務速率等用戶體驗直接相關的是業(yè)務信道的SINR。CRS SINR與業(yè)務信道SINR之間（進而與業(yè)務速率之間）的關系受全網(wǎng)負載水平、天線傳輸模式和傳播環(huán)境、終端性能以及速率滿足的概率等因素共同影響。

（1）網(wǎng)絡負載水平的影響

在網(wǎng)絡空載情況下，服務小區(qū)公共參考信號僅受到鄰區(qū)與其模3相同的公共參考信號的干擾，而業(yè)務信道則受到與本小區(qū)非模3沖突的公共參考信號干擾，公共參考信號受到的干擾與業(yè)務信道受到的干擾不一致。在50%網(wǎng)絡負載情況下，公共參考信號和業(yè)務信道在多個小區(qū)間會相互產(chǎn)生干擾，在調(diào)度算法相對固定的情況下，業(yè)務信道與公共參考信號的SINR對應關系相對收斂；在100%網(wǎng)絡負載下，鄰區(qū)公共參考信號及業(yè)務信道均占滿全部資源，CRS受到的干擾與用戶業(yè)務信道受到的干擾一致，業(yè)務信道與公共參考信號的SINR對應關系相對固定。在網(wǎng)絡實際規(guī)劃或驗收時，可綜合考慮未來網(wǎng)絡典型負載情況、公共參考信號與業(yè)務信道SINR之間的關系等因素，確定應采用何種網(wǎng)絡負載水平進行規(guī)劃或驗收。

（2）傳播環(huán)境和天線模式的影響

信道傳播環(huán)境直接影響LTE的天線模式選擇，而不同天線模式下CRS SINR與用戶業(yè)務速率之間的關系存在差異。以8天線為例，在信道質量較差區(qū)域，一般采用波束成形TM7及發(fā)送分集TM2兩種天線模式。TM2在各種場景下的性能相對比較固定，TM7相對TM2的性能有所提升，因此在保證一定速率的前提下，TM7與TM2相比，可降低對CRS SINR的要求。傳播環(huán)境和天線模式對CRS SINR規(guī)劃指標的影響見表1。測試結果顯示，同一場景下，以95%高于某SINR的取值作為規(guī)劃指標，在滿足相同的邊緣速率的要求下，TM7較TM2對CRS SINR的要求可降低1～3 dB，不同場景SINR的規(guī)劃指標有所差異。TM7的性能增益與應用場景、廠商實現(xiàn)和算法等密切相關。

表1 傳播環(huán)境和天線模式對CRS SINR規(guī)劃指標的影響

在實際網(wǎng)絡規(guī)劃中，若使用TM2固定模式進行規(guī)劃，可以確保信號質量CRS SINR和用戶業(yè)務速率關系穩(wěn)定，可反映最差情況下對網(wǎng)絡的要求，用戶實際使用TM2/TM7自適應模式驗收時將獲得更高速率；若同時采用自適應模式進行規(guī)劃和驗收，則規(guī)劃與驗收時的天線模式和用戶體驗基本一致，但不同環(huán)境、不同廠商波束成形增益波動性較大，CRS SINR和用戶業(yè)務速率關系波動較大，實際操作較為復雜。

（3）端到端產(chǎn)品性能的影響

不同芯片、品牌、類型的終端的解調(diào)性能存在較大差異，導致在相同位置處的速率存在較大差異。在發(fā)射功率一定的情況下，基站和終端的接收機性能指標越差，達到相同目標速率時需要的SINR越高。如果兼顧性能較差的終端，SINR規(guī)劃指標要預留一定余量。

（4）達到一定速率的概率的影響

對RSRP和SINR的規(guī)劃指標而言，通常要求全網(wǎng)95%以上的概率高于某規(guī)劃指標。對業(yè)務需求而言，需包含一定的業(yè)務速率要求以及達到該速率的概率，因為即使同一速率要求，若要求滿足的概率不同，對SINR規(guī)劃指標的要求也不同。假設在某特定場景下，鄰區(qū)100%負載、TM2模式下，目標規(guī)劃速率為2 Mbit/s，若規(guī)劃SINR指標為[-4,-3]，約73%概率高于2 Mbit/s；若規(guī)劃SINR指標為[-3,2]，約86%概率高于2 Mbit/s。

（5）接入過程對SINR的要求

為了保證用戶的感知，需保證用戶具有一定的接入成功率，從表2某終端在加擾情況下的實際測試結果中可以看出，終端在不同SINR下的接入成功率是不同的。

表2 SINR和接入成功率的關系

因CRS SINR和用戶業(yè)務速率之間關系復雜，不同場景下兩者的對應關系有所差異，在實際確定網(wǎng)絡規(guī)劃指標時，需結合實際的目標速率及概率要求，并充分考慮不同場景的差異來確定CRS SINR的規(guī)劃指標。

2.3 CRS RSRP和CRS SINR的關系

在干擾情況相對復雜、干擾比較隨機的場景（如室外道路場景）中，速率主要隨SINR變化，不同RSRP下的速率也有可能相同。但在干擾情況簡單、干擾相對收斂的場景中，如室內(nèi)分布、“孤站”等場景，隨著RSRP的增加，SINR也隨之增加，此時，RSRP越高，速率越高。實際復雜的網(wǎng)絡環(huán)境下，用戶速率與信號強度RSRP無必然聯(lián)系，主要取決于信號質量SINR。

此外，RSRP與基站發(fā)射功率、站間距有較大關系，但SINR與這兩者的關系不明顯。不同發(fā)射功率下全網(wǎng)CRS RSRP CDF與CRS SINR CDF分別如圖1和圖2所示。在網(wǎng)絡結構固定的情況下，全網(wǎng)RSRP水平隨基站發(fā)射功率提高而增強，存在較為確定的對應關系；而網(wǎng)絡中的有用信號和干擾信號隨功率同升同降，整體上看，在不同功率配置下，小區(qū)邊緣/平均SINR沒有明顯差異。

3 TD-LTE子幀配置規(guī)劃

3.1 TD-LTE幀結構特點

TD-LTE幀結構如圖3所示，1個無線幀包含10個子幀，1個子幀長1 ms，常規(guī)子幀包含2個時隙，下行和上行子幀之間有1個特殊子幀，包含3個部分，即DwPTS、GP和UpPTS。上下行子幀配比和特殊子幀配比有很多種，通過調(diào)整上行和下行子幀數(shù)的配比，TD-LTE系統(tǒng)可以滿足不同的上下行數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務比例的需求。特殊子幀的配比也有多種選擇，以適應不同的傳輸距離。TD-LTE上下行子幀配置見表3（其中，S表示特殊子幀，D表示下行子幀，U表示上行子幀）。TD-LTE特殊子幀配置見表4。

表3 TD-LTE上下行子幀配置

表4 TD-LTE特殊子幀配置

與TD-SCDMA幀結構相比，TD-LTE系統(tǒng)保留了TD-SCDMA系統(tǒng)的一些基本特征，如靈活的上下行時隙配比，根據(jù)業(yè)務需求實現(xiàn)靈活的上下行子幀配置；特殊子幀保留和TD-SCDMA系統(tǒng)類似的結構，由DwPTS、GP和UpPTS 3部分依次組成。

同時，TD-LTE在TD-SCDMA的基礎上做了一些改進，與TD-SCDMA的子幀結構有所差別，具體如下。

·子幀長度不同：TD-SCDMA正常子幀長度是0.675 ms，但特殊子幀長度是0.275 ms，而TD-LTE的正常子幀和特殊子幀長度都是1 ms。

·調(diào)度周期不同：TD-SCDMA的調(diào)度周期是5 ms，而TD-LTE的調(diào)度周期是1 ms，具有更短的時延和更大的靈活性。

·特殊子幀配置不同：TD-LTE特殊子幀可靈活配置，

DwPTS、GP、UpPTS可以選擇不同的長度，以適應覆蓋、容量、鄰頻共存、規(guī)避遠距離基站干擾等不同場景的需要，且在某些配置下，DwPTS可以傳輸數(shù)據(jù)，進一步提高資源利用效率。而TD-SCDMA的特殊子幀的DwPTS、GP、UpPTS是固定的，且不能傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 TD-LTE子幀配置考慮的因素

TD-LTE具有靈活的上下行子幀和特殊子幀配置方式，實際配置需考慮多方面的影響因素。

第一，上下行業(yè)務需求。移動寬帶業(yè)務的上下行流量是不對稱的，其上下行業(yè)務流量比為1∶4～1∶6。而TD-LTE可提供靈活的上下行配置。移動寬帶業(yè)務上下行流量之比見表5。在上下行時隙配比為1∶3的情況下，TD-LTE上下行數(shù)據(jù)速率比例約為1∶5.94，與移動寬帶業(yè)務的上下行流量之比接近。TD-LTE上下行速率之比見表6。

第二，與TD-SCDMA同頻共存或鄰頻共存。當TD-LTE與TD-SCDMA同頻共存或當TD-SCDMA采用FA寬頻功放，與TD-SCDMA在FA鄰頻共存時，兩個網(wǎng)絡的上下行轉換時間一定要對齊以避免干擾。TD-SCDMA和TD-LTE鄰頻共存時的子幀配比如圖4所示。TD-SCDMA上下行子幀配比為3∶3時，TD-LTE上下行子幀配比應為2∶2，特殊子幀 最 佳 配 置 為10∶2∶2，此 時DwPTS可 用 于 傳 輸 數(shù) 據(jù)。TD-SCDMA上下行子幀配比為2∶4時，TD-LTE上下 行 子 幀配比應為1∶3，TD-LTE特殊子幀可采用3∶9∶2或3∶10∶1等配置，此時，DwPTS無法承載業(yè)務數(shù)據(jù)或部分承載數(shù)據(jù)，峰值/平均吞吐量較10:2:2配比，有一定的吞吐量損失。

表5 移動寬帶業(yè)務上下行流量之比

表6 TD-LTE上下行速率之比

圖4 TD-SCDMA和TD-LTE鄰頻共存時子幀配比

因此TD-LTE的子幀配比應該遵循兩方面的原則：TD-LTE的子幀配比需保證TD-LTE與TD-SCDMA的上下行轉換時間對齊；TD-LTE特殊子幀的GP長度盡可能小，使TD-LTE下行吞吐量最大。

3.3 TD-LTE子幀配置建議

TD-LTE子幀配置，需綜合考慮上下行業(yè)務需求及與TD-SCDMA鄰頻共存，同時盡可能使吞吐量最大化，即使用GP較短的特殊子幀配置。根據(jù)上下行業(yè)務需求差異，上下行子幀配比主要考慮1∶3和2∶2。

對于F頻段而言，為了與TD-SCDMA在同頻段（如F頻段）共存，需要保持子幀上下行轉換點保持對齊；對于TD-SCDMA采用寬帶功放（F+A）RRU設備的情況，TD-SCDMA的A頻段和LTE的F頻段鄰頻共存時也需子幀對齊。因此當TD-SCDMA上下行時隙配比為2∶4時，TD-LTE只能配置為1∶3，但特殊子幀的配比可有多種選擇，具體如下。

·DwPTS∶GP∶UpPTS配比為3∶9∶2。系統(tǒng)和終端支持能力較好，但DwPTS不能用于傳輸下行數(shù)據(jù)。由于控制信道配置不同、符號/子幀計算方式不同，3∶1時隙配比下，3∶9∶2相 對10∶2∶2下行吞吐量損失為18.7%～20%。

·DwPTS∶GP∶UpPTS配比為6∶6∶2。DwPTS可用于傳輸下行數(shù)據(jù)，相比10∶2∶2的配置，容 量損失降至 約10%。目前尚在標準化過程中。

對于D頻段而言，不存在與TD-SCDMA共存干擾的問題，上下行子幀配比可以配置為2∶2或1∶3，為使下行吞吐量最大化，特殊子幀配比建議配置為10∶2∶2。

4 結束語

本文對TD-LTE組網(wǎng)的關鍵規(guī)劃指標CRS RSRP和CRS SINR及兩者之間的關系展開分析。從終端接收靈敏度出發(fā)，結合干擾余量、人體損耗及滿足一定程度的室內(nèi)覆蓋要求等，理論分析CRS RSRP規(guī)劃指標要求，給出CRS RSRP規(guī)劃指標參考值，并在規(guī)劃指標的基礎上，考慮驗收時所采用的終端類型及終端所處位置，給出實際驗收時的評估指標參考值；從網(wǎng)絡負載、傳播環(huán)境及天線模式、邊緣速率要求、終端性能等多個方面分析CRS SINR規(guī)劃指標的影響因素；分析CRS RSRP和CRS SINR兩者之間關系，得出在實際復雜的網(wǎng)絡中，CRS RSRP與CRS SINR無必然聯(lián)系，CRS RSRP與基站發(fā)射功率、站間距有較大關系，但SINR與這兩者的關系不明顯。

此外，本文還對TD-LTE子幀結構特點進行了分析，并與TD-SCDMA的子幀結構進行比較，結合上下行業(yè)務速率需求、與TD-SCDMA共存等因素，給出不同頻段的子幀配置建議。對F頻段而言，考慮到與TD-SCDMA同頻共存，或當TD-SCDMA采用FA寬頻功放時與TD-SCDMA在FA鄰頻共存，TD-LTE上下行子幀配比應為1∶3，特殊子幀配比為3∶9∶2、9∶3∶2或6∶6∶2等；對于D頻段而言，上下行子幀配比主要考慮上下行業(yè)務速率需求靈活配置，為使TD-LTE的速率最大化，特殊子幀配比考慮為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，朱晨鳴，王強等.TD-LTE無線網(wǎng)絡規(guī)劃與設計.北京：人民郵電出版社，2012