當(dāng)下LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃技術(shù)

【摘要】LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃技術(shù)在降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)質(zhì)量上發(fā)揮著不可替代的作用。本文在LTE規(guī)劃需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合其理論研究了LTE無線接入的鏈路以及網(wǎng)絡(luò)特征。

【關(guān)鍵詞】LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃技術(shù)

無線業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，2G、3G已不能再滿足所有用戶的要求了，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的供需矛盾越來越突出，為緩解這一矛盾，針對(duì)此而研發(fā)的LTE也逐步擺脫理論，走向?qū)嶋H應(yīng)用。LTE之所以備受青睞，與其多種優(yōu)勢(shì)是緊密相連的，如其成本低廉、部署靈活，具有極強(qiáng)的業(yè)務(wù)承載能力，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的高效利用等。

隨著LTE系統(tǒng)的不斷成熟，與其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也被帶動(dòng)，迅速發(fā)展起來。從當(dāng)前的情況來看，3GPP在Release-8的相關(guān)工作已經(jīng)被凍結(jié)，各設(shè)備商在此環(huán)境下已經(jīng)開始對(duì)LTE產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)，與此同時(shí)，各種實(shí)驗(yàn)局的部署以及測(cè)試也正在有序地進(jìn)行。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)來看，LTE產(chǎn)品的研發(fā)雖然有了一定的進(jìn)步，但其靈活性和高度的復(fù)雜性也導(dǎo)致了各種不確定性的出現(xiàn)，LTE的系統(tǒng)特征以及建網(wǎng)思路和優(yōu)化策略都還處于初級(jí)摸索階段。對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，系統(tǒng)的理論體系以及應(yīng)用方案的缺乏不利于其高效精確的部署，從而嚴(yán)重阻礙了LTE的發(fā)展。

在LTE系統(tǒng)中，空中接口充分利用了許多先進(jìn)無線鏈路技術(shù)，如高級(jí)編碼調(diào)制方式、正交頻分復(fù)用、混合自動(dòng)重傳、多輸入多輸出等，并借助功率控制、動(dòng)態(tài)調(diào)度以及干擾消除技術(shù)等管理算法，以提升空口資源配置的效率和靈活性。這些技術(shù)雖提高了網(wǎng)絡(luò)性能，但也加大了系統(tǒng)分析的難度，要實(shí)行高效的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案，就必須全面研究系統(tǒng)的技術(shù)特征。

一、LTE網(wǎng)絡(luò)流程及覆蓋規(guī)劃策略

從總體來看，頻分雙工（FDD）LTE的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃程序和2G、3G的規(guī)劃程序有著很高的相似性，包括五部分：一，需求收集和分析；二，覆蓋和容量的設(shè)計(jì)；三，站點(diǎn)選擇；四、規(guī)劃仿真；五、報(bào)告撰寫。其中，第二部分覆蓋和容量的設(shè)計(jì)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心，應(yīng)參照不同用戶的具體要求，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)特征進(jìn)行深入研究分析的基礎(chǔ)上，全面估算網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。本文主要對(duì)LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃方法作了分析。

FDD LTE系統(tǒng)覆蓋規(guī)劃的目的是計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，但計(jì)算過程很有難度，不僅要滿足實(shí)際中小區(qū)邊緣覆蓋的要求，還必須依據(jù)一定的參數(shù)設(shè)置，對(duì)基站所能覆蓋的面積進(jìn)行估算，從而求得網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。根據(jù)不同的場(chǎng)景和具體的規(guī)劃需求，可將其規(guī)劃策略分為3類：

①基于上行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

這種策略多用于只對(duì)上行邊緣速率有限制的覆蓋要求。基于上行速率，輸入特定的鏈路預(yù)算參數(shù)，對(duì)上行覆蓋半徑進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)可能實(shí)現(xiàn)的下行邊緣速率做出估測(cè)。

②基于下行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

這種策略多用于下行邊緣速率被限制的覆蓋要求?；谙滦兴俾?，輸入特定的鏈路預(yù)算參數(shù)，對(duì)下行覆蓋半徑進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)可能實(shí)現(xiàn)的上行邊緣速率做出估測(cè)。

③基于上下行邊緣速率要求的規(guī)模估算

這種策略多用于上下行邊緣速率同時(shí)被限制的覆蓋需求?；谏舷滦兴俾?，輸入特定的鏈路預(yù)算參數(shù)，依次對(duì)上下行的覆蓋半徑進(jìn)行計(jì)算，通過比較得出受限的覆蓋半徑。

在實(shí)際規(guī)劃中，需依據(jù)不同的場(chǎng)景和具體的實(shí)際需求來選擇適宜的覆蓋規(guī)劃策略，靈活應(yīng)對(duì)規(guī)劃過程中出現(xiàn)的問題。

二、LTE上行覆蓋規(guī)劃技術(shù)的關(guān)鍵

LTE覆蓋規(guī)劃問題要想得到很好的解決，達(dá)到邊緣業(yè)務(wù)的速率要求并確定覆蓋范圍是關(guān)鍵，而對(duì)某些特殊的業(yè)務(wù)或場(chǎng)景，控制信道的覆蓋性能也需在考慮范圍之內(nèi)。本文主要討論的覆蓋規(guī)劃問題都是處于業(yè)務(wù)信道受限場(chǎng)景之下的。

當(dāng)業(yè)務(wù)速率一定時(shí)，主要考慮兩個(gè)方面：LTE的鏈路及系統(tǒng)，從這兩方面分析總結(jié)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特征。

LTE上行覆蓋規(guī)劃技術(shù)主要研究?jī)蓚€(gè)方面：一是系統(tǒng)級(jí)研究，二是鏈路級(jí)研究。

在新的環(huán)境下，LTE系統(tǒng)上行轉(zhuǎn)換了新的接入方式，即多址接入方式，這種接入方式以單載波-頻分多址為基礎(chǔ)，導(dǎo)致小區(qū)用戶之間出現(xiàn)彼此正交，鄰近的激活用戶成了主要的干擾來源，采用什么樣的上行功率控制方法對(duì)干擾強(qiáng)度及模式有著直接影響。在其覆蓋設(shè)計(jì)中，作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)之一，干擾余量受應(yīng)用場(chǎng)景和功率控制模式直接影響，它利用系統(tǒng)仿真深入研究不同形式的干擾，為上行覆蓋規(guī)劃提供實(shí)際有效的參考依據(jù)。

由于建網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏頗，上行干擾特征常常被功率控制的策略等因素指導(dǎo)。對(duì)于LT系統(tǒng)，作為最直接衡量上行干擾特征的標(biāo)準(zhǔn)，平均干擾抬升（IOT）的性能受上行功率控制參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景的直接控制。一般來講，LTE上行功率控制有開環(huán)功控和閉環(huán)功控兩種，前者決定系統(tǒng)干擾模式，后者多用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。具體來說，開環(huán)功率控制為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，往往采用確定控制參數(shù)P0和α的途徑來實(shí)現(xiàn)，參數(shù)集合不同，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量特征也不一樣。為適應(yīng)實(shí)際規(guī)劃需要，應(yīng)在各種場(chǎng)景下深入分析研究上述參數(shù)，總結(jié)出符合要求的參數(shù)，因此，需計(jì)算出滿足要求的參數(shù)，依據(jù)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行系統(tǒng)干擾特征研究，并對(duì)相應(yīng)的上行干擾余量作分析。從上述分析中可得知，參數(shù)不同，其相對(duì)應(yīng)的干擾特征以及系統(tǒng)性能指標(biāo)也常常存在差異，所以在做實(shí)際的規(guī)范選擇時(shí)，務(wù)必要依據(jù)實(shí)際情況而行。

覆蓋是建網(wǎng)初期網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究的對(duì)象，基于上述分析，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，尤其是覆蓋準(zhǔn)則作為主要導(dǎo)向的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)最大化覆蓋，可通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的功控參數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)，鑒于在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載時(shí)各有不同的目標(biāo)，需對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)干擾水平做充足的全面考慮，以此作為覆蓋規(guī)劃的參數(shù)。

在上行覆蓋技術(shù)的鏈路研究中，特定速率下的帶寬優(yōu)化配置是重點(diǎn)。有些邊緣數(shù)據(jù)的速率是固定的，對(duì)此，則需給用戶分配不同的寬帶，通過這種方法來滿足要求，但同時(shí)也可能導(dǎo)致覆蓋性能存在差異。從研究信道容量以及全面分析鏈路級(jí)仿真結(jié)果中可知，在數(shù)據(jù)速率固定的基礎(chǔ)上，優(yōu)化帶寬配置可提升業(yè)務(wù)的覆蓋性能。該設(shè)計(jì)根據(jù)鏈路仿真以及實(shí)際系統(tǒng)中對(duì)鏈路性能的分析，以終端功率的使用效率為出發(fā)點(diǎn)，深入分析了特定條件下的業(yè)務(wù)速率和不同用戶寬帶分配下的覆蓋性能。以此為基礎(chǔ)，不同的業(yè)務(wù)速率需求，得到的上行占用寬帶能夠得到優(yōu)化，以保證良好覆蓋性能的實(shí)現(xiàn)。

以上從系統(tǒng)和鏈路兩方面對(duì)上行鏈路的預(yù)算核心內(nèi)容進(jìn)行了確立，其核心內(nèi)容，即上行發(fā)射寬帶和干擾余量，需注意的是，和發(fā)射寬帶相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)信號(hào)、調(diào)制編碼格式以及干擾噪聲比都由鏈路仿真提供。在這種情況下，可借助以往的鏈路預(yù)算計(jì)算方法對(duì)邊緣數(shù)據(jù)速率一定條件下的上行最大允許的路徑損耗進(jìn)行計(jì)算。

三、LTE下行覆蓋技術(shù)關(guān)鍵

和上行一樣，LTE下行覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)也包括系統(tǒng)研究和鏈路研究?jī)煞矫?，前者主要利用系統(tǒng)仿真，深入研究不同場(chǎng)景和覆蓋范圍下不同位置的干擾余量、干擾強(qiáng)度和接受信號(hào)強(qiáng)度；后者主要借助不同的鏈路設(shè)置（如帶寬、調(diào)制編碼格式下的鏈路仿真），對(duì)鏈路質(zhì)量、業(yè)務(wù)速率以及各種信道環(huán)境進(jìn)行分析，并以此作為覆蓋規(guī)劃的依據(jù)。

系統(tǒng)負(fù)載及組網(wǎng)方式等因素都對(duì)LTE的下行干擾情況有影響，且隨著小區(qū)的變化而不斷發(fā)生變化，鏈路預(yù)算中的干擾余量也隨之同時(shí)變化。由于小區(qū)半徑與干擾余量相關(guān)緊密，傳統(tǒng)的計(jì)算小區(qū)半徑的方法已不適合當(dāng)前情況，需要新的穩(wěn)定的中間參數(shù)。經(jīng)大量分析研究，幾何分子憑借其獨(dú)有的特性成為了鏈路預(yù)算的理想方法。如遇到滿負(fù)載全同頻組網(wǎng)的情況，從各種小區(qū)半徑下的幾何分子累計(jì)分析函數(shù)中可得知，在覆蓋半徑不同的情況下，幾何因子的分布大多是重合的，此特點(diǎn)為L(zhǎng)TE下行鏈路的預(yù)算提供了穩(wěn)定的只中間參數(shù)。

而在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，通常會(huì)選取95%左右的區(qū)域覆蓋所對(duì)應(yīng)的幾何因子作為覆蓋規(guī)劃的參考依據(jù)。對(duì)實(shí)際中的組網(wǎng)來說，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是各不相同的，不同系統(tǒng)負(fù)載下的幾何因子也存在著差異性，這些也都是需要考慮的因素，并將此作為與其相應(yīng)的負(fù)載下的參考取值，通過對(duì)幾何因子的運(yùn)用，在對(duì)下行覆蓋進(jìn)行分析時(shí)，能夠在干擾噪聲比之間形成明確的數(shù)學(xué)關(guān)系。再看的具體些，于實(shí)際中的鏈路預(yù)算，依據(jù)一定的需求來對(duì)下行邊緣所需要的SINR做出明確選擇，并以此為前提，計(jì)算求得邊緣所需要的最低接收信號(hào)強(qiáng)度，再以基站的發(fā)射功率為參考數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算求出MAPL。

四、結(jié)束語

從整個(gè)業(yè)界的角度來看，對(duì)LTE實(shí)際組網(wǎng)的研究尚處于初步探索時(shí)期。本文不但提出了不同條件下覆蓋的規(guī)劃思路，還提出了LTE系統(tǒng)上行和下行的鏈路預(yù)算的整體技術(shù)思路以及關(guān)鍵參數(shù)的取值分析及應(yīng)用辦法。

覆蓋規(guī)劃的目的是確定基站可能達(dá)到的最大覆蓋面積，需考慮鏈路平衡、路徑損耗以及覆蓋影響多個(gè)因素，而且LTE具有靈活性和開放性的特征，加大了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的難度，從整體來看，LTE組網(wǎng)研究還需要進(jìn)一步探索。

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