FDD LTE與CDMA2000的鏈路預(yù)算及覆蓋對比研究

梁景舒　林青群　李俊　黃偉鋒

【摘要】 對FDD LTE和CDMA2000通信系統(tǒng)的鏈路預(yù)算進行分析，得到兩個系統(tǒng)的最大路徑損耗；并且通過傳播模型計算得出其在密集城區(qū)場景下的覆蓋范圍。進一步闡述增強FDD LTE覆蓋范圍的各種覆蓋增強技術(shù)；并展望未來FDD LTE和CDMA2000實現(xiàn)共覆蓋的方法。

【關(guān)鍵詞】 FDD LTE系統(tǒng) 鏈路預(yù)算 覆蓋對比 覆蓋增強

一、概述

目前，F(xiàn)DD LTE的標準化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD LTE，成為世界上最為廣泛采用的4G標準，中國電信大力支持和建設(shè)FDD LTE模式的移動網(wǎng)絡(luò)，為了合理節(jié)省建設(shè)成本和提高覆蓋質(zhì)量，常采用FDD LTE與CDMA2000共建站的方式進行FDD LTE基站建設(shè)。由于在工作頻率、邊緣速率、鏈路預(yù)算、最大覆蓋半徑等與CDMA2000存在較大差異，引起兩種模式共建站時共覆蓋的問題。

二、鏈路預(yù)算及傳播模型

覆蓋規(guī)劃在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃中是一個基本環(huán)節(jié)，關(guān)系著無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和建設(shè)成本；其流程示意圖如下。確定覆蓋目標的場景和范圍后，首先計算出允許的最大路徑損耗，然后利用傳播模型得到最大的覆蓋半徑，從而得到覆蓋規(guī)模內(nèi)所需的最少基站數(shù)量，為下一步建設(shè)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 鏈路預(yù)算模型及方法

鏈路預(yù)算[1]即是計算信號在發(fā)送端和接收端傳播時所允許的最大路徑損耗（MAPL），該值受發(fā)射端功率、增益、損耗、余量及接收端靈敏度等五大參量的影響；其基本模型如圖1。

通信系統(tǒng)的上行和下行鏈路預(yù)算在原理上相同，基于不同的上下行邊緣速率，部分參數(shù)取值有所調(diào)整；其表達式為：

其中Pmax為發(fā)射端最大發(fā)射功率；GT、GR、Ghandover分別為發(fā)射端天線增益、接收端天線增益、切換增益；Lcable、Lbody、Lpenetration分別為饋線損耗、人體損耗、穿透損耗； Mshadowfading、Minterference分別為陰影衰落余量和干擾余量；SR為接收端靈敏度。

2.3 傳播模型

最大路徑損耗（MAPL）結(jié)合無線空間傳播模型即可計算發(fā)射信號的最大覆蓋半徑。根據(jù)不同的頻率范圍、天線高度及應(yīng)用環(huán)境（城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等），常用的傳播模型有Okumura-Hata、COST-231 Hata、CCIR、LEE、COST-231 WI等模型。此處我們選用Okumura-Hata模型對CDMA2000系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算，選用COST-231 Hata傳播模型對LTE系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算；其計算公式如下：

其中，f為工作頻率（MHz）；ht為基站有效高度（m）；hr為移動終端有效高度（m）；d為基站天線與移動終端天線的有效水平距離，約為覆蓋半徑值；α（hr）為接收端天線修正因子；C為應(yīng)用場景的修正因子。對于2.3GHz及2.6GHz 頻率的LTE網(wǎng)絡(luò)，其工作頻率超過COST-231 Hata傳播模型的標準頻率范圍（1500MHz～2000MHz），應(yīng)在連續(xù)波測試（CW測試）結(jié)果上對傳播模型校正。

三、FDD LTE和CDMA2000鏈路預(yù)算與覆蓋對比

由于LTE是上行受限系統(tǒng)，因此采用上行覆蓋對比進行分析。選擇密集市區(qū)作為應(yīng)用場景，取1800MHz FDD LTE、2100MHz FDD LTE、CDMA2000 1X語音及CDMA2000 EVDO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上行鏈路的邊緣速率分別為256kbit/s、256kbit/s、9.6kbit/s、9.6kbit/s；其工作頻率為1770MHz、1970MHz、835MHz、835MHz；其接收機靈敏度為-112.1dBm、-112.1dBm、-125.78dBm、-124.2dBm；其接收機天線增益為18dBi、18dBi、15.7dBi、15.7dBi；其陰影衰落余量為11.7dB、11.7dB、5.4dB、5.4dB；其干擾余量為2dB、2dB、3dB、5.5dB；切換增益為4.5dB、4.5dB、3.7dB、3.7dB；取實際發(fā)射功率為23dB，發(fā)射天線高度為1.5m、發(fā)射端增益為0dBi、接收端天線高度為30m、穿透損耗為20dB、饋線損耗為3dB、人體損耗為0dB（CDMA2000 1X語音上行鏈路取3dB）。將各系統(tǒng)上行鏈路的各個參數(shù)代入鏈路預(yù)算模型得到其室內(nèi)外最大路徑損耗值如圖2；代入傳播模型可以計算得到相應(yīng)的最大室外和室內(nèi)覆蓋半徑如圖3。在上行鏈路，兩個頻段的LTE室內(nèi)外覆蓋范圍接近，約是CDMA2000 EVDO和CDMA2000 1X語音業(yè)務(wù)覆蓋范圍的1/3。可見FDD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的覆蓋范圍存在較大差異，在進行兩個系統(tǒng)共站建設(shè)時，必須增大FDD LTE系統(tǒng)的覆蓋范圍，達到減少建設(shè)FDD LTE基站的目的。

針對FDD LTE系統(tǒng)的特點，利用各種覆蓋增強技術(shù)可以提高其覆蓋能力[2]。（1）IRC指干擾擬制合并，它利用多天線獲得來自鄰區(qū)的干擾統(tǒng)計特性來降低或消除干擾。一般干擾終端地理位置越相近，經(jīng)歷的物理信道越相關(guān)時，IRC效果越好；同時要控制天線分支間的相關(guān)性不能太高，否則IRC性能也變差。對于上行鏈路，IRC能提升1～7dB的解調(diào)性能。（2）MIMO技術(shù)將數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào)為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個天線發(fā)射/接收。當前LTE網(wǎng)絡(luò)配備上行1×2天線，由于上行受限的特點，應(yīng)加強使用上行1×4單發(fā)四收的覆蓋增強技術(shù)。（3）ICIC（Inter-Cell Interference Coordination）指小區(qū)干擾協(xié)調(diào)，是另一種控制鄰區(qū)間干擾的技術(shù)。該技術(shù)通過小區(qū)可用資源的協(xié)調(diào)和限制來提高鄰區(qū)在這些資源上的信噪比及小區(qū)的邊緣速率，最終實現(xiàn)提高覆蓋的目的。ICIC技術(shù)分為部分頻率復(fù)用（FFR）和軟頻率復(fù)用（SFR）2種。其中，F(xiàn)FR方案可改善1～5dB的SINR，SFR方案可改善1～3dB的SINR[2]。（4）TTI（Transmission Time Interval）指傳輸時間間隔，是LTE系統(tǒng)無線鏈路中一個獨立解碼傳輸?shù)拈L度。TTI Bunding是將幾個TTI綁定在一起使用，把一個數(shù)據(jù)包在連續(xù)多個TTI資源上重復(fù)傳輸，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。該技術(shù)可在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)上應(yīng)用，目前設(shè)備只開啟針對VoIP業(yè)務(wù)的使用。綁定多個TTI進行上行傳輸，能夠有效提高上行覆蓋范圍，缺點是要犧牲系統(tǒng)資源。研究表明[2]，利用4時隙綁定可提供上行1～2dB的解調(diào)性能增益，而利用8時隙可達到1～3dB的增益。（5）CoMP（Coordinated Multiple Points）協(xié)同多點傳輸，是指地理位置上分離的多個傳輸點，協(xié)同參與為一個終端的數(shù)據(jù)傳輸或者聯(lián)合接收一個終端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)高負荷時，可以與ICIC聯(lián)合使用，此時ICIC有助于小區(qū)間負荷均衡。使用CoMP可以帶來1～2dB的系統(tǒng)增益。（6）利用RRU與天線一體化能降低饋線損耗2～3dB；另外使用高增益天線可提高3～4dB增益。

根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境，靈活組合采用各種覆蓋增強技術(shù)能帶來不同數(shù)值的增益，仍以上行邊緣速率256kbit/s時的各參數(shù)為基準計算，得到FDD LTE系統(tǒng)采用覆蓋增強技術(shù)前、后與CDMA2000系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍的對比如圖3。

由圖3可見，通過12dB增益的覆蓋增強技術(shù)后，LTE系統(tǒng)的上行覆蓋半徑不管是室內(nèi)還是室外都擴大將近一倍；但與CDMA2000的上行覆蓋半徑仍有約一倍的差距。理想地把各項覆蓋增強技術(shù)的增益的最大值相加可以達到24dB，此時才可能實現(xiàn)與CDMA2000相近的覆蓋半徑，但實際上這幾乎不可能達到。在FDD LTE與CDMA2000共建站的建設(shè)規(guī)劃中，針對熱點地區(qū)可以適當利用覆蓋增強技術(shù)擴大FDD LTE覆蓋范圍；但隨著用戶的增多和網(wǎng)絡(luò)的擴容需要，連片覆蓋是必然趨勢，增大LTE的基站規(guī)模也無法避免。

四、結(jié)論與展望

本文通過鏈路預(yù)算分析和傳播模型的計算得到FDD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的最大路徑損耗及最大覆蓋半徑，介紹了各種覆蓋增強技術(shù)，對比在覆蓋增強技術(shù)前后兩個系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍變化。在上行鏈路中可采用IRC、ICIC、TTI Bounding、1×4 MIMO天線、CoMP等技術(shù)增強FDD LTE系統(tǒng)在熱點的覆蓋能力。但兩個系統(tǒng)的覆蓋能力依然差距較大，因此一方面要加強LTE基站的站址儲備；另一方面要加快FDD LTE系統(tǒng)新覆蓋增強技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，如2T×4R的天線技術(shù)、多?；?、Cloud Radio干擾擬制、中繼（Relay）等技術(shù)。另外在MIMO技術(shù)特點下多頻段天線、超寬頻高性能天線也是研發(fā)和應(yīng)用的重點。endprint

【摘要】 對FDD LTE和CDMA2000通信系統(tǒng)的鏈路預(yù)算進行分析，得到兩個系統(tǒng)的最大路徑損耗；并且通過傳播模型計算得出其在密集城區(qū)場景下的覆蓋范圍。進一步闡述增強FDD LTE覆蓋范圍的各種覆蓋增強技術(shù)；并展望未來FDD LTE和CDMA2000實現(xiàn)共覆蓋的方法。

【關(guān)鍵詞】 FDD LTE系統(tǒng) 鏈路預(yù)算 覆蓋對比 覆蓋增強

一、概述

目前，F(xiàn)DD LTE的標準化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD LTE，成為世界上最為廣泛采用的4G標準，中國電信大力支持和建設(shè)FDD LTE模式的移動網(wǎng)絡(luò)，為了合理節(jié)省建設(shè)成本和提高覆蓋質(zhì)量，常采用FDD LTE與CDMA2000共建站的方式進行FDD LTE基站建設(shè)。由于在工作頻率、邊緣速率、鏈路預(yù)算、最大覆蓋半徑等與CDMA2000存在較大差異，引起兩種模式共建站時共覆蓋的問題。

二、鏈路預(yù)算及傳播模型

覆蓋規(guī)劃在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃中是一個基本環(huán)節(jié)，關(guān)系著無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和建設(shè)成本；其流程示意圖如下。確定覆蓋目標的場景和范圍后，首先計算出允許的最大路徑損耗，然后利用傳播模型得到最大的覆蓋半徑，從而得到覆蓋規(guī)模內(nèi)所需的最少基站數(shù)量，為下一步建設(shè)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 鏈路預(yù)算模型及方法

鏈路預(yù)算[1]即是計算信號在發(fā)送端和接收端傳播時所允許的最大路徑損耗（MAPL），該值受發(fā)射端功率、增益、損耗、余量及接收端靈敏度等五大參量的影響；其基本模型如圖1。

通信系統(tǒng)的上行和下行鏈路預(yù)算在原理上相同，基于不同的上下行邊緣速率，部分參數(shù)取值有所調(diào)整；其表達式為：

其中Pmax為發(fā)射端最大發(fā)射功率；GT、GR、Ghandover分別為發(fā)射端天線增益、接收端天線增益、切換增益；Lcable、Lbody、Lpenetration分別為饋線損耗、人體損耗、穿透損耗； Mshadowfading、Minterference分別為陰影衰落余量和干擾余量；SR為接收端靈敏度。

2.3 傳播模型

最大路徑損耗（MAPL）結(jié)合無線空間傳播模型即可計算發(fā)射信號的最大覆蓋半徑。根據(jù)不同的頻率范圍、天線高度及應(yīng)用環(huán)境（城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等），常用的傳播模型有Okumura-Hata、COST-231 Hata、CCIR、LEE、COST-231 WI等模型。此處我們選用Okumura-Hata模型對CDMA2000系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算，選用COST-231 Hata傳播模型對LTE系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算；其計算公式如下：

其中，f為工作頻率（MHz）；ht為基站有效高度（m）；hr為移動終端有效高度（m）；d為基站天線與移動終端天線的有效水平距離，約為覆蓋半徑值；α（hr）為接收端天線修正因子；C為應(yīng)用場景的修正因子。對于2.3GHz及2.6GHz 頻率的LTE網(wǎng)絡(luò)，其工作頻率超過COST-231 Hata傳播模型的標準頻率范圍（1500MHz～2000MHz），應(yīng)在連續(xù)波測試（CW測試）結(jié)果上對傳播模型校正。

三、FDD LTE和CDMA2000鏈路預(yù)算與覆蓋對比

由于LTE是上行受限系統(tǒng)，因此采用上行覆蓋對比進行分析。選擇密集市區(qū)作為應(yīng)用場景，取1800MHz FDD LTE、2100MHz FDD LTE、CDMA2000 1X語音及CDMA2000 EVDO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上行鏈路的邊緣速率分別為256kbit/s、256kbit/s、9.6kbit/s、9.6kbit/s；其工作頻率為1770MHz、1970MHz、835MHz、835MHz；其接收機靈敏度為-112.1dBm、-112.1dBm、-125.78dBm、-124.2dBm；其接收機天線增益為18dBi、18dBi、15.7dBi、15.7dBi；其陰影衰落余量為11.7dB、11.7dB、5.4dB、5.4dB；其干擾余量為2dB、2dB、3dB、5.5dB；切換增益為4.5dB、4.5dB、3.7dB、3.7dB；取實際發(fā)射功率為23dB，發(fā)射天線高度為1.5m、發(fā)射端增益為0dBi、接收端天線高度為30m、穿透損耗為20dB、饋線損耗為3dB、人體損耗為0dB（CDMA2000 1X語音上行鏈路取3dB）。將各系統(tǒng)上行鏈路的各個參數(shù)代入鏈路預(yù)算模型得到其室內(nèi)外最大路徑損耗值如圖2；代入傳播模型可以計算得到相應(yīng)的最大室外和室內(nèi)覆蓋半徑如圖3。在上行鏈路，兩個頻段的LTE室內(nèi)外覆蓋范圍接近，約是CDMA2000 EVDO和CDMA2000 1X語音業(yè)務(wù)覆蓋范圍的1/3?？梢奆DD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的覆蓋范圍存在較大差異，在進行兩個系統(tǒng)共站建設(shè)時，必須增大FDD LTE系統(tǒng)的覆蓋范圍，達到減少建設(shè)FDD LTE基站的目的。

針對FDD LTE系統(tǒng)的特點，利用各種覆蓋增強技術(shù)可以提高其覆蓋能力[2]。（1）IRC指干擾擬制合并，它利用多天線獲得來自鄰區(qū)的干擾統(tǒng)計特性來降低或消除干擾。一般干擾終端地理位置越相近，經(jīng)歷的物理信道越相關(guān)時，IRC效果越好；同時要控制天線分支間的相關(guān)性不能太高，否則IRC性能也變差。對于上行鏈路，IRC能提升1～7dB的解調(diào)性能。（2）MIMO技術(shù)將數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào)為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個天線發(fā)射/接收。當前LTE網(wǎng)絡(luò)配備上行1×2天線，由于上行受限的特點，應(yīng)加強使用上行1×4單發(fā)四收的覆蓋增強技術(shù)。（3）ICIC（Inter-Cell Interference Coordination）指小區(qū)干擾協(xié)調(diào)，是另一種控制鄰區(qū)間干擾的技術(shù)。該技術(shù)通過小區(qū)可用資源的協(xié)調(diào)和限制來提高鄰區(qū)在這些資源上的信噪比及小區(qū)的邊緣速率，最終實現(xiàn)提高覆蓋的目的。ICIC技術(shù)分為部分頻率復(fù)用（FFR）和軟頻率復(fù)用（SFR）2種。其中，F(xiàn)FR方案可改善1～5dB的SINR，SFR方案可改善1～3dB的SINR[2]。（4）TTI（Transmission Time Interval）指傳輸時間間隔，是LTE系統(tǒng)無線鏈路中一個獨立解碼傳輸?shù)拈L度。TTI Bunding是將幾個TTI綁定在一起使用，把一個數(shù)據(jù)包在連續(xù)多個TTI資源上重復(fù)傳輸，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。該技術(shù)可在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)上應(yīng)用，目前設(shè)備只開啟針對VoIP業(yè)務(wù)的使用。綁定多個TTI進行上行傳輸，能夠有效提高上行覆蓋范圍，缺點是要犧牲系統(tǒng)資源。研究表明[2]，利用4時隙綁定可提供上行1～2dB的解調(diào)性能增益，而利用8時隙可達到1～3dB的增益。（5）CoMP（Coordinated Multiple Points）協(xié)同多點傳輸，是指地理位置上分離的多個傳輸點，協(xié)同參與為一個終端的數(shù)據(jù)傳輸或者聯(lián)合接收一個終端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)高負荷時，可以與ICIC聯(lián)合使用，此時ICIC有助于小區(qū)間負荷均衡。使用CoMP可以帶來1～2dB的系統(tǒng)增益。（6）利用RRU與天線一體化能降低饋線損耗2～3dB；另外使用高增益天線可提高3～4dB增益。

根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境，靈活組合采用各種覆蓋增強技術(shù)能帶來不同數(shù)值的增益，仍以上行邊緣速率256kbit/s時的各參數(shù)為基準計算，得到FDD LTE系統(tǒng)采用覆蓋增強技術(shù)前、后與CDMA2000系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍的對比如圖3。

由圖3可見，通過12dB增益的覆蓋增強技術(shù)后，LTE系統(tǒng)的上行覆蓋半徑不管是室內(nèi)還是室外都擴大將近一倍；但與CDMA2000的上行覆蓋半徑仍有約一倍的差距。理想地把各項覆蓋增強技術(shù)的增益的最大值相加可以達到24dB，此時才可能實現(xiàn)與CDMA2000相近的覆蓋半徑，但實際上這幾乎不可能達到。在FDD LTE與CDMA2000共建站的建設(shè)規(guī)劃中，針對熱點地區(qū)可以適當利用覆蓋增強技術(shù)擴大FDD LTE覆蓋范圍；但隨著用戶的增多和網(wǎng)絡(luò)的擴容需要，連片覆蓋是必然趨勢，增大LTE的基站規(guī)模也無法避免。

四、結(jié)論與展望

本文通過鏈路預(yù)算分析和傳播模型的計算得到FDD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的最大路徑損耗及最大覆蓋半徑，介紹了各種覆蓋增強技術(shù)，對比在覆蓋增強技術(shù)前后兩個系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍變化。在上行鏈路中可采用IRC、ICIC、TTI Bounding、1×4 MIMO天線、CoMP等技術(shù)增強FDD LTE系統(tǒng)在熱點的覆蓋能力。但兩個系統(tǒng)的覆蓋能力依然差距較大，因此一方面要加強LTE基站的站址儲備；另一方面要加快FDD LTE系統(tǒng)新覆蓋增強技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，如2T×4R的天線技術(shù)、多?；?、Cloud Radio干擾擬制、中繼（Relay）等技術(shù)。另外在MIMO技術(shù)特點下多頻段天線、超寬頻高性能天線也是研發(fā)和應(yīng)用的重點。endprint

【摘要】 對FDD LTE和CDMA2000通信系統(tǒng)的鏈路預(yù)算進行分析，得到兩個系統(tǒng)的最大路徑損耗；并且通過傳播模型計算得出其在密集城區(qū)場景下的覆蓋范圍。進一步闡述增強FDD LTE覆蓋范圍的各種覆蓋增強技術(shù)；并展望未來FDD LTE和CDMA2000實現(xiàn)共覆蓋的方法。

【關(guān)鍵詞】 FDD LTE系統(tǒng) 鏈路預(yù)算 覆蓋對比 覆蓋增強

一、概述

目前，F(xiàn)DD LTE的標準化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都領(lǐng)先于TDD LTE，成為世界上最為廣泛采用的4G標準，中國電信大力支持和建設(shè)FDD LTE模式的移動網(wǎng)絡(luò)，為了合理節(jié)省建設(shè)成本和提高覆蓋質(zhì)量，常采用FDD LTE與CDMA2000共建站的方式進行FDD LTE基站建設(shè)。由于在工作頻率、邊緣速率、鏈路預(yù)算、最大覆蓋半徑等與CDMA2000存在較大差異，引起兩種模式共建站時共覆蓋的問題。

二、鏈路預(yù)算及傳播模型

覆蓋規(guī)劃在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃中是一個基本環(huán)節(jié)，關(guān)系著無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和建設(shè)成本；其流程示意圖如下。確定覆蓋目標的場景和范圍后，首先計算出允許的最大路徑損耗，然后利用傳播模型得到最大的覆蓋半徑，從而得到覆蓋規(guī)模內(nèi)所需的最少基站數(shù)量，為下一步建設(shè)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 鏈路預(yù)算模型及方法

鏈路預(yù)算[1]即是計算信號在發(fā)送端和接收端傳播時所允許的最大路徑損耗（MAPL），該值受發(fā)射端功率、增益、損耗、余量及接收端靈敏度等五大參量的影響；其基本模型如圖1。

通信系統(tǒng)的上行和下行鏈路預(yù)算在原理上相同，基于不同的上下行邊緣速率，部分參數(shù)取值有所調(diào)整；其表達式為：

其中Pmax為發(fā)射端最大發(fā)射功率；GT、GR、Ghandover分別為發(fā)射端天線增益、接收端天線增益、切換增益；Lcable、Lbody、Lpenetration分別為饋線損耗、人體損耗、穿透損耗； Mshadowfading、Minterference分別為陰影衰落余量和干擾余量；SR為接收端靈敏度。

2.3 傳播模型

最大路徑損耗（MAPL）結(jié)合無線空間傳播模型即可計算發(fā)射信號的最大覆蓋半徑。根據(jù)不同的頻率范圍、天線高度及應(yīng)用環(huán)境（城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等），常用的傳播模型有Okumura-Hata、COST-231 Hata、CCIR、LEE、COST-231 WI等模型。此處我們選用Okumura-Hata模型對CDMA2000系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算，選用COST-231 Hata傳播模型對LTE系統(tǒng)進行覆蓋半徑的計算；其計算公式如下：

其中，f為工作頻率（MHz）；ht為基站有效高度（m）；hr為移動終端有效高度（m）；d為基站天線與移動終端天線的有效水平距離，約為覆蓋半徑值；α（hr）為接收端天線修正因子；C為應(yīng)用場景的修正因子。對于2.3GHz及2.6GHz 頻率的LTE網(wǎng)絡(luò)，其工作頻率超過COST-231 Hata傳播模型的標準頻率范圍（1500MHz～2000MHz），應(yīng)在連續(xù)波測試（CW測試）結(jié)果上對傳播模型校正。

三、FDD LTE和CDMA2000鏈路預(yù)算與覆蓋對比

由于LTE是上行受限系統(tǒng)，因此采用上行覆蓋對比進行分析。選擇密集市區(qū)作為應(yīng)用場景，取1800MHz FDD LTE、2100MHz FDD LTE、CDMA2000 1X語音及CDMA2000 EVDO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上行鏈路的邊緣速率分別為256kbit/s、256kbit/s、9.6kbit/s、9.6kbit/s；其工作頻率為1770MHz、1970MHz、835MHz、835MHz；其接收機靈敏度為-112.1dBm、-112.1dBm、-125.78dBm、-124.2dBm；其接收機天線增益為18dBi、18dBi、15.7dBi、15.7dBi；其陰影衰落余量為11.7dB、11.7dB、5.4dB、5.4dB；其干擾余量為2dB、2dB、3dB、5.5dB；切換增益為4.5dB、4.5dB、3.7dB、3.7dB；取實際發(fā)射功率為23dB，發(fā)射天線高度為1.5m、發(fā)射端增益為0dBi、接收端天線高度為30m、穿透損耗為20dB、饋線損耗為3dB、人體損耗為0dB（CDMA2000 1X語音上行鏈路取3dB）。將各系統(tǒng)上行鏈路的各個參數(shù)代入鏈路預(yù)算模型得到其室內(nèi)外最大路徑損耗值如圖2；代入傳播模型可以計算得到相應(yīng)的最大室外和室內(nèi)覆蓋半徑如圖3。在上行鏈路，兩個頻段的LTE室內(nèi)外覆蓋范圍接近，約是CDMA2000 EVDO和CDMA2000 1X語音業(yè)務(wù)覆蓋范圍的1/3?？梢奆DD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的覆蓋范圍存在較大差異，在進行兩個系統(tǒng)共站建設(shè)時，必須增大FDD LTE系統(tǒng)的覆蓋范圍，達到減少建設(shè)FDD LTE基站的目的。

針對FDD LTE系統(tǒng)的特點，利用各種覆蓋增強技術(shù)可以提高其覆蓋能力[2]。（1）IRC指干擾擬制合并，它利用多天線獲得來自鄰區(qū)的干擾統(tǒng)計特性來降低或消除干擾。一般干擾終端地理位置越相近，經(jīng)歷的物理信道越相關(guān)時，IRC效果越好；同時要控制天線分支間的相關(guān)性不能太高，否則IRC性能也變差。對于上行鏈路，IRC能提升1～7dB的解調(diào)性能。（2）MIMO技術(shù)將數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào)為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個天線發(fā)射/接收。當前LTE網(wǎng)絡(luò)配備上行1×2天線，由于上行受限的特點，應(yīng)加強使用上行1×4單發(fā)四收的覆蓋增強技術(shù)。（3）ICIC（Inter-Cell Interference Coordination）指小區(qū)干擾協(xié)調(diào)，是另一種控制鄰區(qū)間干擾的技術(shù)。該技術(shù)通過小區(qū)可用資源的協(xié)調(diào)和限制來提高鄰區(qū)在這些資源上的信噪比及小區(qū)的邊緣速率，最終實現(xiàn)提高覆蓋的目的。ICIC技術(shù)分為部分頻率復(fù)用（FFR）和軟頻率復(fù)用（SFR）2種。其中，F(xiàn)FR方案可改善1～5dB的SINR，SFR方案可改善1～3dB的SINR[2]。（4）TTI（Transmission Time Interval）指傳輸時間間隔，是LTE系統(tǒng)無線鏈路中一個獨立解碼傳輸?shù)拈L度。TTI Bunding是將幾個TTI綁定在一起使用，把一個數(shù)據(jù)包在連續(xù)多個TTI資源上重復(fù)傳輸，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴Ｔ摷夹g(shù)可在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)上應(yīng)用，目前設(shè)備只開啟針對VoIP業(yè)務(wù)的使用。綁定多個TTI進行上行傳輸，能夠有效提高上行覆蓋范圍，缺點是要犧牲系統(tǒng)資源。研究表明[2]，利用4時隙綁定可提供上行1～2dB的解調(diào)性能增益，而利用8時隙可達到1～3dB的增益。（5）CoMP（Coordinated Multiple Points）協(xié)同多點傳輸，是指地理位置上分離的多個傳輸點，協(xié)同參與為一個終端的數(shù)據(jù)傳輸或者聯(lián)合接收一個終端發(fā)送的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)高負荷時，可以與ICIC聯(lián)合使用，此時ICIC有助于小區(qū)間負荷均衡。使用CoMP可以帶來1～2dB的系統(tǒng)增益。（6）利用RRU與天線一體化能降低饋線損耗2～3dB；另外使用高增益天線可提高3～4dB增益。

根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境，靈活組合采用各種覆蓋增強技術(shù)能帶來不同數(shù)值的增益，仍以上行邊緣速率256kbit/s時的各參數(shù)為基準計算，得到FDD LTE系統(tǒng)采用覆蓋增強技術(shù)前、后與CDMA2000系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍的對比如圖3。

由圖3可見，通過12dB增益的覆蓋增強技術(shù)后，LTE系統(tǒng)的上行覆蓋半徑不管是室內(nèi)還是室外都擴大將近一倍；但與CDMA2000的上行覆蓋半徑仍有約一倍的差距。理想地把各項覆蓋增強技術(shù)的增益的最大值相加可以達到24dB，此時才可能實現(xiàn)與CDMA2000相近的覆蓋半徑，但實際上這幾乎不可能達到。在FDD LTE與CDMA2000共建站的建設(shè)規(guī)劃中，針對熱點地區(qū)可以適當利用覆蓋增強技術(shù)擴大FDD LTE覆蓋范圍；但隨著用戶的增多和網(wǎng)絡(luò)的擴容需要，連片覆蓋是必然趨勢，增大LTE的基站規(guī)模也無法避免。

四、結(jié)論與展望

本文通過鏈路預(yù)算分析和傳播模型的計算得到FDD LTE系統(tǒng)和CDMA2000系統(tǒng)的最大路徑損耗及最大覆蓋半徑，介紹了各種覆蓋增強技術(shù)，對比在覆蓋增強技術(shù)前后兩個系統(tǒng)室內(nèi)外覆蓋范圍變化。在上行鏈路中可采用IRC、ICIC、TTI Bounding、1×4 MIMO天線、CoMP等技術(shù)增強FDD LTE系統(tǒng)在熱點的覆蓋能力。但兩個系統(tǒng)的覆蓋能力依然差距較大，因此一方面要加強LTE基站的站址儲備；另一方面要加快FDD LTE系統(tǒng)新覆蓋增強技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，如2T×4R的天線技術(shù)、多?；?、Cloud Radio干擾擬制、中繼（Relay）等技術(shù)。另外在MIMO技術(shù)特點下多頻段天線、超寬頻高性能天線也是研發(fā)和應(yīng)用的重點。endprint