FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

［曾慶博］

FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

［曾慶博］

隨著移動(dòng)智能終端的不斷普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的流量和速率的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)運(yùn)營(yíng)商及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提出新的挑戰(zhàn)，而此時(shí)FDDLTE應(yīng)運(yùn)而生。FDD-LTE以其高傳輸速率以及高頻譜效率的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為全球多數(shù)運(yùn)營(yíng)商采用的LTE系統(tǒng)。主要從覆蓋、容量、質(zhì)量、成本4個(gè)方面分析FDD-LTE的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

FDD-LTE 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 覆蓋

曾慶博

本科，助理工程師，廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

1 FDD-LTE概述

LTE是3GPP指定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)為SAE，由EPC（核心網(wǎng)）和E-UTRAN（接入網(wǎng)）組成。根據(jù)其空口技術(shù)不同，E-UTRAN分為FDD-LTE和TDD-LTE兩種模式，其中FDD是頻分雙工。全球移動(dòng)供應(yīng)商協(xié)會(huì)GSA2016年8月公布的數(shù)據(jù)顯示，在全球170個(gè)國(guó)家中已有521張LTE網(wǎng)絡(luò)商用，其中443張為FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)，78張為TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計(jì)到2016年底將會(huì)有560張LTE網(wǎng)絡(luò)商用。

FDD-LTE主要關(guān)鍵技術(shù)有OFDM、MIMO以及高階調(diào)制技術(shù)等，大大提升了傳輸速率以及頻譜效率，F(xiàn)DDLTE下行峰值速率可達(dá)到151.2 Mbit/s。幀結(jié)構(gòu)方面，F(xiàn)DD-LTE沿用UMTS系統(tǒng)所采用的10 ms幀長(zhǎng)度。一個(gè)無(wú)線幀包含10個(gè)子幀，每個(gè)子幀由2個(gè)時(shí)隙組成，如圖1所示。

圖1 FDD-LTE幀結(jié)構(gòu)

2 FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的整體要求及約束條件，確定建設(shè)目標(biāo)，以及為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)所需的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模、規(guī)劃站點(diǎn)的位置以及基站配置。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的總目標(biāo)是以合理的投資建設(shè)符合近期和長(zhǎng)期業(yè)務(wù)發(fā)展需求并保證一定服務(wù)質(zhì)量的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要需考慮覆蓋、容量、質(zhì)量以及成本4個(gè)方面的目標(biāo)。

2.1 覆蓋

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的遠(yuǎn)大理想是有人跡的地方就有信號(hào)，但實(shí)際的規(guī)劃中需明確運(yùn)營(yíng)商的覆蓋目標(biāo)，確認(rèn)覆蓋范圍以及無(wú)覆蓋需求區(qū)域。由此覆蓋的目標(biāo)是達(dá)到目標(biāo)范圍內(nèi)在空間和時(shí)間上最大程度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。根據(jù)覆蓋的性質(zhì)及目標(biāo)的不同，覆蓋可分為面覆蓋、線覆蓋以及點(diǎn)覆蓋。面覆蓋是室外成片區(qū)域的連續(xù)覆蓋，是廣覆蓋；線覆蓋主要是道路、鐵路等線形目標(biāo)的覆蓋；點(diǎn)覆蓋主要是指大型建筑、重要樓宇或者流量熱點(diǎn)的深度覆蓋，如表1所示。

表1 各場(chǎng)景無(wú)線覆蓋目標(biāo)參考表

衡量FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的主要技術(shù)指標(biāo)有：RSRP（公共參考信號(hào)接收功率）、SINR（公共參考信號(hào)信噪比）以及終端發(fā)射功率。

2.2 容量

容量是網(wǎng)絡(luò)建成之后所能提供的業(yè)務(wù)總量，LTE系統(tǒng)主要用來(lái)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過(guò)上下行數(shù)據(jù)吞吐量來(lái)衡量。容量規(guī)劃的目標(biāo)是在最大程度減少干擾的前提下，提供最大的流量。首先容量規(guī)劃不僅需滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的用戶需求，同時(shí)需考慮網(wǎng)絡(luò)后期用戶的增長(zhǎng)以及業(yè)務(wù)發(fā)展所帶來(lái)的吞吐量需求。其次容量規(guī)劃不僅需滿足用戶數(shù)據(jù)流量的總體需求，還要考慮用戶分布。避免出現(xiàn)局部區(qū)域用戶集中，數(shù)據(jù)吞吐量不能滿足用戶需求的情況。

2.3 質(zhì)量

質(zhì)量目標(biāo)是優(yōu)化設(shè)置無(wú)線參數(shù)，提高用戶的感知體驗(yàn)。質(zhì)量目標(biāo)根據(jù)可分為語(yǔ)言業(yè)務(wù)質(zhì)量目標(biāo)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量目標(biāo)。FDD-LTE承載的主要是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的目標(biāo)的規(guī)劃主要是對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的質(zhì)量目標(biāo)的規(guī)劃。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，一般用時(shí)延來(lái)衡量業(yè)務(wù)質(zhì)量，用掉線率和切換成功率來(lái)衡量用戶保持在線的能力。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量衡量指標(biāo)的參考取值如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量目標(biāo)參考表

2.4 成本

成本目標(biāo)是保證網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求下，盡可能地減少系統(tǒng)設(shè)備，減少項(xiàng)目投資。成本目標(biāo)不僅要考慮建網(wǎng)初期的建設(shè)成本，還要綜合考慮后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)成本。成本和覆蓋、容量、質(zhì)量是密不可分的，有著相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系。建設(shè)滿足用戶需求的網(wǎng)絡(luò)必然對(duì)成本有所要求，一味追究低成本并不合理。成本目標(biāo)要求在做規(guī)劃時(shí)協(xié)調(diào)好成本與覆蓋、容量、質(zhì)量三者的關(guān)系，綜合考慮當(dāng)前用戶需求及其發(fā)展趨勢(shì)，確保網(wǎng)絡(luò)的綜合效益。

3 FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程包括網(wǎng)絡(luò)需求分析、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模預(yù)估、站址規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)仿真、參數(shù)規(guī)劃。

3.1 網(wǎng)絡(luò)需求分析網(wǎng)絡(luò)需求分析階段目的是明確網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)，主要的工作是信息收集。需要收集的信息包括業(yè)務(wù)模型、話務(wù)分布情況、運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)信息、可用的頻率和帶寬資源、以及運(yùn)營(yíng)商對(duì)覆蓋、容量、質(zhì)量的需求。同時(shí)也需了解目標(biāo)區(qū)域行政區(qū)域劃分、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口分布等信息。本階段是后續(xù)規(guī)劃工作的重要依據(jù)，做好本階段工作是順利完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前提。

3.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模預(yù)估

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模預(yù)估主要通過(guò)覆蓋估算和容量估算得出網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基站規(guī)模。在此階段必須了解目標(biāo)區(qū)域的傳播模型，可安排傳模測(cè)試和校正以得出符合目標(biāo)區(qū)域的傳播模型。

覆蓋估算主要通過(guò)上下行鏈路預(yù)算來(lái)確定不同場(chǎng)景下基站的覆蓋半徑，從而得出需要建設(shè)的基站數(shù)量。鏈路預(yù)算通過(guò)對(duì)發(fā)射機(jī)以及接收機(jī)的設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)以及其他各種余量的計(jì)算，得出滿足系統(tǒng)條件的最大允許路徑損耗，取上下行允許最大路損中較小者作為最終的路損值，結(jié)合具體的傳播模型得出小區(qū)最大覆蓋半徑。最大允許路徑損耗MAPL的計(jì)算方式如下：

MAPL=發(fā)射端電平-最小接收信號(hào)電平+其他增益-其他損耗-其他余量

容量估算是分析在一定的站型配置下，LTE網(wǎng)絡(luò)所能承載的系統(tǒng)容量，并計(jì)算該容量是否可滿足用戶的需求?？赏ㄟ^(guò)基于用戶的話務(wù)模型確定目標(biāo)區(qū)域的總?cè)萘啃枨?，再與單小區(qū)容量比較即可得出所需的小區(qū)數(shù)量。

通過(guò)比較覆蓋需求基站數(shù)和容量需求基站數(shù)，去兩者較大者作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基站規(guī)模。

3.3 站址規(guī)劃

站址選擇理論上應(yīng)該盡量靠近規(guī)則蜂窩網(wǎng)孔的理想位置，但實(shí)際上由于種種原因理想位置不一定能建站，因此需到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)基站參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)LTE網(wǎng)絡(luò)是在2G/3G的基礎(chǔ)上建設(shè)的，在進(jìn)行站址選擇時(shí)需充分考慮現(xiàn)有2G/3G基站資源以減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難度、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

站址選擇需考慮下面幾個(gè)方面條件：

（1）覆蓋和容量需求：將站點(diǎn)設(shè)置在業(yè)務(wù)量高的位置，讓更多的用戶處于小區(qū)中心以提高用戶感知。

（2）基站周邊環(huán)境要求：天線高度滿足覆蓋目標(biāo)，天線主瓣方向100米內(nèi)無(wú)明顯阻擋，天線高度不宜過(guò)高以避免越區(qū)覆蓋。

（3）基站周邊無(wú)線環(huán)境：站址選擇應(yīng)避開大功率無(wú)線電臺(tái)、雷達(dá)站、衛(wèi)星地面站等強(qiáng)干擾源。

（4）與異系統(tǒng)共址時(shí)需滿足相應(yīng)的隔離度需求。

3.4 網(wǎng)絡(luò)仿真

仿真分析流程包括站點(diǎn)信息導(dǎo)入、仿真工程參數(shù)配置、鄰區(qū)規(guī)劃、頻率規(guī)劃、用戶業(yè)務(wù)模型配置、覆蓋預(yù)測(cè)、Monte Carlo仿真。通過(guò)仿真結(jié)果可驗(yàn)證當(dāng)前規(guī)劃方案是否滿足覆蓋和容量目標(biāo)，對(duì)于不滿足條件的區(qū)域，需調(diào)整規(guī)劃方案，使其最終滿足規(guī)劃目標(biāo)。

3.5 參數(shù)規(guī)劃

通過(guò)仿真軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化后就可確定無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要工程參數(shù)，包括天線方向角、下傾角、掛高等基本參數(shù)、鄰區(qū)規(guī)劃參數(shù)、頻率規(guī)劃參數(shù)、PCI等。

4 FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃新特性

FDD-LTE系統(tǒng)采用了OFDM、MIMO、HARQ、AMC等一系列關(guān)鍵技術(shù)，提高系統(tǒng)性能的同時(shí)也給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出新的要求。

（1）LTE支持多種帶寬、動(dòng)態(tài)頻選調(diào)度。LTE支持1.4M～20M的6種帶寬選擇，不同帶寬下對(duì)應(yīng)的RB數(shù)不同。因此要確定小區(qū)有效覆蓋半徑首先要確定小區(qū)邊緣用戶的最低速率，同時(shí)還要確定小區(qū)邊緣不同速率的業(yè)務(wù)占用RB數(shù)的需求。

（2）鏈路自適應(yīng)技術(shù)提高系統(tǒng)資源利用率。AMC的引入使得覆蓋范圍內(nèi)的用戶可根據(jù)所處位置無(wú)線信道條件選擇合適的調(diào)制方式。調(diào)制方式直接影響用戶速率及系統(tǒng)容量。在小區(qū)邊緣速率確定的情況下，可根據(jù)調(diào)制情況，使用鏈路預(yù)算計(jì)算出小區(qū)覆蓋半徑。

5 總結(jié)

用戶對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求日益增長(zhǎng)，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)率，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，使得用戶需求與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力相匹配，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的主要內(nèi)容。本文對(duì)FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行分析，對(duì)FDD_LTE發(fā)展有著積極意義。

1汪丁鼎，等.LTE FDD/EPC網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化.北京：人民郵電出版社，2014.6

2胡宏林，等.3GPPLTE無(wú)線鏈路關(guān)鍵技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2012

3陳書貞，等.LTE關(guān)鍵技術(shù)及無(wú)線性能.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.10.006

（2016-09-14）