TD-LTE移動系統(tǒng)下行容量影響因素研究

蔡衛(wèi)紅，孔凡鳳，何亮

TD-LTE移動系統(tǒng)下行容量影響因素研究

蔡衛(wèi)紅，孔凡鳳，何亮

（湖南郵電職業(yè)技術學院，湖南長沙410015）

文章從4G系統(tǒng)TD-LTE幀結構入手，分析了影響TD-LTE系統(tǒng)下行容量的主要因素。并從系統(tǒng)帶寬、上下行子幀配比、特殊子幀時長配比、基站發(fā)射功率等主要參數(shù)設置變化對系統(tǒng)下行容量影響進行了分析。

TD-LTE；下行容量；影響因素

TD-LTE移動系統(tǒng)通過采用TDD、OFDMA、SC-FDMA、MIMO、高階調(diào)制、自適應編碼調(diào)制、快速分組資源調(diào)度算法等關鍵技術實現(xiàn)了比3G各系統(tǒng)更快的數(shù)據(jù)速率，從而提高了TD-LTE系統(tǒng)的容量。

1 TD-LTE移動系統(tǒng)幀結構

TD-LTE移動系統(tǒng)的幀結構如下圖1所示。1個TD-LTE無線幀時長為10ms，包含10個子幀，分別為子幀#0～子幀#9。1個TD-LTE無線幀包含2個半幀，每個半幀時長都為5ms。每個半幀包含4個1ms的普通子幀和1個1ms的特殊子幀。前半幀包含子幀#0～子幀#4，后半幀包含子幀#5～子幀#9，其中子幀#1和#6可配置為特殊子幀。每個1ms的普通子幀包含2個連續(xù)時隙，每個時隙都為0.5ms，每個特殊子幀包含DwPTS（下行鏈路導頻時隙）、GP（保護時隙）及UpPTS（上行鏈路導頻時隙）3個特殊時隙，雖然特殊子幀中3個特殊時隙總時長為1ms，但Dw-PTS、GP及UpPTS的時長可根據(jù)網(wǎng)絡配置要求改變。

圖1 TD-LTE移動系統(tǒng)的幀結構圖

2 TD-LTE移動系統(tǒng)容量影響因素

TD-LTE移動系統(tǒng)容量影響因素有多個方面，主要的方面有：系統(tǒng)帶寬、上下行子幀配比、特殊子幀時長配比、基站發(fā)射功率、天線配置、無線環(huán)境、資源調(diào)度算法、編碼調(diào)制方式、小區(qū)間干擾抑制技術、CP長度、GP長度、頻率復用方式等。

2.1 系統(tǒng)帶寬

TD-LTE移動系統(tǒng)可靈活配置系統(tǒng)帶寬，可支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等6種系統(tǒng)帶寬配置形式。系統(tǒng)帶寬配置越大，則系統(tǒng)可調(diào)用的RB越多，接入的用戶數(shù)越多，用戶的吞吐量就越大，峰值速率越高。且基于資源調(diào)度增益的影響，系統(tǒng)帶寬對接入用戶數(shù)和用戶吞吐量的影響要略高于帶寬增加的影響。TD-LTE系統(tǒng)帶寬對其容量影響如表1所示。

表1 TD-LTE系統(tǒng)帶寬對其容量影響表

2.2 上下行子幀配比

在TD-LTE移動系統(tǒng)中，無線幀上、下行不同子幀數(shù)配比可滿足不同應用場景下各類業(yè)務對上、下行速率的需求。TD-LTE移動系統(tǒng)上下行時隙配比見表2。在TD-LTE移動系統(tǒng)中，根據(jù)不同的傳播距離以及需要的上下行速率需要，無線幀的子幀上下行配置支持以下0～6等7種配比方式。其中上下行最大的子幀配比為9:1，最小的子幀配比為2:3，因此在實際網(wǎng)絡部署時，可根據(jù)業(yè)務量的特性靈活選擇上下行子幀配比。

表2 TD-LTE移動系統(tǒng)上下行時隙配比表（↓：下行子幀、↑：上行子幀、s：特殊子幀）

2.3 特殊子幀時長配比

TD-LTE移動系統(tǒng)特殊子幀的配置開銷如表3所示。表中的開銷比率1表示DwPTS中有1個OFDM符號用于傳輸控制信息，開銷比率2表示Dw-PTS中有2個OFDM符號用于傳輸控制信息。

為節(jié)省開銷，系統(tǒng)可利用其特殊時隙DwPTS和UpPTS來傳輸數(shù)據(jù)信息及系統(tǒng)控制信息。一般來說，GP占用的OFDM符號越多，則系統(tǒng)的覆蓋范圍越大，但頻譜效率會越低。因此在進行網(wǎng)絡規(guī)劃時需兼顧覆蓋范圍和容量，從而確定最佳的特殊子幀配置。

表3 TD-LTE移動系統(tǒng)特殊子幀配置開銷表

2.4 基站發(fā)射功率

對于非城市密集覆蓋區(qū)域、鄉(xiāng)村以及郊區(qū)，基站的下行覆蓋半徑主要受基站發(fā)射功率影響，基站發(fā)射功率越大，則覆蓋范圍越大，則覆蓋區(qū)域的用戶越多，因此系統(tǒng)容量越大。反之，對于城市密集覆蓋場景，因無線傳播環(huán)境極其復雜，增加基站發(fā)射功率可能導致導頻污染，并不能顯著提高其系統(tǒng)容量，甚至影響系統(tǒng)容量的提升。

2.5 天線配置

TD-LTE移動系統(tǒng)所采用的多天線技術也會影響其系統(tǒng)容量。TD-LTE系統(tǒng)可采用MIMO、復用與分集自適用、多流復用、單流分集、波束賦形等天線技術，并在不同情況下依據(jù)實際情況選擇合適天線，從而影響到系統(tǒng)容量。多天線分集及多流技術等能有效抗多徑衰落，增加系統(tǒng)峰值速率，從而增加系統(tǒng)容量。

且TD-LTE還可依據(jù)真實網(wǎng)絡情況求與天線資源，實現(xiàn)單流分級與多流復用間的相互適應，通常MIMO多流傳輸適合于小區(qū)信道質量非常好的用戶，此時系統(tǒng)容量能明顯提高，但對小區(qū)信道質量不是非常好的用戶，為提升用戶信號的信噪比，通常通過自適應地應用單流的多天線分集技術或波束賦形技術提升用戶信噪比，從而有效提高系統(tǒng)容量。

2.6 無線環(huán)境、資源調(diào)度算法、編碼調(diào)制方式

TD-LTE系統(tǒng)用戶速率隨無線環(huán)境及鏈路質量變化而變化，系統(tǒng)通過采用AMC等技術來及時地調(diào)整用戶數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼方式及資源調(diào)度算法，因此很大程度上將影響其系統(tǒng)容量。

資源調(diào)度算法可分為動態(tài)調(diào)度算法及半持續(xù)調(diào)度算法。動態(tài)調(diào)度算法其資源分配為按需分配，每次調(diào)度需調(diào)度信令交互，雖然資源利用率最高，但因其信令開銷大，因而系統(tǒng)容量會降低。半持續(xù)調(diào)度算法初始資源分配采用動態(tài)調(diào)度，后續(xù)資源分配采用持續(xù)調(diào)度方式。雖然后續(xù)資源分配因無需調(diào)度信令指示可節(jié)約控制信令開銷,但其資源分配不夠靈活，有時會因造成資源沖突而使資源的利用率不高。分組資源調(diào)度算法還可分為最大C/I算法、輪詢算法、正比公平算法等，其中最大C/I算法系統(tǒng)吞吐量最大，但公平性較差；輪詢算法公平性最高，但系統(tǒng)吞吐量低；正比公平算法是一種系統(tǒng)吞吐量及服務公平性之間折中的算法。不同的編碼調(diào)制方式對TD-LTE系統(tǒng)容量也會有影響。

2.7 小區(qū)間干擾抑制技術

TD-LTE移動系統(tǒng)因小區(qū)內(nèi)子載波間相互正交不存在干擾，但小區(qū)間可能存在同頻干擾，小區(qū)間的這些干擾降低了用戶的信噪比，從而會影響用戶容量。因而采取不同的小區(qū)間干擾抑制技術，也會影響LTE移動系統(tǒng)小區(qū)邊緣用戶的速率及系統(tǒng)整體容量。

2.8 CP長度

CP為循環(huán)前綴，即OFDM符號尾部重復的信息，主要用來對付移動通信中的多徑干擾，及其所引起的符號間干擾，其長度遠超無線通道時延擴展，但CP長度配置不可太長，否則開銷越大會降低系統(tǒng)容量。

2.9 GP長度

GP為TD-LTE移動系統(tǒng)特殊子幀的保護時隙，用于其上、下行間的時間保護間隔，以方便系統(tǒng)的雙工轉換。GP大小與系統(tǒng)覆蓋范圍有關，其值越大，覆蓋范圍也越大，因而會影響到系統(tǒng)容量。

2.10 頻率復用方式

TD-LTE移動系統(tǒng)小區(qū)既可同頻組網(wǎng)，也可異頻組網(wǎng)。小區(qū)在相同帶寬配置情況下，同頻組網(wǎng)的系統(tǒng)容量要低于異頻組網(wǎng)。因此，運營商在實際運營中要綜合考慮TD-LTE移動系統(tǒng)容量及頻率資源等因素，從而確定其頻率復用方式。

3 總結

TD-LTE移動系統(tǒng)的容量由多方面決定，運營商在進行系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃建設時，應根據(jù)區(qū)域用戶各類移動業(yè)務使用行為習慣、用戶分布、業(yè)務量大小等綜合考慮，兼顧系統(tǒng)網(wǎng)絡容量及覆蓋需求，確定系統(tǒng)小區(qū)各參數(shù)取值，從而提高網(wǎng)絡質量，滿足用戶需求。

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Research on influential factors of downlink capacity of TD-LTEmobile system

CAIWei-hong，KONGFan-feng,HE Liang
（Hunan Postand Telecommunication College,Changsha,Hunan,China 410015）

This paper startswith the frame structure of4G TD-LTE system,and analyzes themain factors thataffect the downlink capacity of TD-LTE system.It analyzes the influence on the downlink capacity of the system from system bandwidth,uplink and downlink subframe ratio,specialsubframe time ratioand basestation transmitpower.

TD-LTE;downlink capacity;influential factor

10.3969/j.issn.2095-7661.2017.02.001】

TN929.5

A

2095-7661（2017）02-0001-03

2017-04-25

蔡衛(wèi)紅（1971-），男，湖南益陽人，湖南郵電職業(yè)技術學院教授，研究方向：移動終端、移動通信系統(tǒng)。

湖南省教育廳科學研究項目“基于TD-LTE的影響容量性能因素的研究”（項目編號:16C1188）。