TD-LTE无线网络规划的五个步骤

电子工程师 2017-12-05 4965

RF/无线

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描述

无线网络规划的主要任务是根据无线接入网的技术特点、射频要求、无线传播环境等条件，运用一系列规划方法，设计出合适的基站位置、基站参数配置、系统参数配置等，以满足网络覆盖、容量和质量等方面的要求。TD-LTE采用TDD双工模式，以及OFDM和MIMO结合的物理层技术，决定了其无线网络规划的大部分方法。

网络规划流程

根据TD-LTE无线网络技术特点，TD-LTE无线网络规划主要包括5个阶段：需求分析、网络规模估算、站址规划、无线参数规划、网络仿真。

在网络需求分析阶段，主要从建设网络的社会环境、人口经济环境、地理环境、覆盖目标、容量目标、业务类型和业务质量等方面入手，明确TD-LTE网络的建设目标，包括覆盖目标、容量目标、质量目标等。

网络规模估算是根据网络需求分析得出建网目标，通过覆盖估算和容量估算这两个关键步骤来确定网络建设的基本规模。网络规划估算是要综合覆盖和容量估算的结果，通过统筹的方法确定覆盖区域需要的网络规模，主要是网络可容纳的用户数和基站数。

在站址规划阶段，主要工作是依据链路预算的建议值，结合目前网络站址资源情况，进行站址布局工作，并在确定站点初步布局后，结合现有资料或现场勘测来进行站点可用性分析，确定目前覆盖区域可用的共址站点和需新建的站点。

TD-LTE无线网络除了要在覆盖和容量方面进行预规划，网络的无线参数也需要在仿真前进行预先设计。无线参数设计主要包括天线高度、方向角、下倾角等小区基本参数，以及邻区规划参数、频率规划参数、PCI参数、时隙规划等。这些预规划的参数设计将在无线网络仿真阶段进行调整并最终作为规划方案输出参数提交给后续的工程设计及优化使用。

无线网络仿真阶段是将前几个步骤得出的规划方案输入到TD-LTE规划仿真软件中进行覆盖及容量仿真分析。仿真分析流程包括规划数据导入、传播预测、邻区规划、时隙和频率规划、用户和业务模型配置以及蒙特卡罗仿真。根据仿真分析输出的结果，从整体系统运行的角度进一步评估当前规划方案是否可以满足网络建设目标。

TD-LTE覆盖规划

TD-LTE系统中业务信道均是共享方式，这就需要先确定小区边缘用户的最低保障速率，根据速率要求和资源分配进行链路预算，再得到覆盖范围。另外，TD-LTE中的多天线技术选用何种模式也会对覆盖产生直接的影响。

TD-LTE的覆盖规划首先需要设定链路预算的系统配置。在此基础上，确定小区边缘用户的保障速率，并由此确定边缘用户所分配到的RB数；然后通过确定系统平均带宽开销可以折算得到每个RB所需要承载的bit数，从而确定需求的SINR。覆盖估算的过程主要根据系统的要求和配置，确定发射机参数、接收机参数，以及附加损耗参数，得到信道最大路径损耗，再代入无线传播模型，最后计算出信道的覆盖半径。

链路预算是通信系统用来评估网络覆盖的主要手段。链路预算通过对搜集到的发射机和接收机之间的设备参数、系统参数及各种余量进行处理，得到满足系统性能要求时允许的最大允许路径损耗。利用链路预算得出的最大路径损耗和相应的传播模型可以计算出特定区域下的覆盖半径，从而初步估算出网络规模。

计算用户设备（UE）和eNodeB天线之间的最大允许路径损耗是链路预算最关键的步骤，其计算方法为：MAPL=发端EIRP-最小接收信号电平+其他增益-其他损耗-其他余量。

发射端相关参数用于计算发射端有效全向辐射功率（EIRP），主要包括天馈参数、发射功率、增益、损耗，其计算方法为：发端EIRP=最大发射功率+增益-损耗。

接收端相关参数主要用于计算最小接收电平，主要包括接收灵敏度、噪声系数、解调门限、天线增益、线缆损耗、人体损耗等，其计算方法为：最小接收电平=接收灵敏度-总增益+总接收损耗

接收灵敏度，是在输入端无外界噪声或干扰条件下，在所分配的资源带宽内，满足业务质量要求的最小接收信号功率。在LTE系统中，接收灵敏度为所需的子载波的复合接收灵敏度，其计算方法为：复合接收灵敏度=每子载波接收灵敏度+10×lg（需要的子载波数）=热噪声功率谱密度+10×lg（子载波间隔）+噪声系数+解调门限+10×lg（需要的子载波数）。

TD-LTE容量规划

TD-LTE容量规划目标是使系统可提供最大的吞吐数据量，使用户体验到最高速率的吞吐量，支持最大的用户数目。

TD-LTE系统容量规划与覆盖规划关联非常紧密，主要原因包括：第一，容量与可用资源数相关，覆盖也与可用资源数相关；第二，下行PDCCH为提高覆盖需多配资源，但会影响数据域大小，从而影响系统容量；第三，组网规划需综合考虑容量与覆盖的性能进行折中；第四，容量规划必须首先满足覆盖要求，LTE建设初期以覆盖目标为主，分布建站，后期逐步提升系统容量，此外需明确不同场景对容量的需求，对于孤立小区、热点及室内覆盖场景，尽可能满足峰值速率下的系统容量要求，对于多小区蜂窝网络环境，兼顾考虑系统容量和小区边缘覆盖率；第五，TD-LTE系统容量评估指标主要有调度用户数、连接用户数、激活用户数、VoIP用户数、平均吞吐量以及边缘吞吐量。

调度用户数

TD-LTE系统中，多用户调度共享上下行业务信道进行传输，因此对于不要求GBR和延迟性能的数据业务，理论上系统所支持的用户数目是不受限制的，受限制的是一个TTI内同时得到调度的用户数目。但由于VoIP业务对GBR和延迟参数的要求，因此系统所能够支持的VoIP用户总数受限。

TD-LTE连接和激活用户数

TD-LTE连接（激活）用户数取决于小区放号用户数量以及用户的使用行为，根据国外运营商的一些统计数据，连接用户数大约是放号用户数的10%左右。

TD-LTE VoIP用户数

VoIP容量定义为：某用户在使用VoIP进行语音通信过程中，若98%的VoIP数据包的L2时延在50ms以内，则认为该用户是满意的；如果小区内95%的用户是满意的，则该小区容纳的VoIP用户总数就是该小区的VoIP容量。

由于VoIP用户采用半静态调度，可以不考虑控制信道限制：20M系统带宽，上下行时隙配置2:2，可用CCE最大数目是88个，假设每个用户平均占用CCE数为2.5，语音激活系数为50%，语音包到达周期为20ms，下行话务为50%，重传率为20%。不考虑TTI绑定以及SID帧时，VoIP用户容量为：

最大用户数=（CCE数目/每个用户的CCE数目）×分组周期/语音激活系数×分组绑定×下行话务比例×[1/（1+重传率）]=586。

小区平均吞吐量及边缘吞吐量

从结果分析各厂家系统仿真的结果还是差异较大的：2天线情况下，小区平均吞吐量上下行分别为7.8Mbit/s和16.4Mbilt/s，边缘用户吞吐量上下行分别为0.2Mbilt/s和0.4Mbilt/s；8天线情况下容量性能有所提升，小区平均吞吐量上下行分别为11.7Mbilt/s和21.4Mbilt/s，边缘用户吞吐量上下行分别为0.5Mbilt/s和0.7Mbilt/s

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