TD—LTE密集城区单小区覆盖性能评估

ＴＤ—ＬＴＥ密集城区单小区覆盖性能评估　吴洁’，胡哲峰　（１中国移动通信集团浙江有限公司，杭州５１　００００；２中国移动通信集团设计院有限公司浙江　分公司，杭州５　１　００００）　摘要为评估ＴＤ－ＬＴＥ在２．６ＧＨｚ密集城区的单小区覆盖性能，从理论上进行了细致的分析，并采用真实环境进行测　试验证，从而可靠评估ＴＴＤ—ＬＴＥ在密集城区的单小区覆盖性能。　关键词ＴＤ—ＬＴＥ；链路预算；覆盖；拉远　中图分类号ＴＮ９２９．５　文献标识码Ａ　文章编号　１００８—５５９９（２０１　１）０９—００２３—０６　１　概述　比为２：２，特殊子帧配置１０：２：２，ＰＤＣＣＨ符号　配置为１，ＰＵＣＣＨ配置为４ＲＢ。测试终端最大发射功　ＴＤ—ＬＴＥ单小区在密集城区覆盖性能对于网络规　划部署、网络性能优化等具有重要意义。通过理论分析　率２３ｄＢｍ，Ｃａｔｅｇｏｒｙ３模式，ＭＣＳ最大值为２０。本　测试项为单小区覆盖测试，选择小区Ａ作为主测小区，　小区Ａ基本信息如下：物理小区编码为７７、天线挂高　与真实环境测试验证，成功评估了ＴＤ—ＬＴＥ单小区在　密集城区环境下的覆盖性能，并达到了如下目的：　４５ｍ、方位角４５。、下倾角８。　（其中机械下倾角２。、　电子下倾角２。）、基站发射功率４０Ｗ。　小区Ａ与邻站的站间距（ＩＳＤ）在６００～７００ｍ之间，　其中与测试线路对端站点距离７０５ｍ。测试环境、主测　小区以及路线如图１所示。　考察上下行控制信道、业务信道的覆盖能力，得出　各信道的最大路损、覆盖距离；　比较各信道覆盖距离，得出覆盖受限信道及在该覆　盖距离时的上、下行业务信道的边缘速率；　考察上、下行业务信道在不同边缘速率要求下的覆　盖距离；　考察邻区不同级别加扰对覆盖范围、边缘用户速率　的影响。　２测试设置与预期分析　图１　主覆盖小区地理环境　２．１测试环境　２．２测试方法　主测基站系统带宽设置为２０ＭＨｚ，上下行时隙配　收稿日期：２０ｌ１—０８－１　５　本单小区覆盖测试例的测试方法及基本步骤如下：　・２０１１年第９期・　２３　（１）根据干扰级别设定邻区空扰；　（４）ＵＥ侧参数，终端天线发射功率为２３ｄＢｍ，天　（２）测试车从起点出发，开启ＦＴＰ上载或者下载业　务，以指定车速（中速）匀速径向拉远至速率为０的点　及断链点，并记录测试量；　线增益为０，终端侧天线干扰余量参考值为７ｄＢ。　表２　ｅＮＢ参数配置　基站发射功率【ｄＢｍ】　天线增益【ｄＢｉ】　馈线损耗【ｄＢ】　人体损耗［ｄＢ］　塔顶放大器插损【ｄＢ】　天线数量　４６　１６．５０　０．４０　０　０　８Ｔｘ　８Ｒｘ　（３）在该点进行上行随机接入，若不可正常进行，　以中速匀速向小区中心移动，直至能连续三次接人成功，　并记录测试量；　（４）分别改变干扰级别，重复上述步骤（附：干　扰级别１：上下行加扰５０％；干扰级别２：上下行加扰　７０％）。　２．３预期分析　２．５．１链路预算参数配置　基站侧干扰余量【ｄＢ】　２．５．２测试预期　３　２．３．２．１信道覆盖性能预期　通过理论分析，表３～表７为输出了各个干扰级别　的链路预算结果，描述各个信道覆盖的最大距离。　２．３．２．２覆盖受限预期　传播模型采用ＵＭＴＳ　３０．０３中车载环境模型：　Ｐａｔｈｌｏｓｓ＝４０　Ｘ（１　×１０　Ｘ　ｈ）ｌｇ（Ｒ（ｋｍ））－１８１ｇ（血）　＋２　１　Ｘ　ｌｇ（，）＋８０＋　０　ＴＤ—ＬＴＥ覆盖受限有可能产生于如下情况：　其中，基站天线高度ｈ＝１５ｍ，载波频率选择　（１）当站址间距ＩＳＤ＜ＩＯＯＯｍ时，网络表现为干扰　受限特质：　距离主测小区１／２　ＩＳＤ～２／３　ＩＳＤ区域为小区边　界区域；　提升基站功率配置不能改善边界区域性能；　ｆ＝２６００ＭＨｚ，Ｒ为ＵＥ与ｅＮＢ间隔距离　；另为匹配实　际情况，取对数正态阴影衰落方差ｌＯｄＢ，考虑９５％的　区域覆盖概率，阴影衰落参考常量取ＬｏｇＦ＝１１．７ｄＢ。　综合考虑１０ｄＢ的车体阻挡损耗，路损模型简化公式如　下：Ｐａｔｈｌｏｓｓ（ｄＢ）＝１４３．９６＋３７．６１ｇ（ｋｍ）　（１）网络配置参数如表１所示。　表１　网络参数配置　上下行时隙配比　特殊时隙配置　天线数量　信道类型　根据本测试例的条件，大多数物理信道均能达到在　边界区域９５％连续覆盖的要求，但ＰＵＳＣＨ和ＰＤＳＣＨ　较高覆盖速率时不能满足。　（２）上行拉远覆盖时，较高的上行边界覆盖速率使　得ＰＵＳＣＨ信道覆盖受限。　２：２　１ｏ：２：２　８　ｉ　ＥＰＡ５　（３）下行拉远覆盖时，下行边界覆盖速率３Ｍｂｉｔ／ｓ　以下，为ＰＤＣＣＨ信道覆盖受限；　下行边界覆盖速率３Ｍｂｉｔ／ｓ以上，则为ＰＤＳＣＨ信　道受限。　系统带宽（ＭＨｚ）　每ＴＴＩ　ＲＢ数　２０　１００　（２）网络拓扑参数。　测试区域基站总计１９个，站　型全部为６５。三扇区，　小区偏移切换门限设置为３ｄＢ，　仿真场景为Ｍａｃｒｏ　ｃａｓｅｌ。　（４）接人覆盖时，对比而言，ＰＲＡＣＨ　Ｆｏｒｍａｔ４信　道覆盖较好，ＭＳＧ２与ＭＳＧ３覆盖能力相当，主要是　表３控制信道覆盖性能（链路预算）　控制信道　最大路损（ｄＢ）　覆盖距离（ｋｍ）　ＰＲＡＣＨ　０　ＰＲＡＣＨ　４　ＰＵＣＣＨ　ｌａ　ＰＵＣＣＨ　２　ＰＢＣＨ　ＰＤＣＣＨ　Ｆｏｒｍａｔ　３　１４５．７８　１．１　１３９．３９　０．６８　１５２．１４　１．４９　１４９．５９　１．３　ｌ３８．０７　ｌ３７．９３　０．６７　Ｏ．６５　（３）ｅＮＢ侧参数　如表２所示。　・２０１１年第９期・　表４空载ＴＤ－ＬＴＥ上下行业务信道覆盖能力（链路预算）　ＰＵＳＣＨ，速率（ｋｂｉｔ／ｓ）　ｌ１００．０　２２００．０　３０７２．０　４２８０．０　车内最大路损（ｄＢ）　车内覆盖距离（ｍ）　１３０．９７　１２９．４３　１２８．６５　１２７．７６　４５３．４５８　４１３．８２８　３９２．６６５　３７４．８９０　６０％：　仿真数据有５％的区域ＳＩＮＲ在一３ｄＢ以下，因此　链路预算以一３ｄＢ作为边界的信道质量假设；而实测显　示５％的边界区域ＳＩＮＲ在一１０ｄＢ以下；　仿真认为　＜一３ｄＢ之后应触发小区切换，因　ＰＤＳＣＨ，速率（ｋｂｉｔ／ｓ）　２８００．０　３３５０．０　４０９６．０　４９６０．０　车内最大路损（ｄＢ）　ｌ３７．１６　１３５．８６　１３４．２７　１３２．５１　车内覆盖距离（ｍ）　６５４．５３２　６０８．０８６　５５４．２９４　４９８．９４３　此小区覆盖区域内ＳＩＮＲ＜一３ｄＢ的区域，也就是切换区　域比例很小，而实测显示ＳＩＮＲ＜－３ｄＢ的切换区域多达　２５％。　表５干扰加载一，ＴＤ－ＬＴＥ上下行业务信道覆盖能力（链路预算）　ＰＵＳＣＨ，速率（ｋｂｉｔ／ｓ）　ｌ１００．０　２２００．０　３０７２．０　４２８０．０　车内最大路损（ｄＢ）　车内覆盖距离（ｍ）　ｌ２９．１６　１２７．６２　１２６．８４　１２５．９５　４０６．０９１　３６８．７２４　３５２．５７２　３３３．９７６　在其他干扰等级的信道质量对比中，都呈现上述差　异。产生差异的原因一是本测试例为拉远测试，测试终　端有可能越过边界深人邻近小区，因此会遇到更强的干　ＰＤＳＣＨ，速率（ｋｂｉｔ／ｓ）　２８００．０　３３５０．０　４０９６．０　４９６０．０　车内最大路损（ｄＢ）　１３６．１１　１３４．３７　ｌ３１．８９　ｌ２８．１７　车内覆盖距离（ｍ）　６１５．１６７　５５８．７３６　４７６．５３５　３８３．３３９　扰；原因二，理论分析通过仿真遍历采样了小区内所有　的地理位置，而实际测试路线主要沿法线方向进行信号　采样，在中心区域的法线方向上ＳＩＮＲ相对较高，因此　造成实测结果中，较高ＳＩＮＲ的比例也较大。　５．１．２对比信干噪比变化　表６干扰加载二。ＴＤ－ＬＴＥ上下行业务信道覆盖能力（链路预算）　ＰＵＳＣＨ，速率（ｋｂｉｔ／ｓ）　ｌｌ００．０　２２００．０　３０７２．０　４２８０．０　车内最大路损（ｄＢ）　车内覆盖距离（ｍ）　ｌ２８．１７　ｌ２６．６３　１２５．８５　ｌ２４．９６　３８１．３２０　３４５．０９２　３２８．９４９　３１３．５４７　ＰＤＳＣＨ，速率（ｋｂＲ／ｓ）　２８００．０　３３５０．０　４０９６．０　４９６０．０　车内最大路损（ｄＢ）　车内覆盖距离（ＩＩ１）　１３５．１１　１３２．７９　１２８．５３　１２６．０８　５８３．７２０　５０２．５１３　３８６．６２４　３３３．５００　如表８所示，由于邻区干扰级别的不同，小区覆盖　区域的ＳＩＮＲ变化有明显的区别。　表８仿真获得的中心，中间与边界位置的ＳＩＮＢ　干扰级别　中心１０％点　全区５０％点　边界１０％点　表７随机接入覆盖能力（链路预算）　空扰　ＭＳＧ２　ＭＳＧ３　最大路损（ｄＢ）　覆盖距离（ｋｍ）　干扰加载一　最大路损（ｄＢ）　覆盖距离（ｋｉｎ）　干扰加载二　１３５．８６　０．５６１　ＭＳＧ２　ｌ３３．５１　０．４６９　ＭＳＧ２　ｌ３８．８９　０．６７５　ＭＳＧ３　１３３．８９　０．４９２　ＭＳＧ３　空扰（邻区开启无业务）　干扰级别１　１７．８８　ｌ４．５ｌ　９．９７　６．６９　４．３１　Ｏ．１９　干扰级别２　１２．４０　４．６５　一１．１３　如图２所示，根据测试路线的ＳＩＮＲ变化曲线对比　来看，实测与理论分析存在差异：实测路线在距离测试　基站３００～３５０ｍ区域，实测ＳＩＮＲ较低，且急剧下降。　最大路损（ｄＢ）　覆盖距离（ｋｍ）　ｌ３０．６９　０．４０７　１３０．８９　０．４１０　ＭＳＧ２造成覆盖受限。　３实测结果　３．１网络信道质量分布　３．１．１对比信干噪比分布　以干扰等级２为例，其数据情况如下：　仿真数据有８０％的区域ＳＩＮＲ＞ＯｄＢ，实测仅有　图２不同邻区干扰加载条件，测试路线的下行ＳＩＮＲ变化　・２０１１年第９期・　２５　这表明距离测试基站３００～３５０ｍ的位置是小区的覆盖　边界。　表９实测下，￣ｉ５Ｍｂｉｔ／ｓ速率点距离　５Ｍｂｉｔ／ｓ速率点　空扰　干扰级别１　干扰级别２　第一次（ｍ）　第二次（ｍ）　第三次（ｍ）　３４６　３４７　３３９　３５０　３４０　３４５　３８９　３４８　３４７　而理论分析认为，密集市区环境下，站间距ＩＳＤ＜　１０００ｍ的ＬＴＥ网络都会存在干扰受限特性，在』　／２　的位置上都可能使得下行方向的链路发生上述边界现　象。测试站址信息显示，测试小区Ａ与邻近的Ｂ小区　表１　０实测下行拉远覆盖断链点距离　断链点　空扰　距离为ＩＳＤ＝７０５左右，可以推测距站点３４０ｍ位置附近　都是可能产生边界现象的区域，实测ＳＩＮＲ在这一区域　急剧下降的变化曲线证明了这一点。　第一次（ｍ）　３６５　第二次（ｍ）　４０４　第三次（ｍ）　３９３　干扰级别ｌ　干扰级别２　３６６　３６７　３６２　３７５　３６０　３６７　因此，站间距的拓扑关系是造成上述实测现象的根　本原因。　０，可以近似认为ＰＤＳＣＨ工作在　５＝Ｏ，而且ＢＬＥＲ　达到１００％。　３．２拉远覆盖能力分析　５．２．１下行拉远覆盖　分析干扰级别条件下发生断链之前的ＳＩＮＲ值，如　表１１所示，该ＳＩＮＲ值选取数据记录表的１Ｍｂｉｔ／ｓ速　率点的ＳＩＮＲ值。　表１　１实测下行断链之前ＳＩＮＲＮ＿＿ＩＢ－］　断链ＳＩＮＲ区间　空扰　干扰级别一　３．２．１．１实测吞吐量曲线变化　如图３所示，实测路线显示：空扰场景拉远至　４１０ｍ，干扰级别１和２分别拉远至３７０ｍ；　在边界，空扰性能优于干扰级别ｌ和２，不仅吞吐　量比较高，而且波动不剧烈。　３．２．１．２覆盖实测吞吐量数据记录　第一次　，　一ｌ１　第二次　第三次　一５　一１１　，　各干扰级别场景下的，达到下行５Ｍｂｉｔ／ｓ速率点记　录如表９所示。　干扰级Ｙｌｌｌ－￣　注：“／”为未找到相应点位　一ｌ９　—８　各干扰级别场景下的拉远覆盖时断链点数据如表ｌ０　所示。　上述测试记录可见，下行ＳＩＮＲ为一５ｄＢ～一１９ｄＢ，　ＰＤＳＣＨ仍可正常传输速率，考虑到邻区加载业务时，　对比两个性能参考点的测试数据可见５Ｍｂｉｔ／ｓ速率　ＳＩＮＲ测量波动较大，保守认为ＳＩＮＲ在一７ｄＢ时仍确　点与断链点距离较近。在断链点位置上实测发现速率为　保速率稳定传输。　图３吞吐量＆ＳＩＮＲ变化曲线图　２６　・２０１１年第９期・　．．．＿＿　电信工程技术与标准化　３．２．１．３差异分析　５．５．２实测上行断链点记录　下行业务信道ＰＤＳＣＨ实测数据与理论计算存在如　下差异：　各干扰级别场景的２Ｍｂｉｔ／ｓ数据点实测数据如表　１２所示。　表１　２实测上行２Ｍｂｉｔ／ｓ速率点距离　下行实测断链距离覆盖距离小于理论计算。根据分　析认为存在如下原因：站址已经固定设置，决定了边界　２Ｍｂｉｔ／ｓ速率点　第一次（ｍ）　第二次（ｍ）　第三次（ｍ）　空扰　干扰级别１　干扰级别２　３６５　３４７　３６２　３５０　３９３　现象必然出现在脚／２区域附近，这是影响断链点距离　较近的根本原因。　空扰场景，下行５Ｍｂｉｔ／ｓ测试距离低于理论计算结　果，而其他干扰加载场景的实测距离接近理论计算结果。　注：“一”为未找到相应点位　实测数据显示下行５Ｍｂｉｔ／ｓ点产生于距离站点３４０　～各干扰级别场景的断链点实测数据如表１　３所示。　表１　３实测上行断链点距离　断链点　空扰　干扰级别１　干扰级别２　３５０ｍ位置上，不同加扰条件下，测试路线的下行　ＳＩＮＲ变化为一３～－ＳｄＢ区间，这个边界的ＳＩＮＲ水平　第一次（ｉｎ）　第二次（ｍ）　４１７　３６３　５０２　４１４　３６０　３６４　第三次（ｍ）　４１８　３５５　３４８　接近于理论计算的假设。在这段区域内，路径损耗公式　也比较接近实际情况。　３．３上行拉远覆盖　３．５．１实测测试路线上行吞吐量变化　断链点记录还显示如下情况：　相同测试路线上，邻区加载干扰级别１与２的　２Ｍｂｉｔ／ｓ速率点和断链点的测试结果接近；　如图４的实测的吞吐量曲线，可见空扰场景，拉远　覆盖至４０８ｍ，干扰级别ｌ和２分别拉远至３６９ｍ；　从中心拉远至３７０ｍ，空扰的吞吐量维持在接近峰　值的水平，且波动幅度很小，３７０ｍ之后开始出现波动　并急剧下挫；　存在邻区干扰加载时，５Ｍｂｉｔ／ｓ速率点距离　５００ｋｂｉｔ／ｓ速率点并不远，相距在２０ｍ左右，可见速率　变化比较急剧；　干扰级别１测试曲线显示，吞吐量从中心开始一直　存在波动，波动幅度比较空扰时候大，拉远至３５０ｍ时　急剧下挫至断链；　干扰级别２拉远至２７０ｍ开始下降，从３２０ｍ开始　下降斜率变大，测试路线上吞吐量一直存在较大波动。　～空扰时候，断链之前的ＢＬＥＲ水平较高，达到６０％　８０％；干扰加载时，断链点之前的ＢＬＥＲ水平都普遍　较低，均处于３０％以下；　因此，断链之前较近的位置上，ＰＵＳＣＨ信道的　ＢＬＥＲ水平仍保持逐渐恶化的趋势。　５．５．３差异分析　上行拉远覆盖与理论的链路预算对比　发现实测结果接近理论评估结果。　但是理论分析发现，ＰＵＳＣＨ覆盖能　力受到ＰＲＢ分配的直接影响，因此该实　测结果不能全面说明上行ＰＵＳＣＨ信道的　覆盖能力。　本次链路预算固定为ＰＵＳＣＨ分配　图４不同加扰级别，上行拉远测试的吞吐量变化曲线对比　８０ＰＲＢ，匹配了实测记录显示的ＰＵＳＣＨ　２７　・２０１１年第９期・　ＴＥＬＥｃｏＭ　ＥＮＧ｜ＮＥＥＲ｜ＮＧ　ＴＥｃＨＮｌｃｓ　ＡＮＤ　ｓＴＡＮＤＡＲＤ｜ｚＡＴｌｏＮ　使用７８～８４个ＰＲＢ。而如果ＰＵＳＣＨ以满足拉远覆盖　为主要目的时，资源分配以ＰＲＢ，优先提升ＭＣＳ　获得如下结论：　测试结果验证了理论预测对于　／２位置区域的　等级为主要方式，以干扰加载二，２Ｍｂｉｔ／ｓ速率目标对　比如表１４所示。　表１　４链路预算，不同资源配置对上行ＰＵＳＣＨ覆盖能力影响　ＰＲＢ　ＭＣＳ　匹配实测配置　最优分配　８０　ｌ５　４　２０　估计，在，　／２的边界点可稳定支持下行５Ｍｂｉｔ／ｓ和　上行２Ｍｂｉｔ／ｓ的传输速率。同时评估认为ＰＤＳＣＨ信道　ＴＭ７模式下至少可稳定正常工作于ＳＩＮＲ≥－７ｄＢ条件，　断链点超过Ｊ『５ｌ　／２点。　ＢＬＥＲ目标　４次传输１％　４次传输１％　覆盖距离　３５０ｍ　３９８ｍ　为了对ＴＤ—ＬＴＥ覆盖做更准确的评估，在未来期　待可以扩大站间距进一步测试，以获得ＴＤ—ＬＴＥ覆盖　的最大与最优距离。　由此可见，并不是ＰＲＢ分配越多越有利于上行覆　盖，ＰＲＢ的优化配置，可有效的提升ＰＵＳＣＨ的覆盖　能力。　因此本测试例尚不能对ＰＵＳＣＨ的覆盖能力下结　论，还需结合下一步测试进一步验证。　参考文献　４总结与展望　本项测试用例有效的评估了ＴＤ－ＬＴＥ的覆盖能力，　…王映民，孙韶辉．ＴＤ－－ＬＴＥ技术原理与系统设计［Ｍ］．北京：人　民邮电出版社，２０１１．　【２］赵训威，林辉．３ＧＰＰ长期演进（ＬＴＥ）系统架构与技术规　Ｍ］．　北京：人民邮电出版社，２０１　０．　ＴＤ—ＬＴＥ　ｄｅｎｓｅ　ｕｒｂａｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｅｌｌ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＷＵ　Ｊｉｅ　．ＨＵ　Ｚｈｅ－ｆｅｎｇ　（１　Ｃｈｉｎａ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｇｒｏｕｐ　Ｌｔｄ，Ｚｈｅ　Ｊｉａｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１　００００，Ｃｈｉｎａ；２　Ｃｈｉｎａ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ．Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ＴＤ—ＬＴＥ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｅｌｌ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎ　ｄｅｎｓｅ　ｕｒｂａｎ，ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｄｏ　ｔｅｓｔｓ　ｉｎ　ａ　ｒｅａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｎ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ＴＤ—ＬＴＥ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｅｌｌ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎ　ｄｅｎｓｅ　ｕｒｂａｎ　ｒｅｌｉａｂｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＴＤ－ＳＣＤＭＡ；ＬＴＥ；ｌｉｎｋ　ｂｕｄｇｅｔ；ｃｏｖｅｒａｇｅ；ｒｅｍｏｔｅ　中国移动终端专业化运营正式起航　８月１８Ｆ：Ｉ，中国移动通信集团终端有限公司正式申领到营业执照，这标志着终端公司工商注册登记工作顺利完成，中国　移动终端专业化运营正式起航。终端公司将致力于终端的创新与发展，全力为客户提供最优的终端价值体验。　（本刊讯）　２８　・２０１１年第９期－