LTE網(wǎng)絡(luò )覆蓋規劃技術(shù)研究

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)需求的不斷增長(cháng)，目前的2G、3G網(wǎng)絡(luò )承載能力日趨飽和，為了應對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的不斷凸顯的供需矛盾，第三代合作伙伴計劃(3GPP)長(cháng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE)逐步從理論走向現實(shí)。強大的業(yè)務(wù)承載能力、高效的系統資源利用方式、低廉的網(wǎng)絡(luò )建設和運營(yíng)成本、靈活的網(wǎng)絡(luò )部署模式使LTE越來(lái)越受到各主流運營(yíng)商的青睞。

LTE系統標準化的不斷成熟有效地推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)。從目前來(lái)看，3GPP 在Release-8的相關(guān)工作已經(jīng)凍結，在此基礎上各設備商已經(jīng)展開(kāi)了LTE產(chǎn)品的研發(fā)工作，同時(shí)各類(lèi)實(shí)驗局的部署和測試也在有序的進(jìn)行之中。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)看，雖然LTE產(chǎn)品的研發(fā)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但是LTE系統的高度復雜性和靈活性帶來(lái)了各種不確定性，因此業(yè)界對于LTE系統特征、建網(wǎng)思路、優(yōu)化策略尚處于初級的摸索階段。就LTE網(wǎng)絡(luò )規劃而言，系統性理論體系及應用方案的缺失成為L(cháng)TE能夠高效、精確部署的主要技術(shù)障礙。

在LTE系統中，空中接口采用了正交頻分復用(OFDM)、多輸入多輸出(MIMO)、高級編碼調制方式(AMC)、混合自動(dòng)重傳(HARQ)等先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)鏈路技術(shù)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調度、小區間干擾消除技術(shù)(ICIC)、功率控制等無(wú)線(xiàn)資源管理算法提高空口資源配置的效率和靈活性[2-3]。從LTE的網(wǎng)絡(luò )設計來(lái)看，上述無(wú)線(xiàn)技術(shù)在提升網(wǎng)絡(luò )性能的同時(shí)，也大大增加了系統分析的復雜度。要實(shí)現高效、可靠的LTE網(wǎng)絡(luò )覆蓋規劃方案，需要通過(guò)系統化的理論、仿真、測試等，從而對系統的技術(shù)特征進(jìn)行全面的研究和分析。與2G、3G網(wǎng)絡(luò )相比，LTE網(wǎng)絡(luò )在資源共享方式、系統干擾特征等影響網(wǎng)絡(luò )覆蓋性能的核心因素方面有著(zhù)根本性的不同，傳統的覆蓋規劃及鏈路預算思路和方案已遠不能滿(mǎn)足LTE實(shí)際建網(wǎng)的需要[4]。鑒于上述原因，對于LTE系統的覆蓋規劃，需要分析和總結網(wǎng)絡(luò )建設的潛在需求，剖析LTE系統的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )特征，總結出適合LTE網(wǎng)絡(luò )建設的覆蓋規劃體系和方案，并不斷完善。另外，增強頻譜效率是提升LTE競爭力的核心內容之一，因此它和頻組網(wǎng)下的LTE系統網(wǎng)絡(luò )設計是文章關(guān)注的重點(diǎn)。

1 LTE網(wǎng)規流程及覆蓋規劃策略
總體來(lái)看，頻分雙工(FDD) LTE的網(wǎng)絡(luò )規劃流程和2G、3G規劃流程基本保持一致，包含需求收集和分析、覆蓋和容量設計、站點(diǎn)選擇、規劃仿真、報告撰寫(xiě)五大部分。其中，覆蓋和容量設計是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )規劃的核心要素，需要根據用戶(hù)的具體需求，結合對網(wǎng)絡(luò )特征的深入分析，對網(wǎng)絡(luò )規模進(jìn)行全面估算。文章主要對LTE系統的覆蓋規劃方法進(jìn)行分析。

FDD LTE系統覆蓋規劃的主要目標是基于實(shí)際的小區邊緣覆蓋需求，在一定的系統參數設置下，估算基站能夠實(shí)現的覆蓋距離，從而得到網(wǎng)絡(luò )規模需求。根據應用場(chǎng)景和實(shí)際的規劃需求，FDD LTE系統的覆蓋規劃策略一般主要分為3類(lèi)：

基于上行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò )規模估算

第1種策略主要應用于只限制了上行邊緣速率的覆蓋需求?；谏闲兴俾?，在一定的鏈路預算參數輸入下，計算出上行的覆蓋半徑；并根據得到的上行覆蓋半徑預測下行可實(shí)現的邊緣速率；

基于下行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò )規模估算

第2種策略主要應用于只限制了下行邊緣速率的覆蓋需求?；谙滦兴俾?，在一定的鏈路預算參數輸入下，計算出下行的覆蓋半徑；并根據得到的下行覆蓋半徑預測上行可實(shí)現的邊緣速率；

基于上行和下行邊緣速率要求的規模估算

第3種策略主要應用于同時(shí)限制了上下行邊緣速率的覆蓋需求?；谏舷滦兴俾?，在一定的鏈路預算參數輸入下，分別計算出上下行的覆蓋半徑；并通過(guò)比較即可得到受限的覆蓋半徑。

在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )規劃中，需要根據不同的具體需求和應用場(chǎng)景選取合適的覆蓋規劃策略，靈活應對網(wǎng)絡(luò )規劃中出現的問(wèn)題。

2 LTE上行覆蓋規劃關(guān)鍵技術(shù)

要解決LTE覆蓋規劃的問(wèn)題，關(guān)鍵在于如何根據上行或下行的邊緣業(yè)務(wù)速率要求得到相應的覆蓋范圍。對于一些特殊的場(chǎng)景或業(yè)務(wù)，還要考慮控制信道的相關(guān)覆蓋性能。文章主要討論業(yè)務(wù)信道受限場(chǎng)景下的覆蓋規劃問(wèn)題。在給定的業(yè)務(wù)速率需求下，需要從LTE的鏈路及系統兩個(gè)主要方面對網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)特征進(jìn)行深入的分析和總結。

對于LTE上行覆蓋規劃技術(shù)的研究，主要包含兩個(gè)方面：系統級研究和鏈路級研究。由于LTE系統上行引入了基于單載波-頻分多址(SC-FDMA)的多址接入方式，小區內的用戶(hù)之間互相正交，干擾主要來(lái)自于鄰小區的激活用戶(hù)，上行功率控制策略的選擇直接影響小區間的干擾模式及干擾強度[5-6]。在LTE上行覆蓋設計中，干擾余量作為網(wǎng)絡(luò )規劃的核心依據之一，直接取決于功率控制方法、應用場(chǎng)景等因素，并需要通過(guò)系統級仿真對不同環(huán)境下的干擾進(jìn)行深入的研究，為上行覆蓋規劃提供較為貼近實(shí)際應用的參考設置。

根據建網(wǎng)側重點(diǎn)的不同，上行干擾特征會(huì )受到功率控制策略等方面因素的主導。對于LTE系統，上行干擾特征最直接的衡量就是平均干擾抬升(IOT)。因此上行IOT的分布特征取決于實(shí)際的應用場(chǎng)景及上行功率控制參數。LTE上行功率控制分為開(kāi)環(huán)功控和閉環(huán)功控。一般情況下，系統的開(kāi)環(huán)功控基本決定了系統的干擾模式，閉環(huán)功控主要用在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )運行中根據業(yè)務(wù)及干擾的變化對系統參數進(jìn)行適當的調整。具體來(lái)看，開(kāi)環(huán)功率控制主要通過(guò)對功控參數P 0和α的確立來(lái)滿(mǎn)足特定的網(wǎng)絡(luò )設計需求，不同的參數集合會(huì )帶來(lái)不同的網(wǎng)絡(luò )覆蓋和容量特征。為滿(mǎn)足實(shí)際規劃的需求，需要在不同的應用場(chǎng)景下對上述參數進(jìn)行深入的研究和分析，總結出滿(mǎn)足特定要求的參數，同時(shí)在相應的參數設置下研究系統的干擾特征，即平均IOT，并分析相應的上行干擾余量?；谏鲜龇治?，不同的參數會(huì )帶來(lái)差異化的系統性能指標及干擾特征，在實(shí)際的規劃過(guò)程中要根據實(shí)際情況進(jìn)行合適的選擇，如圖1所示。

在LTE系統的建網(wǎng)初期，網(wǎng)絡(luò )設計主要關(guān)注的是覆蓋。根據上述討論，在以覆蓋準則為導向的規劃設計中，可以設計相應的功控參數來(lái)滿(mǎn)足覆蓋的最大化（降低干擾），由于網(wǎng)絡(luò )負載的設計目標各不相同，需考慮不同負載下的網(wǎng)絡(luò )干擾水平，以此作為覆蓋規劃的參考依據，如圖2所示。

在鏈路研究方面，該設計主要考慮的是給定數據速率下用戶(hù)帶寬的優(yōu)化配置。對于特定的邊緣數據速率需求，可以通過(guò)給用戶(hù)分配不同的帶寬來(lái)實(shí)現，但同時(shí)會(huì )帶來(lái)不同的覆蓋性能。通過(guò)對信道容量的研究及鏈路級仿真結果系統性的全面分析，在給定的數據速率要求下，對配置帶寬的優(yōu)化可以增強業(yè)務(wù)的覆蓋性能。該設計是根據鏈路仿真及實(shí)際系統測試中對鏈路性能的分析，從終端功率使用效率出發(fā)，對特定的業(yè)務(wù)速率、不同用戶(hù)帶寬分配下的性能進(jìn)行深入的分析。在此基礎上，不同的業(yè)務(wù)速率需求，可以得到優(yōu)化的上行占用帶寬，實(shí)現較好的覆蓋性能，如圖3所示。

以上分別從系統及鏈路兩個(gè)方面確定了上行鏈路預算的核心內容：干擾余量及上行發(fā)射帶寬（與之對應的調制編碼格式及目標信號與干擾噪聲比由鏈路仿真給出）。在此基礎上可以根據傳統的鏈路預算、計算方法計算出給定邊緣數據速率下的上行最大允許路徑損耗(MAPL)。