長期演進-頻分雙工中多入多出對網絡的影響

江蘇省通信服務有限公司 程鴻雁

0 引言

在LTE鄄FDD（長期演進鄄頻分雙工）的協議中規定了下行MIMO（多入多出）存在兩種方式：傳輸分集和空間分集〔SU鄄MIMO（單用戶多入多出）或MU鄄MIMO（多用戶多入多出）〕。協議指出，傳輸分集的每根天線間的信號具有一定的相關性，在天線對上傳送原始信號及其變換符號（一般為原始符號的共軛）；空間分集的每根天線的數據具有獨立性、無相關性。因此從理論上分析可知，傳輸分集提高了通信的可靠性、增加了用戶通話的穩定性、降低了信息傳輸的誤比特率；空間分集提高了通信效率，提高了單、多用戶的吞吐量，從而達到提升整個小區的吞吐量的結果。因而他們使用的場合是不一樣的。

1 原理介紹

以下通過對LTE鄄FDD的下行兩種分集模式的原理進行闡述，更進一步地了解兩種分集的實現方式。

1.1 傳輸分集

傳輸分集采用空頻塊碼（SFBC），SFBC作為一種抗干擾技術在LTE鄄FDD中被引入。SFBC編碼通過對信號在空間和頻域上進行編碼而同時獲得空間分集和頻率分集。LTE傳輸分集的發送端的原理見圖1。

1.2 空間分集

空間復用允許同一個下行資源塊傳輸來自同一個用戶的數據流（SU鄄MIMO）， 也可以來自多個用戶的數據流（MU鄄MIMO）。SU鄄MIMO可以增加單用戶的吞吐量，MU鄄MIMO可以增加整個系統的容量。空間分集通過層映射和預編碼復用技術使得每一個碼字可以獨立地進行速率控制，分配獨立的混合自動重傳請求（HARQ）,從而提高通信效率。LTE空間分集的發送端的原理見圖2。

2 仿真情況

本次仿真以某地區密集區域為對象，區域面積17.29 km2，涉及49個站點（145個扇區），平均站間距為638 m，見圖3。

其他參數設置如下：

·數字地圖采用20 m精度地圖；

·傳播模型使用SPM（標準傳播模型），校正為中等城市的密集城區參數；

·選用FDD模式，頻率使用1.9 GHz，20 MHz帶寬；

·話務密度設置為平均每平方公里100人；

·用戶使用業務主要為FTP（文件傳輸協議）、VoIP（網絡電話）、網頁瀏覽等。

LTE網絡主要關注參數為上/下行的載波與干擾噪聲比C/(I＋N)、系統吞吐量（throughput）、signal level、quality indicator等參數。本文從C/(I＋N)、系統吞吐量兩個維度對不同分集模式進行對比分析。

2.1 分集模式對網絡C/(I＋N)指標的影響

通過對比基站側天線設置傳輸分集模式（T模式）、空間分集模式（S模式）和無分集（N模式）3種模式在系統不同載干比程度時對C/(I＋N)的影響，以系統處于輕負荷和中等負荷下進行對比，見圖4。

從仿真圖統計來看，各模式在不同負荷下的PDSCH（物理下行共享信道）C/(I＋N)≥-3 dB區域面積占仿真面積的百分比見表1。

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在網絡運行初期，從統計業務信道的C/(I＋N)指標來看，T模式可以較大幅度提升片區內的信噪比指標，S模式相比無分集模式對此項指標的改善相當有限。因此建議在網絡負荷不高的前提下，基站側天線開啟T模式對提升載干比指標，提高用戶獲取更高速率服務等級的權限有較大提升。

2.2 分集模式對網絡吞吐量及負荷的影響

通過對比基站側天線設置傳輸分集模式、空間分集模式和無分集3種模式對系統吞吐量及負荷的影響見表2。

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從統計指標來看，采用S模式在兩種話務密度下對比其他兩種模式均保持了下行最大吞吐量，并且維持了小區在一個相對低的系統負荷，但是從統計角度來看，提升比例很有限。

在用戶不受限制接入小區的前提下，T模式能有效改善區域內載干比，提升一部分用戶享受更高速率服務的等級，通過提升C/(I＋N)來換取下行速率的提升，從而提升小區的吞吐量，帶來的問題是明顯提升網絡負荷。

2.3 分集模式使用建議

綜合3種模式對C/(I＋N)、系統負荷以及吞吐量的影響，由于同等條件下，不同模式對系統吞吐量的影響比例很小，使用的關鍵就集中在如何通過調整模式來達到區域內C/(I＋N)、系統負荷指標的改善。

MIMO作為4G的關鍵技術，網絡中實際應用主要集中在S模式和T模式的選擇上。對比二種模式對網絡參數的影響，建議在網絡負荷不高的前提下，基站側開啟T模式改善C/(I＋N)指標；當網絡處于高負荷時，切換至S模式，提升區域內用戶接入成功率。這樣可以在網絡負荷、吞吐量等關鍵指標通過基站側MIMO方式的調整來達到一個相對平衡。

3 小結

隨著運營商試驗網絡的搭建結束，站點開通后會伴隨著各種網絡問題的出現，LTE鄄FDD網絡的分集方式其實也提供給我們在網絡質量指標、吞吐量等指標之間進行轉換、調整的功能。本文通過仿真手段對分集方式對網絡的影響進行了定量的分析，為后期網絡優化、提升網絡質量、增加用戶良好感知度提供了解決思路。