TD—LTE鏈路預算探討

羅新軍 劉豐

【摘要】 通過對TD-LTE覆蓋范圍的影響因素進行理論分析，采用TD-LTE鏈路預算模型對TD-LTE上下行業務信道和控制信道進行鏈路預算分析，選取合適的傳播模型對小區覆蓋范圍進行評估。

【關鍵詞】 TD-LTE 鏈路預算 RB配置 模型

一、概述

TD-LTE系統在物理層、空口協議、網絡架構等方面采用了諸多關鍵技術用以提升網絡性能；OFDM及MINO技術，鏈路自適應技術，支持多種靈活帶寬配置，IP化、扁平化的系統網絡架構，靈活的上下行時隙配比及特殊子幀配置等。

本文分析了TD-LTE技術特征對其網絡覆蓋的影響，綜合考慮TD-LTE網絡覆蓋、容量與干擾的關系，采用更加科學的TD-LTE鏈路預算方法。

二、TD-LTE覆蓋距離影響因素分析

在TD-LTE系統中影響系統覆蓋性能的關鍵參數主要包括工作頻段、天線類型、發射功率、頻率復用、RB配置、CP配置、GP配置等。

TD-LTE的工作頻段較之2G、3G頻段高、空間傳輸衰減大，穿透能力差，影響其覆蓋距離。

TD-LTE基于多天線MINO技術，采用SFBC發射分集及波束賦形可帶來下行分集增益；接收分集提升上行鏈路接收增益。

在同等條件下，因下行發射功率是在整個系統帶寬所有RB上均勻分配的， RB配置的增加，對覆蓋影響不大；若UE已工作在最大發射功率下，RB配置增大會引起上行底噪抬升，基站上行覆蓋性能下降。

頻率復用系數越大，小區間干擾越小，覆蓋半徑增加，有助于改善覆蓋性能。頻率復用系數為3，即異頻組網，影響覆蓋性能的主要是系統功率；頻率復用系數為1，即同頻組網，影響覆蓋性能的主要是C/I，干擾受限。

OFDM技術能有效對抗多徑衰落及窄帶干擾，但無法克服ICI及ISI；在每個OFDM符號之前引入CP，只要各徑的多徑時延與定時誤差之和不超過CP長度，就能消除多徑帶來的ISI和ICI。正常CP和擴展CP分別可以在1.4km和5km的時延擴展范圍內提供抗多徑保護能力。

GP主要由傳輸時延和設備收發轉換時延構成，一般設備收發轉換時延是固定的，GP的設定值代表了系統可容忍的傳輸延時，決定了eNB到最遠UE的距離，GP越大，覆蓋距離越大。

三、TD-LTE鏈路預算模型

建立TD-LTE鏈路預算模型如公式（1）所示。

最大允許路徑損耗=ERIP-余量-穿透損耗-人體損耗- 接收機靈敏度 （1）

其中：ERIP=設備最大發射功率-線纜損耗+天線增益；余量=陰影衰落余量+干擾余量；穿透損耗=墻體損耗；天線增益包括發射天線增益、接收天線增益及其他增益。

四、TD-LTE鏈路預算

由TD-LTE覆蓋范圍影響因素分析可知，對TD-LTE的鏈路預算需要確定相關區域的覆蓋、容量、干擾需求及由此配置的相關關鍵參數。

4.1 鏈路預算關鍵參數

TD-LTE的鏈路預算關鍵參數主要包括：所要承載業務的邊緣速率、寬帶參數、天線數量及發射模式、收發信機參數、其他損耗等。

根據實際工程應用，對這些鏈路預算關鍵參數進行取定，進行鏈路預算分析。通常系統總帶寬20MHz、RB總數100個、常規CP配置；基站采用2天線收發（分集增益、賦形增益）；目標SINR的取定限于滿足一定邊緣速率的用戶需要。

4.2 上行鏈路預算

TD-LTE上行鏈路預算包括業務信道和控制信道的鏈路預算。

4.2.1 上行業務信道鏈路預算

對與上行鏈路預算相關關鍵參數進一步取定，通常UE的發射功率23dBm，人體損耗2dB，天線增益0dB，上行塔放增益3dB，插損和饋線損耗3dB，接收機噪聲系數2dB，接收端多天線增益3dB，控制信道開銷1dB，穿透損耗22dB，干擾余量4.5dB，陰影衰落余量7dB。

接收機底噪聲功率=熱噪聲密度KT+帶寬B+接收機噪聲系數 （2）

帶寬B =10lg（RB×180000）；

接收機靈敏度=接收機底噪聲功率+ SINR-（上行接收天線增益+多天線增益+上行塔放增益-饋線損耗） （3）

根據公式（2）、（3）、（1）計算上行業務信道的鏈路預算（室內）值。當用戶上行速率1Mbps， RB配置48個，SINR為-4.4dB時，值為115.43；當上行速率500kbps，用戶RB配置48個，SINR為-6.3dB時，值為117.33；當上行速率250kbps，用戶RB配置24個，SINR為-6.2dB時，值為120.24；當上行速率64kbps，用戶RB配置6個，SINR為-5.5dB時，值為125.56。由此可知，上行鏈路預算接收機底噪聲功率與業務本身的RB配置有關。

4.2.2上行控制信道鏈路預算

上行控制信道主要是指PUCCH信道，其RB配置為1，相關參數獲取與業務信道基本同，由公式（2）、（3）、（1）可計算上行控制信道的鏈路預算值。在Format2格式下，SINR為-3.51dB，值為131.35；在Format2a格式下，SINR為-5.21dB，值為133.05；在Format2b格式下，SINR為-2.21dB，值為130.05。

4.3下行鏈路預算

TD-LTE下行鏈路預算包括業務信道和控制信道的鏈路預算。

4.3.1下行業務信道鏈路預算

對與下行鏈路預算相關關鍵參數進一步取定，基站發射功率46dBm，發射天線增益18dBi，線纜損耗2dB，UE噪聲系數7dB，控制信道開銷1dB，穿透損耗22dB，干擾余量4.5dB，陰影衰落余量7dB；

根據公式（2）、（3）、（1）可得下行業務信道的鏈路預算值。當用戶下行速率2Mbps，RB配置48個，SINR為-4.75dB時，值為117.09；當下行速率1Mbps，RB配置48個，SINR為-4.4dB時，值為126.24；當下行速率250kbps，RB配置24個，SINR為--6.2dB時，值為128.04；當用戶下行速率64kbps，RB配置6個，SINR為-5.5dB時，值為127.34。由此可知，下行鏈路業務信道的發射功率與RB配置有關。

4.3.2 下行控制信道鏈路預算

下行控制信道包括PBCH，PDCCH，PCFICH，PHICH等，其中PDCCH最大鏈路損耗= EIRP-接收機靈敏度-（干擾余量+穿墻損耗+陰影衰落余量）；通常PDCCH的RB配置84CCE，SINR為4.0dB，計算可得到PDCCH最大鏈路損耗為118.84。

4.4 TD-LTE覆蓋距離預算

根據TD-LTE不同速率下的下行業務信道最大允許鏈路損耗值，按現場TD-LTE工作頻段2.6GHz、基站天線掛高35米、UE有效高度1.5米，邊緣覆蓋概率78%，室內建筑物穿透損耗22dB，室外車體損耗8dB的取定，通過Cost-231.HaTa傳播模型可以計算出小區的覆蓋半徑，室內最大覆蓋距離380米，室外最大允許覆蓋距離780米。

五、結語

TD-LTE網絡特點決定了TD-LTE的鏈路預算更加復雜，本文通過對影響TD-LTE的覆蓋距離的多種因素進行分析，根據無線網絡環境、RB配置及各種參數的綜合取定，對TD-LTE無線網絡鏈路預算及覆蓋距離預算進行路演和考證，明晰了TD-LTE網絡鏈路預算需綜合考量網絡覆蓋、網絡容量、網絡性能及建網成本等因素，以期對TD-LTE無線網絡規劃提供參考。

參 考 文 獻

[1] 戴源，朱晨鳴.TD-LTE無線網絡規劃與設計[M].北京：人民郵電出版社，2012

[2] 韓斌.LTE鏈路預算研究[J].數據通信，2011：39-42

[3] 王映民，孫邵輝. TD-LTE技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2010