LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃技術(shù)研究
隨著無線業(yè)務(wù)需求的不斷增長,目前的2G、3G網(wǎng)絡(luò)承載能力日趨飽和,為了應(yīng)對移動網(wǎng)絡(luò)的不斷凸顯的供需矛盾,第三代合作伙伴計劃(3GPP)長期演進技術(shù)(LTE)逐步從理論走向現(xiàn)實。強大的業(yè)務(wù)承載能力、高效的系統(tǒng)資源利用方式、低廉的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營成本、靈活的網(wǎng)絡(luò)部署模式使LTE越來越受到各主流運營商的青睞。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/155566.htm
LTE系統(tǒng)標準化的不斷成熟有效地推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)。從目前來看,3GPP 在Release-8的相關(guān)工作已經(jīng)凍結(jié),在此基礎(chǔ)上各設(shè)備商已經(jīng)展開了LTE產(chǎn)品的研發(fā)工作,同時各類實驗局的部署和測試也在有序的進行之中。從整個產(chǎn)業(yè)來看,雖然LTE產(chǎn)品的研發(fā)取得了實質(zhì)性的進展,但是LTE系統(tǒng)的高度復雜性和靈活性帶來了各種不確定性,因此業(yè)界對于LTE系統(tǒng)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(guī)劃而言,系統(tǒng)性理論體系及應(yīng)用方案的缺失成為LTE能夠高效、精確部署的主要技術(shù)障礙。
在LTE系統(tǒng)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(diào)制方式(AMC)、混合自動重傳(HARQ)等先進的無線鏈路技術(shù),并通過動態(tài)調(diào)度、小區(qū)間干擾消除技術(shù)(ICIC)、功率控制等無線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(shè)計來看,上述無線技術(shù)在提升網(wǎng)絡(luò)性能的同時,也大大增加了系統(tǒng)分析的復雜度。要實現(xiàn)高效、可靠的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案,需要通過系統(tǒng)化的理論、仿真、測試等,從而對系統(tǒng)的技術(shù)特征進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(tǒng)干擾特征等影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的核心因素方面有著根本性的不同,傳統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃及鏈路預算思路和方案已遠不能滿足LTE實際建網(wǎng)的需要[4]。鑒于上述原因,對于LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃,需要分析和總結(jié)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的潛在需求,剖析LTE系統(tǒng)的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)特征,總結(jié)出適合LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的覆蓋規(guī)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(nèi)容之一,因此它和頻組網(wǎng)下的LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是文章關(guān)注的重點。
1 LTE網(wǎng)規(guī)流程及覆蓋規(guī)劃策略
總體來看,頻分雙工(FDD) LTE的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程和2G、3G規(guī)劃流程基本保持一致,包含需求收集和分析、覆蓋和容量設(shè)計、站點選擇、規(guī)劃仿真、報告撰寫五大部分。其中,覆蓋和容量設(shè)計是整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心要素,需要根據(jù)用戶的具體需求,結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)特征的深入分析,對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進行全面估算。文章主要對LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃方法進行分析。
FDD LTE系統(tǒng)覆蓋規(guī)劃的主要目標是基于實際的小區(qū)邊緣覆蓋需求,在一定的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置下,估算基站能夠?qū)崿F(xiàn)的覆蓋距離,從而得到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需求。根據(jù)應(yīng)用場景和實際的規(guī)劃需求,F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃策略一般主要分為3類:
基于上行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算
第1種策略主要應(yīng)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(shù)輸入下,計算出上行的覆蓋半徑;并根據(jù)得到的上行覆蓋半徑預測下行可實現(xiàn)的邊緣速率;
基于下行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算
第2種策略主要應(yīng)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(shù)輸入下,計算出下行的覆蓋半徑;并根據(jù)得到的下行覆蓋半徑預測上行可實現(xiàn)的邊緣速率;
基于上行和下行邊緣速率要求的規(guī)模估算
第3種策略主要應(yīng)用于同時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(shù)輸入下,分別計算出上下行的覆蓋半徑;并通過比較即可得到受限的覆蓋半徑。
在實際的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,需要根據(jù)不同的具體需求和應(yīng)用場景選取合適的覆蓋規(guī)劃策略,靈活應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中出現(xiàn)的問題。
2 LTE上行覆蓋規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)
要解決LTE覆蓋規(guī)劃的問題,關(guān)鍵在于如何根據(jù)上行或下行的邊緣業(yè)務(wù)速率要求得到相應(yīng)的覆蓋范圍。對于一些特殊的場景或業(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)信道受限場景下的覆蓋規(guī)劃問題。在給定的業(yè)務(wù)速率需求下,需要從LTE的鏈路及系統(tǒng)兩個主要方面對網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特征進行深入的分析和總結(jié)。
對于LTE上行覆蓋規(guī)劃技術(shù)的研究,主要包含兩個方面:系統(tǒng)級研究和鏈路級研究。由于LTE系統(tǒng)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(qū)內(nèi)的用戶之間互相正交,干擾主要來自于鄰小區(qū)的激活用戶,上行功率控制策略的選擇直接影響小區(qū)間的干擾模式及干擾強度[5-6]。在LTE上行覆蓋設(shè)計中,干擾余量作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心依據(jù)之一,直接取決于功率控制方法、應(yīng)用場景等因素,并需要通過系統(tǒng)級仿真對不同環(huán)境下的干擾進行深入的研究,為上行覆蓋規(guī)劃提供較為貼近實際應(yīng)用的參考設(shè)置。
根據(jù)建網(wǎng)側(cè)重點的不同,上行干擾特征會受到功率控制策略等方面因素的主導。對于LTE系統(tǒng),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際的應(yīng)用場景及上行功率控制參數(shù)。LTE上行功率控制分為開環(huán)功控和閉環(huán)功控。一般情況下,系統(tǒng)的開環(huán)功控基本決定了系統(tǒng)的干擾模式,閉環(huán)功控主要用在實際的網(wǎng)絡(luò)運行中根據(jù)業(yè)務(wù)及干擾的變化對系統(tǒng)參數(shù)進行適當?shù)恼{(diào)整。具體來看,開環(huán)功率控制主要通過對功控參數(shù)P 0和α的確立來滿足特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計需求,不同的參數(shù)集合會帶來不同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量特征。為滿足實際規(guī)劃的需求,需要在不同的應(yīng)用場景下對上述參數(shù)進行深入的研究和分析,總結(jié)出滿足特定要求的參數(shù),同時在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置下研究系統(tǒng)的干擾特征,即平均IOT,并分析相應(yīng)的上行干擾余量?;谏鲜龇治?,不同的參數(shù)會帶來差異化的系統(tǒng)性能指標及干擾特征,在實際的規(guī)劃過程中要根據(jù)實際情況進行合適的選擇,如圖1所示。
在LTE系統(tǒng)的建網(wǎng)初期,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計主要關(guān)注的是覆蓋。根據(jù)上述討論,在以覆蓋準則為導向的規(guī)劃設(shè)計中,可以設(shè)計相應(yīng)的功控參數(shù)來滿足覆蓋的最大化(降低干擾),由于網(wǎng)絡(luò)負載的設(shè)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(guī)劃的參考依據(jù),如圖2所示。
在鏈路研究方面,該設(shè)計主要考慮的是給定數(shù)據(jù)速率下用戶帶寬的優(yōu)化配置。對于特定的邊緣數(shù)據(jù)速率需求,可以通過給用戶分配不同的帶寬來實現(xiàn),但同時會帶來不同的覆蓋性能。通過對信道容量的研究及鏈路級仿真結(jié)果系統(tǒng)性的全面分析,在給定的數(shù)據(jù)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(shè)計是根據(jù)鏈路仿真及實際系統(tǒng)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、不同用戶帶寬分配下的性能進行深入的分析。在此基礎(chǔ)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,實現(xiàn)較好的覆蓋性能,如圖3所示。
以上分別從系統(tǒng)及鏈路兩個方面確定了上行鏈路預算的核心內(nèi)容:干擾余量及上行發(fā)射帶寬(與之對應(yīng)的調(diào)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(chǔ)上可以根據(jù)傳統(tǒng)的鏈路預算、計算方法計算出給定邊緣數(shù)據(jù)速率下的上行最大允許路徑損耗(MAPL)。
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