TD-LTE网络与TD-SCDMA共存时特殊子帧的配置研究

王乐, 贺月华

（1 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080; 2 北京理工大学，北京 100080）

1 背景

TD-LTE技术是TD-SCDMA技术的演进与发展，目前已进入规模试验阶段。结合我国TD-SCDMA网络现状及TD-LTE技术试验情况，在F频段1880～1920MHz和E频段2320～2370MHz，TD-SCDMA网络与TD-LTE网络有共存的可能。此时为避免交叉干扰，要求TD-LTE系统与TD-SCDMA系统上下行时隙转换点对齐，目前一般通过配置TD-LTE特殊子帧实现，按照3GPP标准现有的配置模式，将空置 6～8个TD-LTE OFDM符号的资源，对网络容量有一定影响。

本文针对TD-SCDMA和TD-LTE的帧结构，在研究现有避免交叉时隙干扰方法的基础上，提出了特殊子帧优化配置模式，以提高系统频谱利用率。

2 TD-SCDMA帧结构分析

TD-SCDMA的帧长10ms，分成两个5ms子帧，这两个子帧的结构完全相同。如图1所示，一个子帧含6400chip（CDMA码片），分为7个常规时隙和3个特殊时隙，其中每个常规时隙含864chip，特殊时隙含352chip，包括DwPTS（下行导频时隙、96chip）、GP（保护时隙、96chip）和UpPTS（上行导频时隙、160chip）。

7个常规时隙中，Ts0总是分配给下行用于承载广播及下行控制信息，而Ts1总是分配给上行链路，主要承载上行控制信息；剩余5个时隙被转换点2划分给上行和下行。显然，TD-SCDMA系统每5ms子帧均有2个上下行时隙转换点（GP处的转换点1和转换点2）。通过调整转换点2，可以灵活的支持上下行非对称业务。目前，TD-SCDMA全网均配置为2∶4（Ts1、Ts2上行，Ts3～Ts6下行），如图2所示。

图1 TD-SCDMA子帧的结构

图2 TD-SCDMA各时隙长度

3 TD-LTE帧结构分析

TD-LTE技术帧长为10ms，包含2个5ms的半帧（类比于TD-SCDMA技术的子帧）；这两个半帧的结构可以相同也可以不同，如图3所示。每个半帧又包含5个1ms子帧（类比于TD-SCDMA技术的时隙），其中前半帧的第二个子帧必须配置为特殊子帧，用于承载DwPTS、GP和UpPTS信号。

3GPP建议的TD-LTE的子帧配比共7种，子帧0、子帧5始终配置给下行，具体如表1所示。

特殊子帧（子帧1和子帧6）共包含14个OFDM符号（采用常规CP时）或12个OFDM符号（采用扩展CP时），其配置共有16种，具体如表2所示。

4 交叉干扰规避方法

为避免TD-LTE和TD-SCDMA间的交叉-干扰，需保证其帧结构中的上下行时隙转换点对齐。TD-LTE和TD-SCDMA第一个转换点采用GP保护间隔的方式将上下行分开（以下简称“GP转换点”），第二个转换点为瞬间转换（以下简称“瞬间转换点”）。

4.1 瞬间转换点的对齐

TD-SCDMA网络帧结构以5ms为一个周期，目前采用2∶4的上下行配比，为了避免TD-LTE与TDSCDMA的交叉干扰，TD-LTE只有采用子帧配比模式2。

如图3所示，TD-SCDMA系统的瞬间转换点距帧头2300μs；TD-LTE系统配比模式2的瞬间转换点距帧头3000μs。为了实现瞬间转换点的对齐，要求TDLTE的帧头前置700μs。

图3 TD-LTE两种典型的帧结构

表1 TD-LTE上下行的配置

表2 TD-LTE特殊子帧的9种配置

4.2 GP转换点的对齐

TD-SCDMA GP位置和宽度固定（如图2所示），距离帧头750μs ，长度为75μs；即其相对于帧头的时间区域为[750 ，825 ]。TD-LTE的GP位置和宽度共有16种配置（如表2所示），各配置中GP相对于LTE帧头的时间范围如表3所示。

如果以TD-SCDMA帧头作为相对时间起点，TD-LTE GP的时间范围如表4所示。

由图4可得，只要TD-LTE下行DwPTS或上行UpPTS跨越TDSCDMA GP范围，即当TD-LTE GP的起始点晚于TD-SCDMA GP的终点825μs，或TD-LTE GP的终点早于TD-SCDMA GP的起始点750μs，两系统间就会出现交叉干扰。因此根据表4，对于常规时隙，只有配置模式0和5能避免交叉干扰；对于扩展CP，只有配置模式0和4能避免。其他模式中TD-LTE GP的起始点均晚于TDSCDMA GP的终点825μs，都将导致TD-LTE基站的下行信号对TDSCDMA基站的上行形成交叉干扰。

此外，常规CP的配置模式5比模式0的GP更短，少占用1个OFDM符号（含CP，约71 ），这样上行UpPTS能多一个符号来承载控制信息，故一般情况下采用配置模式5；对于扩展CP，采用配置模式4。

图4 TD-LTE和TD-SCDMA帧头的相对位置

5 提升TD-LTE 特殊子帧的利用率

TD-LTE针对数据业务需求，主要部署数据业务密度高的密集城区，站距小，不需要配置过大的GP保护间隔。现有的3GPP标准的特定配置方式，虽然可以避免交叉干扰，但特殊子帧的GP过长，下面针对常规CP的配置模式5进行分析，提出改进方案。

表3 TD-LTE GP相对于帧头的位置

表4 TD-LTE GP相对于TD帧头的位置

根据图5和表4，可以得到配置5中TD-LTE特殊子帧（14个OFDM符号）和TD-SCDMA 特殊时隙的位置关系。图中LTE特殊子帧的前3个符号用于承载DwPTS，最后2个符号用于承载UpPTS；中间9个符号（符号4～12）均为GP。当对保护间隔要求不高时，过长的GP将造成资源浪费；另外，只要将符号7或符号8配置为GP，即可避免和TD的交叉时隙干扰。故建议常规时隙的配置模式5改进为（表中数字表示符号数）。这样，承载DwPTS的符号数从3个增加到7个或6个，承载UpPTS的符号数从2个增加到6个或7个。可以增加上下行控制信令或数据的发送数量，从而提升整个LTE系统的容量。

图5 常规CP配置5中TD-LTE特殊子帧和TD GP的相对位置关系

表5 对常规CP配置模式5的改进

同理，建议扩展CP的配置模式4改进如表6所示。

表6 对扩展CP配置模式4的改进

此时，DwPTS和UpPTS时隙的容量提升较大。

6 总结

基于TD-LTE和TD-SCDMA的帧结构，本文详细分析了避免两系统间交叉干扰的配置方法，并对现有3GPP标准中的配置模式提出了改进建议，使TD-LTE整体资源利用效率提高了约9%，从而提升了整个TDLTE系统的系统容量。

[1] 沈嘉, 索士强, 全海洋等. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社, 2009.

[2] 李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M]. 北京：人民邮电出版社, 2004.

[3] 3GPP TS 36.211 V8.8.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA), Physical Channels and Modulation (Release 8)[S].