TD-LTE网络深度覆盖解决方案探讨

刘三思，赵妍

（1 中国移动通信集团设计院有限公司四川分公司，成都 610045；2 工业和信息化部电信研究院，北京 100191）

TD-LTE网络深度覆盖解决方案探讨

刘三思1，赵妍2

（1 中国移动通信集团设计院有限公司四川分公司，成都 610045；2 工业和信息化部电信研究院，北京 100191）

目前，由于TD-LTE网络技术的特性以及其市场业务的定位，对其深度覆盖的要求更为苛刻。本文就TDLTE深度覆盖将面临的挑战进行了简单的介绍，分析了TD-LTE网络部署频段的综合覆盖能力，并提出以异构网组网技术来解决TD-LTE的网络深度覆盖问题，并对该技术方案进行了详细的论述。

TD-LTE；深度覆盖；异构网

伴随着电子商务等数据业务的快速发展，对运营商加强其网络覆盖深度的要求更为迫切。分析某城市的TD-SCDMA投诉，发现有56%的网络投诉是关于其网络深度覆盖不够。TD-SCDMA的深度覆盖不足问题普遍存在，特别是在城市建设的初始阶段， TD-SCDMA网络难以满足用户的需求，从而网络效能也很难得以发挥。同样，深度覆盖问题在TD-LTE网络中同样存在。目前，TD-LTE网络将面临3方面的挑战[1]：2.6 GHz频段在其传播性能方面较差；市场用户对TD-LTE网络具有较高的期望，要求TD-LTE网络可以为用户提供较高的数据传输速率；就目前研究发现，在6个城市中进行仿真规划时，其网络覆盖效果仍较差，较GSM网络的覆盖率还较远。

1 网络覆盖需求

移动互联网技术在很大程度上推动了市场对移动宽带的需求[1]。在过去5年时间里，我国移动数据流量增加了19倍。同样，室内业务也有了很大幅度的增长。而由于城市建筑物密度与城市中高层建筑的增加，网络覆盖环境较之前变得更为恶劣，网络基站在城市中难以选址。从覆盖能力方面看，由于低端频谱日益紧张，原以1.8～2.6 GHz为主的TD-LTE部署频段可能会向更高频段发展，而系统在高频段区域其覆盖能力将减弱。而从市场业务来说，数据业务需具有较高的SINR条件才可拥有数据高速传输的体验，而采用单一的宏基站来进行网络的深度覆盖很难保证数据业务具有良好的SINR条件。

2 宏基站的覆盖能力

2.1 数据链路

目前，TD-LTE网络系统部署备用频段主要有D、E、F频段：(1) D频段，2.570～2.620 GHz，一般TD-LTE在室外时使用 2.575～2.615 GHz频段；(2) E频段，2.320～2.370 GHz，2.320～2.330 GHz频段用于TD-SCDMA网络室内覆盖，而2.330～2.370 GHz频段用于TD-LTE网络的室内覆盖；(3) F频段，1.880～1.920 GHz，1.880～1.900 GHz频段用于TD-SCDMA覆盖，而PHS使用1.900～1.920 GHz频段。

若采用COST-231模型，穿透损耗为2 dB，通过数据链路的仿真分析，TD-LTE网络在1.9～2.6 GHz频段的覆盖范围较TD-SCDMA网络在2.0 GHz的覆盖范围如表1所示。

由表1可知：TD-LTE在2.6 GHz频段较TDSCDMA网络就话音业务方面的覆盖范围减少20%，在1.9 GHz频段，TD-LTE网络较TD-SCDMA网络就话音业务方面的覆盖范围要大22%，而TD-LTE网络在1.9 GHz频段较2.6 GHz频段的覆盖范围要大51%。从表1可知，TD-LTE在高速率的情况下，仍然要面对深度覆盖的问题。

2.2 网络仿真分析

采用网络规划仿真工具，以某城市中TD-LTE网络的试验网进行数据仿真，其仿真数据如表2所示。

仿真结果显示，在该城市中，若采用1.9 GHz频段建设TD-LTE网络，其网络深度覆盖率为97.6%，较2.6 GHz频段的网络深度覆盖率91.3%，提升了6.3%，效果显著。很明显，采用较低频段进行网络建设，可以有效改善TD-LTE网络的覆盖率。

3 基于异构网的TD-LTE深度覆盖设计

3.1 异构网结构

异构网网络的结构，从物理角度上讲，可以分为两种[3]： 水平结构和垂直结构。水平结构又名蜂窝结构；由网络站点、站点间距、网络重叠覆盖、站点高度、市场业务分布等元素组成。垂直结构，显著特点是网络构架呈分层状态，其具体结构主要由网络系统的多址方式决定。如：GSM系统基于FDMA/TDMA构架可采用网络频段来实现分层，从而实现以频率来换取较大的系统容量以及数据传输质量；TD-SCDMA同频组网系统基于CDMA/TDMA的构架，若要获取较好的网络数据传输质量，则需要较好的蜂窝结构；LTE同频系统基于OFDMA构架，若要实现网络的垂直分层可通过频率或者时分来完成。

表1 TD-LTE网络较TD-SCDMA网络的覆盖范围

表2 TD-LTE网络覆盖能力

TD-LTE首次提出了网络异构的理念，网络异构可以在单一的目标区域，完成不同类型小区的网络重叠部署。就好比在宏蜂窝小区范围内，可以在其中部署若干个微型小区等。就基本部署原则来讲，异构网络较GSM的小区分层结构相似，它是基于GSM分层结构的基础上，针对OFDM特性，对网络结构进行优化得到，从而实现在不同网络层间，网络同频部署。异构网络以宏蜂窝小区作为网络的基础覆盖，以微小区、飞小区、皮小区、中继等方式来完成室内网络的深度覆盖，以达到增加网络容量，提高数据传输速率，提高用户的感知体验的目的。而微小区、飞小区、皮小区、中继等可以在很大程度上降低目标区域内，站点选址难度。

3.2 异构网的核心技术

3．2．1 规避干扰

在网络异构结构中，其干扰特性较传统的蜂窝结构差异性很大[4]，不仅具有很强的同层干扰，同时也具有一定强度的层间干扰，常见的干扰类型有不同信号发射功率的干扰、HENB干扰，中间部署干扰等，如图1、2所示。

图1 异构网干扰示意图（a）

图2 异构网干扰示意图（b）

如图1、2所示，干扰a类型属于当没接入到CSG小区的用户被HENB信号干扰的类型；干扰b类型属于网络宏基站的用户对HENB产生影响的类型；干扰c类型属于处于CSG小区的用户被其他CSG用户干扰的类型；干扰d类型属于小区非宏基站用户的下行干扰的类型。

3．2．2 层间移动性管理

在异构网中，层间移动性管理是其不可或缺的组成部分。以话务下沉的原则来讲，低速网络用户应优先进入低层小区，而高中速的网络用户，则应优先进入高层小区，从而有效地减少切换频率，进而减轻网络的负荷。对于小区重选问题，TD-LTE以RSRP与RSRQ两种约束条件，用来控制测量的启动门限值。当Srxlev大于SIntraSearchP，同时Squal大于SIntraSearchQ时，UE可以忽略掉频内测量过程；当Srxlev小于等于SIntraSearchP，或者Squal小于等于SIntraSearchQ时，UE进入频内测量过程。以此原则，在SIB3中给出了threshServingLowQ的定义，下面是频间小区重选的高优先级规则：

a.EUTRAN小区的Squal大于HighQ与ThreshX；同时UTRAN FDD小区的Squal大于HighQ与ThreshX；

b. UTRAN FDD小区的Srxlev大于ThreshX与HighP；同时GERAN小区的Srxlev大于ThreshX与HighP；

c.当小区重选执行时间超过1秒时，以下情况可向较低优先级的频段与RAT小区进行重选：

(1)当该小区Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同时EUTRAN小区的Squal大于ThreshX，LowQ时；

(2)当该小区Squal小于ThreshServing，Squal小于LowQ，同时UTRAN TDD小区的Srxlev大于ThreshX，LowP时；

(3)在该小于已停留时间超过1s时。

值得注意的是，若满足条件的小区不止一个，则应采用高优先级优先的原则。一般最多可分为9个优先级，而每级最多可包括16个小区。

3.3 异构网的性能分析

如图3，以一宏小区(7个宏站，21个扇区)为基础，将3个发射功率为6 W的微基站添加到宏基站的边缘位置，用以提高该小区边缘区域用户的性能。在经过补盲处理后，处于补盲区域内用户可使用信号增强，从而用户可获取更为充裕的RB资源，进而用户的数据吞吐量以及SINR可得到提升。

在小区补盲前后，处于下行区域的小区数据吞吐量从89 Mbit/s提升到132 Mbit/s，增幅为48%，其具体数据如表3所示。

图3 宏基站加微基站补盲示意图

在小区补盲前后，处于上行区域的小区数据吞吐量如表4。值得考虑的是，可以采用提高小区的功控系数P0的方式，对补盲后小区区域内用户发射功率进行补偿，从而达到提高该区域内用户数据吞吐量的目的。从表4可以得到，功控系数P0较Microcell(微小区)大5 dB的区域，40%小区边缘范围内用户吞吐量提高38.5%；同时，当功控系数P0较Microcell(微小区)大10 dB的区域，40%小区边缘范围内用户吞吐量提高10.6%。

在小区补盲前后，处于上行区域的数据吞吐量的增益如表5：从表5可以看出，采用提高Microcell的功控系数P0的方法对Microcell区域内用户的发射功率进行补偿的方法是可行的，有助于提高Microcell整个网络的数据吞吐量。

3.4 异构网络的部署形态

目前，我国移动通信的频率资源日趋紧张，而其产业链也逐渐成熟[5]。针对该情况，可能会在中近期内，采用FD频段对宏蜂窝区域实现大范围的覆盖。而对于其中的低发射功率的基站，可采用皮小区或者室内分布系统的补偿方法，从而实现网络的深度覆盖。伴随着网络异构产品功能的日益完善，在未来时间里，网络的发展趋势是：针对高价值高网路数据通信密度的楼宇采用分布系统，同时采用微基站与宏站对网络覆盖盲区或业务量大的区域进行补偿；而对于住宅小区、中低端的写字楼等区域可采用与飞小区解决方案相似的方法来解决，将多基站、多层次的方法融入其中，从而实现TD-LTE的深度覆盖。

4 结论

从TD-SCDMA网络系统目前的覆盖效果中分析得到，若采用当前网络站址的资源，TD-LTE网络系统在很难实现高频段组网系统的有效深度覆盖。众所周知，若采用低频段组网对网络深度覆盖的效果是有利的，但面对目前高层建筑物日益增加，商业数据业务数据量的现状，低频段组网将难以满足用户的需求。TD-LTE网络十分规范的给出了异构网络的分层组网的框架结构，采用多样化发射功率的多基站方法，从而实现网络的深度覆盖。通过数值仿真，其结果显示异构网不仅可以解决覆盖盲区问题，同时可增大覆盖范围内网络数据容量，从而有效地改善了处于覆盖边缘区域内用户的体验。同时，异构网将面临信号干扰，层间移动性管理等难题，因而还需要在未来时间里，积极探索这些问题的解决方案，并在TD-LTE网络的部署过程中学习并积累运营与建设经验。

表3 下行小区数据吞吐量

表4 上行小区数据吞吐量

表5 上行区域内数据吞吐量及其增益

[1] 李通， 程日涛， 王潜渊， 张新程． TD-LTE深度覆盖方案[J]．电信工程技术与标准化． 2012，(7)：6-8．

[2] 鲁义轩． 四大策略加强TD-LTE深度覆盖[J]． 通信世界．2011，(28)：30-31．

[3] 罗凡云，郭俊峰． TD-LTE网络覆盖性能分析[J]． 移动通信．2010，(5)：41-43．

[4] 郭华， 肖荣军， 王宏图． TD-LTE异构网络覆盖研究[J]． 移动通信． 2011，(16)：58-60．

[5] 肖清华， 杨春德， 张堃． TD-LTE覆盖能力综合分析[J]． 邮电设计技术． 2012，(1)：36-38．

Analysis on TD-LTE network depth coverage solutions

LIU San-Si1, ZHAO Yan2
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Sichuan Branch, Chengdu 610045, China; 2 China Academy of Telecommunication Research of MIIT, Beijing 100191, China)

Currently, due to the characteristics of the TD-LTE network technology, as well as the positioning of its market operations, TD-LTE network depth coverage requirements are more stringent. This article describes the challenges facing TD-LTE depth coverage and analysis of the ability of the comprehensive coverage of the TD-LTE network deployments band, and proposed to solve the TD-LTE network depth coverage problem in heterogeneous network construction technique, and the technologythe program was discussed in detail.

TD-LTE; depth coverage; heterogeneous network

TN929.5

A

1008-5599（2013）09-0026-05

2013-07-25