长期演进-频分双工中多入多出对网络的影响

江苏省通信服务有限公司 程鸿雁

0 引言

在LTE鄄FDD（长期演进鄄频分双工）的协议中规定了下行MIMO（多入多出）存在两种方式：传输分集和空间分集〔SU鄄MIMO（单用户多入多出）或MU鄄MIMO（多用户多入多出）〕。协议指出，传输分集的每根天线间的信号具有一定的相关性，在天线对上传送原始信号及其变换符号（一般为原始符号的共轭）；空间分集的每根天线的数据具有独立性、无相关性。因此从理论上分析可知，传输分集提高了通信的可靠性、增加了用户通话的稳定性、降低了信息传输的误比特率；空间分集提高了通信效率，提高了单、多用户的吞吐量，从而达到提升整个小区的吞吐量的结果。因而他们使用的场合是不一样的。

1 原理介绍

以下通过对LTE鄄FDD的下行两种分集模式的原理进行阐述，更进一步地了解两种分集的实现方式。

1.1 传输分集

传输分集采用空频块码（SFBC），SFBC作为一种抗干扰技术在LTE鄄FDD中被引入。SFBC编码通过对信号在空间和频域上进行编码而同时获得空间分集和频率分集。LTE传输分集的发送端的原理见图1。

1.2 空间分集

空间复用允许同一个下行资源块传输来自同一个用户的数据流（SU鄄MIMO）， 也可以来自多个用户的数据流（MU鄄MIMO）。SU鄄MIMO可以增加单用户的吞吐量，MU鄄MIMO可以增加整个系统的容量。空间分集通过层映射和预编码复用技术使得每一个码字可以独立地进行速率控制，分配独立的混合自动重传请求（HARQ）,从而提高通信效率。LTE空间分集的发送端的原理见图2。

2 仿真情况

本次仿真以某地区密集区域为对象，区域面积17.29 km2，涉及49个站点（145个扇区），平均站间距为638 m，见图3。

其他参数设置如下：

·数字地图采用20 m精度地图；

·传播模型使用SPM（标准传播模型），校正为中等城市的密集城区参数；

·选用FDD模式，频率使用1.9 GHz，20 MHz带宽；

·话务密度设置为平均每平方公里100人；

·用户使用业务主要为FTP（文件传输协议）、VoIP（网络电话）、网页浏览等。

LTE网络主要关注参数为上/下行的载波与干扰噪声比C/(I＋N)、系统吞吐量（throughput）、signal level、quality indicator等参数。本文从C/(I＋N)、系统吞吐量两个维度对不同分集模式进行对比分析。

2.1 分集模式对网络C/(I＋N)指标的影响

通过对比基站侧天线设置传输分集模式（T模式）、空间分集模式（S模式）和无分集（N模式）3种模式在系统不同载干比程度时对C/(I＋N)的影响，以系统处于轻负荷和中等负荷下进行对比，见图4。

从仿真图统计来看，各模式在不同负荷下的PDSCH（物理下行共享信道）C/(I＋N)≥-3 dB区域面积占仿真面积的百分比见表1。

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在网络运行初期，从统计业务信道的C/(I＋N)指标来看，T模式可以较大幅度提升片区内的信噪比指标，S模式相比无分集模式对此项指标的改善相当有限。因此建议在网络负荷不高的前提下，基站侧天线开启T模式对提升载干比指标，提高用户获取更高速率服务等级的权限有较大提升。

2.2 分集模式对网络吞吐量及负荷的影响

通过对比基站侧天线设置传输分集模式、空间分集模式和无分集3种模式对系统吞吐量及负荷的影响见表2。

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从统计指标来看，采用S模式在两种话务密度下对比其他两种模式均保持了下行最大吞吐量，并且维持了小区在一个相对低的系统负荷，但是从统计角度来看，提升比例很有限。

在用户不受限制接入小区的前提下，T模式能有效改善区域内载干比，提升一部分用户享受更高速率服务的等级，通过提升C/(I＋N)来换取下行速率的提升，从而提升小区的吞吐量，带来的问题是明显提升网络负荷。

2.3 分集模式使用建议

综合3种模式对C/(I＋N)、系统负荷以及吞吐量的影响，由于同等条件下，不同模式对系统吞吐量的影响比例很小，使用的关键就集中在如何通过调整模式来达到区域内C/(I＋N)、系统负荷指标的改善。

MIMO作为4G的关键技术，网络中实际应用主要集中在S模式和T模式的选择上。对比二种模式对网络参数的影响，建议在网络负荷不高的前提下，基站侧开启T模式改善C/(I＋N)指标；当网络处于高负荷时，切换至S模式，提升区域内用户接入成功率。这样可以在网络负荷、吞吐量等关键指标通过基站侧MIMO方式的调整来达到一个相对平衡。

3 小结

随着运营商试验网络的搭建结束，站点开通后会伴随着各种网络问题的出现，LTE鄄FDD网络的分集方式其实也提供给我们在网络质量指标、吞吐量等指标之间进行转换、调整的功能。本文通过仿真手段对分集方式对网络的影响进行了定量的分析，为后期网络优化、提升网络质量、增加用户良好感知度提供了解决思路。