TD-LTE和TD-SCDMA覆盖能力对比分析

李荣 聂磊 吴钰 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 南京 210019

TD-LTE和TD-SCDMA覆盖能力对比分析

李荣 聂磊 吴钰 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 南京 210019

中国移动3G系统TD-SCDMA在全国范围内已大规模部署，完成了全国县级以上城市和重要乡镇的覆盖。随着中国4G时代的来临，中国移动TD-LTE的网络规模也在逐步扩大。在未来较长的一段时间内，TD-SCDMA与TD-LTE将呈现共存一网，共同发展的局面。

TD-LTE TD-SCDMA 覆盖 链路预算

0 引言

首先，分析基站的覆盖范围，通常采用链路预算的方法。通过链路预算，可以估算出各种环境下的最大允许路径损耗，再将最大允许路径损耗代入传播模型中，即可估算出各种环境下的小区覆盖半径和覆盖面积。做TD-LTE覆盖分析时，不仅需要系统化的理论分析，还需要结合仿真结果，实际验证，对链路预算的结果进行修正。

其次，通过网络实际测试，比较室外孤站情况下，TD-SCDMA和TD-LTE工作在不同频段时的覆盖能力，以及不同站间距时全网信号强度、信号质量、用户体验对比，研究在共天馈组网环境下（TD-SCDMA和TD-LTE双网天馈物理参数相同），从而得出TD-LTE网络建设对TD-SCDMA网络性能的影响。

1 基于链路预算的网络覆盖能力对比分析

1.1 TD-LTE链路预算的特点

TD-LTE基站链路预算与2G和3G系统相似。但由于技术原理的差异，TD-LTE链路预算相对于TD-SCDMA系统又有一些特点。

1）TD-SCDMA系统每一类业务有固定的解调门限，而在TD-LTE系统中，不同的目标数据速率的解调门限不同。

对于TD-SCDMA，在做覆盖规划时，运营商一般以覆盖能力最差的CS64kbit/s业务作为连续覆盖的目标业务。在给定的环境和目标误块率的条件下，CS64kbit/ s业务解调门限固定，采用固定的解调门限进行链路预算，再结合传播模型，得到系统的覆盖半径。

对于TD-LTE系统，不存在电路域业务，只有PS域业务。基站的覆盖距离和数据通信速率要求相关，随着覆盖距离变远信号强度逐渐下降时，系统可以通过降低调制和编码的等级（即采用低阶和高冗余的编码）而降低对信号强度的要求，以支持更远的覆盖距离。最终表现为降低通信速率，可以增加覆盖距离。在覆盖规划时，须首先确定边缘用户的数据速率目标，不同的目标数据速率的解调门限不同，覆盖半径也不同。

2）用户分配的系统资源多少不影响TD-SCDMA的覆盖，而用户分配的RB资源数会影响TD-LTE基站的覆盖范围。

在TD-SCDMA系统中，系统的载波带宽固定，在基站侧接收机产生的噪声也相对固定，用户分配的时隙数或码道数等系统资源的多少并不直接影响覆盖。

TD-LTE系统，用户分配的RB资源数不仅影响用户的数据速率，也影响用户的覆盖。TD-LTE下行采用固定功率发送，下行速率随着分配到的RB数量成比例增长。系统带宽与传输带宽配置关系如表1所示。以系统的载波带宽为20MHz为例，此时系统共有100个RB可供系统调度，每个RB由12个15kHz带宽的子载波组成。分配给用户的RB个数越多，用户数据速率越高，该用户占用的频带总带宽越高，接收机端噪声也随带宽增加而增高，会使下行覆盖范围收缩。另一方面，由于下行的发射功率是在整个系统带宽100个RB上均分的，针对单个用户的基站的等效发射功率将随着用户占用RB个数的增加而增高，会使下行覆盖范围提升。综合两种因素，使得用户分配到的下行RB个数变化对基站下行覆盖距离的影响不大。

表1 系统带宽与传输带宽配置对应关系

上行覆盖通常受限于UE发送功率。当UE发送功率达到峰值时，增加RB数量不能明显增加上行数据速率。反而会使得基站接收机的噪声随着频带带宽的增加而升高，从而使上行覆盖范围收缩。

3）LTE系统可采用多天线接收技术和波束赋形技术获得增益。

TD-SCDMA系统采用的是波束赋形、联合检测、接力切换等技术，在链路预算时要考虑波束赋形带来的接收端的天线增益，接力切换时也会带来切换增益。

MIMO和波束赋形等天线技术是TD-LTE系统的关键技术。基于传输分集（SFBC）的MIMO天线方式为系统提供了基于发射分集的下行覆盖增益；基于波束赋形的天线方式在下行方向提供了赋形增益和分集增益，在上行方向提供了接收分集增益。发射分集增益、接收分集增益、波束分集增益，需根据实际信道传输情况，在TD-LTE的链路预算中考虑。

1.2 链路预算结果对比

TD-LTE的链路预算关键参数包括小区边缘用户数据速率、系统带宽、边缘用户占用的RB个数、天线数及发射模式（如发射分集或波束赋形）、天线增益、发射功率、接收灵敏度、SINR和干扰余量等。以TDLTE小区边缘速率设定为256Kbps或1024Kbps，信道带宽20MHz，常规CP配置，终端1天线收发，基站8天线收发为例进行链路预算分析。发射功率、干扰余量、天线增益等具体参数详见链路预算表。TD-LTE基站在市区不同频段的链路预算与TD-SCDMA的覆盖能力对比如表2所示。其中，TD-SCDMA设定为导频-85dBm连续覆盖。

表2 TD-LTE与TD-SCDMA链路预算对比表

根据链路预算的结果，TD-LTE系统在小区边缘速率设定为256Kbps或1024Kbps，如果采用2天线，覆盖能力与TD-SCDMA相当，采用8天线时，覆盖能力比TDSCDMA更好。可以考虑缩小TD-LTE基站的站距，实现TD-LTE和TD-SCDMA共址建设，节省建设投资。同时可提高TD-LTE用户上下行速率。

2 实际现网测试结果对比

2.1 孤站场景下TD-SCDMA与TD-LTE的测试对比

室外孤站拉远测试的测试场景，选取的测试基站为某市大学城一基站，此基站采用TD-SCDMA与TD-LTE共天馈系统（FAD天线），从而保证两系统天馈的下倾角和方向角相同。在孤站场景下，对基站进行室外拉远测试。TD-LTE采用F频段，TD-SCDMA基站分别采用A频段和F频段，进行测试对比。测试结果对比见表3。

表3 TD-S与TD-L室外拉远测试结果对比

室外拉远测试结果表明，不论相同速率的拉远距离还是同一距离上的传输速率，TD-LTE都优于TDSCDMA。TD-LTE F频段掉线点的RSRP为-132dBm，TDLTE D频段掉线点的RSRP为-131 dBm ，TD-SCDMA F频段掉线点的RSCP在-103dBm左右。TD-LTE掉线点的路损在144 dB左右，TD-SCDMA 掉线点的路损在139 dB左右。从掉线点的路损上来看，TD-LTE 的覆盖能力强于TD-SCDMA。

2.2 连片组网环境下TD-SCDMA与TD-LTE的测试对比

测试选取在在某市大学城区城区域测试，无线网络形成比较规则的多层蜂窝结构、成片覆盖，该区域的覆盖达到100个小区连续覆盖以上小区规模，测试区域内基站分布均匀。全部与现网TD-SCDMA共站共天馈，平均站间距350m，平均站高30m左右。

表4 TD-SCDMA与TD-LTE室外拉远测试结果对比

测试结果显示，TD-LTE在平均吞吐量以及边缘吞吐量方面都具有优势。

3 结论

对于TD-LTE系统，空口采用了OFDM、MIMO、AMC等无线链路技术，并通过动态调度、小区间干扰消除技术、功率控制等无线资源管理算法提高口空资源配置效率和灵活性。链路预算分析和测试结果表明，室外单站覆盖能力上，TD-LTE F频段好于TDSCDMA F频段，TD-LTE F频段好于TD-LTE D频段。整体上TD-LTE F频段与TD-LTE D频段的路损差值在3-5dB左右。从单站拉远测试结果来看，在典型站间距情况下（500m左右）TD-SCDMA现网基础上直接升级TDLTE F频段或者TD-LTE D频段均可满足下行4Mbps/上行1Mbps的边缘速率的覆盖要求。TD-LTE的覆盖能力比TD-SCDMA更好。可以考虑缩小TD-LTE基站的站距，实现TD-LTE和TD-SCDMA共址建设，节省建设投资。

[1] 《LTE网络规划设计手册》，广州杰赛通信规划设计院，人民邮电出版社,2013.

[2] 《TD-SCDMA规划设计手册》，广州杰赛通信规划设计院，人民邮电出版社,2007.

[3] 《TD-LTE 链路预算研究》，数据通信，2011年01月。

[4] 《TD-LTE网络覆盖性能分析》，移动通信，2010年第五期。

1009-0940(2015)-4-008-03

从节省运营商投资、方便网络运营的角度考虑，今后TD-LTE和TD-SCDMA需要共站部署。虽然TD-LTE和TDSCDMA技术都采用了TDD模式，具有较大的相似性，但其网络规划却不能沿用TD-SCDMA的方式，因为TD-LTE采用了更为复杂化的空口技术，区别于TD-SCDMA系统，其覆盖特性与TD-SCDMA相比具有了更大的不确定性，有其新特点。本文通过链路预算的方法，结合实测数据，对比分析了TD-LTE和TD-SCDMA网络的覆盖能力。对TDLTE和TD-SCDMA基站共址时站距的设置提供了参考依据。