TD-LTE移动系统下行容量影响因素研究

蔡卫红，孔凡凤，何亮

TD-LTE移动系统下行容量影响因素研究

蔡卫红，孔凡凤，何亮

（湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015）

文章从4G系统TD-LTE帧结构入手，分析了影响TD-LTE系统下行容量的主要因素。并从系统带宽、上下行子帧配比、特殊子帧时长配比、基站发射功率等主要参数设置变化对系统下行容量影响进行了分析。

TD-LTE；下行容量；影响因素

TD-LTE移动系统通过采用TDD、OFDMA、SC-FDMA、MIMO、高阶调制、自适应编码调制、快速分组资源调度算法等关键技术实现了比3G各系统更快的数据速率，从而提高了TD-LTE系统的容量。

1 TD-LTE移动系统帧结构

TD-LTE移动系统的帧结构如下图1所示。1个TD-LTE无线帧时长为10ms，包含10个子帧，分别为子帧#0～子帧#9。1个TD-LTE无线帧包含2个半帧，每个半帧时长都为5ms。每个半帧包含4个1ms的普通子帧和1个1ms的特殊子帧。前半帧包含子帧#0～子帧#4，后半帧包含子帧#5～子帧#9，其中子帧#1和#6可配置为特殊子帧。每个1ms的普通子帧包含2个连续时隙，每个时隙都为0.5ms，每个特殊子帧包含DwPTS（下行链路导频时隙）、GP（保护时隙）及UpPTS（上行链路导频时隙）3个特殊时隙，虽然特殊子帧中3个特殊时隙总时长为1ms，但Dw-PTS、GP及UpPTS的时长可根据网络配置要求改变。

图1 TD-LTE移动系统的帧结构图

2 TD-LTE移动系统容量影响因素

TD-LTE移动系统容量影响因素有多个方面，主要的方面有：系统带宽、上下行子帧配比、特殊子帧时长配比、基站发射功率、天线配置、无线环境、资源调度算法、编码调制方式、小区间干扰抑制技术、CP长度、GP长度、频率复用方式等。

2.1 系统带宽

TD-LTE移动系统可灵活配置系统带宽，可支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等6种系统带宽配置形式。系统带宽配置越大，则系统可调用的RB越多，接入的用户数越多，用户的吞吐量就越大，峰值速率越高。且基于资源调度增益的影响，系统带宽对接入用户数和用户吞吐量的影响要略高于带宽增加的影响。TD-LTE系统带宽对其容量影响如表1所示。

表1 TD-LTE系统带宽对其容量影响表

2.2 上下行子帧配比

在TD-LTE移动系统中，无线帧上、下行不同子帧数配比可满足不同应用场景下各类业务对上、下行速率的需求。TD-LTE移动系统上下行时隙配比见表2。在TD-LTE移动系统中，根据不同的传播距离以及需要的上下行速率需要，无线帧的子帧上下行配置支持以下0～6等7种配比方式。其中上下行最大的子帧配比为9:1，最小的子帧配比为2:3，因此在实际网络部署时，可根据业务量的特性灵活选择上下行子帧配比。

表2 TD-LTE移动系统上下行时隙配比表（↓：下行子帧、↑：上行子帧、s：特殊子帧）

2.3 特殊子帧时长配比

TD-LTE移动系统特殊子帧的配置开销如表3所示。表中的开销比率1表示DwPTS中有1个OFDM符号用于传输控制信息，开销比率2表示Dw-PTS中有2个OFDM符号用于传输控制信息。

为节省开销，系统可利用其特殊时隙DwPTS和UpPTS来传输数据信息及系统控制信息。一般来说，GP占用的OFDM符号越多，则系统的覆盖范围越大，但频谱效率会越低。因此在进行网络规划时需兼顾覆盖范围和容量，从而确定最佳的特殊子帧配置。

表3 TD-LTE移动系统特殊子帧配置开销表

2.4 基站发射功率

对于非城市密集覆盖区域、乡村以及郊区，基站的下行覆盖半径主要受基站发射功率影响，基站发射功率越大，则覆盖范围越大，则覆盖区域的用户越多，因此系统容量越大。反之，对于城市密集覆盖场景，因无线传播环境极其复杂，增加基站发射功率可能导致导频污染，并不能显著提高其系统容量，甚至影响系统容量的提升。

2.5 天线配置

TD-LTE移动系统所采用的多天线技术也会影响其系统容量。TD-LTE系统可采用MIMO、复用与分集自适用、多流复用、单流分集、波束赋形等天线技术，并在不同情况下依据实际情况选择合适天线，从而影响到系统容量。多天线分集及多流技术等能有效抗多径衰落，增加系统峰值速率，从而增加系统容量。

且TD-LTE还可依据真实网络情况求与天线资源，实现单流分级与多流复用间的相互适应，通常MIMO多流传输适合于小区信道质量非常好的用户，此时系统容量能明显提高，但对小区信道质量不是非常好的用户，为提升用户信号的信噪比，通常通过自适应地应用单流的多天线分集技术或波束赋形技术提升用户信噪比，从而有效提高系统容量。

2.6 无线环境、资源调度算法、编码调制方式

TD-LTE系统用户速率随无线环境及链路质量变化而变化，系统通过采用AMC等技术来及时地调整用户数据的调制编码方式及资源调度算法，因此很大程度上将影响其系统容量。

资源调度算法可分为动态调度算法及半持续调度算法。动态调度算法其资源分配为按需分配，每次调度需调度信令交互，虽然资源利用率最高，但因其信令开销大，因而系统容量会降低。半持续调度算法初始资源分配采用动态调度，后续资源分配采用持续调度方式。虽然后续资源分配因无需调度信令指示可节约控制信令开销,但其资源分配不够灵活，有时会因造成资源冲突而使资源的利用率不高。分组资源调度算法还可分为最大C/I算法、轮询算法、正比公平算法等，其中最大C/I算法系统吞吐量最大，但公平性较差；轮询算法公平性最高，但系统吞吐量低；正比公平算法是一种系统吞吐量及服务公平性之间折中的算法。不同的编码调制方式对TD-LTE系统容量也会有影响。

2.7 小区间干扰抑制技术

TD-LTE移动系统因小区内子载波间相互正交不存在干扰，但小区间可能存在同频干扰，小区间的这些干扰降低了用户的信噪比，从而会影响用户容量。因而采取不同的小区间干扰抑制技术，也会影响LTE移动系统小区边缘用户的速率及系统整体容量。

2.8 CP长度

CP为循环前缀，即OFDM符号尾部重复的信息，主要用来对付移动通信中的多径干扰，及其所引起的符号间干扰，其长度远超无线通道时延扩展，但CP长度配置不可太长，否则开销越大会降低系统容量。

2.9 GP长度

GP为TD-LTE移动系统特殊子帧的保护时隙，用于其上、下行间的时间保护间隔，以方便系统的双工转换。GP大小与系统覆盖范围有关，其值越大，覆盖范围也越大，因而会影响到系统容量。

2.10 频率复用方式

TD-LTE移动系统小区既可同频组网，也可异频组网。小区在相同带宽配置情况下，同频组网的系统容量要低于异频组网。因此，运营商在实际运营中要综合考虑TD-LTE移动系统容量及频率资源等因素，从而确定其频率复用方式。

3 总结

TD-LTE移动系统的容量由多方面决定，运营商在进行系统网络规划建设时，应根据区域用户各类移动业务使用行为习惯、用户分布、业务量大小等综合考虑，兼顾系统网络容量及覆盖需求，确定系统小区各参数取值，从而提高网络质量，满足用户需求。

[1]范波勇，张敏.TD-LTE系统中影响容量因素的研究[J].通信技术，2014(7):770-774.

[2]曲嘉杰，龙紫薇.TD-LTE容量特性及影响因素[J].电信科学，2009(1):48-52.

[3]杨爽.影响TD-LTE容量特性的因素分析[J].中国新通信，2015(23):93.

[4]沈少冰.TD-LTE容量特性及影响因素[J].科技经济导刊，2016(14):105.

[5]隋宇坤.关于TD-LTE容量能力的综合研究[J].通讯世界，2016(16):37-38.

[6]吴彦，胡双红，罗宏.密集市区LTE无线网络规划及仿真研究[J].湖南邮电职业技术学院学报，2014(3):13-17.

[7]王琦.TD-LTE网络容量优化方法研究[J].中国新通信，2016 (12):9-10.

[8]古国富.探析TD-LTE容量特性及其影响因素[J].信息通信，2014(7):162.

Research on influential factors of downlink capacity of TD-LTEmobile system

CAIWei-hong，KONGFan-feng,HE Liang
（Hunan Postand Telecommunication College,Changsha,Hunan,China 410015）

This paper startswith the frame structure of4G TD-LTE system,and analyzes themain factors thataffect the downlink capacity of TD-LTE system.It analyzes the influence on the downlink capacity of the system from system bandwidth,uplink and downlink subframe ratio,specialsubframe time ratioand basestation transmitpower.

TD-LTE;downlink capacity;influential factor

10.3969/j.issn.2095-7661.2017.02.001】

TN929.5

A

2095-7661（2017）02-0001-03

2017-04-25

蔡卫红（1971-），男，湖南益阳人，湖南邮电职业技术学院教授，研究方向：移动终端、移动通信系统。

湖南省教育厅科学研究项目“基于TD-LTE的影响容量性能因素的研究”（项目编号:16C1188）。