LTE无线链路覆盖估算方法

LTE无线链路覆盖估算方法2014-07-04网优文档网优雇佣军1覆盖估算流程覆盖估算流程如下：1.确定链路预算中使用的传播模型；2.根据传播模型，通过链路预算表分别计算满足上下行覆盖要求的小区半径；3.根据站型计算单个站点覆盖面积；4.用规划区域面积除以单个站点覆盖面积得到满足覆盖的站点数；2LTE链路预算2.1链路预算定义链路预算是通过对上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析，估算覆盖能力，得到保证一定信号质量下链路所允许的最大传播损耗。链路预算是网络规划的前提，通过计算信道最大允许损耗，求得一定传播模型下小区的覆盖半径，从而确定满足连续覆盖条件下站点规模。LTE链路预算的特点如下：1.不同业务速率对应不同干扰余量；2.馈线损耗比较小，是因为LTE中的馈线是指从RRU的输出到天线的输入这一段跳线。3.影响链路预算的因素很多，除了手机的发射功率，基站的接收灵敏度外，还有阴影衰落余量，建筑物穿透损耗，业务速率和业务解调门限等，所以链路预算也应该区分地理环境和业务种类进行。2.2链路预算流程链路预算总体流程如图2-1所示。图2-1链路预算流程图具体计算过程如下：1.确定被预算的速率xkbps；2.确定边缘用户RB数目nRB；3.根据子帧配比计算上下行控制信道开销；4.计算每个RB承载的bit数；5.根据每个RB承载的bit数查找“LinkResult”表，确定对应的MCS等级和RequiredSINR；注1：从上面的过程可见，用户速率（xkbps）、用户资源（nRB）和最后的RequiredSINR三者之间是相互依存的。必须固定下其中2个才能计算出第三个。显然用户速率是可以固定下来，对于链路预算，则要么固定RB数目，要么固定SINR。由于LTE是动态条件资源自适应环境，因此固定SINR不现实也不合理，因此采用固定RB数目的方式，但是RB数的分配与用户速率、调度方法、覆盖场景等相关。2.3链路预算基本参数及取值分析2.3.1承载业务速率（DataRate）根据用户需求设置期望承载的用户速率，单位Kbps。2.3.2上/下行信道带宽（UL/DLChannelBandwidth）根据用户需求设置系统带宽。根据LTE协议规定，可选1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。不同的信道带宽将影响上/下行总的RB数。2.3.3TD-子帧配置（TD-Configuration）根据协议规定，TD-LTE共有7种配置，如表2-1所示。表2-1子帧配置表注1：不同子帧配置将影响上下行子帧配比因子；2.3.4上/下行RB总数（UL/DLRBTotalNum）上/下行RB总数与上/下行信道带宽有对应关系，如表2-2所示。表2-2RB数与信道带宽对应关系2.3.5eNodeB天线配置（eNodeBAntennaConfiguration）eNodeB的天线配置，通常为：对于下行，天线配置包括4T4R(CLSM)、4T4R(BF)、2T2R(SFBC)、8T8R(BF)；对于上行，天线配置包括4T4R、2T2R、8T8R；2.3.6终端天线配置（eUEAntennaConfiguration）终端设备的天线配置，通常为1T2R；2.3.7MIMO双流配置（MiMOdouble-steamenable）LTE协议定义只有下行可以采用MIMO双流配置，即空间复用。当MIMOdouble-streamenable后，将RLC层速率折算为1.5～1.8倍，对此数据流大小进行链路预算，即可得到双流下的覆盖效果。一般情况下，小区边缘采用MIMO双流模式，并非最好选择。即在小区边缘通常不打开MIMO双流。2.3.8业务信道边缘用户分配RB数（Usedresourceblocks）边缘用户获得的RB数目不同，会导致覆盖有差异。而这个值必需先确定下来，否则无法得到SINR。对于下行，链路预算主要是考虑单个用户在小区边缘要保证预设速率下最远能达到的覆盖范围，基于最大覆盖的原则，TD-LTE系统通常上行业务受限，DLPDSCH在20M时一共有100个可用的RB，根据速率用尽量低的MCS和尽量少的RB数以获得最大覆盖，当速率较低时MCS取0，优先增大RB数。当速率较高时，用MCS=0已经不够了，这时可以调整MCS来保证下行需要的速率。同理，上行是基于给定的边缘速率依据仿真的结果来获得占用的RB数和MCS等级的。比如速率为512kbps，则如果为2:2的子帧配比，则每个上行子帧需要传输的数据量为512/0.4=1280bit，然后查表得到满足最优覆盖的RB数为15，MCSIndex=5。在子帧配比为3:1时，RB=20，MCS=8，是可以获得512kbps的速率的。在实际计算过程中，需结合用户需求，可调整边缘用户分配的RB数，并且上下行RB可以不同，但是RB数的改变会导致干扰余量、解调SINR、TxEIRP的变化。2.3.9MCS等级（MCSindex）当业务速率和RB数确定后，所需的最低MCS等级即可确定下来。首先要根据业务速率及TD-子帧配置获得TBSize应满足的最小值，然后根据3GPP协议36.213中的7.1.7.2.1表格获取TBSindex，再根据表格7.1.7.1-1和8.6.1-1（分别对应下行和上行）来获得MCSindex。2.3.10调制方式（Modulation）根据MCS等级对应获得，可以为QPSK、16QAM、64QAM。注1：通常链路预算计算的为边缘覆盖情况，一般应该为较低的调制方式QPSK.2.3.11传输块大小（TBSize）TBSize大小要满足TBSize(bps)*子帧配比因子/1msDataRate(kbps)。其中：子帧配比因子是指下（上）行时隙数占总时隙的比例，根据TD-子帧配置获得2.3.12下行单天线发射功率（TxpowerperAntenna）下行单天线发射功率是通过eNodeB发射功率（eNBTxpower）和eNodeB天线个数（Num.ofTxantenna），均分功率得到的。举例说明：eNBTxpower=46dBm，Num.ofTxantenna=2，则TxpowerperAntenna=43dBm。2.3.13eNodeB发射功率（eNBTxpower）根据系统仿真分析，功率参数推荐配置为：1.系统带宽10M配置为43dBm；2.系统带宽20MHz配置为46dBm；在10MHz带宽下，ISD=500m，通过仿真研究功率需求，结果如下：1.基本参数ISD=500m,不同的小区发射功率，天线交叉极化，SCME信道，FR=1，SFBC2.仿真结果通过SE或ESE与TxPower的关系，得到如下结果：图2-2SE与TxPower的关系图2-3ESE与TxPower的关系3.分析结论固定ISD，随着功率的增加，平均频谱效率和边缘频谱效率都单调上升；曲线后期接近水平，不再增加，说明典型密集城区环境下功率增加到一定程度已足够，再增加功率已不必要。实际使用中还要根据实际采用的产品功率来确定。注1：另外，对于每个业务可以分配不同的RB数目，例如对64kbps业务可以分配2～3RB，则计算这个业务的功率时候，假设所有DL功率是均分在所有RB上的，该业务得到功率与其占用的RB数目成正比。但是对于上行，则是所有eUe发送功率都给所占用的RB。这一点上，上行和下行是不同的，原因在于下行功率是所有用户共享的，上行功率是用户独占的。2.3.14UE发射功率（eUEmaximumpower）UE发射功率一般设置为23dBm。2.3.15天线增益（Antennagain）基站侧：基站天线增益值，一般取18dBi。终端侧：UE天线增益值，一般取0dBi。注1：天线增益与天线的具体型号有关。在实际计算过程中，需根据用户需求确定。2.3.16馈线损耗（CableLoss）馈缆损耗是指RRU与天线接口之间的跳线损耗，它会降低接收机接收电平，从而对覆盖能力产生影响，一般取0.5dB。2.3.17等效发射EIRP（TXEIRP）1.下行资源占用下的等效发射EIRP根据基站EIRP，边缘用户分配的RB与信道带宽对应的总RB数之比，得到一定资源下，UE分配到的功率。TXEIRPperoccupiedallocation=eNBTxpower+Antennagain+CableLoss–10*log（DLRBTotalNum/AssignNumofRB）。2.上行资源占用下的等效发射EIRP对于上行，UE发送功率全都给所占用的RB，上行功率是用户独占的。因此TXEIRPperoccupiedallocation=eUEmaximumpower+Antennagain。注1：通常上行中，UE的Antennagain等于0，因此TXEIRPperoccupiedallocation=eUEmaximumpower。2.3.18热噪声密度（Thermalnoisedensity）热噪声密度通常设置为-174dBm/Hz。2.3.19热噪声带宽（Noisebandwidth）热噪声带宽=10*log（Usedresourceblocks*180*1000）。2.3.20噪声系数（noisefigure）一般系统中都用噪声系数（NoiseFigure）来表示系统的噪声性能。噪声系数通常被定义为网络输入端信号信噪比和网络输出端的信号信噪比之间的关系，值越小，说明该系统硬件的噪声控制越好，若以dB表示为：其中，(S/N)in是输入信噪比，(S/N)out为输出信噪比。基站噪声系数一般取3dB，终端噪声系数一般取7dB。注1：具体取值应根据实际设备参数指标。2.3.21接收噪声功率（RXnoisepower）接收噪声功率=热噪声功率+接收机噪声系数。1.热噪声功率热噪声功率=-174+10*log（接收信号带宽），其中接收信号带宽即为业务信道或控制信道分配RB数。2.噪声系数通常基站设备噪声系数设置为3，终端设备噪声系数设置为7。2.3.22干扰余量（InterferenceMargin）多用户发起业务后造成底噪抬升被称作干扰余量。传统的CDMA系统，小区负荷越高，容量越大，干扰就越大，导致覆盖就越小。为了在链路预算中体现这种效应，引入干扰余量的概念。干扰余量计算过程：（1）仿真得到不同ISD条件下的单小区（无小区间干扰）、多小区边缘吞吐率（2）从中（1）得到给定边缘吞吐率对应的单小区半径、多小区半径（3）通过空口路损模型，得到（2）中单小区半径、多小区半径分别对应的路损，两者的路损差即为干扰余量。通常采用线性插值的方法，获取一定速率下的干扰余量。表2-3上行干扰余量取值注1：该计算方法只应用于上行，下行没有直接的干扰余量这个参数，其相关内容见几何因子部分。2.3.23人体损耗（BodyLoss）通常取0dB。2.3.24几何因子（GeometryfactoratCellRange）几何因子又叫G因子。在下行链路预算中，没有干扰余量这一个参数，干扰的影响直接反映在MAPL的计算中。下面就列举一下该推导过程：根据SINR的定义，可用下式计算小区边缘的SINR：定义几何因子G则：进而有：通过代数求解，可知：当定义小区负荷为X%时，该式进一步演化为：通过上式再考虑额外的增益和损耗即可求得MAPL，而该结果已经反映了干扰的影响。对于G因子，应通过仿真获得，其值与网络中站点的拓扑结构有关。对于下行业务信道，通常取3dB。2.3.25邻区负荷（AdjacentCellLoading）反映网络的负荷情况2.3.26所需SINR（RequiredSINR）MCS等级和分配的RB数确定后就可以查表获得所需的SINR，该表格由仿真结果汇总获得。在速率固定情况下，分配的RB数目越多，则所需的MCS等级越低，进而对SINR需求较小，能够覆盖更远的范围。图2-4上下行仿真结果（局部）2.3.27接收灵敏度（WantedSignalMeanPower（includingRFgain&loss））接收灵敏度=接收端噪声功率+所需SINR+干扰余量+人体损耗–接