引言

隨著TD-LTE的重要性日益凸顯，與之配套網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)的研發(fā)也逐漸提上日程。在TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)建設(shè)過程中需要經(jīng)過規(guī)劃、組網(wǎng)、優(yōu)化、擴容等幾個階段，每個階段需要相應(yīng)的工具協(xié)助工程師完成相應(yīng)的工作。TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件應(yīng)提供包括鏈路預(yù)算、場強預(yù)測、容量仿真、干擾分析、頻點規(guī)劃等功能，同時還應(yīng)該包括點分析、面分析等分析和優(yōu)化功能，協(xié)助設(shè)計院用戶、主設(shè)備廠家、運營商對LTE系統(tǒng)組網(wǎng)進行規(guī)劃設(shè)計和擴容分析等。

大唐移動秉承“敢為天下先”的創(chuàng)業(yè)精神，矢志不渝地致力于提升“中國創(chuàng)造”在全球通信領(lǐng)域的品質(zhì)和產(chǎn)品。為搶占4G發(fā)展先機，大唐移動憑借敏銳的市場嗅覺，于2011年推出了業(yè)界首款TD-SCDMA/TD-LTE等多制式規(guī)劃仿真軟件，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，成功助力運營商持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)性能，不斷提升用戶感知。

1eNPS軟件創(chuàng)新技術(shù)

eNPS軟件（大唐移動TD-LTE規(guī)劃軟件）集網(wǎng)絡(luò)仿真和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃兩大功能于一體，基于TD-SCDMA規(guī)劃軟件NPS開發(fā)，完全向下兼容TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃功能，能夠提供包括網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)仿真，網(wǎng)絡(luò)無線參數(shù)規(guī)劃等全套的解決方案。但由于LTE系統(tǒng)采用的新技術(shù)以及由此產(chǎn)生的新特性，使得傳統(tǒng)的基于靜態(tài)Monte Carlo方法的仿真已不再適用于仿真LTE網(wǎng)絡(luò)，需要對其進行較大的改造或者引入動態(tài)仿真，給LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件的研究、設(shè)計、開發(fā)帶來了一系列挑戰(zhàn)。LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件比傳統(tǒng)的規(guī)劃軟件復(fù)雜很多。從仿真算法設(shè)計到軟件實現(xiàn)，與TD-SCDMA規(guī)劃軟件相比，eNPS軟件主要在以下技術(shù)難點上進行了創(chuàng)新：

LTE 調(diào)度模擬

與以往3G系統(tǒng)使用“專用信道”進行數(shù)據(jù)傳輸不同，為了更好的滿足各業(yè)務(wù)的QoS需求，LTE系統(tǒng)引入了“共享信道”機制，通過動態(tài)資源分配實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各業(yè)務(wù)、各用戶的資源共享，為各業(yè)務(wù)靈活、高效地利用系統(tǒng)提供的時域、頻域、空域資源提供了可能。相比HSDPA等已有技術(shù)，LTE的調(diào)度維數(shù)增多、調(diào)度資源的粒度更加細化，包括物理層的時間、頻率、MIMO方式、UE距離、MCS等級，鏈路層的PS業(yè)務(wù)調(diào)度和應(yīng)用層的VoIP調(diào)度等，甚至小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)也成為一種與調(diào)度相關(guān)的重要因素。因此，調(diào)度算法的優(yōu)劣將直接影響LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。之前3G系統(tǒng)的PF、RR、Max C/I等調(diào)度算法都未很好的考慮不同業(yè)務(wù)的QoS特性，而為了滿足LTE系統(tǒng)不同業(yè)務(wù)的QoS需求，eNPS軟件中為了保證各UE/RB的QoS需求對經(jīng)典PF調(diào)度算法進行改進。

eNPS軟件進行下行調(diào)度時，調(diào)度器位于eNodeB的MAC層，eNodeB可以準確的獲知每個無線承載（RB，Radio Bearer）的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量，因此下行以RB為單位進行資源分配。eNPS軟件針對GBR和N-GBR承載首先按照3GPP規(guī)范中QCI要求進行分層，然后對同層內(nèi)的無線承載（RB）進行時域和頻域分別調(diào)度。時域調(diào)度確定了每TTI內(nèi)待調(diào)度的RB數(shù)目，頻域調(diào)度為時域調(diào)度確定的RB分配具體的PRB資源，同時確定每個RB使用的MCS等級，針對N-GBR承載分配資源時eNPS軟件中創(chuàng)新性地提出了資源縮放因子的思想，為N-GBR承載設(shè)置資源分配上限，確保了資源分配充足時，盡可能多的滿足多用戶的QoS需求。

eNPS軟件進行上行調(diào)度時，調(diào)度器位于eNodeB的MAC層，eNodeB無法準確的獲知每個無線承載（RB）的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量，UE需要進行BSR上報，因此上行以UE為單位進行資源分配。eNPS軟件在進行上行調(diào)度時針對UE的N-GBR承載提出了A-MBR的資源上限限制，以最大化保證多業(yè)務(wù)的QoS需求。

LTE系統(tǒng)子幀間負荷均衡和ICIC

針對TD-LTE系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)特性，即上下行子幀在時域分開的情況，利用ICIC在頻域中減少小區(qū)間干擾的思想，LTE規(guī)劃工具設(shè)計出時域減少系統(tǒng)干擾的子幀間負荷均衡算法，對于連續(xù)同向的子幀通過動態(tài)地設(shè)置負荷門限來均衡子幀間的資源占用率，從而在時域中減少系統(tǒng)干擾。

ICIC主要是通過小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對邊緣用戶資源的使用進行限制，包括限制哪些時頻資源可用，或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率，來達到避免和降低干擾，保證邊緣覆蓋速率的目的。eNPS軟件中考慮了靜態(tài)ICIC和半靜態(tài)ICIC兩種ICIC策略。對于靜態(tài)ICIC提出了頻率復(fù)用因子為3的邊緣用戶和中心用戶頻域規(guī)劃方案。對于半靜態(tài)ICIC策略，上行基于HII和OI、下行基于RNTP進行負荷信息交互分別對邊緣用戶和中心用戶進行頻率使用限制。

eNPS軟件提供了兩種中心用戶和邊緣用戶的判斷方法：A3時間和Geometry值。為了能更好的減少小區(qū)間干擾，eNPS軟件針對TD-LTE系統(tǒng)特性，創(chuàng)新性地提出了子幀減負荷的思想，從時域平緩連續(xù)同向子幀間的負荷，以便減少小區(qū)間干擾。

LTE系統(tǒng)容量估算

與TD-SCDMA R4業(yè)務(wù)不同，類似于HSPA，LTE系統(tǒng)小區(qū)的容量不僅與信道配置和參數(shù)配置有關(guān)，還與調(diào)度算法、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（ICIC）算法、多天線技術(shù)的選取等因素有關(guān)。

由于LTE系統(tǒng)引入的共享信道的機制，使得其容量估算不能按照R4業(yè)務(wù)容量估算的方法如等效愛爾
蘭法、坎貝爾法來進行。eNPS軟件中提供了單獨的功能模塊用于LTE系統(tǒng)進行鏈路預(yù)算和容量估算功能，使得鏈路預(yù)算和容量估算更加便捷方便。

NPS軟件容量估算功能針對不同的幀結(jié)構(gòu)類型，可以計算出不同的峰值速率。容量估算模塊主要計算和分析不同控制域大小范圍內(nèi)PDCCH可傳輸資源的大小，進而根據(jù)PDCCH不同格式估算單個下行子幀PDCCH資源能夠支持的最大同時調(diào)度用戶數(shù)。

上行容量估算：

考慮因素：系統(tǒng)帶寬、天線端口號、特殊子幀配置、控制域占用OFDM符號、下行速率、碼字數(shù)目、PBCH、同步信號、DMRS信息、碼率等；

下行容量估算：

考慮因素：系統(tǒng)帶寬、天線端口號、PRACH信息、UpPTS配置信息、SRS信息、碼率等。

PCI規(guī)劃

由于LTE系統(tǒng)幾乎全部的物理信道都是有PCI加擾的，因此LTE系統(tǒng)中PCI的規(guī)劃顯得尤為重要。

LTE系統(tǒng)中物理層小區(qū)ID ，其中，物理層ID組標識范圍為0～167，組內(nèi)物理層ID標識范圍為
0、1、2。和分別代表輔同步信號（SSC）和主同步信號（PSC）的序列索引號。

eNPS軟件中目前對物理小區(qū)ID的自動規(guī)劃，建議主要考慮廣播信道、同步信道(PSC、SSC)、下行參考信號CRS以及物理控制格式指示信道對于小區(qū)ID配置的要求。

對于上行參考信號，其對物理小區(qū)ID規(guī)劃的約束主要考慮用30個小區(qū)為一個復(fù)用簇的方法來實現(xiàn)，同一復(fù)用簇中小區(qū)ZC序列相關(guān)性較好，但由于現(xiàn)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)拓撲往往不是理想拓撲，且簇內(nèi)小區(qū)間ZC序列相關(guān)性和各簇交界處的小區(qū)間的差異暫無法評估，故對于上行參考信號對物理小區(qū)ID規(guī)劃的約束暫不考慮。

對于PDCCH、PHICH、PUCCH、PRACH這些信道，由于其資源的大小和位置與高層參數(shù)以及用戶數(shù)有關(guān)，其資源位置和大小都具有比較大的隨機性，因此，暫不考慮這幾個信道對物理小區(qū)ID規(guī)劃的影響。

LTE參數(shù)自動規(guī)劃優(yōu)化：

為了更好地體現(xiàn)LTE系統(tǒng)的特性，eNPS軟件中引入了LTE參數(shù)自動規(guī)劃優(yōu)化功能模塊。優(yōu)化準則為RSRQ>0dB的概率為90%，RSRP>-95dBm的概率為95%。統(tǒng)計區(qū)域為用戶畫的多邊形的范圍(用戶可以選擇圖層比如PlanArea、業(yè)務(wù)密度圖層，或通過選擇集的群編輯功能指定)，用戶可以選擇是否調(diào)整該區(qū)域涉及到的扇區(qū)參數(shù)。用戶還可根據(jù)自定義的優(yōu)化準則對LTE系統(tǒng)參數(shù)進行自動優(yōu)化。

eNPS軟件分別對天線下傾角、CRS功率、天線掛高、方位角、同站小區(qū)夾角范圍進行自動規(guī)劃和優(yōu)化。

2eNPS軟件南京LTE實驗網(wǎng)仿真

利用中國移動通信集團設(shè)計院提供的南京20米精度柵格地圖，針對大唐移動承建的南京TD-LTE實驗網(wǎng)進行仿真，仿真總面積為11.724平方公里，分布65個基站。本仿真基于TD-LTE的上下行子幀配置1（DSUUD），其中上行子幀所占比例為2/5，特殊子幀配置2，系統(tǒng)帶寬為10MHz，中心頻點38050。仿真過程中，基于Geometry的方法進行小區(qū)中心/邊緣用戶劃分，其中邊緣用戶比例固定為20%。

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案中，為了使通用傳播模型能夠更好的反映規(guī)劃區(qū)域?qū)嶋H的無線傳播環(huán)境，通常需要進行傳播模型校正工作。南京市江寧片區(qū)傳播模型校正后參數(shù)見表1所示。

表1　傳播模型參數(shù)校正

業(yè)務(wù)圖層權(quán)重

移動通信網(wǎng)絡(luò)的大部分服務(wù)區(qū)域的無線環(huán)境一般可分為密集市區(qū)、一般市區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村4大類基本區(qū)域，還可能包括山地、沙漠、草原、林區(qū)湖泊、海面、島嶼等廣闊的人煙稀少地區(qū)。為了使用戶分布更為合理，使仿真結(jié)果更加接近于實際情況，TD-LTE規(guī)劃軟件中對于業(yè)務(wù)圖層的Dom權(quán)重進行了設(shè)置，目的是為了在蒙特卡洛仿真過程中，在實際環(huán)境中用戶較少的地方，比如水域，綠地等地貌相對的少撒一些用戶，在密集市區(qū)等環(huán)境下播撒較多的用戶。

業(yè)務(wù)類型分布

目前LTE中GBR業(yè)務(wù)主要包括VoIP、Gaming和Video Stream等業(yè)務(wù)。

VoIP業(yè)務(wù)：對于不同的語音編碼器，GBR速率也不相同。目前平臺上對于12.2k(語音編碼器輸出的速率)的語音業(yè)務(wù)，GBR速率設(shè)為8.5kbit/s。

Video Stream業(yè)務(wù)：對于不同的業(yè)務(wù)模型參數(shù)，也有不同的GBR速率。目前主流的設(shè)置為32k或64k；目前TD-LTE規(guī)劃軟件實現(xiàn)時采用的模型參數(shù)對應(yīng)的是64kbit/s。

目前LTE中N-GBR業(yè)務(wù)主要包括TCP等業(yè)務(wù)。

對于TCP業(yè)務(wù)（HTTP、FTP），則沒有GBR速率之說。如果系統(tǒng)資源充足就多分配，速率就高，否則分配的資源少，則傳輸速度，只要能滿足它的最低需求速率要求就可以。目前TD-LTE規(guī)劃軟件實現(xiàn)時FTP業(yè)務(wù)的最低需求速率為64 kbit/s，HTTP業(yè)務(wù)的最低需求速率為32 kbit/s。

TCP業(yè)務(wù)是帶反饋的，發(fā)送速率高或者低都是可以的，由仿真需求確定設(shè)置的速率大小。速率設(shè)置的大小差別造成的影響就是速率設(shè)的低，接納的用戶就多，速率設(shè)的高，接納的用戶就會減少。

在調(diào)度算法設(shè)計時，VoIP采用半靜態(tài)調(diào)度方式，調(diào)度優(yōu)先級最高，資源分配固定，不能很好地體現(xiàn)該調(diào)度算法的性能。為了便于對比，本論文仿真選擇了三種典型業(yè)務(wù)：FTP（N-GBR）；HTTP（N-GBR）；Video Streaming（GBR）；仿真中這三種業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)比例設(shè)置為25%、35%和40%。

3仿真結(jié)果及分析

3.1覆蓋圖層仿真結(jié)果

eNPS網(wǎng)絡(luò)仿真功能主要輸出以下圖層有最佳服務(wù)小區(qū)、最佳服務(wù)小區(qū)CRSRSRP、最佳服務(wù)小區(qū)CRSRSRQ、最佳服務(wù)小區(qū)CRSSrxlev 、最佳服務(wù)小區(qū)CRSSIR、最佳服務(wù)小區(qū)CRSInterference、最佳服務(wù)小區(qū)CRS覆蓋概率 、PBCHSIR、PBCH覆蓋概率、PHICH應(yīng)發(fā)射功率、PUCCH應(yīng)發(fā)射功率、PDCCH應(yīng)發(fā)射功率。

3.2結(jié)果分析

在eNPS軟件的測試下，規(guī)劃區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域處于連續(xù)覆蓋，全部站址覆蓋區(qū)域95%以上滿足RSRP>-120dBm，滿足中國移動LTE建網(wǎng)規(guī)范要求。

通過統(tǒng)計，GBR承載（Video Streaming）的QoS要求滿意率較N-GBR（FTP、HTTP）承載普遍要高。分析原因可能是GBR承載在調(diào)度時的調(diào)度優(yōu)先級高于N-GBR承載所致。由FTP業(yè)務(wù)和HTTP業(yè)務(wù)的QoS要求滿意率也可以得知調(diào)度時HTTP業(yè)務(wù)的調(diào)度優(yōu)先級高于FTP業(yè)務(wù)。

由于本次仿真針對實驗網(wǎng)仿真，建網(wǎng)初期用戶較少，故在仿真過程中資源分配充足，限制用戶PRB使用上限會造成GBR承載資源受限的情形。

從容量估算表格可以看出，在20MHZ帶寬、幀結(jié)構(gòu)配置1、兩天線端口、下行碼率0.93、上行碼率0.77的前提下，上行邊緣用戶申請速率512kbps，下行邊緣用戶申請速率為1Mbps時，下行最多可同時接入85個用戶，上行最多可同時接入25個用戶。

4總結(jié)

作為業(yè)界首款支持TD-SCDMA和TD-LTE共網(wǎng)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件，SPANeNPS在全國多地得到了廣泛應(yīng)用。

eNPS是業(yè)界專業(yè)、成熟及應(yīng)用廣泛的TD-SCDMA商用仿真平臺和TD-LTE規(guī)劃仿真平臺，具有強大的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃能力，可以大幅提高無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的效率，降低OPEX，是TD-SCDMA和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的有力工具。

大唐移動TD-LTE規(guī)劃優(yōu)化系列產(chǎn)品之TD-LTE規(guī)劃軟件eNPS的前身TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件，已經(jīng)在全國近百個城市進行了TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃工作，是中國移動在奧運會舉辦城市唯一使用的一款網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具；而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件eNPS，已經(jīng)在南京TD-LTE實驗網(wǎng)的的規(guī)劃和建設(shè)中，得到了充分驗證。預(yù)計未來SPANeNPS必將進一步推動TD-LTE商用化的步伐，成為TD-LTE強有力的推手。