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 LTE覆蓋距離分析
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發(fā)表于 2014-01-22 17:45:20  只看樓主  QQ
TD-LTE系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)覆蓋距離的參數(shù)有RB配置、頻率復(fù)用系數(shù)、發(fā)射功率、CP配置、GP配置和隨機(jī)接入突發(fā)信號(hào)格式等。下面重點(diǎn)分析CP配置、GP配置和隨機(jī)接入突發(fā)信號(hào)格式這3個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)覆蓋距離的影響。

CP配置對(duì)覆蓋距離的影響
OFDM技術(shù)能有效克服頻域上的干擾問(wèn)題，但是無(wú)法克服由于多徑時(shí)延造成的符號(hào)間干擾（ISI）和子載波正交性破壞問(wèn)題。多徑時(shí)延表現(xiàn)為信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線信道后發(fā)生的較大時(shí)延及幅度衰減。對(duì)此，在TD-LTE系統(tǒng)中，在每個(gè)OFDM符號(hào)之前加入循環(huán)前綴CP。只要各徑的多徑時(shí)延與定時(shí)誤差之和不超過(guò)CP長(zhǎng)度，就能保證接收機(jī)積分區(qū)間內(nèi)包含的各子載波在各徑下的整數(shù)波形，從而消除多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾和子載波間的干擾（ICI）。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要求CP長(zhǎng)度大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展。多徑時(shí)延擴(kuò)展與小區(qū)半徑和無(wú)線信道傳播環(huán)境相關(guān)，接下來(lái)分析無(wú)線信號(hào)在不同傳播環(huán)境下的功率時(shí)延分布情況。
通常用均方根（rms，root mean square）多徑延遲擴(kuò)展τrms來(lái)描述功率延遲分布情況，可以用式（1）表示：
τrms=T 1d εy （1）
正常CP：正常CP有7個(gè)OFDM符號(hào)，第1個(gè)OFDM符號(hào)的CP長(zhǎng)度是5.21μs，第2到第7個(gè)OFDM符號(hào)的CP長(zhǎng)度是4.69μs。正常CP可以在1.4km的時(shí)延擴(kuò)展范圍內(nèi)提供抗多徑保護(hù)能力，適合于市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村以及小區(qū)半徑低于5km的山區(qū)環(huán)境。
擴(kuò)展CP：擴(kuò)展CP有6個(gè)OFDM符號(hào)，每個(gè)OFDM符號(hào)的CP長(zhǎng)度均是16.67μs。擴(kuò)展CP可以在10km的時(shí)延擴(kuò)展范圍內(nèi)提供抗多徑保護(hù)能力，適合于覆蓋距離大于5km的山區(qū)環(huán)境以及需要超遠(yuǎn)距離覆蓋的海面和沙漠等環(huán)境。
GP配置對(duì)覆蓋距離的影響
TD-LTE系統(tǒng)利用時(shí)間上的間隔完成雙工轉(zhuǎn)換，但為避免干擾，需預(yù)留一定的保護(hù)間隔（GP）。GP的大小與系統(tǒng)覆蓋距離有關(guān)，GP越大，覆蓋距離也越大。GP主要由傳輸時(shí)延和設(shè)備收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)延構(gòu)成，即：
GP=2×傳輸時(shí)延+TRx-Tx,Ue （2）
最大覆蓋距離=傳輸時(shí)延*c =(GP-(TRx-Tx,Ue))*C/2（3）
其中c是光速。TRx-Tx,Ue為UE從下行接收到上行發(fā)送的轉(zhuǎn)換時(shí)間，該值與輸出功率的精確度有關(guān)，典型值是10μs～40μs，在本文中假定為20μs。

DwPTS用于傳輸下行鏈路控制信令和下行數(shù)據(jù)，因此GP越大，則DwPTS越小，系統(tǒng)容量下降。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常規(guī)CP的特殊子幀配置7即10:2:2是典型配置，該配置下理論覆
蓋距離達(dá)到18.4km，既能保證足夠的覆蓋距離，同時(shí)下行容量損失又有限。擴(kuò)展CP
的特殊子幀配置0即3:8:1，覆蓋距離可以達(dá)到97km，適合于海面和沙漠等超遠(yuǎn)距離
覆蓋場(chǎng)景。

TD-LTE與TD-SCDMA共系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，需要精心選擇特殊子幀配置以徹底規(guī)避干擾。具體結(jié)論如下：
TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）時(shí)隙是4:2，TD-LTEDL/UL時(shí)隙是3:1時(shí)，常規(guī)CP特殊子幀采用配置0和5，擴(kuò)展CP特殊子幀配置采用配置0和4。
TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）時(shí)隙是3:3，TD-LTE DL/UL時(shí)隙是2:2時(shí)，常規(guī)CP特殊子幀采用配置0、1、2、5、6、7和8，擴(kuò)展CP特殊子幀采用配置0、1、2。
TD-SCDMA DL/UL（TS0除外）時(shí)隙是1:5，TD-LTE DL/UL時(shí)隙是1:2時(shí)，常規(guī)CP特殊子幀采用配置0和5，擴(kuò)展CP特殊子幀采用配置0和4。
隨機(jī)接入突發(fā)信號(hào)格式對(duì)覆蓋距離的影響
在TS36.211中定義了五種隨機(jī)接入突發(fā)信號(hào)格式。物理層隨機(jī)接入突發(fā)信號(hào)由
CP、前導(dǎo)序列Preamble、保護(hù)時(shí)間GT三部分組成。

由于接入時(shí)隙需要克服上行鏈路的傳播時(shí)延以及用戶上行鏈路帶來(lái)的干擾，因此
需要在時(shí)隙設(shè)計(jì)中留出足夠的保護(hù)時(shí)間，該保護(hù)時(shí)間即為GT。GT長(zhǎng)度決定了能夠支持
的接入半徑：
小區(qū)覆蓋距離=GT*c/2 （4）
其中c是光速。
(理解：在進(jìn)行前導(dǎo)傳輸時(shí)，由于還沒(méi)有建立上行同步，因此需要在Preamble序列之后預(yù)留保護(hù)時(shí)間（GT,Guard Time）用來(lái)避免對(duì)其他用戶的干擾；預(yù)留的GT需要支持傳輸距離為小區(qū)半徑的兩倍，這是因?yàn)樵诎l(fā)送Preamble時(shí)還不知道基站和終端之間的距離，GT的大小必須保證小區(qū)邊緣的用戶獲得下行同步（小區(qū)搜索）后，能夠有足夠多的時(shí)間提前發(fā)送)
隨機(jī)接入前導(dǎo)信號(hào)格式和覆蓋距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3，其中：
前導(dǎo)信號(hào)格式0，最大小區(qū)覆蓋距離14km，適合于正常覆蓋小區(qū)。
前導(dǎo)信號(hào)格式1，最大小區(qū)覆蓋距離77km，適合于大的覆蓋小區(qū)。
前導(dǎo)信號(hào)格式2，最大小區(qū)覆蓋距離29km，前導(dǎo)信號(hào)重復(fù)1次，信號(hào)接收質(zhì)量提高，適合于較大覆蓋小區(qū)以及UE移動(dòng)速度較快的場(chǎng)景。
前導(dǎo)信號(hào)格式3，最大小區(qū)覆蓋距離107km，前導(dǎo)信號(hào)重復(fù)1次，信號(hào)接收質(zhì)量提高，適合于海面和沙漠等超遠(yuǎn)距離覆蓋。
前導(dǎo)信號(hào)格式4，是TD-LTE系統(tǒng)所特有的，它在特殊時(shí)隙中UpPTS里發(fā)射，最大小區(qū)覆蓋距離1.4km，適合于室內(nèi)和室外密集市區(qū)。
影響覆蓋距離的其它因素
在同等條件下，RB配置增加對(duì)下行覆蓋的影響不大，但會(huì)引起上行底噪的抬升。由于終端功率有限，如果已達(dá)到終端最大發(fā)射功率，再增加RB會(huì)減小上行覆蓋半徑。
小區(qū)用戶數(shù)增加，則系統(tǒng)負(fù)荷升高，系統(tǒng)干擾水平上升，所需的干擾余量越大，基站覆蓋半徑越小。在LTE規(guī)劃時(shí)，需要兼顧容量與覆蓋的平衡，降低投資成本。
頻率復(fù)用系數(shù)越大，小區(qū)間干擾越小，覆蓋半徑應(yīng)該增加，有助于改善覆蓋性能。
頻率復(fù)用系數(shù)為3，也即異頻組網(wǎng)的情況，影響覆蓋性能的主要是系統(tǒng)功率；頻率復(fù)用系數(shù)為1，也即同頻組網(wǎng)時(shí)的情況，此時(shí)影響覆蓋性能的主要是C/I，即干擾受限。
如果不考慮多小區(qū)間干擾的影響，那么發(fā)射功率越大，越能夠補(bǔ)償路徑損耗和信號(hào)衰落等的影響，覆蓋性能越好。實(shí)際組網(wǎng)必須考慮小區(qū)間干擾的影響，發(fā)射功率不建議隨意設(shè)置。
結(jié)束語(yǔ)
TD-LTE的覆蓋距離由多種參數(shù)決定。在系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，需要根據(jù)小區(qū)的覆蓋距離和無(wú)線環(huán)境，確定各個(gè)參數(shù)的合理數(shù)值，做到既滿足覆蓋距離的要求，又不損失過(guò)多的系統(tǒng)容量，降低建設(shè)成本，提高性價(jià)比。 LTE覆蓋距離分析.pdf (294.62 KB)
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