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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)信號格式這3個參數(shù)對系統(tǒng)覆蓋距離的影響。

CP配置對覆蓋距離的影響
OFDM技術(shù)能有效克服頻域上的干擾問題，但是無法克服由于多徑時延造成的符號間干擾（ISI）和子載波正交性破壞問題。多徑時延表現(xiàn)為信號經(jīng)過無線信道后發(fā)生的較大時延及幅度衰減。對此，在TD-LTE系統(tǒng)中，在每個OFDM符號之前加入循環(huán)前綴CP。只要各徑的多徑時延與定時誤差之和不超過CP長度，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，從而消除多徑帶來的符號間干擾和子載波間的干擾（ICI）。
在系統(tǒng)設(shè)計時，要求CP長度大于無線信道的最大時延擴(kuò)展。多徑時延擴(kuò)展與小區(qū)半徑和無線信道傳播環(huán)境相關(guān)，接下來分析無線信號在不同傳播環(huán)境下的功率時延分布情況。
通常用均方根（rms，root mean square）多徑延遲擴(kuò)展τrms來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OFDM符號，第1個OFDM符號的CP長度是5.21μs，第2到第7個OFDM符號的CP長度是4.69μs。正常CP可以在1.4km的時延擴(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OFDM符號，每個OFDM符號的CP長度均是16.67μs。擴(kuò)展CP可以在10km的時延擴(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配置對覆蓋距離的影響
TD-LTE系統(tǒng)利用時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主要由傳輸時延和設(shè)備收發(fā)轉(zhuǎn)換時延構(gòu)成，即：
GP=2×傳輸時延+TRx-Tx,Ue （2）
最大覆蓋距離=傳輸時延*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
覆蓋場景。

TD-LTE與TD-SCDMA共系統(tǒng)設(shè)計方案，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）時隙是4:2，TD-LTEDL/UL時隙是3:1時，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）時隙是3:3，TD-LTE DL/UL時隙是2:2時，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）時隙是1:5，TD-LTE DL/UL時隙是1:2時，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)信號格式對覆蓋距離的影響
在TS36.211中定義了五種隨機(jī)接入突發(fā)信號格式。物理層隨機(jī)接入突發(fā)信號由
CP、前導(dǎo)序列Preamble、保護(hù)時間GT三部分組成。

由于接入時隙需要克服上行鏈路的傳播時延以及用戶上行鏈路帶來的干擾，因此
需要在時隙設(shè)計中留出足夠的保護(hù)時間，該保護(hù)時間即為GT。GT長度決定了能夠支持
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，由于還沒有建立上行同步，因此需要在Preamble序列之后預(yù)留保護(hù)時間（GT,Guard Time）用來避免對其他用戶的干擾；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，能夠有足夠多的時間提前發(fā)送)
隨機(jī)接入前導(dǎo)信號格式和覆蓋距離的對應(yīng)關(guān)系如表3，其中：
前導(dǎo)信號格式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)信號格式2，最大小區(qū)覆蓋距離29km，前導(dǎo)信號重復(fù)1次，信號接收質(zhì)量提高，適合于較大覆蓋小區(qū)以及UE移動速度較快的場景。
前導(dǎo)信號格式3，最大小區(qū)覆蓋距離107km，前導(dǎo)信號重復(fù)1次，信號接收質(zhì)量提高，適合于海面和沙漠等超遠(yuǎn)距離覆蓋。
前導(dǎo)信號格式4，是TD-LTE系統(tǒng)所特有的，它在特殊時隙中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配置增加對下行覆蓋的影響不大，但會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，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)時的情況，此時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
TD-LTE的覆蓋距離由多種參數(shù)決定。在系統(tǒng)規(guī)劃時，需要根據(jù)小區(qū)的覆蓋距離和無線環(huán)境，確定各個參數(shù)的合理數(shù)值，做到既滿足覆蓋距離的要求，又不損失過多的系統(tǒng)容量，降低建設(shè)成本，提高性價比。 LTE覆蓋距離分析.pdf (294.62 KB)
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