TDLTE的宏蜂窝网络规划与设计本科毕业论文

重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 编 号： 审定成绩： 设计（论文）题目：TD-LTE宏蜂窝网络规划研究学 院 名 称 ：学 生 姓 名 ：专 业 ：班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：答辩组 负责人 ：填表时间：2014 年 6月摘 要移动互联网和智能终端的普及，使移动数据业务呈现爆炸性的增长态势，而移动通信频谱资源的短缺性矛盾，也推动着移动通信技术的不断创新。随着TD-LTE规模技术试验网的建设，未来几年，我国移动通信将进入LTE时代。在此背景下，需要加强针对TD-LTE网络规划和设计方面的研究，为即将到来的TD-LTE大规模网络建设做好技术准备。本文对TD-LTE无线网络的规划进行研究，并提出可行性方案。本文首先系统阐述了TD-LTE的基本原理，介绍了OFDM、MIMO、链路自适应等关键技术，及与2G/3G系统相比独特的网络规划特点，为TD-LTE无线网络规划的具体研究提供了基础。接下来，论文根据TD-LTE系统特性，提出了一个详细的TD-LTE宏蜂窝网络规划流程，并给出了相应的需求分析方法，对覆盖、容量、干扰等方面的特点、主要影响因素进行了详细分析和提出合理化建议。在以上工作的基础上，论文利用Atoll软件作为仿真平台，对广东省观澜镇建设TD-LTE宏蜂窝网络进行网络规划，通过仿真分析，并经过调整优化，最终实现规划总目标，证明该方案是可行的。【关键词】TD-LTE 网络规划 覆盖优化ABSTRACTPopularized Mobile Internet and intelligent terminals, MDS presents a huge growth trend. The contradiction of communication frequency resource shortage is promoting continuousmobile communication technology innovation. Along with the construction of the TD-LTE scale technology test network, the Chinese mobile telecommunication will be the era of LTE in the coming few years. With the background, we need to strengthen the research of TD-LTE network planning and design, for base of the coming TD-LTE large-scale network construction. The target of the paper is to study network planning and propose the feasible scheme.Firstly, the paper states basic principle of the TD-LTE, introduces the key technologys, such as OFDM, MIMO, link adaptive , and so on. Also, introduces unique characteristic of the network planning system comparing to 2G/3G system, provides a basis for the specific study of TD-LTE wireless network planning.In addition, based on the characteristics of TD-LTE system, the paper puts forward a detailed TD-LTE macrocell network planning process, and provides the corresponding needs analysis method, and a detailed analysis of the coverage, capacity, interference characteristics of the main factors and make reasonable suggestions.On the basis of above work, the paper uses Atoll software as the simulation platform, planed TD-LTE network wireless for Guanlan Town of Guangdong Province . Through the simulation analysis, optimization, achieve the general planning target finally, it is proved that the scheme is feasible.【Key words】TD-LTE Network Planning Coverage optimization目 录前 言1第一章 LTE移动通信系统概述2第一节 移动通信的发展历史及趋势2第二节 LTE移动通信系统简介2一、LTE技术目标2二、LTE标准进展5三、LTE国内外商用情况6第三节 本章小结7第二章 TD-LTE无线网络规划基础8第一节 TD-LTE基本原理8一、LTE网络结构8二、TD-LTE帧结构9第二节 TD-LTE关键技术11一、OFDM11二、MIMO12三、链路自适应14四、小区间干扰控制15五、多媒体广播业务16第三节 TD-LTE网络规划特点17一、需求分析17二、频率规划18三、覆盖规划及链路预算特点19四、容量规划特点20五、参数规划特点20第四节 本章小结20第三章 TD-LTE 无线网络规划技术分析21第一节 TD-LTE 无线网络规划流程21第二节 TD-LTE 网络规划需求分析22第三节 TD-LTE 覆盖性能分析24一、TD-LTE 覆盖特性24二、覆盖参数25三、TD-LTE 链路预算26第四节 TD-LTE 容量性能分析27一、TD-LTE 容量特性27二、TD-LTE 容量目标28三、TD-LTE 理论峰值速率计算28四、影响 TD-LTE 容量性能的主要因素29五、TD-LTE 容量评估指标29六、容量规划建议30第五节 干扰协调及规避方法分析30一、系统内干扰30二、系统间干扰31三、系统间干扰隔离要求34第六节 本章总结34第四章 宏站规划仿真及结果分析35第一节 仿真环境与数据准备35一、项目概况35二、规划原理36三、规划目标36四、仿真工具及参数设置36第二节 仿真验证及分析38一、仿真基本步骤38二、仿真结果及分析39三、站点优化41第三节 本章小结43结 论44致 谢45参考文献46附 录47一、英文原文：47二、英文翻译：55- 62 -前 言20世纪世界已经进入一个高速发展的时代，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活和工作。人们期望随时随地及时可靠不受时空限制地进行信息交流，提高工作的效率和经济效益。然而随着移动业务量的增长、新业务和新技术的出现。仅仅能够及时可靠地进行信息交流已经不能够满足人们的要求了，人们的通信习惯也从以往的点到点演进到人与人；人们的通信习惯也从以往的点到点演进到人与人；第三代移动通信（3G）的问世，再到第三代的增强型移动通信（B3G）,真正敞开了高速数据的移动宽带体验之门，为用户提供了更加丰富多彩的通信和娱乐业务。然而, 无论3G还是B3G都还存在着很多的局限性。市场的发展、业务的需求已远远超越了现有无线网络的承载能力。因此，迫切需要寻找突破性的空中接口技术和网络结构在降低无线数据网络的运营成本、应对市场挑战和满足用户需求、摆脱知识产权限制等领域。WCDMA/HSDPA与WiFi、WiMAX等无线接入方案相比，空中接口和网络结构过于复杂，虽在支持QoS和移动性方面有较大优势，但在频谱效率、比特成本和传输时延等能力方面却明显落后。知识产权的制约、用户的需求和市场的挑战共同作用下，推动了3GPP(第三代合作伙伴计划)组织在4G出现之前加速制定新的空中接口和无线接入网网络标准。中国工信部于2013年12月4日向中国移动通信集团公司、中国电信集团公司和中国联合网络通信集团有限公司颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（TD-LTE）”经营许可。中国移动获得130MHz频谱资源，分别为1880-1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中国联通获得40MHz频谱资源，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信获得40MHz频谱资源，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。随着中国移动TD-LTE规模试验网部署,中国进入了LTE时代。第一章 LTE移动通信系统概述第一节 移动通信的发展历史及趋势20世纪70年代末，美国AT&T公司通过使用电话技术和蜂窝无线电技术研制了第一套蜂窝移动电话系统，取名为先进的移动电话系统，即AMPS(Advancede Mobile Phone Service)系统。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处，但是也有很大的差异，它们只能提供基本的语音会话业务，不能提供非语音业务，并且保密性差，容易并机盗打，它们之间还互不兼容，显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法漫游服务的问题，于是第二代移动通信数字无线标准问世了。在第二代技术中还诞生了2.5G，也就是GSM系统的GPRS和CDMA系统的IS-95B技术，大大提高了数据传送能力。第三代移动通信技术也就是IMT-2000，简称3G。它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，它能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现了全球无缝覆盖全球漫游它的数据传输速率高达2Mbit/S，其容量是第二代移动通信技术的2-5倍。目前最具有代表性的有美国提出的MC-CDMA(CDMA2000)，欧洲和日本提出的W-CDMA和中国提出的TD-SCDMA。2004年11月份3GPP会议上，3GPP决定开始3G系统的长期演进研究项目。作为一种先进的技术需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，为使用户能够获得“Always Online”的体验，需要降低控制和用户平面的延时。第二节 LTE移动通信系统简介一、 LTE技术目标为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务需求，国际标准化组织3GPP在2004年底启动了器长期演进（LTE）技术的标准化工作。希望达到以下几个主要目标：Peak data rate（峰值数据速率）：在20M带宽下，下行数据速率大于100Mb/s，上行数据速率大于50Mb/s。Control-plane latency（控制面延时）：空闲模式（如Release 6 Idle Mode）到激活模式（Release 6 CELL_DCH）的转换时间不超过100ms；休眠模式（如Release 6CELL_PCH）到激活模式（Release 6 CELL_DCH）的转换时间不超过50ms。Control-plane capacity（控制面容量）：在5MHz带宽内每小区最少支持200个激活状态的用户。User-plane latency（用户面延时）：在小IP分组和空载条件下（如单小区单用户单数据流），用户面延时不超过5ms。User throughput（用户吞吐量）：每MHz的下行平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA下行吞吐量的3到4倍；每MHz的上行平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA上行吞吐量的2到3倍Spectrum efficiency（频谱效率）：满负载网络下,下行频谱效率(bits/sec/Hz/site)希望达到Release 6 HSDPA下行的3到4倍；上行频谱效率(bits/sec/Hz/site)希望达到增强的Release 6 HSDPA上行的2到3倍3。Mobility（移动性）：要求E-UTRAN在0 to 15 km/h的低速移动业务达到最优，15 and 120 km/h的更高速度下应该达到高性能4，同时支持120 km/h350 km/h的高速移动业务(甚至在某些频段达到500 km/h）。Coverage（覆盖）：5 km的小区半径下，频谱效率、移动性、系统吞吐量等指标应该达到最优；达到30km小区半径时，上述指标只能有轻微下降；条件允许时也能支持100 km小区半径。需要支持Multimedia Broadcast Multicast Service(MBMS)：降低终端复杂性，采用与Unicast同样的调制、编码、多址接入方式和频段；同时支持专用话音和MBMS业务，支持成对或不成对的频段。Spectrum flexibility（频谱灵活性）：E-UTRA可以使用不同的频带宽度包括，上下行的1.25 MHz，1.6 MHz，2.5 MHz，5MHz，10 MHz，15 MHz and 20 MHz七种不同带宽，需要支持工作在成对和不成对的频段。需要支持资源的灵活使用，包括功率、调制方式、相同频段、不同频段、上下行，相邻或不相邻的频点分配等。Radio Band Resource（RBR）指一个运营商的所有可以用的无线资源。Co-existence and Inter-working with 3GPP Radio Access Technology(RAT)不同系统间的共存：支持与GERAN/UTRAN系统的共存和切换，E-UTRAN终端支持到UTRAN和/或GERAN的切入和切出的功能。在实时业务情况下，E-UTRAN和UTRAN(or GERAN)之间的切换不能超过300毫秒。Architecture and migration（网络结构和演进）单一的E-UTRAN架构；E-UTRAN架构应该基于分组的，但是应该支持实时和会话类业务5；E-UTRAN架构应该减小single points of failure（单点失败）的情况出现；E-UTRAN架构应该支持end-to-end QoS；骨干网络的协议应该具有很高的效率。Radio Resource Management requirements（RRM需求）：增强的end to end QoS；更高的高层分组效率；支持在不同Radio Access Technologies(RAT)间的负荷分担和政策管理。Complexity（复杂性）：要求可选项最少，减小冗余。LTE技术目标汇总见表1.1:表1.1 LTE技术目标汇总表项目指标条件下行峰值速率100Mb/s，频谱利用率5bps/Hz20MHz频谱上行峰值速率50Mb/s，频谱利用率2.5bps/Hz20MHz频谱控制面延迟小于100ms小于50ms控制面容量最少支持200个激活状态的用户5MHz带宽的小区用户面延迟小于5ms空载状态（单小区单用户数据流），小IP分组用户面延迟（单向）用户吞吐量每MHz的下行平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA下行吞吐量的3到4倍每MHz的上行平均用户吞吐量是Release 6 HSDPA上行吞吐量的2到3倍3频谱效率下行频谱效率(bits/sec/Hz/site)是Release 6 HSDPA下行的3到4倍满负载网络上行频谱效(bits/sec/Hz/site)是增强的Release 6 HSDPA上行的2到3倍满负载网络移动性低移动速度：015km/h性能优化更高移动速度：15120km/h的高性能支持跨蜂窝网络的高速移动：120km/h350 km/h(甚至在某些频段支持500 km/h）。覆盖和容量5 km小区半径内，满足频谱效率、移动性、系统吞吐量目标30km小区半径内，轻微降质条件允许时能支持至100 km小区半径在维持目前的站点配置不变的情况下，增加小区边缘速率，改善小区边缘用户的性能，提高小区容量6进一步增强的MBMS降低终端复杂性，MBMS采用与Unicast同样的调制、编码、多址接入方式和频段同时支持专用话音和 MBMS 业务与3GPP RAT共存和互操作与相邻信道的GERAN/UTRAN，在相同地理区域共存和共站具备UTRAN and/or GERAN功能的E-UTRAN多模终端支持3GPPUTRAN和3GPP GERAN的测量和双向切换支持与现有3GPP和non-3GPP系统（WiMAX、cdma2000、WLAN）互操作E-UTRAN与UTRAN(或GERAN)之间的实时业务切换业务中断时间小于300ms网络结构和演进LTE采用基于分组域的Flat All-IP网络架构，取消CS（电路交换）域。CS域业务在PS（包交换）域实现，如采用VoIP支持增强的IMS（IP多媒体子系统）从上可以看出，与3G网络相比，LTE在网络性能的多个方面都有很大的提高。其主要特性表现在更高的数据速率和更低的网络时延，加上更低的业务成本，共同为用户带来更加丰富的多媒体业务体验。二、 LTE标准进展为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务需求，国际标准化组织3Gpp在2004年底启动了器长期演进（LTE）技术的标准化工作。希望能够保持3GPP在移动通信领域的技术及标准优势，填补第3代移动通信系统和第4代移动通信系统之间存在的巨大技术差距；希望使用已分配给第3代移动通信系统的频谱，保持无线频谱资源的优势，解决第3代移动通信系统存在的专利过分集中问题。与3GPP在3G时代的标准制定上类似，LTE也同时定义了LTE TDD和LTE FDD两种方式，其中TDD方式又按演进路线分为LTE TDD1和LTR TDD2两类。FDD和TDD两种方式在标准上具有共同的基础，实现技术基本一致，两种技术信号生成、编码技术以及调制解调技术完全一样。但是基于TDD方式的TD-LTE有其自身的特性和优点，保持了TDD技术独有的特点和关键技术，被确定为TD-SCDMA标准的后续演进技术。3GPP LTE的标准化进程安排如下：2004年12月份到2006年6月为研究阶段；2006年6月到2007年6月为工作阶段，完成3GPP LTE的标准化工作。但由于一些问题没有解决，研究阶段推迟到2006年9月才结束。从3GPP LTE的标准化进程来看，其初衷为第3代移动通信系统的演进，但由于其他技术的竞争，业务的需求和运营商的压力，其标准化进程实质为一场技术革命过程。与第3代移动通信系统相比，3GPP LTE物理层(层1)在传输技术1、空中接口协议结构层(层2)和网络结构2等方面都发生了革命性的变化。三、 LTE国内外商用情况Teliasonera于2009年年底在斯德哥摩尔、奥斯陆部署的LTE网络，是全球首个商用LTE网络。根据GSA最新数据统计，截至2012年3月，全球95个国家共计301个运营商投资建设LTE网络，32个国家的57个LTE网络实现商用，81个国家的242个运营商承诺部署LTE。其中，目前有4个国家的5个运营商的TD-LTE网络实现商用，主要有沙特STC和Mobily、波兰Aero2(TDD+FDD)、巴西Sky和日本软银。GSA预计，到2012年年底，有56个国家128个LTE网络实现商用。这些数据表明全球移动通信的竞争已经逐步转移到下一代的网络技术，同时也说明了全球LTE发展进程不断加速，移动通信网络的布局演进牵动着越来越多的运营商的注意力。2009年年中至2010年年中，我国工业和信息化部组织、北京移动承建，在北京怀柔和顺义建设完成多厂家、多基站的TD-LTE技术验证外场，并进行了较为完备的外场测试。2010年4月，中国移动在上海世博园开通了TD-LTE世博示范网，初步展示了TD-LTE端到端解决方案7。2010年11月，中国移动在广州亚运会赛会区域建设了TD-LTE亚运示范网，期间推出了LTE业务体验区，借助亚运会的舞台，推动了TD-LTE国际化发展，同时加大了对LTE系统端到端设备的测试和验证工作，进一步促进了国内和国际厂商的技术成熟。2010年年底工信部批复在广州、深圳、上海、杭州、南京、厦门6个城市开展TD-LTE规模技术试验网建设。此试验属于新一代宽带无线移动通信网国家重大专项，由工信部统一部署，中国移动配合完成规模技术试验网网络建设、优化、维护管理及相关测试工作。中国工信部于2013年12月4日向中国移动通信集团公司、中国电信集团公司和中国联合网络通信集团有限公司颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（TD-LTE）”经营许可。中国移动获得130MHz频谱资源，分别为1880-1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中国联通获得40MHz频谱资源，分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中国电信获得40MHz频谱资源，分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。第三节 本章小结第一章首先介绍了移动通信发展历史及趋势，随后介绍LTE移动通信系统的技术目标、LTE标准进展以及LTE国内外商用情况。第二章 TD-LTE无线网络规划基础第一节 TD-LTE基本原理一、 LTE网络结构LTE系统同3GPP既有系统相似，核心网与无线接入网依然遵循着其发展原则，空中接口在无线接入网终止。因此，核心网与无线接入网的逻辑关系依然存在，核心网与无线接入网的接口也仍旧清楚。LTE系统从整体上说与3GPP系统类似，系统架构也可分为两部分，如图所示，一个是演进后的接入网E-UTRAN，一个是演进后的核心网EPC（即途中的MME/S-GW）。LTE网络结构特点如下： LTE定义的是一个纯分组交换网络，为UE与分组数据网之间提供无缝的动IP连接。 一个EPS承载是分组数据网关与UE之间满足一定QoS要求的IP流。 所有网元都通过标准接口连接，满足多供应商产品间的互操作性。图2.1 LTE系统结构E-UTRAN与UMTS网络不同的是，它的网元设备仅由eNB构成，从而形成了更扁平化的网络结构。eNB提供终止于UE的控制面和用户面协议。用户面协议包括无线链路控制（RLC）协议、分组数据汇聚（PDCH）协议、物理层（PHY）协议、媒体接入控制（MAC）协议等；控制面主要包括无线资源控制协议等。eNB与EPC之间通过S1接口相连，eNB之间则通过X2接口互联。二、 TD-LTE帧结构对于TDD系统来说，因为上下行是同一工作频率，所以帧结构需要同时给出上下行占用资源的时间和位置等信息。一个无线帧至少包括下行传输、上行传输和保护间隔（GP，Guard Period）三部分。GP位于下行转换为上行的时刻，主要作用是保护下行信号对上行信号的干扰。TD-LTE物理层帧结构如图2.2所示：10ms的无线帧包含两个半帧，长度各为T=5ms。每个半帧包含5个子帧，长度为1ms。图2.2 TD-LTE物理层帧结构图对于TDD，上下行在时间上分开，载波频率相同，即在每10ms周期内，上下行总共有10个子帧可用，每个子帧或者上行或者下行。TDD帧结构中，每个无线帧首先分割为2个5ms的半帧，可以分为5ms周期和10ms周期两类，便于灵活地支持不同配比的上下行业务。在5ms周期中，子帧1和子帧6固定配置为特殊子帧；10ms周期中，子帧1固定配置为特殊子帧。没一个子帧由DwPTS、GP和UpPTS3个特殊时隙组成，其帧结构特点如下： 上下行时序配置中，支持5ms和10ms的下行到上行的切换周期； 对于5ms的下行到上行切换周期，每个5ms的半帧中配置一个特殊子帧； 对于10ms的下行到上行切换点周期，在第一个5ms子帧中配置特殊子帧； 子帧0、5和DwPTS时隙总是用于下行数据传输。UpPTS及其相连的第一个子帧总是用于上行传输。特殊子帧的配置见表2.1：表2.1 特殊子帧配置表特殊子帧配置常规循环前缀扩展循环前缀DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS0310138119483210392311210141213725392826939171028111相对于FDD系统，TDD系统可以更灵活地配置具体的上下行资源比例。对于5ms周期的帧结构，即两个半帧时隙比例一致，包括以下4种配置： 配置0： 1DL+DwPTS+3UL; 配置1： 2DL+DwPTS+2UL; 配置2： 3DL+DwPTS+1UL; 配置6： 3DL+2 X DwPTS+5UL;对于10ms周期的帧结构，即两个半帧时隙比例不一致，包括以下3种配置： 配置3： 6DL+DwPTS+3UL; 配置4： 7DL+DwPTS+2UL; 配置5： 8DL+DwPTS+1UL; 配置7： 保留; 具体时隙配置见表2.2：表2.2 上下行时隙比例配置表上下行配置上下行转换周期子帧号012345678905msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD第二节 TD-LTE关键技术一、 OFDMOFDM是MCM Multi-Carrier Modulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道间相互干扰ISI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相干带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易8。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM，W-OFDM，F-OFDM，MIMO-OFDM，多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。在过去的频分复用(FDMA)系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。OFDM系统的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换（FFT/IFFT）实现调制和解调。对于N点的IFFT运算，需要实施N2次复数乘法，而采用常见的基于2的IFFT算法，其复数乘法仅为（N/2）log2N，可显著降低运算复杂度。在OFDM系统的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的ISI。其方法是在OFDM符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在FFT周期内OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生ISI。由于OFDM技术有较强的抗ISI能力以及高频谱效率，2001年开始应用于光通信中，相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。二、 MIMOMIMO(多入多出)是多天线技术的一种,其基本特征是在通信的发射端和接收端均使用多个天线。MIMO是单纯的空间分集与空间复用技术的进一步演进形式,其理论支撑是空时信号处理技术。空间分集是指发射端使用多天线重复发送或在接收端使用多天线接收相同数据的不同副本,其优点是提高无线通信信号的信噪比,提升无线传输系统的信号质量。空间分集如图1所示。在实际中,接收分集比发射分集应用得更为广泛。空间复用是指发射端使用多天线并行发送且在接收端使用多天线接收多路不同数据,其优点是提高无线通信的传输速率,大幅度提升无线传输系统的信道容量。在LTE R8标准中下行支持1、2、4天线发射，终端侧2、4天线接收，下行可支持最大4层（Layer）传输。上行只支持终端侧单天线发送，基站侧最多4天线接收。LTER8的多天线发射模式包括开环（Open loop）MIMO、闭环（Closed loop）MIMO、波束赋形（Beamforming，BF）以及发射分集1. LTE中的下行MIMO技术LTE系统下行链路可用的MIMO方式如下: 控制信道的发射分集：采用开环发射分集方案SFBC，CDD，时间（频率）变换发射分集、预编码发射（或自适应波束赋形）。 业务信道的MIMO波束赋形方式：支持的模式有多流的空间分集复用、波束赋形、单流的反射分集及MIMO波束赋形；使用心痛的时间一频率（编码）资源且不依赖CRC检验的独立信道编码的多码字传输；采用预编码方式（归一的或非归一的、基于码本或非码本的）；支持秩的自适应与天线子集的选择，由于Rank资源不足将影响多天线系统的性能，为了更好地和链路匹配，需要采用Rank自适应技术。世纪三，Rank自适应属于链路自适应技术，根据信道条件，使用高阶Rank时，可以规避潜在的性能损失。 支持EMBMS的MIMO，由于不便于实现UE灵活的反馈机制，通常会选择性能接近的开环发射分集空间复用（包括单码字和多码字）方式。2. LTE中的上行MIMO技术MIMO技术在LTE中应用时，其上行天线常配置为一根发送天线和两根接收天线，即12配置。为了避免终端实现过于复杂，目前对于上行并不支持两根天线同时使用在同一个终端进行信号发送。因此，在现阶段，上行仅仅支持上行天线选择、多用户MIMO两种方案。对于FDD LTE，存在开环和闭环两种天线选择方案。但是，在TDD模式下，由于上行与下行信道之间的对称性，这样基于下行MIMO信道估计的上行天线选择可以运行。通常，存在两种最优天线选择准则：一种是通过最大化多天线提供的分集来提高传输质量；另一种是通过最大化多天线提供的容量来提高传输效率。上行多用户MIMO是一个虚拟的MIMO系统，即每一个终端均发送一个数据端，但至少有两个以上的数据流占用同一时频资源，这样从接收机来看，这些来自不同终端的数据流可以被看做来自同一个终端上不同天线的数据流，从而构成一个虚拟的MIMO系统。利用多天线所提供的多个信号的自由度来复用多个移动台的数据就是虚拟MIMO技术的本质所在。在LTE系统中，用户之间不能相互通信，所以该方案必须由基站统一调度。虚拟MIMO系统11为空间维度资源的开发提供了可能。为了充分利用空间维度资源分配的自由度，增大系统的多用户分集增益，需要挑选出适当的用户，配对成虚拟的MIMO链路。好的配对算法可以最大化虚拟MIMO的信道容量，从而达到提高系统吞吐量的目的。目前已提出了若干相应的配对算法，包括随机配对、正交配对和基于路径损耗和慢衰落排序的配对3种方案： 随机配对随机配对即随机挑出两个用户组成一对，这种配对计算复杂度低，但信道矩阵特性无法合理利用，信道容量也无法得到最大化。 正交配对主要有以下三步：第一步，任意选择用户，通过 Round Robin 或其他调度算法得到；第二步，计算该用户与所有其他用户配对后的正交因子；最后，把该用户与正交因子最大的完成配对。此方法对用户之间的配对干扰大量减少，但是由于选择正交用户计算量大，导致过于复杂。 基于路径损耗和慢衰落排序的配对首先排序慢衰落值与用户路径损耗的和，然后对排序后的相邻用户进行排序，这种配对方法简单易行。在路径损耗和慢衰落变化较慢、用户移动缓慢的情况下，可使用户重新配对的频率大幅度降低。同时，由于配对用户的路径损耗加慢衰落的值相近，所以也降低了用户产生“远近”效应的可能性。该方案的缺点是，配对用户信道相关性可能较大，配对用户之间的干扰可能会比较大12。三、 链路自适应链路自适应（Link Adaptation，LA）能够动态跟踪信道变化，根据信道信息确定当前信道的容量，进而确定传输的信息的发送功率、编码速率、符号速率、和编码方式调制的星座图尺寸和调制方式等参数，因此可以在保持恒定发射功率下，最大限度地发送信息，实现更低的误码率，同时减轻对其他用户的干扰，满足不同业务的需求，提高系统的整体吞吐量6。由于无线信道的不断变化，需要通过调度、自适应调制编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）、功率控制、混合自动请求重传（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）等技术适应信道的特性，灵活调整系统配置。对于移动通信系统，由于信道和终端位置的不确定性，终端甚至要在多个基站之间至今进行选择，并和其他终端竞争接入，这就大大增加了移动通信的物理过程的复杂性。要实现新一代无线通信的高速传输的要求以及多种业务的支持能力，必须考虑LA技术。LA技术包括AMC、HARQ、动态功率控制等技术。1. AMCAMC技术针对时刻变化的信道条件，能够动态地、选择恰当的调制编码方式。AMC技术使系统适应时刻变化信道条件的能力得以加强，在LTE FDD中，信道条件是根据接收机的反馈信息进行评估的；而在TD-LTE系统中，可根据信道的互易性，直接将上行估计结果用于下行链路。为了优化系统参数，发射机和接收机必须收集一系列随时间变化的信道统计参数，如自动增益的控制、调制和编码格式、信道估值滤波器、信号功率以及信号带宽等。如果信道变化太快，选择的信道参数将不能匹配信道实际情况，所以信号变化缓慢是自适应传输方案实施的前提。因此，该技术仅可用于多普勒扩展不大的情况。AMC在OFMC这样一个多载波系统中应用时，还需要考虑这样一个重要的问题，是否需要对一个用户的不同频率资源块采用不同的AMC（RB-dependent AMC）理论上，考虑到频率选择性衰落的影响，相比在所有频率资源上采用同等AMC配置，这种方法理论上能取得更好的性能。但在系统假设和实际的评估模型下，通过仿真发现，这种方法不仅没有带来的显著增益，反而有额外的信令开销。因此，TD-LTE最终采RB-dependent AMC的方式。也就是说，在一个TTI(Transmission Time Interval)内，对于某一用户的某一数据流，一个层2的PDU应只使用一种调制和编码格式，当然，在MIMO的不同流情况下，可以采用不同的AMC组合。需要说明的是，AMC的操作和频率调度、功率控制、HARQ、MIMO预编码等技术是密不可分的，它们都是为了适应信道的变化、提高系统容量而采用的自适应技术。它们可以共享一部分反馈信息。例如，在AMC和频域调度都可以基于信道质量信息（CQI反馈来实现）。2. HARQ通过采用基于自动重传请求（ARQ）和前向纠错（FEC）等差错控制方法，可以降低系统的误码率，从而能够克服无线移动多径衰落和信道时变对信号传输的影响，确保服务质量。FEC方案相比于ARQ方案，其产生的时延较小，但降低了系统吞吐量；ARQ方案相比于FEC方案，其编码虽不冗余，但其产生的时延较大，不利于提供实时服务。通过比较分析，克服两者的缺点，合并两者的优点，就产生了HARQ方案；HARQ方案使一个FEC子系统存在于一个ARQ系统中，如果FEC子系统的纠错能力可以实现纠错功能，则不需启用ARQ系统；当FEC子系统不能正常纠错时，ARQ系统反馈信道请求重发错误码组。HARQ方案具有更高的系统性和更高的系统吞吐量。四、 小区间干扰控制LTE系统下行OFDMA多址方式使本小区内的用户信息均承载在相互正交的不同载波上，因此，大部分干扰都来自于其他小区。对于小区中心的用户来说，其本身离基站的距离就比较近，而外小区的干扰信号距离又较远，则其信干比（SIR）相对较大；但是对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样载波资源的用户对其干扰比较大，加之本身距离基站较远，其信干比相对就较小。这就导致了虽然小区整体的吞吐量较高，但是小区边缘的用户服务质量却较差，吞吐量较低。因此，在LTE系统中，十分重视小区间干扰问题的解决。3GPP讨论的LTE系统小区间干扰抑制技术主要有3种解决方式，即小区间干扰随机化、小区间干扰删除和小区间的干扰协调与避免。小区间干扰随机化就是要将干扰信号随机化，这种随机化不能降低干扰的能量，但是能够通过加扰的方式将干扰信号随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰。因此，又称为“干扰白化”。干扰随机化主要包括小区专属加扰和小区专属交织两种方法。小区专属加扰即在信道编码后，对干扰信号随机加扰。小区专属交织，即在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织，也称为交织多址技术（IDMA）。对于干扰随机化而言，小区专属交织和小区专属加扰可以达到相同的系统性能。此外，还可以考虑在不同小区采用不同的跳频图案来取得干扰随机化的效果。经过多次讨论，LTE系统最终决定采用504个小区扰码进行干扰随机化。小区间干扰删除的原理是对小区内的干扰信号进行某种程度的解调甚至解码，然后利用接收机处理增益从接收信号中消除干扰分量。LTE系统主要考虑了干扰抑制合并（IRC）和基于交织多址（IDMA）的迭代干扰删除两种干扰删除方法。IDMA干扰技术的主要优势在于，对小区边缘的频率资源没有限制，相邻小区即使在小区边缘也可以使用相同的频率资源。因此，系统可以获得更高的小区边缘频谱效率和总频谱效率。其局限性主要在于小区间必须保持同步，目标小区必须知道干扰小区的导频结构，以完成干扰信号的信道估计。对于要进行小区间干扰删除的用户，必须给其分配相同的频率资源。因此，LTE标准最终没有采用IDMA这种技术，而仅仅考虑了采用IRC接收这种不需要标准化的技术以获取基本的干扰删除效果。干扰协调又称为“软频率复用”或“部分频率复用”。这种方法是将频率资源分为若干个复用集，小区中心的用户可以采用较低的功率发射和接收，即使占用相同的频率也不会造成较强的小区间干扰（ICI），因此被分配在复用系数为1的复用集；而小区边缘的用户需要采用较高的功率发送和接收，有可能造成较强的ICI，因此被分配频率复用系数为N的复用集。软频率复用技术能够有效解决干扰协调与避免的问题，但是这种技术的缺陷主要体现在小区边缘的频率资源的复用效率受到限制，难以支持大量用户和很高的数据速率。对比上面介绍的几种对于LTE系统的干扰抑制方案进行如下比较：（1）干扰随机化技术继续沿用CDMA系统成熟的加扰技术，比较简单可行。但面临的问题是将干扰视为白噪声处理，可能会造成由于统计特性不同而带来的测量误差。（2）干扰删除技术可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务（如Volp）则不太适用。（3）干扰协调/避免则是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务，并且对于干扰抑制有很好的效果，适合于OFDMA这种特定的接入方式，但是在提高小区边缘用户性能的同时会带来一定的小区整体吞吐量损失。上述3种小区间的干扰抑制方法可以相互结合，相互补充，以获得更高的系统增益。五、 多媒体广播业务广播和多播是从一个数据源向多个目标传输数据的技术。在传统移动网络中，小区广播业务（Cell Broadcast Service，CBS）将低比特率数据通过小区共享广播信道发送给所有用户，但越来越多的多媒体业务，如视频会议、视频点播、网上教育、电视点播等，要求多个用户能同时接收相同数据。相比于一般数据，这些多媒体业务具有数据量大、持续时间长、时延敏感等特点，但由于移动网络具有特定的功能实体、网络结构以及无线接口，传统的IP组播技术并不适用于移动网络。为了有效地利用移动网络资源，3GPP在3G标准的R6标准中引入了多媒体广播多播业务（Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS），在移动网络中提供一个数据源向多个用户发送数据的点到多点业务，实现网络资源共享，提高网络资源的利用率，尤其是空中接口资源。在R6/R7中，MBMS功能是通过在3G系统中增加新的功能实体广播组播业务中心（BM-SC）来提供与管理MBMS业务，并在已有的功能实体上（包括GGSN，SGSN，BSC/RNC和UE）增加对MBMS业务的支持，因此只是对3G系统的一种功能扩展。在3GPP的R9版本中，对增强型MBMS(eMBMS)进行了标准化，定义了完整的逻辑架构。完整的eMBMS架构包括MBMS逻辑实体和动态管理（MCE）功能实体，以及相关的控制面、用户面接口，其中MBMS逻辑实体在核心网中定义，动态管理（MCE）功能实体在接入网中定义。这种完整而独立的逻辑架构，对于灵活部署MBMS各部分功能方便易行，对MBMS的性能提升及资源优化有一定帮助。第三节 TD-LTE网络规划特点TD-LTE与2G/3G系统相比，无论是网络结构、物理层技术、调度算法等都发生了巨大变化，这些变化也导致它和以往的3G系统的网络规划有所不同。网络规划的流程与3G系统相似，但TD-LTE在网络需求分析、频率规划、规模估算（包括覆盖和容量估算）、网络仿真和参数规划方面与3G存在较大差异，TD-LTE的技术特点在小区边界用户频率规划、用户和业务模型以及仿真上体现较为明显。一、 需求分析2014年是4G（既LTE）高速发展的时期，各个运营商都拿到了4G运营牌照。都开始建设4G网络，以满足市场对信息交换的需求。在TD-LTE引入时，既有的2G/3G网络正在为公众提供成熟的移动服务。与新建一张移动通信网不同，TD-LTE不是对原有网络的替代，在规划时就必须考虑与现有网络的协同关系。在引入初期，TD-LTE的定位首先是解决热点区域的高速、大流量的业务需求；另外，规划TD-LTE的覆盖区域不宜太零散，应保证一定区域内连续覆盖，避免用户使用业务时过多的系统间交互。在TD-LTE网络规划时，需要考虑以下几点：部署场景，覆盖区域选择应结合室内和室外热点区域，综合考虑确定TD-LTE覆盖区域，优先考虑室外热点区域和室内热点区域重合的区域。新业务引入，TD-LTE的高速、高清、高带宽和大容量等性能，使得诸多在3G时代不可能完成的任务也可以承载如高清视频下载、3D高清游戏等，实现视频传送、集团客户应用等新业务的引入需要在TD-LTE网络规划阶段予以考虑。新KPI要求，TD-LTE无线信号电平覆盖指标常采用参考信号接收功率来表征，除信号电平、信号质量与数据速率外，由于同频组网时小区间的干扰对处于小区边缘的用户影响较大，小区边缘用户速率也成为无线网络规划时重点关注的指标。用户模型，随着移动互联网业务的迅猛发展以及智能终端的普及，宽带业务呈现移动化趋势。LTE网络将承载更多的高带宽业务，单用户数据业务流量比现有2G/3G网络中的单用户数据业务流量会有明显的提升。多模终端，TD-LTE的显著优势在于提供高速的数据业务，然而对语音业务的支持却在发展初期时考虑不足。多模终端的成熟商用进程会影响到TD-LTE用户（尤其是手持终端用户）的发展，在业务规划中需要加以考虑。二、 频率规划3种主流的3G制式都是基于CDMA的的系统，CDMA技术通过码字来区分用户、让用户共享载频资源；而TD-LTE系统则是基于OFDM/OFDMA多载波调制技术的系统，通过时间或频率子带来区分用户。因此，TD-LTE系统要解决小区间的干扰，其频率规划就一定要考虑到如何将有限的频段合理分配和复用。协议规定TD-LTE系统可支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽的灵活配置。因此，与固定带宽的3G网络频率规划不同，TD-LTE网络频率规划首先要确定系统工作带宽。使用较大的带宽有利于优化OFDM的多用户频选调度性能，因此在频谱资源允许的情况下，首先考虑采用大带宽进行组网部署。另一方面，TD-LTE可选工作频段较多，在建网初期即可能使用多个分离的频段，部分频段与TD-SCDMA共用，因此在频率规划中需要考虑与TD-SCDMA无线网络的频率协调与干扰问题。截至2011年3月底，75个国家的196个运营商计划部署LTE网络，包括140个商用网络和56个试验网络。已经部署的LTE FDD商用网络共有18个（位于12个国家），TD-LTE网络共4个。FDD网络主要集中在2.6GHz频段（11个）、70