Ｂ１目上任，Ｚ小 ｌ怀，臣１‘ ＴＤ．ＬＴＥ室外频率组网方案的仿真和测试 徐宇强，吕锦扬，聂磊，张宇峰 （中国移动通信集团广东有限公司广州分公司，广州５１ ｏ６３１） 摘 要 目前ＴＤ—ＬＴＥ可用的频率资源有限，由于ＴＤ—ＬＴＥ支持不同的系统带宽，因此在组网中存在不同的频率组网 配置方案。本文通过仿真和现场测试，对ＴＤ ＬＴＥ的同频、异频、ＦＳＦＲ等不同频率组网下的网络性能进行了 研究，对比不同组网方式下网络ＫＰＩ指标，给出ＴＤ—ＬＴＥ的组网建议，为后续ＴＤ—ＬＴＥ大规模网络规划、优 化提供一些有益的借鉴。 关键词ＴＤ—ＬＴＥ｛同频组网｛异频组网；ＦＳＦＲ ＴＮ９２９．５ 文献标识码Ａ 文章编号１００８—５５９９（２０１２）０７—００３３—０４ 中图分类号１ 前言 按３ＧＰＰ协议规定，ＴＤ—ＬＴＥ支持１．４～２０ＭＨｚ 信部的批复，ＴＤ—ＬＴＥ规模技术试验使用的频率为 ２５７５～２６１５ＭＨｚ，共４０ＭＨｚ。因此主流的频率组网方 案包括同频组网、异频组网和频率移位频率重用（ＦＳＦＲ， Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ）等： 同频组网：１×２０ＭＨｚ，单频点，另外一个频点可 载波带宽的灵活配置，因此在组网中存在不同的频率组 网方案。在有限的频谱资源下如何选择频率组网方案， 获取更高的网络性能，保证小区的业务性能和用户的应 以后续扩容； 异频组网：２×２０ＭＨｚ、４×１０ＭＨｚ； ＦＳＦＲ组网：３×２０ＭＨｚ（重叠１ＯＭＨｚ）、５×２０ＭＨｚ （重叠ｌ５ＭＨｚ）。 用体验是亟待研究和解决的问题。 ＴＤ—ＬＴＥ系统的网络性能，特别是业务速率性能 主要受ＳＩＮＲ（信号与干扰加噪声比）的影响。根据不 同的无线环境质量，ＴＤ—ＬＴＥ协议制定了２９种编码调 我们在广州珠江新城规；漠技术试验网选择部分站 点，通过网络仿真和现场测试两种方法对不同的频率组 网方案进行研究和对比。 制方案，分别定义在特定的信噪比下，采用的编码方式 和调制方式。不同的无线传播环境下系统性能相差最多 可达几十倍。而在相同的网络结构条件下，不同的频率 组网方案决定了整体的网络干扰水平。 ２网络仿真 根据理论研究，带宽越大，基于ＯＦＤＭ的多用 户频选调度性能越好。为了提高数据速率，一般建 ２．１仿真的方法及条件 议采用１０ＭＨｚ以上大带宽进行组网部署。按照工 收稿日期：２ｏ１ ２—０６一ｏ５ 网络仿真采用中国移动设计院开发的ＴＤ—ＬＴＥ仿 －２０１２年第７期・ ３３ 真软件ＡＮＰＯＰ，对不同频率组网方案的网络接人性能 和吞吐量等指标进行了仿真分析。仿真区域共１１９个 基站，３０５个小区，所选区域为密集城区，总覆盖面积 １８．４４ｋｍ ，平均站点密度为６．４５站／ｋｉｎ ，平均站间 距４２３ｍ，采用在实际路测校正后的ＳＰＭ模型，公式如 下（其中Ｋ４和Ｋ６为零）： Ｌｍｏｄｅｌ＝２２．２＋４６．１ ３１ｇ（ｄ）＋５．８３１ｇ（Ｈｒ 。ｆｆ）一６．５５１ｇ（ｄ） ｌｇ（ＨＴｘｅｆ）＋Ｋｃｌ ｔｔ。 Ｘ：（ｃｌｕｔｔｅｒ） 主要仿真参数如表１所示。 表１ 系统仿真参数表 参数 ＣＦＩ配置 ２ 仿真结果分析： ２０ＭＨｚ同频组网方式下，由于干扰较大，所以用 户的接入失败数量较多； 在异频组网时，随频点数量增加，覆盖区域内的 ＳＩＮＲ的提高，用户的上下行接入成功率均逐步提高； ＦＳＦＲ组网时，由于不同小区的ＰＤＳＣＨ随中心频 点相互错开，下行的接入性能接近异频组网；但由于在 上行时用户间的干扰比较大，上行激活和接人的成功率 均明显低于异频组网，且频点数增加导致子载波重叠的 比例增加，接人性能随之下降。 １８ ｌ６ １４ ～ 取值 上下行时隙配比 特殊子帧配比 ２：２ １０：２：２ １２ １０ ８ ６ ４ 一 每扇区用户数 阴影衰落 穿透损耗 ｌ０ 对数正态分布，标准差８ｄＢ ２０ｄＢ ２ Ｏ ＼ ＼ ． ＼ ． ＝・ ＼ ＼ ． ， 一 ＼ ∥ ＼＼＼＼∥ ＼：＝＝ ＝／ ・ ・ ● ， Ｉ ● ２０Ｍ同频移动台移动速度 基站天线增益 ３ｋｍ／ｈ １５．６ｄＢｉ ２×２０ＭＨＺ ４×１０ＭＨＺ ３×２０ＭＨＺ ５×２０ＭＨｚ 异频 异频 一１０ＦＳＦＲ一１５ＦＳＦＲ ＋覆盖失败 ＵＥｔｇ例 ＋上行激活失败ＵＥ比例 ＋下行激活失败 ＵＥ比例 移动台天线增益ＵＥ最大发射功率 ｅＮＢ最大发射功率多天线模式 ０ｄＢｉ ２３ｄＢｍ ４６ｄＢｍ 自适应ＭＩＭＯ ＋上行接入失败 一下行接入失败 ＵＥＬｋ例 ＵＥ比例 图１接入性能仿真结果 根据仿真结果，网络总体为上行受限，因此接人性 ２．２接入成功率仿真结果及分析 由于不同频率组网方案的网络覆盖性能完全一致， 因此接人性能主要取决于网络的信号质量（ＳＩＮＲ）及 能异频组网优于ＦＳＦＲ，ＦＳＦＲ优于同频组网，且在异 频组网环境下，接人性能随频率数量的增加而提高。 ２．３吞吐量仿真结果及分析 小区的可用资源。各种频率组网方案中各种类型接入失 败的仿真结果如图１所示（单位：％）。 吞吐量仿真结果如表２所示。 仿真结果分析： 表２吞吐量仿真结果 小区平均吞吐量 频率利用率 小区边缘吞吐量 边缘频率利用率 组网方式 （Ｍｂｉｔ／ｓ） 上行 下行 （ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌ１） 上行 下行 （Ｍｂｉｔ／ｓ） 上行 下行 （ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌ１） 上行 下行 ２０ＭＨｚ同频 ２ Ｘ ２０ＭＨｚ异频 ４×ｌ０ＭＨＺ异频 ３ Ｘ ２０ＭＨＺｌｌｌ０ＦＳＦＲ ５ Ｘ ２ＯＭＨｚｌ ５ＦＳＦＲ ３．１１７０ ５．６５６ｌ ５．０７０９ ５．７３３６ ５．１５４８ ｌ１．１４５１ １７．３３９１ １３．３２１５ ｌ７．４５６６ １６．７２６０ ０．１５５８ ０．１４１４ ０．１２６８ ０．１４３３ ０．１２８９ ０．５５７３ ０．４３３５ ０．３３３０ ０．４３６４ ０．４１８２ ０．０８０８ ０．０９８ｌ ０．１４００ ０．１０１４ ０．０７３８ ０．４２６６ ０．５２８８ ０．６５９２ ０．４５５３ ０．３８６５ ０．００４０ ０．００２５ ０．００３５ ０．００２５ ０．００１８ ０．０２１３ ０．０１３２ ０．０１６５ ０．Ｏ１１４ ０．００９７ ３４ ・２０１２年第７期・ ２０ＭＨｚ同频组网可获得最高的频率利用率和边缘 频率利用率； 据以上三者可以计算各点对应的ＳＩＮＲ值，最后得出相 应的上行传输速率。同样的，可以根据用户业务对干扰 的抬升，推算出加扰情况下的上行ＳＩＮＲ值，从而得到 不同负载情况下的上行传输速率等网络性能。 用以上方法得到的速率通常高于实际系统中测量的 数据，主要原因在于扫频仪给出的始终都是最好的小区 异频组网的网内干扰较低，可获得最高的小区平均 吞吐量和边缘吞吐量，异频组网频点数量减少时小区边 缘吞吐量下降，频点数量增加时小区平均吞吐量下降； ＦＳＦＲ的的小区平均吞吐量性能接近异频组网方式， 但边缘吞吐量较低，ＦＳＦＲ的频点数量越多，边缘吞吐 量的下降越明显。 根据仿真结果，异频组网和ＦＳＦＲ的小区平均吞 吐量优于同频组网，异频组网的小区边缘吞吐量优于 测量得出ＳＩＮＲ值，但在实际系统中，由于为了防止乒 乓切换，切换过程中ＵＥ的服务小区可能不是最优的小 区；小区切换时会有切换时延，期间无法传输数据；逆 向拟合是假设数据是足够的，想发就有数据可发的理想 状态。而在实际系统中，由于服务器原因和ＴＣＰ层反 馈原因，可能会存在服务器给出的流量不够的情况。但 ＦＳＦＲ和同频组网，同频组网的频率利用率最佳。 ３现场测试 这些在不同频率组网的系统中对网络性能的影响是基本 一致的，因此在研究不同组网模式的性能对比时，逆 ３．１测试方法 由于现有终端对异频的支持不好，直接进行测试无 向拟合方式得到的数据具有较大的参考意义。由于在 ＦＳＦＲ中，不同的子载波的ＳＩＮＲ不相同，无法采用逆 法准确对比不同频率组网下的网络性能。我们通过采 用扫频仪对不同组网方式下的ＲＳＲＰ和ＳＩＮＲ进行测 量，通过逆向拟合推导接人成功率、网络容量等关键 指标，从而得到不同频率配置情况下的网络性能。具 体方法如下： 向拟合的方式进行计算，因此在现场只完成了同频和异 频的性能测试。 现场选取仿真区域的东南角作为测试区域，测试区 域共１８个基站，２６个小区，所选区域为密集城区。同频 组网下各相关参数配置已经过充分优化，在异频组网下同 根据ＴＤ—ＬＴＥ协议的规定，网络中的下行传输速 率是终端的ＳＩＮＲ决定的。ＳＩＮＲ越高，信道环境越好， 就可以使用更高的码率和更高的调制方法。不同的平均 ＳＩＮＲ对应于不同的有效传输速率，这个对应关系可由 系统仿真确定。现场扫频仪可以测出每个点的ＳＩＮＲ值， 对应得出各点的传输速率，最终计算出全网的平均下行 ｅＮｏｄｅ Ｂ的不同小区尽量采用不同频点，存在切换关系 的小区，切换优先级最高的小区也尽量配置不同频点。 ３，２吞吐量测试结果分析 测试结果分析： 在空载时，２０ＭＨｚ同频组网可获得最高的频率利 用率； 速率。在下行的测量中，可通过系统模拟加载的方式对 不同负载情况下的ＳＩＮＲ进行测量，从而得到不同负载 情况下的下行传输速率等网络性能。 ２×２０ＭＨｚ异频组网的网络干扰较低，网络的容量 和用户接人性能最佳，加载时２ Ｘ ２０ＭＨｚ异频组网的边 缘频率利用率最高； 对于上行，无法直接测得各点对应的ＳＩＮＲ，因此 我们根据不同的组网方式，计算出相应的下上行干扰抬 ４ Ｘ ｌ０ＭＨｚ异频组网的网内干扰最低，其边缘频率 利用率与２０ＭＨｚ同频组网的相当，但由于单小区带宽 升值；利用测试得到的ＲＳＲＰ值计算出空间的路径损耗； 根据基站配置，计算出上行的发射功率（如果发射功率 大于ＵＥ最发发射功率，按照最大发射功率计算）。根 太低，导致系统的峰值速率较低。 根据测试结果，不同的频率组网方案可应用于不同 的网络场景：在建网初期，用户数量不多的场景下可通过 ３５ ・２０１２年第７期・ 表３吞吐量测试结果分析 小区平均吞吐量 加载情况 组网方式 （Ｍｂｉｔ／ｓ） 上行 频率利用率 （ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌ１） 上行 下行 小区边缘吞吐量 （Ｍｂｉｔ／ｓ） 上行 下行 边缘频率利用率 （ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ／ｃｅｌ１） 上行 下行 下行 ２０ＭＨｚ同频 空载 ２ｘ２０ＭＨｚ异频 ４ｘｌ０ＭＨｚ异频 １５．４ ３７．１ ４３．６ ２２．２６ ０．７７０ ０．３９５ ０．２０３ １．８５ １．０９ ０．５５ ５．３ ５．９ ３．３ ５．６ ７．８ ４．９ ０．２６５ ０．１４８ ０．０８３ ０．２８０ ０．１９５ ０．１２３ ｌ５．８ ８．１ ２０ＭＨｚ同频 ７Ｏ％加载 ２ｘ２０ＭＨｚ异频 ４ｘｌ０ＭＨｚ异频 ９．４ １２．１ ７．６ ｌ８．４ ３６．６８ ２２．１３ ０．４７０ ０．３０３ ０．１９０ ０．９２ ０．９１ Ｏ．５５ １－８ ４．８ ３．１ １．４ ５．８ ３．８ ０．０９０ ０．１２０ ０．０７８ ０．０７０ ０．１４５ ０．０９５ 同频组网降低频谱资源的占用，降低投资风险；当网络用 户和业务量增加后，采用２ Ｘ ２０ＭＨｚ异频组网，可以获得 较佳的网络性能；４×１０ＭＨｚ异频组网可用于大型场馆 等干扰较大但对单用户峰值速率要求不高的特殊场景。 根据仿真结果，ＦＳＦＲ在接人性能和吞吐量均没有 明显优势，且由于ＦＳＦＲ导致频谱使用不均匀，将为网 络规划和优化带来较大的实际困难。 目前ＴＤ—ＬＴＥ网络频率组网方案的性能和应用仍 受限于产业的发展，如系统设备和终端对系统带宽的支 ４初步结论及应用建议 在不同频率组网方案的对比中，网络系统仿真和 现场测试的结果基本一致。因此，在采用Ｄ频段共 ４０ＭＨｚ频率组网的情况下，同频组网、异频组网和 ＦＳＦＲ方案的对比如下： 持能力、系统设备和终端对同频段异频点／异频段异频 点切换功能的支持能力、半静态／动态ＩＣＩＣ等干扰抑制 技术的实现、智能天线的应用及实现等。因此，仍需要 在实际网络中对不同的频率组网方案进行不断的测试和 优化，才能找到适合ＴＤ—ＬＴＥ技术的频率组网方案。 同频组网的频率利用率最高，且用户数不多的情况 下网络性能较好，因此在建网初期，用户数量不多的场 景可广泛使用，降低频谱资源的占用，降低投资风险； 异频组网可获得较佳的网络接人性能和吞吐量性 能，其中２ Ｘ ２０ＭＨｚ异频组网适用于用户和业务量较多 的一般场景，４ Ｘ １０ＭＨｚ异频组网可用于大型场馆等干 扰较大但对单用户峰值速率要求不高的特殊场景； 参考文献 …１ ３ＧＰＰ ＴＳ；５６．２ １ ３ Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ（Ｅ－－ＵＴＥＡ）： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ［Ｓ］． 【２】郑侃，赵慧，王文博．５Ｇ长期演进技术与系统设计【Ｍ】．北京： 电子工业出版社． 【５】胡宏林，徐景．５ＧＰＰ ＬＴＥ无线链路关键技术【Ｍ］．北京：电子 工业出版社． ［４］周恩，张兴，吕召彪，孙宇昊．下一代宽带无线通信０ＦＤＭ＆ ＭＩＭＯ技术【Ｍ］．北京：人民邮电出版社 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ＴＤ－－ＬＴＥ ｏｕｔｄｏｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ・－ｐｌａｎｎｉｎｇ ＸＵ Ｙｕ—ｑｉａｎｇ，ＬＶ Ｊｉｎ－ｙａｎｇ，ＮＩＥ Ｌｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－￣ｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｂｒａｎｃｈ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０６３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＴＤ－ＬＴＥ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ａ ｓｃａｌａｂｌｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｌｏｔｓ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｐｌａｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ＴＤ－ＬＴＥ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｏｐｕｌａｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ａｎｄ ＦＳＦＲ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｒｅｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｐｌａｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ ｇｉｖｅ ｓｏｍｅ ａｄｖｉｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＴＤ－ＬＴＥ；ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ；ｍｕｌｔｉ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ；ＦＳＦＲ ３６ ・２０１２年第７期・
