LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃技術(shù)研究

隨著無線業(yè)務(wù)需求的不斷增長，目前的2G、3G網(wǎng)絡(luò)承載能力日趨飽和，為了應(yīng)對移動網(wǎng)絡(luò)的不斷凸顯的供需矛盾，第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)長期演進(jìn)技術(shù)(LTE)逐步從理論走向現(xiàn)實(shí)。強(qiáng)大的業(yè)務(wù)承載能力、高效的系統(tǒng)資源利用方式、低廉的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營成本、靈活的網(wǎng)絡(luò)部署模式使LTE越來越受到各主流運(yùn)營商的青睞。

LTE系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的不斷成熟有效地推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)。從目前來看，3GPP 在Release-8的相關(guān)工作已經(jīng)凍結(jié)，在此基礎(chǔ)上各設(shè)備商已經(jīng)展開了LTE產(chǎn)品的研發(fā)工作，同時(shí)各類實(shí)驗(yàn)局的部署和測試也在有序的進(jìn)行之中。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)來看，雖然LTE產(chǎn)品的研發(fā)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但是LTE系統(tǒng)的高度復(fù)雜性和靈活性帶來了各種不確定性，因此業(yè)界對于LTE系統(tǒng)特征、建網(wǎng)思路、優(yōu)化策略尚處于初級的摸索階段。就LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃而言，系統(tǒng)性理論體系及應(yīng)用方案的缺失成為LTE能夠高效、精確部署的主要技術(shù)障礙。

在LTE系統(tǒng)中，空中接口采用了正交頻分復(fù)用(OFDM)、多輸入多輸出(MIMO)、高級編碼調(diào)制方式(AMC)、混合自動重傳(HARQ)等先進(jìn)的無線鏈路技術(shù)，并通過動態(tài)調(diào)度、小區(qū)間干擾消除技術(shù)(ICIC)、功率控制等無線資源管理算法提高空口資源配置的效率和靈活性[2-3]。從LTE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來看，上述無線技術(shù)在提升網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，也大大增加了系統(tǒng)分析的復(fù)雜度。要實(shí)現(xiàn)高效、可靠的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案，需要通過系統(tǒng)化的理論、仿真、測試等，從而對系統(tǒng)的技術(shù)特征進(jìn)行全面的研究和分析。與2G、3G網(wǎng)絡(luò)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)在資源共享方式、系統(tǒng)干擾特征等影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的核心因素方面有著根本性的不同，傳統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃及鏈路預(yù)算思路和方案已遠(yuǎn)不能滿足LTE實(shí)際建網(wǎng)的需要[4]。鑒于上述原因，對于LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃，需要分析和總結(jié)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的潛在需求，剖析LTE系統(tǒng)的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)特征，總結(jié)出適合LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的覆蓋規(guī)劃體系和方案，并不斷完善。另外，增強(qiáng)頻譜效率是提升LTE競爭力的核心內(nèi)容之一，因此它和頻組網(wǎng)下的LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是文章關(guān)注的重點(diǎn)。

1 LTE網(wǎng)規(guī)流程及覆蓋規(guī)劃策略
總體來看，頻分雙工(FDD) LTE的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程和2G、3G規(guī)劃流程基本保持一致，包含需求收集和分析、覆蓋和容量設(shè)計(jì)、站點(diǎn)選擇、規(guī)劃仿真、報(bào)告撰寫五大部分。其中，覆蓋和容量設(shè)計(jì)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心要素，需要根據(jù)用戶的具體需求，結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)特征的深入分析，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進(jìn)行全面估算。文章主要對LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃方法進(jìn)行分析。

FDD LTE系統(tǒng)覆蓋規(guī)劃的主要目標(biāo)是基于實(shí)際的小區(qū)邊緣覆蓋需求，在一定的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置下，估算基站能夠?qū)崿F(xiàn)的覆蓋距離，從而得到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需求。根據(jù)應(yīng)用場景和實(shí)際的規(guī)劃需求，F(xiàn)DD LTE系統(tǒng)的覆蓋規(guī)劃策略一般主要分為3類：

基于上行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

第1種策略主要應(yīng)用于只限制了上行邊緣速率的覆蓋需求?；谏闲兴俾?，在一定的鏈路預(yù)算參數(shù)輸入下，計(jì)算出上行的覆蓋半徑；并根據(jù)得到的上行覆蓋半徑預(yù)測下行可實(shí)現(xiàn)的邊緣速率；

基于下行邊緣速率要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

第2種策略主要應(yīng)用于只限制了下行邊緣速率的覆蓋需求?；谙滦兴俾剩谝欢ǖ逆溌奉A(yù)算參數(shù)輸入下，計(jì)算出下行的覆蓋半徑；并根據(jù)得到的下行覆蓋半徑預(yù)測上行可實(shí)現(xiàn)的邊緣速率；

基于上行和下行邊緣速率要求的規(guī)模估算

第3種策略主要應(yīng)用于同時(shí)限制了上下行邊緣速率的覆蓋需求。基于上下行速率，在一定的鏈路預(yù)算參數(shù)輸入下，分別計(jì)算出上下行的覆蓋半徑；并通過比較即可得到受限的覆蓋半徑。

在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，需要根據(jù)不同的具體需求和應(yīng)用場景選取合適的覆蓋規(guī)劃策略，靈活應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中出現(xiàn)的問題。

2 LTE上行覆蓋規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)

要解決LTE覆蓋規(guī)劃的問題，關(guān)鍵在于如何根據(jù)上行或下行的邊緣業(yè)務(wù)速率要求得到相應(yīng)的覆蓋范圍。對于一些特殊的場景或業(yè)務(wù)，還要考慮控制信道的相關(guān)覆蓋性能。文章主要討論業(yè)務(wù)信道受限場景下的覆蓋規(guī)劃問題。在給定的業(yè)務(wù)速率需求下，需要從LTE的鏈路及系統(tǒng)兩個(gè)主要方面對網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特征進(jìn)行深入的分析和總結(jié)。

對于LTE上行覆蓋規(guī)劃技術(shù)的研究，主要包含兩個(gè)方面：系統(tǒng)級研究和鏈路級研究。由于LTE系統(tǒng)上行引入了基于單載波-頻分多址(SC-FDMA)的多址接入方式，小區(qū)內(nèi)的用戶之間互相正交，干擾主要來自于鄰小區(qū)的激活用戶，上行功率控制策略的選擇直接影響小區(qū)間的干擾模式及干擾強(qiáng)度[5-6]。在LTE上行覆蓋設(shè)計(jì)中，干擾余量作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的核心依據(jù)之一，直接取決于功率控制方法、應(yīng)用場景等因素，并需要通過系統(tǒng)級仿真對不同環(huán)境下的干擾進(jìn)行深入的研究，為上行覆蓋規(guī)劃提供較為貼近實(shí)際應(yīng)用的參考設(shè)置。

根據(jù)建網(wǎng)側(cè)重點(diǎn)的不同，上行干擾特征會受到功率控制策略等方面因素的主導(dǎo)。對于LTE系統(tǒng)，上行干擾特征最直接的衡量就是平均干擾抬升(IOT)。因此上行IOT的分布特征取決于實(shí)際的應(yīng)用場景及上行功率控制參數(shù)。LTE上行功率控制分為開環(huán)功控和閉環(huán)功控。一般情況下，系統(tǒng)的開環(huán)功控基本決定了系統(tǒng)的干擾模式，閉環(huán)功控主要用在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中根據(jù)業(yè)務(wù)及干擾的變化對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。具體來看，開環(huán)功率控制主要通過對功控參數(shù)P 0和α的確立來滿足特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需求，不同的參數(shù)集合會帶來不同的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量特征。為滿足實(shí)際規(guī)劃的需求，需要在不同的應(yīng)用場景下對上述參數(shù)進(jìn)行深入的研究和分析，總結(jié)出滿足特定要求的參數(shù)，同時(shí)在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置下研究系統(tǒng)的干擾特征，即平均IOT，并分析相應(yīng)的上行干擾余量?；谏鲜龇治觯煌膮?shù)會帶來差異化的系統(tǒng)性能指標(biāo)及干擾特征，在實(shí)際的規(guī)劃過程中要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合適的選擇，如圖1所示。

在LTE系統(tǒng)的建網(wǎng)初期，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要關(guān)注的是覆蓋。根據(jù)上述討論，在以覆蓋準(zhǔn)則為導(dǎo)向的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的功控參數(shù)來滿足覆蓋的最大化（降低干擾），由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的設(shè)計(jì)目標(biāo)各不相同，需考慮不同負(fù)載下的網(wǎng)絡(luò)干擾水平，以此作為覆蓋規(guī)劃的參考依據(jù)，如圖2所示。

在鏈路研究方面，該設(shè)計(jì)主要考慮的是給定數(shù)據(jù)速率下用戶帶寬的優(yōu)化配置。對于特定的邊緣數(shù)據(jù)速率需求，可以通過給用戶分配不同的帶寬來實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)會帶來不同的覆蓋性能。通過對信道容量的研究及鏈路級仿真結(jié)果系統(tǒng)性的全面分析，在給定的數(shù)據(jù)速率要求下，對配置帶寬的優(yōu)化可以增強(qiáng)業(yè)務(wù)的覆蓋性能。該設(shè)計(jì)是根據(jù)鏈路仿真及實(shí)際系統(tǒng)測試中對鏈路性能的分析，從終端功率使用效率出發(fā)，對特定的業(yè)務(wù)速率、不同用戶帶寬分配下的性能進(jìn)行深入的分析。在此基礎(chǔ)上，不同的業(yè)務(wù)速率需求，可以得到優(yōu)化的上行占用帶寬，實(shí)現(xiàn)較好的覆蓋性能，如圖3所示。

以上分別從系統(tǒng)及鏈路兩個(gè)方面確定了上行鏈路預(yù)算的核心內(nèi)容：干擾余量及上行發(fā)射帶寬（與之對應(yīng)的調(diào)制編碼格式及目標(biāo)信號與干擾噪聲比由鏈路仿真給出）。在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)傳統(tǒng)的鏈路預(yù)算、計(jì)算方法計(jì)算出給定邊緣數(shù)據(jù)速率下的上行最大允許路徑損耗(MAPL)。