LTE上行和下行链路的覆盖范围以及链路预算

TD—LTE链路预算探讨作者：罗新军刘丰来源：《中国新通信》2015年第02期【摘要】通过对TD-LTE覆盖范围的影响因素进行理论分析，采用TD-LTE链路预算模型对TD-LTE上下行业务信道和控制信道进行链路预算分析，选取合适的传播模型对小区覆盖范围进行评估。

【关键词】 TD-LTE 链路预算 RB配置模型一、概述TD-LTE系统在物理层、空口协议、网络架构等方面采用了诸多关键技术用以提升网络性能；OFDM及MINO技术，链路自适应技术，支持多种灵活带宽配置，IP化、扁平化的系统网络架构，灵活的上下行时隙配比及特殊子帧配置等。

本文分析了TD-LTE技术特征对其网络覆盖的影响，综合考虑TD-LTE网络覆盖、容量与干扰的关系，采用更加科学的TD-LTE链路预算方法。

二、TD-LTE覆盖距离影响因素分析在TD-LTE系统中影响系统覆盖性能的关键参数主要包括工作频段、天线类型、发射功率、频率复用、RB配置、CP配置、GP配置等。

TD-LTE的工作频段较之2G、3G频段高、空间传输衰减大，穿透能力差，影响其覆盖距离。

TD-LTE基于多天线MINO技术，采用SFBC发射分集及波束赋形可带来下行分集增益；接收分集提升上行链路接收增益。

在同等条件下，因下行发射功率是在整个系统带宽所有RB上均匀分配的， RB配置的增加，对覆盖影响不大；若UE已工作在最大发射功率下，RB配置增大会引起上行底噪抬升，基站上行覆盖性能下降。

频率复用系数越大，小区间干扰越小，覆盖半径增加，有助于改善覆盖性能。

频率复用系数为3，即异频组网，影响覆盖性能的主要是系统功率；频率复用系数为1，即同频组网，影响覆盖性能的主要是C/I，干扰受限。

OFDM技术能有效对抗多径衰落及窄带干扰，但无法克服ICI及ISI；在每个OFDM符号之前引入CP，只要各径的多径时延与定时误差之和不超过CP长度，就能消除多径带来的ISI 和ICI。

正常CP和扩展CP分别可以在1.4km和5km的时延扩展范围内提供抗多径保护能力。

LTE上行和下行链路的覆盖范围以及链路预算图1显示了带宽是10MHz的LTE FDD上行链路和下行链路的覆盖范围，考虑了4条最重要的信道，即上行的PUSCH信道和PUCCH信道，以及下行的PDSCH信道和PDCCH信道。

在下行PDCCH信道的覆盖范围计算中，DCI（Downlink Control Information）消息占用了8个CCE（Control Channel Elements），合计44比特；而上行PUCCH信道的覆盖范围计算是基于4比特的CQI报告。

下行链路是2×2的天线配置，而上行链路是1×4的天线配置。

eNodeB的天线增益为17dBi。

不论是上行还是下行，发射器、接收器和线缆加起来的总损耗都是4dB。

下行的噪声影响是7dB，上行的噪声干扰是5dB，接收端容限是2dB。

热噪声是-174dBm。

图1 LTE覆盖（10MHz，FDD）在这里，覆盖（Coverage）被定义为控制信道的接收成功率达到95%，并且数据信道的接收成功率达到90%。

对控制信道来说，目标BLER（BLock Error Rates）是1%；对数据信道来说，目标BLER是10%。

数据信道由0.5dB的HARQ增益。

在乡村宏站（Rural macrocell）、市区宏站（Urban macrocell）和市区微站（Urban microcell）三个场景中，4个主要信道的覆盖距离都超出了小区的半径。

在3GPP Case 3场景中，4个主要信道的覆盖距离略小于小区的半径。

表1概括了非视距模式NLOS下的3GPP Case 3场景的链路预算计算。

假设UE的发射天线和接收天线的增益都是0dBi；穿透损耗20dB；下行链路的接收器的干扰热噪声比是1dB（包括控制信道和数据信道）；上行链路的接收器的数据信道的干扰热噪声比是1.5dB，上行链路的接收器的控制信道的干扰热噪声比是4.5dB；对数正态分布的阴影衰落余量对控制信道是10.5dB，对数据信道是6.7dB。

百度文库- 让每个人平等地提升自我TD-LTE室内覆盖链路预算目录1概述 (1)1.1链路预算概述 (1)1.2TD-LTE网络概述 (1)1.3TD-LTE室内分布系统概述 (1)2TD-LTE室内覆盖组网方案介绍 (2)2.1分布式系统 (3)2.1.12G传统方式 (3)2.1.23G和TD-LTE主流方式 (3)2.2泄漏电缆系统 (4)2.3特殊场景的PICOENODEB、PICORRU和FEMTO ENODEB (4)2.4TD-LTE室分系统的特点 (5)3TD-LTE室内无线传播模型 (6)3.1空间的电磁波传播 (6)3.2KEENAN-MOTLEY室内传播模型 (7)3.3ITU 模型 (7)3.4ITU-R 模型 (8)3.5各模型计算结果对比 (8)4覆盖分析 (8)4.1TD-LTE与TD室内链路预算对比 (8)4.1.1上行链路预算 (9)4.1.2下行链路预算 (12)4.2TD-LTE覆盖指标 (16)4.3链路预算 (17)4.4TD-LTE覆盖半径 (17)4.5天线口功率测算 (18)4.6天线口输出功率规划 (18)4.7信源功率匹配测算 (19)4.7.1一级合路功率匹配预算 (19)4.7.2二级合路功率匹配预算 (19)1 概述1.1 链路预算概述无线链路预算是移动通信网络无线规划中的重要内容。

室外链路预算目标就是在满足业务质量需求的前提下计算出信号在传播中的允许最大路径损耗，系统链路预算然后根据合适的传播模式计算出到基站的覆盖范围。

室内分布系统链路预算分为有线传输部分和无线传输部分，根据信号边缘场强的要求，在一定的覆盖半径下，选择合适的室内传播模型计算出分布系统中天线口功率的大小，通过合理功率分配，最终达到室内覆盖要求。

1.2 TD-LTE网络概述市场需求永远是技术革新的源动力。

移动互联网的快速发展，推进了TD-LTE标准的制定和成熟。

与传统的GSM、TD-SCDMA系统相比，TD-LTE的物理层配置显得更加灵活；OFDM技术取代传统的CDMA技术也让TD-LTE更适应宽带化的发展，性能上，TD-LTE将支持传统无线通信系统无法比拟的高速数据业务。

5.3 链路预算在确定基站的工程参数后，需要进行链路预算才能进一步估算其覆盖范围。

这时必须考虑所选用基站设备的灵敏度。

在移动通信系统中，无线链路分为上行和下行两个方向。

一个优良的系统应在设计时就要做好功率预算，使覆盖区内的上行信号与下行信号达到平衡。

否则，如果上行信号覆盖大于下行信号覆盖，小区边缘下行信号较弱，容易被其它小区的强信号“淹没”；如果下行信号覆盖大于上行信号覆盖，移动台将被迫守侯在该强信号下，但上行信号太弱，话音质量不好。

当然，平衡并不是绝对的相等。

通过Abis 接口上的测量报告，可以很清楚的判断上下行是否达到平衡，一般上下行电平差值为基站接收机和手机接收机灵敏度的差值时就认为达到了平衡。

但是由于上下行信道的衰落性不完全一致，以及接收机噪声恶化性能差异等其他一些因素，这个差值一般会波动2-3dB。

5.3.1 链路预算模型图5-5 链路估算模型计算上下行平衡，其中有一个很重要的器件需要考虑，由于基站接收系统的有源器件和射频导体中的电子热运动引起的热噪声，降低了系统接收的信噪比（S/N），从而限制了基站接收灵敏度的提高，降低了通话质量。

塔顶放大器的原理就是通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器来实现对基站接收性能的改善。

塔放从技术原理上是降低基站接收系统噪声系数，从而提高服务区内的服务质量，这样它起到的作用是对基站接收性能的改善。

塔放对上行链路的贡献需根据塔放自身的低噪放大器性能来区分，而不能单看其增益的大小。

一般增加了塔放的上下行平衡要根据其实际灵敏度的测试方法进行修正计算。

1. 无塔放无塔放时以机柜顶双工器输入口为灵敏度参考点。

对下行信号链路，基站发射机输出功率为Poutb，合路器损耗为Lcb，馈线损耗为Lfb，基站天线增益为Gab，空间传输损耗为Ld，移动台天线增益为Gam，移动台接收电平为Pinm，衰落余量为Mf，移动台侧噪声恶化量为Pmn 。

则有：Pinm+Mf=Poutb-Lcb-Lfb+Gab-Ld+Gam-Pmn (1)对上行信号链路，移动台发射机输出功率Poutm，基站分集接收增益Gdb ，基站接收电平Pinb，基站侧噪声恶化量为Pbn。

LTE链路预算研究及分析黄芷辛;冯健;麦磊鑫【摘要】Link budget is fundamental for wireless network planning, significant for the estimation of network coverage capacity as well as network construction cost. In this paper, the method and major parameters affected of LTE link budget are studied, the typical values of key parameters are given, and the impact on link budget and coverage ability under different scenes and duplex mode is analyzed and summarized.% 链路预算是无线网络规划的基础环节，对网络覆盖能力和建设成本的估算具有十分重要的意义。

重点对LTE链路预算的方式及主要参数进行研究，给出了关键参数的典型取值，并分析总结不同的场景或双工方式对链路预算及覆盖能力的影响。

【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】6页(P45-50)【关键词】LTE;链路预算;传播模型;覆盖半径【作者】黄芷辛;冯健;麦磊鑫【作者单位】广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510630;广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510630;广东省电信规划设计院有限公司，广东广州 510630【正文语种】中文【中图分类】TN915.651 前言LTE（Long Term Evolution，长期演进）是3G的演进。

它定义了多种不同的工作带宽（1.4MHz、5MHz、10MHz、15MHz及20MHz），并在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，同时改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量并减少系统延迟。

宽带基本概念及链路预算原理介绍宽带基本概念目录链路预算原理C O N T E N T覆盖仿真介绍宽带基本概念Wideband Basic ConceptsLTE技术背景：从2G到4G产生原因技术优势系统不足1、移动互联网业务的兴起2、WiMAX 技术的挑战3、MIMO 、OFDM 技术理论成熟1、频谱效率高、配置灵活2、上下行配比设置灵活3、可以利用信道互易性1、终端移动速度受限2、干扰问题更加复杂3、对基站同步技术要求较高2G 2.5G 2.75G 3G 3.5G 3.75G 3.9G GPRSEDGEHSDPA R5HSUPA R6MBMS4GMBMSCDMA 2000 1X EV-DO 802.16 e 802.16 mHSDPAHSPA+R7FDD TDD4GGSMTD-SCDMAWCDMA R99802.16 d CDMA IS95CDMA 2000 1x LTEEV-DO Rev. AEV-DO Rev. BHSUPA HSPA+R7LTE设计目标和关键技术下行速率100Mbps 上行速率50Mbps 用户面时延<5ms 控制面时延<100ms频谱分配灵活1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz （上下行）高速移动支持速率高350 km/h 支持100kbps 的接入服务网络扁平无RNC ，取消CS 域，语音在PS 域实现，VoIP兼容性支持与现有3GPP 和非3GPP 系统的互操作n 设计目标n 关键技术多天线技术MIMO 、Beamforming 多载波技术OFDM多阶调制技术QPSK/16QAM/64QAM 纠错编码技术HARQ自适应调制编码技术AMC ，充分利用信道质量匹配信道进行链路传输小区间干扰协调技术包括ICIC 、CoMP 、小区合并等等上行功率控制技术开环功控算法、闭环功控算法等等上行覆盖增强技术包括TTI Bundling 、MRC 、IRC 等等l 更高的速率l 更低的时延l 更大的容量l 更可靠的链路性能l 更灵活的资源分配方式l 更低的网络建设成本l 更低的运营和维护成本LTE演进路线：TDD与FDD上行/下行频率上行/下行时间保护间隔下行上行下行时间频率下行上行保护频带•TDD 利用时间来分离接收和发送信道，时间资源在两个方向进行分配，基站和移动台间须协同一致才能顺利工作•FDD 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率会大大降低FDDTDD•FDD 收发在不同频段，因此需要使用一个双工器（相当于两个滤波器）将收和发进行分离•TDD 收发在不同时间，因此需要使用T/R 转换器将RRU 的收发通路分时段接入天馈系统RRU设备差异：TDD与FDD帧结构差异：TDD与FDDn FDD帧格式：上下行采用不同中心频点，带宽对称上行无线帧(典型上行：10M)下行无线帧(典型下行：10M) n TDD帧格式：上下行采用相同中心频点，有灵活的上下行子帧配比(SA)、特殊子帧配比(SSP)0和5子帧总下行，2子帧总上行，其他子帧看配置，上下行共20Mn FDD无线帧结构ØLTE 采用OFDM 技术，子载波间隔为D f=15kHz ，2048阶IFFT ，则帧结构的时间单位为Ts=1/(2048*15000)秒ØFDD 类型无线帧长10ms ，如下图所示。

TD-LTE室内覆盖链路预算目录1概述 (1)1.1链路预算概述 (1)1.2TD-LTE网络概述 (1)1.3TD-LTE室内分布系统概述 (1)2TD-LTE室内覆盖组网方案介绍 (2)2.1分布式系统 (3)2.1.12G传统方式 (3)2.1.23G和TD-LTE主流方式 (3)2.2泄漏电缆系统 (4)2.3特殊场景的PICOENODEB、PICORRU和FEMTO ENODEB (4)2.4TD-LTE室分系统的特点 (5)3TD-LTE室内无线传播模型 (6)3.1空间的电磁波传播 (6)3.2KEENAN-MOTLEY室内传播模型 (7)3.3ITU M.2135模型 (7)3.4ITU-R P.1238模型 (8)3.5各模型计算结果对比 (8)4覆盖分析 (8)4.1TD-LTE与TD室内链路预算对比 (8)4.1.1上行链路预算 (9)4.1.2下行链路预算 (12)4.2TD-LTE覆盖指标 (16)4.3链路预算 (17)4.4TD-LTE覆盖半径 (17)4.5天线口功率测算 (18)4.6天线口输出功率规划 (18)4.7信源功率匹配测算 (19)4.7.1一级合路功率匹配预算 (19)4.7.2二级合路功率匹配预算 (19)1 概述1.1 链路预算概述无线链路预算是移动通信网络无线规划中的重要内容。

室外链路预算目标就是在满足业务质量需求的前提下计算出信号在传播中的允许最大路径损耗，系统链路预算然后根据合适的传播模式计算出到基站的覆盖范围。

室内分布系统链路预算分为有线传输部分和无线传输部分，根据信号边缘场强的要求，在一定的覆盖半径下，选择合适的室内传播模型计算出分布系统中天线口功率的大小，通过合理功率分配，最终达到室内覆盖要求。

1.2 TD-LTE网络概述市场需求永远是技术革新的源动力。

移动互联网的快速发展，推进了TD-LTE标准的制定和成熟。

与传统的GSM、TD-SCDMA系统相比，TD-LTE的物理层配置显得更加灵活；OFDM技术取代传统的CDMA技术也让TD-LTE更适应宽带化的发展，性能上，TD-LTE将支持传统无线通信系统无法比拟的高速数据业务。

研究要点、技术目标：研究适应于电力无线专网小区的用户控制和流量均衡技术，主要采用的是LTE动态调度算法，来估算可降低的运维成本，和提高的网络容量及吞吐率。

使得终端能根据无线环境及与基站的信令交互，自动调整传输间隔和时段，进而避免拥塞。

针对电力系统的三个分区，动态调度是由处于MAC层的调度器实时动态地分配时频资源及所允许的传输速率，对于上行共享信道和下行共享信道是最基本的调度方式，也是LTE默认的调度方式。

动态调度在系统设计上要求支持灵活的传输格式和可变长的无线链路控制（RLC）协议数据单元（PDU）。

这种结构的设计，对于高数据率的情况，可以增加RLC PDU的长度，降低了额外开销（譬如控制开销），提高带宽的利用率；而对于速率低的业务，可以减少RLC PDU的长度，这种方式灵活性高，但控制信令的开销也大，适合突发性特征明显，实时性要求不高的数据业务。

在下行方向，由于数据缓冲区位于eNodeB端，eNodeB能够准确知道每个UE和每个无线承载的缓冲区数据量，因此一般采用基于武县城在RB的调度，这样能够更好地满足QoS的要求。

在上行方向，UE是数据的发送端，调度器仍然位于eNodeB端，若采用基于无线承载的方式，控制信令是无法承受的，所以一般采用基于UE的方式，即LCG的方式，eNodeB只需控制为UE分配的资源总量或者允许传输的资源总量，UE在不同的RB间分配资源，要保证优先级高的RB获得更多的资源传输数据，优点是控制简单和信令开销小，缺点是无法获得精确的控制和调度，优先级高的业务获得服务的实验可能较大。

半持续调度（半静态调度）是在动态调度的基础上引入的，是一种优化方式，主要针对的是分组数据大小相对固定和周期性比较明显的譬如IP语音和实时视频等业务。

这种调度方式是由RRC层在建立连接时分配时频资源及所允许的的传输速率，通过RRC信令负责持续调度参数的配置。

半持续调度灵活性较差但信令开销很小，适合突发性特征不明显的业务。