LTE上行链路的容量和覆盖

表6目标差错率之下的UL ES/N0，5MHz载频
事件
目标ER所需要的ES/N0
ACK missed detection
10-2
DTX to ACK error
10-2
NACK to ACK error
10-4
CQI block error rate
10-2和10-1之间
表7上行ACK/NACK信令的BER目标值
1.2
1.2.1
1.2.1.1
频率复用系数达到1对最大化频谱效率是非常有必要的。需要指出的是，这意味着一个小区的数据信道和控制信道会对另一个小区产生干扰，特别是距离很近的相邻小区。为了避免小区边缘的低吞吐量表现，使用干扰缓和技术（mitigation）是非常有必要的。从小区的全局角度出发，干扰缓和技术能在小区边缘性能和平均频谱效率之间找到平衡。这些干扰缓和技术包括：
0.681
x2.2
0.0044
x2.0
4.5
LTE 1x2 MU-MIMO
0.622
x2.0
0.0023
x1.0
5.0
LTE 1x4
1.38
x3.3
0.0094
x4.2
2.7
表3 Case 3LTE性能评估
表4比较了LTE和其它的无线接入技术。在5MHz载频、每个小区8个FTP用户的条件下，比较上传10MB数据所需要的时间。显然，LTE耗时最少。
1
1.1
LTE上行链路使用的是SC-FDMA技术，也叫DFT-S-OFDM（DFT-Spread OFDM）。这个技术通过为每个OFDM符号前置循环前缀（CP，Cyclic Prefix），来保证小区内不同UE之间的正交性，前提是每个UE保持和基站的时间同步（参见图1）。
图1能够完美估算多径的时间前提下的采样窗口
功率控制可以和频域资源的分配策略（包含干扰协调技术）相结合，这样能够进一步提高小区边缘性能，提高总的频谱效率。结合干扰协调/干扰规避技术的上行资源分配策略没有在LTE规范中定义，而是属于设备商的商业机密。一种可能的上行链路干扰协调技术是安排几个相邻小区中有可比较的路径损耗的UE在同一块时频资源向基站发送。平均来说，将几个相邻小区中有相似信道质量的UE放进同一个组能产生最好的小区边缘性能，因为这个策略避免了边缘UE对其所靠近的相邻小区的eNodeB的强干扰（特别是eNodeB天线的前后比比较低，造成小区之间较大的干扰）。
xHSUPA
bps/Hz/User
xHSUPA
平均IOT(dB)
基本HSUPA
0.332
x1.0
0.009
x1.0
5.1
LTE 1x2
0.735
x2.2
0.024
x2.5
5.2
LTE 1x2 MU-MIMO
0.675
x2.0
0.023
x2.4
5.2
LTE 1x4
1.103
x3.3
0.052
x5.5
5.1
IOT(j,k) = (IO(j,k) + N0)/N0(1.1)
其中
而Pi,k是UE i在k区域的平均总发射功率（average total power），Ti,j是UE i和小区j之间的信道增益，Ncells是总的小区数量。
1.2.1.2
为上行控制信道（PUCCH）分配的频域资源与为上行数据信道（PUSCH）分配的频域资源是分开的，而且在系统带宽中处于靠近边缘的区域，这样的配置使得控制信道和数据信道的IOT可以分开管理，而对干扰缓和技术做的优化也可以彼此独立进行（比如，可以对PUSCH和PUCCH采取不同的优化功率控制算法）。而且，特定的控制信道资源、用来传送CQI（Channel Quality Indicators）的码（codes），以及ACK/NACK的设计思路可以减少小区间和小区内的控制信道彼此之间的干扰。
上行信道类型
N. retx
N. RBs
Mod.
距离(米)
Tx Pwr
(dBm)
Tx Loss
(dB)
每子载波
Rx Pwr(dBm)
(IO+N0)W (dBm)
SINR
(dB)
VoIP,12.2kbps
4
1
2
829
24.0
143.1
-122.9
-124.2
1.3
VoIP,12.2kbps
2
1
2
724
24.0
天线增益+馈线损耗=14dB；穿透和人体损耗=20dB；干扰余量3dB；
对数正态阴影余量=12.1dB；98%的小区稳定覆盖；VoIP使用4TTI捆绑
基于上述假设，我们可以来讨论覆盖空洞：
经由PUCCH的1比特ACK/NACK和4比特CQI。图2显示的1比特ACK/NACK和4比特CQI都是通过PUCCH传输，但两者之间存在大约1.3dB的差距（146.2 -144.9dB）。引入重复因子2或许能帮助弥补这个覆盖空洞。
1.7
48-135
~590
LTE
5.0
10.0
147-460
~174
表4不同的无线接入技术上传10MB数据所需要的时间
其中a25-8 FTP用户/小区；b8 FTP用户/小区
1.3
象LTE这样一个成熟的蜂窝通信系统不仅要有良好的的小区边缘性能，而且需要确保覆盖区域内各种信道之间的平衡。
图2显示了LTE各上行信道满足一定要求情况下的覆盖范围，包括传递CQI和ACK/NACK信息的PUCCH信道（距离基站大约900米）、PRACH信道（Format 2，超过800米）和提供12.2kbps AMR VoIP业务的PUSCH信道（距离eNodeB 800米）。同时显示的还有支持的小区边缘的最大PUSCH速率（5kbps，距离eNodeB 1000米），以及5MHz FDD带宽下支持的PUSCH最高数据速率（9.2Mbps，距离eNodeB大约100米）。链路预算的更多细节参见表8。
网络
名义带宽（MHz）
最大吞吐量(Mbps)
用户平均吞吐量a(Kbps)
10MB数据上传时间b(s)
UMTS（R99）
5.0
0.384
32-90
~890
CDMA 2000 EVDO Rev. B
5.0
5.4
50-200
~385
HSUPA(R6)
5.0
5.74
60-200
~385
WiMAX
5.0 (TDD)
能够实现小区内的正交性是LTE的频谱效率比WCDMA高2到3倍的主要原因。而且，SC-FDMA波形中的CP有助于简化eNodeB的接收器设计，即简化接收器的频域的均衡器设计，这也进一步提高了上行链路的频谱效率。
影响LTE上行链路容量的因素如表1所示：
影响LTE上行链路容量的因素
说明
较短的子帧长度（1毫秒），较低的HARQ双向时间（Round-Trip Time，RTT），8毫秒
计算Case 3场景的链路预算时，假设对应98%单小区稳定覆盖的对数正态阴影余量是12.1dB，且传播模型是
Propagation损耗=128.1 +37.6log(距离)
距离单位是米。再假设其它上行链路预算的参数参考表8，则在基于单个RB（1毫秒）PUSCH传输的情况下，整个小区只能支持5kbps的上行传输速率（参见图2）。在距离eNodeB 1000米的位置，传输损耗（即路径损耗-天线增益+对数正态阴影余量+人体/建筑物穿透损耗）是146.2 dB，上行（包括下行）控制信道必须能够容忍这个程度的损耗，以确保98%的小区稳定覆盖。
140.9
-122.9
-124.2
1.3
PUSCH,5kbps
0
1
2
1000
24.0
146.2
-133.0
-124.2
-8.8
PUSCH,9Mbps
0
20
4
101
24.0
108.8
-108.6
-124.2
15.6
CQI,10-bits(1% FER)
0
1
2
770
24.0
141.9
-128.7
-124.2
-4.5
CQI,4-bits(1% FER)
0
1
2
922
24.0
144.9
-131.7
-124.2
-7.5
PRACH,Format 2
0
6
2
830
24.0
143.2
-13பைடு நூலகம்.7
-124.2
-13.5
A/N,1-bit(1% P(FA))
0
1
1
925
24.0
144.9
-131.7
-124.2
-7.5
表8场景Case 3 LTE上行链路预算，eNodeB配置两个接收天线
图2Case 3情况下的LTE UL信道覆盖范围（5MHz FDD）
表6提供了上行链路预算需要的SINR参考目标值。表7提供了上行ACK/NACK信令的BER目标值。
上行控制信道
目标ER所需要的ES/N0
参考取值
ACK/NACK - PUCCH
ES/N0=-7.5dB
[15-18]
P(NACK->ACK) =10-4
1.2.2
表2和表3显示了部署场景case 1和部署场景case 3的频谱效率和小区边缘用户的吞吐量（基于尽力而为的全缓冲流量模式）。这两张表格同时显示了相对Release-6 UMTS上行链路（HSUPA）的性能提高，提高的原因已经在表1中总结了。