TD-LTE无线网络规划软件和原理介绍

TD-LTE无线网络规划原理1 概述无线网络规划的意义是在满足客户需求的基础上，使无线网络部署精细化，以最小化建网成本，并为客户提供一个优质的无线网络或解决方案。

首先，必须要充分理解和深入挖掘用户的真实需求。

用户的需求一般包括频率、带宽、速率、覆盖、容量等方面。

其次，必须要精细化无线网络部署。

再次，必须要最小化建网成本。

最后，必须要尽最大努力为客户提供一个优质的无线网络或解决方案。

2 规划原理TD-LTE无线网络规划的流程如下图所示：2.1传播模型(1)自由空间传播模型模型公式：()32.4520*lg()20*lg()PL dB f d =++式中，系统频率f 的单位为MHz ，距离d 的单位为km 。

(2) Okumura-Hata 模型 适用范围：频率：150~1500MHz 发射机高度：30~200m 接收机高度：1~10m发射机和接收机之间的距离：1~35km模型公式：()69.5526.16*lg()13.82*lg()()[44.9 6.55*lg()]*lg()b m b PL dB f h a h h d γ=+--+-式中，22[1.1*lg()0.7]*[1.56*lg()0.8]()8.29*[lg(1.54*)] 1.12003.2*[lg(11.75*)] 4.971500m m m m f h f a h h MHz f MHzh MHz f MHz ---⎧⎪=-≤≤⎨⎪-≤≤⎩中小城市大城市 150大城市 400430.81201(0.14 1.87*10* 1.07*10*)*[lg(/20)]20b d km f h d d kmγ--≤⎧=⎨+++>⎩密集城区校正因子：3dB 一般城区校正因子：0dB郊区校正因子：22*[lg(/28)] 5.4f --农村校正因子：22[lg(/28)] 2.39*[lg()]9.17*lg()23.17f f f --+- 开阔地校正因子：24.78*[lg()]18.33*lg()40.94f f -+- 准开阔地校正因子：24.78*[lg()]18.33*lg()35.48f f -+- (3) Cost-231 Hata 模型 适用范围：频率：1500~2000MHz 发射机高度：30~200m 接收机高度：1~10m发射机和接收机之间的距离：1~100km模型公式：()46.333.9*lg()13.82*lg()()[44.9 6.55*lg()]*lg()b m b PL dB f h a h h d γ=+--+-式中，22[1.1*lg()0.7]*[1.56*lg()0.8]()8.29*[lg(1.54*)] 1.12003.2*[lg(11.75*)] 4.971500m m m m f h f a h h MHz f MHzh MHz f MHz ---⎧⎪=-≤≤⎨⎪-≤≤⎩中小城市大城市 150大城市 400430.81201(0.14 1.87*10* 1.07*10*)*[lg(/20)]20b d km f h d d kmγ--≤⎧=⎨+++>⎩密集城区校正因子：3dB 一般城区校正因子：0dB郊区校正因子：22*[lg(/28)] 5.4f --农村校正因子：22[lg(/28)] 2.39*[lg()]9.17*lg()23.17f f f --+- 开阔地校正因子：24.78*[lg()]18.33*lg()40.94f f -+- 准开阔地校正因子：24.78*[lg()]18.33*lg()35.48f f -+-(4) SPM 模型 适用范围：频率：150~3500MHz模型公式：()17.444.9*lg() 5.83*lg() 6.55lg()*lg()0*m b b PL dB d h DiffractionLoss h d h ClutterOffset =+++-++其中：DiffractionLoss 表示阻隔路径上的衍射造成的损耗(dB)。

ClutterOffset 表示地形损耗（dB ）。

2.2链路预算(1) 等效全向辐射功率基站等效全向辐射功率(dBm) = 基站最大发射功率(dBm) + 10lg(业务带宽/系统带宽)(dB)+ 天线增益(dBi) – 馈线损耗(dB)终端等效全向辐射功率(dBm) = 终端最大发射功率(dBm) + 终端天线增益(dBi)– 人体损耗(dB)(2) 接收机灵敏度接收机灵敏度(dBm) = 热噪声密度(dBm/Hz) + 10lg(业务带宽) + 热噪声系数(dB)+ 解调门限(dB)(3) 期望接收电平期望接收电平(dBm) = 接收机灵敏度(dBm) – 天线增益(dBi) + 干扰余量(dB)+ 阴影衰落余量(dB) + 快衰落余量(dB) + 穿透损耗(dB)(4) 最大允许路径损耗最大允许路径损耗(dB) = 等效全向辐射功率(dBm) – 期望接收电平(dBm)(5)干扰余量干扰余量的实质就是为了保证一定的覆盖，需要预留一定的余量，用于克服系统中由于负载增加的原因所产生的对用户干扰的增加所造成的负面影响。

干扰余量的具体取值通过系统仿真确定。

(6)解调门限解调门限反映的是一定信道和MCS条件下设备要求的最低SINR，解调门限通过链路仿真确定。

(7)穿透损耗建筑物的穿透损耗（BPL，Building Penetration Loss）与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关。

在链路预算中假设穿透损耗服从对数正态分布，用穿透损耗均值及标准差描述。

通过测量，2.6GHz频段穿透损耗在不同介质时的参考值如下表所示：表 2.2-1 2.6GHz频段穿透损耗参考值(8)快衰落余量快衰落余量主要反映移动速度的影响。

(9)阴影衰落余量阴影衰落余量服从对数正态分布，可由阴影衰落标准差和边缘覆盖概率（或区域覆盖概率）计算得到，通常阴影衰落标准差(dB)取值如下：常用的阴影衰落标准差、边缘覆盖概率、阴影衰落余量、区域覆盖概率的对应关系如下：2.3邻区规划LTE系统中的邻区规划与以往GSM、TD-SCDMA类似，都是根据小区之间的距离和位置关系构建干扰矩阵，然后根据干扰情况决定邻区的优先级。

2.4 PCI规划LTE系统中共有504个PCI（物理层小区ID），这些PCI被分成168个小区ID组，每组中包含3个不同的ID。

每个PCI可由公式(1)(2)3*CellID ID IDN N N=+表示，其中，CellIDN表示PCI，取值范围是0~503；(1)IDN表示小区ID组，取值范围是0~167；(2)IDN表示小区组内ID，取值范围是0~2。

PCI的配置决定了小区参考信号的位置，以及同步信号伪随机序列、扰码等的生成。

合理的PCI配置可以降低小区间的干扰，提升系统性能，因此，PCI需要进行规划。

PCI规划的基本思想是利用邻区关系和邻区优先级，为相邻小区按照规划原则配置最佳PCI，最大限度降低小区间干扰。

PCI规划原则：相邻小区无冲突、无混淆，其中，无冲突指相邻小区不能使用相同的PCI、无混淆指小区的所有邻区不能使用相同的PCI；相邻小区模3结果不同；（可选）共站邻区模3结果不同，非共站邻区模6不同。

（可选）2.5 PRACH规划随机接入是UE与eNode B之间建立无线链路的必经过程。

只有在随机接入过程完成之后，eNode B与UE才能进行数据传输。

随机接入过程应用于初始接入、切换、上行失步、辅助定位等场景。

随机接入过程分竞争随机接入和非竞争随机接入两种，竞争随机接入是由UE自主发起的，应用于初始接入、切换、上行失步等场景；非竞争随机接入则是由eNode B 指示UE发起的，应用于切换、上行失步、辅助定位等场景。

随机接入信号由循环前缀（CP）、前导序列（Preamble）、保护间隔（GT）构成。

小区中心UE1小区边缘UE2图2.5-1 PRACH信道构成表2.5-1 Preamble格式注：307200*Ts = 10msLTE系统中与PRACH相关的配置参数主要包括：PRACH配置索引、零相关配置、根序列索引、是否为高速移动状态、频率偏移。

PRACH配置索引的取值范围为0~63，决定了PRACH占用的时、频域位置。

零相关配置的取值范围为0~15，分普通状态和高速状态场景，决定Preamble序列的循环移位长度，可对抗多径衰落，影响小区覆盖。

是否为高速移动状态决定零相关配置的取值。

频率偏移取值范围0~94，影响PRACH的频域位置。

PRACH配置原则：相邻小区PRACH配置索引和根序列索引尽量错开，零相关配置可以相同。

2.6覆盖规划覆盖规划主要用于估算广播信道的覆盖能力，以下主要就参考信号接收功率（RSRP）、载波信号接收强度（RSSI）、参考信号接收质量（RSRQ）、参考信号信干噪比（RS-SINR）的计算方法进行介绍。

RSRP（dBm）= RSRE发射功率（dBm）+ 发射天线增益（dBi）–馈线损耗（dB）–传播损耗（dB）+ 接收天线增益（dBi）–衰落余量（dB）RSSI（dBm）= RB发射功率（dBm）+ 10*log（业务带宽（RB））RSRQ（dB）= RSRP（dBm）+ 10*log（业务带宽（RB））- RSSI（dBm）RS-SINR（dB）= RSRP（dBm）- 干扰功率（dBm）- 噪声功率（dBm）注：RSRP指单个RSRE的平均接收功率；RSSI指业务占用RB数上的接收功率；RSRQ指业务占用RB数上RS接收功率与总接收功率之比；RS-SINR指RS的平均信干噪比。

2.7容量规划容量规划主要用于估算小区接入成功率、小区吞吐量、边缘用户速率、平均用户速率、上行干扰功率等指标。

容量规划中关键算法包括调度算法、资源分配算法、功控算法、干扰协调算法、MIMO建模、业务建模等，以下主要就以上算法的基本原理进行介绍。

蒙特卡罗算法的基本思想是借用统计学的原理，利用多次抓拍的统计结果形成概率意义上的统计结果。

由上可知，蒙特卡罗仿真算法要求抓拍次数要足够多。

但是，考虑到仿真时间受限的因素，仿真时抓拍次数又不能太多。

因此，蒙特卡罗仿真算法抓拍次数应当折中考虑。

调度算法包含轮询算法、正比公平算法、最大C/I算法，规划中调度算法只决定用户的接入先后顺序，与实际设备实现中的调度算法有区别。

此外，考虑到LTE系统业务建模的特殊性，规划中还采用了剩余资源分配算法，该算法包含平均分配、按需求分配、按C/I分配算法。

资源分配算法应用于LTE下行链路。

资源分配算法根据用户的信道状况（SINR值、移动速度等）来决定采用的MCS和MIMO方式，进而科由业务速率确定占用资源。