最新完美版03LONPC01TDLTE网络规模估算.docx
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最新完美版03LONPC01TDLTE网络规模估算
TD-LTE无线网络规模估算
课程目标:
●了解TD-LTE无线技术特点
●掌握TD-LTE无线网络规模估算思路
●掌握TD-LTE无线链路覆盖算方法
●掌握TD-LTE无线网络空口容量估算方法
目录
第1章规模估算简述1
1.1LTE技术特点1
1.2规模估算的思路1
第2章覆盖估算2
2.1覆盖估算流程2
2.2LTE链路预算2
2.2.1链路预算定义2
2.2.2链路预算流程2
2.2.3链路预算基本参数及取值分析3
2.2.4链路预算中的传播模型13
2.2.5站型与单站覆盖面积的关系14
2.3覆盖估算14
第3章容量估算16
3.1容量估算流程16
3.2影响容量估算结果的因素16
3.3话务模型分析16
3.3.1话务模型分析的重点因素16
3.3.2话务模型17
3.3.3话务模型的进一步研究内容19
3.4容量估算方法20
3.4.1容量估算理论方法20
3.4.2容量估算简化方法20
第4章总结22
第5章附录23
5.1系统容量仿真结果23
5.1.1下行容量23
5.1.2上行容量24
5.1.3仿真条件24
5.2TD-LTE话务模型25
图目录
图2-1链路预算流程图3
图2-2SE与TxPower的关系6
图2-3ESE与TxPower的关系7
图2-4上下行仿真结果(局部)11
图3-5站型图14
表目录
表2-1子帧配置表4
表2-2RB数与信道带宽对应关系4
表2-3上行干扰余量取值9
表2-4不同覆盖场景的穿透损耗值11
表2-5链路预算中阴影衰落取值12
表3-6站型与单站覆盖面积的关系14
表3-1话务模型参数含义17
表3-2推荐话务模型19
表3-3系统仿真结果21
表3-4吞吐量需求21
表3-5吞吐量需求21
第一章规模估算简述
一.1LTE技术特点
LTE属于宽带数据XX通信技术,其系统技术特点如下:
1.带宽可变:
1.4MHz/3MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz;
2.多载波技术:
12个子载波组成一个RB,多个RB承载业务;开销与业务都在RB上承载发送;RB资源的多少直接决定小区覆盖范围和边缘业务速率;
3.多天线技术:
传输分集、空间复用、波束赋形,不同的技术应用有不同的链路预算;
4.MCS技术:
自适应调制编码,不同速率要求对应不同的MCS等级;
这些特点决定LTE链路预算区别于3G系统的链路预算。
一.2规模估算的思路
TD-LTE网络规模估算是指根据需求分析和无线环境分析,给出规划区域所需要站点数,通常规模估算包括覆盖估算和容量估算。
根据规划区域无线传播模型,通过链路预算,估算小区覆盖距离,得到满足覆盖需求的站点数;根据人口分布以及容量需求,结合话务模型,估算满足容量需求的站点数;最后取最大站点数作为规划区域的站点数。
第二章覆盖估算
二.1覆盖估算流程
覆盖估算流程如下:
1.确定链路预算中使用的传播模型;
2.根据传播模型,通过链路预算表分别计算满足上下行覆盖要求的小区半径;
3.根据站型计算单个站点覆盖面积;
4.用规划区域面积除以单个站点覆盖面积得到满足覆盖的站点数;
二.2LTE链路预算
二.2.1链路预算定义
链路预算是通过对上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析,估算覆盖能力,得到保证一定信号质量下链路所允许的最大传播损耗。
链路预算是网络规划的前提,通过计算信道最大允许损耗,求得一定传播模型下小区的覆盖半径,从而确定满足连续覆盖条件下站点规模。
LTE链路预算的特点如下:
1.不同业务速率对应不同干扰余量;
2.馈线损耗比较小,是因为LTE中的馈线是指从RRU的输出到天线的输入这一段跳线。
3.影响链路预算的因素很多,除了手机的发射功率,基站的接收灵敏度外,还有阴影衰落余量,建筑物穿透损耗,业务速率和业务解调门限等,所以链路预算也应该区分地理环境和业务种类进行。
二.2.2链路预算流程
链路预算总体流程如图2-1所示。
图2-1链路预算流程图
具体计算过程如下:
1.确定被预算的速率xkbps;
2.确定边缘用户RB数目nRB;
3.根据子帧配比计算上下行控制信道开销;
4.计算每个RB承载的bit数;
5.根据每个RB承载的bit数查找“LinkResult”表,确定对应的MCS等级和RequiredSINR;
注1:
从上面的过程可见,用户速率(xkbps)、用户资源(nRB)和最后的RequiredSINR三者之间是相互依存的。
必须固定下其中2个才能计算出第三个。
显然用户速率是可以固定下来,对于链路预算,则要么固定RB数目,要么固定SINR。
由于LTE是动态条件资源自适应环境,因此固定SINR不现实也不合理,因此采用固定RB数目的方式,但是RB数的分配与用户速率、调度方法、覆盖场景等相关。
二.2.3链路预算基本参数及取值分析
二.2.3.1承载业务速率(DataRate)
根据用户需求设置期望承载的用户速率,单位Kbps。
二.2.3.2上/下行信道带宽(UL/DLChannelBandwidth)
根据用户需求设置系统带宽。
根据LTE协议规定,可选1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。
不同的信道带宽将影响上/下行总的RB数。
二.2.3.3TD-子帧配置(TD-Configuration)
根据协议规定,TD-LTE共有7种配置,如表2-1所示。
表2-1子帧配置表
Uplink-downlink
configuration
Downlink-to-Uplink
Switch-pointperiodicity
Subframenumber
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
5ms
D
S
U
U
U
D
S
U
U
U
1
5ms
D
S
U
U
D
D
S
U
U
D
2
5ms
D
S
U
D
D
D
S
U
D
D
3
10ms
D
S
U
U
U
D
D
D
D
D
4
10ms
D
S
U
U
D
D
D
D
D
D
5
10ms
D
S
U
D
D
D
D
D
D
D
6
10ms
D
S
U
U
U
D
S
U
U
D
注1:
不同子帧配置将影响上下行子帧配比因子;
二.2.3.4上/下行RB总数(UL/DLRBTotalNum)
上/下行RB总数与上/下行信道带宽有对应关系,如表2-2所示。
表2-2RB数与信道带宽对应关系
信道带宽(MHz)
RB数(个)
1.4
6
3
15
5
25
10
50
15
75
20
100
二.2.3.5eNodeB天线配置(eNodeBAntennaConfiguration)
eNodeB的天线配置,通常为:
对于下行,天线配置包括4T4R(CLSM)、4T4R(BF)、2T2R(SFBC)、8T8R(BF);
对于上行,天线配置包括4T4R、2T2R、8T8R;
二.2.3.6终端天线配置(eUEAntennaConfiguration)
终端设备的天线配置,通常为1T2R;
二.2.3.7MIMO双流配置(MiMOdouble-steamenable)
LTE协议定义只有下行可以采用MIMO双流配置,即空间复用。
当MIMOdouble-streamenable后,将RLC层速率折算为1.5~1.8倍,对此数据流大小进行链路预算,即可得到双流下的覆盖效果。
一般情况下,小区边缘采用MIMO双流模式,并非最好选择。
即在小区边缘通常不打开MIMO双流。
二.2.3.8业务信道边缘用户分配RB数(Usedresourceblocks)
边缘用户获得的RB数目不同,会导致覆盖有差异。
而这个值必需先确定下来,否则无法得到SINR。
对于下行,链路预算主要是考虑单个用户在小区边缘要保证预设速率下最远能达到的覆盖范围,基于最大覆盖的原则,TD-LTE系统通常上行业务受限,DLPDSCH在20M时一共有100个可用的RB,根据速率用尽量低的MCS和尽量少的RB数以获得最大覆盖,当速率较低时MCS取0,优先增大RB数。
当速率较高时,用MCS=0已经不够了,这时可以调整MCS来保证下行需要的速率。
同理,上行是基于给定的边缘速率依据仿真的结果来获得占用的RB数和MCS等级的。
比如速率为512kbps,则如果为2:
2的子帧配比,则每个上行子帧需要传输的数据量为512/0.4=1280bit,然后查表得到满足最优覆盖的RB数为15,MCSIndex=5。
在子帧配比为3:
1时,RB=20,MCS=8,是可以获得512kbps的速率的。
在实际计算过程中,需结合用户需求,可调整边缘用户分配的RB数,并且上下行RB可以不同,但是RB数的改变会导致干扰余量、解调SINR、TxEIRP的变化。
二.2.3.9MCS等级(MCSindex)
当业务速率和RB数确定后,所需的最低MCS等级即可确定下来。
首先要根据业务速率及TD-子帧配置获得TBSize应满足的最小值,然后根据3GPP协议36.213中的7.1.7.2.1表格获取TBSindex,再根据表格7.1.7.1-1和8.6.1-1(分别对应下行和上行)来获得MCSindex。
二.2.3.10调制方式(Modulation)
根据MCS等级对应获得,可以为QPSK、16QAM、64QAM。
注1:
通常链路预算计算的为边缘覆盖情况,一般应该为较低的调制方式QPSK.
二.2.3.11传输块大小(TBSize)
TBSize大小要满足TBSize(bps)*子帧配比因子/1ms>DataRate(kbps)。
其中:
子帧配比因子是指下(上)行时隙数占总时隙的比例,根据TD-子帧配置获得
二.2.3.12下行单天线发射功率(TxpowerperAntenna)
下行单天线发射功率是通过eNodeB发射功率(eNBTxpower)和eNodeB天线个数(Num.ofTxantenna),均分功率得到的。
举例说明:
eNBTxpower=46dBm,Num.ofTxantenna=2,则
TxpowerperAntenna=43dBm。
二.2.3.13eNodeB发射功率(eNBTxpower)
根据系统仿真分析,功率参数推荐配置为:
1.系统带宽10M配置为43dBm;
2.系统带宽20MHz配置为46dBm;
在10MHz带宽下,ISD=500m,通过仿真研究功率需求,结果如下:
1.基本参数
ISD=500m,不同的小区发射功率,天线交叉极化,SCME信道,FR=1,SFBC
2.仿真结果
通过SE或ESE与TxPower的关系,得到如下结果:
图2-2SE与TxPower的关系
图2-3ESE与TxPower的关系
3.分析结论
固定ISD,随着功率的增加,平均频谱效率和边缘频谱效率都单调上升;曲线后期接近水平,不再增加,说明典型密集城区环境下功率增加到一定程度已足够,再增加功率已不必要。
实际使用中还要根据实际采用的产品功率来确定。
注1:
另外,对于每个业务可以分配不同的RB数目,例如对64kbps业务可以分配2~3RB,则计算这个业务的功率时候,假设所有DL功率是均分在所有RB上的,该业务得到功率与其占用的RB数目成正比。
但是对于上行,则是所有eUe发送功率都给所占用的RB。
这一点上,上行和下行是不同的,原因在于下行功率是所有用户共享的,上行功率是用户独占的。
二.2.3.14UE发射功率(eUEmaximumpower)
UE发射功率一般设置为23dBm。
二.2.3.15天线增益(Antennagain)
基站侧:
基站天线增益值,一般取18dBi。
终端侧:
UE天线增益值,一般取0dBi。
注1:
天线增益与天线的具体型号有关。
在实际计算过程中,需根据用户需求确定。
二.2.3.16馈线损耗(CableLoss)
馈缆损耗是指RRU与天线接口之间的跳线损耗,它会降低接收机接收电平,从而对覆盖能力产生影响,一般取0.5dB。
二.2.3.17等效发射EIRP(TXEIRP)
1.下行资源占用下的等效发射EIRP
根据基站EIRP,边缘用户分配的RB与信道带宽对应的总RB数之比,得到一定资源下,UE分配到的功率。
TXEIRPperoccupiedallocation=eNBTxpower+Antennagain+CableLoss–10*log(DLRBTotalNum/AssignNumofRB)。
2.上行资源占用下的等效发射EIRP
对于上行,UE发送功率全都给所占用的RB,上行功率是用户独占的。
因此
TXEIRPperoccupiedallocation=eUEmaximumpower+Antennagain。
注1:
通常上行中,UE的Antennagain等于0,因此TXEIRPperoccupiedallocation=eUEmaximumpower。
二.2.3.18热噪声密度(Thermalnoisedensity)
热噪声密度通常设置为-174dBm/Hz。
二.2.3.19热噪声带宽(Noisebandwidth)
热噪声带宽=10*log(Usedresourceblocks*180*1000)。
二.2.3.20噪声系数(noisefigure)
一般系统中都用噪声系数(Noise Figure)来表示系统的噪声性能。
噪声系数通常被定义为网络输入端信号信噪比和网络输出端的信号信噪比之间的关系,值越小,说明该系统硬件的噪声控制越好,若以dB表示为:
其中,(S/N)in是输入信噪比,(S/N)out为输出信噪比。
基站噪声系数一般取3dB,终端噪声系数一般取7dB。
注1:
具体取值应根据实际设备参数指标。
二.2.3.21接收噪声功率(RXnoisepower)
接收噪声功率=热噪声功率+接收机噪声系数。
1.热噪声功率
热噪声功率=-174+10*log(接收信号带宽),其中接收信号带宽即为业务信道或控制信道分配RB数。
2.噪声系数
通常基站设备噪声系数设置为3,终端设备噪声系数设置为7。
二.2.3.22干扰余量(InterferenceMargin)
多用户发起业务后造成底噪抬升被称作干扰余量。
传统的CDMA系统,小区负荷越高,容量越大,干扰就越大,导致覆盖就越小。
为了在链路预算中体现这种效应,引入干扰余量的概念。
干扰余量计算过程:
(1)仿真得到不同ISD条件下的单小区(无小区间干扰)、多小区边缘吞吐率
(2)从中
(1)得到给定边缘吞吐率对应的单小区半径、多小区半径
(3)通过空口路损模型,得到
(2)中单小区半径、多小区半径分别对应的路损,两者的路损差即为干扰余量。
通常采用线性插值的方法,获取一定速率下的干扰余量。
表2-3上行干扰余量取值
上行链路流量(kbps)
1*8
128k
1*8
500k
1*2
64k
1*2
200k
上行链路干扰余量(dB)
1
7
2
5
注1:
该计算方法只应用于上行,下行没有直接的干扰余量这个参数,其相关内容见几何因子部分。
二.2.3.23人体损耗(BodyLoss)
通常取0dB。
二.2.3.24几何因子(GeometryfactoratCellRange)
几何因子又叫G因子。
在下行链路预算中,没有干扰余量这一个参数,干扰的影响直接反映在MAPL的计算中。
下面就列举一下该推导过程:
根据SINR的定义,可用下式计算小区边缘的SINR:
定义几何因子G
则:
进而有:
通过代数求解,可知:
当定义小区负荷为X%时,该式进一步演化为:
通过上式再考虑额外的增益和损耗即可求得MAPL,而该结果已经反映了干扰的影响。
对于G因子,应通过仿真获得,其值与网络中站点的拓扑结构有关。
对于下行业务信道,通常取3dB。
二.2.3.25邻区负荷(AdjacentCellLoading)
反映网络的负荷情况
二.2.3.26所需SINR(RequiredSINR)
MCS等级和分配的RB数确定后就可以查表获得所需的SINR,该表格由仿真结果汇总获得。
在速率固定情况下,分配的RB数目越多,则所需的MCS等级越低,进而对SINR需求较小,能够覆盖更远的范围。
图2-4上下行仿真结果(局部)
二.2.3.27接收灵敏度(WantedSignalMeanPower(includingRFgain&loss))
接收灵敏度=接收端噪声功率+所需SINR+干扰余量+人体损耗–接收分集增益–接收天线。
接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力,是指接收机输入端为保持所需要的误帧率而必须达到的功率;随着传输距离的增加,接收信号变弱,提高接收机的接收灵敏度可使设备具有更强的捕获弱信号的能力。
二.2.3.28频率选择性增益(Freq.SelectiveSchd.Gain)
OFDM系统的一个优势就是能够有效的对抗频率选择性衰落,该增益默认取1dB。
二.2.3.29穿透损耗(PenetrationLoss)
建筑物的穿透损耗与具体的建筑物类型、电波入射角度等因素有关。
不同相同材质在不同频率的穿透损耗值不同,随着频率升高,穿透损耗逐渐加大。
在链路预算中,通常会根据不同场景选取相应的传播损耗,典型场景的取值如下:
表2-4不同覆盖场景的穿透损耗值
覆盖场景
穿透损耗
密集城区
20dB
一般城区
15dB
郊区
10dB
农村
8dB
注1:
实际使用中,客户常常会指定穿透损耗,应根据客户需求设置。
二.2.3.30阴影衰落(ShadowFadingmargin)
所谓阴影衰落,是由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影效应而形成的损耗。
反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗,其变化率较慢故又称为慢衰落。
一般服从对数正态分布。
阴影衰落余量,是为了克服衰落的变化,保证小区中通讯的可靠性而预留出来的余量,是与一定的小区边缘通信概率要求和慢衰落标准差相对应的,需要在链路预算中加以考虑。
通常认为阴影衰落服从对数正态分布。
根据阴影衰落方差和边缘覆盖概率要求,可以得到所需的阴影衰落余量。
如按照75%边缘覆盖率进行链路预算,取阴影衰落标准差8dB,这样就需要留出5.4dB的余量。
表2-5链路预算中阴影衰落取值
密集城区
一般城区
郊区
农村
阴影衰落标准差(dB)
10
10
8
6
边缘覆盖率
0.88
0.88
0.75
0.71
阴影衰落余量(dB)
11.6
11.6
5.4
3.4
面积覆盖概率
0.95
0.95
0.90
0.90
注1:
通常会提到面积覆盖率,其定义为在半径为R的圆形区域内,接收信号强度大于接收门限的位置占总面积的百分比。
二.2.3.31切换增益(Handoffgain)
阴影衰落余量的引入体现了小区(边缘)的覆盖率。
如按照75%边缘覆盖率进行链路预算,取阴影衰落标准差8dB,这样就需要留出5.4dB的余量。
这对于单一小区的覆盖计算是没有问题的,但我们通过链路预算计算MAPL进而获得小区覆盖半径一般是用于整网的规模估算,获得满足该边缘覆盖概率下实现连续覆盖所需的站点数。
对于连续的拓扑结构网络,这时候的阴影衰落余量计算是有冗余的。
为了体现这个差异,引入切换增益。
切换增益与无线环境相关,不同的无线环境(如密集城区等)对应不同的取值。
二.2.3.32链路预算结果(LinkBudget)
通过设置上面的链路预算参数,得到最终的链路预算结果(允许最大的路径损耗)。
1.下行链路预算结果
允许的最大路径损耗(下行)=
+终端天线增益+频率选择性增益-人体损耗-穿透损耗-阴影衰落+切换增益
2.上行链路预算结果
允许的最大路径损耗=终端最大发射功率+终端天线增益+基站天线增益-人体损耗-基站馈缆损耗-基站接收机噪声功率–所需SINR-干扰余量-穿透损耗-阴影衰落+切换增益
其中
的计算方法参见几何因子中的内容。
需要注意的是,链路预算要结合实际用户需求,设置上述参数。
二.2.4链路预算中的传播模型
常用的提供了标准宏小区传播模型,其通用表达式为:
其中:
:
接收功率;
:
发射功率;
:
基站与XX终端之间的距离
;
:
XX终端的高度
;
:
基站距离地面的有效天线高度
;
:
绕射损耗;
:
参考点损耗常量;
:
地物坡度修正因子;
:
有效天线高度增益;
:
绕射修正因子;
:
奥村哈塔乘性修正因子;
:
XX台天线高度修正因子;
:
XX台所处的地物损耗。
二.2.5站型与单站覆盖面积的关系
站型一般包括全向站和三扇区定向站。
在规模估算中,根据广播信道水平3dB波瓣宽度的不同,常用的定向站有水平3dB波瓣宽度为65度和90度两种。
图3-5站型图
表3-6站型与单站覆盖面积的关系
全向站
定向站(广播信道
65度,三扇区)
定向站(广播信道9
0度,三扇区)
站间距
面积
二.3覆盖估算
通过链路预算表获得最大允许路径路损,再根据站型和传播模型计算小区最大覆盖半径,最后根据规划区域面积得到满足覆盖的站点数。
具体步骤如下:
1.计算小区最大覆盖半径
通过链路预算表得到最大允许路径路损,带入传模模型公式,可以得到小区最大覆盖半径。
传播模型公式如下:
其中
,则可以求得
,即小区最大覆盖半径。
2.计算单站最大覆盖面积
根据不同的站型,通过小区半径,计算单站最大覆盖面积。
3.计算站点个数
站点个数=规划区域面积/单站最大覆盖面积。
第三章容量估算
三.1容量估算流程
(1)计算基站吞吐量。
根据系统仿真结果,得到一定站间距下的单站吞吐量。
(2)根据话务模型计算用户业务的吞吐量需求或者由用户给出。
其中吞吐量需求的因素包括地理分区、用户数量、用户增长预测、保证速率等。
(3)根据
(1)和
(2)计算基站数量。
上述流程是理论计算方法,通常情
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