学文网【摘要】 对FDD LTE和CDMA2000通信系统的链路预算进行分析，得到两个系统的最大路径损耗；并且通过传播模型计算得出其在密集城区场景下的覆盖范围。进一步阐述增强FDD LTE覆盖范围的各种覆盖增强技术；并展望未来FDD LTE和CDMA2000实现共覆盖的方法。
【关键词】 FDD LTE系统 链路预算 覆盖对比 覆盖增强
一、概述
目前，FDD LTE的标准化和产业发展都领先于TDD LTE，成为世界上最为广泛采用的4G标准，中国电信大力支持和建设FDD LTE模式的移动网络，为了合理节省建设成本和提高覆盖质量，常采用FDD LTE与CDMA2000共建站的方式进行FDD LTE基站建设。由于在工作频率、边缘速率、链路预算、最大覆盖半径等与CDMA2000存在较大差异，引起两种模式共建站时共覆盖的问题。
二、链路预算及传播模型
覆盖规划在无线网络建设规划中是一个基本环节，关系着无线网络的覆盖质量和建设成本；其流程示意***如下。确定覆盖目标的场景和范围后，首先计算出允许的最大路径损耗，然后利用传播模型得到最大的覆盖半径，从而得到覆盖规模内所需的最少基站数量，为下一步建设规划提供数据支持。
2.1 链路预算模型及方法
链路预算[1]即是计算信号在发送端和接收端传播时所允许的最大路径损耗（MAPL），该值受发射端功率、增益、损耗、余量及接收端灵敏度等五大参量的影响；其基本模型如***1。
通信系统的上行和下行链路预算在原理上相同，基于不同的上下行边缘速率，部分参数取值有所调整；其表达式为：
其中Pmax为发射端最大发射功率；GT、GR、Ghandover分别为发射端天线增益、接收端天线增益、切换增益；Lcable、Lbody、Lpenetration分别为馈线损耗、人体损耗、穿透损耗； Mshadowfading、Minterference分别为阴影衰落余量和干扰余量；SR为接收端灵敏度。
2.3 传播模型
最大路径损耗（MAPL）结合无线空间传播模型即可计算发射信号的最大覆盖半径。根据不同的频率范围、天线高度及应用环境（城区、郊区、乡村等），常用的传播模型有Okumura-Hata、COST-231 Hata、CCIR、LEE、COST-231 WI等模型。此处我们选用Okumura-Hata模型对CDMA2000系统进行覆盖半径的计算，选用COST-231 Hata传播模型对LTE系统进行覆盖半径的计算；其计算公式如下：
其中，f为工作频率（MHz）；ht为基站有效高度（m）；hr为移动终端有效高度（m）；d为基站天线与移动终端天线的有效水平距离，约为覆盖半径值；α（hr）为接收端天线修正因子；C为应用场景的修正因子。对于2.3GHz及2.6GHz 频率的LTE网络，其工作频率超过COST-231 Hata传播模型的标准频率范围（1500MHz～2000MHz），应在连续波测试（CW测试）结果上对传播模型校正。
三、FDD LTE和CDMA2000链路预算与覆盖对比
由于LTE是上行受限系统，因此采用上行覆盖对比进行分析。选择密集市区作为应用场景，取1800MHz FDD LTE、2100MHz FDD LTE、CDMA2000 1X语音及CDMA2000 EVDO数据业务上行链路的边缘速率分别为256kbit/s、256kbit/s、9.6kbit/s、9.6kbit/s；其工作频率为1770MHz、1970MHz、835MHz、835MHz；其接收机灵敏度为-112.1dBm、-112.1dBm、-125.78dBm、-124.2dBm；其接收机天线增益为18dBi、18dBi、15.7dBi、15.7dBi；其阴影衰落余量为11.7dB、11.7dB、5.4dB、5.4dB；其干扰余量为2dB、2dB、3dB、5.5dB；切换增益为4.5dB、4.5dB、3.7dB、3.7dB；取实际发射功率为23dB，发射天线高度为1.5m、发射端增益为0dBi、接收端天线高度为30m、穿透损耗为20dB、馈线损耗为3dB、人体损耗为0dB（CDMA2000 1X语音上行链路取3dB）。将各系统上行链路的各个参数代入链路预算模型得到其室内外最大路径损耗值如***2；代入传播模型可以计算得到相应的最大室外和室内覆盖半径如***3。在上行链路，两个频段的LTE室内外覆盖范围接近，约是CDMA2000 EVDO和CDMA2000 1X语音业务覆盖范围的1/3。可见FDD LTE系统和CDMA2000系统的覆盖范围存在较大差异，在进行两个系统共站建设时，必须增大FDD LTE系统的覆盖范围，达到减少建设FDD LTE基站的目的。
针对FDD LTE系统的特点，利用各种覆盖增强技术可以提高其覆盖能力[2]。（1）IRC指干扰拟制合并，它利用多天线获得来自邻区的干扰统计特性来降低或消除干扰。一般干扰终端地理位置越相近，经历的物理信道越相关时，IRC效果越好；同时要控制天线分支间的相关性不能太高，否则IRC性能也变差。对于上行链路，IRC能提升1～7dB的解调性能。（2）MIMO技术将数据调制/解调为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个天线发射/接收。当前LTE网络配备上行1×2天线，由于上行受限的特点，应加强使用上行1×4单发四收的覆盖增强技术。（3）ICIC（Inter-Cell Interference Coordination）指小区干扰协调，是另一种控制邻区间干扰的技术。该技术通过小区可用资源的协调和限制来提高邻区在这些资源上的信噪比及小区的边缘速率，最终实现提高覆盖的目的。ICIC技术分为部分频率复用（FFR）和软频率复用（SFR）2种。其中，FFR方案可改善1～5dB的SINR，SFR方案可改善1～3dB的SINR[2]。（4）TTI（Transmission Time Interval）指传输时间间隔，是LTE系统无线链路中一个***解码传输的长度。TTI Bunding是将几个TTI绑定在一起使用，把一个数据包在连续多个TTI资源上重复传输，增加数据传输的有效性。该技术可在数据业务和VoIP业务上应用，目前设备只开启针对VoIP业务的使用。绑定多个TTI进行上行传输，能够有效提高上行覆盖范围，缺点是要牺牲系统资源。研究表明[2]，利用4时隙绑定可提供上行1～2dB的解调性能增益，而利用8时隙可达到1～3dB的增益。（5）CoMP（Coordinated Multiple Points）协同多点传输，是指地理位置上分离的多个传输点，协同参与为一个终端的数据传输或者联合接收一个终端发送的数据。在系统高负荷时，可以与ICIC联合使用，此时ICIC有助于小区间负荷均衡。使用CoMP可以带来1～2dB的系统增益。（6）利用RRU与天线一体化能降低馈线损耗2～3dB；另外使用高增益天线可提高3～4dB增益。
根据实际应用环境，灵活组合采用各种覆盖增强技术能带来不同数值的增益，仍以上行边缘速率256kbit/s时的各参数为基准计算，得到FDD LTE系统采用覆盖增强技术前、后与CDMA2000系统室内外覆盖范围的对比如***3。
由***3可见，通过12dB增益的覆盖增强技术后，LTE系统的上行覆盖半径不管是室内还是室外都扩大将近一倍；但与CDMA2000的上行覆盖半径仍有约一倍的差距。理想地把各项覆盖增强技术的增益的最大值相加可以达到24dB，此时才可能实现与CDMA2000相近的覆盖半径，但实际上这几乎不可能达到。在FDD LTE与CDMA2000共建站的建设规划中，针对热点地区可以适当利用覆盖增强技术扩大FDD LTE覆盖范围；但随着用户的增多和网络的扩容需要，连片覆盖是必然趋势，增大LTE的基站规模也无法避免。
四、结论与展望
本文通过链路预算分析和传播模型的计算得到FDD LTE系统和CDMA2000系统的最大路径损耗及最大覆盖半径，介绍了各种覆盖增强技术，对比在覆盖增强技术前后两个系统室内外覆盖范围变化。在上行链路中可采用IRC、ICIC、TTI Bounding、1×4 MIMO天线、CoMP等技术增强FDD LTE系统在热点的覆盖能力。但两个系统的覆盖能力依然差距较大，因此一方面要加强LTE基站的站址储备；另一方面要加快FDD LTE系统新覆盖增强技术的开发和应用，如2T×4R的天线技术、多模基站、Cloud Radio干扰拟制、中继（Relay）等技术。另外在MIMO技术特点下多频段天线、超宽频高性能天线也是研发和应用的重点。
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