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 MHz
h MHz f MHz ---??
=-≤≤??-≤≤?
中小城市大城市 150大城市 400430.8
1201(0.14 1.87*10* 1.07*10*)*[lg(/20)]
20b d km f h d d km
γ--≤?
=?+++>?
密集城区校正因子：3dB 一般城区校正因子：0dB
郊区校正因子：2
2*[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：2
4.78*[lg()]18.33*lg()40.94f f -+- 准开阔地校正因子：24.78*[lg()]18.33*lg()3
5.48f 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 MHz
h MHz f MHz ---??
=-≤≤??-≤≤?
中小城市大城市 150大城市 400430.8
1201(0.14 1.87*10* 1.07*10*)*[lg(/20)]20b d km f h d d km
γ--≤?
=?+++>?
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*
Cell
ID ID ID
N N N
=+
表示，其中，
Cell
ID
N
表示PCI，
取值范围是0~503；
(1)
ID
N
表示小区ID组，取值范围是0~167；
(2)
ID
N
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 = 10ms
LTE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。
功控算法应用于LTE上行链路。功控算法根据MCS方式和业务速率计算占用业务带宽、发射功率，并判定业务带宽和发射功率是否超出最大值，进而调整MCS方式重新计算业务带宽和发射功率，折中考虑MCS方式、占用资源和发射功率，最终达到传输效率的最大化。
干扰协调算法的基本思想为相邻小区边缘用户分配相互正交的子载波，降低边缘用户干扰，提高边缘用户速率。但干扰协调带来的代价是小区吞吐量的降低。干扰协调算法包含静态和半静态干扰协调算法。静态干扰协调算法为相邻小区分配固定频带作为边缘用户占用频带，半静态干扰协调算法则是根据信道状况为相邻小区分配频带作为边缘用户占用频带。干扰协调算法为边缘用户分配的边缘频带在资源调度时可分配给中心用户和边缘用户，而中心频带仅可以分配给中心用户。当边缘用户采用干扰协调时，由于频率的正交性，可降低边缘用户的干扰。需要说明的是这里的边缘用户是由本小区去RSRP和相邻小区RSRP共同决定的。
MIMO建模应用于LTE下行链路。由于LTE下行链路支持8种传输模式（单天线端口传输、传输分集、开环空间复用、闭环空间复用、多用户MIMO、秩为1的闭环空间复用、单流波束赋形、双流波束赋形），因此，恰当的MIMO选择和切换门限设置对用户速率和小区吞吐量有很大影响。规划中根据用户的移动速度来确定是否采用波束赋形，根据信道质量确定采用单流或双流传输。此外，讨论以上MIMO模式的前提是基站天线支持多端口传输，因此，基站天线选择亦决定MIMO模式的选择。
业务建模主要指LTE系统业务类型的配置。LTE系统支持的业务类型包括V oIP、GBR、NGBR，V oIP业务速率恒定；GBR业务有最低和最高业务速率要求；NGBR业务有最高业务速率要求，无最低速率限制。业务类型决定调度和资源分配，最终影响仿真统计结果的准确性，因此，仿真之前需要对业务进行充分调研。
容量仿真结果主要统计指标性说明如下：
小区接入成功率指多次快照每个小区内用户的接入成功的次数；
PRB资源占用率指平均每次快照小区上、下行PRB资源占用的数量；
小区吞吐量指平均每次快照小区上、下行吞吐量；
边缘用户速率指多次快照每个小区用户按照用户速率进行排序，后5%处用户的速率；
平均用户速率指多次快照用户速率的平均值；
下行发射功率指平均每次快照小区的下行发射功率；
上行干扰功率指平均每次快照小区的上行平均干扰功率。
3 规划示例
3.1新建工程
(1)新建工程，设置工程名称和保存路径；
(2)点击“确定”，新建工程完毕。
3.2导入地图
(1)点击“导入”->“Planet地图”，在弹出导入地图的界面中设置地图导入路径；
(2)点击“确定”，导入地图。
3.3导入基站信息
(1)点击“导入”->“LTE TDD小区”，在弹出的导入小区信息界面中设置导入基站路径信
息；
(2)点击“确定”，导入小区。
3.4设置规划区域
(1)工具栏中点击“绘制多边形”进行规划区域绘制，并设置规划区为规划子区域和话务子
区域。
3.5链路预算
(1)点击“LTE TDD仿真”->“预规划”->“链路预算”，在弹出的链路预算表中进行参数
设置，并查看链路预算结果。
(1)点击“LTE TDD仿真”->“邻区规划”，在弹出的邻区规划界面中配置相关参数；
(2)点击“开始仿真”执行邻区规划算法，结束后查看邻区规划结果。
3.7 PCI规划
(1)点击“LTE TDD仿真”->“PCI规划”，在弹出的PCI规划界面中配置相关参数；
(2)点击“开始仿真”执行PCI规划算法，结束后查看PCI规划结果。
3.8公共信道覆盖预测
(1)点击“LTE TDD仿真”->“设置网络性能参数”，在设置网络性能参数界面中配置公共
信道覆盖仿真相关参数；
(2)点击“LTE TDD仿真”->“覆盖预测”->“公共信道覆盖预测”执行公共信道覆盖预
测仿真算法，结束后点击左侧目录树查看仿真结果。
3.9蒙特卡罗仿真
(1)点击“LTE TDD仿真”->“话务分布”->“话务子区域配置”，在弹出的话务子区域管
理界面中配置激活终端数；
关参数；
(3)点击“LTE TDD仿真”->“蒙特卡罗仿真”，在弹出的蒙特卡罗仿真管理界面中配置相
关参数；
(4)点击“开始仿真”执行蒙特卡罗仿真算法，结束后查看仿真结果。
(1)Google Earth客户端查看仿真结果