LTE覆盖增强技术.docx
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LTE覆盖增强技术
LTE覆盖增强技术
超远覆盖场景对小区覆盖半径有更高要求，在远距离覆盖情况下存在覆盖受限的场景。
本文覆盖增强技术主要针对如下覆盖受限场景：
●在SINR低于解调门限的区域，服务小区的信号很弱，噪声成为SINR低的主要因素。
●在特定的边缘速率及频谱效率要求的情况下，LTE的下行覆盖半径小于LTE上行的覆盖半径。
●在特定的边缘速率及频谱效率要求的情况下，LTE的上行覆盖半径小于LTE的下行覆盖半径。
通过TTIbundling，MIMO，上行闭环功控技术来实现超远覆盖场景下的覆盖增强。
覆盖增强涉及到的基本特性为：
●TDLBFD-002026UplinkPowerControl
●TDLOFD-001009ExtendedCellAccessRadius
覆盖增强涉及到的可选特性为：
●TDLOFD-001048TTIBundling
●TDLOFD-001005UL4-AntennaReceiveDiversity
●TDLOFD-001062UL8-AntennaReceiveDiversity
●TDLOFD-001012ULInterferenceRejectionCombining
3.1.1TTIbundling
TTIbundling固定连续4个子帧绑定，在这绑定的4个子帧上传输相同的数据。
若TTIbundling传输的数据需要重传，则重传也是TTIbundling，这种情况下，每个UE的HARQ进程也会相应减少。
在TDD系统中，上下行配比不同，重传间隔也不同。
另外，协议规定，TDD系统只支持上下行子帧配置类型为0、1、6的TTI绑定，绑定支持的HARQ进程数缩小一半；TDD系统不支持半静态调度的TTI绑定。
在TTIbundling功能开通的情况下，当UE信道质量较差，功率受限时，通过为UE配置TTIbundling，可以在空口时延预算内获得更多传输机会，提高上行覆盖。
是否使用TTIbundling功能可通过参数UlSchSwitch中的子开关决定。
若UE配置了TTIBundling，则不能进行虚拟MIMO配对。
TTIbundling特性详见特性描述文档，描述的调度部分。
本文仅对TTIbundling覆盖增强相关进行介绍。
3.1.2接收分集
UL接收分集模式下，UE通过一根发射天线发送信号，不同UE占用不同的时频资源。
eNodeB使用多个天线接收信号，对多个天线上收到的信号进行合并，实现SINR的最大化，可获得分集增益和阵列增益，从而增加了小区系统覆盖，提高了单用户容量。
由于无线信道的衰落特性，发射机与接收机之间的无线信道会随时间周期性出现深衰落（10~20dB），从而造成接收信号SINR的波动。
但由于不同天线上信号的深衰落通常不会同时出现或同时出现的概率较低，当不同天线上的接收信号进行合并后，信号处于深衰落的概率大大减小，从而获得分集增益（DiversityGain）。
另一方面，由于不同天线上的白噪声是不相关的，合并后噪声功率保持不变，而信号能量却成倍提高，从而获得阵列增益（ArrayGain）。
阵列增益通常等于与接收天线的数量有关，即2天线接收系统的阵列增益为3dB，4天线接收系统的阵列增益为6dB。
接收分集的关键在于信号的合并算法，合并算法有两种，分别是MRC（MaximumRatioCombining）和IRC。
IRC接收机可以看成是MMSE多天线接收机在强干扰场景下的实现。
与MRC接收机相比，算法复杂度略高但多数情况下IRC性能更优。
在干扰较强的场景下，有效抑制干扰功率往往比直接提高接收信号功率更加有效。
IRC算法就是为这种场景设计的。
考虑到有色干扰的存在，IRC同时以抑制干扰功率和最大化接收信号功率为权值调整的目标，通过两个目标的有效折中实现接收信号信干噪比的最大化。
接收分集相关特性详见特性描述文档，网络特性与移动性的MIMO部分。
本文仅对MIMO对覆盖增强相关进行介绍。
3.1.3上行闭环功控
从增强覆盖的角度，主要是要考虑PUSCH的闭环功控。
PUSCH功率控制目的如下：
●降低对邻区的干扰和提高小区吞吐量。
●保证小区边缘用户的速率。
要打开PUSCH闭环功控，需要打开InnerLoopPuschSwitch，eNodeB估计用户的发射功率谱值，根据用户的发射功率谱估计值与发射功率谱目标值的差异，周期性地调整PUSCH发射功率，适应信道环境的变化。
如果发射功率谱估计值大于发射功率谱目标值，eNodeB向UE发送降低功率TPC命令；如果发射功率谱估计值小于发射功率谱目标值，eNodeB向UE发送增大功率TPC命令。
上行闭环功控是上行功控中的一部分，上行功控特性详见特性描述文档，网络特性与移动性的功率控制部分。
本文仅对上行闭环功控对覆盖增强相关进行介绍。
详细内容请参见功率控制特性描述文档的PUSCH功率控制部分。
CP和随机接入前导技术
ExtendedCellRange特性通过多种前导序列格式技术满足不同的RTD时延要求，通过CP技术有效抵抗多径时延，消除多径时延带来的符号间干扰ISI和载波间干扰ICI，从而保证E-UTRAN网络小区覆盖。
运营商可以根据实际网络部署，灵活配置小区随机接入前导序列格式和CP类型。
根据3GPP定义，E-UTRAN网络小区覆盖半径最大可达100km。
但随着小区覆盖半径增大，RTD（RoundTripDelay）也相应变大，在多径时延扩展较大的地区，小区时延扩展也可能增大。
RTD、时延扩展与小区半径关系分别如下：
RTD为eNodeB与UE间无线信号往返时延，
。
因此，RTD随着小区覆盖半径增大而增大。
eNodeB与UE间存在多条无线传播路径，不同路径间最大传输时延差为时延扩展。
在LTE典型部署场景下（如城区），时延扩展一般较小。
但在某些特殊信道环境（如山谷）或特殊组网形式（如公路覆盖采用多RRU共小区组网），时延扩展较大，并且随着小区覆盖半径变大，时延扩展会随之扩大。
时延扩展在OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple）系统中造成符号间干扰ISI（Inter-SymbolInterference）和载波间干扰ICI（Inter-CarrierInterference）。
CP和随机接入前导涉及到的基本特性为：
●TDLBFD-00100401NormalCP
●TDLBFD-002012CellAccessRadiusupto15km
●TDLBFD-00100701uplink-downlinksubframeconfigurationtype1&2
CP和随机接入前导涉及到的可选特性为：
●TDLOFD-001031ExtendedCP
●TDLOFD-001009ExtendedCellAccessRadius
●TDLOFD-00102601uplink-downlinksubframeconfigurationtype0&5
4.1CP
在OFDM系统中，为克服由于多径延迟造成的符号间干扰ISI和载波间干扰ICI，引入了循环前缀CP的概念。
所谓CP，就是将OFDM符号尾部的信号搬移到头部产生的循环扩展信号，从而在符号间形成保护间隔，如图4-1所示。
图4-1OFDM符号时域结构图
CP中包含的是OFDM符号尾部的循环重复，当CP长度大于多径延迟时，OFDM接收机可以捕捉到OFDM符号的全部能量；当CP长度小于多径延迟时，将导致OFDM符号的部分能量无法被接收机捕捉到。
更严重的是，当前符号的延迟超出CP长度的多径分量会被接收机当作后一个符号接收，从而对后一个符号接收造成干扰，形成符号间干扰。
受到干扰的OFDM符号由于错误地捕捉了相邻符号的部分分量，FFT变换后无法完全恢复子载波之间的正交性，从而造成载波间干扰。
因而，需要选择一个合适的CP长度，一方面应该足够长以避免严重的符号间干扰和载波间干扰；另一方面又不能过长，以免造成过大的资源开销，带来额外的频谱效率损失。
为兼顾数据传输能力、系统性能、系统开销等因素，3GPPTS36.211定义了两种CP：
普通CP和扩展CP。
小区上行/下行CP类型分别通过参数UlCyclicPrefix、DlCyclicPrefix设置。
普通CP
普通CP适用于时延扩展较小的场景。
普通CP时隙结构如图4-2所示，一个时隙由7个下行OFDM符号或上行SC-FDMA符号组成。
第一个符号的CP长度约为5.2us，其他6个符号的CP长度约为4.7us。
图4-2普通CP时隙结构（子载波间隔15kHz）
可以得到普通CP的系统开销：
扩展CP
在多径干扰较为严重的情况下，时延扩展可能超出普通CP的长度，导致系统性能急剧下降。
此时，普通CP已经无法应付较大的时延扩展，为增强OFDM系统的抗多径能力以及小区覆盖半径，3GPPTS36.211引入了扩展CP。
扩展CP适用于时延扩展较大场景。
扩展CP的设计是为了确保在郊区和农村等较大的小区，其时延扩展也包含的CP长度范围内，当然这种做法的代价是CP所带来的更大的开销，消耗了一定比例的传输资源。
扩展CP时隙结构如图4-3所示，一个时隙由6个下行OFDM符号或上行SC-FDMA符号组成，每个符号的CP长度约为16.6us。
图4-3扩展CP时隙结构（子载波间隔15kHz）
从图中可以看出，扩展CP的长度稍长于普通CP。
随着CP长度增加，接收端所容许的多径时延就更大。
但是，扩展CP造成更大的系统开销：
随机接入前导格式
为满足不同的小区覆盖要求，TDD支持随机接入前导格式0-4，不同前导格式对应不同小区覆盖最大半径。
前导格式决定了一个PRACH占用的时域资源及小区的覆盖范围。
TDD前导格式0-4对应小区最大半径，如表4-1所示。
建议大范围组网时，不使用前导格式4。
表4-1TDD前导格式与小区半径对应关系
前导格式
小区半径（R）
0
R≤14.5km
1
29.5km2
14.5km3
77.3km4
R≤1.4km
特殊子帧配置
TDD系统存在上下行子帧的转换，转换间隔包含在特殊子帧中。
特殊子帧包括DwPTS（下行链路导频时隙）、GP（保护间隔）和UpPTS（上行链路导频时隙）三部分，如图4-4所示：
图4-4特殊子帧
●DwPTS用于下行信号的发送（承载上层数据，与普通的下行子帧的功能无差别），根据不同的特殊子帧配置，长度可以取3~12个OFDM符号。
●UpPTS用于上行信号的发送（不用于承载上层数据，但可作为随机接入信道或者发送探测信号SRS），根据不同的特殊子帧配置，长度可以取1~2个符号。
●GP的长度与两个因素相关，一个是信号传输时延，影响覆盖半径；一是设备收发的转换时延。
GP的长度应不低于所需覆盖范围产生的最大环回时延（RTD，RoundTripDelay）+用户设备的收发转换时延（3GPPTS36.104要求设备收发转换时延不大于17us）。
TDD不同的特殊子帧配比对应的小区覆盖半径有差异。
协议规定9种特殊子帧配置，不同的配置对应的GP长度可能存在差异。
不同的GP长度对于可支持的最大小区覆盖半径存在差别。
特殊子帧的配置如表4-2所示。
其中5M带宽时，华为只支持特殊子帧配比0。
表4-2特殊子帧配置
配置
NormalCP
ExtendedCP
DwPTS
GP
UpPTS
DwPTS
GP
UpPTS
0
3
10
1
3
8
1
1
9
4
1
8
3
1
2
10
3
1
9
2
1
3
11
2
1
10
1
1
4
12
1
1
3
7
1
5
3
9
2
8
2
2
6
9
3
2
9
1
2
7
10
2
2
-
-
-
8
11
1
2
-
-
-
不同GP符号数下对应的最大小区半径如表4-3所示。
表4-3不同GP符号数支持最大小区半径
GP符号数
最多能够支持的小区半径（km）
1
7.71
2
18.43
3
29.14
4
39.86
5
50.57
6
61.29
7
72
8
82.71
9
93.43
10
104.14
相关特性
5.1依赖特性
无。
5.2互斥特性
无。
5.3影响特性
与RACH优化特性有耦合，不同的Preamble格式，对应的PRACHConfigureIndex不同，所以RACH优化特性和超远覆盖特性共同使用时，要综合考虑特性的性能，使系统性能达到最佳。
对网络的影响
6.1系统容量影响
无。
6.2网络性能影响
超远覆盖是覆盖的增强，解决的是用较少的站点解决较大区域的覆盖需求，相对于原来的覆盖情况，网络性能的增益体现在：
●覆盖方面
覆盖范围、信号强度会增强。
●网络KPI
原先覆盖站点边缘的掉话、切换失败、下载速率低的问题得到改善。
工程指南
7.1特性开通建议
特性开通建议如下：
●当小区半径大于15km时，建议开通ExtendedCellAccessRadius特性。
●多径时延扩展较大的地区，建议配置扩展CP，以改善上行、下行信道信干噪比。
例如：
由远处的高大建筑物或山丘的反射而形成的干扰信号，会导致传送的信号在时间上产生较大的扩展。
●若eNodeB满足4天线接收时，可开通相应UL4-AntennaReceiveDiversity特性，以提高上行覆盖。
RF规划
为了让超远覆盖场景下，小区有更好的边缘速率，建议采用如下RF规划策略。
●采用BBU+RRU分布式基站
射频拉远分布式基站允许NodeB的射频单元和基带单元物理结构上的分离，基带单元（BBU）与远端射频单元（RRU）通过光纤连接，这就意味着同样站点条件下，分布式基站相对于传统的宏基站可以大大节省天馈部分的损耗，也就是可以增强上行覆盖，增益通常有2.5dB~3dB。
●大发射功率功放技术
华为基站功率最大可以支持80W，功率规格大于一般的40W，能增强下行覆盖范围。
●塔顶放大器
通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线的馈线端，增加一个低噪声放大器来降低接收系统的噪声系数。
引入塔顶放大器可以改善上行接收性能，但是也会带来下行的插入损耗，插入损耗大约为0.5dB。
对于机房到塔顶距离较远的情形，如馈缆损耗大于2.2dB时，要选择安装塔放，以抵消馈缆损耗对基站接收灵敏度影响。
组网规划
●基站天线高度
天线的有效高度由2部分组成：
山体高度+地面至天线的高度。
目前情况下，地面至天线的高度受具体铁塔、桅杆高度的限制，一般不大于70米。
图7-1天线高度示意图
基站天线实际高度情况是影响实际覆盖距离的直接原因，天线高度设计时需要尽量保证目标覆盖区域处于视距范围内，否则由于地球曲率影响，远端区域处于NLOS区时信号衰减迅速，覆盖难以保证。
对于海面超远覆盖，华为的海面传播模型为分段模型，模型分段如下图：
图7-2海面传播模型分段图
B段
A段
C段
Ht为站点海平面高度，Hr为UE海平面高度；d1为海面传播模型A段距离；d2为海面传播模型B段距离；Re为地球半径。
根据华为海面传模计算的站高、视距表，及800M情况下视距（d1+d2）处的路损。
表7-1海面天线高度和手机不同高度对应的视距及800M情况下的路损
Ht（m）
d1（km）
PL（dB）
d（Hr=2m）（km）
d（Hr=10m）（km）
d2
d1+d2
PL（dB）
d2
d1+d2
PL（dB）
50
29.2
134.4
5.8
35.0
142.9
13.0
42.2
145.3
60
31.9
135.6
5.8
37.8
143.8
13.0
45.0
146.1
70
34.5
136.6
5.8
40.3
144.7
13.0
47.5
146.8
80
36.9
137.5
5.8
42.7
145.4
13.0
49.9
147.5
90
39.1
138.3
5.8
44.9
146.1
13.0
52.2
148.0
100
41.2
139.0
5.8
47.1
146.7
13.0
54.3
148.6
200
58.3
143.5
5.8
64.1
150.7
13.0
71.3
152.1
300
71.4
146.1
5.8
77.2
153.2
13.0
84.5
154.3
400
82.5
148.0
5.8
88.3
154.9
13.0
95.5
155.9
500
92.2
149.4
5.8
98.0
156.3
13.0
105.2
157.2
对于海面覆盖场景，按照我司的海面传播模型，站点天线挂高可以参考上表，d1＋d2段为其可视距离；对于沙漠、草原等内陆超远覆盖场景，目前没有相应的传播模型，建议参考d1段作为其可视距离。
在可能的情况下，应该根据覆盖目标区域的距离远近，尽量选择海拔高度比较高的站址，以满足海面远距离覆盖对天线高度的要求。
●站址选择
超远距离覆盖实现的一个前提条件是良好的无线传播条件，因此，超远距离覆盖基站的适宜站址是：
− 覆盖目标区域与基站之间无明显遮挡物，视距可达区域。
− 高度尽量较高（结合实际覆盖需求）。
− 如果有2G/3G超远覆盖站点，可以作为LTE首选的超远覆盖站点。
− 其他条件可以参照通常宏网络的站点选择要求。
硬件规划
●天线选型
对于超远覆盖项目的天线选择，需要根据不同场景和项目特殊需求来考虑：
− 通常情况下建议选择65度18dBi的普通天线。
− 对于海面极限覆盖场景，一般建议选择65度18dBi的普通天线，特殊情况下可以选择30度21dBi的高增益天线。
− 在进行海面超远覆盖时，一般天线架设得很高，因此在近端容易形成盲区，需要选择合适的天线，以避免严重的塔下黑问题。
同时，天线的选着要考虑天线风阻问题，应选择表面积小的天线，以减小天线表面承受的风力，从而降低对铁塔、抱杆的要求。
− 由于在较为空旷地方采用垂直极化天线比采用其他极化的天线的效果要好，若需要尽可能地覆盖得更远些，建议选用单极化天线。
− 对于超远覆盖，倾角的可调需求不大，可使用非电调天线。
对于超高站，可通过适当的电下倾和机械下倾来调整近端覆盖，但同时要确保能够覆盖到远端目标区域。
部署要求
对运行环境要求
只有LBBPd单板支持超远覆盖特性。
对传输组网的要求
无。
对license要求
FL
License控制项中文描述
License控制项英文描述
缩写
TDLOFD-001031ExtendedCP
扩展循环前缀（TDD）
ExtendedCP（TDD）
LLT1TEXTCP01
TDLOFD-001009ExtendedCellAccessRadius
扩展小区半径（每小区）（TDD）
ExtendedCellAccessRadius（perCell）（TDD）
LLT1TECAR01
TDLOFD-001048TTIBundling
TTI绑定
TTIBundling
LLT1TTIB01
TDLOFD-001005UL4-AntennaReceiveDiversity
上行4天线接收分集（每小区）（TDD）
UL4-AntennaReceiveDiversity（perCell）（TDD
LLT1TUARD01
TDLOFD-001005UL8-AntennaReceiveDiversity
上行8天线接收分集（每小区）（TDD）
UL8-AntennaReceiveDiversity（perCell）（TDD
LLT1TUARD02
TDLOFD-001012ULInterferenceRejectionCombining
上行联合接收（每小区）（TDD）
ULInterferenceRejectionCombining（perCell）（TDD）
LLT1TIEUC01
数据准备
数据准备分为两个章节。
“通用数据准备”主要描述和场景无关的信息收集即只要开通该特性就要收集的信息。
“场景化数据准备”主要指按照典型场景可能需要区分收集的信息。
在使用过程中将“通用数据准备”的表项和“场景化数据准备”的表项依实际情况组合后构成该场景下需要收集的全部信息。
信息收集表中参数来源的说明：
参数来源分为三种：
网络规划（不需协商）、网络规划（对端协商）、自定义。
含义分别为：
●网络规划（不需协商）：
需要运营商规划并给出取值的参数
●网络规划（对端协商）：
需要与对端核心网或传输设备协商的参数
●自定义：
工程人员可自行决定配置值的参数通用数据准备
场景化数据准备
场景一：
普通CP场景
参数名称
参数ID
配置建议
参数来源
Uplinkcyclicprefixlength
UlCyclicPrefix
建议配置NORMAL_CP（Normal）；
同一小区，上下行循环前缀长度配置可以不同，同一块基带板上，各小区的上下行循环前缀长度配置要一致；
网络规划（不需协商）
Downlinkcyclicprefixlength
DlCyclicPrefix
建议配置NORMAL_CP（Normal）；
同一小区，上下行循环前缀长度配置可以不同，同一块基带板上，各小区的上下行循环前缀长度配置要一致；
网络规划（不需协商）
Specialsubframepatterns
SpecialSubframePatterns
（1）Uplinkcyclicprefixlength和Downlinkcyclicprefixlength都配置为普通循环前缀时，Specialsubframepatterns参数只能配置为SSP4，SSP5，SSP7几种；
（2）Uplinkcyclicprefixlength和Downlinkcyclicprefixlength都配置为扩展循环前缀时，Specialsubframepatterns参数只能配置为SSP3，SSP4，SSP5几种；
（3）Uplinkcyclicprefixlength配置为扩展循环前缀，Downlinkcyclicprefixlength配置为普通循环前缀时，Specialsubframepatterns参数只能配置为SSP4，SSP5，SSP7几种；
（4）Uplinkcyclicprefixlength配置为普通循环
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