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LTE覆盖增强技术.doc
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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 TTI bundling,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-002026 Uplink Power Control
TDLOFD-001009 Extended Cell Access Radius
覆盖增强涉及到的可选特性为:
TDLOFD-001048 TTI Bundling
TDLOFD-001005 UL 4-Antenna Receive Diversity
TDLOFD-001062 UL 8-Antenna Receive Diversity
TDLOFD-001012 UL Interference Rejection Combining
3.1.1TTI bundling
TTI bundling 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 TTI
bundling 传输的数据需要重传,则重传也是 TTI bundling ,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 TTI bundling 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
TTI bundling,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 TTI
bundling 功能可通过参数 UlSchSwitch 中的子开关决定。若 UE 配置了 TTI Bundling,则
不能进行虚拟 MIMO 配对。
TTI bundling 特性详见特性描述文档,描述的调度部分。本文仅对 TTI bundling 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(Diversity Gain)。
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(Array Gain)。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(Maximum Ratio
Combining)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
Extended Cell Range 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(Round Trip Delay)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 ( Orthogonal Frequency
Division Multiple)系统中造成符号间干扰 ISI(Inter-Symbol Interference)和载波间干扰
ICI(Inter-Carrier Interference)。
CP 和随机接入前导涉及到的基本特性为:
TDLBFD-00100401 Normal CP
TDLBFD-002012 Cell Access Radius up to 15km
TDLBFD-00100701 uplink-downlink subframe configuration type1&2
CP 和随机接入前导涉及到的可选特性为:
TDLOFD-001031 Extended CP
TDLOFD-001009 Extended Cell Access Radius
TDLOFD-00102601 uplink-downlink subframe configuration type 0&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, 3GPP TS36.211 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。
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