浅析LTE无线网络规划及其性能分析

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1、郭英 中国电信股份有限公司长春分公司【摘要】随着LTE网络建设的快速发展，高效、精确的部署进行LTE网络规划和网络性能 分析的需求越来越强烈。本文首先简要介绍了LTE无线网络规划流程，然后从需求分析、传 播模型测试和矫正、规模估算、网络仿真、站点勘测、频率规划等六个步骤分别介绍了LTE 规划过程。最后，性能指标和性能指标影响因素两个方面对网络性能进行了分析.【关键字】 LTE 无线网络 网络规划 性能分析随着互联网的发展及其应用的普及，无线业务的需求越来越大，现有的 2G、 3G 网络已经 无法满足日益增长的需求，第三代合作伙伴计划（3GPP）长期演进技术（LTE）以其强大的业 务承受能力、高

2、效的系统资源利用方式、低廉的网络建设和营运成本、灵活的网络部署模式 成为各大主流运营商的技术首选。一、LTE 无线网络规划流程LTE 无线网络规划为了实现覆盖、容量、服务质量、设备利用率和经济性之间的平衡，需要 经过网络测试阶段、试商用阶段和商用阶段三个阶段，主要包括以下几个主要流程:网络规划 数据准备、无线网络建模、站址选择、参数规划、系统仿真等.二、LTE 网络规划步骤在LTE系统中，空中接口采用了正交频分复用QFDM）、多输入多输出（MIMO）、高级编 码调制方式（AMC）、混合自动重传（HARQ）等先进的无线链路技术，并通过动态调度、 小区间干扰消除技术（ICIC）、功率控制等无线资源

3、管理算法提高空口资源配置的效率和灵 活性。就LTE的网络设计来说，上述无线技术虽然提高了网络性能，但是同时也增大了系 统分析的复杂程度.要实现高效、可靠的 LTE 网络覆盖规划方案，需要通过系统化的理论、仿 真、测试等过程对系统的技术特征做全面的研究和分析.LTE网络与2G、3G网络相比，在 影响网络覆盖性能的核心因素方面有着根本性的区别，所以传统的覆盖规划及链路预算思路 和方案是无法满足 LTE 实际建网的需求的。LTE 网络规划主要的步骤如下：1）需求分析。为了给网络规划提供规划依据，首先要根据运营商的要求，通过充分了解规 划区的地物、地貌，并研究话务量的分布，对规划区的覆盖区域划分、以及

4、与之相对应的用 户密度分布方案进行确定，然后要对业务区域划分方案、容量目标、质量目标进行确定。2）传播模型测试和矫正.无线传播模型可以帮助设计者了解预选的站址在实际环境下的传播 效果，通过仿真软件可以预测出所规划的系统的各种性能指标，方便设计者进行矫正。这个 步骤是移动通信网络建设的重要步骤。与2G/3G相比，此步骤的基本过程没有实质性的区别。3）规模估算。规模估计要给出的是预测的基站数量和配置。通常需要从覆盖和容量两个方 面综合考虑.第一步是通过结合无线链路预算和传播模型，得到每种待规划业务的覆盖博闻新 闻半径，再由待覆盖面积计算所需的站点数目；第二步是根据语音和数据业务的等效处理模 型，同

5、时结合各自的业务模型，将各种业务折合成某种虚拟的等效业务，从而得出为满足目 标容量所需的站点数目。其中，覆盖规划和容量规划是网络估算过程中的关键。覆盖规划流 程如图 1 所示，容量规划的流程如图2 所示。图片:1884。 jpg禺I搬.盗也迦眾理图b 了曲肚為川溟即700)this.width=700; style=“max-width :700px； ” title=“点击查看原图onclick=“if(this。parentNode。tagName!=A) window。 open(55/82_1564_331ffb2478e37a6.jpg)； ” /LTE容量规划因为受影响的因素太多了

6、，所以不能利用公式进行计算，传统的Cambell、 Erlang方法变得不再适用。通过仿真和实测经验，可以得到各种不同情况下的吞吐量，在 进行实际规划时，再根据规划地的实际情况，可以通过查表确定LTE的容量.4) 网络仿真。对于规划结果需要进行进一步的确认和分析，评估预规划阶段的基站数目和 相应配置的无线性能，对此可以通过网络规划仿真工具来实现。仿真工具可以有效的模拟现 实网络的性能，对规模估计结果进行验证，并通过调整实现规划优化，同时仿真报告对后期 的网络建设和优化可以起到指导作用。5) 站点勘测。进行仿真模拟后，就需要对规划的站址进行现场勘测，在工具设计结果的基 础上，结合具体的无线环境选

7、择合适的建筑物作为最终的实施站址，以满足实际的覆盖需求。 选站过程也是一个不断优化调整的过程，选站过程获得的结果可以重新返回仿真工具，进行 预测调整，直到最终选择到满足要求的站点。6) 频率规划。LTE的主要工作频段是23002400MHz, 25702620MHz.3GPP规范 定义了 6种信道带宽：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。根据不同的覆 盖目标和需求，可采用异频组网和同频组网的方式。其中，异频组网的频率规划方式适用于 频率资源丰富或频带不连续的情况，该方式系统干扰较小、调度算法复杂度低、实现简单、 建网速度快、覆盖能力强。总的来说，LTE的网络规

8、划流程主要包括需求分析、覆盖和容量设计、站点选择、规划仿 真、报告撰写五大部分其中，覆盖和容量设计是整个规划流程的核心环节。三、LTE无线性能分析3。1 LTE无线性能指标移动通信系统的无线网络性能主要是用容量、性能和覆盖三个指标来描述的，它们之间又相 互影响、相互制约。对于LTE系统来说，其核心要素是吞吐量。这是因为可以用吞吐量的不 同值来描述容量、性能和覆盖。所以，对于LTE网络性能的优化，需要通过无线环境优化、 参数优化、信令分析等手段围绕吞吐量来实现.第一，小区吞吐量。在LTE系统中，不同的业务类型的带宽需求差异较大，就算是统一业 务类型，因为无线环境和QoS要求不同，吞吐量也会有较大

9、的差异。所以为了能够更加准 确和直观的描述信道容量，选用小区内业务总体吞吐量比较合理。影响小区容量的因素包括 有宽带、邻区负荷、MIMO模式、站间距及调度方式等。第二，单用户下行峰值吞吐量。在 理想条件下，单用户所能达到的最大数据速率为系统峰值吞吐量。影响峰值吞吐量的因素包 括有小区信道参数配置、系统负荷、终端级别和MIMO模式等。对于FDD系统而言，可以 采用开销分析法来计算物理层吞吐量，不过这种计算方法由于缺少对无线环境的考虑，所以 精确度不够。采用 MCS 和 PRS 信息来计算峰值吞吐量，同时还要考虑终端特性，这是因为 如果终端不能支持最大TBS,那么上下行峰值吞吐量会受到限制.另外，

10、上下行方向上选择 TBS 和 PRB 时，还要考虑有效码率的限制。只有综合考虑对于峰值吞吐量的计算才会更精 确和合理。第三，边缘吞吐量3GPP规定，小区边缘吞吐量定义为用户吞吐量累计分布5%所 对应的值，LTE的设计目标是保证上/下行边缘吞吐量能够为R6 HSPA的2-3倍。小区边 缘频谱效率是吞吐量最低的5%用户的吞吐量总和与系统带宽之间的比值。调度机制和QoS 机制影响小区边缘频谱效率的改善程度，如果小区边缘用户的优先级越高，那么他们获得的 吞吐量也就越高，同时小区边缘频谱效率的改善程度也就越高.3.2 LTE 无线性能指标影响因素3。 2。 1 容量（小区吞吐量）影响因素 对于数据业务来

11、说，用来衡量小区容量的指标是小区服务用户数以及总体吞吐量.在实际情 况中，收到负荷和干扰的影响，小区的容量会远小于理论峰值吞吐量。影响小区容量和性能 的主要因素有:小区中的激活用户数、邻区上下行话务、不同PRB上的外部干扰、支持GBR 业务的用户数、处理器能力、每个TTI中上下行调度的UE数目、每个UE包括路径消耗、 SINR、RSRP和RSRQ的无线路径状况，以及下行PDCCH使用的符号数和上行PDCCH分 配的 PRB 数目等.3.2。 2 性能（峰值吞吐量）影响因素LTE 系统中，影响单用户峰值吞吐量的因素包括有:系统带宽， LTE 支持 1.4MHz 到 20MHz 之间的多种频带宽度

12、，带宽越大，峰值吞吐量也就越高；控制信道开销， LTE 系统存在多 种类型的控制信道，不同信道开销会影响TBS和MCS,从而影响到峰值吞吐量；无线环境, 不同的 SINR 条件下，用户获得的 MCS 也不同，每个符号代表的比特数和对应的传输块大小 也有所区别，从而会对系统容量造成较大影响;MIMO模式，分集、复用、波束赋形等MIMO 模式可以提升系统容量或可靠性，所以不能用来分析和研究LTE峰值吞吐量，这是应该采 用双流MIMO模式（即TM3）.3。 2.3 覆盖（边缘吞吐量）影响因素 边缘吞吐量和覆盖之间的关系通常存在随着边缘吞吐量的提高，上行最大链路损耗越小的规 律。也就是说，随着边缘速率

13、的提高，上行覆盖距离会减小，而对于下行覆盖不存在。这是 由于吞吐量与所分配的 PRB 数目相关，上行功率只在所分配的 PRB 上进行分配，而下行 功率在全频段范围上进行分配，因此上行用户所占用的 RB 个数对覆盖的影响相对较大， 而下行用户相反。链路预算是从边缘吞吐量入手来分析覆盖和链路损耗需求，得到满足边缘 吞吐量要求的站间距等信息。所以可以得出，边缘吞吐量也会受到链路预算的各个因素的影 响，其中包括SINR，即RB上有用信号功率与噪声和干扰之和的比值，不同边缘吞吐量所需 的MCS不同，而MCS和码率增长也会影响SINR增长，反过来亦然；接收灵敏度，上下 行方向上，边缘吞吐量要求越高，接收灵

14、敏度越低。边缘吞吐量要求不同，用户所分配的带 宽对接收灵敏度的影响也不同；TBS和MCS选择方式，其中例如，MCS越低，调制阶数越 小，解调所需的SINR越低，接收灵敏度也就越高，所提供的覆盖就越好；扰， 通常采用干扰余量来表示，指在有干扰和没有干扰的情况下所接收到的信号之间的关系，而 LTE 系统中小区内不存在干扰，小区负荷只受邻区的影响，小区负荷增加会使得干扰余量增 加，从而会影响小区容量；不同边缘吞吐量要求与负荷和覆盖半径之间的关系，一般来说， 相同的负荷条件下,小区覆盖半径越大，则所获得的边缘吞吐量越低,另一方面同样,覆盖半径 固定的情况下，负荷越大，边缘吞吐量也越低。参考文献1赵训威，林辉3GPP长期演进(LTE)系统架构与技术规范M.人民邮电出版社,20102陈书贞，张旋，王玉镇，等.LTE关键技术与无线性能M。北京：机械工业出版社 ( 第 1 版)， 20123 Erik Dahlman。4G移动通信技术权威指南:LTE与LTEAdvanced M.北京：人民 邮电出版社， 20124刘泉。LTE无线网络规划J.湖北：信息通信,2011 (6)