TD-LTE特殊子帧配比的优化设计

  TDLTE特殊子帧配比的优化  虎威在研究TD-LTE与TD-SCDMA异系统同频段组网时，为避免同频相邻时隙间的干扰，要求TD-LTE和TD-SCDMA系统时隙转换点必须对齐，而传统的子帧配比对齐方式会对TD-LTE的网络容量产生影响。基于此，通过进一步对规避交叉时隙干扰的方法进行研究分析，提出了一种特殊子帧配比优化的新模式，可以有效提高TD-LTE下行系统容量和资源利用效率，有力地促进TD-LTE与TD-SCDMA两网协同发展。TD-LTETD-SCDMA协同发展交叉时隙干扰特殊子帧配比：TN929.5：A：1006-1010（2014）-06-0009-051引言随着TD-LTE产业化、商用化、国际化步伐加快，对于中国移动而言，在相当长的一段时间内，TD-LTE和TD-SCDMA两张网络将共同协同发展。TD-LTE和TD-SCDMA同属于TDD（TimeDivisionDuplexing，时分双工）技术组网，采用时分复用方式来减少上下行所需的带宽，即在TDD系统中，上行链路和下行链路共用同一频带，发送和接收在不同时刻交替进行。因此要求各个基站间的时间严格同步，尤其是在不同系统同频组网场景下，需要两种系统在空口收发转换点上时间严格对齐，否则在同一区域使用同频段共同组网的情况下，彼此会成为对方空口数据上下行的干扰。如何充分发挥TDD系统的优势，动态地调整上下行资源分配，实现资源利用效率的最大化，同时避免同频异系统时隙交叉带来的干扰，是目前TD-LTE和TD-SCDMA协同发展面临的重要课。2TD-LTE和TD-SCDMA帧结构分析2.1TD-LTE帧结构分析（1）TD-LTE帧结构3GPP中规定，TD-LTE系统帧长度为10ms，半帧长度为5ms，子帧长度为1ms，时隙长度为0.5ms。在同一个载波频率中，上下行通过时间进行区分，即在每10ms周期内，上下行共有10个子帧可用，每个子帧或者用于上行或者用于下行。TD-LTE系统中，每个上下行子帧由2个0.5ms的时隙组成。特殊子帧由3个特殊时隙组成：DwPTS（DownlinkPilotTimeSlot，下行导频时隙），完成UE下行接入功能；GP（GuardPeriod，保护时隙），是信号发送转接收的缓冲，GP是不传输数据的，GP越大，浪费的空口资源也就越多；UpPTS（UplinkPilotTimeSlot，上行导频时隙），完成UE（ΜserEquipment，用户终端）上行随机接入功能。TD-LTE系统帧结构的特点如下：◆上下行时隙配比中，支持5ms和10ms两种上下行切换周期；◆在5ms的下行/上行切换周期内，每个5ms的半帧中均配置一个特殊子帧；◆在10ms的下行/上行切换周期内，只在第一个5ms半帧中配置特殊子帧；◆子帧0、5和DwPTS时隙只能用于下行，特殊子帧的UpPTS及相连的第一个子帧只能用于上行传输。TD-LTE系统无线帧支持5ms和10ms的下行到上行切换周期。如无线帧的两个半帧中都有特殊子帧，即子帧1和子帧6都是特殊子帧，说明每个半帧中各有1个下行到上行切换周期，长度为5ms；如无线帧只有第一个半帧中有特殊子帧，即只有子帧1是特殊子帧，说明无线帧中只有1个下行到上行切换周期，长度为10ms。5ms周期时，一个10ms无线帧中的两个5ms的半帧对称使用，其中子帧0和子帧5固定为下行子帧，子帧2和子帧7固定为上行子帧，子帧1和子帧6为特殊子帧。10ms周期时，一个10ms无线帧中子帧1为特殊子帧，其中子帧0和子帧5固定为下行子帧。（2）TD-LTE子帧配比在TD-LTE系统中，通过灵活地配置一个无线帧中的上下行子帧的个数满足不同应用场景下的各类业务需要的上下行速率要求，通过配置不同的特殊子帧结构满足小区应用场景需要的小区覆盖半径。在网络规划上下行子帧配置比例时，必须根据切换周期选择合适的配置。TD-LTE系统一个无线帧的子帧配置支持以下7种DL：UL配比方式：模式0：1个无线帧中包括2个下行子帧、6个上行子帧和2个特殊子帧；模式1：1个无线帧中包括4个下行子帧、4个上行子帧和2个特殊子帧；模式2：1个无线帧中包括6个下行子帧、2个上行子帧和2个特殊子帧；模式3：1个无线帧中包括6个下行子帧、3个上行子帧和1个特殊子帧；模式4：1个无线帧中包括7个下行子帧、2个上行子帧和1个特殊子帧；模式5：1个无线帧中包括8个下行子帧、1个上行子帧和1个特殊子帧；模式6：1个无线帧中包括3个下行子帧、5个上行子帧和2个特殊子帧。TD-LTE系统为了克服多径时延带来的符号间干扰和载波间干扰，引入了CP（CyclicPrefix，循环前缀）作为保护间隔。CP包括普通CP和扩展CP，根据不同的CP场景，特殊子帧配置中DwPTS、GP和UpPTS的配置略有不同。CP长度与小区的覆盖半径有关，一般场景下可配置成普通CP（NormalCP，普通循环前缀），即可满足覆盖要求；小区半径较大的场景（如广覆盖等）需求下，可配置成扩展CP（ExtendedCP，扩展循环前缀）。TD-LTE无线特殊子帧配置包括9种模式，具体如表1所示。2.2TD-SCDMA帧结构分析（1）TD-SCDMA帧结构3GPP协议中规定，TD-SCDMA系统的1个无线帧长10ms，分成2个长度为5ms的子帧，这2个5ms子帧结构相同；每个5ms子帧又分成3个长度固定的特殊时隙和7个常规时隙。具体如下：◆3个特殊时隙：分别为75μs的DwPTS，完成UE下行接入功能；75μs的GP，保证下行至上行的保护时间；125μs的UpPTS，完成UE上行随机接入功能。◆7个常规时隙：分别为TS0、TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6，其中TS0固定分配给下行链路，TS1固定分配给上行链路。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开，有两个转换点：上行时隙到下行时隙转换点和下行时隙到上行时隙转换点。（2）TD-SCDMA时隙配比在TD-SCDMA系统中，通过灵活地配置一个无线帧中的上下行时隙的个数满足不同应用场景下的各类业务需要的上下行速率要求。TD-SCDMA系统上下行时隙配比支持以下5种DL：UL配比方式：◆1个子帧中包括6个下行时隙、1个上行时隙和3个固定的特殊时隙；◆1个子帧中包括5个下行时隙、2个上行时隙和3个固定的特殊时隙；◆1个子帧中包括4个下行时隙、3个上行时隙和3个固定的特殊时隙；◆1个子帧中包括3个下行时隙、4个上行时隙和3个固定的特殊时隙；◆1个子帧中包括2个下行时隙、5个上行时隙和3个固定的特殊时隙。3TD-LTE和TD-SCDMA共存情况下的子帧配比研究目前中国移动TD-LTE室外宏站的频段为F频段（1880—1900MHz）和D频段（2570—2620MHz），由于部分地区TD-SCDMA也采用了F频段，为避免TD-LTE和TD-SCDMA间的交叉干扰，需要两个系统制式帧结构的上下行时隙转换点对齐。TD-LTE和TD-SCDMA系统的第一个转换点均是采用保护间隔（GP）的方式分开上下行，第二个转换点为切换点，需同时满足以下两个条件：◆两个系统5ms帧的DL/UL时隙切换点对齐；◆两个系统的GP存在交集。3.1上下行切换点对齐TD-SCDMA帧结构周期为5ms，目前中国移动采用的是TD-SCDMA系统所支持5种上下行配比方式中的第2种时隙配比方式，如图1所示。为避免TD-SCDMA与TD-LTE的上下行交叉干扰，TD-LTE系统需采用DL：UL=3：1的子帧配比模式。由图1可见，TD-SCDMA系统的上下行切换点距帧头3*675+75+75+125=2300μs，TD-LTE系统配比模式3：1的上下行转换点距帧头3*1ms=3000μs。因此，为了实现两个系统的切换点对齐，要求TD-LTE的帧头比TD-SCDMA的帧头前置700μs。3.2TD-LTE特殊子帧配比研究TD-SCDMA系统GP的位置和宽度是固定的：GP距离帧头750μs，长度为75μs，因此GP相对帧头的时间区域为[750，825]。由表1可知，TD-LTE系统中，在普通CP和扩展CP这两种情况下，GP的位置、宽度共有16种配置。因此，在两个系统的上下时隙切换点对齐条件下，如何调整TD-SCDMA特殊时隙的GP和TD-LTE特殊子帧的GP两者的相对位置，以提升LTE网络的资源利用效率。下面将就不同特殊子帧的配比情况进行研究。（1）特殊子帧配比3：9：2TD-LTE目标覆盖区域为用户数据业务使用频度高的密集城区，站距小，不需要配置过大的GP保护间隔。现有的3：9：2配置方式虽然可以避免交叉干扰，但特殊子帧的GP过长，会造成一定的资源浪费。下面针对常规CP的特殊子帧配置模式5进行分析，并提出改进方案。根据图2所示，可以得到配置5中的LTE特殊子帧，14个OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）符号和TD-SCDMA特殊时隙的位置关系。其中，LTE特殊子帧的前3个符号用于承载DwPTS，最后2个符号用于承载UpPTS，中间9个符号（符号4—12）均为GP。当对保护间隔要求不高时，过长的GP将造成资源浪费。DwPTS上无法传输PDSCH，因此TD-LTE系统特殊时隙的资源利用率低。（2）特殊子帧配比9：3：2通过上文分析可知，只要将符号7或符号8配置为GP，即可避免与TD的交叉时隙干扰，因此建议时隙的配置模式5改进为模式6（9：3：2）。这样承载DwPTS的符号数从3个增加到9个，承载UpPTS的符号数维持2个不变，可以增加下行信令或数据的发送数量，从而提升整个LTE系统的容量，如图3所示。同时，TD-SCDMA需要开启UpPTSShifting特性。该特性的主要功能点在于可以将UpPTS时隙迁移到其后的上行时隙中，并将UpPTS时隙迁移的信息通过系统消息5传递给UE，保证UE的正常同步接入过程。通常有两种实现方式：静态手动配置UpPTS位置和动态自动调整UpPTS位置。对UpPTSShifting特性开通要求如下：◆打开静态UpPTS调整，并且固定位置不小于16；◆打开动态UpPTS调整，并且初始位置和可偏移位置均要求不小于16，TD-SCDMA默认推荐将动态UpPTS调整的初始位置配置为不小于16，可迁移的5个位置全部配置为22、53、76、105、127（127默认关闭）。相对传统3：9：2时隙配比，TD-LTE系统使用9：3：2特殊时隙配比，下行增加5～6个符号的资源用于传输下行业务，以提升下行吞吐量。9：3：2特殊时隙增强特性开通后相对未开通该特性的场景，提升双模演进网络的TD-LTE下行吞吐量13%～20%以及峰值吞吐量5～6Mbps。9：3：2特殊子帧配比特性要求TD-SCDMAUpPTS调整必须开通，并且对实际参数配置有明确的要求。UpPTS如果调整到上行业务时隙，会导致TD-SCDMA上行容量相对未调整UpPTS到业务时隙的场景有3%以内的损失，但是对TD-SCDMA网络KPI没有影响。 -全文完-