TD—LTE特殊子幀配比的優化設計

虎威

在研究TD-LTE與TD-SCDMA異系統同頻段組網時，為避免同頻相鄰時隙間的干擾，要求TD-LTE和TD-SCDMA系統時隙轉換點必須對齊，而傳統的子幀配比對齊方式會對TD-LTE的網絡容量產生影響。基于此，通過進一步對規避交叉時隙干擾的方法進行研究分析，提出了一種特殊子幀配比優化的新模式，可以有效提高TD-LTE下行系統容量和資源利用效率，有力地促進TD-LTE與TD-SCDMA兩網協同發展。

TD-LTE TD-SCDMA 協同發展 交叉時隙干擾 特殊子幀配比

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-06-0009-05

1 引言

隨著TD-LTE產業化、商用化、國際化步伐加快，對于中國移動而言，在相當長的一段時間內，TD-LTE和TD-SCDMA兩張網絡將共同協同發展。TD-LTE和TD-SCDMA同屬于TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）技術組網，采用時分復用方式來減少上下行所需的帶寬，即在TDD系統中，上行鏈路和下行鏈路共用同一頻帶，發送和接收在不同時刻交替進行。因此要求各個基站間的時間嚴格同步，尤其是在不同系統同頻組網場景下，需要兩種系統在空口收發轉換點上時間嚴格對齊，否則在同一區域使用同頻段共同組網的情況下，彼此會成為對方空口數據上下行的干擾。

如何充分發揮TDD系統的優勢，動態地調整上下行資源分配，實現資源利用效率的最大化，同時避免同頻異系統時隙交叉帶來的干擾，是目前TD-LTE和TD-SCDMA協同發展面臨的重要課題。

2 TD-LTE和TD-SCDMA幀結構分析

2.1 TD-LTE幀結構分析

（1）TD-LTE幀結構

3GPP協議中規定，TD-LTE系統幀長度為10ms，半幀長度為5ms，子幀長度為1ms，時隙長度為0.5ms。在同一個載波頻率中，上下行通過時間進行區分，即在每10ms周期內，上下行共有10個子幀可用，每個子幀或者用于上行或者用于下行。

TD-LTE系統中，每個上下行子幀由2個0.5ms的時隙組成。特殊子幀由3個特殊時隙組成：DwPTS（Downlink Pilot Time Slot，下行導頻時隙），完成UE下行接入功能；GP（Guard Period，保護時隙），是信號發送轉接收的緩沖，GP是不傳輸數據的，GP越大，浪費的空口資源也就越多；UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行導頻時隙），完成UE（Μser Equipment，用戶終端）上行隨機接入功能。

TD-LTE系統幀結構的特點如下：

◆上下行時隙配比中，支持5ms和10ms兩種上下行切換周期；

◆在5ms的下行/上行切換周期內，每個5ms的半幀中均配置一個特殊子幀；

◆在10ms的下行/上行切換周期內，只在第一個5ms半幀中配置特殊子幀；

◆子幀0、5和DwPTS時隙只能用于下行，特殊子幀的UpPTS及相連的第一個子幀只能用于上行傳輸。

TD-LTE系統無線幀支持5ms和10ms的下行到上行切換周期。如無線幀的兩個半幀中都有特殊子幀，即子幀1和子幀6都是特殊子幀，說明每個半幀中各有1個下行到上行切換周期，長度為5ms；如無線幀只有第一個半幀中有特殊子幀，即只有子幀1是特殊子幀，說明無線幀中只有1個下行到上行切換周期，長度為10ms。

5ms周期時，一個10ms無線幀中的兩個5ms的半幀對稱使用，其中子幀0和子幀5固定為下行子幀，子幀2和子幀7固定為上行子幀，子幀1和子幀6為特殊子幀。

10ms周期時，一個10ms無線幀中子幀1為特殊子幀，其中子幀0和子幀5固定為下行子幀。

（2）TD-LTE子幀配比

在TD-LTE系統中，通過靈活地配置一個無線幀中的上下行子幀的個數滿足不同應用場景下的各類業務需要的上下行速率要求，通過配置不同的特殊子幀結構滿足小區應用場景需要的小區覆蓋半徑。

在網絡規劃上下行子幀配置比例時，必須根據切換周期選擇合適的配置。TD-LTE系統一個無線幀的子幀配置支持以下7種DL：UL配比方式：

模式0：1個無線幀中包括2個下行子幀、6個上行子幀和2個特殊子幀；

模式1：1個無線幀中包括4個下行子幀、4個上行子幀和2個特殊子幀；

模式2：1個無線幀中包括6個下行子幀、2個上行子幀和2個特殊子幀；

模式3：1個無線幀中包括6個下行子幀、3個上行子幀和1個特殊子幀；

模式4：1個無線幀中包括7個下行子幀、2個上行子幀和1個特殊子幀；

模式5：1個無線幀中包括8個下行子幀、1個上行子幀和1個特殊子幀；

模式6：1個無線幀中包括3個下行子幀、5個上行子幀和2個特殊子幀。

TD-LTE系統為了克服多徑時延帶來的符號間干擾和載波間干擾，引入了CP（Cyclic Prefix，循環前綴）作為保護間隔。CP包括普通CP和擴展CP，根據不同的CP場景，特殊子幀配置中DwPTS、GP和UpPTS的配置略有不同。

CP長度與小區的覆蓋半徑有關，一般場景下可配置成普通CP（Normal CP，普通循環前綴），即可滿足覆蓋要求；小區半徑較大的場景（如廣覆蓋等）需求下，可配置成擴展CP（Extended CP，擴展循環前綴）。

TD-LTE無線特殊子幀配置包括9種模式，具體如表1所示。

2.2 TD-SCDMA幀結構分析

（1）TD-SCDMA幀結構

3GPP協議中規定，TD-SCDMA系統的1個無線幀長10ms，分成2個長度為5ms的子幀，這2個5ms子幀結構相同；每個5ms子幀又分成3個長度固定的特殊時隙和7個常規時隙。具體如下：

◆3個特殊時隙：分別為75μs的DwPTS，完成UE下行接入功能；75μs的GP，保證下行至上行的保護時間；125μs的UpPTS，完成UE上行隨機接入功能。

◆7個常規時隙：分別為TS0、TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6，其中TS0固定分配給下行鏈路，TS1固定分配給上行鏈路。上行時隙和下行時隙之間由轉換點分開，有兩個轉換點：上行時隙到下行時隙轉換點和下行時隙到上行時隙轉換點。

（2）TD-SCDMA時隙配比

在TD-SCDMA系統中，通過靈活地配置一個無線幀中的上下行時隙的個數滿足不同應用場景下的各類業務需要的上下行速率要求。TD-SCDMA系統上下行時隙配比支持以下5種DL：UL配比方式：

◆1個子幀中包括6個下行時隙、1個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括5個下行時隙、2個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括4個下行時隙、3個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括3個下行時隙、4個上行時隙和3個固定的特殊時隙；

◆1個子幀中包括2個下行時隙、5個上行時隙和3個固定的特殊時隙。

3 TD-LTE和TD-SCDMA共存情況下的

子幀配比研究

目前中國移動TD-LTE室外宏站的頻段為F頻段（1 880—1 900MHz）和D頻段（2 570—2 620MHz），由于部分地區TD-SCDMA也采用了F頻段，為避免TD-LTE和TD-SCDMA間的交叉干擾，需要兩個系統制式幀結構的上下行時隙轉換點對齊。TD-LTE和TD-SCDMA系統的第一個轉換點均是采用保護間隔（GP）的方式分開上下行，第二個轉換點為切換點，需同時滿足以下兩個條件：

◆兩個系統5ms幀的DL/UL時隙切換點對齊；

◆兩個系統的GP存在交集。

3.1 上下行切換點對齊

TD-SCDMA幀結構周期為5ms，目前中國移動采用的是TD-SCDMA系統所支持5種上下行配比方式中的第2種時隙配比方式，如圖1所示。為避免TD-SCDMA與TD-LTE的上下行交叉干擾，TD-LTE系統需采用DL：UL=3：1的子幀配比模式。

由圖1可見，TD-SCDMA系統的上下行切換點距幀頭3*675+75+75+125=2 300μs，TD-LTE系統配比模式3：1的上下行轉換點距幀頭3*1ms=3 000μs。因此，為了實現兩個系統的切換點對齊，要求TD-LTE的幀頭比TD-SCDMA的幀頭前置700μs。

3.2 TD-LTE特殊子幀配比研究

TD-SCDMA系統GP的位置和寬度是固定的：GP距離幀頭750μs，長度為75μs，因此GP相對幀頭的時間區域為[750，825]。

由表1可知，TD-LTE系統中，在普通CP和擴展CP這兩種情況下，GP的位置、寬度共有16種配置。

因此，在兩個系統的上下時隙切換點對齊條件下，如何調整TD-SCDMA特殊時隙的GP和TD-LTE特殊子幀的GP兩者的相對位置，以提升LTE網絡的資源利用效率。下面將就不同特殊子幀的配比情況進行研究。

（1）特殊子幀配比3：9：2

TD-LTE目標覆蓋區域為用戶數據業務使用頻度高的密集城區，站距小，不需要配置過大的GP保護間隔。現有的3：9：2配置方式雖然可以避免交叉干擾，但特殊子幀的GP過長，會造成一定的資源浪費。

下面針對常規CP的特殊子幀配置模式5進行分析，并提出改進方案。

根據圖2所示，可以得到配置5中的LTE特殊子幀，14個OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）符號和TD-SCDMA特殊時隙的位置關系。其中，LTE特殊子幀的前3個符號用于承載DwPTS，最后2個符號用于承載UpPTS，中間9個符號（符號4—12）均為GP。當對保護間隔要求不高時，過長的GP將造成資源浪費。DwPTS上無法傳輸PDSCH，因此TD-LTE系統特殊時隙的資源利用率低。

（2）特殊子幀配比9：3：2

通過上文分析可知，只要將符號7或符號8配置為GP，即可避免與TD的交叉時隙干擾，因此建議時隙的配置模式5改進為模式6（9：3：2）。這樣承載DwPTS的符號數從3個增加到9個，承載UpPTS的符號數維持2個不變，可以增加下行信令或數據的發送數量，從而提升整個LTE系統的容量，如圖3所示。

同時，TD-SCDMA需要開啟UpPTS Shifting特性。該特性的主要功能點在于可以將UpPTS時隙遷移到其后的上行時隙中，并將UpPTS時隙遷移的信息通過系統消息5傳遞給UE，保證UE的正常同步接入過程。

通常有兩種實現方式：靜態手動配置UpPTS位置和動態自動調整UpPTS位置。對UpPTS Shifting特性開通要求如下：

◆打開靜態UpPTS調整，并且固定位置不小于16；

◆打開動態UpPTS調整，并且初始位置和可偏移位置均要求不小于16，TD-SCDMA默認推薦將動態UpPTS調整的初始位置配置為不小于16，可遷移的5個位置全部配置為22、53、76、105、127（127默認關閉）。

相對傳統3：9：2時隙配比，TD-LTE系統使用9：3：2特殊時隙配比，下行增加5～6個符號的資源用于傳輸下行業務，以提升下行吞吐量。9：3：2特殊時隙增強特性開通后相對未開通該特性的場景，提升雙模演進網絡的TD-LTE下行吞吐量13%～20%以及峰值吞吐量5～6Mbps。

9：3：2特殊子幀配比特性要求TD-SCDMA UpPTS調整必須開通，并且對實際參數配置有明確的要求。UpPTS如果調整到上行業務時隙，會導致TD-SCDMA上行容量相對未調整UpPTS到業務時隙的場景有3%以內的損失，但是對TD-SCDMA網絡KPI沒有影響。