TD?LTE與TD?SCDMA系統(tǒng)共存子幀配比兼容分析研究

李麗,蔡衛(wèi)紅,朱江軍

摘? 要： 對于當前TD?LTE與TD?SCDMA系統(tǒng)鄰頻共存的情況，由于兩者皆為TDD系統(tǒng)，所以TD?LTE必須與TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀配比兼容以避免系統(tǒng)間干擾；給出了兩者共存時兼容的子幀配比，研究了此子幀配比下TD?LTE的兩種特殊時隙配比方案SSP5與SSP6，并從下行資源利用情況、單小區(qū)下行峰值吞吐量、基站可規(guī)避干擾距離等方面將兩方案做了對比分析，指出SSP6能夠更好地利用系統(tǒng)的下行資源，有利于提升系統(tǒng)容量。

關鍵詞： TD?LTE； TD?SCDMA； 子幀配比； 干擾

中圖分類號： TN926?34； TP3?05???????????? 文獻標識碼： A??????????????????????? 文章編號： 1004?373X（2014）23?0021?04

Abstract： When TD?LTE system coexists with TD?SCDMA system at F and A bands， because both of them are TDD system， the sub?frame configuration of them must be compatible to avoid the interference between the two systems. The compatible sub?frame configuration is given in this paper. The two special time?gap configurations SSP5 and SSP6 of TD?LTE in this sub?frame configuration are researched. The downlink resource utilization， downlink peak throughput /cell， interference?free distance of SSP5 and SSP6 configurations are analyzed in this paper. The results indicates that SSP6 is better than SSP5 in improvement of system capacity.

Keywords： TD?LTE； TD?SCDMA； sub?frame configuration； interference

0? 引? 言

根據(jù)我國TDD頻段的使用規(guī)劃，F(xiàn)頻段（1 880～1 920 MHz）、D頻段（2 570～2 620 MHz）用于TD?LTE系統(tǒng)的室外覆蓋。隨著TD?SCDMA系統(tǒng)的演進方案——TD?LTE網(wǎng)絡建設的推進，未來TD?LTE與TD?SCDMA系統(tǒng)將出現(xiàn)長期鄰頻共存的情況。作為TDD系統(tǒng)的兩種蜂窩技術，當TD?LTE與TD?SCDMA系統(tǒng)處于鄰頻工作且子幀配比不兼容時，必然會產(chǎn)生嚴重的干擾，出現(xiàn)掉話、通信質量差、信道擁塞等問題。因此，研究TD?LTE與現(xiàn)網(wǎng)TD?SCDMA系統(tǒng)兼容的子幀配比對于無線網(wǎng)絡規(guī)劃十分必要。

1? TD?SCDMA與TD?LTE幀結構分析

TD?SCDMA與TD?LTE系統(tǒng)雖然都屬于TDD式系統(tǒng)，但兩者的幀結構設計原理不同。圖1為TD?SCDMA幀結構圖。TD?SCDMA的幀長為10 ms，分成兩個5 ms的結構完全相同的子幀。每一個子幀包含7個常規(guī)時隙（TS0～TS6，TS0總是分配給下行信道，TS1總是分配給上行信道，其余的5個時隙被轉換點2分給上行和下行時隙）和3個特殊時隙（下行導頻時隙DwPTS、保護時隙GP和上行導頻時隙UpPTS），DwPTS，GP和UpPTS時長固定，且不能用于傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)網(wǎng)的TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀比為2 UL[∶]4 DL，即TS1、TS2用于上行，TS3～TS6用于下行。

TD?LTE的幀結構長10 ms，包含2個5 ms的半幀，每個半幀又包括5個1 ms的子幀。TD?LTE的兩個半幀的子幀配比可以相同也可以不同，3GPP建議的上、下行子幀配比如表1所示。其中前半幀的第二個子幀必須配置為特殊子幀（下行導頻時隙DpPTS、保護時隙GP和上行導頻時隙UpPTS），DwPTS，GP和UpPTS時長不固定，以適應覆蓋、容量、鄰頻共存等不同場景的需要，且DwPTS可用于傳輸數(shù)據(jù)，提高信道資源的利用率。

<；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼現(xiàn)代電子技術201423＼Image＼10t1.tif>；

圖1 TD?SCDMA幀結構

2? TD?SCDMA與TD?LTE系統(tǒng)間干擾場景分析

由幀結構分析可知，兩個系統(tǒng)的時隙寬度不同，當時隙配比不兼容時，TD?LTE系統(tǒng)會與已經(jīng)存在的TD?SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生時隙碰撞引入互干擾，如圖2所示，干擾場景包括終端之間、終端與基站之間以及基站之間的互干擾三種。其中又由于基站發(fā)射功率大，天線掛高比較高，基站之間的互干擾對于系統(tǒng)的影響比較大。當兩個系統(tǒng)采用共站部署時，則干擾更為嚴重。

<；E：＼LIHUI＼12月＼12.4＼現(xiàn)代電子技術201423＼Image＼10t2.tif>；

圖2 TD?SCDMA與TD?LTE干擾場景分析

3? 兼容子幀配比方案對比分析

TD?LTE系統(tǒng)為了實現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)的TD?SCDMA系統(tǒng)子幀配比兼容，需要配置合適的子幀比和特殊子幀比。由于現(xiàn)網(wǎng)TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀配比為2 UL[∶]4 DL， TD?LTE只能采用表1中子幀配比模式2（1 UL[∶]3 DL），其他配比模式無法與現(xiàn)網(wǎng)的TD?SCDMA系統(tǒng)子幀配比對齊。

采用常規(guī)CP時，特殊子幀（子幀1和子幀6）共包含14個OFDM符號；采用擴展CP時，特殊子幀（子幀1和子幀6）共包含12個OFDM符號。關于特殊子幀配比，3GPP目前有SSP5和SSP6兩種方案。下面就這兩種特殊子幀配比方案做對比分析。

3.1? SSP5

在TD?SCDMA的子幀配比為2 UL[∶]4 DL，TD?LTE的子幀配比為1 UL[∶]3 DL的情況下，為了保證TD?LTE與TD?SCDMA上行到下行的轉換點對齊，TD?SCDMA的幀頭需要延后700 μs，如圖3所示。此時TD?SCDMA的GP距離TD?SCDMA的幀頭為675（TS0）+75（DwPTS）=750 μs，固定時長為75 μs，TD?SCDMA的GP距離TD?LTE的幀頭的時間范圍為1 450～1 525 μs。3GPP建議的特殊子幀配置方案SSP5（采用常規(guī)CP）中，DwPTS，GP和UpPTS占據(jù)的OFDM符號比為3[∶]9[∶]2，此時，TD?LTE的GP距離TD?LTE的幀頭為1 000 μs+（[314]）[×]1 000 μs=1 214 μs，時長為（[914]）[×]1 000 μs=623 μs，即TD?LTE的GP距離TD?LTE的幀頭的時間范圍為1 214～1 837 μs?？梢钥闯鯰D?SCDMA的GP時隙的時間延續(xù)范圍在TD?LTE的GP時間范圍內。因此SSP5的特殊子幀配置方案可以保證TD?LTE與TD?SCDMA的時隙對齊兼容。

（1） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子幀配置條件下，由于DwPTS僅僅只有3個OFDM符號，不利于傳輸下行數(shù)據(jù)，該配置條件下的特殊子幀的下行利用率較低。

（2） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子幀配置條件下，TD?LTE系統(tǒng)單小區(qū)下行峰值吞吐量理論計算值約為85 Mb/s。此時系統(tǒng)帶寬為20 MHz，采用64QAM調制方式，下行采用2[×]2天線，上行采用1[×]2天線。

（3） 在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子幀配置條件下，TD?SCDMA可以規(guī)避的時隙干擾距離為75[×]10-6[×][C=]22.5 km。TD?LTE可以規(guī)避的時隙干擾距離為623[×]10-6[×][C=]186.9 km。

3.2? SSP6

在TD?SCDMA的子幀配比位2 UL[∶]4 DL，TD?LTE的子幀配比為1 UL[∶]3 DL的情況下，為了保證TD?LTE與TD?SCDMA上行到下行的轉換點對齊，TD?SCDMA的幀頭需要延后700 μs，如圖4所示。此時TD?SCDMA的GP距離TD?LTE的幀頭的時間范圍為[1 450，1 525] μs，時長為75 μs。3GPP建議的特殊子幀配置方案SSP6（采用常規(guī)CP）中，DwPTS，GP和UpPTS占據(jù)的OFDM符號比為9[∶]3[∶]2，此時，TD?LTE的GP距離TD?LTE的幀頭1 000 μs+（[914]） [×]1 000 μs=1 623 μs，時長為（[314]）[×]1 000 μs=214 μs，即TD?LTE的GP距離TD?LTE的幀頭的時間范圍為[1 623，1 837]? μs?？梢钥闯鯰D?SCDMA的GP時隙的時間延續(xù)范圍不在TD?LTE的GP時間范圍內。此時TD?SCDMA與TD?LTE時隙不同步，一個處于上行接收，一個處于下行發(fā)射?？紤]在TD?SCDMA系統(tǒng)中引入UpPCH shifting機制，如圖4所示。

將TD?SCDMA系統(tǒng)中的UpPTS時隙承載的UpPCH信道調整至TS1，釋放出UpPTS時隙作為GP時隙的延長部分，則TD?SCDMA的GP距離TD?LTE的幀頭的時間范圍為[1 450，1 650] μs，時長為75+125=200 μs（UpPTS作為GP延長部分）。可以看出調整后的TD?SCDMA的GP結束時刻落在TD?LTE系統(tǒng)的GP時間范圍內。同時，為了保證RRU在傳輸結束TD?LTE無線幀中的DwPTS子幀后能及時地調整為接收狀態(tài)以滿足TD?SCDMA TS1的要求，適當對TD?LTE無線幀中的DwPTS特殊子幀進行截短，一般截短最后20 μs的發(fā)射時間，以獲得較為充分的上下行轉換時延。

（1） 在SSP6的9[∶]3[∶]2的特殊子幀配置條件下，DwPTS占據(jù)9個OFDM符號（實際時長為623-20=603 μs），可以用來傳輸下行數(shù)據(jù)，該配置條件下的特殊子幀的下行利用率較高。

（2） 在SSP6的9[∶]3[∶]2的特殊子幀配置條件下，TD?LTE系統(tǒng)單小區(qū)下行峰值吞吐量理論計算值約為86.7 Mb/s。此時系統(tǒng)帶寬為20 MHz，采用64QAM調制方式，下行采用2[×]2天線，上行采用1[×]2天線。

（3）在SSP5的3[∶]9[∶]2的特殊子幀配置條件下，TD?SCDMA可以規(guī)避的時隙干擾距離為200[×10-6×C=]60 km。TD?LTE可以規(guī)避的時隙干擾距離為（214+20）[×]10-6[×][C]=70.2 km。

SSP5和SSP6配置方案的對比分析總表如表2所示。可以看出SSP6比SSP5多出約6個OFDM符號用來傳輸下行數(shù)據(jù)，提高了資源利用率；同時TD?LTE系統(tǒng)單小區(qū)下行峰值吞吐量提升了20%左右，TD?SCDMA可以規(guī)避的時隙干擾距離增加了37.5 km。雖然SSP5比SSP6的TD?SCDMA可以規(guī)避的時隙干擾距離長，但是根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的建設經(jīng)驗，TDD網(wǎng)絡中基本上不會存在傳播超過100 km的時隙干擾，SSP6中TD?SCDMA可以規(guī)避的時隙干擾距離已足夠。

表2 SSP5與SSP6特殊子幀配比方案對比

[特殊子

幀配置

方案＼&；TD?LTE的DwPTS

長度＼&；TD?LTE系統(tǒng)

單小區(qū)下行峰

值吞吐量/（Mb/s）＼&；TD?SCDMA可

以規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；TD?LTE可以

規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；SSP5＼&；3個OFDM＼&；85＼&；22.5＼&；186.9＼&；SSP6＼&；9個OFDM＼&；86.7＼&；60＼&；70.2＼&；]

4? 結? 語

TD?LTE和TD?SCDMA作為TDD制式的兩種系統(tǒng)，靈活的上下行子幀配比方式為組網(wǎng)帶來了多種選擇。但是考慮到共寬頻功放組網(wǎng)環(huán)境下射頻模塊同發(fā)射同接收的要求，需要TD?LTE和TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀配比兼容。本文從下行資源利用情況、單小區(qū)下行峰值吞吐量、基站可規(guī)避干擾距離等方面將特殊子幀配比方案SSP5與SSP6做了對比分析，指出SSP6能夠更好地利用系統(tǒng)的下行資源，有利于提升系統(tǒng)容量。

參考文獻

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[10] 董江波，李楠，高鵬.從系統(tǒng)設計分析LTE系統(tǒng)覆蓋與容量規(guī)劃[J].電信科學，2010（8）：107?113.

表2 SSP5與SSP6特殊子幀配比方案對比

[特殊子

幀配置

方案＼&；TD?LTE的DwPTS

長度＼&；TD?LTE系統(tǒng)

單小區(qū)下行峰

值吞吐量/（Mb/s）＼&；TD?SCDMA可

以規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；TD?LTE可以

規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；SSP5＼&；3個OFDM＼&；85＼&；22.5＼&；186.9＼&；SSP6＼&；9個OFDM＼&；86.7＼&；60＼&；70.2＼&；]

4? 結? 語

TD?LTE和TD?SCDMA作為TDD制式的兩種系統(tǒng)，靈活的上下行子幀配比方式為組網(wǎng)帶來了多種選擇。但是考慮到共寬頻功放組網(wǎng)環(huán)境下射頻模塊同發(fā)射同接收的要求，需要TD?LTE和TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀配比兼容。本文從下行資源利用情況、單小區(qū)下行峰值吞吐量、基站可規(guī)避干擾距離等方面將特殊子幀配比方案SSP5與SSP6做了對比分析，指出SSP6能夠更好地利用系統(tǒng)的下行資源，有利于提升系統(tǒng)容量。

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表2 SSP5與SSP6特殊子幀配比方案對比

[特殊子

幀配置

方案＼&；TD?LTE的DwPTS

長度＼&；TD?LTE系統(tǒng)

單小區(qū)下行峰

值吞吐量/（Mb/s）＼&；TD?SCDMA可

以規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；TD?LTE可以

規(guī)避的時隙

干擾距離 /km＼&；SSP5＼&；3個OFDM＼&；85＼&；22.5＼&；186.9＼&；SSP6＼&；9個OFDM＼&；86.7＼&；60＼&；70.2＼&；]

4? 結? 語

TD?LTE和TD?SCDMA作為TDD制式的兩種系統(tǒng)，靈活的上下行子幀配比方式為組網(wǎng)帶來了多種選擇。但是考慮到共寬頻功放組網(wǎng)環(huán)境下射頻模塊同發(fā)射同接收的要求，需要TD?LTE和TD?SCDMA系統(tǒng)的子幀配比兼容。本文從下行資源利用情況、單小區(qū)下行峰值吞吐量、基站可規(guī)避干擾距離等方面將特殊子幀配比方案SSP5與SSP6做了對比分析，指出SSP6能夠更好地利用系統(tǒng)的下行資源，有利于提升系統(tǒng)容量。

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