中國移動(dòng)福建公司在TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)中不斷探索TD-LTE技術(shù)的客觀規(guī)律，承擔(dān)著“探路者”的角色，尤其在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化方面深入分析，為后續(xù)城市規(guī)模組網(wǎng)提供經(jīng)驗(yàn)。本文通過對(duì)不同站間距(一般城區(qū)/密集城區(qū))和不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載(空載/50%模擬加載/100%模擬加載)場(chǎng)景設(shè)置不同傳輸模式(TM2/TM3/TM7)，研究中低速率移動(dòng)(30Km/h)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)的性能差異，總結(jié)適合不同站間距場(chǎng)景的傳輸模式(TM)設(shè)置，以及針對(duì)傳輸模式(TM)的參數(shù)優(yōu)化建議。
傳輸模式(TM)原理
LTE R8定義了7種傳輸模式(TM)，現(xiàn)網(wǎng)主要使用其中3種：
TM2：單碼字發(fā)射分集。采用空頻塊碼(SFBC,Space FrequencyBlockCode)進(jìn)行空頻編碼，同一信息的多個(gè)信號(hào)副本分別通過多個(gè)衰落特性相互獨(dú)立的信道進(jìn)行發(fā)送，具有分集增益。適合于小區(qū)邊緣信道復(fù)雜，干擾較大的情況，有時(shí)候也用于高速的情況;
TM3：雙碼字開環(huán)空間復(fù)用或單碼字發(fā)射分集。開環(huán)空間復(fù)用(SDM,SpaceDivisionMultiplex)是雙流傳輸，終端不反饋信道信息，發(fā)射端根據(jù)預(yù)定義的信道信息來確定發(fā)射信號(hào)，采用大時(shí)延循環(huán)時(shí)延分集(CDD,CyclicDelayDiversity)，主要用于信道質(zhì)量較好的場(chǎng)景，如小區(qū)中心，以提升空口傳輸效率;
TM7：單流波束賦形或發(fā)射分集。基于用戶的專用波束賦形(Beamforming，也叫Port5模式)，發(fā)射端利用上行信號(hào)來估計(jì)下行信道的特征，在下行信號(hào)發(fā)送時(shí)，每根天線上乘以相應(yīng)的特征權(quán)值，使其天線陣發(fā)射信號(hào)具有波束賦形效果，主要用于信道環(huán)境較差的場(chǎng)景，如小區(qū)邊緣區(qū)域，能夠有效對(duì)抗干擾。
TM2模式僅包含發(fā)射分集(SFBC)，TM3模式內(nèi)包含開環(huán)空間復(fù)用(SDM)和發(fā)射分集(SFBC)，TM7模式內(nèi)包含基于用戶的波束賦形(Port5)和發(fā)射分集(SFBC)，而TM2/3/7模式間自適應(yīng)包含以上3種傳輸模式。
單小區(qū)不同傳輸模式(TM)對(duì)比
單小區(qū)不同傳輸模式對(duì)比測(cè)試主要目的是考察在空擾、50%和100%加擾場(chǎng)景下，TM2、TM3、TM7、TM2/3/7模式間自適應(yīng)四種傳輸模式的性能優(yōu)劣，特別是TM3和TM7的性能對(duì)比，并為后續(xù)全網(wǎng)場(chǎng)景參數(shù)優(yōu)化給出參考。
單小區(qū)空擾場(chǎng)景，平均SINR接近20db，整體信道環(huán)境良好，平均下行吞吐量對(duì)比結(jié)果：模式間自適應(yīng)=TM3>TM7>TM2。信道環(huán)境良好，模式間自適應(yīng)多處于TM3(SDM)，因此兩者下行吞吐量相當(dāng);TM7(Port5)在小區(qū)邊緣的波束賦形增益使其平均吞吐量優(yōu)于TM2(SFBC)。模式間自適應(yīng)87.13%采樣點(diǎn)選擇TM3(SDM)。
單小區(qū)空擾場(chǎng)景，業(yè)務(wù)信道受限，拉遠(yuǎn)距離：模式間自適應(yīng)=TM7>TM2=TM3。TM3在540米之后，性能比TM7差，此時(shí)SINR為15db，TM7(Port5)對(duì)應(yīng)的速率為19.2Mbps，對(duì)應(yīng)的MCS為19.5，頻譜效率介于CQI10和CQI11之間。
信道環(huán)境較好的條件下，即小區(qū)中心附近區(qū)域，TM3的性能好于TM2和TM7;信道環(huán)境較差的條件下，即在小區(qū)邊緣區(qū)域，TM7的性能好于TM3和TM2。
單小區(qū)50%加擾場(chǎng)景，平均SINR大于13db，整體信道環(huán)境較好，平均下行吞吐量對(duì)比結(jié)果：模式間自適應(yīng)>TM3=TM7>TM2。信道環(huán)境較差時(shí)，TM3和TM7的性能優(yōu)劣取決于無線環(huán)境的惡劣程度，此處兩者性能相當(dāng)，但均優(yōu)于TM2(SFBC)。相比于空擾場(chǎng)景，50%加擾場(chǎng)景模式間自適應(yīng)中TM3(SDM)的采樣點(diǎn)比例下降24%。
單小區(qū)50%加擾場(chǎng)景，業(yè)務(wù)信道受限，拉遠(yuǎn)距離：模式間自適應(yīng)=TM7>TM2=TM3，差距不明顯。TM3在400米之后，性能比TM7差，此時(shí)SINR為13.2db，TM7(Port5)對(duì)應(yīng)的速率為17.7Mbps，對(duì)應(yīng)的MCS為20，頻譜效率介于CQI10和CQI11之間。
相比于空擾場(chǎng)景的540米分界點(diǎn)，由于50%加擾導(dǎo)致無線環(huán)境惡化，TM3與TM7性能分界點(diǎn)提前。原因分析：加擾導(dǎo)致TM3(SDM)的性能惡化較快，原先頻譜效率較高的采樣點(diǎn)，在空擾場(chǎng)景下，TM3(SDM)性能要好于TM7(Port5)，但是50%加擾場(chǎng)景下，采用TM7(Port5)模式所獲得的性能增益要高于用TM3(SDM)模式。
單小區(qū)100%加擾場(chǎng)景下，平均SINR 6db，無線環(huán)境整體較差，平均下行吞吐量對(duì)比結(jié)果：模式自適應(yīng)>TM7>TM3=TM2。信道環(huán)境惡劣時(shí)，TM7(Port5)相對(duì)于TM2(SFBC)有明顯的性能增益，因此TM7的性能要好于TM3和TM2，而TM3中由于包含了TM2(SFBC)，所以TM3和TM2之間的差距較小。相比于50%加擾場(chǎng)景，100%加擾場(chǎng)景模式間自適應(yīng)中TM3(SDM)的采樣點(diǎn)比例更少，僅為50%，TM7(Port5)和TM2(SFBC)采樣點(diǎn)增幅較大。
單小區(qū)100%加擾場(chǎng)景，業(yè)務(wù)信道受限，拉遠(yuǎn)距離：模式間自適應(yīng)=TM7>TM2>TM3，差距不明顯。TM3在300米之后，性能比TM7差，此時(shí)SINR為12db，TM7(Port5)對(duì)應(yīng)的速率為16.7Mbps，對(duì)應(yīng)的MCS為20.5，頻譜效率為CQI11。
相比于50%加擾場(chǎng)景的400米分界點(diǎn)，由于100%加擾導(dǎo)致無線環(huán)境進(jìn)一步惡化，TM3與TM7性能分界點(diǎn)更加提前。原因如50%加擾場(chǎng)景分析所述：信道環(huán)境惡劣時(shí)，采用TM7(Port5)模式所獲得的性能增益要高于用TM3(SDM)模式。
不同站間距場(chǎng)景TM優(yōu)化
場(chǎng)景優(yōu)化主要目的是針對(duì)不同站間距場(chǎng)景，分析測(cè)試不同傳輸模式切換門限參數(shù)配置的性能，總結(jié)出參數(shù)配置應(yīng)用建議。
優(yōu)化場(chǎng)景主要選擇密集城區(qū)(站間距200-300米)以及一般城區(qū)(站間距400-600米)兩種站型的網(wǎng)絡(luò)作為參數(shù)優(yōu)化測(cè)試的區(qū)域。
TM2/3/7模式間自適應(yīng)算法主要根據(jù)頻譜效率為門限進(jìn)行模式切換，頻譜效率與業(yè)務(wù)信道(PDSCH)質(zhì)量相關(guān)，信道質(zhì)量指示(CQI)與頻譜效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系協(xié)議已有規(guī)定，信道質(zhì)量指示(CQI)和MCS的對(duì)應(yīng)關(guān)系3GPP提案也有給出，各個(gè)廠家基本一致。模式切換直接根據(jù)終端側(cè)的CQI觸發(fā)。
目前，基站對(duì)于終端上報(bào)的CQI并不能完全信任，需要參考前幾次CQI上報(bào)值和BLER進(jìn)行統(tǒng)計(jì)修正。主要原因：第一，CQI并不直接表征業(yè)務(wù)信道(PDSCH)的信道質(zhì)量，是根據(jù)接收到的公共參考信號(hào)信干比(CRS SINR)進(jìn)行計(jì)算上報(bào)，在50%加擾情況下，公共參考信號(hào)質(zhì)量近似業(yè)務(wù)信道質(zhì)量。第二，協(xié)議沒有定義公共參考信號(hào)信干比(CRS SINR)與信道質(zhì)量指示(CQI)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同終端的算法實(shí)現(xiàn)不統(tǒng)一。第三，不同終端由于接收機(jī)靈敏度的不同，所測(cè)量得到的公共參考信號(hào)信干比(CRS SINR)也不完全相同。
不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷會(huì)影響傳輸模式切換門限的頻譜效率，進(jìn)而影響傳輸模式的切換。實(shí)際商用網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷是隨著用戶數(shù)的變化而變化的，而模式切換參數(shù)配置是靜態(tài)的，不可能針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整�？紤]到50%加擾場(chǎng)景與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)擬合度較高，因此以50%加擾場(chǎng)景作為參數(shù)優(yōu)化對(duì)象。
對(duì)于TM2/3/7模式間自適應(yīng)而言，TM3(SDM)和TM7(Port5)是TM2/3/7的主要應(yīng)用模式，TM2(SFBC)是兩者之間的過渡模式。本次場(chǎng)景優(yōu)化主要核心是針對(duì)TM3(SDM)和TM7(Port5)的門限切換參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以50%加擾場(chǎng)景為參考，優(yōu)選TM2/3/7模式間自適應(yīng)作為傳輸模式。TM2/3/7模式間自適應(yīng)的下行吞吐量增益最明顯，TM2性能最差，TM3和TM7的性能優(yōu)劣取決于無線環(huán)境，如果小區(qū)干擾較小，TM3(SDM)比例高，則TM3性能優(yōu)于TM7;反之，TM7性能優(yōu)于TM3。隨著干擾的增加，不同傳輸模式下行平均吞吐量都呈下降趨勢(shì)，TM2/3/7模式間自適應(yīng)的下行平均吞吐量相對(duì)最高，TM3下行平均吞吐量降幅最大，TM7下行平均吞吐量降幅最小。
通過測(cè)試，建議一般城區(qū)的TM3/TM7模式間切換門限設(shè)置為CQI10/CQI12;密集城區(qū)由于干擾較大，建議TM3/TM7切換門限設(shè)置為CQI11/CQI13，提升TM7(Port5)的比例，提高下行吞吐量。
創(chuàng)新卡片
·創(chuàng)新主體：福建移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心
·焦點(diǎn)：通過網(wǎng)優(yōu)提升TD-LTE(D頻段)傳輸性能。
·創(chuàng)新出發(fā)點(diǎn)：通過對(duì)不同站間距(一般城區(qū)/密集城區(qū))和不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載(空載/50%模擬加載/100%模擬加載)場(chǎng)景設(shè)置不同傳輸模式(TM2/TM3/TM7)，研究中低速率移動(dòng)(30Km/h)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)的性能差異，總結(jié)適合不同站間距場(chǎng)景的傳輸模式(TM)設(shè)置，以及針對(duì)傳輸模式(TM)的參數(shù)優(yōu)化建議。
·推廣空間：通過中國移動(dòng)福建公司在TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)中不斷探索，為后續(xù)城市規(guī)模組網(wǎng)提供經(jīng)驗(yàn)。
