作者：真才基
出版社：人民邮电出版社
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TD-LTE网络规划原理与应用试读：
前言
LTE是第四代移动通信的主流技术之一，LTE及其增强版本LTE-Advanced的研究和产业化受到了全球运营商和设备商最为广泛的支持和参与。TD-LTE是时分双工模式的LTE系统，是TD-SCDMA系统的后续演进技术与标准。2010年10月在国际电联无线部门召开的ITU-R WP5D第九次会议上，我国提交的TD-LTE-Advanced技术提案被正式接纳为IMT-Advanced（4G）国际标准，这是我国移动通信产业继TD-SCDMA成为国际标准后的又一重要里程碑。
2010年年底，工业和信息化部批复同意TD-LTE规模试验总体方案，在国内几大城市组织开展TD-LTE规模技术试验，这是继TD-LTE-Advanced成功被国际电联确定为4G国际标准后，我国布局4G产业的关键性举措。TD-LTE规模试验由工业和信息化部统一组织、规划，中国移动作为运营商负责TD-LTE规模试验的网络建设、运营维护、技术产品试验和测试等工作。2011年中国移动TD-LTE试验网开始建设，验证组网技术和终端的配合，进一步完善系统和网络，是走向技术、系统成熟的重要一步。在TD-LTE产业界经过验证的技术和设备的基础上，如何应对组网挑战，如何做好网络规划和优化，是未来一段时间至关重要的工作。
移动通信技术的升级换代，标志着在与前一代相比在频谱利用率方面有显著提高的同时，系统采用的技术复杂度也日新月异。TD-LTE在基本多址接入技术上引入OFDM来替代CDMA，在智能天线的基础上进一步引入MIMO技术，形成智能天线＋MIMO的先进多天线技术，同时保持了特殊时隙和同步等原有技术优势和特点。在这样有继承、有发展的系统设计理念下，TD-LTE在组网方案上呈现出应用需求划分更加精细、场景划分更加复杂的态势。并且随着SON的引入，网络规划和优化的一些理念也发生了较大的改变。TD-LTE系统比3G系统更加复杂，需要面对更多的业务需求，面临更多的组网场景。从移动通信网络历来的发展来看，一个移动通信网络的成败，与其规划组网有着密不可分的关系。由于引入了多项新的关键技术，LTE系统对规划组网提出了全面的挑战。
本书作者从TD-SCDMA开始亲历了TDD技术的研究与演进过程，参与了TD-LTE技术研究与产品化的具体工作，积累了大量TD-LTE系统关键技术和组网方面的研究经验。其中多次负责和参与各个重大项目，包括新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项“TD-LTE组网技术研究”、“LTE覆盖增强组网技术研究与测试验证技术”项目、“中国移动研究院TD-LTE组网研究专项”、国家“973”“无线通信3G/4G系统互干扰分析及干扰抑制研究”项目等。深入了解TD-LTE系统关键技术演进情况，且对TD-LTE技术组网规划应用开展了大量的研究、仿真和工程实践工作，将TD-LTE标准理解的优势与系统关键技术研究相结合，将技术研究与实际组网应用相结合，提出了大规模组网、分层组网、混合组网、复杂场景组网（海面、高铁、地铁等）的先进组网解决方案，高效地将组网研究成果转化为网络规划与仿真工具，全力支持TD-LTE网络建设最迫切的规划需求。
本书依据作者在该领域的最新研究成果和丰富的组网实践经验，针对建模仿真、规划原理、实际案例等方面进行深入的分析和研究，以通信系统建模和仿真技术为基础，使读者能理解研究的方法和手段，同时介绍TD-LTE系统实际组网会遇到的各种规划问题，并详细分析链路预算、容量估算、无线资源规划等内容，使读者能深入掌握从理论研究到实际应用的全景概念。本书共13章，分为4个部分，内容安排如下：第一部分概述，涉及第1～2章的内容，对TD-LTE的背景和基本概念做了介绍，并概括性地对TD-LTE系统关键技术的演进进行了介绍；第二部分TD-LTE规划原理与系统仿真建模，包括第3～7章，对TD-LTE网络规划原理、系统建模、仿真评估方法等进行了全面的讨论和描述，并介绍了一些全新的方法和技术；第三部分TD-LTE规划技术与方法，包括第8～11章，对无线参数规划、无线网络容量估算、链路预算、系统间共存干扰分析等进行了详细介绍；第四部分TD-LTE网络规划实际案例，包括第12～13章，以实际TD-LTE网络建设的规划流程为例进行介绍和分析，并采用动态云平台（DCP）进行了网络仿真与规划，给出了实际分析结果。
本书由何剑主持编写，何剑、杨哲、毕海洲、曹艳霞、贾保灵、翟海涛、吴央、童鑫、陈庆涛具体负责各个章节的内容。在本书的编写和审校过程中，卢树颖、王晨、王姝杰、王丹、韩立平、郭志瑜等同事参与了相关工作。本书凝聚了大唐无线移动创新中心、大唐移动通信设备有限公司系统与标准部全体同事多年来的组网研究与产品化工作的成果，在此一并表示衷心的感谢。
特别感谢电信科学技术研究院、大唐无线移动创新中心和大唐移动通信设备有限公司领导和同事们的大力支持和真诚帮助，感谢在TD-LTE组网技术研究过程中与中国移动设计院、中国移动研究院以及众多国内外厂商和研究机构的交流与合作。限于作者的水平和能力，书中还有诸多不足与谬误之处，恳请各位读者和专家提出宝贵的意见和建议。作者2013年1月第1章 TD-LTE系统概述1.1 TD-LTE标准1.1.1 3GPP概况
3GPP成立于1998年年底，全称是The 3rd Generation Partnership Project，即第三代合作伙伴计划。3GPP由世界各地的标准化组织构成，目前3GPP的成员有无线工业与商业协会（ARIB，Association of Radio Industries and Business）、中国通信标准化协会（CCSA，China Communications Standards Association）、欧洲电信标准协会（ETSI，European Telecommunications Standards Institute）、电信工业解决方案联盟（ATIS，Alliance for Telecommunication Industry Solution）、电信技术协会（TTA，Telecommunications Technology Association）和电信技术委员会（TTC，Telecommunications Technology Committee），其中CCSA来自中国、ETSI来自欧洲、ATIS来自美国、TTA来自韩国、ARIB和TTC来自日本。
3GPP成立的初衷是输出针对第三代移动通信系统的技术规范和技术报告，主要面向基于全球移动通信系统（GSM，Global System for Mobile communications）核心网络而演进来的第三代移动通信系统，即宽带码分多址（WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access）或全球移动电信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunications System），包括频分双工（FDD，Frequency Division Duplex）模式和时分双工（TDD，Time Division Duplex）模式。后来，3GPP又承担了GSM系统技术规范和技术报告的维护和开发工作，包括通用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Service）、GSM演进的增强型数据速率（EDGE，Enhanced Data rates for GSM Evolution）等。
由中国大唐电信集团代表中国向国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）提交的时分同步码分多址（TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）技术提案于2000年5月被ITU批准为第三代移动通信国际标准，并于2001年3月被3GPP接纳。TD-SCDMA作为一种低码片速率的TDD模式，即低码片速率TDD（LCR TDD，Low Chip Rate TDD），在3GPP中进行技术规范和技术报告的开发和维护，而WCDMA系统中的TDD模式则被称为高码片速率TDD（HCR TDD，High Chip Rate TDD）。
2004年年底，3GPP分别启动了长期演进（LTE，Long-Term Evolution）和系统结构演进（SAE，System Architecture Evolution）的标准化研究工作。需要注意的是，LTE和SAE最初都是3GPP的项目名称，LTE对应的是3GPP UMTS系统无线接入网络的长期演进项目，其目的是研究新的无线接入系统，即演进的全球陆地无线接入网络（E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）；SAE对应的是3GPP核心网络的长期演进，其目的是定义一个新的全因特网协议（IP，Internet Protocol）分组核心网，即演进的分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）。E-UTRAN和EPC一般又合称为演进的分组系统（EPS，Evolved Packet System）。
1.1.1.1 3GPP背景信息
3GPP的组织架构如图1-1所示，它由1个项目协调组（PCG，Project Co-ordination Group）、4个技术规范组（TSG，Technical Specification Group），以及多个工作组（WG，Working Group）构成。图1-1 3GPP组织架构
其中，GSM EDGE无线接入网络（GERAN，GSM EDGE Radio Access Network）技术规范组主要负责GSM、EDGE无线接入网络的标准化工作，具体包括以下几个。（1）GERAN WG1：负责GERAN的射频规范、负责GERAN内部接口规范、负责GERAN的无线性能和射频系统规范、负责GERAN基站的一致性测试规范、负责GERAN节点中与GERAN相关的操作维护规范。（2）GERAN WG2：负责GERAN物理层之上协议，具体包括数据链路层、无线链路控制（RLC，Radio Link Control）层、媒质接入控制（MAC，Medium Access Control）层协议以及这些层与物理层之间的接口。（3）GERAN WG3：负责GERAN终端的一致性测试规范。
无线接入网络（RAN，Radio Access Network）技术规范组主要负责定义全球陆地无线接入（UTRA，Universal Terrestrial Radio Access）和演进的全球陆地无线接入（E-UTRA，Evolved Universal Terrestrial Radio Access）网络的功能、特性以及接口，包括FDD和TDD两种模式。WCDMA、TD-SCDMA以及LTE的标准化工作基本上都是在RAN技术规范组完成的。具体的，RAN技术规范组的各个小组分别负责：（1）RAN WG1：负责UE与UTRAN、E-UTRAN以及后续演进系统之间无线接口的物理层规范，同时RAN WG1还处理用户设备（UE，User Equipment）能力相关的物理层以及用于UE测试的物理层参数。（2）RAN WG2：负责无线接口结构与协议，包括MAC、RLC以及分组数据汇聚协议（PDCP，Packet Data Convergence Protocol），无线资源控制协议的标准化，无线资源管理策略以及物理层向高层提供的服务。（3）RAN WG3：负责全球陆地无线接入网络（UTRAN，Universal Terrestrial Radio Access Network）和E-UTRAN的整体结构，以及无线网络控制器（RNC，Radio Network Controller）与核心网之间的接口Iu、RNC之间的通信接口Iur、节点B与RNC之间的接口Iub、E-UTRAN节点B与EPC之间的接口S1和E-UTRAN节点B之间的接口X2接口协议的标准化。（4）RAN WG4：RAN WG4工作涉及UTRAN/E-UTRAN的射频方面。RAN4进行不同射频系统情况的仿真，获得传输和接收参数、信道解调的最小需求。一旦确定下来这些需求，工作组将定义用于基站验证的测试流程。同时，RAN4也制定其他无线单元的需求，例如中继。（5）RAN WG5：RAN WG5工作涉及UE无线接口的一致性测试规范。这些测试规范基于其他工作组定义的需求，比如RAN WG4定义的无线测试例、RAN WG2和核心网络以及终端（CT，Core Network &Terminals）WG1定义的信令和协议测试例。RAN WG5又被划分为2个子组，即射频子组和信令子组。
业务和系统（SA，Service &Systems Aspects）技术规范组负责基于3GPP规范的系统整体结构和业务能力，具体包括以下几个。（1）SA WG1：SA WG1工作涉及3G系统的业务和特性。工作组制定全系统的高层次需求，并在阶段1的描述中以规范和报告的形式提供。包括：定义业务和特性需求，业务框架，业务的标准化（阶段1），业务能力的标准化（阶段1），识别技术和运营问题以面对市场、计费等需求。（2）SA WG2：SA WG2负责开发3GPP网络的阶段2工作。基于SA1确定的业务需求，SA2鉴别网络的主要功能和实体，以及这些实体如何连接在一起，信息如何交换。SA2的输出用于阶段3，负责定义精确消息格式的工作组的输入。注意，无线接入网的阶段2由RAN技术规范组负责。SA WG2具有全系统视角，用来决定一项新功能如何与现有网络实体整合在一起。（3）SA WG3：SA WG3负责3GPP系统的网络安全标准化工作，进行系统潜在安全威胁的分析，主要考虑基于IP业务和系统所带来的新威胁，同时进行3GPP全系统的安全需求设置。SA WG3的目的在于提供至少与第二代数字系统（比如GSM）相同等级的安全性和机密性，并且需要进一步完善使其在任何情况下都要具有可行性。SA WG3还负责对正在开发的新业务进行安全分析。（4）SA WG4：SA WG4处理语音、音频、视频以及多媒体的编码规范，包括电路交换和分组交换环境。SA WG4还负责质量评估、端到端性能以及现存移动和固定网络之间的互操作（从编码角度）。（5）SA WG5：SA WG5对3G系统的管理框架以及需求进行规定，发布电信管理网络（TMN，Telecom Management Network）的结构描述，并协调其他规范组进行3G系统电信管理相关的标准化工作。
CT技术规范组负责对终端接口、能力和3GPP系统的核心网部分进行规范，具体包括：（1）CT WG1：CT WG1负责制定终端设备核心网层3部分的无线协议，以及Iu参考点的核心网侧的规范。（2）CT WG3：CT WG3负责定义电路和分组数据业务的无线承载能力，定义UMTS公共陆地移动网络（PLMN，Public Land Mobile Network）与外部网络中终端设备之间必要的互操作功能，并负责UMTS核心网中的端到端服务质量（QoS，Quality of Service）。（3）CT WG4：CT WG4重点在于对如下内容进行标准化：辅助业务、基本呼叫过程、核心网中的移动性管理、独立承载结构、网络实体之间的普通分组无线业务、自由操作的代码转换、移动网定制应用增强逻辑、普通用户配置文件、无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）与UMTS之间的互操作、以及IP多媒体子系统。CT WG4同样负责一些 IP相关协议的管理。
CT WG6：CT WG6负责3GPP智能卡应用及其与移动终端接口之间测试规范的部署与维护，包括2G系统使用的GSM用户标示模块（SIM，GSM Subscriber Identity Module）卡，3GPP系统使用的全球用户标识模块（USIM，Universal Subscriber Identity Module）卡，以及即时消息业务标识模块（ISIM，IM Services Identity Module）卡。
其中，CT WG2、CT WG5工作组曾经存在，但是目前已经关闭或者迁移到其他组织。
3GPP使用统一的标准版本序列，在3GPP R99版本之前，根据年份来命名标准的版本，但是在R99之后，就不再按照年份来命名版本了，而是使用新的数字编号方式来命令，从R4编号，依次顺序递增到目前的R10版本。3GPP的每个版本都对应着一定的特征，可以通过http://www.3gpp.org/ftp/Information/WORK_PLAN/Description_Releases/下载查找每个版本所包含的内容。
按照3GPP的工作流程，标准制定一般分为2个阶段：研究阶段和工作阶段。研究阶段对应于3GPP的研究项目（SI，Study Item），研究阶段主要进行可行性研究、输出技术报告（TR，Technical Report），对应的文档以TR标识。工作阶段对应于3GPP的工作项目（WI，Work Item），工作阶段即实质上的标准制定阶段，输出技术规范（TS，Technical Specification），对应的文档以TS标识。
3GPP的输出文档除了用TS和TR标识之外，还有两个数字规范编号，以aa.bb或aa.bbb的形式进行维护，比如09.02或29.002，其中前两位数字aa表示标准系列。3GPP标准系列与不同3GPP系统和规范主题之间的对应关系见表1-1。表1-1 3GPP标准系列与3GPP系统和规范主题之间的对应关系
3GPP输出的标准文档都有一个版本号，使用x.y.z 3位来表示，根据这些版本号可以知道该文档当前的状态。x代表文档的稳定性，y代表文档的主要修改，z代表文档编辑性的修改。对于x，如果是1，表示该文档还处于早期的起草阶段，还不能用于设备开发。如果x是2，则说明该文档已经被批准通过了。如果x大于2，则说明该文档通过了并且处于修改控制阶段，此时x的具体取值与该协议的标准版本号对应，具体的：3表示R99，4表示R4，5表示R5，以此类推。
通过3GPP网站可以查找到所有3GPP发布的协议规范，具体链接为：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/。
1.1.1.2 3GPP标准演进路线
3GPP标准遵循着如图1-2所示的标准演进路线。可以看出，WCDMA和TD-SCDMA在LTE阶段进行了融合，使得LTE既保留了两种双工系统的优势，又最大限度地保持了两者标准上的一致性，从而更有利于产业化的推进。其中，WCDMA中的FDD模式，演进到LTE中的FDD模式，一般也称为LTE FDD；TD-SCDMA演进到LTE中的TDD模式，一般称为TD-SCDMA长期演进（TD-LTE，TD-SCDMA Long-Term Evolution）。
3GPP使用同一个标准版本序列，把这上述多个标准体系融合在一起。其中，WCDMA系统从R99版本发布到现在，已经经历了8个版本；TD-SCDMA系统的第一个版本是R4版本，目前已经经历了7个版本；而LTE系统的第一个版本是R8，到目前为止也已经经历了3个版本。图1-2 3GPP标准体系演进路线
需要特别说明的是，LTE作为WCDMA和TD-SCDMA的后续演进系统，虽然在版本上延续了WCDMA和TD-SCDMA的标准版本序列，但是它与WCDMA和TD-SCDMA的兼容性已经很小，可以作为一个独立的系统去运营。同时，在R8之后，WCDMA、TD-SCDMA和LTE是作为3个系统分别进行特性的添加和版本的升级。
3GPP标准的不同版本在RAN侧的主要特征如图1-3所示。图1-3 3GPP标准版本演进路线1.1.2 TD-LTE的标准化过程
为了应对来自世界范围微波接入互操作（WiMAX，Worldwide Interoperability for Microwave Access）的市场压力，以及为ITU 4G标准技术征集做准备，2004年年底3GPP启动了LTE研究项目。LTE即Long-Term Evolution，其意在表示LTE是3G标准的一个长期演进而非简单的技术增强，其目的是为了保证3GPP标准在更长时间内的竞争力。LTE的主要目标是完成3GPP空口技术向支持高速数据速率、低时延以及针对分组业务优化的空口技术的演进，这使得LTE支持了更大的传输带宽、采用了正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency- Division Multiplexing）和多输入多输出（MIMO，Multiple-Input Multiple-Output）等技术。
LTE的标准化进程大致可以划分为4个阶段。（1）第1阶段：需求讨论阶段
2005年6月，3GPP完成了LTE的需求讨论阶段，形成了LTE需求报告TR 25.913V7.0.0[1]。（2）第2阶段：研究阶段
2005年6月至2006年6月是LTE的研究阶段，这个阶段完成了LTE的可行性研究报告TR 25.912V7.0.0[2]、物理层部分的研究报告TR 25.814V7.0.0[3]，以及无线接口部分的研究报告TR 25.813V7.0.0[4]。（3）第3阶段：标准化阶段
2007年3月，3GPP完成了LTE标准化阶段2的工作，形成了LTE系统的整体描述报告TS 36.300V8.0.0[5]。2008年年底，完成了LTE R8版本的大部分标准化工作，其中LTE物理层标准部分冻结，其余部分于2009年3月冻结，并正式发布。（4）第4阶段：LTE优化和LTE增强阶段
LTE标准化的第4阶段，存在两个并行的分支，分别进行LTE的优化工作和LTE标准的进一步增强工作。其中LTE优化工作，从2009年开始，即LTE R9的工作，为期1年，主要为了解决LTE R8的一些遗留问题以及进行局部的优化工作。LTE的增强，即LTE-Advanced，于2008年3月启动，其主要目标是满足ITU针对IMT-Advanced的需求，支持更大的带宽和更高的频谱效率，对室内以及热点地区进行优化，进一步改善小区边缘用户的吞吐量。LTE-Advanced已经完成了研究阶段的工作，具体标准化工作在2011年第一季度完成。
TD-LTE标准的提出，主要是为了解决TD-SCDMA的后续演进问题，提升TDD标准的竞争力。
在2004年3GPP LTE标准项目启动之后，以大唐电信集团为主的中国公司就开始考虑如何提出基于TDD技术的长期演进标准，并于6月的3GPP LTE专题会议上提出了物理层分别基于多载波TD-SCDMA和TDD OFDM的两套空中接口解决方案。
这两个方案都是基于TD-SCDMA的演进来设计的，前者更多地考虑与TD-SCDMA的兼容性和共存；后者则更多的是全新的物理层设计，并在一定程度上考虑了与TD-SCDMA系统的共存，同时最大程度上对TDD系统的性能进行优化。经过与会代表数轮的相互澄清和激烈辩论，大唐电信集团提出的两套解决方案和其他4个解决方案被接受，并一起作为LTE的候选方案写入到LTE研究阶段初期的技术报告TR 25.814V0.1.1[6]中。
中国提出的这两个解决方案分别基于码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）和正交频分多址（OFDMA，Orthogonal Frequency-Division Multiple Access）两种不同的多址技术。随着LTE的多址技术的最终确定，在2006年11月的韩国会议上，基于TD-SCDMA帧结构的TDD OFDM的解决方案作为LTE的TDD方式被3GPP正式接受。需要说明的是，作为LTE研究阶段的输出，还有另外一种基于TDD技术的解决方案被接受。两者的主要差别是其帧结构的不同，分别称为TDD类型1和TDD类型2，如图1-4所示。
其中，对于TDD类型1，其帧结构与FDD基本相同，通过对下行子帧进行截短来创造保护时隙进行下行到上行的切换；对于TDD类型2，其帧结构与TD-SCDMA基本相同，保留了下行导频时隙（DwPTS，Downlink Pilot Time Slot）、上行导频时隙（UpPTS，Uplink Pilot Time Slot）以及保护时隙（GP，Guard Period）这些特殊时隙，GP用于下行到上行的切换，每个时隙的后面预留了一段时隙间隔，用于灵活地分配上行到下行的切换点。
可以看出，在LTE研究阶段存在一种基于FDD帧结构，以及两种基于TDD帧结构的解决方案。由于通信领域的国际大公司以支持FDD为主，对TDD标准相对不够重视；而关注TDD的公司，又因为存在两种不同实现方式，导致研究力量过于分散，因而很难保证TDD标准化的进程与FDD标准化的进程一致。另外，移动运营商也希望FDD与TDD在标准上能够兼容，尽量保证两者的一致性。在RAN第37次会议上，中国移动、沃达丰等运营商牵头，通过文稿RP-070751[7]，建议对LTE的帧结构进行优化，主要目标是将两种TDD帧结构优化为一种。会议之后，在大唐电信、中国移动、工业和信息化部电信研究院以及关注TDD标准的其他公司的一起努力下，终于确定了基于TDD类型2帧结构进行优化的基调，其目的是提高TDD性能，并增加与FDD系统的一致性，以利于双模系统的实现。经过国内公司的不懈努力，最终在RAN1第51次会议上，通过文稿R1-075020[8]，如图1-5所示的TDD帧结构获得通过。可以看出，作为TDD类型2帧结构最主要特征的特殊时隙得到了保留。图1-4 LTE标准化初期TDD类型1与TDD类型2帧结构示意图图1-5 LTE标准化初期TDD类型1与TDD类型2融合之后的TDD帧结构
在TDD帧结构融合之后，各设备商与运营商关注TDD标准的热情空前高涨，TDD系统研究进展迅速，在3GPP中先后针对TDD特性进行了优化，比如上下行比例配置的设计、特殊子帧配置的设计、短物理随机接入信道（PRACH，Physical Random Access CHannel）的设计、上行探测参考信号的设计、TD-LTE控制机制以及混合自动重传请求（HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest）时序关系等优化设计，确保了TD-LTE在LTE R8工作阶段与LTE FDD的标准化进度相同。帧结构的优化，也使得利用TDD系统互易性的波束赋形技术被提到了会议议程上，经过持续地努力，用于波束赋形的专用导频设计、相关传输模式、反馈模式等一一在标准中完成，确定了波束赋形作为主要MIMO技术方案的地位。由此可见，早在LTE R8的标准化阶段，帧结构的优化不仅统一了TDD模式，也争取了更多的运营商、设备商的关注，TD-LTE和LTE FDD两种标准二分天下的趋势，已初现端倪。
在LTE优化和LTE增强阶段，TD-LTE标准引入其一个重要的特性，即双流波束赋形。在3GPP的双流波束赋形标准项目立项之前，中国移动和大唐电信在国内的国际移动电信增强（IMT-Advanced，International Mobile Telecommunication Advanced）技术组和标准子组上分别提交了双流波束赋形的整体解决方案，获得支持和通过，并从2008年6月开始在3GPP LTE R9及LTE R10（LTE-Advanced）范围内共同推动该技术。双流波束技术主要应用于信号散射体比较充分的条件下，该技术结合了智能天线赋形技术和MIMO的空间复用技术，利用了TDD信道的对称性，能够同时传输多个数据流实现空分复用，保持在传统单流下实现广覆盖，提高小区容量和减少干扰。双流波束赋形技术包括单用户双流波束赋形和多用户双流波束赋形，对于单用户波束赋形来说，其最多可以支持两个波束；而对于多用户波束赋形来说，其最多可以支持到4个波束，如图1-6所示。图1-6 双流/多流波束赋形示意图
在2009年3月RAN第43次会议上，双流波束赋形在3GPP正式立项完成。2010年3月，3GPP双流波束赋形项目的标准化工作正式完成，R9协议冻结。1.2 TD-LTE网络架构
在进行通信系统设计时，通常根据网络需求将各种待实现的功能进行分类，并定义相应的功能节点进行实现，功能节点的有机组合就构成了网络架构。具体到蜂窝移动通信系统，网络架构划分为无线接入网（RAN，Radio Access Network）与核心网（CN，Core Network）两部分。其中接入网主要实现无线相关的功能，如无线资源管理、无线承载建立与释放等；核心网主要实现业务层面相关的功能，如QoS配置、计费、漫游控制等。
TD-LTE系统的网络架构如图1-7所示。图中对核心网节点结构进行了适当简化，只绘制了关键节点，对TD-LTE核心网详细结构感兴趣的读者可以参考文献[10]。
与TD-SCDMA系统类似，TD-LTE系统网络架构也由无线接入网与核心网两部分构成，其中无线接入网只包含演进型节点B（eNode B，evolved Node B）一个网元，其主要功能包含以下几点。
①无线资源管理功能：包括接纳控制、无线承载控制、功率控制、连接移动性控制以及上下行动态资源分配等。图1-7 TD-LTE系统网络架构
②数据传输控制功能：包括业务数据到服务网关（S-GW，Serving GateWay）的路由功能、因特网协议（IP，Internet Protocol）分组头压缩与解压缩功能、用户数据的加密/解密功能等。
③公共信息控制功能：包括广播信息的组织和发送、寻呼消息的组织和发送、无线资源控制（RRC，Radio Resource Control）信令加密与完整性保护等。
④其他功能：包括UE附着时的移动管理实体（MME，Mobile Management Entity）选择、移动性相关测量配置与管理、无线资源分配相关测量配置与管理等。
除对网元节点功能进行定义之外，TD-LTE网络架构也定义了网元间的通信接口，具体介绍如下。
①信令管理功能：包括非接入层（NAS，Non-Access Stratum）信令的生成与传输、核心网节点间信令生成与传输等。
②节点选择功能：包括分组数据网关（P-GW，Packet Data Network GateWay）与S-GW的选择、切换导致MME发生变化时的MME选择、切换至2G/3G网络时的SGSN选择等。
③安全控制功能：包括接入层（AS，Access Stratum）安全控制、NAS信令的安全保证、用户鉴权等。
④其他功能：包括控制寻呼重传、跟踪区域（TA，Tracking Area）列表管理、漫游、承载管理等。
S-GW主要实现核心网用户面相关的功能，主要包括以下几个功能。
①移动性相关功能：S-GW是终端在eNode B间切换时的本地移动性锚点，也是终端在不同3GPP接入网络间移动时的锚点。
②数据处理功能：包括缓存空闲模式（Idle mode）下行分组、触发业务请求过程以及对分组进行路由和转发等。
③计费功能：包括用户或QoS类别标识（QCI，QoS Class Identifier）级的跨运营商计费支持以及基于UE、分组数据网络（PDN，Packet Data Network）或QCI的计费支持。
除对网元节点功能进行定义之外，TD-LTE网络架构也定义了网元间的通信接口，具体介绍如下。（1）S1接口
S1接口是eNode B与演进的分组核心网之间的通信接口，具体又分为S1-MME接口和S1-U接口。其中S1-MME接口是eNode B与MME之间的通信接口，主要用于传递控制信令；S1-U接口是eNode B与S-GW之间的通信接口，主要用于传输用户数据。TD-LTE系统允许一个eNode B与多个MME/S-GW相连，一方面可以实现MME负荷均衡，另一方面可以支持多运营商共享无线接入网络。（2）X2接口
X2接口是eNode B之间的通信接口，用于eNode B之间的数据与控制信息传输。当连接状态下的终端进行跨 eNode B的切换时，源eNode B可以通过X2接口将未成功传输的用户数据前转到目标 eNode B进行传输，保证了数据的无损性。此外，eNode B之间可以通过X2口交互无线资源干扰信息，进行小区间干扰协调，以提高小区边缘用户的服务性能。
需要说明的是，图1-7只给出了TD-LTE的基本网络架构，针对不同场景，3GPP标准还定义了各种扩展的网络架构，其中包括若干图1-7中未涉及的网元节点以及节点间的通信接口，感兴趣的读者可以参考文献[10]。1.3 TD-LTE空口协议与信道设计
协议是系统中网元节点间进行通信的语言，为了简化系统设计，通常将协议进一步划分为若干层，每层对应一个子协议，两个节点之间相同的协议层称为对等层，由参与通信过程的所有协议层组成的集合称为协议栈。
协议栈设计除了要定义每个协议层的具体功能外，还要对相邻协议层之间的服务接口（即信道）给出完备定义。需要指出的是，根据处理对象的不同，空口协议栈又可分为用户面协议栈和控制面协议栈，用户面协议栈用于处理业务数据，而控制面协议栈用于处理控制信令。
TD-LTE系统的用户面协议栈如图1-8所示。作为TD-SCDMA系统的长期演进，TD-LTE系统进行协议栈设计时充分借鉴了TD-SCDMA系统的设计思想，从图1-8 TD-LTE用户面协议栈图中可以看出，它所包含的协议层与TD-SCDMA系统完全相同。但进行各协议层的具体功能设计时，TD-LTE则针对系统特点进行了有针对性的优化。
TD-LTE系统的控制面协议栈如图1-9所示。控制面协议栈结构的设计也参考了TD-SCDMA系统，比较明显的差异是，TD-LTE的控制面协议栈包含PDCP层，负责实现信令的加密和完整性保护功能。
与TD-SCDMA系统类似，TD-LTE系统也针对逻辑信道、传输信道和物理信道进行了完整定义。为了使读者建立关于信道的整体概念，此处对3类信道的命名和基本功能进行了汇总，分别见表1-2至表1-4。图1-9 TD-LTE控制面协议栈表1-2 TD-LTE逻辑信道定义表1-3 TD-LTE传输信道定义表1-4 TD-LTE物理信道定义
总体而言，TD-LTE所定义的信道数量与TD-SCDMA相比有了大量的缩减，信道之间的映射关系也更加清晰简洁。图1-10给出了TD-LTE系统中下行信道的映射关系，主要特征总结如下。（1）MBMS业务单独定义了逻辑信道、传输信道和物理信道，不与其他业务共享资源。（2）TD-LTE系统只有少量关键的广播信息在广播专用的信道资源上传输，其他广播信息通过共享信道传输，因此BCCH同时映射到了BCH和DL-SCH。（3）尽管定义了单独的寻呼传输信道PCH，但PCH与DL-SCH都映射到了PDSCH，意味着寻呼和用户业务数据共享物理信道资源。（4）定义了唯一的一条传输信道DL-SCH，用于承载下行用户业务。图1-10 TD-LTE系统下行方向信道映射关系图
图1-11给出了TD-LTE系统中上行信道的映射关系，主要特征总结如下。（1）定义了唯一的一条传输信道UL-SCH，用于承载上行用户业务。（2）TD-LTE系统中，RACH只负责触发随机接入，不承载任何数据，因此没有任何逻辑信道映射到RACH。图1-11 TD-LTE系统上行方向信道映射关系图1.4 TD-LTE与其他系统的对比1.4.1 TD-SCDMA
TD-SCDMA的网络架构很大程度上是从全球移动通信系统（GSM）网络架构继承而来，尤其是核心网架构，基本上重用了GSM的核心网，而TD-LTE系统的网络架构则是根据网络架构的演进需求独立设计的，这些需求主要包括[1]：（1）TD-LTE网络架构设计要基于分组域；（2）TD-LTE网络架构设计要尽量减少和简化接口；（3）TD-LTE网络架构设计要灵活支持多种业务的QoS。
由于设计理念存在差异，导致TD-SCDMA与TD-LTE的网络架构存在诸多不同，具体见表1-5。表1-5 TD-LTE与TD-SCDMA网络架构差异总结
TD-SCDMA系统以支持专用信道为主，因此各层协议的功能都是根据专用信道的特点进行设计。随着市场对数据业务需求的日益增长，TD-HSDPA在下行方向引入了高速共享信道，TD-HSUPA在上行方向引入了高速共享信道，进而对TD-SCDMA协议栈进行相应的增强，主要体现在MAC和物理层。在MAC层，TD-HSDPA引入了MAC-hs实体，以支持高速下行共享信道的调度和管理；TD-HSUPA引入了MAC-e和MAC-es实体，以支持增强专用信道的调度和管理。物理层方面，在TD-SCDMA的基础上，TD-HSDPA与TD-HSUPA都引入了更高阶调制——16QAM（QAM，QuadratureAmplitudeModulation），并且支持HARQ和自适应调制编码技术，以提高系统峰值速率和频谱效率。
TD-SCDMA空口协议在演进过程中，各种新技术是逐步引入的，对应的功能也是逐步添加到协议中的。体现到协议上尤其是RRC协议，各种功能的可选项较多，TDD和FDD的很多消息和IE都分别设计，使得RRC协议较为繁杂。
TD-LTE在制定空口协议的过程中，参考了已经比较成熟的3G系统设计，对各种待实现的功能进行了充分考虑，对协议的设计进行了有针对性的简化。因此，TD-LTE系统的空口协议栈与TD-SCDMA系统有很多相似之处，协议层的划分完全相同。但TD-LTE也根据系统特征对各协议层的功能进行了调整，主要差别见表1-6。表1-6 TD-LTE与TD-SCDMA协议功能差异总结
信道设计方面，TD-LTE也进行了有针对性的优化，主要差别见表1-7。表1-7 TD-LTE与TD-SCDMA信道设计差异总结1.4.2 LTE FDD
LTE系统同时定义了FDD和TDD两种方式。LTE FDD系统相对于TD-LTE来说，最大的不同在于FDD系统部署的频段及射频器件工作方式不同，同时由于帧结构及时序上的差异，进一步导致具体协议的不同（如下行同步信号、PRACH、SRS、上行ACK/NACK反馈、定时调整、HARQ RTT和时序、DRX、SPS等），也会导致具体算法设计（如信道互易性的影响）和组网应用上的差异。
FDD和TDD是两种不同的双工方式。对于蜂窝系统采用的基本的双工方式来说：TDD模式是指上下行链路使用同一个工作频带，在不同的时间间隔上进行上下行信号的传输，上下行之间有保护间隔（Guard Period）；FDD模式则指上下行链路使用不同的工作频带，可以在同一个时刻在不同的频率载波上进行上下行信号的传输，上下行之间有保护带宽（Guard Band）。图1-12 频分双工和时分双工示意图
FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。TDD用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。
LTE FDD与TD-LTE标准协议差异主要体现在物理层，高层协议中MAC层略有差异，RLC/PDCP/RRC无差异。表1-8 TD-LTE与LTE FDD功能差异总结
TD-LTE的TDD双工方式较于FDD具有如下优势：
①能够灵活配置频率，使用FDD系统不易使用的零散频段；
②可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，能够很好地支持非对称业务；
③具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；
④接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度；
⑤具有上下行信道互惠性，能够更好地采用传输预处理技术，如智能天线技术等，能有效地降低移动终端的处理复杂性。
但是，TDD双工方式也存在不足：
①FDD系统具有更大峰值速率；
②LTE FDD中HARQ RTT固定为8ms（TD-LTE则与上/下行配置有关，比LTE FDD系统更加复杂），减少了信令交互过程和算法复杂度。
总的来看，LTE FDD与TD-LTE网络架构一致，标准协议差异主要体现在物理层，高层协议中MAC层略有差异，RLC/PDCP/RRC则基本无差异。
TD-LTE和LTE FDD系统采用了相同的关键技术，如OFDM、MIMO等，具备相同的干扰特性，干扰主要由小区间干扰组成。
通常来说，LTE FDD和TD-LTE均为上行业务信道覆盖受限，TD-LTE系统由于采用了8天线，因此覆盖性能要优于LTE FDD系统。同样，TD-LTE系统（8天线）的频谱效率也要高于LTE FDD系统。1.5 TD-LTE的发展演进
LTE项目于2004年年底启动，2009年3月，第一个版本正式发布。其中，TDD的规范TD-LTE R8版本也同期完成。为了满足ITU关于4G方案征集的需求，LTE系统进入新的优化与增强阶段。其中LTE优化主要体现在R9版本，主要是为解决R8的一些遗留问题和进行局部优化工作。R8/R9版本的LTE在峰值速率、频谱效率等指标距离ITU的4G需求还有一定的差距，所以在R9标准工作的同时，作为LTE的进一步增强，LTE R10（也称为LTE-Advanced）的标准化工作开始启动。3GPP在全会RAN#39（2008年3月）上完成了LTE-Advanced研究项目的立项建议书，并在全会RAN#40（2008年6月）确定了LTE-Advanced的系统需求TR 36.913[11]框架，开始了R10版本即LTE-Advanced的标准化工作。
与LTE R8/R9版本的TD-LTE比较，TD-LTE-Advanced的增强主要体现在以下方面。（1）更高的频谱效率
MIMO技术是提高频谱效率非常有效的手段，TD-LTE-Advanced对上行和下行的MIMO技术都进行了增强，相关增强不仅仅体现在天线数量上的提高，更体现在多用户MIMO的优化和反馈优化方面。CoMP技术通过协作可以降低干扰提高小区边缘的频谱效率，但相关标准化在R10还没有体现。（2）更高的峰值速率
一方面通过MIMO技术提高单位频谱效率可以有效提高峰值速率，另一方面LTE-Advanced系统的传输带宽从R8的20MHz提高到了100MHz，使得峰值速率达到下行1Gbit/s、上行500Mbit/s的指标。扩展带宽的标准化主要体现在载波聚合（CA，Carrier Aggregation）技术方向。（3）更丰富的部署场景支持
考虑不同部署场景及灵活应用的需求，TD-LTE-Advanced引入Relay技术。另外也对异构网络部署，例如Macro、Pico、Femto和RN的混合部署等开展了相关的讨论。R10版本的标准化工作还只体现在Relay技术点。1.5.1 载波聚合技术
TD-LTE R8系统支持多种不同的载波带宽，包括1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz以及20MHz，其中最大支持带宽为20MHz。为了满足ITU提出的IMT-Advanced系统峰值速率达到下行1Gbit/s、上行500Mbit/s的需求，3GPP提出LTE-Advanced扩展传输带宽至100MHz的设计目标。如何支持系统带宽的扩展是载波聚合技术点研究的主要问题。
从物理层看，首要需要解决的问题是如何进行带宽扩展。扩展带宽方式分为直接扩展带宽和载波聚合两种方式，如图1-13所示。其中直接扩展方式即在LTE-Advanced标准中直接定义大带宽的载波传输带宽，例如40MHz、60MHz、80MHz、100MHz等；而载波聚合方式是将多个小带宽的载波聚合起来，组合起来提供更大的传输带宽，各成员载波可以采用R8支持的各种带宽，具体载波也可以完全配置为兼容R8标准。载波聚合的方式最大的优点是很好地保持了与TD-LTE R8的兼容性，这样，每个成员载波上的协议设计可以最大程度复用TD-LTE R8已有的内容，标准化工作的复杂度大大减轻，而且多载波的网络可以支持R8 UE的接入。另外，从载波聚合的方式上看，各个成员载波可以是频率连续的，也可以是非连续的，这样可以保证带宽扩展的灵活性，运营商可以根据频谱情况灵活部署；而直接扩展带宽方式仅能在运营商拥有连续的大带宽频段时进行部署，较为受限，且R8 UE无法接入。因此，3GPP决定采用载波聚合的方式达到LTE-Advanced的带宽扩展目标。图1-13 两种带宽扩展方式
针对TD-LTE R10，3GPP RAN4确定的一个连续载波聚合场景（CA_40），见表1-9，其中，基站侧考虑的聚合带宽为50MHz，对于终端聚合带宽为40MHz。LTE-Advanced标准支持最多5载波聚合，但考虑现阶段运营商的频谱情况与需求，也为了降低现阶段的产品复杂度，R10射频仅支持最多2载波聚合；其中TDD的载波聚合场景见表1-9，在2.3GHz频段定义了50MHz的连续频谱。所以，CA相关设计也以2载波为主进行优化。表1-9 TDD载波聚合场景
由于TDD系统上下行同频时分传输的固有特性，在典型的TDD载波聚合部署场景中，上行和下行成员载波数目和带宽都是相同的。1.5.2 中继（Relay）技术
Relay技术，例如直放站，已经在现有网络中有所应用。对于TD-LTE-Advanced系统，考虑容量增强以及扩展覆盖的需求，考虑引入更高级的Relay技术。从更广的角度来看，Relay技术不仅能够解决部署灵活性和成本的问题，还有非常广泛的应用前景，例如临时应急网络部署等。
Relay节点（RN，Relay Node）通过无线连接到其归属的eNode B小区（Donor cell），如图1-14所示，其中共有3条空中链路：
①RN与其归属小区之间的接口为Un接口，或称回程链路（Backhaul Link）；
②R-UE（归属到RN的UE）与RN之间的接口为Uu接口，或称接入链路（Access Link）；
③UE与eNode B之间的接口为Uu接口，或称直传链路（Direct Link）。
根据Relay节点在网络中实现功能的不同，可以将Relay分为如下的类型。（1）按照RN接入Donor cell的方式分类
①带内（Inband）RN：回程链路和直传链路复用相同的频段。
②带外（Outband）RN：回程链路和直传链路使用不同的频段。图1-14 引入Relay后的空中接口（2）按照RN的工作方式分类
①透明（Transparent）RN：R-UE无法感受到正通过透明RN进行通信。
②非透明（Non-transparent）RN：R-UE能够感受到正通过非透明RN进行通信。（3）按照RN具有的功能分类
①不独立管理小区的RN：此类RN没有独立的小区ID，没有独立的无线资源管理功能（至少部分无线资源管理功能主要由Donor cell所在的eNode B完成）。此类RN具有普通eNode B L2或L1层的功能。
②独立管理小区的RN：此类RN具有独立的小区ID，具有独立的无线资源管理功能，其管理的小区能够接入LTE R8终端。此类RN具有普通 eNode B L3或以上的功能。1.5.3 多天线（MIMO）增强
在TD-LTE-Advanced技术中MIMO技术得到了进一步的增强，下行最大支持8×8 MIMO，支持最多8层传输，上行最大支持4×4 MIMO，支持最多4层传输。下行MIMO的主要标准化内容包括参考信号设计、反馈方式设计、传输模式设计；上行MIMO的主要标准化内容体现在从不支持多天线传输到支持多天线传输，如发射分集和发射复用方案的设计以及导频增强等。
1.5.3.1 下行MIMO
下行MIMO的标准化主要是传输模式扩展到8天线，以及相关的反馈方案设计。
TD-LTE-Advanced（R10）不支持额外的发射分集方案，即支持原有版本的发射分集模式；仅定义了复用方案模式传输模式9。在LTE R8中，定义了传输模式5，支持基于DRS的单流BF的传输；在LTE R9中，进一步定义了传输模式8支持基于DRS的双流BF传输。在TD-LTE-Advanced（R10）中，基于8天线的扩展，在传输方案上进一步进行了增强定义了传输模式9。传输模式9同时支持SU/MU-MIMO，支持SU/MU动态切换。性能优化的原则是针对低Rank场景，同时考虑SU-MIMO和MU-MIMO的优化；针对高Rank场景，主要考虑SU-MIMO的优化。
针对MU-MIMO的支持，考虑实现复杂度和性能，标准限定每UE最大支持2层，MU-MIMO 总层数不超过4层。为了保证MU-MIMO应用的灵活性，相关模式采用透明的MU-MIMO，即从UE角度看不知道是否存在适配的UE。
传输模式9针对8层的数据传输需要定义其相关层映射，定义的原则与R8一致，如图1-15所示。图1-15 码字——层——端口的映射
1.5.3.2 上行MIMO
在LTE-Advanced系统中，终端配备了多个发送射频通道，支持多个天线同时传输信号，因此可以在上行传输中引入MIMO技术来提高频谱效率。上行MIMO的标准化主要体现在传输模式的设计上；相关信道信息由eNode B测量并使用，不需要进行反馈。
上行PUSCH传输模式可以分为两种：单端口模式（模式1）和多端口模式（模式2）。其中单端口模式，从基站端看UE行为与R8的单天线传输是一样的。当UE初始接入系统时，默认模式是单端口。需要注意的是，单端口不一定是单发射天线，对于多发射天线单端口，通过天线虚拟化实现。对于模式2，根据调度的DCI格式，支持闭环空间复用和单端口传输的动态切换。具体PUSCH的传输模式见表1-10。表1-10 PUSCH的传输模式定义1.5.4 小结
TD-LTE-Advanced的R10标准化中主要项目包括CA、Relay、下行MIMO、上行MIMO、CoMP和eICIC。其中CA、Relay、MIMO的标准化工作已经基本完成，这些构成TD-LTE-Advanced的R10标准的主要增强内容。CoMP项目因各公司的方案多样，分歧较大，迟迟难以达成一致，在其他项目时间紧张的情况下，相关标准化讨论暂停。而eICIC立项的讨论，更多地体现在应用场景、干扰评估方面；降低干扰的方案方面除部分测量指标需要重新定义，主要基于实现，所以在R10标准中体现也不多。
总之，可以期望，随着TD-LTE系统的不断研究，系统的传输效率、灵活性以及应用场景都将得到极大的增强，TD-LTE系统的广阔应用前景正逐步清晰。1.6 参考文献
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[4] 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）；Radio interface protocol aspects（Release 7），3GPP TR 25.813 V7.0.0，2006-06
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[8] R1-075020，CMCC，CATT，Vodafone Group，Verizon Wireless，Orange，AT&T，T-Mobile，NTT DoCoMo，Ericsson，Huawei，Nokia，Nokia Siemens Networks，RITT，ZTE，TD-Tech，Motorola，Qualcomm Europe，Nortel，Samsung，Alcatel Shanghai Bell，Texas Instruments，Philips，CHTTL，Spreadtrum Communications，Mitsubishi Electric，NEC，Way Forward on LTE TDD Frame Structure，TSG-RAN WG1 #51，Jeju，Korea，November 5-9，2007
[9] 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Services and System Aspects；3GPP System Architecture Evolution，Report on Technical Options and Conclusions（Release 8），3GPP TR 23.882 V8.0.0，2008-09
[10] 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Services and System Aspects；General Packet Radio Service（GPRS）enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）access（Release 8），3GPP TS23.401 V8.9.0，2010-03
[11] 3GPP TR36.913，Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）（LTE-Advanced）第2章 TD-LTE关键技术的演进
本章介绍了TD-LTE的关键技术原理，包括多址、多天线、链路自适应、功率控制、信道调度、小区间干扰减轻、小区搜索和随机接入等，然后将TD-LTE与TD-SCDMA、TD-HSPA等系统关键技术进行了差异对比分析。这便于读者了解这些关键技术从TD-SCDMA、TD-HSPA等3G系统到TD-LTE的演进过程，以及TD-LTE关键技术的设计出发点；使读者更加深入理解TD-LTE系统的关键技术，从而有利于开展TD-LTE系统网络规划与仿真评估的技术研究与应用。2.1 多址技术2.1.1 下行方向
TD-LTE采用OFDMA作为其下行方向基本的多址技术，并结合TDMA一起进行用户的区分。
与传统的FDMA类似，OFDMA也是通过频域来进行多用户的区分，并保证多个用户之间的正交性。只不过OFDMA与FDMA在保证正交性的方法上有所不同，如图2-1所示。可以看出，OFDMA通过子载波之间的正交化设计，在相同的频带宽度内，可以支持更多的子载波，其频谱利用率要高于传统的FDMA方式。图2-1 FDMA与OFDMA的比较
OFDMA的基本原理可以从OFDM调制和FDMA两方面来描述。与CDMA调制原理不同的是，OFDM调制的主要原理是将符号的持续时间扩展为原来的N倍，并经过正交调制映射到频域中N个彼此正交的子载波上，这样每一个扩展后的符号在频域上所占用的带宽压缩为原来的1/N。如图2-2所示，T表示扩展之前的符号时间长度，T′表示SS扩展之后的符号时间长度，扩展之后T′时间段内N个子载波上传输的S符号总和通常又称为一个OFDM符号。OFDM符号的持续时间T′、与S原符号的持续时间T以及子载波间隔Δf之间满足如下关系：S图2-2 OFDM调制基本原理示意图
TD-LTE系统下行支持两种子载波间隔的设置，分别为15kHz以及7.5kHz，其中15kHz宽度的子载波间隔主要应用于单播传输，而7.5kHz 宽度的子载波间隔主要应用于多播广播单频网（MBSFN，Multicast-Broadcast Single Frequency Network）的传输。还需要说明的是，上述子载波数目N表示的是一个OFDM符号中理论上存在的最大子载波数目，在实际应用时可以只在其中部分子载波上承载数据符号，从而控制OFDM符号所占用的载波带宽，这些实际传输数据符号的子载波一般称为为有用子载波。也正是基于有用子载波数目可以灵活控制的机制，TD-LTE可以更灵活地支持不同的载波带宽，主要包括1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz以及20MHz。
为了进一步降低OFDM符号之间的干扰，以及保证子载波之间的正交性，OFDM调制通常还会引入循环前缀（CP，Cyclic Prefix），其原理如图2-3所示，即将一个OFDM符号后段的多个采样图2-3 OFDM调制增加循环前缀点复制到OFDM符号的前端。这样，一个原理示意图OFDM符号的总长度变为T＝T′＋T，OSCP其中T表示循环前缀的时间长度。CP
引入循环前缀将导致功率损失和带宽损失，这是因为循环前缀的发送和接收是需要消耗能量的，同时还会导致OFDM符号的有用部分的实际传输速度降低。因此，循环前缀长度的设置需要综合考虑对符号间干扰的抑制作用，及其所带来的性能损失。TD-LTE系统支持两种长度的循环前缀设置，分别称为常规循环前缀和扩展循环前缀，从而可以灵活地根据信道环境和应用场景进行循环前缀的配置。其中扩展循环前缀的时间宽度较大，可以匹配频率选择性强、时间扩展大的信道环境，但是其所带来的功率损失和带宽损失也较大。
OFDMA多址技术采用与FDMA多址技术相同的方式进行用户区分。可以将时间和频域构成二维空间按照OFDM符号长度以及子载波宽度，划分为若干个资源单元（RE），如图2-4所示。原则上可以将每一个这样的资源单元分给不同的用户，但是一般情况下，为了节省资源分配信息指示的开销，通常让多个OFDM符号和多个子载波构成一个时频资源块，以这个时频资源块为单位进行用户资源的分配。对于TD-LTE，定义了一个基本的时频资源块，其时间长度为0.5ms，频域宽度为180kHz，称为物理资源块（PRB）。其中，对于下行OFDMA，可以支持的资源分配方式主要包括集中式、离散非跳频方式以及离散跳频方式，如图2-4所示。图2-4 TD-LTE下行OFDMA资源分配方式
对于TD-LTE系统，其下行采用的基本传输参数见表2-1。表2-1 TD-LTE系统下行传输参数2.1.2 上行方向
TD-LTE采用SC-FDMA作为其上行方向基本的多址技术，并结合TDMA一起进行用户的区分。
作为多址技术，SC-FDMA与OFDMA的主要区别在于调制技术，SC-FDMA采用DFT-s-OFDM调制，而OFDMA采用的是OFDM调制。从形式上DFT-s-OFDM是在OFDM调制之前，增加了一个离散傅里叶变换（DFT，Discrete Fourier Transform）单元，如图2-5所示。但是，从效果来看，由于进入OFDM调制单元的符号不是原始的数据符号，而是经过DFT变换的新符号，使得DFT-s-OFDM调制输出的符号可以获得较低的峰均比。峰均比的降低，可以获得更好的功率效率，从而更利于终端采纳应用，这也是TD-LTE上行多址方式采用SC-FDMA的主要原因。图2-5 DFT-s-OFDM与OFDM的调制原理比较
与OFDM符号类似，DFT-s-OFDM符号也应用了循环前缀。其符号的总长度T、有用符号长度T′，以及子载波间隔Δf的关系如下：DD
其中T表示循环前缀的时间长度。CP
TD-LTE系统上行仅支持一种子载波间隔的设置，即15kHz。从终端角度来看，DFT-s-OFDM符号占用的子载波数目与原始数据符号的传输速率有关，可以通过调整DFT的大小M来灵活配置。但是对于TD-LTE来说，为了降低终端实现的复杂度，要求M的值必须是2、xyz3、5这3个数字的幂的乘积，即M＝2·3·5，其中x、y、z是非负整数即可。从基站角度来看，上行所支持的可用子载波数目相同，从而可以更灵活地支持不同的载波带宽，主要包括1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz以及20MHz。
SC-FDMA的用户区分方式与OFDMA相同，同样使用时频两个维度进行区分。其资源单元、时频资源块的定义与下行相同，即时间长度为0.5ms，频域宽度为180kHz，称为物理资源块（PRB）。对于上行SC-FDMA，可以支持的资源分配方式主要包括集中式和离散跳频方式，如图2-6所示，但是不支持离散非跳频方式，其目的是为了保证上行单载波传输特性。图2-6 TD-LTE上行SC-FDMA资源分配方式
对于TD-LTE系统，除上行不支持子载波间隔7.5kHz之外，其基本传输参数与下行相同，见表2-2。表2-2 TD-LTE系统上行传输参数2.1.3 与TD-SCDMA的差异
TD-SCDMA与TD-LTE在多址技术上的选择是有较大差异的，但实际上，在不考虑实现复杂度的情况下，DS-CDMA、OFDMA以及SC-FDMA对频谱效率的贡献并没有本质的差别。两个系统之所以选择了不同的多址技术，更多的是从降低实现复杂度、满足大系统带宽应用的需求、易于与MIMO技术结合等角度来考虑。
对于DS-CDMA多址技术，由于其码片速率较高，码片之间的干扰比较严重，通常需要使用Rake接收机或者联合检测接收机来进行信号的检测。随着带宽的增加，其Rake接收机需要增加更多的分支才能匹配带宽增大所带来的多径衰落，从而增加检测算法的复杂度。如果DS-CDMA还要与MIMO技术一起使用，则其复杂度会大幅度提升。同时，由于多径衰落的影响，DS-CDMA系统中多个码道之间的正交性也不能完全保证，从而使得DS-CDMA系统既存在小区内的多用户干扰，也存在小区间的多用户干扰。
对于OFDMA多址技术，由于OFDM符号的持续时间较长，且应用了循环前缀技术，可以有效地避免符号间干扰以及子载波间的干扰。从频域来看，OFDM将整个带宽划分为若干子载波，由于子载波宽度足够窄，其所经历的空间信道可以看作是频域平坦的信道，因此不需要复杂的检测算法就可以进行信号的检测，从而降低了对检测算法的要求。采用快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）来实现OFDM的调制与解调，进一步降低了实现的复杂度。这样，也更容易与MIMO技术一切结合起来使用。由于OFDMA技术是通过时频域来进行用户区分的，只要频率和时间同步满足一定的要求，就可以保证用户之间的正交性，因此一般来说，OFDMA系统中可以认为不存在小区内的多用户干扰。
OFDMA多址技术的最大缺点在于，由于其OFDM符号中叠加的子载波数目众多，会导致较大的峰均比，从而影响功放效率。这也是为什么TD-LTE只在下行应用OFDMA多址技术，而上行采用峰均比较小的SC-FDMA多址技术的原因。TD-LTE上行采用SC-FDMA多址技术的另一个原因是，为了保持与下行多址技术的一致性，从而降低整个系统的复杂度。SC-FDMA符号也会受到信道频率选择性的影响，使得其频率效率总体上略低于OFDMA系统。2.2 多天线技术2.2.1 下行
为了便于理解和后续的表述方便，这里将TD-LTE下行所支持的多天线技术细分为多种MIMO方式：
①单端口0方式，即在天线端口0上进行的单天线传输；
②传输分集方式；
③大时延CDD空间复用方式；
④闭环空间复用方式；
⑤单秩预编码方式；
⑥终端专用端口5方式，即在天线端口5上进行的波束赋形传输；
⑦终端专用端口7/8方式，即在天线端口7/8上进行的波束赋形传输。
1．单端口0方式
单端口0方式的层映射、预编码和天线映射操作如图2-7所示，其中层映射、预编码和天线映射均为透传操作，即不做任何处理。
2．传输分集方式
传输分集方式包括2端口的SFBC方案，4端口的SFBC＋FSTD方案，其层映射、预编码和天线映射操作如图2-8所示。图2-7 TD-LTE下行MIMO方式：单端口0方式图2-8 TD-LTE下行MIMO方式：传输分集方式
传输分集方式中的层映射采用简单的串/并变换，将单个码字变换为2层或4层数据。传输分集的预编码模块负责完成SFBC或者SFBC＋FSTD编码，如图2-9所示，其中S、S、S和S为预编码前1234各层上的数据符号。图2-9 传输分集方式中的预编码操作
传输分集方式的天线映射采用透传或者扇区波束赋形操作。
3．大时延CDD空间复用方式
大时延CDD空间复用方式是一种开环的空间复用方式，其层映射、预编码和天线映射操作如图2-10所示。图2-10 TD-LTE下行MIMO方式：大时延CDD空间复用方式
大时延CDD空间复用方式中的层映射，需要将单个码字或者2个码字，按照传输秩的要求串并变换为2层、3层或者4层数据。其中除了在4天线端口情况下，存在将单码字映射为2层数据的操作，以支持灵活的HARQ，其他情况下均为2码字的层映射，具体如图2-11所示。图2-11 大时延CDD空间复用方式中的层映射操作
大时延CDD空间复用方式中的预编码操作可以表述为：
其中W为线性预编码操作所采用的预编码矩阵，其重用了闭环空间复用的预编码矩阵，具体如下。
当天线端口数为2时，预编码矩阵为。
当天线端口数为4时，预编码矩阵根据数据向量x的序号i以及层数目υ，按照W（i）＝C从预编码矩阵C，C，C，C中进行周期性k1234循环选择，选择方式为：。其中C，C，C，123C为对应的预编码矩阵。4
大时延CDD空间复用方式中的D（i）和U的取值见表2-3，其中U是一个固定值，D（i）是与数据向量x的序号有关的值。表2-3 大时延CDD空间复用方式中的D（i）和U取值
大时延CDD空间复用方式中的天线映射采用透传或者扇区波束赋形操作。
4．闭环空间复用方式
闭环空间复用方式的层映射、预编码和天线映射操作如图2-12所示。图2-12 TD-LTE下行MIMO方式：闭环空间复用方式
闭环空间复用方式中的层映射，需要将单个码字或者2个码字，按照传输秩的要求串/并变换为单层、2层、3层或者4层数据。其具体映射方式如图2-13所示。图2-13 闭环空间复用方式中的层映射操作图2-13 闭环空间复用方式中的层映射操作（续）
闭环空间复用方式采用基于码本预编码操作。闭环空间复用方式中的天线映射采用透传或者扇区波束赋形操作。
5．单秩预编码方式
单秩预编码方式是闭环空间复用方式的一个子集，即码字数目和层数目为1的闭环空间复用，其层映射、预编码和天线映射操作如图2-14所示。图2-14 TD-LTE下行MIMO方式：单秩预编码方式
单秩预编码方式的预编码操作与闭环空间复用相同，只不过其只能使用层数目为1所对应的预编码矩阵；其天线映射采用透传或者扇区波束赋形操作。
6．终端专用端口5方式
终端专用端口5方式是一个单端口的波束赋形方式，它与单端口0方式的主要区别在于天线映射采用波束赋形的方式，如图2-15所示。图2-15 TD-LTE下行MIMO方式：终端专用端口5方式
7．终端专用端口7/8方式
终端专用端口7/8方式是TD-LTE R9版本引入的一种新的MIMO方式，是波束赋形技术与空间复用技术结合的一种MIMO技术。与终端专用端口5方式类似，它采用用户专用的参考信号进行波束赋形，其层映射、预编码以及天线映射操作如图2-16所示。图2-16 TD-LTE下行MIMO方式：终端专用端口7/8方式
终端专用端口7/8方式中，对于单个用户来说其天线端口数目最多为2个。在终端专用天线端口数目为1时，层映射模块需要将单个码字映射到单层数据；在终端专用天线端口数目为2时，层映射模块需要将2个码字映射到2层数据。另外，终端专用端口7/8方式中预编码操作也为透传操作，即不进行任何处理，如图2-17所示。图2-17 终端专用端口7/8方式的层映射操作
终端专用端口7/8方式中的波束赋形操作可以理解为基于非码本的预编码操作。取决于传输秩的设置，以及赋形波束在单用户与多用户之间的分配，终端专用端口7/8方式同时支持单用户单流波束赋形、单用户多流波束赋形，以及多用户多流波束赋形等多种操作。对于多用户多流波束赋形，是指基站侧分别对多个用户的数据进行单流/双流波束赋形，并使用相同的物理资源进行发送，此时从终端角度来看，其并不能够区分基站侧是采用单用户波束赋形，还是多用户波束赋形。多用户的多流波束赋形，最多可以支持4用户，每用户单流波束赋形；也可以支持双用户、3用户的多流波束赋形，每用户可以单流或者双流。具体情况如图2-18所示。图2-18 终端专用端口7/8方式中的单用户/多用户波束赋形2.2.2 上行
由于考虑到终端实现的复杂度，TD-LTE上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发送，即只考虑存在单一上行传输链的情况。因此，TD-LTE上行仅仅支持上行传输天线选择和多用户MIMO。
其中对于上行是否支持天线选择属于终端的一个能力。系统会根据终端能力以及系统需求将终端上行天线选择配置为如下3种工作模式。（1）不进行天线选择。（2）开环天线选择：终端根据对下行信道质量的测量，自行进行发射天线的选择，基站不知道终端对天线的选择情况。（3）闭环天线选择：基站根据对上行信道质量的测量，进行终端发射天线的选择，并且通过调度信令告知，此时基站和终端都知道具体的天线选择情况。
需要说明的是，对于PRACH信道，由于其发送时还没有建立上行同步，此时无法进行上行的天线选择，因此PRACH信道都是在缺省的天线上发送。对于PUSCH以及伴随它的解调参考信号，将根据系统配置的天线选择工作模式进行统一地天线选择。而对于上行探测参考信号，在系统配置了开环或者闭环天线选择的工作模式时，相应地开启SRS信号的TSTD传输方式，即SRS信号将按照一定的规则和周期在两个天线上轮流进行发送。
另外，TD-LTE上行还支持MU-MIMO。与下行MU-MIMO不同，上行MU-MIMO是一个虚拟的MIMO系统，即每一个终端均发送一个数据流，但是两个或者更多的数据流占用相同的时频资源。这样从接收机来看，这些来自不同终端的数据流可以被看作来自同一个终端上不同天线的数据流，从而构成一个MIMO系统。是否开启上行MU-MIMO，并没有显示的信令通知终端，而仅仅是由基站通过将两个或者更多用户所使用的时频资源安排在一起来实现的，在实际工作时，终端并不知道是否与其他用户一起构成了MU-MIMO传输。从标准角度来分析，在相同的时频资源上最多可以支持8个用户的MU-MIMO。
上行MU-MIMO与上行天线选择并不矛盾，两者可以结合起来使用，如图2-19所示。图2-19 上行MU-MIMO与上行天线选择2.2.3 与TD-SCDMA的差异
对于TD-SCDMA系统来说，其采用的多天线技术主要是智能天线技术，用于提升信号传输质量和降低对其他用户的干扰。随着MIMO技术的发展，TD-LTE系统和TD-HSPA＋系统都相应地引入了空间复用技术，以提升系统的峰值速率。从多天线技术的总体趋势来看，两个系统都同时采用了天线分集技术、波束赋形技术以及空间复用技术，只不过它实现的细节有些差异，见表2-4。表2-4 TD-SCDMA、TD-HSPA＋以及TD-LTE多天线技术差异总结2.3 链路自适应技术
在TD-LTE系统中，链路自适应技术仍然采用了AMC＋HARQ的方案，但与TD-HSDPA和TD-HSUPA相比，由于在TD-LTE系统中采用了MIMO技术，相应地，自适应技术也包含了MIMO模式的选择和切换，并且与AMC、HARQ技术联合使用。同时，由于物理层引入了OFDM技术，在CQI的测量和反馈等方面也有了较大的区别。2.3.1 AMC
TD-LTE系统中，无论是上行链路或者下行链路，都是由eNode B控制选择调制方式和编码率方案。在误码率维持在一定要求等级下，最大化系统实际传输的数据量，目前系统中只有PDSCH和PUSCH支持AMC。
在TD-LTE系统的上下行AMC过程中，eNode B需要确定的是PUSCH和PDSCH采用的调制方式和编码码率。其中，调制方式可以采用QPSK、16QAM和64QAM；不同编码码率的获得是在为用户分配一定的频域带宽（PRB数目）条件下，选择不同的传输块大小（TBS）来实现。
对于下行，eNode B需要通过UE反馈当前的信道状态信息来确定PDSCH信道的调制和编码方式。通常通过计算实际接收信号的CQI，量化后再映射到MCS等级，从而对应到最佳的调制和编码方式。当UE确定了CQI等级之后，必须结合当前的传输模式进行反馈。对于上行，eNode B根据实际的接收信号进行CQI的测量，并且无需反馈CQI信息，就可以直接将CQI映射为量化的MCS等级。
在下行链路的数据传输中，eNode B根据UE反馈的下行链路的CQI，确定PDSCH适用的MCS等级，即最佳的调制方案和编码率，进而根据码字数、传输模式、业务类型以及资源分配情况等进一步确定为用户分配的传输块大小，如图2-20所示。图2-20 TD-LTE系统下行TBS确定方法
在上行链路中，eNode B可以通过上行接收信号直接测量信道信息。一般情况下测量上行探测信号SRS的信干噪比（SINR），而无需反馈，然后根据信道质量信息来确定最佳的调制方式和编码速率，进而根据传输业务类型、数据量及SINR等信息确定PUSCH信道的传输块大小，如图2-21所示。图2-21 TD-LTE系统上行TBS确定方法2.3.2 HARQ
TD-LTE系统采用了N进程的停等式协议HARQ，即发送端在信道上并行地运行N个不同的HARQ进程，利用不同信道间的间隙来交错地传递数据和信令，从而提高了信道利用率。同时支持Type I、Type II、Type III这3种HARQ类型，具体的重传内容由冗余版本号RV来确定。在定时关系上，支持同步自适应HARQ、同步非自适应HARQ以及异步自适应HARQ。
1．上行HARQ传输
TD-LTE系统上行PUSCH信道传输支持同步自适应HARQ和同步非自适应HARQ技术，因此上行PUSCH对应的PDCCH控制信息中没有用于指示HARQ进程号的比特。虽然异步自适应HARQ技术相比较同步非自适应技术而言，在调度方面的灵活性更高，但是同步非自适应HARQ所需的信令开销更少。由于上行链路的复杂性，上行链路的平均传输次数会高于下行链路，所以，考虑到控制信令的开销问题，在上行链路采用同步非自适应HARQ技术。同时为了更有效利用系统资源，增加调度的灵活性，如频域资源位置、调制编码方式等，因此上行也支持同步自适应HARQ技术。
如果PDCCH信道中没有对应 PUSCH信道重传的控制信息，此时系统采用了非自适应HARQ，UE根据PHICH中携带的HARQ确认（HARQ-ACK，HARQ ACKnowledgement）信息来判断是否需要重传数据。当PHICH反馈NACK信息，此时NACK可以作为重传调度授权，且重传时采用的调制编码方式、资源分配等信息与初始传输相同；如果PDCCH信道中有对应PUSCH信道重传的控制信息，则系统采用了自适应HARQ，UE根据上行调度许可中的新数据指示来判断是否需要重传数据。当上行调度许可中的新数据指示为0，此时UE重传数据时采用的调制编码方式、资源分配等信息由上行调度许可指示。
在TD-LTE系统上行的HARQ处理中，根据重传的子帧多少不同，可分为两种：普通的HARQ（每次重传的子帧为1个）和子帧绑定（Subframe Bundling）HARQ（每次重传的子帧为4个）。上行采用子帧绑定HARQ的主要原因是由于UE的最大发送功率受限，对于上行1ms的TTI来说，每个数据包可利用的功率非常有限，因此在恶劣的信道环境下，如小区边缘的用户，上行传输根本达不到性能要求，所以TD-LTE系统引入了子帧绑定的HARQ技术，用以提高上行覆盖。子帧绑定技术是指将连续4个上行子帧进行绑定，传输同一传输块的不同冗余版本，这几个上行子帧称为一个绑定组（Bundle），Bundle的大小定义为一个Bundle中包含的上行子帧数目。一个Bundle内的子帧采用相同的MCS和频域带宽，且仅需要一个上行调度信令和一个HARQ反馈信道，也可以将一个Bundle看作一个独立的资源。
采用子帧绑定HARQ，对传输块的不同冗余版本在连续的上行子帧内进行发送，只对最后发送的冗余版本才进行ACK/NACK反馈。在接收端，当收到一个Bundle内的所有冗余版本后，对所有冗余版本进行合并，这样做可以提高传输块在接收端的功率，有效提高传输块的解调性能。对于一个Bundle内的多个传输块，采用同步非自适应传输，无需反馈可自动重发；而对于整个Bundle，作为一个整体进行HARQ调度时，可以采用同步自适应和同步非自适应传输两种机制。
TD-LTE系统上行采用了同步HARQ，而系统的上下行子帧配置是非对称的，因此，HARQ的进程数目与系统采用的子帧配置联系紧密，见表2-5。表2-5 TDD系统的上行HARQ进程数
对于常规HARQ，除了子帧配置0和子帧配置6，其他子帧配置下的HARQ进程数与上行子帧数是相同的。子帧配置0和子帧配置6中，上行子帧数大于等于下行子帧数，eNode B没有足够的下行子帧反馈ACK/NACK信息，且PHICH至少应该在4帧之后反馈ACK/NACK信息，UE在收到ACK/NACK后也至少应该在4帧后重传数据，因此需要推迟到下一个可用的下行子帧反馈信息，从而会导致进程数增多。以子帧配置0为例来说明进程数的确定，若UE在子帧3发送PUSCH数据，由于下行子帧和时序关系的需求，因此必须在11个子帧后才能重传数据，此时存在7个HARQ进程，详细过程可参阅图2-22。图2-22 子帧配置0对应的HARQ进行数的确定（常规HARQ）
对于子帧绑定HARQ，由于子帧绑定的基本原理是4个子帧传输1个数据分组，因此TDD系统的子帧绑定操作仅存在于子帧配置0、1和6（只有这3种配置才存在4个上行子帧）中。
采用同步自适应和同步非自适应的上行HARQ的具体处理流程有差异，两者之间的差异主要是eNode B通知UE重传信息时采用的信道不同，如图2-23和图 2-24所示。图2-23 TD-LTE系统上行常规HARQ操作的同步自适应重传时序关系图图2-24 TD-LTE系统上行常规HARQ操作的同步非自适应重传时序关系图
2．下行HARQ传输
TD-LTE系统下行PDSCH传输采用异步自适应的HARQ技术，在对应的PDCCH信道中指示PDSCH信道的HARQ进程信息。下行采用异步自适应HARQ的主要原因有两方面：一是异步HARQ更能充分利用信道的状态信息，从而提高系统的吞吐量；二是异步HARQ可以避免重传时资源分配发生冲突，从而造成性能损失。
在TD-LTE系统中，上行信号和下行信号是时分的，在不同的上下行子帧配置中，存在上行子帧数小于下行子帧数的情形，因此一个上行子帧会反馈多个下行子帧的ACK/NACK信号。TD-LTE系统PDSCH的最大HARQ进程数与子帧配置相关，最大为15，具体可参阅表2-6。表2-6 TD-LTE系统下行最大HARQ进程数
对于多ACK/NACK传输，目前TD-LTE系统支持两种方案：ACK/NACK绑定（ACK/NACK bundling）和ACK/NACK复用（ACK/NACK multiplexing）。其中，对于子帧配置5，仅支持ACK/NACK bundling方案。在ACK/NACK bundling方案中，将下行子帧中属于同一个码字的各独立ACK/NACK反馈信息进行逻辑与运算，得到1bit或2bit的绑定后的ACK/NACK信息，即每个码字反馈1bit信息；在ACK/NACK multiplexing方案中，一个上行子帧需要反馈的多个下行子帧，每个子帧如果是单码字，则直接反馈，如果2个码字，则进行逻辑与操作，然后将多个下行子帧处理的结果按顺序排列，得到1～4bit的ACK/NACK，在一个上行子帧中反馈。
在PUCCH信道上反馈ACK/NACK信息主要有两个步骤：首先，根据各个码字的ACK/NACK信息生成1～2bit的HARQ-ACK信息；然后根据传输情况不同确定分配给HARQ-ACK信息使用的PUCCH资源，具体流程可参阅图2-25。图2-25 PUCCH上传输HARQ-ACK过程
当HARQ-ACK在PUSCH上传输时，主要包括两个步骤：首先，生成1～2bit的HARQ-ACK信息；然后对HARQ-ACK信息进行编码，如果使用bundling，还需要对编码后的比特加扰。具体流程可参阅图2-26。图2-26 PUSCH上传输HARQ-ACK过程2.3.3 与TD-SCDMA的差异
TD-HSPA系统和TD-LTE系统都采用了AMC＋HARQ技术，但具体实现中，TD-LTE系统会更为复杂。表2-7中给出了两种系统的差异。表2-7 TD-LTE、TD-HSDPA以及TD-HSUPA的链路自适应技术差异总结2.4 功率控制
对于TD-LTE系统，由于采用OFDMA以及SC-FDMA多址技术，小区内的不同用户占用不同的时频资源，在时间和频域上得到区分，并不存在很明显的“远近效应”和自干扰现象。因此，TD-LTE系统的干扰主要是小区间干扰。但是，上述这种时频正交的复用方式并没有应用于所有的TD-LTE物理信道，还有一些控制信道采用了码分或者空分的复用方式，从而引入了小区内干扰，因此还需要采用功率控制进行干扰控制。另外，对于TD-LTE系统的上行来说，由于速率控制的非理想性，还需要使用功率控制来进行补偿，并保持上行干扰水平在一定的门限之下。
具体来说，TD-LTE的上行采用了开环和闭环功率控制方法，而下行主要采用的是开环功率控制的方法。其中开环功率控制主要用于小区专用参考信号（CRS，Cell-specific Reference Signal）、终端专用参考信号（URS，UE-specific Reference Signal）、PBCH、PSS、SSS、PDSCH、PDCCH、PCFICH、PHICH以及PRACH；而闭环功率控制则主要用于PUSCH、PUCCH、SRS以及解调参考信号（DMRS，Demodulation Reference Signal）。在具体的闭环功率控制过程中，虽然TD-LTE系统取消了RNC，但是类似于外环功率控制的机制依然存在，网络可以通过高层来控制内环功率控制的目标。除此之外，TD-LTE的功率控制与TD-SCDMA系统还有两处明显的差别。
①TD-LTE的功率控制需要考虑小区间干扰的影响。对于上行，TD-LTE系统引入了过载指示（OI，Overload Indicator）和高干扰指示（HII，High Interference Indicator）来辅助进行小区间功率控制；对于下行，则引入了相对窄带发射功率（RNTP，Relative Narrowband TX Power）限制。
②TD-LTE的功率控制引入了部分路损补偿机制，它可以降低小区边缘用户发射过大的功率，从而避免对邻近小区造成的同频干扰。路损补偿的系数可以由系统来配置。
从功率控制的原理来讲，TD-SCDMA、TD-HSDPA、TD-HSUPA、TD-HSPA＋以及TD-LTE的功率功率技术本质上没有区别，但是由于多址技术、传输机制以及网络架构等发生了较大的变化，使得功率控制的细节有所不同，具体见表2-8。表2-8 功率控制技术差异总结2.5 信道调度技术
移动通信系统中的信道调度用来解决如何在不同用户/业务之间共享系统可用资源的问题，以尽可能实现最有效地利用资源。通常这意味着将单用户所需资源量最小化，由此使系统可以在满足服务条件的基础上允许尽可能多地接入用户。与调度紧密相关的是链路自适应（包括AMC以及HARQ等）以及功率控制，主要用于解决一条无线链路设定传输参数来控制无线链路质量波动的问题。在移动通信系统中引入链路自适应和功率控制技术，并不能保证业务的QoS以及整个网络中用户的公平性，同时也无法保证系统的频谱效率最大，而无线网络中的信道调度是解决以上问题的关键。
信道调度技术是数据业务的无线资源管理的核心技术。信道调度技术的功能是判决在什么时间为什么用户提供服务，并分配相应的资源对相应的用户进行数据传输，这里的无线资源在TD-SCDMA以及TD-LTE系统中包括时间、频率、码道和空间资源等。分组调度技术需要同时考虑多方面的因素，在保证多个业务的QoS的前提下，满足一定用户间的公平性，努力提升整个系统吞吐量，获得最大的频谱利用率。
信道调度能够发挥的作用越来越大，从TD-SCDMA系统以来，移动通信系统就引入了分组调度技术，由RNC完全控制；出于时延要求等的考虑，在TD-HSDPA和TD-HSUPA阶段，将调度器的部分功能交给Node B，实现快速调度；TD-LTE阶段，取消了RNC网元，由eNode B完全控制信道调度。总的来说，调度技术呈现出一种集中式向分布式，同时处理资源的复杂化与业务的多样化方向演进的趋势，从而对于调度器的处理能力要求也越来越高。2.5.1 下行
对于TD-LTE下行而言，eNode B的调度器能精确获知每个无线承载的待传输数据信息，对于具有各种QoS属性和传输要求的无线承载（RB，Radio Bearer），需要设计合理的优先级处理方法确定每次参与调度的RB集合，以保证系统内各个RB的传输要求。
在为各RB分配资源时，需要结合各UE的信道信息、传输模式、各RB的QoS需求和QoS保障情况等信息，设计合理的资源分配方法以保证系统内各种无线资源的高效利用。对于TD-LTE下行而言，无线资源的动态分配和管理包括：CQI修正、AMC决策、传输模式内MIMO方式的切换、对小区间干扰协调（ICIC，Inter-Cell Interference Coordination）的支持，以及对各种下行传输模式的支持等。
TD-LTE下行调度器在eNode B中的MAC层实现，如图2-27所示。调度器在一个调度周期TTI内，根据用户的速率需求和信道状态，可同时调度多个用户，每个用户只占用一部分时频资源。在资源块的分配确定的同时确定传输块的属性，包括大小、编码调制方式和天线的映射关系。由于MAC和RLC在一个eNode B内，调度器可以同时考虑RLC分段处理，MAC信道复用和速率控制。图2-27 TD-LTE下行调度器示意图
在TD-LTE系统中，下行调度器通过动态资源分配的方式将物理层资源分配给UE，可分配的物理资源包括PRB、MCS、天线端口等。然后在对应的下行子帧通过C-RNTI 加扰的PDCCH信道上发送下行调度信令给UE。在非连续接收（DRX，Discontinuous Reception）状态下，UE一直监听PDCCH，通过C-RNTI识别确定是否有针对该UE的下行调度信令，如果UE检测到有针对该UE的调度信令，则在调度信令指示的资源块位置上接收下行数据。
此外，对于数据块大小和到达周期都相对固定的业务，比如VoIP业务，下行调度器还可以为UE的HARQ进程的初始传输分配半持续下行资源，并通过SPS-CRNTI加扰的PDCCH信道向UE指示分配的半持续资源。半持续资源的分配周期由RRC层配置。半持续调度只用于数据块的初始传输，重传的数据块采用动态调度进行分配资源。在分配了半持续资源的下行子帧上，如果UE没有检测到C-RNTI加扰的PDCCH，则默认为使用已分配的半持续资源进行下行数据传输；否则，如果UE在分配了半持续资源的下行子帧上检测到使用C-RNTI加扰的PDCCH，PDCCH中指示的动态分配资源将会覆盖半持续分配的资源，此时UE将不对分配的半持续资源进行接收。2.5.2 上行
对于TD-LTE上行而言，UE基于逻辑信道组（LCG，Logical Channel Group）进行缓存状态报告（BSR，Buffer Status Report），TD-LTE支持的LCG最大数目为4个，而BSR上报的值是经过量化以后的范围值，因此eNode B的上行调度器可能不能精确获知每个无线承载的待传输数据信息。对于具有各种QoS属性和传输要求的无线承载组（RBG），需要设计合理的优先级处理算法确定每次参与调度的RBG/UE集合，以保证系统内各个RB的传输要求。
在为各RBG分配资源时，需要结合各UE的信道信息、多天线技术、各RBG的QoS需求、令牌桶机制和QoS保障情况等信息，设计合理的资源分配方法以保证系统内各种无线资源的高效利用。对于TD-LTE上行通信系统而言，对于无线资源的动态分配和管理包括AMC决策、对小区间干扰协调的支持、对各种上行多天线技术的支持等。
TD-LTE上行调度器在eNode B中的MAC层实现，如图2-28所示。LTE上行调度涉及eNode B侧MAC层的上行调度决策和UE侧的RB复用。TD-LTE上行调度的原理与TD-HSUPA的调度大致类似，但由于多址方式和体系架构不同，两者有细微差别。TD-HSUPA系统中，调度器首先根据系统当前的干扰状态给用户一个传输上限的传输格式，而用户根据自己的实际情况，在传输上限格式上选择一个合适的传输。这是因为在TD-HSUPA系统中用户是自干扰的，用户可根据干扰状态选择一个合适的传输格式。因此在TD-HSUPA上行调度中，需要一个额外信令，把选择的传输格式传送给调度器。而在LTE中多址方式在小区内是正交的，没有干扰，因此不需要终端的传输格式选择过程，直接由调度器选传输格式。并且调度器确定的传输格式针对的是终端，而不是无线承载，因为终端的MAC 能决定自己的信道复用。
在TD-LTE系统中，上行调度器通过动态资源分配的方式将物理层资源分配给UE，然后在第n−k个下行子帧上通过C-RNTI加扰的PDCCH将第n个上行子帧的调度信令发送给UE，即上行调度信令与上行数据传输之间存在一定的定时关系。在非DRX状态下，UE一直监听PDCCH，并通过C-RNTI识别确定是否有针对该UE的上行调度信令，如果有针对该UE的调度信令，则按照调度信令的指示在第n个上行子帧上进行上行数据传输。图2-28 TD-LTE上行调度器示意图
此外，对于VoIP业务，上行调度器还可以为UE的HARQ进程的初始传输分配半持续上行资源，并通过SPS-CRNTI加扰的PDCCH向UE指示分配的半持续资源，半持续资源的分配周期是由RRC层进行配置的。半持续调度只用于数据块的初始传输，数据块的重传采用动态调度进行分配资源。在分配了半持续资源的上行子帧后，如果UE没有检测到C-RNTI加扰的PDCCH，则默认使用已分配的半持续资源进行上行数据传输；否则，如果UE检测到使用C-RNTI加扰的PDCCH，PDCCH中指示的动态分配的资源将会覆盖半持续分配的资源，此时UE使用PDCCH指示的动态分配的资源进行上行数据传输。2.5.3 与TD-SCDMA的差异
对于TD-SCDMA系统，由RNC控制进行调度，以专用信道分配为主，与信道质量关系不大，只根据业务量监测手段检测网络中的系统负载，有一定的负载控制作用；对于TD-HSDPA与TD-HSUPA系统，由基站负责共享信道的快速分组调度，实现了真正意义上的信道调度，而专用信道仍由RNC负责；TD-LTE由于取消了专用信道，全部都是共享信道，包括上下行动态调度以及半持续调度，均由基站端控制，调度功能也在MAC实现，负责对于共享信道的资源分配处理。其具体的差异分析见表2-9。表2-9 信道调度技术差异总结2.6 小区间干扰减轻技术
由于越来越多的用户需要共享有限的频谱资源来进行多媒体通信，无线通信系统的性能将主要受限于干扰。干扰与背景噪声的区别在于它是人为制造的，所以干扰往往要比噪声强的多，对通信系统的影响也比较大。噪声可以通过增强信号的发射功率来减弱其影响，但是该方法往往使周围设备面临更强的干扰。所以为了最大化系统容量，往往使系统中所有设备的发射功率最小，以降低其对周围设备的干扰。
对于蜂窝移动通信所涉及的干扰，主要包括小区内干扰和小区间干扰，其中下行干扰主要来自于基站，而上行干扰主要来自于终端，由于干扰和被干扰的主体不同，上行和下行干扰情况也有所不同。在下行系统中，每一个UE只需要从基站所发射的K个信号中解出自己需要的信号，同时抵消掉来自功率比较强的邻小区的干扰信号，如图2-29所示。图2-29 下行干扰场景示意图
对上行来说，基站必须能够同时解调K个本小区用户的信号，同时压制来自邻小区的若干独立源产生的干扰，如图2-30所示。
在TD-SCDMA系统中，干扰主要包括小区内干扰和小区间干扰；而TD-LTE系统采用了OFDM技术，通过设计相互正交的子载波，OFDM技术比CDMA技术更好地解决了小区内的干扰。但是作为代价，OFDM系统带来的小区间干扰问题可能比CDMA系统更加严重，如果两个相邻小区在它们相互交叠的部分使用相同的频率资源，则会产生较强的小区间干扰。为了对抗小区间同频干扰，通常会采用小区间干扰减轻技术，比如扩频、干扰随机化、功率控制、发射端波束赋形、干扰抑制/消除，以及小区间干扰协调等。图2-30 上行干扰场景示意图
与TD-SCDMA小区使用不同的扰码不同，TD-LTE系统的大部分扰码是基于用户的，并且是在调制之前进行加扰，即比特级加扰，如图2-31所示。具体地，PDSCH、PUCCH格式2/2a/2b、PUSCH所采用的扰码序列与UE ID、小区ID以及时隙起始位置有关；PBCH、PCFICH以及PDCCH的扰码序列与小区ID和时隙起始位置有关。PHICH信道的加扰是在调制之后，在进行序列扩展时进行加扰，扰码序列与小区ID和时隙起始位置有关。图2-31 TD-LTE加扰流程
TD-LTE除了直接使用加扰序列来随机化干扰之外，部分物理信道和物理信号也通过随机选取循环移位偏移（Cyclic shift）值进行来加扰。比如PUCCH所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区ID有关；上行解调参考信号所使用的序列的循环移位值，通过伪随机序列产生，该序列与小区ID有关。
上行参考信号所使用的序列通过跳组（Group hopping）以及跳序列（Sequence hopping）来进行加扰。上行参考信号序列被划分为30组，每组包括不同长度的多个基序列。在某一个时隙中的序列组号由跳组样式和序列移位（Sequence-shift）样式决定，其中跳组样式通过伪随机序列产生，该序列与小区ID有关；序列移位样式也与小区ID有关。当参考信号序列长度大于等于72，且跳组被关闭时，可以使用跳序列，即在一个序列组中通过伪随机序列选取具体的参考信号序列，该伪随机序列与小区ID有关。跳序列也可以被关闭，此时选取组内的第一个序列。
下行参考信号序列由伪随机序列通过简单计算产生，其中小区专用参考信号的伪随机序列与时隙位置、参考信号所在OFDM符号位置以及小区ID有关；UE专用参考信号的伪随机序列与时隙位置、小区ID和UE ID有关。
TD-LTE还支持通过跳频传输进行小区间干扰的随机化，PDSCH、PUSCH以及PUCCH均可以采用子帧内跳频传输，而PUSCH也可以采用子帧间的跳频传输，不同小区的跳频图样不同，从而可以随机化小区间干扰，如图2-32所示。图2-32 TD-LTE跳频传输示意图
可以看出，无论是加扰还是跳频，所使用的序列或图样都与小区ID有关。因此，对于TD-LTE来说，进行小区ID的规划可以更有效地进行干扰的随机化。
小区间干扰协调的概念是在TD-LTE标准化过程中提出的，属于一种系统高层对干扰进行管理和控制的技术。TD-LTE系统除了可以支持基于实现的干扰协调技术之外，比如小区ID的规划、软频率复用、多小区联合调度等；为了支持小区间半静态干扰协调，TD-LTE还定义在X2接口上传输的小区间干扰协调信息RNTP、OI以及HII等。
除了多址技术所带来的差异之外，TD-SCDMA和TD-LTE所采用小区间干扰减轻的技术类别基本相同，在标准和应用的细节上有所差异，见表2-10。表2-10 TD-SCDMA/TD-LTE小区间干扰减轻技术差异总结2.7 小区搜索
小区搜索是一个物理层过程，可分为两种情况，终端开机时的小区初搜和邻小区搜索。小区初搜是终端接入系统的第一步，在进行小区初搜之前，终端不知道目标小区的系统信息。一般情况下，系统需要设计专有的同步信号，以便终端快速准确搜索到目标小区。通过对同步信号的检测，终端能够完成时间同步，确定小区ID，并在此基础上进行频率同步。在小区初搜时，还需要读取系统的广播信息，从而获取关键的系统信息。而对于邻小区搜索，则不需要再读取广播。
小区搜索一般情况下包含以下几个步骤：
①同步信号检测；
②时间同步；
③频率同步；
④确定小区ID；
⑤读取广播信道（邻小区搜索不需要执行该步骤）。
在实际应用中，这些步骤可能会根据同步信号设计的不同而合并或区分，经常会出现同步信号检测后就实现了时间同步的情况。另外，由于系统设计不同，可能会把一些重要的系统信息也包含在同步信号中，例如，TD-LTE系统中通过检测辅同步信号就可以确定CP类型。
TD-LTE系统小区搜索过程如下。（1）搜索PSS，进行半帧同步
该步骤的目标是搜索主同步信号PSS。PSS码采用了Zadoff-Chu序列，该序列具有良好的周期自相关性和互相关性。尤其是这些序列对频率偏移敏感性较低，这使得在小区搜索的初始阶段，PSS检测具有较好的健壮性，对同步频偏在[−7.5kHz，7.5kHz]内可以很容易检测到。
在频域上，PSS占用带宽中心的6个PRB资源块，其映射不随带宽的变化发生改变，这使得UE在没有任何带宽信息下可以进行同步信号检测。另外，PSS和SSS在频域上映射在中间62个子载波上，直流子载波不占用，并且两边分别有若干子载波空闲，这样可以避免受到其他子载波的信号干扰，并且能够采用64点的FFT。
在搜索PSS时，UE首先进行频点排序或者直接在高层指定的频点上接收一帧的信号。由于PSS信号固定在子帧1和子帧5的第3个OFDM符号上发送，因此，确定了该信号，就可以确定每个半帧的起始点（由于此时不能确定系统使用的子帧配置，并且1个无线帧中可能含有2个PSS信号，因此只能确定每个半帧的起始位置）。另外，PSS序列包含了小区ID的信息。
PSS信号的确定一般是采用相关法实现的。具体地，UE利用所有3个PSS序列和接收信号进行逐点相关，最大相关值对应的PSS序列即为当前小区所使用的主同步信号，最大相关值的位置即是PSS信号的发送位置，由此确定半帧的起始位置。（2）确定小区ID，进行帧同步
在这一步骤中，需要确定当前小区发送的SSS序列的序号，进而确定小区ID。通过确定SSS信号的起始位置进行帧同步。另外，SSS的位置和CP类型密切相关，通过检测SSS的位置，可以获取当前CP类型是常规CP还是扩展CP。
SSS序列的检测是SSS序列生成的逆过程。首先参考PSS的位置截取所有可能的SSS序列（不同半帧起始点，不同CP类型）的时域信号，将截取的数据进行FFT，在频域取出相应的奇数序列和偶数序列，对奇序列进行解扰，并分别和各自可能发送的序列进行相关，通过最大相关值确定当前发送的SSS序列、采用的CP类型以及当前SSS信号的起始位置，进而确定一帧的起始位置（一帧中前后两个SSS不同，并有一定的关系）。
SSS序列的序号是物理层小区ID组，结合PSS序列的序号，就可以计算当前小区的ID，计算公式为：（3）频率同步
利用PSS信号和SSS信号也可以进行频偏估计，前者估计的频偏范围大，但精度不足；后者估计的频偏范围小，精度进一步提高。将频偏估计的结果反馈给终端硬件，调整终端的接收频率，实现终端和基站之间的频率同步。（4）读取广播信息
通过前3个步骤，终端已经和基站进行了时间同步和频率同步，之后就可以读取广播信道了。终端检测出广播信道所携带的系统信息，根据系统消息中给出的接入层和非接入层信息来确定是否最终选择当前小区作为服务小区。至此，小区搜索过程完成。
TD-SCDMA系统和TD-LTE系统的小区搜索技术，在流程上基本是类似的。在前面的原理部分已经对这部分内容进行了详细描述，而对于物理层的信号处理技术，二者的差异很大，主要是由于不同系统所采用的帧结构差异很大导致的。具体差异可参阅表2-11，相比较而言，TD-LTE系统的信号处理更为复杂。表2-11 TD-SCDMA系统和TD-LTE系统小区搜索技术差异总结2.8 随机接入
随机接入过程是移动通信系统中的一个重要的过程，其主要的目的是建立上行时间同步，申请上行资源。与数据发送不同的是，由于没有建立上行连接，随机接入时允许多个用户同时使用同一个随机接入信道进行随机接入信号的发送，以节省随机接入信道的资源。这样势必导致在多个用户之间的随机接入信号发生冲突，随机接入技术的研究目标就是如何降低随机接入信号的冲突概率，并提供冲突后的解决方法。
如图2-33所示，TD-LTE随机接入所使用的物理信道包括PRACH、PDCCH、PDSCH、PUCCH、PUSCH以及PHICH。
其中，终端通过PRACH发送上行前导序列Preamble，进行随机接入信号的发送。Preamble由循环前缀（CP）和Zadoff-Chu序列构成。实际上，对于TD-LTE来说，Preamble之后也存在与TD-SCDMA系统类似的保护间隔，用于避免对Preamble之后上行子帧的干扰。如图2-34所示。图2-33 TD-LTE随机接入过程及相关物理信道图2-34 TD-LTEPreamble结构示意图
TD-LTE共支持5种Preamble格式，见表2-12。注意，对于Preamble格式4，仅仅适用于TD-LTE系统，而Preamble格式0～3同时也适用于LTE FDD系统。表2-12 TD-LTE Preamble格式
对于Preamble格式0～3，可以在任何上行子帧中发送；对于Preamble格式4，则仅仅可以在UpPTS时隙中发送。具体Preamble格式的选择以及不同格式在子帧中的位置由系统来配置，并通过广播告知终端。对于TD-LTE，由于不同的子帧比例下其上行子帧的数目不同，而且很可能 10ms内只有一个上行子帧，因此TD-LTE允许一个上行子帧中传输多个Preamble，并且规定首先在时域上进行分配，如果时域上放不下，再考虑在频域上放置多个Preamble。
对于TD-LTE系统来说，Preamble的发送时间由检测出的下行主/辅同步序列的发送时刻来确定。终端根据检测出的下行主/辅同步序列的发送时刻，获得终端侧下行5ms半帧的定时，并以此为参考获得终端各个时隙、子帧的开始时刻。对于Preamble格式0～3，其发送时刻与其所在的上行子帧的开始时刻相同，即不进行任何额外的提前发送；对于Preamble格式4，其发送时刻为UpPTS时隙结束前157.3μs。可以看出，对于不同终端其发送的相对时间都是相同的，这与TD-SCDMA系统随机接入信号的发送时刻设置是不同的。由于不同终端距离基站的远近不同，在基站侧接收到的随机接入信号也是交错重叠在一起的，如图2-35所示。虽然如此，由于TD-LTE系统的Preamble使用的循环前缀，依然可以保证频域的正交性，从而可以使用低复杂度的频域处理。图2-35 TD-LTE随机接入信号发送时刻与接收时刻
TD-LTE的Preamble序列使用Zadoff-Chu序列产生，一个小区需要支持64个Preamble序列，即同时支持最多64个用户发起随机接入。一个小区的Premable由一个Zadoff-Chu根序列通过进行不同的循环移位产生，如果这种方式不能提供足够的Preamble数目，可以使用逻辑序号与其相邻的Zadoff-Chu根序列产生。根序列（起始）序号信息由小区广播获得。对于Preamble格式0～3，存在838个根序列；对于Preamble格式4，存在138个根序列。
Preamble在发送时，其频域共占用6个PRB，即72个常规子载波，频域位置与上行PUCCH相邻，并且在不同的发送时刻进行跳频传输。对于Preamble格式4，由于UpPTS中不发送PUCCH，则Preamble在频带的最外侧发送。具体的Preamble发送频域位置由系统配置，并通过广播告知给终端。对于Preamble格式0～3，其子载波间隔是常规子载波间隔的1/12，即其有用符号长度是上行SC-FDMA符号的12倍，1个PRACH信道包含的子载波数目为864个。长度为839的Zadoff-Chu序列被映射到中间的839个子载波上。对于Preamble格式4，其子载波间隔是常规子载波间隔的1/2，即其有用符号长度是上行SC-FDMA符号的2倍，1个PRACH信道包含的子载波数目为144个。长度为139的Zadoff-Chu序列被映射到中间的139个子载波上。TD-LTE Preamble的频域结构如图2-36所示。图2-36 TD-LTE Preamble的频域结构
基站在建立上行同步发送随机接入响应时，使用PDSCH来发送，并通过PDCCH来进行PDSCH的资源分配信息的指示。终端需要实时检测是否存在使用RA-RNTI加扰的PDCCH来判断是否有随机接入响应。对于TD-LTE，随机接入响应的内容包括检测出的Preamble序列标识、终端上行同步调整时间、第一次调度传输所使用的资源分配信息等。终端使用PUSCH进行第一次调度传输，并且对于终端第一次调度传输，允许其使用HARQ，即需要借助PHICH来进行HARQ的应答。基站在发送竞争解决消息时，与发送随机接入响应类似，使用PDSCH进行发送，并通过PDCCH来进行PDSCH的资源分配信息的指示；不同的是，发送竞争解决消息时允许使用HARQ，此时需要借助PUCCH进行HARQ的应答。
除了前面介绍的基于竞争的随机接入过程之外，TD-LTE系统还支持基于非竞争的随机接入，用于由基站触发的随机接入，此时用户之间由于事先进行了资源分配，因此彼此之间不会存在竞争关系。其具体过程如图2-37所示，所使用图2-37 TD-LTE非竞争随机接入的物理信道包括PRACH、PDSCH以及过程及相关物理信道PDCCH。其中随机接入指示包括Preamble序列的分配信息以及PRACH资源分配信息等，它由基站使用PDSCH进行发送，并通过PDCCH进行指示。其他过程与基于竞争的随机接入类似。
从随机接入的原理来讲，TD-SCDMA、TD-HSUPA以及TD-LTE采用了基本相同的随机接入过程，TD-HSUPA引入了增强的随机接入过程，TD-LTE引入了基于非竞争的随机接入过程等。这3个系统之间的随机接入技术差异主要体现在随机接入信号、物理信道配置、定时关系等细节上，具体见表2-13。表2-13 TD-SCDMA、TD-HSUPA以及TD-LTE随机接入技术差异总结第3章 TD-LTE网络规划基本原理3.1 无线网络基本特征
人们在日常生活中使用电信运营商提供的各类无线通信终端设备，能够在城市的各个角落摆脱电话线和网络端口的限制，从而方便地保持交流畅通，这都是无线接入网络的功劳。随着移动互联网业务的快速发展，无线接入网络的应用更加广泛，应用多类型的无线网络设备和丰富多样的无线终端设备，通过无线电波与各类公众网络连接起来，这就是本章节重点关注的内容，即如何通过规划来满足无线接入网络的应用需要。
从第一代模拟通信系统到第二代数字通信系统（例如GSM）及至当前的第三代通信系统（例如TD-SCDMA），虽然无线通信系统的特性持续演进增强，但无线网络的最基本特征仍然没有变化，即无线接入网必须保证无线终端用户能够以一定概率顺利接通并且正常通信。总的来说，就是需要无线接入网络在保证无线信号覆盖尽量大的同时，还需要保证能够支持尽量多的用户容量。
对于无线接入网络的覆盖和容量来说，主要取决于当前通信系统有哪些资源，这些资源的应用和分配方式将会对接入网的覆盖和容量产生不同效果的影响。随着通信系统的演进，无线接入网资源从2G时代的频率、时间、码字，在发展到3G时代又扩展了空间概念，同时开始混合应用，再到B3G和4G阶段无线资源的进一步混合应用，变得更为复杂，后续章节我们将进行重点分析。
因此，从信号的无线传播角度来看，最直观的指标就是通过各类功率以及相关衍生指标来表现，例如发射功率、接收功率，或是干扰功率以及信干噪比的概念。本章将通过对TD-LTE各关键特性引入所带来的功率特征影响进行分析，使读者能够对TD-LTE的覆盖和容量变化趋势有一个直观的认识。3.1.1 覆盖特征
3.1.1.1 多址传输方式对覆盖的影响
在蜂窝移动通信系统中，多址接入技术是指基站与多个用户间建立通信链路时信号在无线传播过程中的复用方式。对无线资源的复用方式不同，将导致不同信号的形态，从而对物理层和高层关键技术的选择各有侧重，因此多址传输方式是无线资源规划的最基础环节。
通信系统无线资源的多址方式主要有3种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。随着系统对频谱效率的不断追求，逐渐又引入了空分多址（SDMA）。现在对于TD-LTE通信系统来说，各种多址技术已经混合应用。
1．GSM系统
基于上述的资源复用方式，第二代移动通信系统的代表 GSM系统使用了时分多址（TDMA）方式，同一小区内的用户使用相同的频率，但通过不同的时隙区分接入用户，所以用户只能存在不同小区间的“邻小区同频干扰”。对于单个小区的覆盖性能，最大发射功率和信干噪比需求（业务以语音为主，并且调制和编码方式不变）是固定的，所以其接收机灵敏度的取值也是固定的，与小区中用户个数没有关系。即使考虑较大规模的多小区组网，在频率复用系数满足要求的情况下，“邻小区同频干扰”依然能够最小化，GSM系统的用户容量也仅与载频间隔和时隙个数有关，而与基站的发射功率无关。
因此，可以认为，GSM系统中覆盖与容量是独立的，覆盖规划和容量规划可以分开考虑。而当频率资源紧张，导致频率复用系数不断缩小而产生的“邻小区同频干扰”过大的情况，应该认为其已不是系统的“正常”工作状态，必须通过负荷转移或增加频带资源的方式进行扩容解决，而不是系统自身的问题。
2．TD-SCDMA
在第三代移动通信系统中，TD-SCDMA系统将TDMA与CDMA混合应用，用户通过不同扩频序列在不同的时隙接入，共享使用相同的带宽资源，在相同时隙内仅仅依靠码字间的相关性来保证用户的信号解调性能。因此，TD-SCDMA与传统的CDMA系统相同，即使在单小区情况下，相同时隙内也存在“本小区同频干扰”。而且随着小区内用户数的增长，其接收功率也随之抬升，即用户数与基站的发射功率是相关的，如果干扰抬升太大，将导致发射功率受限而使系统无法正常工作。在多小区情况下，“邻小区同频干扰”将使得发射功率受限的可能性继续扩大，这种情况被描述为“呼吸效应”的概念。
假设当前小区话音业务的SINR要求为某一固定值，并且接入了少量用户，恰好某个用户UE_edge在远离小区中心的某一位置开展业务，假设该位置的信号接受功率刚好可以克服热噪声的影响，维持正常通信，如图3-1所示，此时UE_edge的最大发射功率C已经达到max最大。
当小区继续有用户接入后，无线资源管理的接入控制算法优先将其接入不同的时隙，此时UE_edge仍然可以正常通信。但当用户数进一步提升时，会有用户接入UE_edge相同的时隙，此时随着码字相关性的影响，新用户会对UE_edge产生干扰，由于UE_edge已经达到最大发射功率，则在此处上行已经不能覆盖了，如图3-2所示。同样在下行也存在类似的问题，只不过下行发射功率较UE要充裕很多，所以按上行受限距离规划不易体现。总之，随着系统用户数的增加，小区的覆盖半径会变小。反之，随着系统用户数的降低，又有更多的功率可用于扩充覆盖。
因此，对于TD-SCDMA系统，“覆盖”和“容量”是受“干扰”控制而紧密关联的。其系统容量也不同于GSM受限于频道数和时隙数，TD-SCDMA系统通过对覆盖和容量目标的折衷，可以灵活控制系统容量，即系统用户数是“软容量”，覆盖也是“软覆盖”。所以，在进行TD-SCDMA系统的覆盖分析时，必须同时考虑一定的网络负荷前提。
3．TD-LTE
在第四代移动通信系统中，正交频分多址（OFDMA）成为了最为主要的多址方式。TD-LTE在下行采用了OFDM的复用方式，而在上行为了确保终端功放的效率，采用了具有单载波峰均比特征的DFT-s-OFDM多址方式，它保持了OFDMA的多址信号特征，使得上下行设计保持较好的一致性。图3-1 小区呼吸效应图1图3-2 小区呼吸效应图2
TD-LTE在整个传输带宽的频域上将资源划分为一系列的资源块（RB，Resources Block），每个UE可以使用其中一个或多个RB资源用于承载数据。单个用户可以使用连续或离散的PRB用于数据传输，不同用户通过频率正交性来保证同一小区内的不同用户之间没有干扰。另外，TD-LTE以1ms为单位划分为多个子帧，不同的子帧可以为不同用户进行分配。因此，OFDMA方案可以看作将总的资源在频域和时域上进行划分，不同的用户通过频域或时域的正交性实现多址复用。
因此，TD-LTE与GSM系统类似，只存在“邻小区同频干扰”。从系统业务应用特性来看，这样虽然干扰数目可能有限但强度却很大，并且由于调度策略因素，将导致干扰源的变化很快很剧烈。在这种情况下，TD-LTE采用小区加扰和交织技术来达到干扰随机化的目的。干扰随机化虽然不能降低干扰的能量，但却能通过使“邻小区同频干扰”并不在同一时频资源长期存在的方式将干扰随机化为“白噪声”特性，从而达到通过统计特性对干扰可估计，然后可避免、可抑制的目的。
所以OFDMA的多址方式虽然与FDMA、TDMA系统类似，但以前的FDMA、TDMA制式系统却只能通过频率复用方式来组网，而TD-LTE却能做到同频组网，这都归功于其继承了CDMA的信道设计技术，如前面提到的干扰随机化。TD-LTE对于PDSCH、PUSCH业务信道使用伪随机序列进行加扰；对于PHICH，一个PHICH group中的各条 PHICH，采用正交扩频码进行区分；而对于PUCCH，更是在时、频域采取联合加扰，使得信道容量得到扩充。
与此同时，信道结构设计中采用了扩频序列引入CDMA的特征后，TD-LTE的控制信道也会有“软容量”的特征。特别是在TD-LTE引入了SDMA技术后，不同方向上的用户可以复用相同的物理资源，由于空间隔离度的复杂性，将导致“小区内同频干扰”的产生。所以TD-LTE的资源使用方式虽然与FDMA、TDMA类似，但由于其继承了CDMA的一些信道设计技术，并引入了SDMA技术，所以也不能定论TD-LTE的覆盖与容量无关。
3.1.1.2 帧结构配置对覆盖的影响
1．CP、GT配置对覆盖的影响
LTE系统物理随机接入信道（PRACH，Preamble）的基本结构如图3-3所示。图3-3 Preamble结构示意图
其中，CP的主要作用是简化接收端处理，从而可使用低复杂度的频域处理。UE在进行Preamble传输时，此时尚未建立上行同步，因此需要在Preamble之后预留保护时间（GT，Guard Time），以避免对其他用户的干扰。如图3-4所示。图3-4 GT示意图
由于在发送Preamble时还不知道基站和终端之间的距离，GT的大小必须保证小区边缘的用户获得下行帧定时（小区搜索）之后，能够有足够多的时间提前发送。因此，预留的GT需要支持传输距离至少为小区半径的两倍。
依据这个原则，根据表3-1中的CP配置规定，可以计算得到不同CP配置下上行的最大理论覆盖半径，见表3-1。表3-1 Preamble配置及支持的小区半径
注意：对于格式4，协议要求Preamble至少从UpPTS结尾处之前的4832个T开始，则其长度为157.291 666 67μs。s
表3-1中各列释义如下。
Preamble格式：即指协议规定的0、1、2、3、4共5种前导序列格式；
时间长度：指每种Preamble格式占用的总时长T。total
例如，对于格式1，其T＝21024T＋24576T＋GT＝2ms，则totalss；
T：Preamble中CP的时长；CP
T：Preamble中序列的时长；SEQ
序列长度：指前导序列的长度N，对于格式0～3，其长度为839，zc格式4长度为139；
GT：Guard Time，保护时间；
可支持半径：指在该Preamble格式的配置下，可用的GT能支持的理论最大覆盖半径。
对于Preamble的5种格式，由表3-1可以看出，不同的格式可支持的理论最大覆盖半径是不同的。
Preamble格式0：持续时间1ms，可支持半径约14km，可适用于除超远覆盖外的多数场景；
Preamble格式1：持续时间2ms，可支持半径约77km，可适用于多数场景；
Preamble格式2：持续时间2ms，可支持半径约29km，可适用于除超远覆盖外的多数场景；
Preamble格式3：持续时间3ms，可支持半径约107km，适用于海面、孤岛等需要超长距离覆盖的场景；
Preamble格式4：持续时间约157.3μs，可支持半径约1.4km，适用于短距离覆盖，特别是密集市区、室内覆盖或热点补充覆盖等场景。由于该格式占用UpPTS而不占用上行常规时隙，因此可节约上行可用资源，有助于提高系统上行吞吐量，某种程度上也可认为有助于提高上行业务信道的覆盖性能。
2．GP配置对覆盖的影响
TD-LTE中，特殊时隙内上/下行转换点保护间隔（GP）将影响系统的最大覆盖距离。根据表3-2规定的GP配置，可以计算得到系统支持的最大覆盖距离如下：
覆盖距离＝c×GP/2，c为光速；基本时间单位
下行常规CP时，特殊时隙各种配置下GP长度及支持的小区半径见表3-2。表3-2 常规CP时，特殊时隙各种配置下GP长度及支持的小区半径
下行扩展CP时，特殊时隙各种配置下GP长度及支持的小区半径见表3-3。表3-3 扩展CP时，特殊时隙各种配置下GP长度及支持的小区半径
从表3-2和表3-3来看，对于常规CP和扩展CP而言，同一特殊子帧配置下的GP可支持的小区半径基本是在同一量级的，但常规CP的GP支持的半径略大于扩展CP的GP支持的半径，通常采用常规CP的配置即可。
扩展CP的长度大于常规CP使得其抗时延的能力更好，但是其支持的OFDM符号数减少，引起可用资源的减少。因此，扩展CP主要是考虑应用于大时延的覆盖场景以及在MBSFN中多小区信号合并时消除不同信号时延差异带来的影响的情况下采用。
3.1.1.3 TD-LTE系统关键特性对覆盖的影响
1．链路自适应技术对覆盖的影响
在移动通信系统的设计中，必须考虑如何有效地适应复杂的传播信道变化，在有限的带宽上最大限度地提高数据传输速率，从而最大限度地提高频谱利用率。而链路自适应技术在这方面有很强的优势，所以成为移动通信系统的关键技术之一。
链路自适应技术是指系统根据当前获取的信道信息，自适应地调整系统传输参数，用以克服或者适应当前信道变化带来的影响。在TD-LTE系统中，链路自适应技术主要包含以下几种技术：自适应调制与编码（AMC，Adaptive Modulation and Coding）技术，它可以根据无线信道的变化，在信道条件比较好的时候，提高调制等级以及编码速率，在信道条件比较差的时候，降低调制等级以及信道编码速率；混合自动重传请求（HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest），通过调整数据传输的冗余信息，在接收端获得重传、合并的增益，实现对信道的快速的自适应，避免高层重传带来的性能降低；功率控制（PC，Power Control）技术，它可以在信道条件好的时候降低发射功率，在信道条件差的时候提高发射功率，以克服衰落的影响；信道选择性调度技术，它可以根据无线信道测量的结果，选择信道条件比较好的时频资源进行数据的传输。
上述技术并非全部为TD-LTE的新技术，从第三代移动通信系统的演进版本开始，即TD-SCDMA的R5和R7版本中，为优化PS域数据业务已分别引入了HSDPA和HSUPA，而它们的基础就是快速调度、AMC、HARQ。而功控技术，更是CDMA的生命线。因此，TD-LTE发挥了其带宽优势，引入了信道选择性调度技术，更多的是继承发展了TD-SCDMA已经成熟的自适应技术。
根据ITU和3GPP对下一代无线通信系统的定义明确为支持高带宽和多样性的数据业务，OFDM技术通过与各种多址方式的结合，可以很容易支持带宽的扩展，为业务的多样性提供了强有力的支持。
下面我们将对比TD-SCDMA和TD-LTE为了满足多样化的数据业务需求，对系统覆盖可能产生的潜在影响。
首先是调度带来的影响。TD-SCDMA系统在HSPA阶段为PS域数据业务进行了大幅优化，将以前针对专用信道的分组调度，优化为以共享信道为基础的快速调度。调度算法控制着共享信道资源对于每个用户的分配权，对每一个时隙，它基于用户信道条件、干扰环境，同时考虑等待发送的数据量以及业务的优先等级等情况，充分发挥AMC和HARQ的能力。由于业务信道共享化，满足一种速率可以由多种调制编码方案（MCS）来确定。MCS方案综合考虑了充分利用无线信道的容量、信道质量反馈误差以及信令开销等方面的影响，达成了三者之间的折衷。带来的结果就是，虽然HSPA仍需要依靠分配不同的接入码字来区分用户，但与R4版本不同的是CIR的概念已经弱化，取而代之的是针对不同调制方式和编码速率的多样选择，对应为最适合该种MCS的CIR区间。自适应的思路也从之前的功率快速调整，改变为功率不变而MCS快速调整。因此，对于HSPA来讲，由于扩频码字的缩短，更为依赖时分调度，慢慢地将CDMA系统的存在“本小区同频干扰”逐渐变化为只有“邻小区同频干扰”。除了伴随专用信道外，这已与TD-LTE的调度方式基本相同。当然，HSPA仍然支持同时隙的码分调度，但相比其处理复杂性和用户速率的增长需求而言，已不推荐使用。
所以对于共享信道来说，无论是TD-SCDMA还是TD-LTE，基于链路自适应快速调度的策略，它们的影响是类似的。都不需要考虑“本小区同频干扰”，而只需要考虑大规模组网时“邻小区同频干扰”所带来的干扰储备即可。同时，由于AMC的复杂性，对于不同速率的覆盖，都需要确定无线资源占用的大小，针对典型的配置分别分析。
而对于HSPA的控制信道和TD-LTE的控制信道对比来看，HSPA的控制信道在取消伴随信道之前，与TD-SCDMA的R4版本专用信道特性相同，仍然具有典型的CDMA特征，故仍需要考虑小区“呼吸效应”的影响。但TD-LTE的控制信道已经共享化，所有用户共享相同的无线资源块，如前一小节所述，其继承了CDMA的一些信道设计方案，导致其也存在“软容量”特征，故对其覆盖进行分析时，也需要考虑一定负荷带来的影响。
2．多天线技术对覆盖的影响
多天线技术从TD-SCDMA阶段就展现出巨大作用，并且将在TD-LTE阶段进一步扩展应用。它可以为移动通信系统提供多方面的好处，例如提供空间分集增益、空间复用增益、抑制干扰的增益、多用户分集增益等。
为了提高LTE在高数据率和高系统容量方面的需求，LTE系统支持上下行应用MIMO技术。下行应用的MIMO技术包括传输分集、空间复用和波束赋形；上行应用的MIMO技术包括传输分集和空间复用。上行支持更高阶的MIMO传输是可以考虑的，但是考虑到终端实现的复杂度过高，目前对于上行并不支持一个终端同时使用两根天线进行信号发射，即只考虑存在单一上行传输链路的情况。当前阶段，上行仅仅支持上行传输天线选择和多用户MIMO。
传输分集、空间复用和波束赋形这3种技术对空间信道的要求不同，其应用的场景也不同。传输分集和波束赋形技术一般用来提高链路性能，有效提高接收信号的信噪比，从而提高边缘用户吞吐量和覆盖范围；空间复用技术一般应用于信道环境较好区域，可以有效提高小区平均吞吐量和峰值速率；而空间复用和波束赋形技术的结合应用，可以进一步提高系统容量。
根据目前协议的规定，LTE下行业务信道支持7种MIMO传输模式，分别是：模式1单天线端口（端口0）、模式2传输分集、模式3开环空间复用、模式4闭环空间复用、模式5 MU-MIMO、模式6闭环（Rank＝1）预编码、模式7单天线端口（端口5、波束赋形）。而下行公共控制信道则只支持两种发射方式：单天线端口（端口0）、发射分集。
那么采用不同的方式对覆盖性能会有不同的影响，下面对下行公共控制信道和下行业务信道分别进行简单分析。
对于下行公共控制信道，单天线端口的发射方式没有经过任何特殊处理，其预编码相当于透传，没有额外的增益；那么相对而言，发射分集的发射方式在多个天线端口（比如2、4）上发射，具有分集增益，可以帮助提高公共控制信道的覆盖性能。
对于下行业务信道，不同的传输模式其覆盖方面的性能差异定性分析如下。
①模式1：单天线端口其预编码相当于透传，不具有额外增益，数据符号为单层单码字的传输，无法获得多天线的好处，可以作为各种传输模式的性能对比参考。
②模式2：传输分集，数据符号为单码字多层传输，2天线端口为2层，4天线端口为4层，其预编码采用SFBC，具有一定的分集增益。此外，4天线端口时还可以采用FSTD，带来额外的频率选择增益，但是4天线端口时其2、3天线的导频密度降低，可能影响其信道估计的效率，有可能使其所需的解调门限提高。两种方式的优劣还需要通过仿真和今后的测试来进行比较。
③模式3：开环空间复用，多码字的多层传输，不需要UE反馈空间信道状态。如果采用CDD的方式，循环时延位移可带来频率选择性增益。由于一个码字的数据可能在多层上传输，如果其中一个层的数据解调失败就会导致较高的BLER，因此它对信噪比要求较高，会使其要求的解调门限升高，降低覆盖性能。
④模式4：闭环空间复用，多码字的多层传输，需要UE反馈空间信道状态，其主要的作用是提高用户的速率和系统容量。由于一个码字的数据可能在多层上传输，如果其中部分数据解调失败就会导致较高的BLER，加上空间信道状态反馈的时延影响，因此该模式需要工作在高信噪比的环境下，对信道估计要求较高，且对时延敏感，这导致其解调门限要求较高，覆盖性能反而下降。
⑤模式5：MU-MIMO，是指多个用户的多个数据流使用相同的时频资源，通过空间复用的方式进行传输，即SDMA。MU-MIMO具有一定的多用户分集增益，是一种多用户选择带来的选择性的分集增益，基站可以选择具有好的信道条件的用户进行信息的传输。但是对于单用户而言，其传输的数据仍然是单层单码字数据流，因此其覆盖性能相比模式1单天线端口应该不会有太大的提升。
⑥模式6：Rank＝1的闭环预编码，由于该模式中Rank＝1意味着只能单层传输单码字数据流，相对多层多码字的闭环模式，其发生错误的概率相对降低，因此其解调性能应比模式4在多层多码字传输时要好。但其仍然是闭环的预编码，实现上相当于采用基于码书的波束赋形，对信噪比要求没有闭环空间复用的高，但是仍需要终端反馈预编码信息，对反馈时延仍然敏感，相对模式1的覆盖性能可能会有所下降。
⑦模式7：单天线端口（端口5、波束赋形），波束赋形技术可以看作预编码（pre-coding）的一个特例。波束赋形要求发送天线阵列的间距较小。由于可采用8天线进行分组赋形的方式，分组后可以多端口多层传输，因此可以实现单纯的赋形、赋形＋SFBC、赋形＋空间复用、预编码等多种组合方式。对于单用户而言，该模式具有赋形增益，且赋形基于用户位置或者说角度，对时延不是很敏感，因此该模式应该具有较好的覆盖性能。
以上为多天线 MIMO模式对LTE覆盖性能影响的定性分析，还需要通过链路仿真或者今后有条件测试的情况下进行具体的仿真或测试的对比分析研究。
3.1.1.4 射频配置对覆盖的影响
1．功率控制对覆盖的影响
对于链路预算考察覆盖性能的方法而言，考察的是单小区单用户的覆盖性能。此时均考察的是设备最大能力，也即最大发射功率的情况。目前的链路预算，下行按照20MHz 带宽最大46dBm发射功率，且按照每RB均分；上行按照终端最大23dBm发射功率来考察覆盖性能。如果不考虑多小区间干扰的影响，那么发射功率越大，越能够补偿路径损耗和信号衰落的影响，则其覆盖越远，覆盖性能越好。但是，实际组网必须考虑小区间干扰的影响，发射功率不可能随意设置，这就涉及功率控制的问题。
LTE系统中的功率控制分为下行功率控制和上行功率控制。
下行功率控制决定每资源单元的能量（EPRE，Energy Per Resource Element）。下行功率控制涉及基站如何将总的发射功率分配给不同的下行信道/信号，在满足用户接收质量的前提下尽量降低下行信道的发射功率，从而达到减轻小区间干扰的目的。
上行功率控制决定用来发送某物理信道的一个DFT-s-OFDM符号上的平均功率。其目的是补偿路径损耗、阴影衰落以及快衰落等的影响；同时，上行功控也用于控制小区间的干扰水平。
2．无线传输承载对覆盖的影响
TD-LTE系统的基本传输承载RB与系统带宽配置密切相关，见表3-4。表3-4 信道带宽与单RB功率
由表3-4可以看出，由于总发射功率不变，信道带宽变小将导致下行单RB功率升高，即单用户如果占满10MHz带宽单传输数据的话，发射功率将是占满20MHz带宽时的2倍。若在链路预算中考虑解调门限、MCS等级等因素不变化，则10MHz带宽的下行覆盖必定比20MHz带宽有所提升。
而对于单用户应用各类移动互联网业务时不用占满带宽的情况下，随着数据量需求的变化，下行RB资源的分配大小也根据调度策略变化。尽管影响了占用的带宽，进而影响了当前用户下行的热噪声和接收机灵敏度，但RB资源的变化也使EIRP等效发射功率发生改变，两种作用最终相互抵消了。因此实际并不会影响最后得到的最大允许路径损耗，也就不会影响链路预算的下行覆盖性能。
但对于上行来说，发射功率是终端的最大发射功率，与上行RB资源分配无关，这样上行的EIRP就是相对固定的。故上行信道RB数的变化引起热噪声变化和接收机灵敏度的变化，会导致其最大允许路损的变化，也就会影响上行信道的覆盖性能。即对于高速率等级用户，可能在低MCS等级下无法满足传输带宽的需要，这就要调高MCS等级，但总功率受限，将使得在存在“邻小区同频干扰”的情况下，功率受限无法满足正常的解调需求，从而对覆盖又有不利影响。总之，较小的信道带宽对覆盖的影响要从覆盖要求出发，做具体分析。
3．频率复用系数对覆盖的影响
对于TD-LTE系统而言，在评估覆盖影响时需考虑SNPL（上行）或CIR极限（下行）的影响。在理想情况下，认为TD-LTE本小区内用户间不存在干扰，那么SNPL或CIR极限主要考虑的是邻小区的干扰。
这里以CIR极限为例对频率复用系数进行说明，由于考虑到频率复用即已经假设干扰水平会比较大，所以CINR简写为CIR。CIR极限通过系统仿真得到，并会受到频率复用系数的影响。以密集市区为例，在相同的配置情况下，频率复用系数为1和3得到的不同CIR结果如图3-5所示。图3-5 不同频率复用系数对CIR影响CDF图
从上面不同频率复用系数的系统仿真CDF曲线结果可以看出，当频率复用系数变大，邻小区同频干扰会减小，则CIR可达到的极限值随之变大，从而给定CIR下对应覆盖半径也会变大，有助于改善覆盖性能。随着频率复用系数的继续增大，将接近于异频组网的情况，此时影响覆盖性能的主要是系统噪声。而随着频率复用系数的不断减小，将成为同频组网，此时影响覆盖性能的主要是C/I，即体现为干扰受限。
使用上述不同频率复用系数、同一覆盖概率时的CIR极限，在密集市区场景中分别通过链路预算可以得到如下结果，如图3-6和图3-7所示，其中各类结果对PDSCH（1Mbit/s）进行归一。图3-6 基站2天线频率复用系数与覆盖图图3-7 基站8天线频率复用系数与覆盖图
从链路预算结果可以看出，频率复用系数增大后，CIR极限也增大，无论是在基站2天线还是8天线情况下，同等配置下各信道的覆盖半径都有提升，证实了前面的分析。
3.1.1.5 TD-LTE承载业务对覆盖的影响
在第三代移动通信系统设计时，3GPP定义了4种业务类型：会话类（Conversational）、流类（Streaming）、交互类（Interactive）、后台类（Background），以便对数据业务提供更好的支持。4种类型之间的主要区别在于对时延的敏感程度（如“会话类”业务对时延最敏感，而“后台类”则是最不敏感）、对分组丢失率的要求以及对保障速率的要求等。通过上述定义，不同类型的业务其服务质量需求也不相同。实时业务质量的主要标准是数据传输时延，此类业务不能忍受过大的时延，对时延抖动的要求也比较严格；而对于非实时业务，其主要质量指标则是整个传输过程中的差错特性，对于它们可以用一定的传输时延代价来换取更高的传输可靠性。
而随着系统演进，TD-LTE系统中考虑对3GPP时代的4个等级进行了更精细的划分，设计了9个业务类型，以适应互联网行业的快速发展带来的业务精细化区分。TD-LTE业务QoS定义见表3-5。表3-5 TD-LTE业务QoS定义
TD-LTE所能承载的业务全部采用分组交换业务，按照QoS等级可分为GBR业务和Non-GBR业务。对于GBR业务而言，即只按GBR要求速率传输，即使有资源也不会多分配来提升速率，所以用户不会体会到比GBR速率还要高的速率。而Non-GBR业务主要针对“尽力而为”的数据传送需求，尽管在传播环境较好时能够达到非常高的速率，但在网络负荷提升、干扰较大的情况下，并不能保证当前用户的速率要求。
目前TD-LTE的GBR业务包括VoIP、游戏和视频流业务。
VoIP业务：对于不同的语音编码器，GBR速率也不相同。
视频流业务：对于不同的业务模型参数，也有不同的GBR速率。目前主流的设置为32k或64k。
目前TD-LTE的Non-GBR业务主要是互联网应用TCP/IP的业务。
对于传统互联网的主要应用（网页浏览、即时交流、在线电影、电邮、FTP、P2P等）来说，它们的主要特征就是对时延的要求稍稍低一些，即如果系统资源充足就多分配一些，保证一段时间高速率；否则分配的资源少一些，虽然速率慢，但仍能保证连接存在，不像GBR业务，如果不能保证速率则用户完全不能正常开展业务。
不过总体来看，业务质量的定义将会导致业务会有不同的覆盖范围，这主要归结于以下几个原因：各类业务要求解调门限SINR不同，这主要取决于当前业务所采用的功率分配方式、自适应调制与编码方式、数据链路层特性等的具体组合。例如对于话音、实时视频和实时游戏这类GBR业务来说，它们对时延的要求很高，为了保证业务的实时性，在传输过程中所做的处理（尤其是HARQ处理）相对于Non-GBR业务会简单一些，而通过资源分配保证其传输带宽以及分组丢失率。而业务带宽必定有限，所以相比同样带宽的Non-GBR业务（FTP/HTTP等），其要求的MCS对应的解调门限自然相对较高，从而导致GBR业务的覆盖较小。而对于Non-GBR业务，由于其对时延的要求不是很高，在传输过程中就可以采用较复杂的处理来降低分组丢失率。
对于TD-SCDMA R4来说，由于使用专用业务信道，并且调制编码方式固定，所以其资源分配与SINR有直接影响，更多的资源将换来更低的SINR，从而导致不同业务对应不同的资源集合，使得不同业务覆盖层次分明，可以明显地看出业务对应的覆盖收缩。
但由于TD-HSPA和TD-LTE系统采用自适应调制编码方式，选择的调制等级越低，系统要求的SINR解调门限越低，对系统接收机灵敏度要求越宽容，这样可支持越大的小区覆盖半径。反之，选择较高的调制等级会缩小覆盖半径。但是，并非调制等级选择越低对系统覆盖性能影响越好，实际上，在进行网络规划时边缘用户都有确定的覆盖速率目标，如果考虑较低等级的调制方式，单位符号可承载的比特数较少，只得配置更多可用带宽，才能满足确定的速率目标。而边缘用户带宽的增加无疑将使得系统资源利用率下降，虽然需要保证边缘用户的传输速率，但如果分配过多将大幅降低系统的频谱效率。
另一方面是基于干扰的考虑，不同系统负荷上，边缘用户潜在的“同频邻小区干扰”也会影响SINR的变化。所以在考虑不同业务覆盖的时候，应该考虑在一定系统负荷下，并且限制每用户最大可使用带宽来进行评估才有意义。对于TD-LTE，由于业务信道全部共享化，所以我们更多的是根据业务保障速率映射为真实的业务应用，以对比覆盖收缩。
3.1.1.6 TD-LTE覆盖平衡的考虑
在无线接入网络中，要实现对用户终端的有效覆盖需要考虑3个方面：①控制信道与业务信道的覆盖；②上下行信道覆盖是否平衡；③不同业务间的覆盖平衡。
1．控制信道与业务信道覆盖平衡
对于任何一个系统来说，正常工作的前提都是保证控制信令的正常传输。因此，业务信道的覆盖一定要与控制信道的覆盖范围相结合考虑，才能最大程度地保证用户能够正常开展通信服务。例如，在呼叫建立过程中，任何一条控制信道的覆盖不良都可能造成呼叫建立失败，从而导致业务无法正常开展。因此，即使业务信道覆盖再远，如果控制信道不能达到同等覆盖要求，则也只能按控制信道覆盖范围来开展业务。
2．上下行覆盖平衡
由于基站和终端的发射功率、接收灵敏度等方面存在差异，以及小区承受的上、下行“同频邻小区干扰”不同，导致上、下行实际允许的最大传输路径会有所不同，即存在“上行覆盖”和“下行覆盖”两个覆盖范围，实际有效的覆盖范围将取决于两者中的较小者。
宏蜂窝小区覆盖通常受限于上行覆盖范围，因为移动台的发射功率要比宏小区基站的功率小得多。而在微蜂窝或者微微蜂窝小区中，小区覆盖范围小，移动台发射功率不成问题，但下行可能会因为用户比较多而导致分配给每个用户的功率不够，使得下行覆盖成为受限因素。
上下行覆盖不平衡会增加干扰、降低容量，同时可能给切换带来问题。如果下行覆盖大于上行覆盖，如图3-8所示，首先小区A会对小区B的移动台下行造成不必要的干扰；其次会给切换带来问题：当用户UE从小区A向小区B运动到阴影处时，由于小区A的下行信号过强，而使UE不能够及时切换到小区B，而此时UE相对小区A的上行信号已经很弱，通信质量受到影响，很容易因为上行链路质量过差或断链而掉话。图3-8 下行覆盖大于上行覆盖图
如果上行覆盖大于下行覆盖，如图3-9所示，那么当UE_edge处于小区A边缘时，下行信号较弱，已经准备切换，但上行由于业务规划可能在此时产生较强的干扰，从而对小区B的上行业务产生不利影响。并且可能造成上行UE的主动响应可以发送，但下行覆盖不足，无法接入的状况。图3-9 下行覆盖小于上行覆盖图
因此，在进行网络规划中的覆盖规划时，首先就要保证上下行覆盖的基本平衡。其中一个基本方法就是通过链路预算合理地设置基站和移动台的最大允许发射功率。
3．不同业务间的覆盖平衡
前面在介绍TD-LTE系统在覆盖方面的特点时已经讲到，不同的业务可能会有不同的覆盖范围。因此，我们在进行网络规划的时候，不能够只考虑其中一种业务的覆盖范围，需要结合实际的需求来考虑。例如，如果网络被设计来为所有的业务提供连续覆盖，那么需要按最小的业务覆盖半径来进行规划。
此外，我们也需要考虑是否可以或者是否有必要对基站发射功率进行某种设置来使得各种业务的覆盖半径尽量的一致，以保持所提供的各种业务的覆盖连续性，这样用户就可以比较自如地在各种业务中变换。
3.1.1.7 TD-LTE覆盖方式
根据不同的地形、不同的业务、容量要求等，在实际组网时会有不同的组网覆盖方式。
从“覆盖”和“容量”要求的角度出发，可以分别采用宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝进行覆盖：宏蜂窝的覆盖范围通常为1km以上，微蜂窝的覆盖范围为数百米，而微微蜂窝的覆盖范围则为几十米。在话务密度较少、比较分散的地区，可以采用宏蜂窝进行大区覆盖，以优先满足覆盖要求；而在话务密度大、又比较集中的地区，可以采用微蜂窝、微微蜂窝进行覆盖，以优先满足容量要求，如机场、隧道、地铁、商场等。以后的高速率业务也可能先主要由微蜂窝和微微蜂窝来提供。
从“容量”和“业务”的角度出发，可以分别采用“连续覆盖”和“热点覆盖”：对移动互联网应用等基本业务需要支持从市区到农村的连续覆盖；对于TD-LTE可提供的超高速率下载业务，可视市场需求优先在市区、城镇等需求大的地区做热点覆盖。如图3-10所示。图3-10 不同的覆盖方式图
对于有较高容量要求的地区（如密集城市），如果单载波覆盖不能满足容量要求，可以用多载波覆盖，在保证覆盖的同时提高容量。
我们还可以采取“分层组网”的方式，这是使得高速率数据业务和传统话音业务都能连续覆盖的一个较好的方案。对传统语音业务，需要支持从市区到农村的大范围连续覆盖，形成一个“大范围连续覆盖层”；对于多媒体等业务，可先在市场需求大的热点地区覆盖，形成一个“小范围热点覆盖层”。“大范围连续覆盖层”主要用于针对高移动性和低流量要求的终端，而“小范围热点覆盖层”主要针对低移动性和高流量要求的终端。终端可以根据移动速率、流量需求等状态的改变，在不同层间切换。例如，当一个原来处于“小范围热点覆盖层”的终端由低速运动状态变为高速运动状态后，可以将其切换到“大范围连续覆盖层”，以避免在“小范围热点覆盖层”的小区间内频繁切换。如图3-11所示。图3-11 双层组网方式图
3.1.1.8 TD-LTE其他覆盖影响因素
在实际规划实施中，还有下面一些因素与覆盖密切相关。（1）站址因素（覆盖效率、基站站址、基站站高）
覆盖效率通常是指每个站点的平均覆盖面积。运营商从节约成本的角度出发，首先要求的是要有一个高的覆盖效率。在这一点上，必须紧密结合链路预算，正确地评估小区的覆盖半径并设置合理的基站站址、站高等。（2）天馈因素（天线类型、天线增益、天线挂高、天线下倾角）
基站天线的选择和设置对覆盖至关重要，其中包括天线类型、增益的选择、天线的挂高、俯仰角的设置等。
通常在不同的地理环境下会选择不同的天线类型。如在城市内，一般采用三扇区天线；在郊区，通常可以根据实际情况采用全向天线或者三扇区天线；公路、铁路等则要实现带状覆盖，可采用双向天线等。
LTE系统仍然是无线通信系统，2G/3G系统的基站天线挂高对于覆盖距离的影响的分析方法仍然适用于LTE系统。
对于室外覆盖，基站天线的挂高对覆盖半径是有一定影响的。通常来说，天线挂高越高，其主瓣覆盖距离越大。这可以使用简单的三角数学关系来近似估算，如图3-12所示。图3-12 基站天线挂高对覆盖影响示意图
h为基站天线挂高；h为终端高度；θ为天线垂直波瓣BSMSVER，BW宽度；θ为地形角度，有：GEO
d为基站到终端的距离，也即覆盖的距离。θ和θ共同GEOVER，BW确定了天线的下倾角θ，有：Down_tilt
式中，θ为天线垂直方向的半功率角，也即天线的垂直波瓣−3dB宽度。
那么在一定的天线下倾角θ的情况下，覆盖距离d与基站天Down_tilt线高度的关系可以简单地用三角函数来估算如下：
从公式中可以明显看出，对于固定的下倾角，基站天线挂高与覆盖距离是成正比的。
对宏蜂窝，主要是在郊区、乡村等地，覆盖半径很大，容量比较小，小区间干扰较小，天线可以架得比较高；而在市区，用户很多，考虑到容量的要求，小区半径较小，干扰比较严重，天线不能设得太高。为了减少覆盖区内由于建筑物而产生的阻挡，也需要对天线架设高度进行调整，这样才能保证覆盖区内满足最低覆盖要求。
为了达到无缝覆盖和减少小区间干扰，正确设置基站天线下倾角也十分重要。在不同的基站间距、不同的期望覆盖范围等条件下都需要设置不同的天线下倾角。对高话务量区，可通过调整基站天线的下倾角减小覆盖区范围，使基站在目标服务区域的业务接入能力加大；而对低话务量区，可通过调整基站天线的下倾角来扩大覆盖范围。通过减小强干扰邻区的下倾角，还可以避免它到被干扰小区的过覆盖而减少干扰。（3）功率因素（基站最大允许发射功率、移动台最大允许发射功率）
设置合理的基站和移动台的最大允许发射功率也很重要，这首先要通过链路预算和仿真模拟来得出一个参考值，然后结合实际情况和业务预测来确定。3.1.2 容量特征
无线接入网络的容量体现为，当前用户的上、下行发射功率是否足够抵抗相应方向上的干扰，从而达到满足自己速率需求的SINR。因此，容量特征的最直接体现就是干扰因素。TDD系统的干扰和FDD系统的有所不同。在FDD系统中，只在用户和基站之间存在干扰，即下行信道对其他的下行信道、上行信道对其他的上行信道有干扰，但是上、下行信道之间由于存在频段间隔，不会互相干扰。但在TDD系统中，上、下行使用同一个载波，所以除了与上述FDD相似的情况外，在所有可能的UE和eNode B之间的关系路径上，都可能存在各种干扰，具体的情况和干扰的比例取决于不同小区的同步偏差和帧结构中时隙分配比例。就空间路径而言，考虑如图3-13所示的一个两小区（单载波）模型。
图3-13中描绘了所有可能的双向电波传播组合，其中有些是正常通信的路径，包括UE11——eNode B1，UE12——eNode B1，UE2——eNode B2。另外存在的就是干扰电波传播的路径，小区内的情况有不同用户终端之间的干扰UE11——UE12，小区间的情况包括基站之间干扰eNode B1——eNode B2，小区边界处的用户终端受到来自邻小区的基站和用户终端的干扰，同时也对邻小区的基站和用户终端造成干扰，即eNode B1——UE2、UE12——UE2、UE12——eNode B2。图3-13 两小区的电波传播情况图
通过对业务和场景应用的分析，我们可以对帧结构进行细致的规划，以避免上、下行信道间的干扰，从而只关注同频段内的上行与上行间、下行与下行间的干扰。
通过前面的分析，我们知道TD-SCDMA系统为自干扰系统，如果没有功率控制，小区边缘用户的信号会被淹没在小区中心用户的信号中而无法正确解调。实施功控后，所有的用户都按需发射功率，这样小区中心用户功率低一些，小区边缘用户功率高一些，就避免了远近效应。由于LTE系统采用了OFDMA的多址方式，所以各子载波之间是正交的，这样就很大程度上避免了CDMA 当中远近效应的影响。但是，网络中各小区之间可以使用相同的频率，这样虽然频谱利用率较高，但同频邻小区干扰将非常严重，如果不进行功率控制将可能导致系统性能的急剧下降。
由于LTE系统中干扰主要来自于邻小区，所以与3G系统相比，LTE对功率控制的要求已经大大降低，功控的目的更多是作为进一步改善系统性能而存在的。在上行由于终端发射功率限制，功控仍需要控制干扰的负荷强度，以保证上行业务的需求，并且达到省电的目的。
因此，对于LTE下行来说，功控并非必须的，在同一小区内下行用户资源互相正交，更兼“永远在线”的业务应用需求导致数据业务突发性增强，并且数据分组大小极不均匀，因此通过调整功率而获取相对稳定的速率的需求已逐渐过时。目前的系统仿真表明，下行业务信道即便不采用功控，仅通过AMC和HARQ，就能保证相当的系统吞吐量，因此在建网初期可以暂时不考虑下行数据信道的功控。其他的一些控制符号和信道例如CRS、PBCH、SCH、PMCH等，它们以保证覆盖为目的改善功率，不需要功率控制。
不过，也正如前面所述，同频邻区小的干扰在下行也是存在的，而LTE网络结构的演进，已使得多小区间信息共享性更强，所以在应用ICIC后，可以对下行进行“慢速”功控，以便进一步避免强干扰的出现。而且下行的PDCCH和PHICH对功率控制也有着较高的要求，它们对功控算法的需求是尽可能地增大PDCCH的容量。
3.1.2.1 系统配置对容量的影响
1．系统带宽
LTE系统的一个最基本的特征就是要支持更大的系统带宽。考虑到用户对更高数据速率的需求无法依靠频谱效率的提高来实现，将最大系统带宽扩展到5MHz以上是不可避免的。另外，为了灵活使用零散的频谱，LTE系统也需要支持小于5MHz的带宽。目前系统支持的典型的带宽为1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz，对应的传输带宽及支持的RB个数见表3-6。表3-6 信道带宽与传输带宽的关系
2．控制信道与业务信道资源分配对容量的影响
对于LTE每个子帧资源，除了控制信道（还包括参考信号和一些公共信道）占用外，其余的都分配给业务信道。由于单个子帧的资源固定，如果系统要求既要保证一定的业务信道资源（即保证用户速率），又要保证控制信道数量足够多（支持足够多的用户数），则两者之间需要合理分配。
在TD-LTE下行子帧中，控制信道和业务信道的资源分配基本如下：控制域占用一个子帧的前n个OFDM符号，数据传输域从控制域后的第一个符号开始，直至子帧最后一个符号。
不同于HSPA中单载波支持的用户数有限（HSDPA最大支持16个用户同时在线，同时调度用户数受限于控制信道个数和业务时隙资源），LTE下行子帧只需配置少量的控制信道。LTE下行子帧PDCCH传输带宽中包含给小区内众多用户的控制信令，DCI格式的多样化使得PDCCH结构也比较复杂。根据协议36.211可知，LTE下行子帧PDCCH时域长度最大不超过3个符号，频域宽度涵盖整个系统带宽，因此PDCCH的时域长度（占用多少个符号）决定了整个控制域的大小，具体占用几个符号由PCFICH信道指示。
同时，PDCCH的时域长度也会影响PDCCH的覆盖。由于PDCCH区域的时域长度比较小（最多3个OFDM符号），因此资源映射时每个CCE占满子帧内PDCCH域的所有OFDM符号，以获得尽可能长的时域长度，即尽可能保证PDCCH的最大覆盖。因此一个子帧内的各个CCE之间可以看成是FDM复用的，可以在多个PDCCH之间实现功率的平衡，即可以通过eNode B的设定将链路质量较好的UE的PDCCH发射功率节省下来以分配给链路质量较差的UE（由于TD-LTE下行采用功率分配方式，同一子帧内所有RE的功率相同，PDCCH通过占用不同的CCE数目来获得不同的功率）。
下行子帧控制域占用的符号个数直接影响到峰值速率的大小，对比结果见表3-7。表3-7 控制域占用符号数目对峰值速率的影响比较
TD-LTE上行子帧控制信道区域则采用了资源预留方式，预留给PUCCH的资源频域上位于整个频带的首尾端，对称分布，频域宽度为12个子载波的整数倍。PUCCH在时域上占满整个子帧，按时隙分成2 段，位于第一时隙低频段和第二时隙高频段的资源块组成一个控制信道资源，供一个UE使用；位于第一时隙高频段和第二时隙低频段的资源块组成另一个控制信道资源，供另一个UE使用，具体方式如图3-14所示。
上行子帧资源除了预留给控制域，其余的资源都留给数据传输。采用这样的资源分配方式可以实现数据和控制信令之间的功率平衡，也就是可以节省部分数据功率，增大控制信道的功率，从而获得更大的小区覆盖。
由于考虑的是单用户，上行子帧仅图3-14 PUCCH资源映射方式图预留2个RB作为PUCCH资源。实际中如果用户数很多，则需要预留更多的资源块资源作为PUCCH资源，此时数据传输资源则会减少，此情况下的峰值速率会下降，因此两者之间的资源分配是相互影响的，需合理分配。
PUCCH资源是RRC半静态配置的，RRC根据小区支持的用户数，估计需要预留的PUCCH资源数目。同时，PUCCH资源可以做半静态的更改，更改的周期可以是1天或1周，也就是根据某段时间用户数的统计量来粗略估计PUCCH所需的资源数。
初始PUCCH资源的预留过程：一般小区建立时，PUCCH资源根据默认参数进行配置，以后就是根据某段时间内对用户数的统计进行半静态地更新。如果小区支持的用户数非常多，则需要预留较多的PUCCH资源，预留太多的资源则可能会造成资源的浪费。
3.1.2.2 功率因素对容量的影响
功率控制是蜂窝移动通信中的基本概念。一般来说，在移动通信系统中，通过采用功率控制技术来克服路损和阴影衰落的影响，使得信号能以比较合适的功率到达接收机，从而保证了系统的性能和比较高的容量。在UE移动速度比较低的情况下，采用快速功率控制甚至可以补偿信道的由于多普勒效应引起的快衰落效应。
在CDMA系统中，由于采用的是码分多址（CDMA），而各个码字之间并非完全正交，存在着多址干扰。除了多址干扰本身直接的影响以外，在上行链路中还存在“远近效应”，下行链路还存在“边缘效应”。除此之外，电波传播中由于大型建筑物的阻挡，形成“阴影”效应而产生了慢衰落。这些现象将会导致系统容量下降和实际通信服务范围缩小等。功率控制是解决这些问题的一个最有效的办法。
在TD-LTE系统中，上行UE发射功率取决于UE能力等级决定的最大发射功率和对应的功控算法。上行功率控制算法除了用于补偿上行信道的路损和阴影衰落外，还要用于抑制小区间干扰。这与HSUPA的功控机制是类似的，如果简单地提高小区边缘UE的发射功率反而可能会增加对相邻小区的干扰。进一步，如果每个小区都一味地提高边缘UE的发射功率，势必会造成整个网络小区间干扰的增强，进而造成整个系统功率负荷很大但边缘用户容量急剧下降。因此，必须限制小区边缘UE的发射功率提升的幅度，从整个系统容量最大化的角度来权衡。
TD-LTE的下行功率分配由基站决定，业务信道由于可以采用频率选择性调度，并且考虑设备实现的复杂度，所以不采用动态的功率控制，即不采用实时进行调整的内环功率控制，但是考虑静态和半静态的ICIC算法，可以限制下行最大发射功率。控制信道由于不能通过频域调度解决路径损耗和阴影衰落问题，所以采用半静态的功率分配。另外，一些公共参考信号、公共信道的功率分配是根据小区覆盖半径、信道环境等因素，考虑小区边缘用户的下行测量性能、信道估计性能、用户解调接收性能来半静态或者静态配置。在建网初期，容量需求不大的情况下，为了满足小区的覆盖需求，建议采用最大发射功率发射，同时带来的负面影响就是干扰的增大，进而影响了系统的容量。后期，在容量需求不断变大的情况下，可以通过优化调整，选择采用合适的发射功率，同时满足容量和覆盖的需求。
LTE系统下行采用OFDM技术，上行采用SC-FDMA技术，一个小区内发送给不同UE的下行信号（或者不同UE的上行信号）之间是相互正交的，因此不存在CDMA系统因远近效应而进行功率控制的必要性。OFDM系统采用功控，主要是为了补偿信道的路径损耗和阴影衰落。下行不采用动态的功率控制技术，而是采用半静态的功率分配方式；上行功控采用抑制小区间干扰的功控机制，旨在抑制小区间干扰，获得良好的系统容量。
因此，LTE系统功率控制算法主要分上行功率控制和下行功率控制。上行功率控制采用开环功率控制结合闭环功率控制的方式；下行功率控制采用功率分配的方式。
1．上行功率控制算法对容量的影响
这里以PUSCH功率控制为例，通过对上行部分功控参数的设置，分析一下其对系统容量可能的潜在影响。
协议规定的PUSCH功率控制公式如下：
其中：
P：由UE功率等级决定的上行最大允许发送功率；MAX
M（i）：PUSCH的传输带宽；PUSCH
PO（j）：eNode B在PUSCH上的期望接收功率；它是小区PUSCH专属部分PO（j）和UE专属部分PO（j）两者之MOMINAL_PUSCHUE_PUSCH和，其中包括两套参数，j＝0对应非动态调度的PUSCH传输，j＝1对应动态调度的PUSCH传输。
α：部分路损补偿的系数，通过选择合适的因子可以获得小区边缘吞吐量和小区间干扰之间的折中；
PL：UE测量的下行路损；
Δ（i）：传输格式的增益；TF
f（i）：UE专属的修正值，也叫做传输功率控制命令，是闭环功率控制的结果对上行发射功率的修正。
LTE上行功率控制中，考虑对边缘用户的路径损耗采用部分补偿的形式，通过选择合适的路径损耗补偿因子值来实现。
如果路径损耗补偿因子α＝0，则不考虑路径损耗补偿，所有的UE等功率发射，可能造成功率浪费或者边缘用户性能较差等现象，因此不建议采用。
如果路径损耗补偿因子α＝1，则等同于传统的功率控制，采用完全补偿路径损耗方式。
每个UE根据自身需要调整其发射功率，直至发射信号到达基站端时的强度达到目标信噪比要求。但是，从抑制小区间干扰、优化系统整体小区边缘性能的角度考虑，这样的功控策略不一定适当。因为如果一个小区边缘用户使用的频带和相邻小区使用的频带重合，则该小区边缘用户随意根据自身信道环境的变化和路径损耗提高该频带的发射功率，很可能会增大对邻小区间的干扰，因此采用适度的功控（即采用部分的路损补偿方式）。虽然单个边缘用户的上行吞吐量性能受到一定的损失，但是整体的系统容量却可以提高。
如果路径损耗补偿因子0＜α＜1，则考虑了部分的路径损耗补偿，小区边缘用户路径损耗较大，则跟传统功率控制中的完全路径补偿相比，路径补偿损失较多，降低了小区边缘用户的发射功率，以控制小区间的干扰，而中心用户路径损耗较小，路径补偿损失不会太大，仍然可以保证小区中心用户的的优良的吞吐量性能。因此，通过仿真选取合适的路径损耗补偿因子可以获得小区边缘吞吐量和系统容量的折中。
2．下行功率分配算法对容量的影响
下行功率控制的目的是确定每个资源单元的能量（EPRE，Energy Per Resource Element）。这里的资源单元的能量是指插入CP之前的能量，亦即与所采用的调制方式相对应的星座图上各点的平均能量。
下行各个信道的发射功率由eNode B决定，具体的分配原则如下。
下行公共参考信号的功率分配由基站决定，决定原则为根据小区大小、信道环境等因素，考虑小区边缘用户的下行测量性能和信道估计性能进行静态或半静态配置。下行公共参考信号EPRE通过系统信息向小区广播，用户可依此计算路损等。
下行公共信道/信号，例如广播信道、同步信号、寻呼信道、控制信道等。这些信道的功率设置根据各自的解调/检测性能，通过链路预算的方法按照保证小区边缘用户接收质量进行静态或半静态配置，具体的功率设置结果不需要通知用户。
下行业务信道的功率分配，具体是设置分配给某一UE的物理资源上数据RE的能量，即E和E。具体的分配和调整原则是根据用户AB的反馈（例如CQI），为接收质量较差的用户分配较大的功率。具体如何根据反馈信息决定功率的升降以及调整幅度，可以各自实现，不做统一规定。
其中，EPRE是每资源单元（RE）能量；E是每个天线端口上RSRS的EPRE；E是下行每个天线端口上不包含RS的OFDM符号上的A数据EPRE；而E是下行每个天线端口上包含RS（或导频空洞）的BOFDM符号上的数据EPRE。对于每个UE，P为不包含RS的OFDM符A号上各REs的PDSCH-to-RS EPRE之比，即：
eNode B为每个UE设置特定的参数P，如果RS的EPRE已经配置A完成，那么 eNode B就可以根据公式确定类型A的REs的EPRE。P是A由高层通知的UE特定半静态参数，用3bit表示，取值范围为[3，2，1，0，−1，−2，−3，−6]，单位为dB。
对于每个UE，P的各REs与P的EPRE之比相同。即：BA
基站进行下行功率调整时保持E与E的比例不变，并通过系统BA参数P向小区内所有用户广播该比值。用户获知此比值则可在进行B数据解调时对发射能量分别为E和E的调制符号进行相同尺度的幅BA度归一化。
在E与E比例不变的条件下，基站对用户的功率调整是通过调BA整E与E的比值实现的。在进行功率调整的同时，基站需要通过用ARS户专属的RRC信令P通知用户E与E的比值，则在E相对恒定的AARSRS前提下，E调整的动态范围由如上范围约束。由于在功率调整过程A中基站需要保持E与E比值不变，则E也随E升高或降低，并呈正BABA比调整关系。
下行用户专属参考符号（DRS）的EPRE与其所在OFDM符号上数据符号的EPRE相等，即等于E或E。AB
通常情况下，在基站功率允许的情况下，不管采用单端口配置还是多端口配置，必须保证端口功率相等，以保证RS的功率不变。在基站功率受限情况下，多端口配置下单个端口的功率如不能达到单端口配置下的功率，则通过采用RS功率提升来保证RS的功率不变。
RS功率提升方法可以通过两种途径来实现：一是Power Scaling方法，通过调整OFDM符号上用于传输RS的RE和用于传输数据或控制信息的RE上的功率比（P和P）来保证CRS的功率，也就是降低BA用于数据或控制信息传输的RE的功率来保证CRS的功率；二是通过打掉用于数据/控制信息传输RE的方法来节省功率保证RS的功率提升。但是，“打孔”将造成用于数据或控制信息传输的RE资源的减少，引起PDSCH信道BLER性能的恶化。
下面我们通过考察不同的站址间距下，基站不同功率等级对系统性能的影响。
仿真条件见表3-8。表3-8 基本仿真条件
仿真结果以46dBm，ISD＝500m的小区用户平均吞吐量和边缘用户吞吐量分别归一显示，分别如图3-15和图3-16所示。图3-15 小区用户平均吞吐量变化图图3-16 小区用户边缘吞吐量变化图
从仿真结果上的系统容量的两个指标——小区用户的平均吞吐量（如图3-15所示）和边缘用户吞吐量（如图3-16所示）可以看到：在市区场景下（ISD＝500m），随着基站功率的提升小区平均吞吐量容量变化不明显；但在郊区场景下（ISD＝1732m），随着基站功率幅度提升，用户平均容量提高幅度为6％～8％。对于边缘用户吞吐量，郊区场景下的提升效果更加明显。
由小区信道质量计算公式：
可以看出，除了用户有用信号，信道质量还取决于接收机噪声N和小区间干扰水平∑I。0intercell
当市区环境下，小区区域面积小，邻区干扰功率的路径损耗小，此时∑I会处于比较高的水平，有N远小于∑I，也就是说，intercell0intercell系统容量主要受限于小区间干扰。此时有：
由于TD-LTE系统下行均采用固定功率发射，此时提高基站功率水平，会同时而且同比地提高C和∑I，实际上就是信道质量并没iintercell有改善。同理，对于密集市区，基站功率提升也不会改善小区容量。
而在郊区环境下，情况有所不同。由于小区区域面积大，邻区干扰功率的路径损耗大，同理于以上分析，有N大于∑I，也就是0intercell说，系统容量主要受限于接收机底噪，此时有：
此时基站功率的提高，会改善C而不会提高N，因此会带来信道i0质量的改善，也就带来小区容量的提升。
不过，当基站功率提高之后，∑I也会同比提高，当提高到intercellN不可忽略的水平后，N大于∑I不再成立，此时提高基站功00intercell率，容量提升的效果会大打折扣。
依上述分析，在孤立单小区的部署场景中，基站功率提升会改善小区容量。
进一步扩展来说，LTE中的干扰协调技术是否能够取得显著的性能增益与上下行是否采用功率控制技术直接相关。
在采用下行功控时，服务小区内某个边缘UE受到的下行同频干扰，与干扰基站对其小区内使用相同频带的UE的发射功率大小相关。如果该UE属于中心用户，则干扰基站对其发射功率小，因此被干扰用户受到的同频干扰也小；如果该UE属于边缘用户，则干扰基站对其发射功率大，因此被干扰用户受到的同频干扰也大，在这种情况下，采用下行干扰协调技术，通过信令指示告知干扰基站降低该频带上的发射功率，则获得一定的性能增益。否则，下行不采用功控，基站对其小区内所有频带都以相同的功率发射，某一频带分配给中心用户和边缘用户调度时基站在该频带内的发射功率一样，因此上述情况中的服务小区边缘UE受到的下行同频干扰不变，此时通过干扰协调指示某频带的发射功率是没有意义的。
LTE下行不采用功率控制技术，因此下行干扰协调的的性能增益并不明显；而LTE上行采用了功率控制技术，UE的发射功率和UE在小区的位置相关，采用干扰协调技术的性能增益明显。同时干扰协调的性能增益也间接地影响了系统的容量，尤其是小区边缘用户的吞吐量。
3.1.2.3 多天线技术对容量的影响
1．多天线技术选项
天线技术也对系统容量有直接影响，单流的波束赋形技术给用户的SINR 带来增益，而对于小区中信道质量优良的用户，如果使用MIMO的多流传输，能够明显地提高其容量。
MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道，传输信息流经过空时编码形成N个信息子流，这N个信息子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而未增加带宽。若各发射、接收天线间的信道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立的传输信息，数据传输速率必然可以提高。MIMO将多径无线信道的发射、接收视为一个整体进行优化，从而可实现很高的通信容量和频谱利用率。
MIMO的方案有如下几种：发射分集（Tx diversity）、空间复用（SDM）、智能天线波束赋形（Beamforming）。
发射分集是一种单流的发射方案，一般来说发送分集要求发送使用多根天线进行发送一个编码的多个数据流，要求多根发送天线之间具有低的相关性，不对接收端的天线数目和相关性进行要求。LTE规范中支持的发射分集方案有2天线发射分集的SFBC和4天线发射分集的SFBC＋FSTD。
空间复用（SDM）是一种双流的发射方案，要求在发送端的不同天线上发送多个编码的数据流，并要求接收天线数大于或者等于发送天线数。空间复用类型还分有闭环基于预编码的空间复用和开环空间复用。
波束赋形技术利用信号的空间方向特性，可实现空间滤波和空分复用。智能天线波束赋形利用小间距天线间的相关性。为了有效地工作，同时考虑到复杂性，智能天线的阵元数通常为M＝8，也有M＝4，而且天线间距为0.5波长。
TD-LTE系统中波束赋形的基本流程如下所述。
首先需要得到上行信道估计，获取下行的空间信道估计。
终端天线（天线数为U）发射导频符号，基站（天线数目为M）从接收到的信号中提取导频符号进行信道估计，得到上行的空间信道。根据TDD的对称性得到下行的空间信道H＝。其中，的维数为M×U，H的维数为U×M。
根据信道的相关矩阵计算权值R，并对R进行特征值分解。*
R＝H*H，维数为M×M。进行特征值分解：R＝VΛV，其中Λ为R的特征值，假设Λ的特征值是按降序排列的，V为对应的特征值的特征矢量。
在基站完成波束赋形权值的计算。取最大的特征值对应的特征矢量V，则该用户的波束赋形的加权矢量为F＝V，F的维数为M×1。11
基站根据CQI调度，对用户数据进行自适应调制（AMC），然后经过波束赋形加权合并后发送。
上述流程只是介绍发射单流的情况，单流波束赋形可以提高系统链路性能，特别是边缘性能。智能天线还可以支持多流和SDMA。多流的波束赋形可以提高用户的峰值速率，对满足未来移动通信系统的要求非常重要；SDMA在同样的时频资源上复用多用户，可以有效提高系统容量，特别是在高负荷场景下。
智能天线主要包括以下优点：
①赋形增益，提高系统覆盖；
②降低小区间干扰，提高系统频谱效率和边缘用户吞吐量；
③能够提高链路性能和用户QoS；
④能够自适应地在不同的场景下利用单流波束赋形、单用户波束赋形＋MIMO、多用户MIMO，更加灵活，可提高成本效率；
⑤能够用于定位，更简化实现小区间干扰协调。
2．多天线技术对容量的影响
下面我们通过一系列仿真结果来分析一下多天线技术对系统容量的影响。
对于上行，我们选择如表3-9所示的天线配置。表3-9 上行仿真天线配置
通过仿真结果可以得出如图3-17所示的结果，其中上行1T×2R、1T×4R均对1T×8R的小区用户平均吞吐量进行归一处理。
由图3-17可以看到，通过增加基站接收天线数目，上行可以获得更好的系统容量性能。无论是用户平均吞吐量，还是边缘用户的容量，都能得到明显的提升。TD-LTE系统由于UE功率限制以及邻小区同频干扰的因素，而且也由于目前不支持MIMO技术，上行容量以及上行链路的频谱效率一直都低于下行信道。对于这一瓶颈，考虑到基站接收单元成本相对较低，增加基站接收天线不失为一项有效的提升上行容量的手段。图3-17 上行不同天线配置吞吐量变化图
对于下行，我们选择如表3-10所示的天线配置。表3-10 下行仿真天线配置
根据上述配置进行仿真，其中下行2天线各配置的结果如图3-18所示，对预编码SDM小区用户平均吞吐量结果进行归一处理。8天线各配置的结果如图3-19所示，对预编码SDM&波束赋形小区用户平均吞吐量结果进行归一处理。图3-18 下行2天线不同模式配置吞吐量变化图图3-19 下行8天线不同模式配置吞吐量变化图
从图3-18和图3-19的结果可以比较MIMO双流与单流技术的容量性能。MIMO双流可以提高系统的频谱效率，改善用户平均容量性能。但是，对于边缘用户的容量，单流的发送分集或者波束赋形反而比双流MIMO要好。这是由于：MIMO双流技术是将功率分配到各个流，本质上是通过降低每个流的信噪比来获得更多的可用资源（2×2双流的每个流的平均信噪比1×1低3dB，4×4四流的平均信噪比则要下降6dB）。在实际的蜂窝系统中，由于终端距离基站的远近不同，离归属基站近的中心用户接收到的有用信号强度大，受到的邻区干扰小，SINR相对比较高，MIMO的使用有助于这部分用户有效提高频率效率和容量。不过，对于边缘用户而言，由于信噪比本身比较低，MIMO的使用反而容易降低边缘用户的容量，反而是单流技术更适合边缘用户。
从图3-18和图3-19还可以看到，采用天线单双流自适应技术，在信号质量较好的用户采用闭环SDM双流来提高用户的吞吐量；对于信道质量较差的部分地段的用户，采用波束赋形技术的消除干扰，改善用户的信道质量。由此自适应技术集合了单双流技术的优势，即由于闭环SDM双流技术的采用，中心区域用户吞吐量得到了提高，单流波束赋形技术的采用，提高了边缘部分用户的吞吐量。由此使得整体的频谱效率都得到了改善，其效果优于单纯采用上述两种技术的效果。
通过图3-20可以看出，增加基站发射天线数目可以有效地提升下行容量性能。相同技术选项下，8天线的容量相对于2天线容量，提升了80％以上。尤其是针对边缘用户吞吐量，采用8天线无疑是最经济有效的吞吐量提升办法。图3-20 下行2、8天线不同模式配置吞吐量对比变化图
3.1.2.4 射频因素对容量的影响
关于不同的频率复用系数下基站功率对系统容量的影响，基于站址间距ISD＝500m的假设，通过系统仿真得到如图3-21和图3-22所示的数据结果，其中不同频率复用系数的结果分别对功率等级46dBm的结果进行归一处理。
从仿真结果上的系统容量的两个指标——小区用户的平均吞吐量（如图3-21所示）和边缘用户吞吐量（如图3-22所示）可以看到，当站址间距ISD＝500m时，无论在频率复用系数为1和3，基站功率提升，容量变化很不明显。由于此时站间址距较近，当频率复用系数为1，同频小区相邻，邻区干扰功率的路径损耗小，此时干扰远大于噪底，所以即使提高基站功率水平，也会同时而且同比地提高有用信号功率和干扰功率，因此实际上不会改善小区容量。图3-21 下行不同频率复用系数小区用户平均吞吐量变化图图3-22 下行不同频率复用系数边缘用户吞吐量变化图
当频率复用系数为3时，虽然同频小区数目减少，但部分小区站址距离仍很近，此时相对于噪底来说，邻区干扰功率水平仍然不能忽略，此时基站功率的提高，也不会带来小区容量的提升。
这个结论给我们的启示是，对于小区面积较小的多小区网络，依靠增大基站功率来提高容量是不可行的。另一方面，出于小区覆盖控制的目的来降低一定的发射功率，未必会带来容量的损失。3.1.3 覆盖和容量的评价指标
1．TD-LTE协议指标
根据标准协议规定，TD-LTE可以测量到如下指标，供系统评测使用。
参考信号的RSRP（Reference Signal Received Power），参考信号接收功率。即对于小区，在需要考虑的测量频带上，承载小区专用参考信号的RE的功率贡献（单位：W）的线性平均值，为UE测量值。如UE使用接收分集，则上报的测量值应等效于所有分集支路功率值的线性平均。
参考信号的RSRQ（Reference Signal Received Quality），参考信号接收质量，为N×RSRP/（E-UTRA Carrier RSSI），其中N为E-UTRA Carrier RSSI测量带宽中的RB个数。
接收干扰功率（Received Interference Power），包括热噪声在内的所有上行RB带宽内的干扰功率。如上行使用接收分集，则上报的测量值应等效于所有分集支路功率值的线性平均。
热噪声（Thermal noise power），上行热噪声。包含了上行系统带宽提供的所有RB内的热噪声。由N×W计算得到。式中，N为上行00载波的白噪声功率谱密度，，为上行系统带宽。如上行使用接收分集，则上报的测量值应等效于所有分集支路功率值的线性平均。
2．补充评价指标
从TD-SCDMA系统开始对典型业务分别制定了需求目标。例如CS64k业务，其速率目标是固定的，最后计算得到的解调门限也是固定的，再由确定的解调门限通过链路预算的方式，获得系统的覆盖半径。而对于TD-LTE系统，全 PS域的数据传输需求，导致覆盖目标的定义比较多样，可以选择采用如下覆盖目标。（1）边缘用户速率目标
在对TD-LTE覆盖规划时，可以为边缘用户指定速率目标，即在覆盖区域的边缘，要求用户的数据业务满足某一特定速率的要求，例如64kbit/s、128kbit/s；甚至根据某些场景下的业务需要，可以提出512kbit/s或1Mbit/s更高的速率目标。只要不超过TD-LTE系统的实际峰值速率，TD-LTE系统通过系统资源的分配与配置就能满足用户不同的业务速率目标要求。（2）边缘用户频谱效率
频谱效率定义为，通过一定距离传输的信息量与所用的频谱空间和有效传输时间之比。相对于用户的速率目标，频谱效率单位化了用户的传输时间资源和频率资源，也就是说，覆盖规划中不考虑系统资源中的时隙比例和用户带宽的差异。以频谱效率为覆盖目标，可根据时隙比例和系统资源分配算法机制，将频谱效率指标转换为边缘用户的速率指标，然后再通过用户的速率目标来规划覆盖。（3）边缘用户调制编码方式
TD-LTE系统支持多种调制方式，包括QPSK和16QAM，对于中心覆盖区域的用户，更好地提高链路质量，TD-LTE还能支持64QAM的调制方式，同时还支持不同的编码速率。调制编码方式及编码速率也可以作为覆盖规划设计的目标。因为调整调制编码方式与编码速率与用户频谱效率直接对应，调制编码方式的等级决定了用户频谱效率的等级，同时也就体现了覆盖区域的用户速率等级。调制编码方式不同，解调门限也不相同，进而直接影响接收机灵敏度要求，对覆盖范围有直接影响。
3．实验网评价指标
无线网络建设要求指标：（1）覆盖指标
宏站：覆盖率满足RSRP＞−110dBm的概率大于90％；
室内覆盖：覆盖率满足RSRP＞−105dBm的概率大于90％。（2）小区吞吐量
在同频组网，实际用户占用50％网络资源的条件下：
单小区平均吞吐量达到20Mbit/s/5Mbit/s（下行/上行）。（3）边缘速率
空载时，小区边缘用户可达到1Mbit/s/250kbit/s（下行/上行）；
负载50％时，小区边缘用户可达500kbit/s/150kbit/s（下行/上行）；
可接入率：无线覆盖区90％位置内，99％的时间移动台可接入网络；
块差错率目标值：数据业务为10％。（4）性能指标
在同频组网，实际用户占用50％网络资源的条件下：
无线接通率：基本目标大于95％；挑战目标大于97％；
掉线率：基本目标小于4％；挑战目标小于2％；
系统内切换成功率：基本目标大于95％；挑战目标大于97％。3.1.4 覆盖和容量提升方法
通过前面的分析，我们可以得到如图3-23所示的结论，即覆盖性能和容量性能都可以通过改善功率和其他重要无线资源的分配方式，得到预期的效果。并且在一定条件下，我们可以以功率为媒界，通过牺牲部分覆盖性能来改善容量性能，反之亦然。图3-23 覆盖、容量、质量关系图
采取措施提升TD-LTE覆盖能力，这些措施包括：
①采用TTI bundling，IRC技术增强上行接收效果，提升上行覆盖；
②采用8天线配置，多天线接收可改善上行覆盖能力，8天线可实现下行波束赋形，增强下行高速业务的覆盖能力；
③采用小区间干扰协调的ICIC方式，改善小区干扰环境，提升覆盖能力。
TD-LTE应采用高性能的天线技术，提升系统容量，包括：（1）采用多天线发射分集方式，提高系统调度能力
采用发射分集方式，相对于单天线端口的发送方式，可提高PDCCH的传输质量，信道由此可以采用较高的编码率，因此用户的PDCCH可减少聚合空间，采用较少的CCE资源即可承载调度信令传输，实际上增加了对用户的调度能力。（2）采用波束赋形方式，提高边缘用户吞吐速率
TD-LTE容量受限于小区间的同频干扰，边缘用户速率损失最大，采用波束赋形技术可增强边缘用户信道接收，提升速率。（3）采用自适应方式，灵活采用天线传输模式，提高扇区速率
TD-LTE扇区边缘信道质量差，可采用波束赋形方式提升速率；中心区域用户信道质量好，可采用空间复用方式，采用双流传输，提高速率。自适应切换天线传输模式，可以根据用户信道状况，选择最合适的传输方式，实际上是提升了扇区的吞吐速率。（4）TD-LTE网络规划结合同频组网与异频组网的方式，提升扇区容量
TD-LTE初期规划于局部地区进行热点覆盖，采用同频组网方式，可保证扇区的频谱效率。后期需要规模组网，需要在扇区边缘采用异频组网方式，改善边缘干扰环境，即保证覆盖区域的频谱效率，由此保证了边缘用户的基本速率要求。（5）利用扩充载频采用分层组网，提升区域容量
增加载频是扇区提升容量的最直接措施，在完成连续覆盖的区域，采用分层覆盖方式，在业务高发的区域补充载频，提升网络的容量，扩充用户规模。（6）采用小区间干扰协调（ICIC）算法，优化区域容量
TD-LTE容量受限于小区间的同频干扰，小区间干扰协调算法可改善扇区内的干扰环境，实际上是改善信道质量，对扇区的容量提升有直接的改善。表3-11 容量提升技术手段
解决系统内同频干扰问题是LTE大规模同频组网的关键。LTE组网中，存在区域内宏区、街道站、室内、热点等不同层的网络布局，也存在网络初期发展到中长期的网络规模变化。解决系统内干扰的策略也需要兼顾到这两个方面。
解决系统内同频干扰的基本策略如下：
①大规模组网时做好小区ID的规划，既要考虑网络分层布局，也要考虑网络规模发展规划；
②分层组网形式会引入正交覆盖的干扰关系，应采用异频组网形式部署，避免各层网络之间不可协调的同频干扰；
③自适应采用多天线传输模式，利用波束赋形提高边缘用户抗干扰性能；
④为边缘用户的控制信道配置足够的聚合空间，保证边缘网络地带的调度能力；
⑤采用小区间干扰协调技术，优化网络的信道状况，改善业务信道频谱效率；
⑥优化调度算法和无线资源管理算法，均衡网络负荷。
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