LTE FDD链路预算及覆盖估算方法研究
摘要：链路预算是移动通信网络规划和设计过程中的重要环节。链路预算通过对链路中的增益、余量与损耗进行核算，计算空中链路的最大允许路径损耗，从而结合传播模型确定小区覆盖范围及站间距。本文结合LTE FDD系统的特点对其链路预算参数进行分析，并着重研究了LTE FDD系统的链路预算方法，并根据链路预算介绍小区覆盖半径和单站覆盖面积的方法。本文给出的方法可用于LTE FDD网络规划和设计。 关键词：LTE FDD；链路预算；传播模型；基站半径；最大允许路径损耗
中图分类号：TN929.533 文献标识码：A
On LTE FDD Link Budget and Coverage Estimation
Abstract: Link budget is an important section in wireless communication network planning and designing. By accumulating the gains, margains and losses of the radio link, link budget gives the maximum allowed path loss(MAPL) as the result. With the MAPL and propagation model, engineers can calculate the radius of the site, the sites spacing and coverage area of the site. The system characteristics of LTE FDD and its link budget parameters are analysed in this paper. The link budget method of LTE FDD system is the most important part of this paper. The methods given in this paper can be used to calculate the radius, sites radius and coverage area per site, and subsequently help the planning and designing of LTE FDD network. Key words: LTE FDD; Link budget; Propagation model; Sites radius; Maximum allowed path loss 1
引言
目前，3G网络在全球范围内已经完全成熟，全球信息科技领域的飞速发展带动了人们对更高业务带宽的需求，从而推动目前的移动通信网络向更高带宽的新技术体制演进，于是催生了长期演进（Long Term Evolution，LTE）。LTE协议定义了1.4M、3M、5M、10M和20M共6种带宽，在20MHz的无线带宽支持下行100Mbps/上行50Mbps的传输速率。目前LTE的产业链，从网络设备到终端设备，已经成熟并实现商用，移动通信运营商也在积极进行LTE技术试验。
对于移动通信网络运营商，链路预算的准确性关系到LTE网络的覆盖质量和网络建设成本，因此，LTE FDD网络链路预算和覆盖估算是LTE FDD网络部署过程中既复杂又关键的问题。 2
LTE FDD网络覆盖估算方法
LTE网络的覆盖估算主要包括需求分析、链路预算、单站覆盖面积三个部分，其中需求分析部分的主要指标包括目标业务速率、业务质量及通信概率要求；链路预算部分则是根据需求分析的结果，结合不同的参数和场景计算出无线信号在空中传播时最大允许路径损耗（Maximum Allowed Path Loss，MAPL），并根据相应的传播模型估算出小区的覆盖半径；单站覆盖面积的计算是基于链路预算所得出的小区覆盖半径估算出每个eNodeB的覆盖面积，从而可以得到规划区域内所需要的eNodeB数量。全向站和三扇区站的拓扑结构示意图及单站覆盖面积公式如图1所示。
图 1 小区拓扑结构及单站覆盖面积计算
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LTE FDD链路预算
链路预算是通信系统用来评估网络覆盖的主要手段。链路预算通过对搜集到的发射机和接收机之间的设备参数、系统参数及各种余量进行处理，得到满足系统性能要求时允许的最大允许路径损耗。利用链路预算得出的最大路径损耗和相应的传播模型可以计算出特定区域下的覆盖半径，从而初步估算出网络规模。
计算用户设备（User Equipment，UE）和eNodeB天线之间的最大允许路径损耗是链路预算最关键的步骤，其计算方法如下：
MAPL = 发端EIRP – 最小接收信号电平 + 其他增益 – 其他损耗 – 其他余量 图2和图3分别给出了LTE FDD系统下行和上行链路预算的模型。
图 2 LTE FDD下行链路预算模型
图 3 LTE FDD上行链路预算模型
3.1 LTE FDD链路预算参数
按照上述的链路预算模型，本文将链路预算参数分为系统参数、发射端相关参数、接收端相关参数和增益损耗余量参数等4个部分，下面分别对每个部分所包含的参数进行介绍。 3.1.1
系统参数
系统参数主要包含工作频段、工作带宽、双工模式、覆盖场景等参数。 -
工作频段：LTE FDD协议支持700MHz到2.6GHz的频段，采用FDD双工模式，本文的计算实例使用2.6GHz频段。 -
工作带宽：LTE FDD支持1.4M、3M、5M、10M和20M共6种带宽。LTE FDD使用OFDMA多址方
式，其子载波带宽为15KHz，每12个连续的子载波组成一个资源块（Resourse Block，RB），表1给出了LTE FDD各种带宽下对应额RB数量和子载波数量。图4为5MHz系统带宽下无线信道结构图。其中活动资源块表示已经分配给用户，用于数据传送的资源块。
表 1 LTE FDD系统带宽、RB数量、子载波数量 系统带宽(MHz) RB数量 子载波数量 传输带宽(MHz) 1.4 3 5 10 15 20 6 15 25 50 75 100 72 180 300 600 900 1200 1.08 2.7 4.5 9 13.5 18
图 4 系统带宽为5MHz时无线信道结构
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覆盖场景：网络规划中常考虑4种典型的场景，分别对应典型的信道模型。场景的设置将影响计算小区半径时使用的传播模型公式，同时也影响如基站天线高度及穿透损耗等的参数取值。不同的信道模型将采用不同的解调门限，从而得到不同的小区半径。各种场景对应的信道模型如表2所示。
表 2 各种覆盖场景对应的信道模型 场景 信道模型 移动速度 密集城区 城区 郊区 农村 3.1.2
发射端相关参数
ETU 3 ETU 30 ETU 60 EVA 120 3km/h 30km/h 60km/h 120km/h 发射端相关参数用于计算发射端有效全向辐射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP），主要包括天馈参数、发射功率、增益、损耗。发射端EIRP的计算方法如下：
发端EIRP = 最大发射功率 + 增益 – 损耗 -
天馈参数：主要包括波瓣宽度、增益、挂高等，需要针对特定的频段、覆盖场景和要求选择合适的天线增益和高度，对于3扇区站点通常选择65度波瓣角天线。表3给出了天线增益及高度的取值参考。
表 3 天线增益及高度的取值参考 eNB天线增益 eNB天线高度 900MHz及以下 1500MHz及以上 25m 15dBi 18dBi 25m 35m 40m 1.5m UE天线高度 场景 密集城区 城区 郊区 农村 -
发射功率：对于LTE FDD系统，eNodeB发射功率一般去每通道20W，即43dBm，UE最大发射功率定义为200mW，即23dBm。
LTE_FDD链路预算及覆盖估算方法
