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【摘要】 随着LTE网络建设的快速发展，高效、精确的部署进行LTE网络规划和网络性能分析的需求越来越强烈。本文首先简要介绍了LTE无线网络规划流程，然后从需求分析、传播模型测试和矫正、规模估算、网络仿真、站点勘测、频率规划等六个步骤分别介绍了LTE规划过程。最后，性能指标和性能指标影响因素两个方面对网络性能进行了分析。
【关键字】 LTE无线网络 网络规划 性能分析
随着互联网的发展及其应用的普及，无线业务的需求越来越大，现有的2G、3G网络已经无法满足日益增长的需求，第三代合作伙伴计划（3GPP）长期演进技术（LTE）以其强大的业务承受能力、高效的系统资源利用方式、低廉的网络建设和营运成本、灵活的网络部署模式成为各大主流运营商的技术首选。
一、LTE无线网络规划流程
LTE无线网络规划为了实现覆盖、容量、服务质量、设备利用率和经济性之间的平衡，需要经过网络测试阶段、试商用阶段和商用阶段三个阶段，主要包括以下几个主要流程：网络规划数据准备、无线网络建模、站址选择、参数规划、系统仿真等。
二、LTE网络规划步骤
在LTE系统中，空中接口采用了正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）、高级编码调制方式（AMC）、混合自动重传（HARQ）等先进的无线链路技术，并通过动态调度、小区间干扰消除技术（ICIC）、功率控制等无线资源管理算法提高空口资源配置的效率和灵活性。就LTE的网络设计来说，上述无线技术虽然提高了网络性能，但是同时也增大了系统分析的复杂程度。要实现高效、可靠的LTE网络覆盖规划方案，需要通过系统化的理论、仿真、测试等过程对系统的技术特征做全面的研究和分析。LTE网络与2G、3G网络相比，在影响网络覆盖性能的核心因素方面有着根本性的区别，所以传统的覆盖规划及链路预算思路和方案是无法满足LTE实际建网的需求的。
LTE网络规划主要的步骤如下：
1）需求分析。为了给网络规划提供规划依据，首先要根据运营商的要求，通过充分了解规划区的地物、地貌，并研究话务量的分布，对规划区的覆盖区域划分、以及与之相对应的用户密度分布方案进行确定，然后要对业务区域划分方案、容量目标、质量目标进行确定。
2）传播模型测试和矫正。无线传播模型可以帮助设计者了解预选的站址在实际环境下的传播效果，通过仿真软件可以预测出所规划的系统的各种性能指标，方便设计者进行矫正。这个步骤是移动通信网络建设的重要步骤。与2G/3G相比，此步骤的基本过程没有实质性的区别。
3）规模估算。规模估计要给出的是预测的基站数量和配置。通常需要从覆盖和容量两个方面综合考虑。第一步是通过结合无线链路预算和传播模型，得到每种待规划业务的覆盖半径，再由待覆盖面积计算所需的站点数目；第二步是根据语音和数据业务的等效处理模型，同时结合各自的业务模型，将各种业务折合成某种虚拟的等效业务，从而得出为满足目标容量所需的站点数目。其中，覆盖规划和容量规划是网络估算过程中的关键。覆盖规划流程如图1所示，容量规划的流程如图2所示。
LTE容量规划因为受影响的因素太多了，所以不能利用公式进行计算，传统的Cambell、Erlang方法变得不再适用。通过仿真和实测经验，可以得到各种不同情况下的吞吐量，在进行实际规划时，再根据规划地的实际情况，可以通过查表确定LTE的容量。
4）网络仿真。对于规划结果需要进行进一步的确认和分析，评估预规划阶段的基站数目和相应配置的无线性能，对此可以通过网络规划仿真工具来实现。仿真工具可以有效的模拟现实网络的性能，对规模估计结果进行验证，并通过调整实现规划优化，同时仿真报告对后期的网络建设和优化可以起到指导作用。
5）站点勘测。进行仿真模拟后，就需要对规划的站址进行现场勘测，在工具设计结果的基础上，结合具体的无线环境选择合适的建筑物作为最终的实施站址，以满足实际的覆盖需求。选站过程也是一个不断优化调整的过程，选站过程获得的结果可以重新返回仿真工具，进行预测调整，直到最终选择到满足要求的站点。
6）频率规划。LTE的主要工作频段是2300～2400MHz，2570～2620MHz。3GPP规范定义了6种信道带宽：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。根据不同的覆盖目标和需求，可采用异频组网和同频组网的方式。其中，异频组网的频率规划方式适用于频率资源丰富或频带不连续的情况，该方式系统干扰较小、调度算法复杂度低、实现简单、建网速度快、覆盖能力强。
总的来说，LTE的网络规划流程主要包括需求分析、覆盖和容量设计、站点选择、规划仿真、报告撰写五大部分。其中，覆盖和容量设计是整个规划流程的核心环节。
三、LTE无线性能分析
3.1 LTE无线性能指标
移动通信系统的无线网络性能主要是用容量、性能和覆盖三个指标来描述的，它们之间又相互影响、相互制约。对于LTE系统来说，其核心要素是吞吐量。这是因为可以用吞吐量的不同值来描述容量、性能和覆盖。所以，对于LTE网络性能的优化，需要通过无线环境优化、参数优化、信令分析等手段围绕吞吐量来实现。
第一，小区吞吐量。在LTE系统中，不同的业务类型的带宽需求差异较大，就算是统一业务类型，因为无线环境和QoS要求不同，吞吐量也会有较大的差异。所以为了能够更加准确和直观的描述信道容量，选用小区内业务总体吞吐量比较合理。影响小区容量的因素包括有宽带、邻区负荷、MIMO模式、站间距及调度方式等。第二，单用户下行峰值吞吐量。在理想条件下，单用户所能达到的最大数据速率为系统峰值吞吐量。影响峰值吞吐量的因素包括有小区信道参数配置、系统负荷、终端级别和MIMO模式等。对于FDD系统而言，可以采用开销分析法来计算物理层吞吐量，不过这种计算方法由于缺少对无线环境的考虑，所以精确度不够。采用MCS和PRS信息来计算峰值吞吐量，同时还要考虑终端特性，这是因为如果终端不能支持最大TBS，那么上下行峰值吞吐量会受到限制。另外，上下行方向上选择TBS和PRB时，还要考虑有效码率的限制。只有综合考虑对于峰值吞吐量的计算才会更精确和合理。第三，边缘吞吐量。3GPP规定，小区边缘吞吐量定义为用户吞吐量累计分布5%所对应的值，LTE的设计目标是保证上/下行边缘吞吐量能够为R6 HSPA的2-3倍。小区边缘频谱效率是吞吐量最低的5%用户的吞吐量总和与系统带宽之间的比值。调度机制和QoS机制影响小区边缘频谱效率的改善程度，如果小区边缘用户的优先级越高，那么他们获得的吞吐量也就越高，同时小区边缘频谱效率的改善程度也就越高。 3.2 LTE无线性能指标影响因素
3.2.1容量（小区吞吐量）影响因素
对于数据业务来说，用来衡量小区容量的指标是小区服务用户数以及总体吞吐量。在实际情况中，收到负荷和干扰的影响，小区的容量会远小于理论峰值吞吐量。影响小区容量和性能的主要因素有：小区中的激活用户数、邻区上下行话务、不同PRB上的外部干扰、支持GBR业务的用户数、处理器能力、每个TTI中上下行调度的UE数目、每个UE包括路径消耗、SINR、RSRP和RSRQ的无线路径状况，以及下行PDCCH使用的符号数和上行PDCCH分配的PRB数目等。
3.2.2性能（峰值吞吐量）影响因素
LTE系统中，影响单用户峰值吞吐量的因素包括有：系统带宽，LTE支持1.4MHz到20MHz之间的多种频带宽度，带宽越大，峰值吞吐量也就越高；控制信道开销，LTE系统存在多种类型的控制信道，不同信道开销会影响TBS和MCS，从而影响到峰值吞吐量；无线环境，不同的SINR条件下，用户获得的MCS也不同，每个符号代表的比特数和对应的传输块大小也有所区别，从而会对系统容量造成较大影响；MIMO模式，分集、复用、波束赋形等MIMO模式可以提升系统容量或可靠性，所以不能用来分析和研究LTE峰值吞吐量，这是应该采用双流MIMO模式（即TM3）。
3.2.3覆盖（边缘吞吐量）影响因素
边缘吞吐量和覆盖之间的关系通常存在随着边缘吞吐量的提高，上行最大链路损耗越小的规律。也就是说，随着边缘速率的提高，上行覆盖距离会减小，而对于下行覆盖不存在。这是由于吞吐量与所分配的PRB数目相关，上行功率只在所分配的PRB上进行分配，而下行功率在全频段范围上进行分配，因此上行用户所占用的RB个数对覆盖的影响相对较大，而下行用户相反。链路预算是从边缘吞吐量入手来分析覆盖和链路损耗需求，得到满足边缘吞吐量要求的站间距等信息。所以可以得出，边缘吞吐量也会受到链路预算的各个因素的影响，其中包括SINR，即RB上有用信号功率与噪声和干扰之和的比值，不同边缘吞吐量所需的MCS不同，而MCS和码率增长也会影响SINR增长，反过来亦然；接收灵敏度，上下行方向上，边缘吞吐量要求越高，接收灵敏度越低。边缘吞吐量要求不同，用户所分配的带宽对接收灵敏度的影响也不同；TBS和MCS选择方式，其中例如，MCS越低，调制阶数越小，解调所需的SINR越低，接收灵敏度也就越高，所提供的覆盖就越好；干扰，通常采用干扰余量来表示，指在有干扰和没有干扰的情况下所接收到的信号之间的关系，而LTE系统中小区内不存在干扰，小区负荷只受邻区的影响，小区负荷增加会使得干扰余量增加，从而会影响小区容量；不同边缘吞吐量要求与负荷和覆盖半径之间的关系，一般来说，相同的负荷条件下，小区覆盖半径越大，则所获得的边缘吞吐量越低，另一方面同样，覆盖半径固定的情况下，负荷越大，边缘吞吐量也越低。
参 考 文 献
[1]赵训威，林辉.3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M].人民邮电出版社， 2010
[2]陈书贞，张旋，王玉镇，等.LTE关键技术与无线性能[M].北京：机械工业出版社（第1版），2012
[3] Erik Dahlman.4G移动通信技术权威指南：LTE 与 LTE-Advanced[M].北京：人民邮电出版社，2012
[4]刘泉.LTE无线网络规划[J].湖北：信息通信，2011 （6）
【关键字】 LTE无线网络 网络规划 性能分析
随着互联网的发展及其应用的普及，无线业务的需求越来越大，现有的2G、3G网络已经无法满足日益增长的需求，第三代合作伙伴计划（3GPP）长期演进技术（LTE）以其强大的业务承受能力、高效的系统资源利用方式、低廉的网络建设和营运成本、灵活的网络部署模式成为各大主流运营商的技术首选。
一、LTE无线网络规划流程
LTE无线网络规划为了实现覆盖、容量、服务质量、设备利用率和经济性之间的平衡，需要经过网络测试阶段、试商用阶段和商用阶段三个阶段，主要包括以下几个主要流程：网络规划数据准备、无线网络建模、站址选择、参数规划、系统仿真等。
二、LTE网络规划步骤
在LTE系统中，空中接口采用了正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）、高级编码调制方式（AMC）、混合自动重传（HARQ）等先进的无线链路技术，并通过动态调度、小区间干扰消除技术（ICIC）、功率控制等无线资源管理算法提高空口资源配置的效率和灵活性。就LTE的网络设计来说，上述无线技术虽然提高了网络性能，但是同时也增大了系统分析的复杂程度。要实现高效、可靠的LTE网络覆盖规划方案，需要通过系统化的理论、仿真、测试等过程对系统的技术特征做全面的研究和分析。LTE网络与2G、3G网络相比，在影响网络覆盖性能的核心因素方面有着根本性的区别，所以传统的覆盖规划及链路预算思路和方案是无法满足LTE实际建网的需求的。
LTE网络规划主要的步骤如下：
1）需求分析。为了给网络规划提供规划依据，首先要根据运营商的要求，通过充分了解规划区的地物、地貌，并研究话务量的分布，对规划区的覆盖区域划分、以及与之相对应的用户密度分布方案进行确定，然后要对业务区域划分方案、容量目标、质量目标进行确定。
2）传播模型测试和矫正。无线传播模型可以帮助设计者了解预选的站址在实际环境下的传播效果，通过仿真软件可以预测出所规划的系统的各种性能指标，方便设计者进行矫正。这个步骤是移动通信网络建设的重要步骤。与2G/3G相比，此步骤的基本过程没有实质性的区别。
3）规模估算。规模估计要给出的是预测的基站数量和配置。通常需要从覆盖和容量两个方面综合考虑。第一步是通过结合无线链路预算和传播模型，得到每种待规划业务的覆盖半径，再由待覆盖面积计算所需的站点数目；第二步是根据语音和数据业务的等效处理模型，同时结合各自的业务模型，将各种业务折合成某种虚拟的等效业务，从而得出为满足目标容量所需的站点数目。其中，覆盖规划和容量规划是网络估算过程中的关键。覆盖规划流程如图1所示，容量规划的流程如图2所示。
LTE容量规划因为受影响的因素太多了，所以不能利用公式进行计算，传统的Cambell、Erlang方法变得不再适用。通过仿真和实测经验，可以得到各种不同情况下的吞吐量，在进行实际规划时，再根据规划地的实际情况，可以通过查表确定LTE的容量。
4）网络仿真。对于规划结果需要进行进一步的确认和分析，评估预规划阶段的基站数目和相应配置的无线性能，对此可以通过网络规划仿真工具来实现。仿真工具可以有效的模拟现实网络的性能，对规模估计结果进行验证，并通过调整实现规划优化，同时仿真报告对后期的网络建设和优化可以起到指导作用。
5）站点勘测。进行仿真模拟后，就需要对规划的站址进行现场勘测，在工具设计结果的基础上，结合具体的无线环境选择合适的建筑物作为最终的实施站址，以满足实际的覆盖需求。选站过程也是一个不断优化调整的过程，选站过程获得的结果可以重新返回仿真工具，进行预测调整，直到最终选择到满足要求的站点。
6）频率规划。LTE的主要工作频段是2300～2400MHz，2570～2620MHz。3GPP规范定义了6种信道带宽：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。根据不同的覆盖目标和需求，可采用异频组网和同频组网的方式。其中，异频组网的频率规划方式适用于频率资源丰富或频带不连续的情况，该方式系统干扰较小、调度算法复杂度低、实现简单、建网速度快、覆盖能力强。
总的来说，LTE的网络规划流程主要包括需求分析、覆盖和容量设计、站点选择、规划仿真、报告撰写五大部分。其中，覆盖和容量设计是整个规划流程的核心环节。
三、LTE无线性能分析
3.1 LTE无线性能指标
移动通信系统的无线网络性能主要是用容量、性能和覆盖三个指标来描述的，它们之间又相互影响、相互制约。对于LTE系统来说，其核心要素是吞吐量。这是因为可以用吞吐量的不同值来描述容量、性能和覆盖。所以，对于LTE网络性能的优化，需要通过无线环境优化、参数优化、信令分析等手段围绕吞吐量来实现。
第一，小区吞吐量。在LTE系统中，不同的业务类型的带宽需求差异较大，就算是统一业务类型，因为无线环境和QoS要求不同，吞吐量也会有较大的差异。所以为了能够更加准确和直观的描述信道容量，选用小区内业务总体吞吐量比较合理。影响小区容量的因素包括有宽带、邻区负荷、MIMO模式、站间距及调度方式等。第二，单用户下行峰值吞吐量。在理想条件下，单用户所能达到的最大数据速率为系统峰值吞吐量。影响峰值吞吐量的因素包括有小区信道参数配置、系统负荷、终端级别和MIMO模式等。对于FDD系统而言，可以采用开销分析法来计算物理层吞吐量，不过这种计算方法由于缺少对无线环境的考虑，所以精确度不够。采用MCS和PRS信息来计算峰值吞吐量，同时还要考虑终端特性，这是因为如果终端不能支持最大TBS，那么上下行峰值吞吐量会受到限制。另外，上下行方向上选择TBS和PRB时，还要考虑有效码率的限制。只有综合考虑对于峰值吞吐量的计算才会更精确和合理。第三，边缘吞吐量。3GPP规定，小区边缘吞吐量定义为用户吞吐量累计分布5%所对应的值，LTE的设计目标是保证上/下行边缘吞吐量能够为R6 HSPA的2-3倍。小区边缘频谱效率是吞吐量最低的5%用户的吞吐量总和与系统带宽之间的比值。调度机制和QoS机制影响小区边缘频谱效率的改善程度，如果小区边缘用户的优先级越高，那么他们获得的吞吐量也就越高，同时小区边缘频谱效率的改善程度也就越高。 3.2 LTE无线性能指标影响因素
3.2.1容量（小区吞吐量）影响因素
对于数据业务来说，用来衡量小区容量的指标是小区服务用户数以及总体吞吐量。在实际情况中，收到负荷和干扰的影响，小区的容量会远小于理论峰值吞吐量。影响小区容量和性能的主要因素有：小区中的激活用户数、邻区上下行话务、不同PRB上的外部干扰、支持GBR业务的用户数、处理器能力、每个TTI中上下行调度的UE数目、每个UE包括路径消耗、SINR、RSRP和RSRQ的无线路径状况，以及下行PDCCH使用的符号数和上行PDCCH分配的PRB数目等。
3.2.2性能（峰值吞吐量）影响因素
LTE系统中，影响单用户峰值吞吐量的因素包括有：系统带宽，LTE支持1.4MHz到20MHz之间的多种频带宽度，带宽越大，峰值吞吐量也就越高；控制信道开销，LTE系统存在多种类型的控制信道，不同信道开销会影响TBS和MCS，从而影响到峰值吞吐量；无线环境，不同的SINR条件下，用户获得的MCS也不同，每个符号代表的比特数和对应的传输块大小也有所区别，从而会对系统容量造成较大影响；MIMO模式，分集、复用、波束赋形等MIMO模式可以提升系统容量或可靠性，所以不能用来分析和研究LTE峰值吞吐量，这是应该采用双流MIMO模式（即TM3）。
3.2.3覆盖（边缘吞吐量）影响因素
边缘吞吐量和覆盖之间的关系通常存在随着边缘吞吐量的提高，上行最大链路损耗越小的规律。也就是说，随着边缘速率的提高，上行覆盖距离会减小，而对于下行覆盖不存在。这是由于吞吐量与所分配的PRB数目相关，上行功率只在所分配的PRB上进行分配，而下行功率在全频段范围上进行分配，因此上行用户所占用的RB个数对覆盖的影响相对较大，而下行用户相反。链路预算是从边缘吞吐量入手来分析覆盖和链路损耗需求，得到满足边缘吞吐量要求的站间距等信息。所以可以得出，边缘吞吐量也会受到链路预算的各个因素的影响，其中包括SINR，即RB上有用信号功率与噪声和干扰之和的比值，不同边缘吞吐量所需的MCS不同，而MCS和码率增长也会影响SINR增长，反过来亦然；接收灵敏度，上下行方向上，边缘吞吐量要求越高，接收灵敏度越低。边缘吞吐量要求不同，用户所分配的带宽对接收灵敏度的影响也不同；TBS和MCS选择方式，其中例如，MCS越低，调制阶数越小，解调所需的SINR越低，接收灵敏度也就越高，所提供的覆盖就越好；干扰，通常采用干扰余量来表示，指在有干扰和没有干扰的情况下所接收到的信号之间的关系，而LTE系统中小区内不存在干扰，小区负荷只受邻区的影响，小区负荷增加会使得干扰余量增加，从而会影响小区容量；不同边缘吞吐量要求与负荷和覆盖半径之间的关系，一般来说，相同的负荷条件下，小区覆盖半径越大，则所获得的边缘吞吐量越低，另一方面同样，覆盖半径固定的情况下，负荷越大，边缘吞吐量也越低。
参 考 文 献
[1]赵训威，林辉.3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M].人民邮电出版社， 2010
[2]陈书贞，张旋，王玉镇，等.LTE关键技术与无线性能[M].北京：机械工业出版社（第1版），2012
[3] Erik Dahlman.4G移动通信技术权威指南：LTE 与 LTE-Advanced[M].北京：人民邮电出版社，2012
[4]刘泉.LTE无线网络规划[J].湖北：信息通信，2011 （6）