隨著無線業務需求的不斷增長，目前的2G、3G網絡承載能力日趨飽和，為了應對移動網絡的不斷凸顯的供需矛盾，第三代合作伙伴計劃(3GPP)長期演進技術(LTE)逐步從理論走向現實。強大的業務承載能力、高效的系統資源利用方式、低廉的網絡建設和運營成本、靈活的網絡部署模式使LTE越來越受到各主流運營商的青睞。
LTE系統標準化的不斷成熟有效地推動了相關產業。從目前來看，3GPP 在Release-8的相關工作已經凍結，在此基礎上各設備商已經展開了LTE產品的研發工作，同時各類實驗局的部署和測試也在有序的進行之中。從整個產業來看，雖然LTE產品的研發取得了實質性的進展，但是LTE系統的高度復雜性和靈活性帶來了各種不確定性，因此業界對于LTE系統特征、建網思路、優化策略尚處于初級的摸索階段。就LTE網絡規劃而言，系統性理論體系及應用方案的缺失成為LTE能夠高效、精確部署的主要技術障礙。
在LTE系統中，空中接口采用了正交頻分復用(OFDM)、多輸入多輸出(MIMO)、高級編碼調制方式(AMC)、混合自動重傳(HARQ)等先進的無線鏈路技術，并通過動態調度、小區間干擾消除技術(ICIC)、功率控制等無線資源管理算法提高空口資源配置的效率和靈活性[2-3]。從LTE的網絡設計來看，上述無線技術在提升網絡性能的同時，也大大增加了系統分析的復雜度。要實現高效、可靠的LTE網絡覆蓋規劃方案，需要通過系統化的理論、仿真、測試等，從而對系統的技術特征進行全面的研究和分析。與2G、3G網絡相比，LTE網絡在資源共享方式、系統干擾特征等影響網絡覆蓋性能的核心因素方面有著根本性的不同，傳統的覆蓋規劃及鏈路預算思路和方案已遠不能滿足LTE實際建網的需要[4]。鑒于上述原因，對于LTE系統的覆蓋規劃，需要分析和總結網絡建設的潛在需求，剖析LTE系統的技術和網絡特征，總結出適合LTE網絡建設的覆蓋規劃體系和方案，并不斷完善。另外，增強頻譜效率是提升LTE競爭力的核心內容之一，因此它和頻組網下的LTE系統網絡設計是文章關注的重點。
1 LTE網規流程及覆蓋規劃策略
總體來看，頻分雙工(FDD) LTE的網絡規劃流程和2G、3G規劃流程基本保持一致，包含需求收集和分析、覆蓋和容量設計、站點選擇、規劃仿真、報告撰寫五大部分。其中，覆蓋和容量設計是整個網絡規劃的核心要素，需要根據用戶的具體需求，結合對網絡特征的深入分析，對網絡規模進行全面估算。文章主要對LTE系統的覆蓋規劃方法進行分析。
FDD LTE系統覆蓋規劃的主要目標是基于實際的小區邊緣覆蓋需求，在一定的系統參數設置下，估算基站能夠實現的覆蓋距離，從而得到網絡規模需求。根據應用場景和實際的規劃需求，FDD LTE系統的覆蓋規劃策略一般主要分為3類：
基于上行邊緣速率要求的網絡規模估算
第1種策略主要應用于只限制了上行邊緣速率的覆蓋需求。基于上行速率，在一定的鏈路預算參數輸入下，計算出上行的覆蓋半徑；并根據得到的上行覆蓋半徑預測下行可實現的邊緣速率；
基于下行邊緣速率要求的網絡規模估算
第2種策略主要應用于只限制了下行邊緣速率的覆蓋需求。基于下行速率，在一定的鏈路預算參數輸入下，計算出下行的覆蓋半徑；并根據得到的下行覆蓋半徑預測上行可實現的邊緣速率；
基于上行和下行邊緣速率要求的規模估算
第3種策略主要應用于同時限制了上下行邊緣速率的覆蓋需求。基于上下行速率，在一定的鏈路預算參數輸入下，分別計算出上下行的覆蓋半徑；并通過比較即可得到受限的覆蓋半徑。
在實際的網絡規劃中，需要根據不同的具體需求和應用場景選取合適的覆蓋規劃策略，靈活應對網絡規劃中出現的問題。
2 LTE上行覆蓋規劃關鍵技術
要解決LTE覆蓋規劃的問題，關鍵在于如何根據上行或下行的邊緣業務速率要求得到相應的覆蓋范圍。對于一些特殊的場景或業務，還要考慮控制信道的相關覆蓋性能。文章主要討論業務信道受限場景下的覆蓋規劃問題。在給定的業務速率需求下，需要從LTE的鏈路及系統兩個主要方面對網絡的技術特征進行深入的分析和總結。
對于LTE上行覆蓋規劃技術的研究，主要包含兩個方面：系統級研究和鏈路級研究。由于LTE系統上行引入了基于單載波-頻分多址(SC-FDMA)的多址接入方式，小區內的用戶之間互相正交，干擾主要來自于鄰小區的激活用戶，上行功率控制策略的選擇直接影響小區間的干擾模式及干擾強度[5-6]。在LTE上行覆蓋設計中，干擾余量作為網絡規劃的核心依據之一，直接取決于功率控制方法、應用場景等因素，并需要通過系統級仿真對不同環境下的干擾進行深入的研究，為上行覆蓋規劃提供較為貼近實際應用的參考設置。
根據建網側重點的不同，上行干擾特征會受到功率控制策略等方面因素的主導。對于LTE系統，上行干擾特征最直接的衡量就是平均干擾抬升(IOT)。因此上行IOT的分布特征取決于實際的應用場景及上行功率控制參數。LTE上行功率控制分為開環功控和閉環功控。一般情況下，系統的開環功控基本決定了系統的干擾模式，閉環功控主要用在實際的網絡運行中根據業務及干擾的變化對系統參數進行適當的調整。具體來看，開環功率控制主要通過對功控參數P 0和α的確立來滿足特定的網絡設計需求，不同的參數集合會帶來不同的網絡覆蓋和容量特征。為滿足實際規劃的需求，需要在不同的應用場景下對上述參數進行深入的研究和分析，總結出滿足特定要求的參數，同時在相應的參數設置下研究系統的干擾特征，即平均IOT，并分析相應的上行干擾余量。基于上述分析，不同的參數會帶來差異化的系統性能指標及干擾特征，在實際的規劃過程中要根據實際情況進行合適的選擇，如圖1所示。
在LTE系統的建網初期，網絡設計主要關注的是覆蓋。根據上述討論，在以覆蓋準則為導向的規劃設計中，可以設計相應的功控參數來滿足覆蓋的最大化（降低干擾），由于網絡負載的設計目標各不相同，需考慮不同負載下的網絡干擾水平，以此作為覆蓋規劃的參考依據，如圖2所示。
在鏈路研究方面，該設計主要考慮的是給定數據速率下用戶帶寬的優化配置。對于特定的邊緣數據速率需求，可以通過給用戶分配不同的帶寬來實現，但同時會帶來不同的覆蓋性能。通過對信道容量的研究及鏈路級仿真結果系統性的全面分析，在給定的數據速率要求下，對配置帶寬的優化可以增強業務的覆蓋性能。該設計是根據鏈路仿真及實際系統測試中對鏈路性能的分析，從終端功率使用效率出發，對特定的業務速率、不同用戶帶寬分配下的性能進行深入的分析。在此基礎上，不同的業務速率需求，可以得到優化的上行占用帶寬，實現較好的覆蓋性能，如圖3所示。
以上分別從系統及鏈路兩個方面確定了上行鏈路預算的核心內容：干擾余量及上行發射帶寬（與之對應的調制編碼格式及目標信號與干擾噪聲比由鏈路仿真給出）。在此基礎上可以根據傳統的鏈路預算、計算方法計算出給定邊緣數據速率下的上行最大允許路徑損耗(MAPL)。
3 LTE下行覆蓋規劃關鍵技術
與上行類似，下行覆蓋規劃設計包含系統及鏈路兩個方面的研究，其中鏈路技術的研究主要是通過不同鏈路設置，如調制編碼格式(MCS)、帶寬等下的鏈路仿真，分析不同信道環境、業務速率對鏈路質量（載干比）的需求，以此作為覆蓋規劃的依據；系統級的研究方面，主要是依托系統仿真，對覆蓋區域中不同位置的接收信號強度、干擾強度、干擾余量、載干比等在不同應用場景及覆蓋范圍下進行深入的仿真分析：一方面研究傳統的基于干擾余量的鏈路預算方案的局限性，另一方面，建立在信號與干擾之間的紐帶，對現有的覆蓋規劃思路作進一步改進。
LTE下行干擾情況受到組網方式（干擾協調方式）、系統負載等因素的影響，并且隨著小區半徑的變化而變化。同時，鏈路預算中的關鍵參量干擾余量也隨之變化，如圖4所示。由于干擾余量與小區半徑的強相關特性，傳統的基于給定干擾余量計算小區半徑的思路已不再適用于現行情況，需要重新尋找相對比較穩定的中間參數來分析。
經過大量的系統分析，幾何因子(GF, GF=本鄰小區信干擾之比)以其獨到的特性為下行鏈路預算提供了一個理想的橋梁。在滿負載(100%)全同頻組網(Frequency Reuse Factor=1)的情況下，通過對不同小區半徑下的幾何因子累積分布函數(CDF)可以看出：在不同的覆蓋半徑下，幾何因子的分布幾乎重合（如圖5所示），該特征為LTE下行鏈路預算提供了一個穩定的中間參數。
在網絡設計中，一般選取95%的區域覆蓋所對應的幾何因子作為覆蓋規劃的參考依據，在全同頻組網、滿負載條件下，如圖6中仿真結果，幾何因子為3 dB。實際組網中的設計目標不同，因此需要考慮不同系統負載下幾何因子的差異性，并以此作為相應負載條件下的參考取值，通過利用幾何因子，在下行覆蓋分析中，可以在干擾噪聲比(SINR)間建立起明確的數學關系。具體來看，在實際的鏈路預算中，根據特定的需求確定下行邊緣所需要的SINR，并在此基礎上計算出邊緣所需的最低接收信號強度，根據基站的發射功率，可以計算得出MAPL（如公式1—3）。
其中SINRrequire是目標信干燥比，Srequire是接收端需要的最小接收功率，P為基站發射功率，sh_margin為陰影余量，Loss為包括饋線損耗在內的所有設備損耗，Gain為包含天增增益在內的所有設備增益。
4 結束語
LTE的開放性及靈活性給網絡設計帶來了極大的挑戰，從整個業界來看，對于LTE實際組網的研究處于初步的探索階段。文章通過對LTE網絡規劃流程和需求的理解，結合覆蓋規劃中關鍵技術分析及對系統特征的深入研究，一方面給給出了LTE覆蓋在不同需求下的規劃思路，為商業需求到技術需求的轉化提供了明確的指導；另一方面，提出LTE系統上下行鏈路預算的整體技術思路、關鍵參數的取值分析及應用方法，為LTE實際網絡的設計奠定了初步的理論基礎和應用指導。