TDD系统链路预算与覆盖范围优化

链路预算计算的目标是估计不同比特率的变化范围。我们已经在第9章中对如何计算LTE链路预算进行了详细描述。这里，我们主要描述TDD和FDD模式中链路预算的区别。这些区别主要与有限的UE最大传输功率有关，下面我们将重点介绍UL链路预算。

TDDUE无法进行连续传输，因为在下行链路接收期间，传输必须停止。这样，UE将需要使用高带宽和低功率密度进行传输，以得到与FDD系统类似的比特率。使用低功率密度是因为UE发射机最大功率总值是有限的，而不是指每Hz上的功率。

举个简单的例子，如果下行链路、上行链路份额之比是3∶2，由于我们需要5/2倍于TDDUL的传输带宽，因而UE传输功率密度降低了10×lg10（2/5）=-4dB。另一种思路是当与基站的距离固定时，最大可达FDD比特率约是TDD系统中UE最大传输功率的2.5倍。需要注意的是，对于DL来说，当eNodeB中的功率放大器尺寸可以根据系统带宽进行调整时，可假定FDD和TDD模式的功率密度相同。

因此，从UL覆盖范围的角度来看，由于连续传输的存在，FDD系统确实比TDD系统更具优势。同时，TDD系统的覆盖范围也面临着挑战，因为TDD频谱通常位于高频（如2.3GHz或2.5GHz）处。图12-17给出了郊区传播环境中的蜂窝覆盖范围比较。在低频处，最佳覆盖范围可通过使用FDD系统来实现。LTE900 FDD的蜂窝覆盖范围是LTE2500 TDD的4倍（蜂窝区域是LTE2500 TDD的16倍），LTE2500 FDD的覆盖范围是LTE2500 TDD的80%。采用的数据速率是64kbit/s，蜂窝覆盖范围采用Okumura-Hata传播模型，室内穿透损耗为18dB，基站天线高度为50m，校正因子为-5dB。对于LTE最大覆盖范围来说，LTE TDD在高频处的部署可以于LTE FDD在低频处的部署结合起来。

图12-17 数据速率为64kbit/s时的LTE FDD和TDD系统的上行链路蜂窝覆盖范围

12.6.2.1 覆盖范围中的MCS选择和UE传输带宽

对于特定目标比特率来说，不同MCS和传输带宽组合具有不同的覆盖范围和不同的频谱效率。根据香农信息论^[5]，我们知道，如果给定传输总功率限制条件，当物理层频谱效率（SE）＜1bit/s/Hz时，我们可以最大限度地提高覆盖范围，且当物理层频谱效率（SE）＞1bit/s/Hz时，我们可以增加带宽。由于调整带宽不会影响到SE，但增加MCS会对SE产生影响，链路应当使用能够使得SE能够达到1bit/s/Hz的MCS方案（因为LTE QPSK2/3能够实现该目标）。这样，可以对带宽进行调整，以实现所需的、具有最佳覆盖范围的比特率。

图12-18给出了该过程的一个实例。处于蜂窝边缘的UE，根据可用发射功率和所需的SINR，来选择MCS QPSK3/4和传输带宽。参考文献[6]给出了TDD和FDD UE的曲线和相关假设。由图12-18可知，当UE向NodeB移动时，路径衰耗降低，且链路增益可用于提高U传输带宽。随着传输带宽的增加，UE的比特率也增加。当达到UE目标比特率时，且如果UE路径损耗进一步降低，则我们在保持目标比特率不变的前提下，可以提高MCS编码速率，并降低带宽以提高频率效率（SE）。在某一点上，可以实现最大MCS编码速率，且只有在该点处，我们开始降低UE发射总功率。在距离eNodeB 300m的下行链路中，TDD系统支持2Mbit/s，而当FDD系统的目标比特率为2Mbit/s时，它实现的覆盖范围可增加到400m（与eNodeB之间的距离）。关于UE发射功率交互、MCS和传输带宽的详细信息，参见第9章。

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图12-18 在FDD和TDD上行链路中，目标比特率为2Mbit/s时的覆盖范围和所需的物理资源块数。在覆盖范围有限的区域内，采用的MCS通常是QPSK3/4

12.6.2.2 低比特率的覆盖范围

当数据比特率降低时，报头和CRC的相对开销将会减小。由此产生的结果是，即使在FDD模式中，通过使用非常窄的带宽和编码速率低的MCS，来调度UE解决覆盖范围问题也是不可行的。数据比特率为64kbit/s的一个实例见表12-3。由表可知，在TDD 3DL/2UL配置方案中，由于开销过大，上行链路的UE带宽仅增加了1.6倍，且对应的发射功率损耗为2dB，而不是上面例子中所给出的4dB，且没有将开销考虑在内。

表12-3 在TDD和FDD中，当数据比特率为64kbit/s时，所需的UE传输带宽

在低比特率的情况下，一种用于降低开销的方法是使用TTI集束，我们已经在12.3.3节中对其进行了描述。当TTI集束可用时，给定时间限度内的最大重传次数增加。使用这种方法，我们可以选择更为积极的MCS方案，这样就降低了协议报头和CRC的相对开销。由于TDD中的ULTTI数降低，来自于TTI集束的潜在链路预算改进方案的重要性不如FDD。见表12-4，对于3DL/2UL配置方案中的VoIP业务来说，当我们将50ms内的VoIP分组传输数目由5个提高到8个时，链路预算就改进了2dB。需要注意的是，在TDD模式中，来自于TTI集束的链路预算增益与2DL/3UL和3DL/2UL配置方案相同。

表12-4 使用TTI集束和不使用TTI集束时，TDD和FDD所需的SINR。假定UE的传输带宽为360kHz（2个PRB）

最后，当系统远离基站，且工作在非常低的UL比特率时，控制信道的覆盖范围也会成为一个限制因素。目前，已经为TDD设计了控制信道，这样如果选择了ACK/NACK集束模式，则TDD和FDD所需的接收机灵敏度非常类似。