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中国移动福建公司在TD-LTE扩大规模试验中不断探索TD-LTE技术的客观规律，承担着“探路者”的角色，尤其在无线网络规划和优化方面深入分析，为后续城市规模组网提供经验。本文通过对不同站间距(一般城区/密集城区)和不同网络负载(空载/50%模拟加载/100%模拟加载)场景设置不同传输模式(TM2/TM3/TM7)，研究中低速率移动(30Km/h)时无线网络的性能差异，总结适合不同站间距场景的传输模式(TM)设置，以及针对传输模式(TM)的参数优化建议。
传输模式(TM)原理
LTE R8定义了7种传输模式(TM)，现网主要使用其中3种：
TM2：单码字发射分集。采用空频块码(SFBC,Space FrequencyBlockCode)进行空频编码，同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送，具有分集增益。适合于小区边缘信道复杂，干扰较大的情况，有时候也用于高速的情况;
TM3：双码字开环空间复用或单码字发射分集。开环空间复用(SDM,SpaceDivisionMultiplex)是双流传输，终端不反馈信道信息，发射端根据预定义的信道信息来确定发射信号，采用大时延循环时延分集(CDD,CyclicDelayDiversity)，主要用于信道质量较好的场景，如小区中心，以提升空口传输效率;
TM7：单流波束赋形或发射分集。基于用户的专用波束赋形(Beamforming，也叫Port5模式)，发射端利用上行信号来估计下行信道的特征，在下行信号发送时，每根天线上乘以相应的特征权值，使其天线阵发射信号具有波束赋形效果，主要用于信道环境较差的场景，如小区边缘区域，能够有效对抗干扰。
TM2模式仅包含发射分集(SFBC)，TM3模式内包含开环空间复用(SDM)和发射分集(SFBC)，TM7模式内包含基于用户的波束赋形(Port5)和发射分集(SFBC)，而TM2/3/7模式间自适应包含以上3种传输模式。
单小区不同传输模式(TM)对比
单小区不同传输模式对比测试主要目的是考察在空扰、50%和100%加扰场景下，TM2、TM3、TM7、TM2/3/7模式间自适应四种传输模式的性能优劣，特别是TM3和TM7的性能对比，并为后续全网场景参数优化给出参考。
单小区空扰场景，平均SINR接近20db，整体信道环境良好，平均下行吞吐量对比结果：模式间自适应=TM3>TM7>TM2。信道环境良好，模式间自适应多处于TM3(SDM)，因此两者下行吞吐量相当;TM7(Port5)在小区边缘的波束赋形增益使其平均吞吐量优于TM2(SFBC)。模式间自适应87.13%采样点选择TM3(SDM)。
单小区空扰场景，业务信道受限，拉远距离：模式间自适应=TM7>TM2=TM3。TM3在540米之后，性能比TM7差，此时SINR为15db，TM7(Port5)对应的速率为19.2Mbps，对应的MCS为19.5，频谱效率介于CQI10和CQI11之间。
信道环境较好的条件下，即小区中心附近区域，TM3的性能好于TM2和TM7;信道环境较差的条件下，即在小区边缘区域，TM7的性能好于TM3和TM2。
单小区50%加扰场景，平均SINR大于13db，整体信道环境较好，平均下行吞吐量对比结果：模式间自适应>TM3=TM7>TM2。信道环境较差时，TM3和TM7的性能优劣取决于无线环境的恶劣程度，此处两者性能相当，但均优于TM2(SFBC)。相比于空扰场景，50%加扰场景模式间自适应中TM3(SDM)的采样点比例下降24%。
单小区50%加扰场景，业务信道受限，拉远距离：模式间自适应=TM7>TM2=TM3，差距不明显。TM3在400米之后，性能比TM7差，此时SINR为13.2db，TM7(Port5)对应的速率为17.7Mbps，对应的MCS为20，频谱效率介于CQI10和CQI11之间。
相比于空扰场景的540米分界点，由于50%加扰导致无线环境恶化，TM3与TM7性能分界点提前。原因分析：加扰导致TM3(SDM)的性能恶化较快，原先频谱效率较高的采样点，在空扰场景下，TM3(SDM)性能要好于TM7(Port5)，但是50%加扰场景下，采用TM7(Port5)模式所获得的性能增益要高于用TM3(SDM)模式。
单小区100%加扰场景下，平均SINR 6db，无线环境整体较差，平均下行吞吐量对比结果：模式自适应>TM7>TM3=TM2。信道环境恶劣时，TM7(Port5)相对于TM2(SFBC)有明显的性能增益，因此TM7的性能要好于TM3和TM2，而TM3中由于包含了TM2(SFBC)，所以TM3和TM2之间的差距较小。相比于50%加扰场景，100%加扰场景模式间自适应中TM3(SDM)的采样点比例更少，仅为50%，TM7(Port5)和TM2(SFBC)采样点增幅较大。
单小区100%加扰场景，业务信道受限，拉远距离：模式间自适应=TM7>TM2>TM3，差距不明显。TM3在300米之后，性能比TM7差，此时SINR为12db，TM7(Port5)对应的速率为16.7Mbps，对应的MCS为20.5，频谱效率为CQI11。
相比于50%加扰场景的400米分界点，由于100%加扰导致无线环境进一步恶化，TM3与TM7性能分界点更加提前。原因如50%加扰场景分析所述：信道环境恶劣时，采用TM7(Port5)模式所获得的性能增益要高于用TM3(SDM)模式。
不同站间距场景TM优化
场景优化主要目的是针对不同站间距场景，分析测试不同传输模式切换门限参数配置的性能，总结出参数配置应用建议。
优化场景主要选择密集城区(站间距200-300米)以及一般城区(站间距400-600米)两种站型的网络作为参数优化测试的区域。
TM2/3/7模式间自适应算法主要根据频谱效率为门限进行模式切换，频谱效率与业务信道(PDSCH)质量相关，信道质量指示(CQI)与频谱效率的对应关系协议已有规定，信道质量指示(CQI)和MCS的对应关系3GPP提案也有给出，各个厂家基本一致。模式切换直接根据终端侧的CQI触发。
目前，基站对于终端上报的CQI并不能完全信任，需要参考前几次CQI上报值和BLER进行统计修正。主要原因：第一，CQI并不直接表征业务信道(PDSCH)的信道质量，是根据接收到的公共参考信号信干比(CRS SINR)进行计算上报，在50%加扰情况下，公共参考信号质量近似业务信道质量。第二，协议没有定义公共参考信号信干比(CRS SINR)与信道质量指示(CQI)的对应关系，不同终端的算法实现不统一。第三，不同终端由于接收机灵敏度的不同，所测量得到的公共参考信号信干比(CRS SINR)也不完全相同。
不同的网络负荷会影响传输模式切换门限的频谱效率，进而影响传输模式的切换。实际商用网络中，网络的负荷是随着用户数的变化而变化的，而模式切换参数配置是静态的，不可能针对不同网络负荷，进行动态调整。考虑到50%加扰场景与真实网络拟合度较高，因此以50%加扰场景作为参数优化对象。
对于TM2/3/7模式间自适应而言，TM3(SDM)和TM7(Port5)是TM2/3/7的主要应用模式，TM2(SFBC)是两者之间的过渡模式。本次场景优化主要核心是针对TM3(SDM)和TM7(Port5)的门限切换参数进行优化。
考虑实际网络环境，以50%加扰场景为参考，优选TM2/3/7模式间自适应作为传输模式。TM2/3/7模式间自适应的下行吞吐量增益最明显，TM2性能最差，TM3和TM7的性能优劣取决于无线环境，如果小区干扰较小，TM3(SDM)比例高，则TM3性能优于TM7;反之，TM7性能优于TM3。随着干扰的增加，不同传输模式下行平均吞吐量都呈下降趋势，TM2/3/7模式间自适应的下行平均吞吐量相对最高，TM3下行平均吞吐量降幅最大，TM7下行平均吞吐量降幅最小。
通过测试，建议一般城区的TM3/TM7模式间切换门限设置为CQI10/CQI12;密集城区由于干扰较大，建议TM3/TM7切换门限设置为CQI11/CQI13，提升TM7(Port5)的比例，提高下行吞吐量。
创新卡片
·创新主体：福建移动无线网络优化中心
·焦点：通过网优提升TD-LTE(D频段)传输性能。
·创新出发点：通过对不同站间距(一般城区/密集城区)和不同网络负载(空载/50%模拟加载/100%模拟加载)场景设置不同传输模式(TM2/TM3/TM7)，研究中低速率移动(30Km/h)时无线网络的性能差异，总结适合不同站间距场景的传输模式(TM)设置，以及针对传输模式(TM)的参数优化建议。
·推广空间：通过中国移动福建公司在TD-LTE扩大规模试验中不断探索，为后续城市规模组网提供经验。
作者：王希 赵飞龙 来源：通信产业报
