基于FAD天線的TD-LTE與TD-SCDMA協(xié)同優(yōu)化方法研究

史東， 鄧也， 古莉姍， 儲(chǔ)劉慶

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

基于FAD天線的TD-LTE與TD-SCDMA協(xié)同優(yōu)化方法研究

史東， 鄧也， 古莉姍， 儲(chǔ)劉慶

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

2013年中國移動(dòng)面臨著全網(wǎng)20萬站點(diǎn)的建設(shè)規(guī)模，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化面臨很大壓力。本文針對(duì)TD-LTE與TD-SCDMA共FAD智能天線場(chǎng)景提出了智能天線廣播波束成形方法，采用獨(dú)立的廣播波束成形參數(shù)，降低兩系統(tǒng)的RF耦合度，最終做到兩系統(tǒng)獨(dú)立優(yōu)化，最后給出兩系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方法與流程。

TD-LTE；FAD智能天線；RF耦合度；協(xié)同優(yōu)化

1 引言

TD-LTE作為我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新成果，成為新一代移動(dòng)通信(4G)國際標(biāo)準(zhǔn)。中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司在政府部門的支持下啟動(dòng)TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)，不斷推動(dòng)TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈走向成熟。2013年是TD-LTE的商用元年，中國移動(dòng)面臨著全網(wǎng)20萬站點(diǎn)的建設(shè)規(guī)模，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化面臨很大壓力。

經(jīng)過試驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證，TD-LTE由于采用ICIC等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)同頻組網(wǎng)。對(duì)于TD-LTE采用D頻段建設(shè)時(shí)，在相同無線環(huán)境下其覆蓋半徑小于TD-SCDMA系統(tǒng)。在目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)D頻段TD-LTE連續(xù)覆蓋會(huì)出現(xiàn)以下幾種建設(shè)情況[1]。

（1）新建TD-LTE基站：包括與GSM共址基站和新址新建基站。

（2）TD-LTE與TD-SCDMA共址基站：天面資源充足時(shí)，新建D頻段TD-LTE天線。天面資源緊張時(shí)，TD-LTE與TD-SCDMA合路共用FAD寬頻智能天線。

TD-LTE與TD-SCDMA合路共用FAD寬頻智能天線時(shí)，同小區(qū)的TD-SCDMA和TD-LTE系統(tǒng)覆蓋區(qū)域可能存在差別，或者鑒于TD-LTE由于重疊覆蓋度、弱覆蓋等原因需要調(diào)整其覆蓋區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)兩系統(tǒng)覆蓋區(qū)域不同導(dǎo)致協(xié)同優(yōu)化問題。對(duì)于這種情況，網(wǎng)優(yōu)人員一般會(huì)采用折中方法通過調(diào)整FAD天線物理參數(shù)平衡兩網(wǎng)的覆蓋效果，但是兩網(wǎng)的覆蓋效果都不能做到最優(yōu)。出現(xiàn)該問題的關(guān)鍵原因在于TD-LTE與TD-SCDMA系統(tǒng)廣播波束方向圖為固定值，且覆蓋區(qū)域重疊。

智能天線作為一種多陣元系統(tǒng)，無論是廣播波束還是業(yè)務(wù)波束都是多陣元激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的疊加結(jié)果。因此，可以通過調(diào)整其各陣元的激勵(lì)，來使天線波束方向圖形狀變?yōu)橹付úㄊ螤?，即?shí)現(xiàn)所謂波束成形，在業(yè)務(wù)波束能用，廣播波束同樣適用。

本文主要通過分析智能天線波束成形原理，論證TD-LTE與TD-SCDMA通過不同的廣播波束成形權(quán)值實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)水平方向圖獨(dú)立可調(diào)的可行性，最后提出基于獨(dú)立廣播波束成形技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法。

2 智能天線波束成形原理

圖1 智能天線陣元波束接收

如圖1所示，智能天線中的第m陣元接收到的電磁波信號(hào)為[2]：

式中， am是第m陣元上電磁波信號(hào)的復(fù)振幅，Δdm是第m陣元相對(duì)第0號(hào)陣元的距離差。經(jīng)過權(quán)值加權(quán)后，N陣元智能天線的輸出信號(hào)為：

式中， Km是陣列的權(quán)值?？紤]平板智能天線，假設(shè)各陣元加權(quán)系數(shù)為：

其中Δx為陣元間距。則N陣元智能天線的輸出信號(hào)為：

由式（4）可知，多陣元智能天線輸出的電磁波信號(hào)是幅值A(chǔ)m和相位的信號(hào)，通過最優(yōu)化迭代方法可以獲取在θ為一定值時(shí)S信號(hào)最強(qiáng)的陣元加權(quán)系數(shù)，即幅值A(chǔ)m和相位。該理論同樣適用于廣播波束成形和業(yè)務(wù)波束成形。如圖2所示。

圖2 TD-LTE與TD-SCDMA廣播波束成形

對(duì)于TD-LTE和TD-SCDMA共用FAD天線且覆蓋區(qū)域需要獨(dú)自調(diào)整的時(shí)候，可以通過給TD-LTE和TD-SCDMA系統(tǒng)的廣播信道分別賦予不同的智能天線陣元權(quán)值，使TD-LTE和TD-SCDMA系統(tǒng)廣播信道覆蓋區(qū)域不同且獨(dú)立設(shè)定，這樣可以起到降低兩系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化的難度。

3 廣播信道賦形對(duì)于業(yè)務(wù)信道影響

智能天線在A、D頻段0°業(yè)務(wù)波束增益較60°業(yè)務(wù)波束增益優(yōu)3dB，即在小區(qū)智能天線法線方向業(yè)務(wù)信道覆蓋性能優(yōu)于小區(qū)智能天線60°夾角方向覆蓋性能。廣播波束半功率角為65°，所以在廣播波束覆蓋范圍內(nèi)，業(yè)務(wù)信道性能相差小于3 dB。如表1所示。

可以論證：在共FAD智能天線場(chǎng)景下，TD-LTE、TD-SCDMA系統(tǒng)廣播波束調(diào)整范圍在±30°時(shí)，業(yè)務(wù)信道性能下降不超過3 dB。

如表2所示，在單用戶邊緣速率達(dá)到1 Mbit/s即小區(qū)邊緣吞吐率達(dá)到5 Mbit/s條件下，TD-LTE業(yè)務(wù)信道最大允許路徑損耗優(yōu)于CRS公共參考信號(hào)4.8 dB。在調(diào)整TD-LTE廣播波束覆蓋方向在±30°以內(nèi)時(shí)，業(yè)務(wù)信道性能下降3 dB，小于4.8 dB，所以能夠保證TD-LTE小區(qū)邊緣性能。

表1 FAD智能天線指標(biāo)參數(shù)[3]

表2 TD-LTE鏈路預(yù)算[4]

由此可以論證：在共FAD智能天線場(chǎng)景下，TDLTE廣播波束調(diào)整范圍在±30°時(shí)，能夠保證TDLTE邊緣速率大于4 Mbit/s，滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標(biāo)要求。所以在協(xié)同優(yōu)化時(shí)，可以優(yōu)先考慮調(diào)整TDLTE廣播波束，然后再考慮與TD-SCDMA協(xié)同優(yōu)化。

4 協(xié)同優(yōu)化方法

TD-SCDMA經(jīng)過6期建設(shè)和優(yōu)化，已承載大量話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，網(wǎng)絡(luò)性能已相對(duì)比較穩(wěn)定。所以在優(yōu)化TD-LTE與TD-SCDMA共FAD智能天線的場(chǎng)景，優(yōu)先優(yōu)化調(diào)整TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，維持TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)一般情況下存在7～9個(gè)信號(hào)，多的時(shí)候可能有12～13個(gè)（其中有3～4個(gè)是主頻點(diǎn)的干擾信號(hào)），對(duì)于同頻組網(wǎng)的TD-LTE而言，每增加1個(gè)重疊小區(qū)，速率惡化20%～40%左右，加擾比空擾的影響更嚴(yán)重。所以TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目標(biāo)為最小化TD-LTE重疊覆蓋度，降低小區(qū)間干擾。

TD-LTE D頻段同頻組網(wǎng)分簇優(yōu)化流程如圖3所示。

圖3 TD-LTE與TD-SCDMA覆蓋協(xié)同優(yōu)化

具體優(yōu)化步驟如下：

（1）在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)全部開通或者局部地區(qū)的基站已經(jīng)形成成簇連續(xù)覆蓋之后，首先對(duì)需要覆蓋的區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)路測(cè)、掃頻測(cè)試。

（2）分析測(cè)試數(shù)據(jù)，定位TD-LTE覆蓋問題區(qū)域：重疊覆蓋度高、弱覆蓋、越區(qū)覆蓋等。

（3）指定TD-LTE覆蓋問題區(qū)域優(yōu)化思路，判定問題小區(qū)是否為TD-LTE與TD-SCDMA共FAD天線。

（4）對(duì)于獨(dú)立D頻段天線場(chǎng)景，采用傳統(tǒng)優(yōu)化方法解決覆蓋問題。

（5）對(duì)于TD-LTE與TD-SCDMA共FAD天線場(chǎng)景，首先考慮通過調(diào)整TD-LTE小區(qū)廣播信道賦形權(quán)值，調(diào)整TD-LTE小區(qū)覆蓋范圍，進(jìn)行復(fù)測(cè)分析，如果需要進(jìn)一步調(diào)整共FAD天線TD-LTE小區(qū)下傾角，可以考慮在不影響TD-SCDMA與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能情況下，協(xié)同優(yōu)化調(diào)整天線下傾角，最后再考慮使用兩系統(tǒng)獨(dú)立電調(diào)八陣元智能天線。

（6）經(jīng)過不斷測(cè)試分析和協(xié)同優(yōu)化，以期得到最優(yōu)的TD-LTE和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。

5 總結(jié)

2013年是TD-LTE的商用元年，中國移動(dòng)面臨著全網(wǎng)20萬站點(diǎn)的建設(shè)規(guī)模，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化面臨很大壓力。對(duì)于采用D頻段建設(shè)的站點(diǎn)，由于城市城區(qū)天面資源緊張，導(dǎo)致很多小區(qū)會(huì)與TDSCDMA系統(tǒng)合路共用FAD寬頻八陣元智能天線場(chǎng)景。本文針對(duì)兩系統(tǒng)共天線場(chǎng)景提出了智能天線廣播波束成形方法，可以采用提供個(gè)性化廣播波束成形參數(shù)，降低兩系統(tǒng)的RF耦合度，最終做到兩系統(tǒng)獨(dú)立優(yōu)化，使兩系統(tǒng)性能做到最優(yōu)化。廣播波束權(quán)值的合理取值起到?jīng)Q定性作用。

[1] 中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司. TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)無線網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見[Z]. 2012.08.

[2] 3GPP TS 36.213 V9.3.0， 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)； Physical Layer Procedures(Release 9)，2010.09[S].

Research on coordination optimization of TD-LTE and TD-SCDMA with unique FAD smart antenna

SHI Dong, DENG Ye, GU Li-shan, CHU Liu-qing
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Anhui Branch, Hefei 230041, China)

In 2013, China Mobile will face pressure of network plan and optimization of 2 hundred thousand of TDLTE eNode B. According to the situation of TD-LTE and TD-SCDMA with unique FAD smart antenna, method of broadcast beamforming was proposed with different beamforming parameters. Then RF coupling degree of two system was reduced, so independent optimization was realized, fi nally pipeline of coordination optimization was given.

TD-LTE; FAD smart antenna; RF coupling degree; coordination optimization

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0019-04

2013-04-15