模三干擾在TD-LTE系統(tǒng)中的實(shí)際影響分析

宋巍， 梅士華， 張連剛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，杭州 310012）

模三干擾在TD-LTE系統(tǒng)中的實(shí)際影響分析

宋巍， 梅士華， 張連剛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，杭州 310012）

TD-LTE系統(tǒng)是同頻自干擾系統(tǒng)，模三干擾是系統(tǒng)中較為嚴(yán)重的干擾方式之一，本文從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，分析模三干擾對(duì)系統(tǒng)接入、切換和信道質(zhì)量等造成的影響。

模三；RS；同步信號(hào)；接入；切換；SINR

TD-LTE采用正交頻分多址（OFDMA），OFDMA技術(shù)利用頻率之間的正交性作為區(qū)分用戶的方式，將用戶的信息承載在相互正交的不同載波上，可以有效地對(duì)抗頻率選擇性衰落。但是對(duì)于小區(qū)邊緣的用戶，由于相鄰小區(qū)存在占用同樣頻率資源的用戶，造成邊緣用戶的同頻干擾嚴(yán)重。同頻干擾中，由于PCI模三相同造成的干擾是目前最常見(jiàn)的一種干擾，對(duì)用戶的接入，切換和速率的申請(qǐng)都有一定的影響，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，對(duì)模三干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)影響進(jìn)行了直觀的呈現(xiàn)，便于今后網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)。

1 模三干擾的分類

1.1 主同步信號(hào)的干擾

TD-LTE系統(tǒng)提供504個(gè)物理小區(qū)ID（即PCI），PCI直接決定了小區(qū)的同步序列，并且多個(gè)物理信道的加擾方式也和PCI相關(guān)。從物理層來(lái)看，PCI是由主同步信號(hào)（PSS）和輔同步信號(hào)（SSS）組成，其中主同步信號(hào)PSS有3種不同序列，輔同步信號(hào)SSS有168種不同序列，當(dāng)兩個(gè)小區(qū)PCI形成模三的時(shí)候，兩小區(qū)的主同步信號(hào)PSS相同，造成主同步信號(hào)干擾。主同步信號(hào)位于系統(tǒng)的中心頻點(diǎn)上，信號(hào)以5 ms為周期重復(fù)，UE可以直接檢測(cè)并接收到，如果UE來(lái)自不同小區(qū)的兩個(gè)相同的主同步信號(hào)，會(huì)對(duì)UE接入網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響。

1.2 公共參考信號(hào)的干擾

公共參考信號(hào)（CRS）是用于除了不基于碼本的波束賦形技術(shù)之外的所有下行傳輸技術(shù)的信道估計(jì)和相關(guān)解調(diào)。該參考信號(hào)與一個(gè)基站端的天線端口（天線端口0～3）相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)協(xié)議定義，CRS的位置經(jīng)過(guò)PCI模6運(yùn)算所得，參考信號(hào)會(huì)在6個(gè)子載波內(nèi)循環(huán)取值，位置與PCI相關(guān)。在同一時(shí)隙內(nèi)，如果資源單元用于發(fā)送某一天線端口的參考信號(hào)，那么其它天線端口對(duì)應(yīng)位置不發(fā)送任何數(shù)據(jù)，并置0。可以看出，在使用兩個(gè)天線端口的情況下，端口0和端口1的CRS是頻率復(fù)用的，帶有3個(gè)子載波的頻域偏執(zhí)。如果使用雙天線端口的兩小區(qū)PCI模3相同，A小區(qū)端口0上的參考信號(hào)頻域位置與B小區(qū)端口1上的參考信號(hào)頻域位置相同，兩參考信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生一定的互干擾。

2 模三干擾對(duì)用戶接入的影響

用戶接入LTE網(wǎng)絡(luò)，需要先后經(jīng)過(guò)小區(qū)搜索、系統(tǒng)同步和隨機(jī)接入3個(gè)過(guò)程。其中系統(tǒng)同步是中間重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，要經(jīng)過(guò)多個(gè)信號(hào)的同步來(lái)獲取系統(tǒng)的各種同步消息，具體同步過(guò)程如圖1所示。

圖1 LTE系統(tǒng)同步流程圖

從圖1可以看出，系統(tǒng)同步中最先需要捕獲到主同步信號(hào)PSS，從理論上分析，如果存在相同的主同步信號(hào)，會(huì)對(duì)UE接入網(wǎng)絡(luò)造成一定的影響，我們通過(guò)測(cè)試不同終端在模三干擾區(qū)域的接入成功率和接入時(shí)長(zhǎng)來(lái)對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表1和表2所示。

從測(cè)試結(jié)果分析，模三干擾對(duì)用戶接入網(wǎng)絡(luò)基本沒(méi)有影響，無(wú)論是成功率還是接入時(shí)延都在正常范圍內(nèi)。繼續(xù)分析接入時(shí)下發(fā)的系統(tǒng)消息，發(fā)現(xiàn)終端接入網(wǎng)絡(luò)雖然成功，但是接入主目標(biāo)小區(qū)的比例偏低，以主目標(biāo)小區(qū)SINR=3 dB的環(huán)境為例，因?yàn)猷弲^(qū)存在模三干擾，造成終端接入信號(hào)最強(qiáng)的主目標(biāo)小區(qū)的比例都在80%以下。

測(cè)試結(jié)果表明，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中，鄰區(qū)存在PCI的模三干擾，雖然對(duì)接入成功率和接入時(shí)延影響不大，但是會(huì)影響對(duì)小區(qū)的識(shí)別，在干擾嚴(yán)重的區(qū)域，用戶無(wú)法接入最強(qiáng)小區(qū)，造成接入后無(wú)法在最佳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供服務(wù)。

3 模三干擾對(duì)切換的影響

目前TD-LTE的切換都是基于信號(hào)電平RSRP的切換，當(dāng)目標(biāo)小區(qū)存在干擾的時(shí)候，干擾小區(qū)的信號(hào)電平強(qiáng)弱會(huì)影響到切換算法的判決，無(wú)法順利的切換入目標(biāo)小區(qū)。

影響切換算法的是干擾小區(qū)的信號(hào)電平，目前信號(hào)電平的測(cè)量基本是以測(cè)量公共參考信號(hào)CRS信號(hào)的強(qiáng)度，存在模三干擾的目標(biāo)小區(qū)的公共參考信號(hào)與干擾小區(qū)的公共參考信號(hào)在頻域上位置相同，存在一定的干擾可能，我們從路測(cè)數(shù)據(jù)中分析存在模三干擾的小區(qū)切換成功率和干擾小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度之間的聯(lián)系，分析結(jié)果如圖2所示。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，影響切換成功率的主要因素還是鄰區(qū)的信號(hào)電平強(qiáng)弱，當(dāng)鄰區(qū)信號(hào)電平低于目標(biāo)小區(qū)時(shí)，即使鄰區(qū)和目標(biāo)小區(qū)存在模三干擾，切換成功率也可以保持在較高的水平，基本不受影響。當(dāng)鄰區(qū)信號(hào)電平高于目標(biāo)小區(qū)時(shí)，無(wú)論目標(biāo)小區(qū)是否收到鄰區(qū)的模三干擾，隨著鄰區(qū)信號(hào)的增強(qiáng)，切換成功率都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。鄰區(qū)模三干擾的存在，提高了切換失敗的概率，從測(cè)試數(shù)據(jù)上分析，切換成功率的降低程度在1%左右。

表1 不同SINR環(huán)境下不同終端的接入成功率

表2 不同SINR環(huán)境下不同終端的接入時(shí)延

圖2 鄰區(qū)是否存在模三干擾對(duì)切換成功率的影響

4 模三干擾對(duì)SINR的影響

在TD-LTE系統(tǒng)中，公共參考信號(hào)的作用類似于TD-SCDMA系統(tǒng)中的導(dǎo)頻信號(hào)，負(fù)責(zé)下行信道的估計(jì)和相關(guān)解調(diào)，可以表征下行業(yè)務(wù)信道的質(zhì)量好壞，在系統(tǒng)資源充足的情況下，直接影響用戶下行速率。公共參考信號(hào)的模三干擾，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中無(wú)法完全避免的一種干擾，通過(guò)在現(xiàn)網(wǎng)中的測(cè)試試驗(yàn)，找出模三干擾對(duì)SINR和用戶下行速率的影響，可以對(duì)今后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化提供一定的幫助。

通過(guò)修改服務(wù)小區(qū)的鄰區(qū)PCI和發(fā)射功率，在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下模擬了模三干擾的場(chǎng)景，并在模三干擾區(qū)域進(jìn)行了定點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試了服務(wù)小區(qū)在模三干擾下的SINR值和小區(qū)吞吐量，觀察模三干擾的影響。

模三干擾對(duì)服務(wù)小區(qū)的SINR的影響，在空擾情況下更加明顯，空擾時(shí)，模三干擾會(huì)降低服務(wù)小區(qū)SINR的值8～9 dB，加擾時(shí)，模三干擾對(duì)服務(wù)小區(qū)的SINR影響降低到2～ 3 dB。隨著鄰區(qū)中模三干擾小區(qū)的增加，對(duì)主服務(wù)小區(qū)的SINR惡化越嚴(yán)重。對(duì)于公共參考信號(hào)的干擾，在空擾狀態(tài)下，主要是來(lái)自鄰區(qū)相同位置的公共參考信號(hào)，模三干擾是主因，當(dāng)用戶逐漸增加，鄰區(qū)的控制信道和業(yè)務(wù)信道更多的被占用，這些信道對(duì)公共參考信號(hào)的干擾也逐漸顯現(xiàn)，而模三干擾的影響則被削弱。

5 模三干擾對(duì)小區(qū)吞吐量影響

模三干擾對(duì)公共參考信號(hào)CRS的影響前文已經(jīng)驗(yàn)證，特別是空擾情況下惡化較為嚴(yán)重，在相同條件下，小區(qū)吞吐量的測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖3 空擾（左）和加擾模（右）三干擾對(duì)SINR的影響

圖4 空擾下(左)和加擾(右)模三干擾對(duì)吞吐量的影響

小區(qū)吞吐量的測(cè)試結(jié)果與SINR有一定的差距，無(wú)論是在空擾還是在加擾場(chǎng)景下，小區(qū)吞吐量在模三干擾的影響下會(huì)降低，但是小區(qū)吞吐量在模三干擾的影響下惡化程度都較低，多個(gè)模三干擾和一個(gè)模三干擾對(duì)服務(wù)小區(qū)的吞吐量影響差別不大。

6 小結(jié)

PCI模三沖突造成的模三干擾在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中將長(zhǎng)期存在，本文從現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)模三干擾的影響進(jìn)行客觀的分析，其中模三干擾對(duì)接入、切換和吞吐量的影響不是非常嚴(yán)重，但是對(duì)空擾情況下的SINR測(cè)量值存在嚴(yán)重的惡化趨勢(shì)，在建網(wǎng)初期，用戶較少的情況下，這個(gè)問(wèn)題需要引起重視，隨著用戶增加，加擾的情況下模三干擾的影響將會(huì)進(jìn)一步弱化。

消除模三干擾，需要從規(guī)劃階段入手，在站址規(guī)劃、PCI規(guī)劃等各方面減小PCI模三沖突發(fā)生的幾率，另一方面，在存在模三沖突的區(qū)域，通過(guò)降低干擾小區(qū)發(fā)射功率等方法降低干擾帶來(lái)的影響。

[1] 王映民，孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民郵電出版社， 2011.

[2] 趙訓(xùn)威，林輝. 3GPP長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民郵電出版社， 2010.

[3] 李壽鵬，張國(guó)棟，蘇雷. TD-LTE系統(tǒng)PCI配置分析[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2012 (09).

Analysis of Mod3 interference effect on TD-LTE network

SONG Wei, MEI Shi-hua, ZHANG Lian-gang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Zhejiang Branch, Hangzhou 310012,China)

LTE-TDD system is severely disturbed by the same frequency interference.Mod3 interference is one of the same frequency interference. According to the test date, we will analysis of effect of mod3 interference on the system access, handover and SINR of system. Keywords Mod3; reference signal; handover; access signal; SINR

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0037-04

2013-03-25