基于NES的TD-LTE小區(qū)合并技術(shù)探究

孔志杰，姚克宇，王 磊，王明君，馬少杰

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司，河南鄭州 450008)

1 現(xiàn)有TD-LTE小區(qū)合并的技術(shù)原理和不足

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用正交頻分多址接入技術(shù)（OFDMA：Orthogonal Frequency Divided Multiple Access），即將系統(tǒng)頻段按照15KHz間隔劃分為一個(gè)一個(gè)的子信道，子信道的中心頻率互不重疊，一方面利用頻率之間的正交性作為區(qū)分用戶的方式，一方面可以更好的對(duì)抗頻率選擇性衰落。小區(qū)內(nèi)用戶的信息承載在相互正交的不同子信道上，小區(qū)內(nèi)干擾不足以成為網(wǎng)絡(luò)中干擾的主要因素，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的干擾主要來(lái)源于其他小區(qū)，即相鄰小區(qū)間的干擾。

目前在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化階段，常用的一種方法是通過人工判斷將干擾小區(qū)進(jìn)行合并。存在主觀性強(qiáng)，小區(qū)間的干擾強(qiáng)度效果不佳；工作量大，反復(fù)測(cè)試驗(yàn)證合并效果；普通DT受性能、采樣速率限制，不能保證網(wǎng)絡(luò)中的干擾值最小等問題。

2 基于NES的TD-LTE小區(qū)合并的原理及技術(shù)方案

采取基于NES測(cè)試數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估方法，評(píng)價(jià)每個(gè)小區(qū)合并方案下網(wǎng)絡(luò)的性能，并通過迭代自動(dòng)運(yùn)算，搜索使網(wǎng)絡(luò)性能最佳的小區(qū)合并方案。

2.1 原理及技術(shù)方案

NES測(cè)試數(shù)據(jù)是NES系統(tǒng)(Network Emulation System)采集的數(shù)據(jù)，NES系統(tǒng)稱之為反向覆蓋測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用 TD-LTE系統(tǒng)的TDD 特性，在指定的頻點(diǎn)、上行時(shí)隙利用NES終端發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)eNODEB基站專用反向覆蓋測(cè)量功能，由于基站接受靈敏度高，因此NES終端的信號(hào)能夠被非常遠(yuǎn)距離的基站收到。在網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)，NES終端沿測(cè)試路線以固定功率發(fā)射上行信號(hào)，所有基站對(duì)該信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并獲取信號(hào)接收電平等測(cè)量數(shù)據(jù)，eNODEB側(cè)對(duì)所有上報(bào)的測(cè)量數(shù)據(jù)按小區(qū)ID為索引進(jìn)行匯總和存儲(chǔ)。NES系統(tǒng)這種“單發(fā)多收”的特性使采集的測(cè)量數(shù)據(jù)以海量計(jì)，NES測(cè)試的數(shù)據(jù)量是普通DT測(cè)試的10倍以上,充分體現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的完備性。

2.1.1 NES數(shù)據(jù)的解析

NES系統(tǒng)可以獲取現(xiàn)網(wǎng)海量測(cè)試數(shù)據(jù)，eNODEB負(fù)責(zé)NES測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，并按照小區(qū)CELLID進(jìn)行索引。由于TD-LTE系統(tǒng)上下行頻率一直性的特征，上行路徑損耗等效為下行路徑損耗，因此根據(jù)eNODEB的發(fā)射功率，可以相應(yīng)的計(jì)算出在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)各個(gè)小區(qū)的下行RSRP值。下行RSRP的計(jì)算公式如下：RSRPi=RE發(fā)射功率+測(cè)試點(diǎn)天線增益-基站到測(cè)試點(diǎn)下行的路損（等效為NES測(cè)試終端到基站的上行路孫）（i=1,2...n,n為測(cè)試點(diǎn)） (公式-1)

NES數(shù)據(jù)解析后，格式如下表所示：

?

2.1.2 小區(qū)間干擾/網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估計(jì)算

首先根據(jù)NES數(shù)據(jù)，計(jì)算優(yōu)化區(qū)域內(nèi)兩兩小區(qū)之間的干擾，并針對(duì)某一個(gè)小區(qū)A,計(jì)算周圍所有相鄰小區(qū)對(duì)它的干擾總和。

a、小區(qū)間干擾通過小區(qū)之間的干擾模型C2I計(jì)算得到。C2I的定義如下：

(A為服務(wù)小區(qū)，即測(cè)試點(diǎn)i處RSRP值最大的小區(qū),RSRP值相等則取離測(cè)試點(diǎn)距離最近的小區(qū)，B為相鄰小區(qū))

b.根據(jù)NES測(cè)量數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計(jì)出如下的內(nèi)容：

c.上表中計(jì)算的電平差C2I是按照(-30)、（-29）...(30)區(qū)間統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)的,事實(shí)上，小區(qū)的C2I是連續(xù)分布的。因此，根據(jù)C2I的直方圖，利用正態(tài)分布函數(shù)擬合上述電平差C2I在這些區(qū)間中的統(tǒng)計(jì)，得到服務(wù)小區(qū)與某鄰區(qū)電平差C2I分布的連續(xù)正態(tài)分布函數(shù)，如下圖：

d.小區(qū)A和小區(qū)B的干擾關(guān)系可以通過上述正態(tài)分布函數(shù)的累計(jì)函數(shù)求得，即求C2I＜9(9定義為TD-LTE系統(tǒng)小區(qū)間干擾門限，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況可以調(diào)整)的面積。

IAB= NORMDIST(9,MEANAB,STDAB,1) （公式 -3）

e.計(jì)算小區(qū)A周圍所有鄰區(qū)對(duì)它的干擾總和,即：

f.計(jì)算兩兩小區(qū)之間距離關(guān)系,過濾干擾值（距離門限之外的都被過濾掉），并計(jì)算當(dāng)前優(yōu)化區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)值，記為 Eva_cost。為了使小區(qū)合并以后，能夠滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)，建立了網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估函數(shù)Eva_cost。Eva_cost評(píng)估函數(shù)定義如下：

其中：

x表示迭代輪數(shù)。

RRSRP(x)為RSRP覆蓋率，RRSRP(x)=接收RSRP大于閾值的測(cè)試點(diǎn)數(shù)/所有測(cè)試點(diǎn)數(shù)，RSRP的計(jì)算方法參見公式-1；

RRSRQ(x)為RSRQ覆蓋率，RRSRQ(x)=接收RSRQ大于閾值的測(cè)試點(diǎn)數(shù)/所有測(cè)試點(diǎn)數(shù)，RSRQ的計(jì)算公式如下：

RSSI=主小區(qū)的RSRP+相鄰小區(qū)的RSRP+底噪 （公式-7）,即 ：

TH(底噪)=熱噪聲功率密度+10log10（W）+噪聲系數(shù) （W:單個(gè)RE的帶寬180k）

α,β(α+β=1)為對(duì)應(yīng)評(píng)估函數(shù)各項(xiàng)的權(quán)值，取決于運(yùn)營(yíng)商對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的綜合要求。

2.1.3 小區(qū)合并規(guī)劃迭代運(yùn)算

本步驟的過程如下所示：

a、迭代開始，將兩兩小區(qū)干擾從大到小進(jìn)行排序，取出總的被干擾值最大的小區(qū)A;

b、若A不是被合并小區(qū)（被合并小區(qū)：該小區(qū)已經(jīng)被合并到其他小區(qū)上），且合并到A上的小區(qū)數(shù)未達(dá)到合并小區(qū)上限，則A作為種子小區(qū)（種子小區(qū)：該小區(qū)只允許別的小區(qū)合并到它上面），否則取下一個(gè)總的被干擾值最大的小區(qū)B，返回步驟b將B替換A,若不存在下一個(gè)小區(qū)B，退出迭代。

c、從小區(qū)間兩兩的干擾關(guān)系中找出對(duì)A干擾最大的小區(qū)A1,作為A的被合并小區(qū)（A1合并到A上），A1需要滿足條件：A1還未進(jìn)行過合并操作。若不滿足條件，查找下一個(gè)對(duì)A干擾最大的小區(qū)B1,并用B1替換A1。若B1不存在，將下一個(gè)總的被干擾值最大的小區(qū)B替換A,跳回步驟 b。

d、將A1小區(qū)合并到A上，并重新對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能值進(jìn)行評(píng)估。

e、若網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)提升，保存當(dāng)前方案，更新A和A1的干擾值為0,并判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到，如是則迭代結(jié)束。否則重新計(jì)算每個(gè)小區(qū)總的被干擾值，并按從大到小排序，跳回步驟a。

f、若網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)下降，則回滾到合并之前的狀態(tài)。并判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到，如是則迭代結(jié)束。否則取下一個(gè)被干擾最大的小區(qū)做為小區(qū)A,若A存在，跳回步驟b,否則迭代結(jié)束。

2.2 小區(qū)合并方法的技術(shù)方案

實(shí)現(xiàn)基于NES技術(shù)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線小區(qū)合并方法的技術(shù)方案主要包括以下功能模塊：

數(shù)據(jù)處理功能模塊：實(shí)現(xiàn)了小區(qū)站址的數(shù)據(jù)輸入、NES數(shù)據(jù)的輸入、NES數(shù)據(jù)的解析。

網(wǎng)絡(luò)干擾計(jì)算功能模塊：實(shí)現(xiàn)了小區(qū)間干擾評(píng)估的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的計(jì)算。

強(qiáng)干擾小區(qū)合并規(guī)劃模塊：實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)干擾小區(qū)合并規(guī)劃方案的搜索、輸出小區(qū)合并規(guī)劃方案，并通過地理化顯示，在地圖上清楚地呈現(xiàn)被合并的小區(qū)分布，種子小區(qū)和邏輯小區(qū)。

2.3 小區(qū)合并方法的流程

實(shí)現(xiàn)基于NES技術(shù)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線小區(qū)合并方法的流程如下：

首先，導(dǎo)入小區(qū)站址（經(jīng)緯度、方位角）、數(shù)字地圖、NES數(shù)據(jù)，并對(duì)NES數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

其次，計(jì)算兩兩小區(qū)間的干擾評(píng)價(jià)，并根據(jù)距離門限將干擾關(guān)系過濾后，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)值。

然后，設(shè)置合并規(guī)劃限制條件(合并小區(qū)數(shù)門限），選擇強(qiáng)干擾小區(qū)進(jìn)行合并規(guī)劃（自動(dòng)迭代、選到合適方案后自動(dòng)停止）。

最后，輸出小區(qū)合并規(guī)劃方案。

具體流程如圖1所示：

3 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線小區(qū)合并的方法相比，基于NES技術(shù)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)無(wú)線小區(qū)合并優(yōu)點(diǎn)在于：采用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)迭代算法，自動(dòng)進(jìn)行小區(qū)合并的計(jì)算并輸出小區(qū)合并方案，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案中人工進(jìn)行小區(qū)合并工作量大，耗時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn)。通過對(duì)每個(gè)小區(qū)合并方案下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評(píng)估，輸出的小區(qū)合并方案能保證網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最優(yōu)，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案中通過反復(fù)路測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，增大了優(yōu)化成本的缺點(diǎn)。NES測(cè)試數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)完備性好的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了小區(qū)間的干擾關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)性能，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案中常規(guī)路測(cè)/掃頻數(shù)據(jù)量小，不能保證合并規(guī)劃優(yōu)化效果的缺點(diǎn)。

由于目前TD-LTE 的頻率規(guī)劃研究尚處于初步階段，本文主要以理論分析為主，給出了一些理論分析結(jié)果和各類網(wǎng)絡(luò)問題的解決手段，后續(xù)將結(jié)合各類仿真和試驗(yàn)做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

圖1

[1]Yamao,Y.; Otsu,T.; Fujiwara,A.; Murata,H.;Yoshida,S.; "Mul-ti-hop radio access cellular concept for fourth-generation mobile communications system",PIMRC,2002.Sept.2002 Page(s):59 - 63 vol.1

[2]Irnich,T.; Schultz,D.C.; Pabst,R.;Wienert,P.;"Capacity of a relaying infrastructure for broadband radio coverage of urban areas",VTC 2003-Fall.2003 IEEE 58th,Volume 5,6-9 Oct.2003,Page(s): 2886- 2890 Vol.5