網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響分析及規(guī)劃優(yōu)化應(yīng)用

張 恒，張 磊（中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 前言

中國(guó)4G高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，如何打造一張兼顧“覆蓋和質(zhì)量”的4G 精品網(wǎng)絡(luò)，加速4G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和用戶發(fā)展，是中國(guó)聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化工作面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。但是，LTE 是一種典型的鄰區(qū)同頻干擾系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知至關(guān)重要，結(jié)構(gòu)不合理會(huì)導(dǎo)致后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化空間十分有限。

基于上述考慮，本文基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了深入研究。首先，通過(guò)RSRP、SINR及小區(qū)吞吐量等指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析，確定影響LTE網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵指標(biāo)；其次，深入探討不同重疊覆蓋電平差及干擾鄰區(qū)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，給出LTE網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)；再次，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，量化分析超高站、超近站等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問(wèn)題對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響；最后，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化2 個(gè)角度，給出有效提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性及降低同頻干擾的關(guān)注點(diǎn)。

1 影響LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵指標(biāo)分析

高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)是提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知的重要目標(biāo)，小區(qū)吞吐量則是LTE 工程優(yōu)化階段的重要優(yōu)化目標(biāo)，這又很大程度上取決于網(wǎng)絡(luò)的覆蓋（RSRP）和干擾（SINR）水平。本文基于中國(guó)聯(lián)通LTE現(xiàn)網(wǎng)路測(cè)數(shù)據(jù)，分析影響小區(qū)吞吐率的最關(guān)鍵指標(biāo)，為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

由圖1 和圖2 可知，LTE 小區(qū)的吞吐率與SINR 強(qiáng)相關(guān)，較小幅度的SINR提高會(huì)直接帶來(lái)小區(qū)吞吐率的較大增長(zhǎng)；強(qiáng)RSRP 并不意味著高SINR。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)RSRP 為-70 dBm 左右時(shí)，存在大量SINR 小于10 dB的路測(cè)采樣點(diǎn)，主要原因?yàn)猷弲^(qū)較強(qiáng)的RSRP對(duì)服務(wù)小區(qū)造成較強(qiáng)的同頻干擾，導(dǎo)致RSRP 較好的情況下SINR 明顯偏低，進(jìn)而影響CQI 和MCS 的調(diào)度等級(jí)，導(dǎo)致小區(qū)吞吐量的降低。

因此，在覆蓋水平相對(duì)穩(wěn)定的前提下，LTE小區(qū)容量和用戶感知與信號(hào)質(zhì)量SINR 直接相關(guān)，當(dāng)SINR 一定時(shí)，吞吐率與RSRP 弱相關(guān)，強(qiáng)RSRP 并不意味高吞吐率。因此，在LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化中，不能一味追求過(guò)高的RSRP 覆蓋，SINR 的優(yōu)劣才最終反映LTE 網(wǎng)絡(luò)的性能，而鄰區(qū)同頻干擾是影響SINR的主要因素。

圖1 LTE網(wǎng)絡(luò)小區(qū)吞吐率與SINR的關(guān)系

圖2 LTE網(wǎng)絡(luò)SINR與RSRP的關(guān)系

2 重疊覆蓋對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的影響

LTE 與2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)存在較大差異：2G異頻組網(wǎng)，通過(guò)頻率規(guī)劃規(guī)避干擾；3G支持軟切換，對(duì)重疊區(qū)域有一定要求；而LTE 同頻組網(wǎng)，無(wú)軟切換增益，鄰區(qū)間的過(guò)度重疊覆蓋區(qū)域?qū)TE 即為同頻干擾。因此，LTE網(wǎng)絡(luò)是典型的鄰區(qū)同頻干擾系統(tǒng)，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求更高，在滿足一定覆蓋需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量減少重疊覆蓋、規(guī)避過(guò)覆蓋。

為有效論證重疊覆蓋對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的影響，本文通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，定量分析重疊覆蓋與LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)聯(lián)性、LTE服務(wù)小區(qū)與鄰區(qū)RSRP差值以及重疊覆蓋鄰區(qū)個(gè)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。具體測(cè)試結(jié)果見表1和表2。

由表1和表2可知，鄰區(qū)的干擾電平差值越小，干擾鄰區(qū)數(shù)越多，對(duì)服務(wù)小區(qū)SINR 和吞吐量影響越大。如圖1 所示，鄰區(qū)與服務(wù)小區(qū)的RSRP 相同（干擾電平差為0 dB）時(shí)，SINR 相比12 dB 下降近32%；隨干擾電平差的增加，SINR 和速率下降趨勢(shì)減緩，當(dāng)主服務(wù)小區(qū)大于鄰區(qū)9 dB以上時(shí)影響不明顯。因此，當(dāng)干擾電平差在6 dB時(shí)，可作為重疊覆蓋電平差的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)存在1 個(gè)6 dB 的干擾鄰區(qū)時(shí)，服務(wù)小區(qū)的速率為43.46 Mbit/s，當(dāng)增加1 個(gè)干擾鄰區(qū)時(shí)，速率下降8.9 Mbit/s，當(dāng)再增加1 個(gè)干擾鄰區(qū)時(shí)，速率則僅下降2.27 Mbit/s左右，速率下降不明顯。因此，控制干擾鄰區(qū)數(shù)為2（包括服務(wù)小區(qū)共3 個(gè)小區(qū)）可作為重疊覆蓋鄰區(qū)數(shù)目的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

表1 服務(wù)小區(qū)與鄰區(qū)不同電平差對(duì)SINR和吞吐量的影響

表2 不同干擾鄰區(qū)數(shù)對(duì)LTE服務(wù)小區(qū)吞吐量的影響

基于上述分析可知，當(dāng)重疊小區(qū)數(shù)目大于或等于3 同時(shí)電平差在6 dB 以內(nèi)時(shí)，重疊覆蓋對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的影響最明顯，需嚴(yán)格控制。因此，建議在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，將重疊覆蓋相關(guān)指標(biāo)定義如下：

式中：

重疊覆蓋度——與最強(qiáng)小區(qū)RSRP的差值大于-6 dB的鄰區(qū)數(shù)，且最強(qiáng)小區(qū)RSRP大于或等于-100 dBm

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)LTE 性能影響的定量分析

站高、站距共同構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)框架，且具有一旦成型便不易調(diào)整的特點(diǎn)。與2G/3G 網(wǎng)絡(luò)相比，高站、近站等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問(wèn)題對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量及業(yè)務(wù)性能的影響更大。若直接利舊原2G/3G 站址資源，升級(jí)建設(shè)4G 站點(diǎn)，過(guò)小的站間距可能造成嚴(yán)重的重疊覆蓋，過(guò)高的站點(diǎn)則很可能造成過(guò)覆蓋或者孤島效應(yīng)。

站高、站距等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響較大。本文基于現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，量化分析超高站、超近站等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問(wèn)題對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

3.1 絕對(duì)高站的影響

本文分別在空載和加載30%的場(chǎng)景下，對(duì)比分析關(guān)閉高站前后目標(biāo)覆蓋區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量及業(yè)務(wù)性能的變化情況。

如表3 所示，空載場(chǎng)景，關(guān)閉目標(biāo)絕對(duì)高站后，平均RSRP 下降1.5 dB 左右，但平均SINR 和速率分別提升1.3 dB 和1.1 Mbit/s；加載場(chǎng)景，閉站后平均SINR 和速率的提升更為顯著，分別提升2.8 dB 和5.9 Mbit/s。但是，閉站前后服務(wù)小區(qū)每時(shí)隙調(diào)度的PRB數(shù)目基本無(wú)變化。如圖3和圖4所示，絕對(duì)高站會(huì)導(dǎo)致LTE網(wǎng)絡(luò)中SINR和速率的顯著下降，因此在LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化中應(yīng)盡量避免。

表3 絕對(duì)高站開啟前后對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響

3.2 超近站的影響

為定量分析超近站對(duì)LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的影響，本文選取站間距為105 m的站點(diǎn)A和站點(diǎn)B作為分析對(duì)象，其中站點(diǎn)A作為目標(biāo)基站，對(duì)比關(guān)閉站點(diǎn)B前后，站點(diǎn)A周邊區(qū)域RSRP、SINR及吞吐量的變化情況。

如圖5 和圖6 所示，關(guān)閉超近鄰站B 后，站點(diǎn)A 周邊的平均RSRP 覆蓋水平有所降低（2～3 dB），但SINR大于20 dB 的占比提升15%，PDCP 速率大于15 Mbit/s的占比提升14%。因此，超近站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)SINR和速率的影響非常大，過(guò)密的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相鄰站點(diǎn)間的重疊覆蓋問(wèn)題顯著，且后續(xù)優(yōu)化提升空間有限。

圖3 加載場(chǎng)景下高站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)SINR的影響

圖4 加載場(chǎng)景下高站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響

圖5 超近站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)SINR的影響

圖6 超近站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)吞吐量的影響

3.3 影響因素量化

通過(guò)上述分析可知，不合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)在較大程度上影響LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量及業(yè)務(wù)性能。根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理的量化影響如下：

a）重疊影響：增加1 個(gè)6 dB 干擾鄰區(qū)，平均速率下降明顯，加載場(chǎng)景的影響更為顯著。

b）結(jié)構(gòu)不合理影響：高站、超近站等問(wèn)題對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響顯著，關(guān)閉問(wèn)題站點(diǎn)后，周邊覆蓋RSRP可能降低1.5～3 dB，但SINR 至少提高2～3 dB，速率提高20%左右。

4 LTE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃與優(yōu)化應(yīng)用

在中國(guó)聯(lián)通大規(guī)模部署LTE 網(wǎng)絡(luò)的背景下，選擇合理的站址資源極為重要。在保證覆蓋前提下，需有效平衡弱覆蓋和重疊覆蓋，盡量控制同頻干擾?；诖耍ㄗh從規(guī)劃和優(yōu)化2 方面共同著手來(lái)保證LTE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性。

4.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

在LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，建議從基站密度、站高等多維度考慮，盡量避免不合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，表4給出了相關(guān)參數(shù)的建議。

此外，建議通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)、軟切換比例以及主服務(wù)話務(wù)占比等指標(biāo)，構(gòu)建有效評(píng)估LTE與3G共站建設(shè)合理性的方法，預(yù)評(píng)估LTE 規(guī)劃站址的合理性。在LTE網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)中，盡量避免利舊原3G網(wǎng)絡(luò)超近站、超高站以及高干擾等可能導(dǎo)致重疊覆蓋問(wèn)題的站址資源，提升LTE 站址資源質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性，緩解后期優(yōu)化的壓力，極大提高網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效率。

4.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

LTE 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段，建議以提高用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)感知速率為終極目標(biāo)，在保證覆蓋連續(xù)的前提下，盡量控制系統(tǒng)內(nèi)的同頻干擾，有效平衡弱覆蓋和重疊覆蓋，具體思路如圖7所示。

對(duì)于同頻干擾較為嚴(yán)重的區(qū)域，建議通過(guò)RF優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化等多種優(yōu)化手段，有效控制LTE 重疊覆蓋問(wèn)題，主要思路如下：

圖7 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路示意圖

a）LTE覆蓋干擾優(yōu)化以調(diào)整方位角/下傾角為主，功率調(diào)整僅作為特殊場(chǎng)景的優(yōu)化手段。

b）對(duì)于高站或2G、3G和4G共天線等導(dǎo)致的優(yōu)化難以解決的質(zhì)量差問(wèn)題，需通過(guò)降低天線掛高或更換獨(dú)立大下傾電調(diào)天線等方式進(jìn)行整改。

5 結(jié)束語(yǔ)

LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)于未來(lái)LTE網(wǎng)絡(luò)性能起決定性作用，結(jié)構(gòu)不合理會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化空間十分有限。LTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在滿足切換要求的基礎(chǔ)上盡量減少重疊覆蓋、規(guī)避過(guò)覆蓋，這對(duì)LTE站址選擇、天面的布局以及天饋參數(shù)的設(shè)置等提出更高的要求。本文通過(guò)研究，將各類影響因素進(jìn)行了定量分析，為L(zhǎng)TE 提供了可量化的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化及建設(shè)參考依據(jù)，為提升網(wǎng)絡(luò)整體質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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