超高站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響的評(píng)估方法研究

武琳棟, 李春明, 孫琛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

LTE是一個(gè)基于同頻組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，因此超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響比起2G/3G系統(tǒng)要更加顯著。超高站通過(guò)造成嚴(yán)重的重疊覆蓋和過(guò)覆蓋，干擾周邊小區(qū)，影響下載速率。所以理論上在LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化中，應(yīng)該合理規(guī)劃和調(diào)整站址，避免使用超高站。

在現(xiàn)實(shí)建網(wǎng)過(guò)程中，由于站址資源緊缺，選址困難，所以在規(guī)劃中沿用了大量2G/3G時(shí)期的超高站來(lái)建設(shè)LTE基站。但是如果將已建成的超高站全部關(guān)閉，重新選址建站，則會(huì)帶來(lái)巨大的成本，對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的整體發(fā)展不利。同時(shí)無(wú)線環(huán)境復(fù)雜多變，因而對(duì)于不同的超高站來(lái)說(shuō)，對(duì)周邊小區(qū)的影響程度也會(huì)不同。如有些超高站周?chē)鸁o(wú)明顯遮擋，則對(duì)周邊小區(qū)影響會(huì)非常顯著，需要重點(diǎn)關(guān)注，甚至重新選址；而有些超高站周?chē)ㄖ锲骄叨容^高，遮擋嚴(yán)重，則這些超高站對(duì)周邊小區(qū)的影響非常有限，在優(yōu)化時(shí)進(jìn)行局部調(diào)整即可。

如何對(duì)一個(gè)超高站的影響進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)衡量該超高站是否應(yīng)該保留，是一個(gè)非常重要的課題。這樣就可以更有針對(duì)性的處理那些真正對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重影響的超高站，而對(duì)于那些影響有限的超高站，則可以保留下來(lái)，合理利用，節(jié)省建網(wǎng)的成本。本文提出了一種評(píng)估超高站影響的方法，能夠就某個(gè)超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響程度給出一個(gè)量化的評(píng)估結(jié)果。

1 超高站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能影響的評(píng)估方法

LTE網(wǎng)絡(luò)性能可以通過(guò)多個(gè)方面的指標(biāo)來(lái)衡量。其中最主要的指標(biāo)是反映覆蓋性能的RSRP和反映干擾性能的下行SINR。此外，LTE網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占很大比重，所以下載速率也是一個(gè)直接反映用戶(hù)感知的重要指標(biāo)。

本節(jié)結(jié)合大量路測(cè)數(shù)據(jù)，從覆蓋、干擾、下載速率3個(gè)方面來(lái)分析超高站對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響。進(jìn)而通過(guò)覆蓋距離、周邊小區(qū)的平均下行SINR和平均下載速率這3個(gè)維度的指標(biāo)來(lái)量化的衡量某個(gè)超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響程度。為今后LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化中超高站問(wèn)題的解決提供依據(jù)。

1.1 超高站覆蓋距離的評(píng)估

覆蓋距離是一個(gè)小區(qū)的基本性能之一，覆蓋距離過(guò)小則會(huì)造成弱覆蓋，而覆蓋距離過(guò)大，則信號(hào)會(huì)覆蓋到別的小區(qū)的覆蓋范圍。一般情況下，合理的覆蓋距離不應(yīng)超過(guò)350 m。超高站由于覆蓋距離較遠(yuǎn)，往往RSRP過(guò)高，會(huì)對(duì)其他小區(qū)造成過(guò)覆蓋和重疊覆蓋，形成嚴(yán)重的干擾。

為了能夠量化超高站的覆蓋距離，我們注意到在路測(cè)時(shí)，超高站對(duì)于距離很遠(yuǎn)的測(cè)試終端依然能夠作為服務(wù)小區(qū)。所以在統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以從全部采樣點(diǎn)中篩出某個(gè)超高站作為服務(wù)小區(qū)的采樣點(diǎn)，并計(jì)算這些采樣點(diǎn)到服務(wù)小區(qū)的平均距離，依此來(lái)衡量該超高站的覆蓋距離。以某城市的路測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過(guò)上述方法對(duì)超高站和非高站的覆蓋距離進(jìn)行了對(duì)比分析，其中認(rèn)為站高高于50 m的基站為超高站，站高低于50 m的基站為非高站。

表1 高站對(duì)覆蓋距離影響

圖1 高站對(duì)覆蓋距離影響對(duì)比圖

從表1和圖1的結(jié)果，可以看到超高站的平均覆蓋距離達(dá)到467.71 m，而非高站的平均覆蓋距離是286.06 m，超高站平均覆蓋距離為非高站的1.63倍。對(duì)于不同的超高站，采用上述方法得到的覆蓋距離評(píng)估結(jié)果也不相同，可以反映對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響的嚴(yán)重程度。

1.2 周邊小區(qū)平均下行SINR的評(píng)估

下行SINR，即下行信干噪比，是有效信號(hào)功率和干擾信號(hào)以及噪聲功率的比值。下行SINR能夠有效反映網(wǎng)絡(luò)的干擾情況。在調(diào)度時(shí)，下行SINR映射為CQI，直接影響MCS等級(jí)，最終決定傳輸塊大小，也就決定了下載速率。超高站由于會(huì)對(duì)其他小區(qū)造成過(guò)覆蓋和重疊覆蓋，形成嚴(yán)重的干擾，因而容易導(dǎo)致低SINR的問(wèn)題，并且這種問(wèn)題在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加大以后會(huì)更加明顯。

需要注意，超高站對(duì)下行SINR的影響主要體現(xiàn)在超高站作為干擾源對(duì)周邊小區(qū)下行SINR的影響，而超高站小區(qū)自身的下行SINR并沒(méi)有受到特別影響。所以為了量化超高站對(duì)下行SINR的影響程度，在路測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，需要從全部采樣點(diǎn)中篩出測(cè)量鄰區(qū)中包含某個(gè)超高站的采樣點(diǎn)，并計(jì)算這些采樣點(diǎn)的平均下行SINR，依此來(lái)衡量該超高站對(duì)周邊小區(qū)平均下行SINR的影響程度。

以某城市的路測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過(guò)上述方法對(duì)以某個(gè)超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下行SINR和無(wú)該超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下行SINR進(jìn)行了對(duì)比分析。并且還對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載進(jìn)行50%加載，對(duì)加載前后的情況也進(jìn)行了對(duì)比分析，來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加大時(shí)超高站對(duì)下行SINR的影響，如表2和圖2所示。

從結(jié)果看到，無(wú)超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下行SINR為10.7 dB，而有超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下行SINR為8.25 dB。加載后有超高站影響的基站平均SINR下降更加快速；從8.25 dB下降為5.25 dB，下降率為36.36%。而無(wú)超高站影響的基站平均SINR從10.7dB下降為8.29 dB,下降率22.52%。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大的情況下，超高站的影響更加顯著。對(duì)于不同的超高站，在一定的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下，采用上述方法得到的周邊小區(qū)平均下行SINR評(píng)估結(jié)果也不相同。得到的下行SINR越低，說(shuō)明對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響越嚴(yán)重。

表2 高站對(duì)下行SINR影響

圖2 加載前后下行SINR對(duì)比圖

1.3 周邊小區(qū)平均下載速率的評(píng)估

下載速率是LTE網(wǎng)絡(luò)性能的主要指標(biāo)，反映LTE系統(tǒng)上/下行的傳輸性能，能夠直接體現(xiàn)用戶(hù)體驗(yàn)。計(jì)算方式如下：

由于超高站會(huì)造成重疊覆蓋和過(guò)覆蓋，導(dǎo)致周邊小區(qū)的下行SINR較低，而較低下行SINR進(jìn)而映射到較低的CQI，從而使傳輸時(shí)的MCS等級(jí)很低，這就決定了UE采用了較小的傳輸塊下載，使下載速率降低。

和對(duì)下行SINR的影響相似，超高站對(duì)下載速率的影響也是體現(xiàn)在超高站對(duì)周邊小區(qū)的下載速率的影響。因?yàn)槌哒靖采w較好，下行SINR也比較理想，所以超高站本身的下載速率并不低。為了量化超高站對(duì)下載速率的影響程度，在路測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，從全部采樣點(diǎn)篩出測(cè)量鄰區(qū)中包含某個(gè)超高站的采樣點(diǎn)，并計(jì)算這些采樣點(diǎn)的平均下載速率，依此來(lái)衡量該超高站對(duì)周邊小區(qū)平均下載速率的影響程度。

以某城市的路測(cè)數(shù)據(jù)為例，通過(guò)上述方法對(duì)以某個(gè)超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下載速率和無(wú)該超高站作為干擾小區(qū)的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下載速率進(jìn)行了對(duì)比分析。并且還對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載進(jìn)行50%加載，對(duì)加載前后的情況也進(jìn)行了對(duì)比分析，來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加大時(shí)超高站對(duì)下載速率的影響，如表3和圖3所示。

表3 高站對(duì)下載速率影響

圖3 加載前后下載速率對(duì)比圖

從結(jié)果看到，無(wú)超高站影響的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下載速率為20.1 Mbit/s，而有超高站影響的所有主服務(wù)小區(qū)的平均下載速率為18.4 Mbit/s。并且從圖3看到，無(wú)超高站影響的情況下，由加載前的20.1 Mbit/s下降為加載后的19.5 Mbit/s，下降率2.98%；而有超高站影響的情況下由18.4 Mbit/s下降為14.7 Mbit/s，下降率19.91%。對(duì)于不同的超高站，在一定的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下，采用上述方法得到的周邊小區(qū)平均下載速率評(píng)估結(jié)果也不相同。得到的下載速率越低，說(shuō)明對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響越嚴(yán)重。

2 超高站影響評(píng)估方法的應(yīng)用

從上述分析可以看出，采用上述評(píng)估方法對(duì)現(xiàn)網(wǎng)中的超高站進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)決定對(duì)超高站的處理方式，不僅能夠改善網(wǎng)絡(luò)性能，而且可以降低建網(wǎng)成本，提高優(yōu)化效率。下面以某地一個(gè)場(chǎng)景內(nèi)的5個(gè)超高站為例，基于路測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估該5個(gè)超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響程度，這里我們采用周邊小區(qū)的平均下行SINR作為衡量的維度。該地的平均下行SINR是10.7 dB。通過(guò)對(duì)所有采樣點(diǎn)的分類(lèi)和統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算這5個(gè)超高站影響的所有主服小區(qū)的平均下行SINR值，以及加載后下行SINR的下降率，得到結(jié)果如表4、圖4、圖5所示。

表4 五個(gè)超高站影響評(píng)估

圖4 被影響小區(qū)平均下行SINR

圖5 被影響小區(qū)平均下行SINR

從結(jié)果看到，超高站3影響的所有主服小區(qū)的平均下行SINR并不差，達(dá)到10.44 dB，只比該地全網(wǎng)平均SINR低0.3 dB左右；同時(shí)加載后下行SINR的下降率只有6.14%。所以超高站3雖然站高超過(guò)50 m，但是其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響微乎其微，甚至可以忽略。對(duì)于這類(lèi)超高站，在優(yōu)化時(shí)只需要微調(diào)，不需重選站址重復(fù)建設(shè)。從結(jié)果還可以看到，超高站2影響的所有主服小區(qū)的平均下行SINR只有3.01 dB，遠(yuǎn)低于全網(wǎng)平均水平，并且加載后下行SINR的下降率達(dá)到74.51%。因此超高站2對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響嚴(yán)重，需要重點(diǎn)優(yōu)化，甚至重新選址建站。

為了驗(yàn)證本文優(yōu)化方案的有效性，以某地一個(gè)網(wǎng)格作為試點(diǎn)，對(duì)優(yōu)化前后的下行SINR和下載速率進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖6和圖7所示。優(yōu)化后該網(wǎng)格平均SINR改善1.32 dB，平均下載速率提高4.92 Mbit/s。綜上所述，通過(guò)采用本文提出的評(píng)估方法，來(lái)定量的評(píng)估超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響程度，可以為現(xiàn)網(wǎng)中超高站問(wèn)題的優(yōu)化工作提供一定依據(jù)，在不犧牲網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，降低建網(wǎng)成本，提高優(yōu)化效率，使優(yōu)化資源的分配更有針對(duì)性。

圖6 優(yōu)化前后下行SINR對(duì)比（dB）

圖7 優(yōu)化前后下載速率對(duì)比（Mbit/s）

3 結(jié)束語(yǔ)

LTE作為同頻組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)間的干擾更加嚴(yán)重。因此對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求也更加嚴(yán)格。而由于建網(wǎng)過(guò)程中的實(shí)際困難，LTE現(xiàn)網(wǎng)中依然存在大量的超高站，導(dǎo)致了嚴(yán)重的重疊覆蓋和過(guò)覆蓋。如果將已建成的超高站全部關(guān)閉，重新選址建站，則會(huì)帶來(lái)巨大的成本，對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的整體發(fā)展不利。本文提出一種評(píng)估超高站對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響程度的方法，根據(jù)評(píng)估結(jié)果來(lái)決定對(duì)超高站的處理方式，不僅能夠改善網(wǎng)絡(luò)性能，而且可以降低建網(wǎng)成本，提高優(yōu)化效率，為更好的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化提供依據(jù)。

[1]肖清華,汪丁鼎,許光斌等.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M].北京：人民郵電出版社, 2013.

[2]王映民,孫韶輝等.TD-LTE-Advanced移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社, 2012.