一種LTE中基于TA的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略應(yīng)用*

李麗智，岳　磊，陳善芳，鄧漫齡

(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，廣西 南寧 530022)

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一種LTE中基于TA的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略應(yīng)用*

李麗智，岳磊，陳善芳，鄧漫齡

(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，廣西 南寧 530022)

摘要：LTE現(xiàn)網(wǎng)中的參數(shù)配置均基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及仿真計(jì)算，導(dǎo)致部分參數(shù)的配置不適用于現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。因此，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，提出一種基于TA(Time Advanced，時(shí)間提前量)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，即根據(jù)在網(wǎng)用戶接入時(shí)的TA統(tǒng)計(jì)調(diào)整小區(qū)半徑，進(jìn)而調(diào)整小區(qū)的Ncs(Number of cyclic shift，循環(huán)移位序列)配置；工程實(shí)踐表明，調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)的無線接通率、切換成功率、掉線率等指標(biāo)均有明顯改善，驗(yàn)證了該策略的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：LTE；TA；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；循環(huán)移位序列

0引言

隨機(jī)接入過程是UE(User Equipment，用戶設(shè)備)在空閑模式或者連接模式下發(fā)起的用于建立UE和系統(tǒng)之間無線鏈路的過程，該過程實(shí)現(xiàn)UE與網(wǎng)絡(luò)上行同步和上行資源分配[1]。涉及到物理層、MAC(Media Access Control，媒體訪問控制)層、RRC(Radio Resource Control，無線資源控制)層等多個(gè)協(xié)議層。物理層定義了隨機(jī)接入所使用的前導(dǎo)碼Preamble、PRACH(Physical Random Access Channel，物理隨機(jī)接入信道)信道資源、隨機(jī)接入的各個(gè)消息時(shí)序關(guān)系；MAC層負(fù)責(zé)隨機(jī)接入過程的觸發(fā)和實(shí)施；RRC層參與切換等特定的隨機(jī)接入過程。由此可見，隨機(jī)接入是LTE終端接入網(wǎng)絡(luò)中的必經(jīng)環(huán)節(jié)，其接入信道的性能直接影響著整個(gè)LTE(Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn))通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量；而接入信道的性能又與Preamble格式、小區(qū)半徑、前導(dǎo)序列、循環(huán)移位序列等參數(shù)密切相關(guān)。

1配置參數(shù)分析

1.1LTE的Preamble格式

物理隨機(jī)接入前導(dǎo)包括一個(gè)長(zhǎng)度為TCP的循環(huán)前綴和一個(gè)長(zhǎng)度為TSEQ的序列部分，在TSEQ后預(yù)留有用于對(duì)抗多徑干擾的保護(hù)間隔GT[2]。通常，較長(zhǎng)的序列能獲得較大的覆蓋范圍，但較大的覆蓋范圍需要較長(zhǎng)的CP和GT來抵消相應(yīng)的往返時(shí)延；即小區(qū)半徑越大，傳輸時(shí)延越長(zhǎng)，需要的GT越大。為適應(yīng)不同的覆蓋要求，3GPP TS36.211協(xié)議規(guī)定了5種格式的PRACH循環(huán)前綴長(zhǎng)度、序列長(zhǎng)度、以及GT長(zhǎng)度，如表1所示。

表1　隨機(jī)接入前導(dǎo)格式與TCP、TSEQ、GT的關(guān)系

1.2Preamble格式與小區(qū)半徑的關(guān)系

Preamble格式和小區(qū)半徑的約束關(guān)系為：小區(qū)內(nèi)邊緣用戶的傳輸時(shí)延必須在GT內(nèi)部，才能保證PRACH正常接收，且不干擾其他的子幀[3]。描述成表達(dá)式為：

TCP>TRTT+TDS，且TGT>TRTT

(1)

式中，TCP為循環(huán)前綴CP的長(zhǎng)度，TRTT為最大往返時(shí)間，TDS為傳輸延遲，TGT為保護(hù)間隔。根據(jù)式(1)，可以得到各種Preamble格式下所支持的小區(qū)最大半徑(考慮TDS)如表2所示。

表2　Preamble格式與CP、GT、TDS、小區(qū)半徑的關(guān)系

結(jié)合表1和表2可知，LTE網(wǎng)絡(luò)有5種Preamble格式，格式0～3中，ZC(Zadoff-Chu sequence)根序列有838個(gè)，ZC序列長(zhǎng)度為839，Ncs(Number of cyclic shift)取值有16種；格式4中，ZC根序列都有138個(gè)，ZC序列長(zhǎng)度為139，Ncs取值有7種。Preamble格式0持續(xù)1 ms，且支持的最大小區(qū)半徑14.53 km，可滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的多數(shù)場(chǎng)景且占用上行資源少，目前LTE組網(wǎng)主要采用格式0。

1.3循環(huán)移位序列Ncs取值與小區(qū)半徑的關(guān)系

Ncs的選取和小區(qū)半徑、最大的時(shí)延擴(kuò)展有關(guān)，滿足以下關(guān)系：

NCS.Tpreamble_S>TRTD+TMD

(2)

式中，Tpreamble_s為ZC序列的抽樣長(zhǎng)度，對(duì)于Preamble格式0～3，Tpreamble_s=800/839(μs)；對(duì)于Preamble 格式4，Tpreamble_s=133/139(μs)。TMD為最大的時(shí)延擴(kuò)展，仿真結(jié)果表明[1]，TMD取值一般為5 μs。TRTD為小區(qū)信號(hào)往返的最大時(shí)延，和小區(qū)半徑r的關(guān)系為TRTD=6.67r(μs)，r取值單位為km。

對(duì)式(2)進(jìn)行變換，即左右兩邊同時(shí)除以Tpreamble_s，則有：

NCS>1.04875·(6.67r+5)

(3)

NCS>1.0425·(6.67r+5)

(4)

式(3)適用于Preamble格式0～3，式(4)適用于Preamble格式4。由式(3)和式(4)不難看出，未知的參數(shù)只有小區(qū)半徑r，因此只需知道r即可算出Ncs。

在式(3)中加入TAdSch(向前搜索的時(shí)間長(zhǎng)度，由下行同步誤差決定，下行同步誤差最大約為2 μs[1])，公式進(jìn)一步變?yōu)椋?/p>

NCS>1.04875·(6.67r+5+2)

(5)

比如：如果eNodB(Evolved Node B，演進(jìn)型Node B)配置的是低速小區(qū)，小區(qū)半徑r=10 km，代入式(5)，則有：

NCS>1.04875·(6.67×10+5+2)=77.03

(6)

此時(shí)需要取Ncs configuration=11，即Ncs=93。Ncs configuration=10的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的Ncs是76[1]，不滿足要求。

得出Ncs后，就可以通過式(7)和式(8)計(jì)算單小區(qū)產(chǎn)生64個(gè)Preamble需要的根序列索引數(shù)m。

(7)

式中，符號(hào)?」和「?分別表示向下取整和向上取整。經(jīng)計(jì)算，小區(qū)半徑、Ncs，單小區(qū)所需的根序列數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系表3所示。

表3　Ncs與根序列及小區(qū)半徑關(guān)系

2現(xiàn)網(wǎng)項(xiàng)目工程實(shí)踐

2.1工程項(xiàng)目背景

桂林市陽(yáng)朔縣、雁山區(qū)等區(qū)域LTE網(wǎng)絡(luò)自2015年年初出現(xiàn)低接通、高掉線的情況，差小區(qū)比例較其他地市稍高，詳情如表4所示。

表4　桂林陽(yáng)朔縣LTE差小區(qū)統(tǒng)計(jì)表

中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)考核的LTE差小區(qū)定義為：無線接通率<95%且E-RAB建立請(qǐng)求次數(shù)>50的小區(qū)，定義為低接通小區(qū)；無線掉線率>5%且E-RAB的建立成功總次數(shù)>50的小區(qū)定義為高掉線小區(qū)。取一天中8:00～23:00，共15個(gè)時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)一次低接通或高掉線均計(jì)數(shù)一次，同時(shí)出現(xiàn)低接通、高掉線計(jì)數(shù)兩次，匯總計(jì)數(shù)結(jié)果作為分子最差小區(qū)數(shù)，除以分母當(dāng)日LTE小區(qū)總數(shù)累加和(LTE小區(qū)總數(shù)×15個(gè)小時(shí))，得出最差小區(qū)比例。

2.2問題分析與定位

根據(jù)以往的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)網(wǎng)中小區(qū)半徑配置不合理、弱覆蓋或越區(qū)覆蓋、上下行功率不平衡是引起低接通和高掉線的主要原因。弱覆蓋使UE上行鏈路損耗過大，導(dǎo)致所發(fā)射的前導(dǎo)碼無法被基站正確接收，進(jìn)而導(dǎo)致解碼失敗，出現(xiàn)無隨機(jī)接入響應(yīng)的失敗[4]；越區(qū)覆蓋使得TA超過系統(tǒng)允許的閾值，同樣導(dǎo)致接入失敗。

對(duì)比相似用戶規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的南寧市LTE網(wǎng)絡(luò)，桂林市在關(guān)鍵的無線參數(shù)的配置上沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異，因此將問題初步定位在信號(hào)覆蓋方面。為了確定小區(qū)的覆蓋范圍，對(duì)用戶隨機(jī)接入時(shí)TA所在區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。分析表5不難發(fā)現(xiàn)，問題小區(qū)85%的用戶接入發(fā)生在1.4～2 km之間。

表5　桂林陽(yáng)朔縣問題小區(qū)用戶TA分布情況

與此同時(shí)，分析表6所示的陽(yáng)朔縣宏站小區(qū)半徑設(shè)置值的分布情況可知，小區(qū)半徑設(shè)置為1 000 m的小區(qū)數(shù)1 974個(gè)，占比達(dá)97%。而由表5可知，85%的用戶接入發(fā)生在1.4～2 km之間。因此可以斷定，當(dāng)用戶在距離基站1 000 m外接入時(shí)，會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)接入失敗問題，進(jìn)而影響接通率與切換成功率；進(jìn)而將問題定位在小區(qū)半徑設(shè)置不合理。

表6　桂林陽(yáng)朔縣城LTE基站小區(qū)半徑配置分布

2.3解決方案及工程驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該問題，將小區(qū)半徑配置值從1 000 m調(diào)整到4 000 m；同時(shí)，由表3可知，小區(qū)半徑為4 km時(shí)，單小區(qū)為了生成64個(gè)preamble，需要的根序列為3個(gè)，因此將根序列從2個(gè)增加到3個(gè)。調(diào)整后再次測(cè)試，無線接通率從99.6%提升到99.8%，提升0.2個(gè)百分點(diǎn)；切換成功率從95.29%提升到99.55%，提升了4.26個(gè)百分點(diǎn)；掉線率從0.55%改善至0.18%，改善了0.37個(gè)百分點(diǎn)。詳情如圖1和圖2所示。

圖1　LTE小區(qū)半徑配置調(diào)整前后接通切換指標(biāo)對(duì)比

圖2　LTE小區(qū)半徑配置調(diào)整前后無線掉線率指標(biāo)對(duì)比

3結(jié)語(yǔ)

小區(qū)半徑的配置影響preamble的生成，設(shè)置較大使得小區(qū)所需的根序列增多而導(dǎo)致資源浪費(fèi)；設(shè)置過小則會(huì)導(dǎo)致超過小區(qū)半徑外的用戶隨機(jī)接入失敗，因此需要合理規(guī)劃小區(qū)半徑。由于各個(gè)城市用戶分布不同、地貌特征不同，用戶接入的距離分布肯定會(huì)不一樣，因此在具體的現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化工作中，建議統(tǒng)計(jì)現(xiàn)網(wǎng)用戶隨機(jī)接入時(shí)TA所在區(qū)間，以確定該小區(qū)隨機(jī)接入用戶的最大小區(qū)半徑，再根據(jù)NCS與根序列及小區(qū)半徑關(guān)系確定每個(gè)小區(qū)需要的根序列個(gè)數(shù)，計(jì)算出小區(qū)半徑合理配置值，實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化優(yōu)化。

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Application of TA-based Network Optimizing Strategy in LTE

LI Li-zhi, YUE Lei, CHEN Shan-fang, DENG Man-ling

(Guangxi Company Limited,China Mobile Group,Nanning Guangxi 530022, China)

Abstract：The parameter configuration in LTE network are all based on the topology and simulation calculation of network planning stage,and this would usually result in that some parameters are not applicable to the real network and affects the network service quality. Therefore, in combination with the actual project, a network optimization strategy based on TA (Time Advanced) is proposed, which according to TA of the user access, calculates the cell radius and adjusts the NCS (Number of Cyclic Shift) of cell. Engineering practice indicates that with the application of optimization,network performances, including wireless call completing rate, handover success rate and radio drop rate could be markedly improved, and the effectiveness and feasibility of this strategy be incontrovertibly proved.

Key words：LTE；TA；network optimization；cyclic shift sequence

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.04.022

*收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-02-26Received date:2015-11-02；Revised date：2016-02-26

中圖分類號(hào)：TN918

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-0802(2016)04-0496-04

作者簡(jiǎn)介：

李麗智(1981—)，女，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)門DS和LTE網(wǎng)絡(luò)無線優(yōu)化；

岳磊(1981—)，男，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)镚SM和LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；

陳善芳(1985—)，男，學(xué)士，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)無線優(yōu)化；

鄧漫齡(1984—)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)長(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)優(yōu)化。