4G LTE小基站覆蓋干擾分析

崔華然

摘 要 本文通過以分析4G LTE小基站在宏站中部署后的覆蓋干擾分析為目的，通過使用3G區(qū)域軌跡推演法則、規(guī)劃工具的三維模型預(yù)測和數(shù)據(jù)調(diào)整等方法，來得到小基站UE與宏站的干擾，宏基站的UE對(duì)小基站的上下行干擾的分析。

關(guān)鍵詞 LTE；室內(nèi)小基站；室外小基站；城市蜂窩

中圖分類號(hào)TN8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）161-0168-02

首先講述共享宏站信道，該部分基于最差的場景進(jìn)行討論，頻率復(fù)用為1，上行功率控制。潛在的干擾場景在下圖進(jìn)行展示。

像其他技術(shù)一樣，小基站層在部署時(shí)不應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的宏站層有任何不好的影響，并且小基站層的實(shí)施應(yīng)該會(huì)有助于網(wǎng)絡(luò)性能的提升。

小基站層的性能依賴于下面幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

1）足夠的基站半徑：當(dāng)基站不能提供足夠好的服務(wù)覆蓋，不能顯著提升網(wǎng)絡(luò)的容量則一個(gè)基站的半徑被認(rèn)為太小了。

2）對(duì)于放置在室內(nèi)的小基站情況：基站的半徑小于20m時(shí)可以認(rèn)為該基站的半徑太小。

3）對(duì)于放置在室外的小基站情況：基站的半徑小于50m時(shí)可以認(rèn)為該基站的半徑太小。

無線標(biāo)準(zhǔn)的影響為RSRP和RSRQ（或者RS-SINR），HHO（Hard handover硬切換）是基于RSRP的，因此，為了確保一個(gè)最小基站半徑為50m，小基站應(yīng)該比所在區(qū)域的宏站層高2dB。

在基站邊緣的上行鏈路服務(wù)至少應(yīng)該和其所在宏站層的一樣。這包含了小基站的實(shí)施應(yīng)該考慮到包含在UE連接到宏站層的潛在的上行鏈路接口。下行基站吞吐量也應(yīng)該至少和其所在的宏站層保持一致，因?yàn)樗麄冇邢嗤瑪?shù)量的傳送天線。

1 來自宏站的下行干擾——小基站UE

1.1 戶外的小基站被放置在宏站的中心

小基站能夠以和宏站層相同的信道部署在密集的都市，來提高都市區(qū)域的覆蓋和容量。當(dāng)宏站的RSRP高于給定的值X（該值根據(jù)小基站的功率而改變），室外小基站以功效信道部署時(shí)將會(huì)有更多的干擾，而不能顯著的提高容量。使用共享載波時(shí)容量提升的百分比和RSRP小于XdBm的區(qū)域的百分比直接相關(guān)。因?yàn)樾』颈环胖迷诤暾緦拥闹行模粋€(gè)主要的干擾和約束是有足夠的基站半徑當(dāng)城市蜂窩基站的RSRP高于宏站。

下面詳細(xì)描述的是最大宏站層信號(hào)，小基站能夠部署，戶外城市蜂窩基站的半徑最小要保持為50m，抓住更多的業(yè)務(wù)來減輕宏站層壓力。在密集的都市區(qū)域做過相關(guān)的分析。

1）已經(jīng)通過基于3G的區(qū)域軌跡推斷出該結(jié)論，并且使用頻率規(guī)劃工具調(diào)整模型和3D數(shù)據(jù)庫；2）模型的性能來自50m～500m范圍的城市蜂窩基站：

（1）均方差：小基站和宏站模型為0dB；（2）小基站模型的標(biāo)準(zhǔn)偏差為7dB宏站模型的標(biāo)準(zhǔn)偏差為6dB。

3）城市蜂窩基站的天線高度為7m。

4）4dB小區(qū)覆蓋邊緣使用小區(qū)半徑計(jì)算來確保95%地區(qū)的可靠性。

5）由于密集的城市或城市的復(fù)雜環(huán)境，小基站的半徑和宏站的RSRP等級(jí)是不確定的。這依賴于在LOS（無線信號(hào)的視線傳輸）和NLOS（非視線傳輸）情況下宏站或者小基站信號(hào)強(qiáng)度的在遇到障礙時(shí)增加或者減少。

6）小基站部署在一個(gè)給定干擾的攻占環(huán)境中，小基站的半徑將高出50m或20m。超過50個(gè)小基站的針對(duì)每種情況的部署已經(jīng)做了分析，包括小基站的功率配置和宏站的RSRP。小基站的半徑期望可以低于50m取決于流量和用戶的密度。如果用戶的密度非常高，容量可設(shè)置為限制點(diǎn)50m的基站半徑（開放的體育場、時(shí)代廣場等等），在這種情況下部署的小基站最佳的服務(wù)小區(qū)半徑應(yīng)該為最少20m。

1.2 小基站部署在宏站的邊緣面臨多個(gè)宏站小區(qū)的干擾

在人口密集的城市區(qū)域戶外小區(qū)的邊緣干擾是受限制的，但RSRP的信號(hào)強(qiáng)度依然很高。

上行鏈路室內(nèi)服務(wù)用于宏蜂窩設(shè)計(jì)要求RSRP高于-113dBm，考慮到18dB的室內(nèi)滲透，室外RSRP高于-95dBm。當(dāng)小基站被安置在室外有大量相似RSRP信號(hào)強(qiáng)度宏站的地方，不論如何都會(huì)受到潛在的干擾。100個(gè)小基站被放置在400個(gè)宏站群中，干擾情況如下：

1）RS-SINR<0dB 100%負(fù)載。

2）RSRQ<-16dB 100%負(fù)載。

3）重疊覆蓋。

（1）3個(gè)小區(qū)在4dB的時(shí)候獲得最好的服務(wù)；（2）5個(gè)或更多個(gè)小區(qū)在10dB窗口的時(shí)候獲得最好的服務(wù)。

在宏站小區(qū)的實(shí)施中進(jìn)行和不進(jìn)行1W或5W配置時(shí)，室外RS-SINR和室外RSRQ的對(duì)比。

進(jìn)行了1W或5W配置的小基站提供的頻率狀況有所提升，RS-SINR或者RSRQ有少量改進(jìn)，或者至少和只有宏站配置時(shí)一樣，沒有發(fā)現(xiàn)有惡化的情況。

結(jié)論：小基站能夠部署在宏站SINR不好的地方，直到RSRP低于前面描述的值，來確保一個(gè)足夠的小基站最好覆蓋區(qū)域，來捕捉足夠的話務(wù)量來減輕宏站網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。

1.3 小基站部署在室內(nèi)的狀況

室內(nèi)穿透損失提供了足夠的獨(dú)立性在宏站網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)展部署小基站。在繁忙的城市，室內(nèi)的穿透損失在低帶寬時(shí)是17dB，在高帶寬是20dB。小基站應(yīng)該被放置在室內(nèi)的地方，在普通的開闊區(qū)域，小區(qū)的半徑應(yīng)該大于20m。

2 來自小基站的下行鏈路干擾——宏站UE

小基站的部署會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面的影響，干擾UE連接到宏站。當(dāng)小基站被部署在宏站價(jià)值非常高的區(qū)域時(shí)這種影響會(huì)增加：在這種區(qū)域小基站沒有足夠的功率來占據(jù)主導(dǎo)地位，所以在一個(gè)大的區(qū)域內(nèi)它不是一個(gè)最好的服務(wù)小區(qū)，但是它發(fā)射的功率足夠來減少附近的連接到UE的宏站的功率。

在規(guī)劃分析中觀察到最高的SINR衰減大概為3dB。因此，小基站的位置在共享載波來確保小基站為最好服務(wù)小區(qū)的區(qū)域真的是非常重要的，避免UE連接到宏站層頻率衰減的情況。

3 來自宏站的UE的上行鏈路干擾——小基站

當(dāng)小基站被放置在宏站的邊緣的時(shí)候，發(fā)生上行鏈路小基站干擾的危險(xiǎn)最大。當(dāng)小基站被放置在宏站的中心或者宏站的邊緣的時(shí)候，UE連接到宏站傳輸足夠的功率來干擾小基站的上行鏈路。這是因?yàn)楹暾竞托』局g的路徑損耗導(dǎo)致接收到相同的RSRP值。因?yàn)楹暾竞托』竟β什煌瑢?dǎo)致的差值，靈敏度針對(duì)這兩站產(chǎn)品也是不同的，相關(guān)幾個(gè)參數(shù)如下所述。1）靈敏度[ 1 ]（Sensitivity）=-174+10×log（NRB×W）+SINR+NF。

其中：（1）NRB：分配給UE的資源塊的數(shù)量；（2）SINR：依賴于服務(wù)支持；（3）eNodeB NF：2dB；（4）1W城市蜂窩小區(qū)NF：4dB。

2）基站每個(gè)天線功率=40W（46dBm）。

3）小基站每個(gè)天線功率=1W（30dBm）。

在評(píng)估上行鏈路小基站和宏站相等的點(diǎn)和下行鏈路小基站和宏站相等的店之間dB差值下面的非平衡的因素要計(jì)算進(jìn)去。非平衡路徑損失=（宏站功率@天線鏈連接器-小基站功率@天線連接器）-（小基站明靈敏度-宏站新靈敏度）。

當(dāng)小基站被放置在宏站的中心時(shí)，UE的功率可以通過部分功率控制來減少。但是當(dāng)UE連接到宏站，在條件比較好的情況下有可能傳輸較大的RB，潛在使用一個(gè)較大的功率。所以，在這個(gè)場景下帶寬的干擾率是比較高的。因此，仍然存在UE對(duì)小基站有很大干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

這允許小基站層和UE之間有個(gè)較高的IoT（Interference over Thermal干擾噪聲）來有效的抵抗UE連接到宏站層時(shí)產(chǎn)生的干擾。

4 結(jié)論

在宏站層網(wǎng)絡(luò)實(shí)施小基站并且完全共享載波配置將會(huì)包含在某些區(qū)域增加DL干擾，但是在某些區(qū)域可能提高頻率使用狀況。城市蜂窩小區(qū)應(yīng)該被選擇放置在一個(gè)可以有全局積極影響的地方。

參考文獻(xiàn)

[1]3GPP TSG RAN WG5.3GPP TS 36.521-1[R].歐洲：3GPP ETSI MCC，2016：804-1111.