TD—LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化方法研究

杜楊+楊奧林+朱革

【摘 要】TD-LTE由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、工作頻段等原因，更容易在相鄰站點之間出現(xiàn)重疊覆蓋區(qū)域。為了改善TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)造成的影響，首先介紹了重疊覆蓋的判斷思路，接著給出了一種小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化方法，該方法是通過聯(lián)合優(yōu)化小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域信號干擾水平和信號接收強度來減少重疊覆蓋。通過測試分析得知，該方法可以有效提高吞吐量和降低小區(qū)重疊覆蓋程度，具有一定的可行性和推廣性

TD-LTE由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、工作頻段等原因，更容易在相鄰站點之間出現(xiàn)重疊覆蓋區(qū)域。為了改善TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)造成的影響，首先介紹了重疊覆蓋的判斷思路，接著給出了一種小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化方法，該方法是通過聯(lián)合優(yōu)化小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域信號干擾水平和信號接收強度來減少重疊覆蓋。通過測試分析得知，該方法可以有效提高吞吐量和降低小區(qū)重疊覆蓋程度，具有一定的可行性和推廣性。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE 重疊覆蓋 吞吐量 SINR RSRP

Investigation on the Cell Overlapping Coverage Optimization

in TD-LTE Networks

[Abstract]In view of the network architecture and the frequency， the overlapping coverage area is apt to appear between adjacent cells in TD-LTE networks. In order to mitigate the impact of the overlapping coverage area on TD-LTE networks， the judgment method of the overlapping coverage was introduced. An optimization method of the overlapping coverage was presented， which can reduce the overlapping coverage by jointly optimizing the interference plus noise ratio （SINR） and the reference signal receiving power （RSRP） in the overlapping coverage area. Tests demonstrate that the method can effectively improve the throughput， reduce the overlapping coverage and have the moderate validity and feasibility.

[Key words]TD-LTE overlapping coverage throughput SINR RSRP

1 引言

TD-LTE[1]作為第四代移動通信國際標準，采用同頻組網(wǎng)方式，在增加頻譜利用率的同時，也增加了小區(qū)邊緣用戶受干擾的幾率。由于TD-LTE具有干擾敏感性，將會對小區(qū)邊緣吞吐量、覆蓋等造成影響。文獻[2]介紹了重疊覆蓋的概念，對于某個采樣點，監(jiān)聽到的鄰區(qū)信號強度與其主服務(wù)小區(qū)RSRP相差在6 dB，同時個數(shù)（包含服務(wù)小區(qū)）大于3的時候，即存在重疊覆蓋。TD-LTE在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期多采用與TD-SCDMA共站址的模式，TD-SCDMA的工作頻段和特點導(dǎo)致了即使TD-SCDMA基站結(jié)構(gòu)布局合理，也不等于TD-LTE結(jié)構(gòu)就完全合理的問題。文獻[3]闡述了在LTE建網(wǎng)初期，通過對現(xiàn)有TD-SCDMA數(shù)據(jù)進行健康預(yù)評估，能減少后續(xù)重疊帶來的影響。文獻[4]給出一種基于重疊覆蓋強度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估分析方法，通過對標規(guī)劃仿真數(shù)據(jù)和實際測試數(shù)據(jù)，驗證了該方法的可靠性。文獻[5]給出了對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能及對弱覆蓋、重疊覆蓋進行評估的方法，但僅淺談了解決思路，未涉及具體詳細的方法評估。文獻[6]分析了多種可能會對網(wǎng)絡(luò)引起干擾而導(dǎo)致重疊覆蓋的原因，并為后續(xù)相關(guān)優(yōu)化工作打下了基礎(chǔ)。文獻[7]探討在不同的小區(qū)重疊個數(shù)、小區(qū)負載的情況下，重疊覆蓋對下行吞吐量的影響。文獻[8]介紹了一些常見的重疊覆蓋優(yōu)化方法，并針對各類問題，給出了不同的策略。文獻[9]介紹了重疊覆蓋與LTE網(wǎng)絡(luò)整體性能的關(guān)系，給出了重疊覆蓋的優(yōu)化建議。本文將在已有研究的基礎(chǔ)上，對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化問題進行進一步探討。

2 小區(qū)重疊覆蓋問題研究

2.1 問題描述

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中，對于密集市區(qū)場景，普遍站間距小于300 m，部分區(qū)域甚至小于200 m，存在一個區(qū)域內(nèi)有較多小區(qū)信號同時覆蓋的現(xiàn)象。如果此類小區(qū)信號強度比較接近，并且數(shù)量較多，則會造成終端無主服務(wù)小區(qū)、頻繁切換等事件發(fā)生，產(chǎn)生掉話、無法上網(wǎng)的情況，影響小區(qū)性能，對用戶感知造成嚴重影響。為減少由于小區(qū)重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的負增益，小區(qū)重疊覆蓋度這個概念被行業(yè)專家和研究人員提出，所謂重疊覆蓋度，通常定義如下：UE接收到主服務(wù)小區(qū)RSRP信號強度大于-105 dBm，即RSRPSCELL>-105 dBm；同時UE監(jiān)聽到候選集中鄰區(qū)小區(qū)（t=[1， 2， …， h] ）信號強度和RSRPSCELL相差6 dB內(nèi)的小區(qū)總個數(shù)大于3，即滿足公式（1）：

隨著網(wǎng)絡(luò)站點規(guī)模的逐漸增加，重疊覆蓋已經(jīng)成為當前影響網(wǎng)絡(luò)感知的一個關(guān)鍵因素。本文將通過對現(xiàn)網(wǎng)重疊覆蓋進行分析，給出重疊覆蓋優(yōu)化建議，并對其效果進行驗證。

2.2 現(xiàn)網(wǎng)重疊覆蓋分析

為了對現(xiàn)網(wǎng)重疊覆蓋情況進行調(diào)研分析，選取了密集市區(qū)場景下某網(wǎng)格A作為研究對象，該網(wǎng)格面積4.45 km2，包含36個室外站點（宏站+微蜂窩），平均站間距約298 m，選取了每天的忙時（上午8—10點，下午3—5點，晚上7—9點）進行DT（Diver Test）拉網(wǎng)測試。網(wǎng)格A概況如圖1所示（圖中紅色區(qū)域表示該網(wǎng)格區(qū)域，藍色圖標代表基站及對應(yīng)小區(qū)）：

拉網(wǎng)測試過程中基站RS功率15.2 dBm，天線平均高度35 m，根據(jù)TD-LTE測試規(guī)范[10]，得到了SINR值與重疊覆蓋度關(guān)系

從圖2中可以看到，隨著重疊覆蓋度的增加，SINR呈現(xiàn)下降的趨勢。當重疊覆蓋度等于3的時候，SINR等于-3.8 dB，重疊覆蓋度等于4的時候，SINR等于-10.2 dB，隨著重疊覆蓋度增大，SINR值下降趨勢明顯。

由圖3的測試結(jié)果可以知道，隨著重疊覆蓋的增加，吞吐量呈現(xiàn)下降的趨勢，特別是當重疊覆蓋度大于2之后，下降趨勢非常明顯。

2.3 重疊覆蓋判斷方法

由上文可知，重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)的影響非常之大，本節(jié)重點對重疊覆蓋判斷、重疊覆蓋的計算和優(yōu)化方法進行介紹，外場測試結(jié)果及分析將在下一節(jié)探討。

首先，UE將對應(yīng)的主服務(wù)小區(qū)信號強度與其監(jiān)聽到的鄰區(qū)信號強度相差3 dB的鄰區(qū)小區(qū)定義為潛在服務(wù)小區(qū)。重疊覆蓋優(yōu)化方法具體流程如下：

（1）通過對現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)進行分析，得出SINR值較差范圍，即SINR≤0的區(qū)域，定義該區(qū)域中有k個SINR值差點SW={SW1， SW2， …， SWk}，k為SINR值差點編號；

（2）對k個SINR值差點進行分析，得到其對應(yīng)的主覆蓋小區(qū)信息SCELLk和該點對應(yīng)的鄰區(qū)列表信息NCELLk={NCELL1， NCELL2， …， NCELLi}，i為該點可以監(jiān)聽到的所有鄰區(qū)編號；

（3）對SCELLk和NCELLk鄰區(qū)列表進行分析，得到k點對應(yīng)的服務(wù)小區(qū)信號強度和鄰區(qū)列表中鄰區(qū)信號強度，計算符合該點主服務(wù)小區(qū)和各個鄰區(qū)信號強度關(guān)系“ dB”的所有值，統(tǒng)計得出覆蓋重疊集O={O1， O2， …， On}，n為重疊覆蓋個數(shù)。

對各個UE來說，存在一個重疊覆蓋閾值x，如果xn，即認為存在重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生負增益，本文中暫定x=3。

2.4 重疊覆蓋改進方法

對于SW集合不為空的時候，同時覆蓋重疊個數(shù)n也大于閾值3的情況，即認為該UE處于重疊覆蓋區(qū)域內(nèi)，并且存在負增益，需要對重疊集進行優(yōu)化，具體優(yōu)化步驟如下：

（1）對于已經(jīng)確定的SINR值差點，重疊覆蓋原因是由于和兩者值差較??；

（2）對于≥-90 dBm，同時該點對應(yīng)的所有<-90 dBm，可以通過調(diào)節(jié)鄰區(qū)工參設(shè)置及發(fā)射功率，滿足≥6；

（3）對于≥-90 dBm，存在部分大于-90 dBm和部分小于-90 dBm的情況，建議通過增加主服務(wù)小區(qū)功率，使其≥6；

（4）如果>6，可通過切換設(shè)置，重新定義主服務(wù)小區(qū)；

（5）如果>6，通過對鄰區(qū)信號強度進行抑制，滿足≥

6，減少重復(fù)覆蓋。

3 測試分析

本節(jié)對改進的LTE小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化方法的吞吐量和SINR值進行了對比測試分析，參數(shù)設(shè)置如下：載波頻率E頻段，信道帶寬20 MHz，小區(qū)平均間距300 m。為了驗證優(yōu)化效果，選取了密集市區(qū)網(wǎng)格A進行測試，該網(wǎng)格面積4.45 km2，網(wǎng)格內(nèi)室外站點36個（宏站+微蜂窩），100個小區(qū)，平均站高36 m，平均站間距約298 m，網(wǎng)格內(nèi)包含了CBD、大型綜合體、圖書館、廣場等復(fù)雜環(huán)境。

通過對主干道路和人流較大路段進行掃頻重疊覆蓋測試，對測試數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前重疊覆蓋度大于3的重疊覆蓋個數(shù)為2087個，優(yōu)化前測試總共掃頻點個數(shù)為12 862個，重疊覆蓋度占比16.22%。

優(yōu)化后對比測試，總共掃頻采樣點個數(shù)12 799個，去除無效點2915個，優(yōu)化后重疊覆蓋度大于3的重疊覆蓋個數(shù)為1181個，重疊覆蓋度占比9.22%。

改進的方法和優(yōu)化前測試結(jié)果均是由100個小區(qū)測試的統(tǒng)計平均值得到。由圖4的對比測試結(jié)果可以知道，優(yōu)化后重疊覆蓋度大于3的比例已經(jīng)小于10%。

除了重疊覆蓋度，還對優(yōu)化前后的小區(qū)下行吞吐量進行了測試分析。

改進的方法和優(yōu)化前測試結(jié)果均是由100個小區(qū)進行測試的統(tǒng)計平均值得到。由圖5的對比測試結(jié)果可以知道，本文提出的小區(qū)重疊覆蓋改進提升方法對于本身下載速率低于10 Mbps的情況，下行吞吐量占比平均減少了1.9%；對于10≤x<20的情況，下行吞吐量占比提高了2.57%，這是由于速率較低的小區(qū)存在的重疊覆蓋減少，此部分小區(qū)優(yōu)化后速率有了提升，大多數(shù)達到了10 Mbps以上。由于本文優(yōu)化方法暫不涉及到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整，對于部分站點存在的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計不合理情況，無法實踐本文提出的改進方法，故為后續(xù)速率質(zhì)量提升還保留了一部分空間。

4 結(jié)論

TD-LTE作為第四代移動通信技術(shù)，可以實現(xiàn)更高速率、更小時延的通信服務(wù)，由于TD-LTE自身原因，小區(qū)重疊覆蓋成為決定網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的一個關(guān)鍵問題。首先介紹了小區(qū)重疊覆蓋的概念，在現(xiàn)有小區(qū)重疊覆蓋解決方法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進的小區(qū)重疊覆蓋優(yōu)化方法。該方法綜合考慮SINR值差以及鄰區(qū)RSRP過強引起的干擾問題，通過一系列措施，減少了小區(qū)重疊，提高了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，外場對比測試驗證了該方法的正確性和可行性。

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