基于迭代算法的TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋優(yōu)化

文/張炎生 李力

1 引言

1.1 LTE的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

LTE（長期演進）是第四代通信標(biāo)準(zhǔn)，LTE標(biāo)準(zhǔn)化于2004年開始實施。LTE的技術(shù)本質(zhì)是利用MIMO（多輸入多輸出，MIMO）技術(shù)和OFDM（正交頻率分復(fù)用，正交頻分復(fù)用）技術(shù)，其在數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)接入的性能進一步提高。截至2011年9月，已經(jīng)存在FD-LTE（頻分多址長期演進，具有208個LTE網(wǎng)絡(luò)項目的LTE項目和37個基于長期演進頻率分裂的商業(yè)發(fā)射LTE網(wǎng)絡(luò)）。同年，中國移動與印度合作組織Bharti，日本軟銀等聯(lián)合提議并擬定了TD-LTE技術(shù)協(xié)議，各國于GTITD-LTE提出發(fā)展舉措和共計7項倡議，給出了建立TD-LTE全球發(fā)展計劃的具體計劃，此組織是中國領(lǐng)導(dǎo)之下的第一個電信領(lǐng)域的國際組織。GTI在部署和建設(shè)超過40個業(yè)務(wù)的三年后，已有73個合作伙伴和100個運營商陸續(xù)加入，到2014年，全球已有28個TD-商用LTE網(wǎng)絡(luò)部署計劃已啟動。

我國4G牌照于2013年底正式發(fā)布，中國電信，中國移動，中國聯(lián)通全部獲得TDLTE牌照。具體來說，中國移動已獲得包括E波段（2320至2370MHz），F(xiàn)波段（1880至1900MHz）和D波段（2575至2635MHz）三個頻段的130MHz頻段。根據(jù)中國移動宣布的計劃，到2014年底，中國將完成100個城市的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，計劃建設(shè)20萬個基站，到2015年底實現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)。目前，F(xiàn)D-LTE尚未在中國銷售。由于LTE網(wǎng)絡(luò)和多樣化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的部署以及無線環(huán)境，用戶行為和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的組合，LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要性日益突出。由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)使用相同的頻率組網(wǎng)，因此使用頻率規(guī)劃方法不可能減少小區(qū)內(nèi)的同信道干擾（不準(zhǔn)確的關(guān)系），因此可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的同頻干擾存在性。為了滿足TD-LTE用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，提供良好的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的早期階段，必須高度重視TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

表1：測試點A在不同條件下的速率測試情況

1.2 LTE網(wǎng)絡(luò)存在的問題

現(xiàn)階段TD-LTE網(wǎng)絡(luò)多使用相同頻率組網(wǎng)，因此使用頻率規(guī)劃方法不可能減少小區(qū)內(nèi)的同信道干擾問題，因此可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的同頻干擾存在性。為了解決這一問題提供了一個科學(xué)合理的優(yōu)化方案設(shè)計，更深入探討組網(wǎng)過程中重疊覆蓋問題，建立TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案和技術(shù)以及有關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的方案。隨著智能城市建設(shè)步伐的加快，TDLTE網(wǎng)絡(luò)對于重疊覆蓋干擾的分析和研究，在未來必然成為建設(shè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。

2 重疊覆蓋對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響

2.1 重疊覆蓋問題來源

在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑時，很難實現(xiàn)期望的六角形蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)的實際結(jié)構(gòu)內(nèi)，覆蓋范圍內(nèi)信號變化起伏，因此在改變信號傳播沖擊，鏈路預(yù)算，深入室內(nèi)環(huán)境覆蓋預(yù)留余量時，網(wǎng)絡(luò)中存在的重疊覆蓋是無法避免的。此外，實際的網(wǎng)絡(luò)高度和基站（如果面積覆蓋率較高且從屬站點）使得其在部署網(wǎng)絡(luò)過程中必然會出現(xiàn)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。

在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑時，很難實現(xiàn)期望的六角形蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)的實際結(jié)構(gòu)內(nèi)，覆蓋范圍內(nèi)信號變化起伏，因此在改變信號傳播沖擊，鏈路預(yù)算，深入室內(nèi)環(huán)境覆蓋預(yù)留余量時，網(wǎng)絡(luò)中存在的重疊覆蓋是無法避免的。此外，實際的網(wǎng)絡(luò)高度和基站（如果面積覆蓋率較高且從屬站點）使得其在部署網(wǎng)絡(luò)過程中必然會出現(xiàn)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。

在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中，重疊覆蓋主要包括區(qū)域間覆蓋和導(dǎo)頻污染，但主要原因是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理。這里的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指基站選址，站點高度，站對站，天線方位角，下傾角等。有些重疊覆蓋是由某些因素造成的，有些是受多種因素共同影響的。高站低洼：在密集的城區(qū)，站密集，站間距平均較小，站點較高，下傾角較低，覆蓋區(qū)域重疊較多。天線性能異常：天線老化或故障導(dǎo)致天線旁瓣和后瓣嚴(yán)重信號泄漏，造成信號泄漏區(qū)域重疊覆蓋。宏站覆蓋客房，并且需要確保室內(nèi)連續(xù)覆蓋不可避免地導(dǎo)致道路上的過度重疊覆蓋。

2.2 重疊覆蓋對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響

在TD-LTE系統(tǒng)中，服務(wù)小區(qū)的信號強度小于6dB的區(qū)域和包括服務(wù)小區(qū)在內(nèi)的重疊的CRSRSRP信號強度超過1至110dBm，可以被定義為重疊的覆蓋區(qū)域。重疊覆蓋導(dǎo)致TDLTE網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重的同頻干擾，并且顯著降低了用戶在受影響地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)傳輸表現(xiàn)。與非重疊區(qū)域相比，重疊可接收區(qū)域的吞吐量損失高達70%或更高，并且隨著重疊接收程度變得更深，由于相同頻率干擾導(dǎo)致的性能損失進一步增大。下面通過實際案例說明同頻干擾對TDLTE網(wǎng)絡(luò)速率的影響。單元A站點被選作檢查目標(biāo)站點。A站周圍的基站密集，無線電環(huán)境復(fù)雜。位置A的主要服務(wù)小區(qū)是具有-75dbm強度級別的小區(qū)，在相鄰小區(qū)中有多個小區(qū)檢測大于-90dbm。相鄰小區(qū)逐漸被阻塞，見表1。比較測試結(jié)果，重疊覆蓋對下行業(yè)務(wù)影響很大，對上行業(yè)務(wù)影響較小，重疊覆蓋越嚴(yán)重，對下行速率影響越明顯?？梢钥闯?，該區(qū)域最終用戶的吞吐量性能被影響，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標(biāo)無法實現(xiàn)。

圖1：迭代算法的優(yōu)化步驟

3 TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)覆蓋優(yōu)化方案研究

3.1 覆蓋優(yōu)化原理與方案

解決覆蓋空洞、弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、導(dǎo)頻污染(或弱覆蓋和重疊覆蓋)有如下六種手段(按優(yōu)先級排)即：調(diào)整天線下傾角、調(diào)整天線方位角、調(diào)整RS的功率、升高或降低天線掛高、站點搬遷、新增站點或RRU。

3.2 重疊覆蓋優(yōu)化方法

根據(jù)優(yōu)化經(jīng)驗，判斷TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中某一點的重疊和覆蓋的條件是：服務(wù)小區(qū)RSRP = -110dBm，服務(wù)小區(qū)RSRP與相鄰的RSRP為6dBm以下為3以上。優(yōu)化方法如下；

清理主要覆蓋區(qū)域，簡化切換關(guān)系；

調(diào)整下傾角，方位角和功率，使該區(qū)域的主要服務(wù)小區(qū)> -110dBm；

減少該地區(qū)其他社區(qū)的覆蓋面；

如果污染嚴(yán)重，可考慮使用雙通道RRU牽引單獨提高區(qū)域覆蓋范圍，以便只有足夠強大的導(dǎo)頻出現(xiàn)在該區(qū)域。

4 基于迭代算法的重疊覆蓋優(yōu)化方案

迭代算法是通過分析掃頻數(shù)據(jù)，基于提高主服務(wù)小區(qū)功率以及降低鄰區(qū)功率，批量并迭代計算出各小區(qū)的功率調(diào)整值，從而降低高重疊覆蓋占比。迭代算法的具體執(zhí)行步驟如圖1所示。

（1）優(yōu)化人員首先對網(wǎng)絡(luò)進行一次掃頻測試，并根據(jù)基站數(shù)據(jù)庫分別輸出6dB以及10dB以內(nèi)的路測采樣點的兩張鄰區(qū)列表(簡稱鄰區(qū)列表)，鄰區(qū)列表中包含最強小區(qū)以及各個鄰區(qū)的名稱和RSRP(參考信號接收功率)。

（2）嘗試通過提升服務(wù)小區(qū)的功率來改善重疊覆蓋度，遵循以下原則：

重疊覆蓋范圍3至4的采樣點，從6分貝鄰居小區(qū)列表中過濾出來，并且發(fā)現(xiàn)更多小區(qū)作為服務(wù)小區(qū)。增加這些小區(qū)的功率使得服務(wù)小區(qū)的RSRP有所上升，從而改善了重疊覆蓋。所以將其作為功率提升的候選小區(qū)。

在10dB鄰居列表中，無論升壓電池是處于服務(wù)區(qū)域還是鄰近區(qū)域，如果負(fù)載測試采樣點的重疊覆蓋范圍為0到2，則這些采樣點的重疊覆蓋范圍不會受到干擾。

6dB鄰居列表的重疊覆蓋范圍為0到2，但10dB鄰居列表中的3個或更多采樣點是功率提升的隱藏點。如果功率提升單元靠近這些點，且列表不是服務(wù)小區(qū)，則可以生成新的高重復(fù)覆蓋點。

如果上行候選功率小區(qū)在6dB的鄰區(qū)列表中擁有的重疊覆蓋范圍為3dB至4ppm的采樣點的小區(qū)數(shù)量較多，且不可能是上述隱藏點的鄰區(qū)，則功率提升岷縣。相反，其可能忽略不計。

（3）通過減少小區(qū)功率來改善重疊覆蓋，遵守以下原則來選擇功率減少的社區(qū)。

6dB鄰居列表中的3至4dB覆蓋采樣點處將使用更多鄰區(qū)。

6dB鄰居列表。對于重疊覆蓋0到2個采樣點，使用較少的服務(wù)小區(qū)。

（4）在確定了提升功率的候選單元之后，這些單元的提升功率的大小被臨時設(shè)置為3dB，這可以通過相鄰區(qū)域和主服務(wù)區(qū)域之間的差異來近似得到。

（5）優(yōu)化單元小區(qū)在確定功率調(diào)整方法后，將每個小區(qū)的模擬RSRP重復(fù)到上述掃描數(shù)據(jù)，并通過模擬新的重疊覆蓋來計算。

5 結(jié)束語

通過對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程和背景描述，發(fā)現(xiàn)了重疊覆蓋問題的來源主要是受高站低下傾角、天線性能異常以及室內(nèi)連續(xù)覆蓋所引起的，對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能造成了嚴(yán)重的影響，尤其對下行業(yè)務(wù)影響最為嚴(yán)重?；诘惴ǖ闹丿B覆蓋優(yōu)化方案極大地改善了網(wǎng)格內(nèi)的重疊覆蓋情況，網(wǎng)格的KPI也得到了同步的提升。RSRP、SINR等主要測試指標(biāo)有了較為明顯的提升，意味著優(yōu)化方案效果良好，達到了優(yōu)化的目的，很好的解決了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的問題。