一種基于因子加權(quán)算法的PCI 模三干擾智能優(yōu)化方法研究及應(yīng)用*

劉 潔，葛 俊

（1.湖南工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院，湖南 湘潭 411104；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)湖南有限公司湘潭分公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

我國(guó)通信行業(yè)的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）網(wǎng)絡(luò)始于2004 年3GPP 的多倫多會(huì)議。LTE 技術(shù)改進(jìn)并增強(qiáng)了3G 的空中接入技術(shù)，采用OFDM 和MIMO 作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在20 MHz 頻譜帶寬下能夠提供下行326 Mb/s 與上行86 Mb/s 的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)延遲，包括FDD-LTE（通常簡(jiǎn)稱LTE）和TD-LTE兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

為高效利用無(wú)線頻譜資源，LTE 網(wǎng)絡(luò)主要為同頻組網(wǎng)。通過(guò)對(duì)基站的物理小區(qū)規(guī)劃分配物理小區(qū)識(shí)別號(hào)（Physical-layerCellIdentity，PCI）來(lái)減少相互之間的干擾。PCI 指的是物理小區(qū)ID，作用相當(dāng)于CDMA 網(wǎng)絡(luò)擾碼的概念，用來(lái)區(qū)分小區(qū)。因?yàn)槟壳癓TE 組網(wǎng)是同頻組網(wǎng)，所以區(qū)分小區(qū)必須是不同的PCI 來(lái)區(qū)分[1]。PCI 共有504 個(gè)，從0～503 進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)的定義為PCI=3×GroupID(SSS)+SectorID(PSS)。其中：SSS 是輔同步信號(hào)，共168 組，從0～167 編號(hào)；PSS 是主同步信號(hào)，共3 個(gè)，即0、1、2。通過(guò)公式正好得到504 個(gè)PCI[2]。反過(guò)來(lái)，PCI/3即是mod3（模3）的來(lái)源。mod3 干擾就是PCI 除3 之后的余數(shù)相同的概念即PSS 信號(hào)相同導(dǎo)致的干擾[3]。在移動(dòng)通信中，手機(jī)首先解析主同步序列，解析到主同步序列后再解析輔同步序列。因?yàn)橹魍叫蛄休^少，所以在現(xiàn)網(wǎng)解析中容易出現(xiàn)干擾，而干擾的出現(xiàn)表現(xiàn)為PCI 每間隔3 個(gè)符號(hào)出現(xiàn)一次，所以習(xí)慣稱之為模3 干擾。

根據(jù)對(duì)各大運(yùn)營(yíng)商LTE 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的調(diào)查，LTE網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)已基本達(dá)到90%以上的信號(hào)覆蓋率，特別是城區(qū)，站點(diǎn)更為密集，平均站距在200～250 m。密集的站點(diǎn)帶來(lái)的好處是提高了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的深度覆蓋，缺點(diǎn)是PCI 模三干擾帶來(lái)的負(fù)增益。因此，除了控制基站物理小區(qū)的信號(hào)覆蓋區(qū)域外，還需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的用戶分布情況合理規(guī)劃PCI，減少網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的模三干擾，改善LTE物理小區(qū)覆蓋邊緣的用戶感知。

1 現(xiàn)有PCI 模三干擾方法

1.1 采集路測(cè)數(shù)據(jù)分析PCI 干擾

通信運(yùn)營(yíng)商對(duì)于LTE 網(wǎng)絡(luò)中的PCI 干擾檢查和分析，最常規(guī)的方法是通過(guò)路測(cè)采集道路信號(hào)覆蓋情況或進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試采集室內(nèi)信號(hào)覆蓋情況，人工分析測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)存在同模（同模即PCI MOD 3 后余數(shù)相同）的相鄰小區(qū)進(jìn)行基站天線覆蓋調(diào)整或PCI 調(diào)整。

目前，常用的路測(cè)采集軟件主要有鼎利公司開(kāi)發(fā)的Pilot Navigator 和ATU File Player、惠杰朗公司的CDS 及愛(ài)立信公司的TEMS 等。路測(cè)軟件除了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集外，也可用于數(shù)據(jù)回放和分析。通常對(duì)于PCI 同模的分析主要是通過(guò)回放路測(cè)數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)電平信息窗口中PCI 模三相同小區(qū)的RSRP（參考信號(hào)電平）差值在9 dB 以內(nèi)來(lái)判斷是否存在模三干擾。測(cè)試軟件會(huì)直接將不同的模組PCI 標(biāo)記為不同顏色，便于人員分析，但是否存在模三干擾需要人工進(jìn)行查詢。

圖1 為ATU File Player 軟件界面，在Neighbour Cell Info 窗口中會(huì)將每個(gè)采樣點(diǎn)的服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)的頻點(diǎn)、PCI 以及RSRP 等信息顯示出來(lái)。其中，排在第一行的為服務(wù)小區(qū)，排在第二行的為第一相鄰小區(qū)，PCI 除3 后余數(shù)相同即為同模，RSRP差值在9 dB 以內(nèi)，判斷為模三干擾。

圖1 ATU File Player 軟件界面

1.2 站點(diǎn)分布圖分析PCI 干擾

國(guó)內(nèi)通信行業(yè)中常用的LTE 網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)分布圖優(yōu)化工具有Nastar、AIRCOM 及ATOLL 等，還有各種基于Mapinfo 的插件工具如SeeSite、W-Planning 等。這些工具都具有PCI 模三計(jì)算、鄰區(qū)顯示等功能。其中，以MAPINFO 中的插件工具舉例。在軟件中可以根據(jù)小區(qū)數(shù)據(jù)中模三的值對(duì)小區(qū)進(jìn)行專題圖渲染，同模的小區(qū)顯示為同一顏色，然后由人工進(jìn)行檢查，確認(rèn)PCI 同模的小區(qū)是否存在小區(qū)覆蓋方向?qū)Υ虻那闆r。如圖2 所示，每個(gè)扇形表示為一個(gè)基站物理小區(qū)，扇形的方向?yàn)樾盘?hào)覆蓋方向，圖中兩個(gè)相鄰的站點(diǎn)的S1和S2兩個(gè)小區(qū)PCI 模三相同且存在對(duì)打情況，即判斷為存在模三干擾。

圖2 模三干擾

2 基于因子加權(quán)算法的PCI 模三干擾智能優(yōu)化方法

以小區(qū)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)切換次數(shù)占比作為基礎(chǔ)的參考數(shù)據(jù)，根據(jù)每個(gè)LTE 基站的經(jīng)緯度、方位角信息計(jì)算出相鄰關(guān)系權(quán)重系數(shù)、物理小區(qū)方位關(guān)聯(lián)權(quán)重系數(shù)和同頻同模相關(guān)系數(shù)作為加權(quán)判斷因子。利用3 個(gè)判斷因子與切換次數(shù)系數(shù)的乘積（即加權(quán)過(guò)程）進(jìn)行加權(quán)計(jì)算和分析，然后對(duì)每個(gè)主小區(qū)中所有鄰區(qū)計(jì)算切換占比加權(quán)后的值相加得到主小區(qū)的模三干擾程度值，根據(jù)模三干擾程度值判斷每個(gè)小區(qū)的模三干擾的程度。最終，對(duì)每個(gè)小區(qū)的PCI 模三干擾程度進(jìn)行判斷和計(jì)算最佳的模三值，從而達(dá)到自動(dòng)化優(yōu)化PCI 干擾的目標(biāo)。算法流程如圖3 所示。

2.1 小區(qū)切換次數(shù)占比值作為基準(zhǔn)值

在LTE 網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)物理主小區(qū)需要在網(wǎng)管中定義n個(gè)相鄰切換小區(qū)。主小區(qū)下由于移動(dòng)終端在移動(dòng)過(guò)程中信號(hào)的衰減，需要占用信號(hào)更好的相鄰小區(qū)。每發(fā)生一次切換網(wǎng)管會(huì)進(jìn)行次數(shù)累加，切換次數(shù)越多，說(shuō)明該鄰小區(qū)與主小區(qū)的切換邊界用戶越多，且存在重疊覆蓋區(qū)域[4]。

圖3 算法流程

主小區(qū)下鄰區(qū)切換次數(shù)占比越大，說(shuō)明該鄰區(qū)對(duì)主小區(qū)的影響程度越大。當(dāng)該鄰區(qū)與主小區(qū)同頻同模時(shí)，則在這兩個(gè)小區(qū)的切換邊界區(qū)域存在較大的干擾，影響邊界區(qū)域的用戶上網(wǎng)速率和網(wǎng)絡(luò)接入性能，因此將主小區(qū)下每個(gè)鄰區(qū)的切換次數(shù)作為基準(zhǔn)值。但是，由于每個(gè)主小區(qū)下用戶的數(shù)量存在較大的差別，要判斷每個(gè)主小區(qū)的模三干擾程度則必須采用同一數(shù)量級(jí)才有性能對(duì)比意義。因此，將主小區(qū)與所有鄰區(qū)切換次數(shù)轉(zhuǎn)換為該主小區(qū)下與所有鄰區(qū)切換次數(shù)的占比，這樣主小區(qū)下所有鄰區(qū)的切換次數(shù)占比總和為1，每個(gè)主小區(qū)的數(shù)量級(jí)相同具有可對(duì)比意義。這里主小區(qū)a 下n個(gè)相鄰小區(qū)的切換次數(shù)為Cm(1 ≤m≤n)，主小區(qū)a 中鄰區(qū)m的切換次數(shù)占比為Hwi=cm/(c1+c2+c3+…+cn)。

2.2 站點(diǎn)相鄰關(guān)系權(quán)重系數(shù)算法及參數(shù)定界

根據(jù)LTE 站點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，以目標(biāo)站點(diǎn)為中心點(diǎn)對(duì)相鄰站點(diǎn)在LTE 網(wǎng)管參數(shù)中定義的所有相鄰站點(diǎn)列表進(jìn)行遍歷計(jì)算，根據(jù)目標(biāo)站點(diǎn)與相鄰站點(diǎn)的夾角范圍和站距，通過(guò)夾角和站距判斷在一定的夾角范圍內(nèi)是否為距離目標(biāo)站點(diǎn)最近的相鄰站點(diǎn)。如圖4 所示，S1為目標(biāo)站點(diǎn)，經(jīng)緯度為X1和Y1，相鄰站點(diǎn)中有S2和S3，S2的經(jīng)緯度為X2和Y2，S3的經(jīng)緯度為X3和Y3。根據(jù)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)計(jì)算出S1到S2、S3的距離和方位夾角，再把到S2和S3的夾角求差得到∠A。如果∠A 小于相鄰關(guān)系角度判斷因子z，則對(duì)距離進(jìn)行判斷，距離近的站點(diǎn)S2為相鄰關(guān)系并賦予該站點(diǎn)權(quán)重系數(shù)為相鄰系數(shù)a1，距離遠(yuǎn)的S3站點(diǎn)為不相鄰關(guān)系并賦予該站點(diǎn)權(quán)重系數(shù)為相鄰系數(shù)a2。

圖4 站點(diǎn)相鄰關(guān)系權(quán)重系數(shù)算法

權(quán)重系數(shù)的取值定界直接決定了相鄰關(guān)系在切換權(quán)重中的加權(quán)比例，所以需要對(duì)權(quán)重系數(shù)Awi進(jìn)行定界。算法中相鄰關(guān)系角度判斷因子z的大小直接決定了相鄰關(guān)系判斷的正確性，設(shè)置太大有可能把實(shí)際相鄰站點(diǎn)的關(guān)系定義為不相鄰，設(shè)置太小則可能將太多不相鄰的站點(diǎn)定義為相鄰。因此，它是算法中需要進(jìn)行研究和定界的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)全網(wǎng)所有站點(diǎn)選取距離最近的TOP10 站點(diǎn)，計(jì)算10 個(gè)站點(diǎn)與主站點(diǎn)之間的連線夾角，獲取每個(gè)站點(diǎn)與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)夾角的最小值，然后進(jìn)行全網(wǎng)平均確定z的取值，z的最佳判斷值為20°。權(quán)重系數(shù)中a1為相鄰關(guān)系權(quán)重系數(shù)取值為1，a2為不相鄰站點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)。由于站點(diǎn)不相鄰則，相對(duì)于PCI 干擾來(lái)看干擾程度更小，需要弱化該鄰區(qū)的權(quán)重，因此取值為0.5。

2.3 物理小區(qū)方位關(guān)聯(lián)權(quán)重系數(shù)算法及參數(shù)定界

由于每個(gè)物理小區(qū)的覆蓋為定向覆蓋，信號(hào)主覆蓋范圍夾角在30°～90°，因此考慮到每個(gè)物理小區(qū)的覆蓋定向性，先暫不考慮站點(diǎn)相鄰的關(guān)系，需要對(duì)目標(biāo)小區(qū)和相鄰小區(qū)的覆蓋方向（通信術(shù)語(yǔ)為方位角，后簡(jiǎn)稱方位角）進(jìn)行判斷。如果小區(qū)的覆蓋方向上并在覆蓋夾角范圍內(nèi)存在交集，則判斷為方位相關(guān)；否則，為方位不相關(guān)[5]。

算法中同樣需要計(jì)算目標(biāo)站與相鄰站之間的方向角，再查看相鄰站每個(gè)小區(qū)的方位角在30°～90°夾角范圍內(nèi)是否朝向目標(biāo)站，而目標(biāo)站也同樣判斷對(duì)每個(gè)小區(qū)的方位角在30°～90°的夾角范圍內(nèi)是否朝向相鄰站。目標(biāo)小區(qū)與相鄰小區(qū)同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則定義為方位關(guān)聯(lián)。因此，根據(jù)小區(qū)方位關(guān)聯(lián)與否賦予權(quán)重系數(shù)Cwi為b1和b2。b1為關(guān)聯(lián)權(quán)重，取值為b1=1；b2為不關(guān)聯(lián)權(quán)重，取值為b2=0.5。方位關(guān)聯(lián)權(quán)重取值定界關(guān)系到在切換權(quán)重中的加權(quán)比例。

以圖5 為例判斷小區(qū)覆蓋存在交集的算法。站點(diǎn)S1下3 個(gè)物理小區(qū)C1、C2、C3，相鄰站點(diǎn)S2下的3 個(gè)物理小區(qū)C4、C5、C6。假設(shè)所有小區(qū)的覆蓋夾角范圍都為120°，其中C1的方位角為60°，則根據(jù)S1到S2的方向角是否滿足大于（60°-120°）/2 或小于（60°+120°）/2，判斷出S2在C1的覆蓋范圍內(nèi)，同時(shí)C4的方位角為300°。根據(jù)S2到S1的方位角是否滿足大于（300°-120°）/2 或（300°+120°）/2，判斷S1也在C4的覆蓋范圍內(nèi)。因此，結(jié)合以上對(duì)兩個(gè)小區(qū)的相互判斷，得到結(jié)論C1和C4存在覆蓋交集。

圖5 判斷小區(qū)覆蓋存在交集的算法示意

2.4 模三權(quán)重系數(shù)算法

模三權(quán)重系數(shù)算法較為簡(jiǎn)單，只需要判斷目標(biāo)小區(qū)與相鄰小區(qū)是否屬于同頻段，且判斷PCI 的模三值是否相同。如果同頻且模三值相同，則系數(shù)Mwi取值為1，否則取值為0。該系數(shù)的作用是排除掉鄰區(qū)中頻點(diǎn)不相同且不同模的相鄰小區(qū)。

2.5 小區(qū)模三干擾程度值計(jì)算

在得到所有相關(guān)系數(shù)和切換量占比后，則可以對(duì)每個(gè)目標(biāo)小區(qū)的PCI 模三干擾程度值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)目標(biāo)小區(qū)中所有鄰區(qū)的切換占比與4 項(xiàng)權(quán)重因子的總和，計(jì)算得每個(gè)小區(qū)的模三干擾程度值Ic。

在進(jìn)行全網(wǎng)分析時(shí)，按照小區(qū)干擾程度值對(duì)TOP 小區(qū)進(jìn)行分析，并將重新優(yōu)化規(guī)劃后的PCI 再次代入進(jìn)行計(jì)算，找到該小區(qū)的最優(yōu)干擾程度值，確定小區(qū)的最佳模三組。計(jì)算公式如下：

3 優(yōu)化效果評(píng)估

提取優(yōu)化區(qū)域LTE 工參和多天點(diǎn)對(duì)點(diǎn)切換數(shù)據(jù)，然后利用VBA 實(shí)現(xiàn)算法流程計(jì)算每個(gè)小區(qū)模三干擾程度值，并通過(guò)Mapinfo 工具對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行渲染，繼而針對(duì)小區(qū)模三干擾程度值制定PCI 優(yōu)化調(diào)整方案，并將優(yōu)化后的PCI 重新帶入軟件進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)多輪演算后的結(jié)果實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)PCI優(yōu)化。

對(duì)某地市LTE 網(wǎng)絡(luò)完成PCI 模三干擾優(yōu)化，共計(jì)調(diào)整118 站點(diǎn)242 小區(qū)。如圖6 和圖7 所示，優(yōu)化前后小區(qū)基于切換的模三干擾程度值在圖層上渲染分布，模三切換較為嚴(yán)重的區(qū)域明顯好轉(zhuǎn)，優(yōu)化區(qū)域干擾程度值從28.03 下降到14.89。

圖6 優(yōu)化前PCI 模三干擾渲染

圖7 優(yōu)化后PCI 模三干擾渲染

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的優(yōu)化方法既改善了模三干擾優(yōu)化方法、流程，提升了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化質(zhì)量和效率，也解決了大范圍模三干擾問(wèn)題，降低了PCI 模三對(duì)現(xiàn)網(wǎng)性能指標(biāo)影響，同時(shí)通過(guò)小區(qū)級(jí)PCI 優(yōu)化重規(guī)，提升了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能，用戶感知愈加明顯。