基于模三干擾分析的終端優(yōu)化設(shè)計

謝寧寧

（維沃移動通信有限公司，廣東 東莞 523861）

0 引言

隨著手機終端在各種場景（比如游戲、短視頻、網(wǎng)購）的廣泛應(yīng)用，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越高。降低時延、提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率、提高系統(tǒng)容量和覆蓋范圍以及降低運營成本是LTE和NR系統(tǒng)設(shè)計的主要目標(biāo)和需求。用戶對網(wǎng)絡(luò)性能和終端性能的直接感知體現(xiàn)就是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率[1]，為用戶提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗是終端手機的重要設(shè)計目標(biāo)。

在LTE同頻組網(wǎng)中，采用2×2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output） 傳 輸，PCI（Physical Cell Identifier）模三相等意味著參考信號分布位置和時間完全一致，當(dāng)模三小區(qū)間信號差異較小時，會使終端下行信道估計的SINR降低，吞吐量下降，對用戶的接入、切換、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)造成較大的影響[2]。

文獻[3]對模三干擾進行了原理分析和特征總結(jié)，歸納出了基站端的解決和規(guī)避方法，并沒有對終端側(cè)進行分析。文獻[4]對LTE mod3干擾問題進行分析，通過修改PCI優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，并未提及終端測的優(yōu)化和規(guī)避措施。而現(xiàn)實中存在這些模三干擾主要是由運營商布網(wǎng)不合理造成的，終端廠家去推進運營商改善有一定成效，但是暫時還沒有全部推進改善完畢。終端設(shè)計時如何優(yōu)化將是本文研究的重點。

為了系統(tǒng)地、精準(zhǔn)地探究模三干擾場景下影響終端吞吐量的關(guān)鍵因素，本文采用了比較新穎、精準(zhǔn)的研究方式VDT+OTA（Virtual Driving Test+Over The Air）[5]。選用 VDT可以在重塑外場環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過單一變量法，分別研究SINR、MCS選階、天線增益平衡性等因素對吞吐量的影響。

1 基于VDT的測試方案

1.1 環(huán)境搭建

LTE基站1是服務(wù)小區(qū)，配置TM8（Transmission Mode 8）傳輸模式單雙流自適應(yīng)。由于TM8采用波束賦形，因此在RRU（Remote Radio Unit）8路輸出口需分別連接至耦合盤進行相位校準(zhǔn)，連接方法是RRU端口0，……，端口8分別連接耦合盤8路輸入，同時輸入和輸出端一一對應(yīng)，依次連接至信道模擬器的8路輸入，此外RRU校準(zhǔn)口連接至耦合盤的校準(zhǔn)口。LTE基站2和基站3是同頻干擾源，配置基站模擬加擾功能。測試系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 測試系統(tǒng)框圖

對于模三干擾系統(tǒng)的吞吐量驗證，我們應(yīng)用的是ITU國際電聯(lián)所定義的IMT-A UMa NLOS信道模型[6]，具體參數(shù)如表1所示：

表1 IMT-A NLOS Urban macro-cell信道模型參數(shù)

1.2 VDT環(huán)境與外場相似度驗證

本文以現(xiàn)網(wǎng)下LTE B38模三干擾環(huán)境為基礎(chǔ)進行探究，利用掃頻儀信息（如表2所示）獲取到此場景存在的三個模三干擾小區(qū)37900<343>，37900<109>，37900<124>。

表2 模三干擾小區(qū)列表

利用外場掃頻儀數(shù)據(jù)在VDT進行復(fù)現(xiàn)，構(gòu)建三小區(qū)模三干擾TM8模擬場景，通過對比VDT環(huán)境參數(shù)及影響吞吐量參數(shù)（如表3所示）保證外場相似度，確認(rèn)實驗室環(huán)境有效性。實驗室與外場參數(shù)對比如表4所示。

表3 參數(shù)注釋

表4 雙流比實驗室與外場對比

如表5所示，終端B雙流比A高19%，但是在吞吐量上表現(xiàn)相當(dāng)。按照常規(guī)的理解起雙流比例越高越好，雙流比例越高應(yīng)該吞吐量越高。

表5 強場模三干擾環(huán)境下兩臺終端測試數(shù)據(jù)對比

為進一步理清各參數(shù)配置對吞吐量的影響，本文分別研究了SINR、MCS選階、天線增益不平衡等因素對吞吐量的影響。主要探索了以下幾個問題：

（1）雙流是否一定帶來吞吐量增益，以及什么條件下雙流對單流具有增益效果。

（2）主副天線增益不平衡對MCS、單雙流比例、以及吞吐量會產(chǎn)生什么樣的影響。

2 吞吐量性能損失分析

根據(jù)香農(nóng)定理，信道容量公式為[7]：

2.1 固定單流、固定雙流時吞吐量隨平均SINR變化

為了對比固定雙流、固定單流兩種基站配置下的吞吐量與SINR的關(guān)系，測試中采用保持服務(wù)小區(qū)功率不變，同時整體降低干擾小區(qū)功率的方式，來改善同頻模三干擾環(huán)境。干擾小區(qū)降低調(diào)整步長為4 dB，調(diào)整范圍是[0,20 dB]。從圖2可以看出：

圖2 固定單流、雙流吞吐量隨平均SINR變化

（1）當(dāng)平均SINR等于12 dB時，固定雙流方案與固定單流方案相比，吞吐量基本相同。

（2）當(dāng)平均SINR大于12 dB時，固定雙流方案的吞吐量高于固定單流方案。

（3）當(dāng)平均SINR小于12 dB時，固定雙流方案的吞吐量略低于固定單流方案，可以理解雙流沒有增益。

2.2 相同SNR，不同MCS選階下雙流或單流對吞吐量的影響

根據(jù)圖3、圖4，可以得到如下幾個結(jié)論：

圖3 SNR=15，吞吐量隨MCS選階的變化

圖4 SNR=10，吞吐量隨MCS選階的變化

（1）當(dāng)SINR=10和15 dB時，在固定MCS選階小于10時，啟用雙流的吞吐量均明顯大于單流，雙流具有明顯增益。

（2）當(dāng)SINR=10和15 dB時，在固定MCS的選階大于等于20時，啟用雙流的吞吐量在強干擾環(huán)境下，吞吐量低于啟用單流方案。啟用雙流的吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟用單流方案，這是因為MCS選階到達20及以上的高階后，固定雙流對MCS選階要求的SINR更高，因為較低的SINR會使得BLER增加，最終吞吐量低。

2.3 天線增益平衡性對雙流比例以及吞吐量的影響

天線增益的平衡性用不平衡度來衡量，舉例說明，兩個天線增益平衡，那么不平衡度就為0；如果兩個天線增益相差為2 dB，那么不平衡度就為2 dB。研究天線增益平衡性對單雙流比例以及吞吐量的影響，測試中采用的方法是保持主集服務(wù)小區(qū)RSRP強度不變，并依次降低分集服務(wù)小區(qū)RSRP強度，降低范圍為[0, 12 dB]，干擾強度保持不變。詳細(xì)測試結(jié)果如表6、表7、表8、表9所示。

表6 SINR為(3, 9)的測試結(jié)果

表7 SINR為(6, 13)的測試結(jié)果

表8 SINR為(10, 16)的測試結(jié)果

表9 SINR為(15, 21)的測試結(jié)果

根據(jù)上表，可以看到如下現(xiàn)象：

（1）SINR 在 (3, 9)、(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)范圍的環(huán)境時，當(dāng)輔路RSRP依次降低0 dB到12 dB，雙流比例逐漸減小，吞吐量也逐漸減小。

（2）SINR在(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)及以上環(huán)境，當(dāng)輔路RSRP依次降低0 dB到12 dB，雙流比例也會逐漸減小，但依然存在一定雙流比例。

3 測試結(jié)論分析和終端設(shè)計建議

在所構(gòu)建的模三干擾場景中，通過實驗發(fā)現(xiàn)：

（1）雙流比例高吞吐量不一定大，對于MCS自適應(yīng)配置，當(dāng)平均SINR等于12 dB時，固定雙流方案與單流方案相比，吞吐量基本相同，沒有增益效果；當(dāng)平均SINR大于12 dB以上，固定雙流方案的吞吐量優(yōu)于固定單流方案，具有一定增益。對終端的優(yōu)化建議，在強干擾環(huán)境下，為獲得更大的吞吐量，可以根據(jù)環(huán)境SINR判斷啟動單流還是雙流。

（2）對于固定MCS配置，當(dāng)固定MCS選階小于10時，平均SINR在5 dB到20 dB范圍內(nèi)，啟用雙流的吞吐量均明顯大于單流，雙流具有明顯增益。但是當(dāng)固定MCS的選階大于20時，啟用雙流的吞吐量在強干擾環(huán)境下，吞吐量不一定高于啟用單流方案，甚至較差。表現(xiàn)特別明顯的是MCS選階固定為20、25的場景，可以觀察到，啟用雙流的吞吐量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟用單流方案，這是因為此時雙流的BLER高于單流。對終端的優(yōu)化建議，在強干擾環(huán)境下，為獲得更大吞吐量，終端可以根據(jù)MCS的配置選擇雙流比例。

（3）隨著天線增益均衡性變差，雙流比例逐漸減小，吞吐量也逐漸減?。粸榱嗽趶妶鰪姼蓴_場景下獲得更好的吞吐量，盡可能把天線均衡性做好。

4 結(jié)束語

本文著眼于在同頻模三干擾場景提高終端手機的吞吐量，對于實網(wǎng)中模三干擾場景進行了信道建模與問題探究。理清了雙流相比單流對吞吐量起增益的條件，理清了固定單流、雙流時MCS選階對吞吐量的影響，以及理清主副天線增益不平衡對單雙流比例和吞吐量的影響，并給出了提高性能的判斷。研究結(jié)果對于強場強干擾場景下終端手機的設(shè)計優(yōu)化有一定的指導(dǎo)意義。