蔡偉明，王瑋，施云濤

（1 中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司，南京 210029：2 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE同頻組網(wǎng)具有頻譜利用率高、部署靈活、終端支持頻段需求低、終端射頻通道復(fù)雜度低等優(yōu)點，在規(guī)模試驗網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。由于LTE采用了OFDM等新技術(shù)，小區(qū)內(nèi)部用戶所占用子載波資源相互正交互不干擾，其吞吐量和頻譜效率可以通過高階調(diào)制和MIMO技術(shù)等技術(shù)實現(xiàn)；但小區(qū)邊緣重疊覆蓋區(qū)域產(chǎn)生同頻干擾，嚴(yán)重影響邊緣邊緣業(yè)務(wù)可靠性和用戶感知。如何有效地規(guī)避和抑制同頻干擾則是關(guān)系到TDLTE能否為用戶提供高質(zhì)量服務(wù)的關(guān)鍵問題。

合理的下傾角規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整是移動蜂窩系統(tǒng)降低同鄰頻干擾的有效方法，然而傳統(tǒng)的基站小區(qū)下傾角規(guī)劃，采用先確定站間距，按理向結(jié)構(gòu)計算小區(qū)半徑，再求下傾角，結(jié)果重疊覆蓋區(qū)域大，同鄰頻干擾嚴(yán)重。2G系統(tǒng)可以采用異頻組網(wǎng)，3G系統(tǒng)可以通過頻率擾碼規(guī)劃規(guī)避，下傾角的粗略規(guī)劃以及重疊覆蓋區(qū)域的大小對系統(tǒng)帶來的干擾影響不大。所以，對于LTE同頻組網(wǎng)，已無法沿用2G/3G中使用的粗略的下傾角規(guī)劃方法。

本文提出了一種基于GIS信息的下傾角規(guī)劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術(shù)，并成功應(yīng)用到TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)中，現(xiàn)場測試結(jié)果表明該技術(shù)有效降低TDLTE小區(qū)邊緣的同頻干擾，顯著提升小區(qū)邊緣吞吐量。

2 基于GIS信息的下傾角規(guī)劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術(shù)

在保證覆蓋的前提下，利用Vornoi泰森多邊形可構(gòu)建蜂窩小區(qū)覆蓋區(qū)域；通過GIS信息，精確計算小區(qū)覆蓋面積，根據(jù)天線輻射方向圖特性，采用扇形模擬小區(qū)覆蓋區(qū)域，由小區(qū)覆蓋面積求出小區(qū)覆蓋等效半徑；根據(jù)天線高度與覆蓋半徑之間的三角函數(shù)關(guān)系，運用天線垂直方向的半功率角的上沿對準(zhǔn)小區(qū)覆蓋邊緣的原理，確定基站天線的下傾角，在保證滿足切換要求的連續(xù)性覆蓋前提下，盡可能減小小區(qū)間的重疊覆蓋。這種新型的下傾角規(guī)劃方法是一種TD-LTE同頻組網(wǎng)干擾抑制下天線下傾角設(shè)置不合理引起邊緣小區(qū)吞吐量下降問題和資源利用率低的問題。

2.1 確定基站覆蓋區(qū)域

根據(jù)電子地圖提供的基站經(jīng)緯度信息，將每個基站所在的地理位置對應(yīng)電子地圖上的一個離散點，將離散點構(gòu)成三角網(wǎng)。這種三角網(wǎng)稱為Delaunay三角網(wǎng)。Delaunay三角網(wǎng)的構(gòu)建也稱為不規(guī)則三角網(wǎng)的構(gòu)建，就是由離散數(shù)據(jù)點構(gòu)建三角網(wǎng)，如圖1所示，即確定哪三個數(shù)據(jù)點構(gòu)成一個三角形，也稱為自動聯(lián)接三角網(wǎng)。即對于平面上n個離散點，其平面坐標(biāo)為(xi，yi)，i＝1，2，…，n，將其中相近的三點構(gòu)成最佳三角形，使每個離散點都成為三角形的頂點。

圖1 Delaunay三角網(wǎng)

自動聯(lián)接三角網(wǎng)的結(jié)果為所有三角形的三個頂點的標(biāo)號，如：

（1，2，8）、（2，8，3）、（3，8，7）……

為了獲得最佳三角形，在構(gòu)三角網(wǎng)時，應(yīng)盡可能使三角形的三內(nèi)角均成銳角，即符合Delaunay三角形產(chǎn)生的準(zhǔn)則：

任何一個Delaunay三角形的外接圓內(nèi)不能包含任何其它離散點。

相鄰兩個Delaunay三角形構(gòu)成凸四邊形，在交換凸四邊形的對角線之后，六個內(nèi)角的最小者不再增大。該性質(zhì)即為最小角最大準(zhǔn)則。

根據(jù)泰森多邊形原理，每個基站離散點的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形。對于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線與圖廓相交，與圖廓一起構(gòu)成泰森多邊形。而泰森多邊形所圍的區(qū)域則為泰森多邊形內(nèi)離散點基站所覆蓋的區(qū)域。

2.2 確定小區(qū)覆蓋區(qū)域

根據(jù)每個基站小區(qū)的方向角，利用小區(qū)方向線兩兩之間的中心線將基站覆蓋范圍分割為小區(qū)覆蓋范圍。如圖2所示，將基站A覆蓋區(qū)域分割成A1、A2、A3小區(qū)，基站B覆蓋區(qū)域分割成B1、B2、B3小區(qū)，基站C覆蓋區(qū)域分割成C1、C2、C3小區(qū)，基站D覆蓋區(qū)域分割成D1、D2、D3小區(qū)……

圖2 小區(qū)覆蓋區(qū)域示意圖

2.3 計算小區(qū)覆蓋面積

圖3 泰森多邊形及三角網(wǎng)

對于泰森多邊形，如圖3所示。

泰森多邊形面積就是求出垂直平分線所圍成的多變形面積，以角規(guī)點A（基站）為圓心，每隔1°（可任意規(guī)定）可確定一條射線，該射線于多邊形的邊有一個交點，這樣掃描一圈就有n個交點，分別求出該站點與交點的距離，把n個小三角形的面積累加起來就等于該多邊形的面積。在求射線與多邊形的交點時實際上是射線與好幾條垂直平分線的交點，可能在某一方向上，射線與好幾條垂直平分線都有交點，這時就必須取最短距離的交點，才能保證多變形的唯一性。

對于區(qū)域邊界站點，以電子地圖的邊界作為相應(yīng)的多邊形的邊來彌補。

同理，可以求出每個基站小區(qū)的覆蓋面積。

2.4 獲取小區(qū)覆蓋半徑

由于天線波瓣圖特性，實際小區(qū)覆蓋呈現(xiàn)類似扇形的不規(guī)則多邊形，與上面泰森多邊形基本重疊。

根據(jù)扇形面積計算公式，可以求得小區(qū)面積Si＝（1/2）Ri2×φi

其中Ri為小區(qū)等效覆蓋半徑，φi為小區(qū)扇形夾角；小區(qū)面積Si根據(jù)前面泰森多邊形方法求得，由此可以計算出小區(qū)等效覆蓋半徑。

2.5 確定基站天線下傾角

根據(jù)鏈路預(yù)算計算各場景的最大路徑損耗，然后按照不同網(wǎng)絡(luò)、不同場景的傳播模型計算出各場景的小區(qū)最大半徑，如TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，密集城區(qū)小區(qū)半徑Rmax在600m范圍內(nèi)，一般城區(qū)小區(qū)半徑Rmax在900m范圍內(nèi)，郊區(qū)小區(qū)半徑Rmax在1200m范圍內(nèi)，農(nóng)村小區(qū)半徑Rmax在1500m范圍內(nèi)。

對實際計算的小區(qū)半徑Ri進行修正，若Ri≤Rmax在則有效，否則取Ri=Rmax。

最后依據(jù)：Downtilt=arctag(Height/Distance)＋HPBW/2，其中Distance為扇區(qū)覆蓋距離Ri，Height為天線掛高；HPBW/2為1/2的天線垂直半功率角。

2.6 下傾角規(guī)劃方法

根據(jù)上述分析，提供圖4所示的下傾角計算流程，便于形成下傾角開發(fā)工具。可以通過下述步驟來完成下傾角規(guī)劃計算。

圖4 下傾角規(guī)劃流程

（1）根據(jù)鏈路預(yù)算計算各場景的最大路徑損耗，然后按照不同網(wǎng)絡(luò)、不同場景的傳播模型計算出各場景的小區(qū)最大半徑Rmax；

（2）根據(jù)泰森多邊形原理，計算基站的覆蓋范圍；利用小區(qū)方向線兩兩之間的中心線將基站覆蓋范圍分割為小區(qū)覆蓋范圍；根據(jù)GIS信息及泰森多邊形原理，獲得小區(qū)覆蓋面積Si；

（4）小區(qū)覆蓋半徑修正，若Ri≤Rmax在則有效，否則取Ri=Rmax；

（5）最后天線下傾角Downtilt＝arctag(H/Ri)＋HPBW/2。

3 實際應(yīng)用評估結(jié)果

3.1 生成TD-LTE下傾角規(guī)劃工具

根據(jù)上述原理，在GIS地理視圖上開發(fā)下傾角規(guī)劃工具，計算簡單，結(jié)果合理，適合于日常規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整下傾角的工具, 此工具也適合2G和TD的下傾角規(guī)劃。

3.2 新下傾角方案改善效果

在200個基站的前后下傾角對比評估中，采用傳統(tǒng)方案規(guī)劃的下傾角平均7.85°，小區(qū)半徑平均為524m，采用本文提出的方法規(guī)劃的下傾角平均為8.67°，小區(qū)覆蓋半徑410m。

因此采用新方案后下傾角均值提升0.82°,小區(qū)覆蓋半徑減少114m,避免64%左右天線主波瓣覆蓋重疊區(qū)域。如表1所示。

表1 采用新下傾角規(guī)劃方案后下傾角及小區(qū)半徑均值變化明細(xì)

3.3 邊緣小區(qū)吞吐量改善效果

采用本文提出的下傾角規(guī)劃方案，小區(qū)間重疊覆蓋區(qū)域主要以天線旁瓣重疊覆蓋為主，減少天線主瓣重疊覆蓋的面積，旁瓣信號干擾比主瓣信號干擾至少低3個dB，即SINR提升3個dB，實際測試驗證，小區(qū)吞吐量可提升10%左右，邊緣區(qū)域吞吐量提升顯著。

4 結(jié)束語

TD-LTE小區(qū)間的同頻干擾直接影響整體網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知，本文針對TD-LTE同頻干擾抑制技術(shù)進行研究，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃角度出發(fā)創(chuàng)新提出一種基于GIS信息的下傾角規(guī)劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術(shù)，并將該技術(shù)成功應(yīng)用到TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)中，測試結(jié)果表明該技術(shù)減少小區(qū)邊緣重疊覆蓋區(qū)域，提高小區(qū)積間重疊區(qū)域的SINR平均值，有效降低TD-LTE小區(qū)邊緣的同頻干擾，提升小區(qū)邊緣吞吐量，使TD-LTE同頻組網(wǎng)性能得到顯著提升，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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