（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

重疊覆蓋對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響研究

陶琳， 李春明， 岳軍， 孫琛， 武琳棟

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

影響TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的因素眾多，主要研究重疊覆蓋對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響，結(jié)合掃頻數(shù)據(jù)與路測(cè)數(shù)據(jù)，能夠定量地給出重疊覆蓋對(duì)路測(cè)SINR與下載速率的影響關(guān)系，進(jìn)而為下一步的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提供相關(guān)依據(jù)。

重疊覆蓋；路測(cè)SINR；路測(cè)下載速率；關(guān)聯(lián)分析；柵格；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1 引言

相比2G/3G網(wǎng)絡(luò)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)特有的OFDM、MIMO技術(shù)能夠提供更高的帶寬與更優(yōu)的用戶體驗(yàn)。為了提高頻率資源利用率，現(xiàn)階段TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)大多采用同頻組網(wǎng)方式，這樣就增加了小區(qū)間干擾，對(duì)邊緣用戶的體驗(yàn)造成影響，TD-LTE技術(shù)本身有多種關(guān)鍵技術(shù)抑制小區(qū)間干擾，與GSM和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)相比，TD-LTE優(yōu)化中一些主要抗干擾技術(shù)由系統(tǒng)側(cè)完成，而不需要大量動(dòng)態(tài)的頻率和擾碼規(guī)劃及優(yōu)化，設(shè)備系統(tǒng)側(cè)通過(guò)天線模式自適應(yīng)、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、天線賦形增益、頻間調(diào)度等多種抗干擾手段提升網(wǎng)絡(luò)性能。因此TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作主要是如何定位干擾來(lái)源，分析干擾原因。重疊覆蓋高會(huì)造成干擾，成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的共識(shí)，但缺少數(shù)據(jù)上的定量分析。本文便是針對(duì)可能引起干擾的重疊覆蓋來(lái)定量的分析其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

2 重疊覆蓋定義

重疊覆蓋度主要反映某段道路有多少小區(qū)信號(hào)在這里重疊覆蓋。重疊覆蓋度越高，越容易造成越區(qū)覆蓋、交叉覆蓋等現(xiàn)象，構(gòu)成潛在的干擾。針對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，重疊覆蓋的定義為道路掃頻低于最強(qiáng)信號(hào)電平6 dB（包括最強(qiáng)信號(hào)）的強(qiáng)信號(hào)數(shù)。具體方法是通過(guò)道路掃頻，統(tǒng)計(jì)掃頻數(shù)據(jù)上報(bào)的每個(gè)采樣點(diǎn)的重疊覆蓋，并能進(jìn)行渲染呈現(xiàn)。使用覆蓋優(yōu)化工具ASPS軟件分析的某區(qū)域道路重疊覆蓋渲染統(tǒng)計(jì)圖，如圖1所示。

3 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)價(jià)體系

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能由多個(gè)維度多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音業(yè)務(wù)的性能，其中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)接通率、接入時(shí)延、掉線率、下載速率等來(lái)評(píng)價(jià)；話音業(yè)務(wù)則主要由尋呼成功率、呼叫時(shí)延、接通率等來(lái)評(píng)價(jià)，由于現(xiàn)階段TD-LTE網(wǎng)絡(luò)以承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，下面分別介紹影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)：SINR與下載速率，這兩項(xiàng)指標(biāo)主要通過(guò)路測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)統(tǒng)計(jì)。

圖1 重疊覆蓋度渲染統(tǒng)計(jì)圖

3.1 SINR定義

本文討論的路測(cè)SINR主要為下行SINR，下行SINR反映了全網(wǎng)級(jí)或小區(qū)級(jí)下行信道的干擾情況，直接影響系統(tǒng)對(duì)UE的資源調(diào)度。下行SINR決定了UE下載的MCS等級(jí)和調(diào)度的PRB數(shù)，進(jìn)而決定了傳輸塊的大小，直接影響下載速率。下行SINR統(tǒng)計(jì)的是PDSCH信道參考信號(hào)的SINR，3GPP沒(méi)有給出具體計(jì)算方式，一般認(rèn)為是PDSCH信道參考信號(hào)功率與噪聲干擾功率的比值，影響SINR的因素主要有弱覆蓋、重疊覆蓋、移動(dòng)性問(wèn)題等，本文主要分析重疊覆蓋對(duì)SINR的影響。

3.2 下載速率定義

下載速率是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的主要指標(biāo)，反映TD-LTE系統(tǒng)上/下行的傳輸性能。影響下載速率的因素很多，主要分為3個(gè)方面：（1）網(wǎng)絡(luò)資源配置，包括特殊子幀的配置和上下行時(shí)隙配置，下行控制信道中PDSCH占用的符號(hào)位和SIB消息的開(kāi)銷等，網(wǎng)絡(luò)配置決定了系統(tǒng)能夠提供給用戶的最大PRB資源數(shù)量；（2）網(wǎng)絡(luò)干擾，網(wǎng)絡(luò)干擾決定了下行的SINR和CQI反饋，CQI反饋又決定編碼方式和調(diào)度給用戶的PRB頻域資源分布；（3）網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，過(guò)多的并發(fā)用戶會(huì)降低用戶的調(diào)度次數(shù)和分配PRB數(shù)量，下載速率也會(huì)降低。統(tǒng)計(jì)下載速率主要是統(tǒng)計(jì)應(yīng)用層平均下載速率，計(jì)算方式：應(yīng)用層下載速率=應(yīng)用層總下載量/下載總時(shí)長(zhǎng)。

4 重疊覆蓋對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能的影響分析

4.1 原理介紹

高重疊覆蓋會(huì)帶來(lái)高概率的干擾，影響SINR，進(jìn)而影響下載速率。SINR一般計(jì)算方式為SINR=有用信號(hào)功率/（噪聲功率+干擾信號(hào)功率），當(dāng)重疊覆蓋度越高時(shí)，干擾信號(hào)功率增加的幾率就越大，而有用信號(hào)功率與噪聲功率不變，這樣就會(huì)導(dǎo)致SINR值降低，從而影響UE上報(bào)的CQI值，影響MCS等級(jí)的選擇，進(jìn)而影響下載速率。重疊覆蓋越高，SINR值越低，下載速率越低。圖2是某個(gè)路段的重疊覆蓋度與SINR、下載速率的渲染圖與統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖2 問(wèn)題路段信號(hào)渲染圖

由圖2可知，該路段為一個(gè)高重疊覆蓋路段（平均重疊覆蓋度≥4）、低SINR（SINR＜0）、低下載速率路段（下載速率＜4 Mbit/s），在這一路段里沒(méi)有主控小區(qū)，且覆蓋信號(hào)過(guò)多，導(dǎo)致干擾較大，造成平均SINR值較低，下載速率偏低。

4.2 數(shù)據(jù)源選擇

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評(píng)估和優(yōu)化中，可用的分析數(shù)據(jù)源很多，主要包括路測(cè)數(shù)據(jù)、掃頻數(shù)據(jù)等，每種數(shù)據(jù)有其自身的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，比如路測(cè)數(shù)據(jù)能夠反映接通率、接入時(shí)延、掉線率、下載速率等情況，能夠解析空口層三信令，但在覆蓋呈現(xiàn)方面受鄰區(qū)關(guān)系、切換參數(shù)、功率控制的影響，不能全面的反映小區(qū)信號(hào)情況；掃頻數(shù)據(jù)不反映通話情況，不解析層三信令，能夠真實(shí)反映掃頻信號(hào)的覆蓋情況，不受參數(shù)、鄰區(qū)影響，但無(wú)法進(jìn)行下載速率等與用戶體驗(yàn)相關(guān)的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

結(jié)合上述優(yōu)化數(shù)據(jù)源特點(diǎn)，本文中重疊覆蓋度的統(tǒng)計(jì)采用掃頻數(shù)據(jù)，SINR與下載速率的統(tǒng)計(jì)采用路測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)結(jié)合掃頻數(shù)據(jù)與路測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)定量地分析重疊覆蓋度對(duì)SINR與下載速率的影響。

4.3 基于柵格的關(guān)聯(lián)分析法

由于掃頻數(shù)據(jù)由掃頻儀上報(bào)，路測(cè)數(shù)據(jù)由路測(cè)終端上報(bào)，且兩者都是基于采樣點(diǎn)的周期性上報(bào)，即使同車測(cè)試，也難以保證兩者在采樣點(diǎn)級(jí)別經(jīng)緯度上的精準(zhǔn)重合，因此很難以采樣點(diǎn)為單位來(lái)進(jìn)行道路重疊覆蓋度與路測(cè)SINR、下載速率的橫向?qū)Ρ确治觥?/p>

基于上述原因，本文采用一種基于柵格的關(guān)聯(lián)分析法，首先將掃頻數(shù)據(jù)與路測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格歸一化，以柵格為單位進(jìn)行道路重疊覆蓋度與路測(cè)SINR、下載速率的橫向?qū)Ρ确治觥?/p>

所謂柵格在地理上是一個(gè)東西、南北各跨越一定距離的方形區(qū)域。可以基于橫軸墨卡托投影的軍事柵格參考系（MGRS，Military Grid Reference System）來(lái)劃分柵格區(qū)域，這樣每個(gè)柵格都是邊長(zhǎng)固定的正方形區(qū)域，且根據(jù)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度，就能知道其對(duì)應(yīng)的柵格，對(duì)屬于同一柵格的采樣點(diǎn)的測(cè)量信息進(jìn)行平均匯總，就能得到以柵格為單位的測(cè)量上報(bào)信息。由于柵格在地理區(qū)域上的唯一性，就能方便地以柵格為單位開(kāi)展對(duì)比分析。下面以某TD-LTE使用區(qū)域的掃頻數(shù)據(jù)與路測(cè)數(shù)據(jù)為例，具體分析重疊覆蓋對(duì)SINR與下載速率的影響。

4.4 重疊覆蓋對(duì)SINR影響的定量分析

通過(guò)將掃頻數(shù)據(jù)與路測(cè)數(shù)據(jù)柵格化，以柵格為單位做柵格重疊覆蓋度與SINR的散點(diǎn)分布圖，如3所示。

圖3 重疊覆蓋度與SINR散點(diǎn)分布圖

按照重疊覆蓋度的值匯總其對(duì)應(yīng)柵格數(shù)、平均SINR，并做重疊覆蓋度與平均SINR、最大SINR估計(jì)值的關(guān)系趨勢(shì)圖，如圖4所示。

其中，最大SINR估計(jì)值統(tǒng)計(jì)如下，當(dāng)95%的樣本點(diǎn)SINR值低于某一值時(shí)，認(rèn)為該值為最大SINR估計(jì)值。從圖4可以看出，重疊覆蓋對(duì)SINR的影響非常明顯，6 dB范圍內(nèi)的重疊信號(hào)數(shù)越多，其平均SINR值與最大SINR估計(jì)值越低，在重疊覆蓋度為1的情況下，平均SINR為12.78 dB，每增加一個(gè)重疊覆蓋小區(qū)，SINR下降40%以上，在重疊覆蓋為4時(shí)， SINR下降為2.1 dB。

4.5 重疊覆蓋對(duì)下載速率影響的定量分析

圖4 重疊覆蓋度與平均SINR影響關(guān)系圖

同樣采用上面的統(tǒng)計(jì)方法與統(tǒng)計(jì)樣本，以柵格為單位做柵格重疊覆蓋度與下載速率的散點(diǎn)分布圖，如圖5所示。

圖5 重疊覆蓋度與下載速率散點(diǎn)分布圖

按照重疊覆蓋度的值計(jì)算平均下載速率，并做重疊覆蓋度與平均下載速率（單位Mbit/s）、最大下載速率估計(jì)值的關(guān)系趨勢(shì)圖，如圖6所示。

圖6 重疊覆蓋度與平均下載速率影響關(guān)系圖

其中最大下載速率估計(jì)值統(tǒng)計(jì)與SINR相同，當(dāng)95%的樣本點(diǎn)下載速率低于某一值時(shí)，認(rèn)為該值為最大下載速率估計(jì)值。從圖6中可以看出，重疊覆蓋對(duì)下載速率的影響非常明顯，6 dB范圍內(nèi)的重疊信號(hào)數(shù)越多，其下載速率越低，在重疊覆蓋度為1的情況下，平均下載速率為27.82 Mbit/s，每增加一個(gè)重疊覆蓋小區(qū)，平均下載速率下降20%以上，在重疊覆蓋為4時(shí)，平均下載速率降為14.61 Mbit/s。

由上述分析可知，重疊覆蓋的確影響著SINR與下載速率，高重疊覆蓋更容易帶來(lái)低SINR、低下載速率等影響用戶感知的現(xiàn)象，因此在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，如何控制重疊覆蓋成為一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。

5 結(jié)束語(yǔ)

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)評(píng)估與優(yōu)化是提升TD-LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要手段，隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也逐步開(kāi)展實(shí)施，由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新穎，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評(píng)估與優(yōu)化處于不斷完善的過(guò)程中，相關(guān)理論與方法也需要不斷的探索與研究。本文提供一種多類型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析法，通過(guò)多數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，深入研究重疊覆蓋對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響分析，為T(mén)D-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提供了一個(gè)很好的理論支撐。

[1] 高峰， 高澤華， 封雷， 等． TD-LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)踐[M]． 北京：人民郵電出版社， 2011．

[2] 肖清華， 汪丁鼎， 許光斌， 等． TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M]． 北京：人民郵電出版社， 2013．

Research of overlap effect on TD-LTE network performance

TAO Lin, LI Chun-ming, YUE Jun, SUN Chen, WU Lin-dong
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

Many factors effect the performance of TD-LTE network, this paper mainly research the overlay effect on TD-LTE network performance. Combined with frequency scan data and driver test data,we can get the relationship between overlay and the SINR and download rate of driver test qualitatively, and provide a basis for further work of LTE network optimization.

overlap; SINR of driver test; download rate of driver test; correlation analysis; grid; network optimization

TN929.5

A

1008-5599（2014）10-0025-04

2014-07-30