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TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化關(guān)鍵問(wèn)題的研究

李寶磊, 周俊，任曉華

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

摘 要結(jié)合中國(guó)移動(dòng)擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)外場(chǎng)測(cè)試，分析TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的特點(diǎn)，對(duì)PCI優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)優(yōu)化、干擾優(yōu)化、容量?jī)?yōu)化和參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了闡述，提出了優(yōu)化方法和建議。

關(guān)鍵詞TD-LTE；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；關(guān)鍵問(wèn)題

隨著TD-LTE外場(chǎng)測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的順利進(jìn)行，一張覆蓋全國(guó)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)正在緊鑼密鼓的規(guī)劃和建設(shè)中。如何保障規(guī)劃的4G網(wǎng)絡(luò)達(dá)到預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)，樹(shù)立中國(guó)移動(dòng)TD-LTE精品網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作將起到至關(guān)重要的作用。

網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化相輔相承。在4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)初期和設(shè)計(jì)階段就引入網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的理念和思路，建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最佳、基站布局最合理、參數(shù)設(shè)置最優(yōu)、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量最好的4G網(wǎng)絡(luò)，樹(shù)立以始為終的TD-LTE建網(wǎng)理念。

1　TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的特點(diǎn)

TD-LTE采用了完全不同于3G的OFDM技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化表現(xiàn)出了與以往技術(shù)制式不同的特性。

（1）TD-LTE采用同頻組網(wǎng)，小區(qū)間的干擾不可避免。系統(tǒng)采用了ICIC、FSS等技術(shù)進(jìn)行干擾的抑制和消除，干擾抑制算法參數(shù)的優(yōu)化也將是優(yōu)化工作的難點(diǎn)。另外從大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的情況看，系統(tǒng)間的干擾不可忽視，F(xiàn)頻段受到DCS高端頻點(diǎn)的雜散干擾、小靈通的雜散和阻塞干擾，D頻段受到MMDS、WiMAX的同頻干擾。

（2）無(wú)線資源管理算法更為復(fù)雜。TD-LTE增加了X2接口，并且采用了MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，天線模式、子幀調(diào)度、PRB分配、PI帙等直接影響用戶使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的吞吐率[1]。

（3）從問(wèn)題為導(dǎo)向的優(yōu)化方式到以業(yè)務(wù)為目標(biāo)的優(yōu)化方式轉(zhuǎn)變。以往的優(yōu)化主要是解決覆蓋、干擾、切換等協(xié)議底層的問(wèn)題；而TD-LTE支持大量不同QoS的PS業(yè)務(wù)，LTE優(yōu)化要從端到端和用戶感知這兩個(gè)角度去解決問(wèn)題，需要在優(yōu)化思路上進(jìn)行重大轉(zhuǎn)變。

（4）多系統(tǒng)共存、融合組網(wǎng)將成為必然。2G/3G系統(tǒng)與TD-LTE的互操作是面臨的新課題。在業(yè)務(wù)發(fā)展的成熟時(shí)期，要考慮系統(tǒng)間負(fù)載均衡，提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。

TD-LTE優(yōu)化的總體原則是最佳的系統(tǒng)覆蓋、合理的鄰區(qū)優(yōu)化、最小的內(nèi)部和外部干擾、均勻合理的基站負(fù)荷。下面介紹TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中涉及到的一些關(guān)鍵問(wèn)題的優(yōu)化方法。

2　PCI優(yōu)化

PCI（Physical Cell Identifier）是物理小區(qū)標(biāo)識(shí)，TD-LTE通過(guò)PCI來(lái)區(qū)分同頻小區(qū)。PCI由主同步序列PSS和輔同步序列SSS組合生成。

PCI直接決定了小區(qū)同步序列，同時(shí)物理信道PDSCH的加擾序列的產(chǎn)生、專屬參考信號(hào)的頻域位置都與物理小區(qū)ID是有關(guān)系的，所以需對(duì)相鄰小區(qū)的PCI合理配置以避免干擾。

PCI配置時(shí)需注意以下幾點(diǎn)[2]：

* PCI mod 3的余數(shù)不能相同，即

mod(PCI1,3)≠mod(PCI2,3)

PCI mod 3值相同的話，那么就會(huì)造成PSS的干擾，嚴(yán)重影響下行同步的性能。

* PCI mod 6的余數(shù)不能相同，即

mod(PCI1,6)≠mod(PCI2,6)

在時(shí)域位置固定的情況下，下行參考信號(hào)在頻域有6個(gè)freq shift。如果PCI mod 6值相同，會(huì)造成下行RS的相互干擾。

* PCI mod 30的余數(shù)不能相同，即

mod(PCI1,30)≠mod(PCI2,30)

在PUSCH信道中攜帶了DMRS和SRS的信息，他們是由30組基本的ZC序列構(gòu)成，如果PCI mod 30值相同，那么會(huì)造成上行DMRS和SRS的相互干擾。

從蜂窩結(jié)構(gòu)看，TD-LTE的mod 3干擾不可避免。試驗(yàn)網(wǎng)實(shí)際上也的確存在較多的mod 3干擾(如圖1所示)。

測(cè)試表明[3]： mod 3沖突會(huì)造成切換成功率下降約2%，在空擾情況下CRS SINR下降6～13dB，邊緣用戶下行吞吐量下降4～18%，加擾情況下CRS SINR下降0.5～2dB，邊緣用戶下行吞吐量下降2～8%。

對(duì)于mod 3干擾，一般通過(guò)調(diào)整PCI解決。但需注意避免局部的PCI調(diào)整，以免引起其他區(qū)域新的干擾的產(chǎn)生，PCI優(yōu)化應(yīng)該著眼全局和系統(tǒng)的調(diào)整和改善。通過(guò)調(diào)整PCI無(wú)法解決的，則需要通過(guò)控制相鄰小區(qū)的重疊覆蓋和優(yōu)化鄰區(qū)關(guān)系來(lái)解決。

目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了基于空口數(shù)據(jù)的PCI自動(dòng)優(yōu)化工具，依據(jù)服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)之間場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系，構(gòu)建干擾矩陣，通過(guò)遺傳算法進(jìn)行迭代運(yùn)算，找到全網(wǎng)最小干擾值的PCI配置。3GPP R9的SON技術(shù)也支持系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行PCI的自動(dòng)配置。

3　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基本元素和特征進(jìn)行分類總結(jié)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)反映了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的站址布局、天饋參數(shù)設(shè)置、信號(hào)的重疊覆蓋、內(nèi)部干擾等基本情況。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的好壞對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量起到了決定性的作用。TD-LTE屬同頻組網(wǎng)，對(duì)重疊覆蓋的容忍度更低，TD-LTE每增加一個(gè)強(qiáng)鄰區(qū)，性能下降20%～40%。

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過(guò)結(jié)構(gòu)指數(shù)來(lái)表征。 “重疊覆蓋系數(shù)”評(píng)估覆蓋重疊度，“干擾系數(shù)”定位高干擾小區(qū)。

重疊覆蓋系數(shù)：被鄰小區(qū)干擾的采樣點(diǎn)數(shù)和與服務(wù)小區(qū)總采樣點(diǎn)數(shù)的比例。

重疊覆蓋系數(shù)

圖1　TD-LTE mod 3干擾圖

其中X(a,i)表示鄰小區(qū)i與服務(wù)小區(qū)a的電平相差10 dB的采樣點(diǎn)數(shù)， Xa表示a小區(qū)的總采樣點(diǎn)數(shù)；

干擾系數(shù)：a作為鄰區(qū)對(duì)所有服務(wù)小區(qū)干擾程度。

其中P(j,a)表示j小區(qū)的受到a小區(qū)干擾的采樣點(diǎn)數(shù)，Pj表示J小區(qū)的總采樣點(diǎn)數(shù)。

重疊覆蓋系數(shù)與50%加擾吞吐率具有強(qiáng)相關(guān)性。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)優(yōu)化方法如圖2所示。

利用路測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算各小區(qū)重疊覆蓋系數(shù)，分析定位高重疊覆蓋系數(shù)小區(qū)（區(qū)域），排序高主動(dòng)干擾系數(shù)小區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用取消站點(diǎn)、變更站址（如高站）、加大下傾進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)某城市的50站點(diǎn)進(jìn)行掃頻，排查出9個(gè)高干擾站點(diǎn)，其中有4個(gè)站點(diǎn)不適合通過(guò)TD-SCDMA升級(jí)需要新選站點(diǎn)，對(duì)其他5個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的天饋調(diào)整。優(yōu)化后SINR小于0dB的百分比減少4.02%。

4　干擾優(yōu)化

干擾是任何一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)法避免的，干擾直接影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。對(duì)于TD-LTE來(lái)講干擾更是一個(gè)棘手的問(wèn)題，也必將是優(yōu)化工作的重中之重。

4.1 系統(tǒng)內(nèi)干擾

TD-LTE的組網(wǎng)包括同頻和異頻兩種方式，規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)采用同頻組網(wǎng)。對(duì)于同頻組網(wǎng)，系統(tǒng)頻譜效率高，但是各子信道之間的正交性的要求更嚴(yán)格，否則會(huì)導(dǎo)致干擾[4]。

TD-LTE的系統(tǒng)內(nèi)干擾（如表1所示）主要是小區(qū)間的干擾。干擾解決主要采用干擾抑制技術(shù)，包括干擾隨機(jī)化、干擾消除和干擾協(xié)調(diào)。干擾隨機(jī)化和干擾消除是被動(dòng)的干擾抑制技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的載干比并無(wú)影響。干擾協(xié)調(diào)是主動(dòng)的控制干擾技術(shù)，干擾協(xié)調(diào)通過(guò)分配正交的資源或控制干擾的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。

下行ICIC，通過(guò)相鄰小區(qū)間協(xié)調(diào)空口資源（功率和時(shí)頻資源）降低小區(qū)間干擾。不同廠商實(shí)現(xiàn)方式不一樣，部分廠家采用軟頻率復(fù)用SFR方式，即提高邊緣用戶發(fā)射功率，降低中心用戶發(fā)射功率。

ICIC對(duì)小區(qū)吞吐量無(wú)增益，可提升小區(qū)邊緣用戶性能約60%，小區(qū)中心用戶吞吐量下降約10%。

頻率選擇性調(diào)度FSS，基站將用戶調(diào)度到SINR較高的頻域資源上。FSS對(duì)差點(diǎn)用戶增益取決于調(diào)度算法。采用公平算法，差點(diǎn)得到調(diào)度機(jī)會(huì)多，增益稍高（15%左右）；采用質(zhì)量調(diào)度算法，小區(qū)吞吐量提升，但差點(diǎn)增益會(huì)小（2%左右）。

另外還可采用室外同頻優(yōu)化算法IRC。接收端多天線接收時(shí)，利用各天線干擾信號(hào)的時(shí)空相關(guān)性，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，降低用戶間干擾。

當(dāng)然常規(guī)的天饋系統(tǒng)調(diào)整也可以解決小區(qū)間的干擾問(wèn)題，比如控制重疊覆蓋、PCI調(diào)整等。

干擾系數(shù)

圖2　優(yōu)化前后SINR對(duì)比圖

表1　TD-LTE系統(tǒng)內(nèi)干擾情況表

4.2 系統(tǒng)間干擾

TD-LTE將與其他系統(tǒng)長(zhǎng)期共存，因此系統(tǒng)間干擾也必須慎重考慮。

F頻段是TD-LTE室外覆蓋重點(diǎn)。F頻段存在DCS、PHS信號(hào)產(chǎn)生的阻塞干擾，DCS、PHS產(chǎn)生的帶外雜散干擾、DCS多個(gè)信號(hào)產(chǎn)生互調(diào)干擾、GSM900產(chǎn)生諧波/互調(diào)干擾。目前試驗(yàn)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)較大的干擾原因在于DCS使用高端頻率和F頻段TD-SCDMA/TDLTE設(shè)備抗阻塞能力不足造成。

目前的解決方案包括：干擾區(qū)域內(nèi)DCS適當(dāng)退頻；新F頻段設(shè)備按照新阻塞要求；F頻段老設(shè)備軟件升級(jí)支持AGC等功能；干擾特別嚴(yán)重且其它措施難以實(shí)施的小區(qū)考慮使用D頻段。另外工程上嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)間空間隔離進(jìn)行施工。

在某地區(qū)進(jìn)行退頻測(cè)試，當(dāng)DCS退頻到1830 M以下時(shí)，干擾基本消失。DCS退出1850-1872.6 M前共156個(gè)TD-LTE小區(qū)，受擾小區(qū)占52.3%；DCS退出該頻段后，只有3%小區(qū)存在間歇性干擾。

5　容量?jī)?yōu)化

由于TD-LTE采用多用戶共享PDSCH信道進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，因此容量分析和優(yōu)化更加復(fù)雜。TD-LTE容量受多個(gè)方面的因素影響，首先是系統(tǒng)配置、天線傳輸模式、資源調(diào)度、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法等；另外TDLTE是完全動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)整體的信道環(huán)境和鏈路質(zhì)量，對(duì)容量也有著至關(guān)重要的影響。

TD-LTE的容量指標(biāo)主要包括接入用戶數(shù)和系統(tǒng)吞吐量?jī)刹糠?，其中接入用戶?shù)包含同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)和同時(shí)在線用戶，系統(tǒng)吞吐量包括小區(qū)平均吞吐量和邊緣吞吐量。

TD-LTE調(diào)度用戶數(shù)取決于上下行控制信道的容量。PRACH信道容量取決于每幀中配置的PRACH信道數(shù)量、上下行子幀和特殊子幀配比、產(chǎn)品處理能力；PUCCH容量取決于CQI、SRI和ACK/NACK信道容量；SRS容量受限于系統(tǒng)帶寬、特殊子幀配比、產(chǎn)品基帶處理能力；PHICH和PDCCH取決于下行系統(tǒng)帶寬、CP類型、PCFICH指示的PDCCH占用符號(hào)數(shù)等。

影響吞吐量因素包括PDSCH配置、時(shí)隙配比、干擾、MIMO、調(diào)度算法等。

從上面分析可以看出，調(diào)度用戶數(shù)和系統(tǒng)吞吐量是互相制約的，需要綜合考慮才能做好TD-LTE的容量?jī)?yōu)化工作。

外場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，邊緣速率與單小區(qū)可承載用戶數(shù)存在確定性關(guān)系。邊緣速率要求越高，單小區(qū)可承載用戶數(shù)越少（如圖3所示）。150 kbit/s時(shí)可承載用戶數(shù)為120以上，500 kbit/s時(shí)可承載用戶數(shù)下降至20 ～40。小區(qū)吞吐量在承載用戶數(shù)較少時(shí)隨用戶數(shù)增加略有提升，在承載用戶數(shù)較多時(shí)隨用戶數(shù)增加基本保持不變。相同承載用戶數(shù)下，100%加擾相對(duì)50%加擾，小區(qū)吞吐量平均下降8.3%～20%。

因此在容量?jī)?yōu)化時(shí)需因地制宜，采取有針對(duì)性的優(yōu)化措施，綜合提升系統(tǒng)容量指標(biāo)。

圖3　邊緣速率與小區(qū)承載用戶關(guān)系曲線圖

6　參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化一直是精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一個(gè)重要內(nèi)容。TD-LTE優(yōu)化主要涉及的參數(shù)包括小區(qū)選擇重選參數(shù)、切換參數(shù)、功率控制參數(shù)和定時(shí)器參數(shù)等。

參數(shù)優(yōu)化需結(jié)合路測(cè)數(shù)據(jù)和OMC數(shù)據(jù)分析后方可微調(diào)，全網(wǎng)的參數(shù)調(diào)整應(yīng)慎重。

案例：切換失敗—切換參數(shù)設(shè)置問(wèn)題。

溫州街小區(qū)4向金箔東路小區(qū)9切換失敗（如圖4所示），但反向可以切換成功。

4向9移動(dòng)右轉(zhuǎn)拐彎后是切換帶，終端上報(bào)測(cè)量報(bào)告，此處存在快衰落，基站收不到測(cè)量報(bào)告或還沒(méi)來(lái)得及完成切換，終端已經(jīng)RL Failure，導(dǎo)致切換失敗。

降低A3配置中的“事件觸發(fā)持續(xù)時(shí)間”為512 ms、“A3事件觸發(fā)偏移值”為2 dB，使切換帶向小區(qū)4的方向移動(dòng)，當(dāng)終端在路上剛轉(zhuǎn)彎即開(kāi)始上報(bào)測(cè)量報(bào)告和切換。

調(diào)整參數(shù)后，小區(qū)4與小區(qū)9間雙向切換成功。問(wèn)題解決。

7　結(jié)束語(yǔ)

在TD-LTE時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化凸顯重要性，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化面臨新挑戰(zhàn)。一方面TD-LTE的物理層的特性使得優(yōu)化的思路、方法需要更新和完善，機(jī)械的優(yōu)化行為已不適用動(dòng)態(tài)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)要求。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化的界面越來(lái)越模糊，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)配置對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化將貫穿TDLTE整個(gè)生命周期。

參考文獻(xiàn)

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[2]中國(guó)移動(dòng)擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指導(dǎo)手冊(cè)[Z].

[3]中國(guó)移動(dòng)TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)外場(chǎng)測(cè)試報(bào)告[Z].

[4]沈嘉, 索世強(qiáng), 全海洋, 等. 3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京:人民郵電出版社,2009.

[5]3GPP R1-051160-2008 Further discussion on Inter-Cell Interference Mitigation through Lim-ited Coordination. TSG RAN WG1 Meeting #54bis[S].

圖4　切換失敗案例

Research on key issues of TD-LTE network optimization

LI Bao-lei , ZHOU Jun, REN Xiao-hua

(China Mobile Group Design Institute Co,. Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractThis article analyses the characteristics of TD-LTE network optimization combining with the line test of China Mobile scaled-up trail network. Optimization methods and suggestions are put forward according to PCI optimization/structural index optimization/interference optimization/capacity optimization and parameter optimization.

KeywordsTD-LTE; network optimization; key issues

收稿日期：2014-10-21

文章編號(hào)1008-5599（2015）01-0057-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

中圖分類號(hào)TN929.5