基于NES的TD-LTE小區合并技術探究

孔志杰，姚克宇，王 磊，王明君，馬少杰

（中國移動通信集團河南有限公司，河南鄭州 450008)

1 現有TD-LTE小區合并的技術原理和不足

TD-LTE網絡采用正交頻分多址接入技術（OFDMA：Orthogonal Frequency Divided Multiple Access），即將系統頻段按照15KHz間隔劃分為一個一個的子信道，子信道的中心頻率互不重疊，一方面利用頻率之間的正交性作為區分用戶的方式，一方面可以更好的對抗頻率選擇性衰落。小區內用戶的信息承載在相互正交的不同子信道上，小區內干擾不足以成為網絡中干擾的主要因素，TD-LTE網絡的干擾主要來源于其他小區，即相鄰小區間的干擾。

目前在TD-LTE網絡規劃優化階段，常用的一種方法是通過人工判斷將干擾小區進行合并。存在主觀性強，小區間的干擾強度效果不佳；工作量大，反復測試驗證合并效果；普通DT受性能、采樣速率限制，不能保證網絡中的干擾值最小等問題。

2 基于NES的TD-LTE小區合并的原理及技術方案

采取基于NES測試數據和網絡性能評估方法，評價每個小區合并方案下網絡的性能，并通過迭代自動運算，搜索使網絡性能最佳的小區合并方案。

2.1 原理及技術方案

NES測試數據是NES系統(Network Emulation System)采集的數據，NES系統稱之為反向覆蓋測試系統。該系統利用 TD-LTE系統的TDD 特性，在指定的頻點、上行時隙利用NES終端發射信號，實現eNODEB基站專用反向覆蓋測量功能，由于基站接受靈敏度高，因此NES終端的信號能夠被非常遠距離的基站收到。在網絡閑時，NES終端沿測試路線以固定功率發射上行信號，所有基站對該信號進行測量并獲取信號接收電平等測量數據，eNODEB側對所有上報的測量數據按小區ID為索引進行匯總和存儲。NES系統這種“單發多收”的特性使采集的測量數據以海量計，NES測試的數據量是普通DT測試的10倍以上,充分體現了測試數據的完備性。

2.1.1 NES數據的解析

NES系統可以獲取現網海量測試數據，eNODEB負責NES測試數據的采集和存儲，并按照小區CELLID進行索引。由于TD-LTE系統上下行頻率一直性的特征，上行路徑損耗等效為下行路徑損耗，因此根據eNODEB的發射功率，可以相應的計算出在每個測試點各個小區的下行RSRP值。下行RSRP的計算公式如下：RSRPi=RE發射功率+測試點天線增益-基站到測試點下行的路損（等效為NES測試終端到基站的上行路孫）（i=1,2...n,n為測試點） (公式-1)

NES數據解析后，格式如下表所示：

?

2.1.2 小區間干擾/網絡性能評估計算

首先根據NES數據，計算優化區域內兩兩小區之間的干擾，并針對某一個小區A,計算周圍所有相鄰小區對它的干擾總和。

a、小區間干擾通過小區之間的干擾模型C2I計算得到。C2I的定義如下：

(A為服務小區，即測試點i處RSRP值最大的小區,RSRP值相等則取離測試點距離最近的小區，B為相鄰小區)

b.根據NES測量數據可以統計出如下的內容：

c.上表中計算的電平差C2I是按照(-30)、（-29）...(30)區間統計個數的,事實上，小區的C2I是連續分布的。因此，根據C2I的直方圖，利用正態分布函數擬合上述電平差C2I在這些區間中的統計，得到服務小區與某鄰區電平差C2I分布的連續正態分布函數，如下圖：

d.小區A和小區B的干擾關系可以通過上述正態分布函數的累計函數求得，即求C2I＜9(9定義為TD-LTE系統小區間干擾門限，根據網絡實際情況可以調整)的面積。

IAB= NORMDIST(9,MEANAB,STDAB,1) （公式 -3）

e.計算小區A周圍所有鄰區對它的干擾總和,即：

f.計算兩兩小區之間距離關系,過濾干擾值（距離門限之外的都被過濾掉），并計算當前優化區域內網絡性能評價值，記為 Eva_cost。為了使小區合并以后，能夠滿足TD-LTE網絡的性能指標，建立了網絡性能評估函數Eva_cost。Eva_cost評估函數定義如下：

其中：

x表示迭代輪數。

RRSRP(x)為RSRP覆蓋率，RRSRP(x)=接收RSRP大于閾值的測試點數/所有測試點數，RSRP的計算方法參見公式-1；

RRSRQ(x)為RSRQ覆蓋率，RRSRQ(x)=接收RSRQ大于閾值的測試點數/所有測試點數，RSRQ的計算公式如下：

RSSI=主小區的RSRP+相鄰小區的RSRP+底噪 （公式-7）,即 ：

TH(底噪)=熱噪聲功率密度+10log10（W）+噪聲系數 （W:單個RE的帶寬180k）

α,β(α+β=1)為對應評估函數各項的權值，取決于運營商對于網絡的綜合要求。

2.1.3 小區合并規劃迭代運算

本步驟的過程如下所示：

a、迭代開始，將兩兩小區干擾從大到小進行排序，取出總的被干擾值最大的小區A;

b、若A不是被合并小區（被合并小區：該小區已經被合并到其他小區上），且合并到A上的小區數未達到合并小區上限，則A作為種子小區（種子小區：該小區只允許別的小區合并到它上面），否則取下一個總的被干擾值最大的小區B，返回步驟b將B替換A,若不存在下一個小區B，退出迭代。

c、從小區間兩兩的干擾關系中找出對A干擾最大的小區A1,作為A的被合并小區（A1合并到A上），A1需要滿足條件：A1還未進行過合并操作。若不滿足條件，查找下一個對A干擾最大的小區B1,并用B1替換A1。若B1不存在，將下一個總的被干擾值最大的小區B替換A,跳回步驟 b。

d、將A1小區合并到A上，并重新對網絡性能值進行評估。

e、若網絡性能指標提升，保存當前方案，更新A和A1的干擾值為0,并判斷迭代次數是否達到，如是則迭代結束。否則重新計算每個小區總的被干擾值，并按從大到小排序，跳回步驟a。

f、若網絡性能指標下降，則回滾到合并之前的狀態。并判斷迭代次數是否達到，如是則迭代結束。否則取下一個被干擾最大的小區做為小區A,若A存在，跳回步驟b,否則迭代結束。

2.2 小區合并方法的技術方案

實現基于NES技術的TD-LTE網絡無線小區合并方法的技術方案主要包括以下功能模塊：

數據處理功能模塊：實現了小區站址的數據輸入、NES數據的輸入、NES數據的解析。

網絡干擾計算功能模塊：實現了小區間干擾評估的計算、網絡性能評估的計算。

強干擾小區合并規劃模塊：實現了強干擾小區合并規劃方案的搜索、輸出小區合并規劃方案，并通過地理化顯示，在地圖上清楚地呈現被合并的小區分布，種子小區和邏輯小區。

2.3 小區合并方法的流程

實現基于NES技術的TD-LTE網絡無線小區合并方法的流程如下：

首先，導入小區站址（經緯度、方位角）、數字地圖、NES數據，并對NES數據進行解析。

其次，計算兩兩小區間的干擾評價，并根據距離門限將干擾關系過濾后，計算網絡的性能評價值。

然后，設置合并規劃限制條件(合并小區數門限），選擇強干擾小區進行合并規劃（自動迭代、選到合適方案后自動停止）。

最后，輸出小區合并規劃方案。

具體流程如圖1所示：

3 結束語

與現有的TD-LTE網絡無線小區合并的方法相比，基于NES技術的TD-LTE網絡無線小區合并優點在于：采用計算機程序自動迭代算法，自動進行小區合并的計算并輸出小區合并方案，避免了現有技術方案中人工進行小區合并工作量大，耗時費力的缺點。通過對每個小區合并方案下的網絡性能進行評估，輸出的小區合并方案能保證網絡性能達到最優，避免了現有技術方案中通過反復路測進行驗證，增大了優化成本的缺點。NES測試數據具有數據量大、數據完備性好的特點，充分體現了小區間的干擾關系和網絡性能，避免了現有技術方案中常規路測/掃頻數據量小，不能保證合并規劃優化效果的缺點。

由于目前TD-LTE 的頻率規劃研究尚處于初步階段，本文主要以理論分析為主，給出了一些理論分析結果和各類網絡問題的解決手段，后續將結合各類仿真和試驗做進一步的驗證。

圖1

[1]Yamao,Y.; Otsu,T.; Fujiwara,A.; Murata,H.;Yoshida,S.; "Mul-ti-hop radio access cellular concept for fourth-generation mobile communications system",PIMRC,2002.Sept.2002 Page(s):59 - 63 vol.1

[2]Irnich,T.; Schultz,D.C.; Pabst,R.;Wienert,P.;"Capacity of a relaying infrastructure for broadband radio coverage of urban areas",VTC 2003-Fall.2003 IEEE 58th,Volume 5,6-9 Oct.2003,Page(s): 2886- 2890 Vol.5