LTE移頻組網(wǎng)方案研究

岳磊 李麗智 陳建玲 全芬

【摘 要】移頻組網(wǎng)場(chǎng)景中，小區(qū)間干擾控制是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。首先對(duì)移頻組網(wǎng)方案及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)干擾的影響進(jìn)行了深入分析，隨后給出了移頻組網(wǎng)場(chǎng)景下抑制同頻干擾的組網(wǎng)原則與優(yōu)化方法，為后續(xù)的移頻組網(wǎng)場(chǎng)景提供了借鑒，為中國(guó)移動(dòng)LTE三期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的F頻段組網(wǎng)方案提供了參考。

【關(guān)鍵詞】移頻組網(wǎng) 子載波 正交 PCI規(guī)劃 干擾抑制

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2016）09-0049-07

1 引言

LTE支持1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz以及20 MHz六種靈活帶寬，考慮到用戶(hù)速率感知與頻率調(diào)度增益，在頻率資源允許情況下應(yīng)盡量選擇大帶寬。

不同小區(qū)間可以采用同頻、異頻和移頻三種組網(wǎng)方式：

同頻組網(wǎng)時(shí)，所有小區(qū)使用相同的頻率資源和帶寬，頻譜利用效率最高，但網(wǎng)絡(luò)同頻干擾較大，對(duì)小區(qū)性能特別是小區(qū)邊緣的性能影響較大，主要依靠ICIC、IRC、BF算法進(jìn)行干擾抑制。特別是小區(qū)之間RS位置相同造成的RS之間的干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響較大，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)PCI規(guī)劃、控制小區(qū)覆蓋進(jìn)行控制優(yōu)化。

異頻組網(wǎng)時(shí)，不同小區(qū)使用多個(gè)互不交疊的頻率進(jìn)行復(fù)用組網(wǎng)，相鄰小區(qū)使用不同頻點(diǎn)。由于頻點(diǎn)間錯(cuò)開(kāi)，小區(qū)間干擾較少，網(wǎng)絡(luò)性能較好但是頻譜利用效率較低，頻率資源消耗大。

移頻組網(wǎng)時(shí)，通過(guò)移頻使得不同小區(qū)間使用的頻率存在部分重疊，能夠兼顧網(wǎng)絡(luò)性能和頻譜利用效率，同時(shí)其組網(wǎng)方式比較靈活，能夠適應(yīng)25 MHz、30 MHz、50 MHz等帶寬場(chǎng)景，使得運(yùn)營(yíng)商能夠更充分地利用分配的頻率資源。

移頻組網(wǎng)方案中，小區(qū)間頻率重疊部分的干擾控制，特別是小區(qū)間子載波的正交控制以及參考信號(hào)RS之間的干擾抑制是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵，需要進(jìn)行深入分析。

目前中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)主要使用20 MHz帶寬同頻組網(wǎng)方式，在LTE三期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，F(xiàn)頻段新設(shè)備的支持頻率范圍由原來(lái)的1880—1900 MHz調(diào)整到1885—1905 MHz，整個(gè)頻率范圍由20 MHz擴(kuò)展到25 MHz，采用哪種頻率組網(wǎng)方案需要進(jìn)行深入分析。

2 LTE移頻組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)研究

2.1 TD-LTE工作頻段

工信部頒布給中國(guó)移動(dòng)的TD-LTE可用頻段為1880—1900 MHz、2320—2370 MHz和2575—2635 MHz共130 MHz。如表1所示，根據(jù)3GPP規(guī)范[1]，這些頻率資源分布位于Band 38、39、40、41。

2.2 可用帶寬

頻域上可用的所有資源稱(chēng)之為系統(tǒng)帶寬，下行系統(tǒng)帶寬用NULRB表示，上行系統(tǒng)帶寬用NDLRB表示，其單位是RB（Resource Block，資源塊）。每個(gè)RB包含12個(gè)子載波。

6種可用帶寬的可用RB數(shù)如表2所示：

2.3 中心頻點(diǎn)位置與頻率計(jì)算

LTE載波頻率位置的最小調(diào)整單位稱(chēng)為信道柵格[2]，其大小為100 kHz，載波中心頻率之間的間隔必須是100 kHz的整數(shù)倍。

絕對(duì)頻點(diǎn)與頻點(diǎn)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如公式（1）所示：

FDL=FDL_low+0.1（NDL–Noffs-DL） （1）

LTE頻點(diǎn)編號(hào)與頻率范圍如表3所示：

2.4 直流子載波在頻域資源中的位置

如圖1所示，LTE頻域上的基本單位為一個(gè)子載波（subcarrier），上行和下行的子載波間距均為15 kHz，下行頻率中央存在一個(gè)未使用的直流子載波（DC-subcarrier）[3]，上行載波中心頻率上并不存在直流子載波。

由于下行直流子載波的存在，下行資源映射時(shí)將跳過(guò)這個(gè)子載波，在移頻組網(wǎng)方案中，對(duì)小區(qū)間的RS參考信號(hào)干擾會(huì)產(chǎn)生直接影響。

2.5 時(shí)頻資源映射

資源網(wǎng)格上的每個(gè)元素稱(chēng)之為一個(gè)RE（Resource Element，資源要素），并且通過(guò)（k， l）唯一指定，其中k=0，…，N*RB/NRBSC-1（對(duì)應(yīng)頻域上的每個(gè)子載波的索引）且l=0，…，N*symb-1（對(duì)應(yīng)slot內(nèi)的每個(gè)符號(hào)的索引）。其中N*RB表示系統(tǒng)帶寬，NRBSC表示每個(gè)RB包含的子載波數(shù)，目前配置下固定為12。

天線(xiàn)端口P上索引為（k， l）的RE對(duì)應(yīng)的值使用a（p）k，l表示。如果不會(huì)引起誤解，或是沒(méi)有指定特定的天線(xiàn)端口，則P可以省略，即可以使用ak，l表示。

LTE時(shí)頻資源映射關(guān)系如圖2所示：

2.6 參考信號(hào)RS間干擾

PCI（Physical Cell ID，物理小區(qū)標(biāo)識(shí)）是TD-LTE系統(tǒng)中小區(qū)的標(biāo)識(shí)，RS參考信號(hào)的位置與PCI直接存在映射關(guān)系。

相同PCI的小區(qū)，其RS序列一致且位置相同，在同頻情況下，RS之間會(huì)產(chǎn)生干擾。

不同PCI的小區(qū)，在同頻的情況下，如果單天線(xiàn)端口兩個(gè)小區(qū)PCI模6相等或雙天線(xiàn)端口兩個(gè)小區(qū)PCI模3相等，則兩個(gè)小區(qū)之間的RS位置是相同的，RS之間同樣會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致SINR急劇下降。

PCI規(guī)劃要結(jié)合頻率、RS位置、小區(qū)關(guān)系統(tǒng)一考慮來(lái)降低干擾，若PCI規(guī)劃不合理，會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)SINR水平降低，進(jìn)而嚴(yán)重影響LTE的整體網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

在移頻組網(wǎng)場(chǎng)景下，小區(qū)間的頻率部分重合，RS之間的干擾模式是影響移頻組網(wǎng)性能的關(guān)鍵因素。

3 移頻組網(wǎng)時(shí)頻資源分析

移頻組網(wǎng)場(chǎng)景下，小區(qū)間子載波的正交性以及小區(qū)間頻率重合部分的RS參考信號(hào)之間的干擾是影響移頻組網(wǎng)性能的關(guān)鍵。

對(duì)F頻段（1880—1900 MHz）20 MHz帶寬組網(wǎng)、移頻5 MHz組網(wǎng)、雙天線(xiàn)端口場(chǎng)景下的時(shí)頻資源與干擾性能進(jìn)行研究，情況如下：

頻點(diǎn)1，中心頻率1890 MHz（F1=38350），帶寬20 MHz，頻率范圍1880—1900 MHz；

頻點(diǎn)2，中心頻率1895 MHz（F2=38400），帶寬20 MHz，頻率范圍1885—1905 MHz。

為了方便描述，將中心頻點(diǎn)設(shè)置為1890 MHz

（F1=38350）的小區(qū)稱(chēng)為CELL1，將中心頻點(diǎn)設(shè)置為1895 MHz（F2=38400）的小區(qū)稱(chēng)為CELL2。

頻率方案如圖3所示，紅色表示下行中心直流DC載波，兩小區(qū)頻率交疊15 MHz。中心直流載波將兩小區(qū)頻率交疊區(qū)域劃分為ABC三個(gè)部分，其中B區(qū)域位于兩個(gè)移頻頻點(diǎn)中心直流子載波之間的頻率重疊區(qū)域，A、C區(qū)域?yàn)橐祁l頻點(diǎn)中心直流子載波之外的頻率重疊區(qū)域。

受DC載波占用位置影響，根據(jù)2.5所示的LTE時(shí)頻資源映射關(guān)系，ABC三個(gè)5 MHz區(qū)域的頻域資源對(duì)應(yīng)情況如下：

（1）A區(qū)域1895—1900 MHz，頻域資源對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示。

子載波正交性：A區(qū)域CELL1和CELL2之間子載波互不正交，存在5 kHz頻率偏移。

RS間干擾：

當(dāng)CELL1和CELL2 PCI Mod 3相等時(shí)，每個(gè)RS有10 kHz區(qū)域完全重合，會(huì)帶來(lái)Mod 3干擾；

當(dāng)CELL1和CELL2 PCI Mod 3不等時(shí)，RS間仍有可能出現(xiàn)5 kHz的干擾。

（2）B區(qū)域1890—1895MHz，頻域資源對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5所示。

子載波正交性：B區(qū)域CELL1和CELL2之間子載波互不正交，存在5 kHz頻率偏移。

RS間干擾：

當(dāng)CELL1和CELL2 PCI Mod 3相等時(shí)，每個(gè)RS有5 kHz區(qū)域完全重合；

當(dāng)CELL2 PCI Mod 3比CELL1 PCI Mod 3大1時(shí)，每個(gè)RS有10 kHz區(qū)域完全重合，此時(shí)Mod 3干擾最嚴(yán)重，但干擾強(qiáng)度低于CELL1之間Mod 3干擾的強(qiáng)度。

其余情況沒(méi)有Mod 3干擾。

（3）C區(qū)域1885—1890 MHz，頻域資源對(duì)應(yīng)關(guān)系如表6所示。

C區(qū)域的載波正交性以及RS間干擾特性與A區(qū)域保持一致。

ABC區(qū)域RS間干擾帶寬如表7所示：

4 移頻組網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響分析

（1）移頻小區(qū)間子載波在頻域可能無(wú)法完全正交

子載波間的正交對(duì)LTE性能至關(guān)重要，由以上移頻組網(wǎng)時(shí)頻資源分析可見(jiàn)，由于載波中心頻率間隔與子載波帶寬15 kHz不存在整數(shù)倍關(guān)系，不同中心頻點(diǎn)的小區(qū)間子載波有可能不能完全正交，有可能引起網(wǎng)內(nèi)干擾抬升而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降，如圖4所示。

當(dāng)移頻頻點(diǎn)中心頻率間隔是15 kHz的整數(shù)倍時(shí)，能夠使位于兩個(gè)移頻頻點(diǎn)中心直流子載波之間的頻率重疊區(qū)域B區(qū)域的子載波對(duì)齊。

（2）A、C區(qū)域存在時(shí)，移頻小區(qū)間RS參考信號(hào)干擾無(wú)法通過(guò)PCI規(guī)劃控制

如圖5所示，當(dāng)頻率重疊區(qū)域與中心直流子載波存在交疊時(shí)，即移頻頻點(diǎn)中心直流子載波之外的頻率重疊區(qū)域A、C區(qū)域存在時(shí)，由于子載波的編號(hào)跳過(guò)中心直流子載波的影響，導(dǎo)致RS參考信號(hào)的映射在A、C和B區(qū)域之間存在差異，無(wú)法通過(guò)PCI規(guī)劃避免鄰小區(qū)之間的RS參考信號(hào)干擾。

假設(shè)CELL1為移頻小區(qū)中帶寬較大且中心頻率較低的小區(qū)，F(xiàn)1、F2為CELL1、CELL2小區(qū)的中心頻點(diǎn)，BW1、BW2為CELL1、CELL2小區(qū)的帶寬，BW為移頻組網(wǎng)總可用帶寬。

當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足：

F2≥F1+BW1且BW≥BW1+BW2/2 （2）

移頻頻點(diǎn)中心直流子載波不會(huì)影響到移頻小區(qū)間的頻率重疊區(qū)域，即A、C區(qū)域不存在。此時(shí)可通過(guò)PCI的規(guī)劃抑制相鄰小區(qū)間的RS參考信號(hào)干擾。

對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，某個(gè)頻段的可用帶寬BW是固定的，如果移頻組網(wǎng)小區(qū)間采用相同帶寬，即BW1=BW2=BWcell時(shí)，為了保證能夠通過(guò)PCI優(yōu)化控制相鄰小區(qū)間干擾，則最大允許的小區(qū)帶寬BWcell≤。

5 結(jié)論與建議

由以上分析可見(jiàn)，移頻組網(wǎng)場(chǎng)景下，子載波間的正交控制和RS參考信號(hào)間的干擾抑制是移頻組網(wǎng)性能的關(guān)鍵因素，移頻組網(wǎng)方案滿(mǎn)足以下原則時(shí)，可保證移頻小區(qū)間子載波正交且能夠通過(guò)PCI優(yōu)化控制鄰小區(qū)參考信號(hào)RS間干擾：

原則一：移頻頻點(diǎn)中心頻率間隔應(yīng)控制為15 kHz的整數(shù)倍，以保證移頻載波之間的子載波正交性；

原則二：應(yīng)避免移頻載波的中心直流子載波與移頻重疊頻率部分存在交疊，即應(yīng)滿(mǎn)足：F2≥F1+BW1且BW≥BW1+BW2/2。

6 實(shí)踐驗(yàn)證與效果分析

6.1 現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案理論分析

目前中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)主要使用20 MHz帶寬同頻組網(wǎng)方式，在LTE三期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，F(xiàn)頻段新設(shè)備的支持頻率范圍由原來(lái)的1880—1900 MHz調(diào)整到1885—1905 MHz，整個(gè)頻率范圍由20 MHz擴(kuò)展到25 MHz。

如果LTE三期設(shè)備按1885—1905 MHz部署，則將與原有的1880—1900 MHz設(shè)備形成移頻組網(wǎng)場(chǎng)景，為最大程度滿(mǎn)足用戶(hù)速率感知，仍限定采用20 MHz組網(wǎng)，移頻小區(qū)使用相同的20MHz帶寬，根據(jù)移頻組網(wǎng)原則分析如下：

原有F頻段小區(qū)中心頻點(diǎn)1890 MHz（頻點(diǎn)號(hào)38350），

三期F頻段小區(qū)中心頻點(diǎn)1895 MHz（頻點(diǎn)號(hào)38400），中心頻點(diǎn)間隔5 MHz，頻率間隔不是15 kHz整數(shù)倍，不滿(mǎn)足原則一，兩小區(qū)之間子載波不正交。但可通過(guò)中心頻點(diǎn)頻率微調(diào)使得兩小區(qū)子載波正交，如三期F頻段小區(qū)使用38401（1895.1 MHz）頻點(diǎn)時(shí)可滿(mǎn)足正交條件。

在25 MHz移頻組網(wǎng)帶寬下，移頻載波的中心直流子載波與移頻重疊頻率部分交疊的單小區(qū)最大允許帶寬需滿(mǎn)足：BWcell≤=16.6 MHz，考慮的規(guī)范帶寬則為15 MHz，無(wú)法滿(mǎn)足20 MHz的組網(wǎng)要求。

因此25 MHz移頻組網(wǎng)方案雖然可以通過(guò)載波中心頻點(diǎn)微調(diào)實(shí)現(xiàn)子載波間正交，但在20 MHz組網(wǎng)時(shí)頻率交疊部分會(huì)受到中心直流子載波影響，參考信號(hào)RS間的干擾無(wú)法通過(guò)PCI規(guī)劃進(jìn)行抑制，不建議采用這種方式組網(wǎng)。

由于移頻組網(wǎng)條件無(wú)法滿(mǎn)足，最終選擇了將已有F頻段頻率整體搬移到1885—1905 MHz，采用同頻組網(wǎng)方案，1880—1885 MHz用于TD-SCDMA。

6.2 實(shí)施效果

F頻段整體搬移到1885—1905 MHz前，某市共有980個(gè)三期F頻段小區(qū)（頻點(diǎn)號(hào)38400）與周邊已有F頻段小區(qū)（頻點(diǎn)號(hào)38350）形成移頻組網(wǎng)場(chǎng)景，在所有F頻段小區(qū)整體移頻到1885—1905 MHz后，對(duì)比移頻前后該部分小區(qū)上行PRB干擾電平均值變化情況如圖6所示：

調(diào)整前F頻段平均干擾電平為-114.7 dBm；形成移頻組網(wǎng)后，中心頻點(diǎn)38400的小區(qū)與中心頻點(diǎn)38350小區(qū)之間頻率間隔不滿(mǎn)足15 kHz整數(shù)倍要求，導(dǎo)致小區(qū)間子載頻不正交，同時(shí)受參考信號(hào)干擾提升影響，移頻后平均上行干擾電平抬升到-110 dBm；整體頻率搬移后平均上行干擾電平下降到平均為-116.53 dBm，干擾性明顯改善，達(dá)到預(yù)期效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)影響移頻組網(wǎng)性能的各個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了研究，得出了子載波間的正交控制和RS參考信號(hào)間的干擾抑制是移頻組網(wǎng)性能的關(guān)鍵因素結(jié)論，給出了移頻組網(wǎng)場(chǎng)景下抑制干擾的組網(wǎng)原則與優(yōu)化方法，利用分析結(jié)論指導(dǎo)了F頻段組網(wǎng)方案的建設(shè)，在實(shí)施過(guò)程中結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)出現(xiàn)的移頻頻組網(wǎng)情況對(duì)分析結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，調(diào)整后顯著降低了網(wǎng)絡(luò)干擾水平。分析結(jié)論為后續(xù)的移頻組網(wǎng)場(chǎng)景提供了很好的借鑒作用。

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