LTE系統小區間干擾場景應用研究

鄧志勇　中國電信廣東無線網絡運營中心惠州分中心系統優化工程師許志宏　廣東省電信工程有限公司網優維護分公司系統優化工程師饒　海　中國電信廣東無線網絡運營中心惠州分中心系統優化工程師何欣燊　中國電信廣東無線網絡運營中心江門分中心系統優化工程師

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LTE系統小區間干擾場景應用研究

鄧志勇中國電信廣東無線網絡運營中心惠州分中心系統優化工程師
許志宏廣東省電信工程有限公司網優維護分公司系統優化工程師
饒海中國電信廣東無線網絡運營中心惠州分中心系統優化工程師
何欣燊中國電信廣東無線網絡運營中心江門分中心系統優化工程師

摘要LTE系統采用同頻組網，與CDMA不同的是，LTE系統不能通過合并不同小區的信號來降低鄰小區信號的影響，小區間存在干擾現象。小區間干擾會影響用戶的上下行速率，降低用戶的使用感知。為了降低小區間干擾，提升網絡質量和用戶感知。本文在研究6個重要場景的小區間干擾基礎上，提出了小區間干擾優化策略、場景對應策略，能夠更好地指導后期LTE網絡優化工作的開展。

關鍵詞小區間干擾場景研究場景優化策略

1　引言

小區間干擾（Inter-Cell Interference，ICI）是移動通信系統的一個固有問題，由于FDD-LTE系統采用正交的OFDMA技術，使同一小區內用戶完全正交，較好地解決了小區內干擾的問題；但是，FDD-LTE采用同頻組網方式，即相鄰小區都使用相同的頻率資源，這時相鄰的兩個小區在邊緣重疊部分使用相同的頻譜資源，則會產生較強的小區間干擾。

如圖1（a）所示，對于LTE系統的下行鏈路，用戶2接收到基站B的信息會受到在相鄰小區內基站A在相同頻率下發給用戶1的信號的干擾，而對于用戶2來說，同樣會受到來自于基站A的同頻干擾。圖1（b）表示了在LTE上行系統中的小區間干擾情況。用戶1和2同時分別使用相同的子載波給基站A和B發送上行信息，對于基站A來說，用戶1的信號為有用信號，用戶2的信號由于和用戶1的信號使用相同頻率的子載波，所以對其產生干擾。

小區間干擾形成的種類有：規劃設計不合理、參數配置錯誤引起、超遠覆蓋干擾、小區間上行干擾、小區間下行干擾、GPS時鐘失步干擾、設備故障等。

小區間干擾對網絡質量的影響有：

圖1　小區間干擾模型分析

●對上下行業務的影響：在上行誤塊率很大，速率降低；隨著干擾程度升高，會造成終端無法接入；當上行反饋信道出現問題，即使在下行信道條件良好的環境下，下行業務速率較差。

●對用戶感知影響：用戶看到手機信號很好，打不開網頁或瀏覽網頁速率慢；小區邊緣用戶感知與中心用戶感知差異大；

●對性能指標的影響：干擾區域可能造成切換失敗；在KIP指標方面會造成接通率、掉線率、切換成功率低的現象。

2　LTE小區間干擾重點場景研究

2.1話務密集場景干擾

話務密集場景：校園網、大型工廠、大型商場等，該類型小區間的干擾最為嚴重。干擾的產生：高話容量需求和解決深度覆蓋不足，基站布放密集，小區重疊覆蓋明顯，干擾嚴重。主要特征：用戶高度集中、站間距小于200m、小區天線夾角小于45°、小區重疊覆蓋率高。如圖2、3所示校園網三棟衛校和比亞迪工廠：一方面存在近距離對打現象，一方面存在小區間夾角過小現象，小區重疊覆蓋、小區間干擾明顯。

2.2復雜路面場景干擾

復雜路面場景：道路交叉路口、立交橋等。干擾的產生：主要是由于無主導小區覆蓋引起。由于該類型場景較為空曠，同時周邊小區布局不合理、基站選址或天線掛高太高、天線方位角下傾角設置不合理、導頻功率設置不合理等方面的影響，服務小區和鄰小區的接收電平相差不大、SINR差，無法成為主覆蓋。主要特征：信號雜亂、相鄰小區RSRP非常接近、乒乓切換、UE較耗電、SINR較差等。如圖4、5所示東平公園周邊道路和大湖溪立交橋，由于地勢平坦周邊無阻擋存在SINR差現象。

2.3復雜水域場景干擾

圖2　3棟衛校基站分布圖

圖3　比亞迪基站分布圖

圖4　復雜路面東平公園SINR圖

圖5　復雜路面立交橋SINR圖

復雜水域場景：江、河、湖等周邊路面。干擾的產生：由于水面沒有建筑物阻擋，信號繞射的角度一般較小，甚至較遠較高的干擾小區會產生視距傳輸信號的干擾，因此信號干擾較強和較雜；另外，由于水面缺少建筑物外墻產生的反射信號，有時只能靠繞射信號保持手機和基站的連接，因此很容易出現水域周邊建筑物擋死信號的情況。鑒于水域場景的無線信號傳播特點，水域區域存在較突出的小區間干擾現象。主要特征：信號雜亂、乒乓切換、SINR較差等。如圖6、7所示惠州兩江四湖，由于湖面和江面廣闊、水域場景的無線信號傳播特點，沿湖沿江道路存在嚴重的小區間干擾現象，優化難度較大。

2.4高站覆蓋場景干擾

高站覆蓋場景：指基站天線高度比周邊建筑物平均高度高15m以上，或天線掛高大于50m的基站，其覆蓋區域超過了規劃的范圍，在其他基站的覆蓋區域內形成不連續的主導區域。干擾的產生：高站天線高度高、覆蓋過遠，在其他基站的覆蓋區域內形成了主導覆蓋，造成越區覆蓋，下行信號衰減小，等效于自由空間傳輸，當遠距離站點信號到達被干擾基站時，因為傳播時延導致遠端基站下行DwPTS落入近端基站上行UpPTS，時延較大情況下落入被干擾站點上行子幀，導致近端基站上行時隙被干擾。主要特征：越區覆蓋、孤島效應、上下行鏈路不平衡、模三干擾等。如圖8、9所示麥地天悅基站位于天悅酒店頂樓上，站高86m，屬于高層站點，覆蓋距離過遠，已在其他小區覆蓋范圍內形成主覆蓋。

2.5廠家邊界場景干擾

廠家邊界場景：指同地市或不同地市異廠家基站組網邊界。干擾的產生：4G建網初期，為了有效引入市場競爭機制，很多地市都部署了至少兩個廠家的4G基站設備，形成了異廠家組網現象；由于不同廠家沒有統一進行規劃，在異廠家邊界容易存在PCI沖突、切換失敗、覆蓋控制不合理。主要特征：PCI混淆、切換失敗、話務吸收不平衡、4G下切3G等。如圖10、11所示惠州潼僑技工學校，采用愛立信1.8G的室外覆蓋和華為2.1G的室內RRU進行覆蓋，形成了異廠家異頻組網。據用戶反映在宿舍區移動時4G網絡不順暢，會出現連接到3G網絡的現象，同時室內外站負荷不均衡。

圖6　水域傳播模型圖

圖7　水域周邊道路SINR圖

圖8　高站基站位置圖

圖9　高站越區覆蓋圖

圖10　技工學校基站布圖

圖11　技工學校室內外基站負荷圖

2.6高層窗邊場景干擾

高層窗邊場景：高層建筑，如高層寫字樓、高層住宅等窗邊干擾。干擾的產生：高層建筑由于其高度和周圍相對低矮的地理環境高出較多，無線環境造成的衰耗極少，手機能夠收到的信號數量較多且強度相當，無法形成主控信號，即使建有室內分布系統，室內信號在眾多干擾信號作用下，也難于形成保障通話質量的主導信號，從而引起呼叫失敗、掉線、通話質量差等現象。主要特征：信號雜亂、無主導信號、切換失敗、掉話（掉線）等。如圖12、13所示富力麗港中心屬于板狀建筑，采用全玻璃外墻，且靠近江邊，對面基站密集且無阻檔，信號繁雜，導致高層信號質量極差，特別是在窗邊干擾極其嚴重。

3　LTE小區間干擾優化策略研究

LTE小區間干擾優化主要從傳統優化策略、創新優化策略、新技術優化策略、故障排查策略四大方面12個子項研究（見圖14）。

3.1傳統優化策略

3.1.1高站弱化策略

基站功能轉型，高層站信號強、覆蓋遠，保留高層站良好的容災功能，改造為容災基站；降低優先層級，搬遷降高，弱化高層站原有覆蓋功能，降低高層站對周邊小區的干擾；實施減容拆區：減容高層站，關閉不需要的高層小區，降低高層站對周邊小區的干擾；過遠覆蓋優化，通過天線、功率調整縮小高層站的覆蓋距離，控制高層站的覆蓋范圍。

3.1.2RF優化策略

RF優化總體策略：覆蓋、干擾、速率；找主導、優次序、強信號、減干擾，需要關聯起來形成優化思路。RF優手段：天線下傾角、天線方向角、天線高度、天線位置、天線類型、增加塔放、更改站點類型、站點位置、新增站點/RRU。優化流程如圖15所示。

圖12　富力麗港中心位置圖

圖13　富力麗港中心周邊基站分布圖

圖14　小區間干擾研究策略

圖15　RF優化流程圖

3.1.3參數優化策略

●模三干擾優化策略

物質世界的運動軌跡是事物在發展到極端，必將出現向反方向轉換的狀態。人類總是在不斷的偏離自身與反思自我中完善自身，來實現長久生存的人生愿景。人作為自然界的主體，具有自覺認識與主觀創造的能力，處于物質世界的優先地位。物極必反、月盈則虧，由于權力意志的擴張，而導致人類走向對自然的極端挑戰。一旦超越自然的承受限度，將會給人類帶來災難，當人類感受到危機的來臨，自會反省自身，尋求解決路徑。人之主體始終在實踐中，摸索與自然和諧的相處方式。

MOD3干擾主要優化思路：排查服務小區與鄰小區方位角是否對打（兩個小區的方位角差值小于45°），如果存在，調整其中一個小區方位角，使MOD3錯開；排查服務小區與鄰小區方位角是否存在越區覆蓋，如果存在，調整一個小區下傾角；如果服務小區與鄰小區的方位角、下傾角均設置合理，則進行PCI扇區對調；對MOD3干擾較嚴重區域實施PCI重規劃。

●功率調整優化策略

LTE系統可用以調整RS功率、PDSCH功率，以達到優化性能、降低干擾的目的。調整的參數有：PA值表示PDSCH功率控制PA調整開關關閉且下行ICIC開關關閉時，PDSCH采用均勻功率分配時的PA值；PB值表示PDSCH上EPRE（Energy Per Resource Element）的功率因子比率指示，它和天線端口共同決定了功率因子比率的值。RS設置過大會造成越區覆蓋，對其他小區造成干擾；RS設置過小，會造成覆蓋不足，出現盲區。在實際優化過程中可結合RF優化對RS導頻功率進行調整。

●異頻切換事件策略（見表1）

目前，LTE網絡的異頻切換采用基于測量的切換，LTE到DO的切換采用重定向策略。異頻切換策略：采用基于覆蓋的異頻切換；測量的啟動和停止采用A1、2事件；切換觸發的事件可以在A3、4和5事件中選擇一個。目前，華為區域異頻切換啟動采用A4事件，即采用絕對門限，難以適應信號的動態變化；目前，愛立信區域站點與華為在仲愷區域混合組網較嚴重，可開啟MCPC（Mobility Controlat Poor Coverage）功能，把異頻和異系統的測量門限和開關進行分離。

3.2創新優化策略

3.2.1SFN優化策略

SFN（SingleFrequencyNetwork）優化，同基站相同頻段的不同小區合并為一個小區，下行在相同時頻資源上發送相同信號，上行選擇信號質量最好的物理小區接收信號。針對SFN優化對象，在合并物理小區中選擇PCI模三最小小區作為SFN小區，直接進行后臺數據配置，無需硬件改動。通過SFN優化，小區上下行存在增益，規避小區間乒乓切換，可有效地降低小區間干擾（見圖16、17）。

LTE采用同頻組網方式，即相鄰小區都使用相同的頻率資源，這時相鄰的兩個小區在邊緣重疊部分使用相同的頻譜資源，則會產生較強的小區間干擾。對于干擾嚴重區域采用異頻插花組網方式，可有效地降低同頻小區間的干擾。主要應用場景有：超密集基站（站間距＜200m），基站非常密集且無法精確控制基站間覆蓋范圍；嚴重越區覆蓋高站，非話務稀疏區域，高站遠高于周邊建筑，由于下傾角有限、天線高度無法降低等原因無法有效控制高站覆蓋范圍，導致嚴重越區覆蓋，而且周邊無合適位置搬遷。優點：能最大化基站覆蓋作用、避免同頻干擾、實施簡單方便；合理設置異頻切換/測量參數，提升覆蓋水平；缺點：不利于后期雙載波組網。RRU替換前后情況如圖18所示。

3.3新技術優化策略

3.3.1上下行ICIC策略

ICIC（InterCellInterferenceCoordination，小區間干擾協調）是用來解決同頻組網時小區間干擾的技術，是一種與調度、功率控制技術緊密結合來降低小區間干擾的技術。它基于將系統帶寬分成3個頻帶，令相鄰的小區使用不同的邊緣頻帶來承載小區邊緣高功率高干擾用戶（即CEU）的思想，盡量在邊緣頻帶調度CEU，以達到降低相鄰小區間的干擾，提高增強網絡覆蓋能力和小區CEU吞吐率的目的。根據ICIC是否動態調整邊緣頻帶資源，ICIC可分為靜態和動態ICIC。動態ICIC技術是靜態ICIC技術的改進，優點在于可以根據服務小區實際邊緣負載情況進行邊緣頻帶資源的擴展或者收縮，從而提高邊緣頻帶利用率；根據ICIC的作用范圍，又可分為下行和上行ICIC，這兩者均作用于基站側。

表1　異頻切換策略

圖16　SFN示意圖

圖17　SFN流程圖

圖18　RRU替換前后示意圖

3.3.2上行MRC策略

MRC（Maximal Ratio Combining，最大比合并）是指各條支路接收信號加權系數與該支路信噪比成正比。在LTE中也就是各個天線接收到的信號。信噪比越大、加權系數越大，從而對合并后的信號貢獻也越大。把噪聲和干擾統一看成高斯噪聲來處理。認為各天線接收到的信號互相干擾很小，即互相關為0。MRC的輸出信噪比等于各路信噪比之和，因此，即使各路信號都很差、沒有一路信號可以被單獨解出時，MRC算法仍有可能合成出一個達到SNR要求的可以被解調的信號。在噪聲為系統主導因素的情況下，MRC具有最佳的抗衰落和抗噪聲性能。當系統中存在較大干擾時，對于干擾很大的分支，MRC給予的權值也很大，因此這些分支的干擾被放大，致使性能惡化。因此，根據MRC抗噪聲效果明顯的特點，MRC主要在噪聲為影響信號的主要因素時使用。

3.3.3上行IRC策略

IRC（InterferenceRejectionCombining，干擾抑制合并）是一種比較先進的干擾抑制算法，以更有效地改善上行信號質量，降低干擾，提高小區容量，這一技術主要應用于上行接收機（即基站）。IRC算法在網絡同步時能發揮最大的效果，即上行業務信號與干擾信號在接收端的幀結構同步。IRC屬于接收分集技術，在接收天線數目大于1的條件下實現，利用一個權值矩陣對不同天線接收到的信號進行線性合并，抑制信道相關性導致的干擾，接收天線越多，其消除干擾的能力越強。較于傳統的MRC算法，IRC考慮了干擾的空間特性，抗干擾的效果更為明顯。

3.3.4上行COMP策略

一般UE的上行信號只能被服務小區接收和處理，COMP通過不同小區（同BBU/Cloud BBU）的天線接收合并同一UE的上行信號（PUCCH、PRACH、SRS除外），類似于一個小區增加了更多接收天線。可以獲得多天線合并增益和干擾抑制增益。主要功能：提升中遠點用戶的上行吞吐率；降低終端的發射功率，抑制干擾。上行COMP通過聯合解調使“遠點”用戶獲得業務增益，同時由于功控過程，終端無需更高功率發射以保持鏈路，對于上行干擾有一定抑制作用；上行COMP的開啟對于用戶特別是邊緣用戶的業務感知具有一定的提升。COMP原理如圖19所示。

3.3.5波束賦形策略

波束賦形（Beam Forming）技術又稱為智能天線，通過對多根天線輸出信號的相關性進行相位加權，使信號在某個方向形成同相疊加，在其他方向形成相位抵消，從而實現信號的增益。系統發射端能夠獲取信道狀態信息時（例如TDD系統），系統會根據信道狀態調整每根天線發射信號的相位（數據相同），以保證在目標方向達到最大的增益；當系統發射端不知道信道狀態時，可以采用隨機波束成形的方法實現多用戶分集，解決邊緣用戶干擾問題。

圖19　COMP原理

3.4故障排查策略

3.4.1基站故障排查

檢查RRU設備是否產生告警，天線通道接收RSSI是否異常等。RRU工作異常時，將引起NI值監測異常，上行性能下降。如同一基站，某一小區NI值長期異常，常規排查方法不能找到干擾源時，最后懷疑RRU設備是否故障。可以采集RRU日志進行分析。現場可以采用調整天線朝向的方式判斷是否RRU故障。如原天線朝向為A，調整180°后到B，對比A和B上行NI，查看有無變化。如果有顯著變化，則表明干擾源有方向性，來自外部。如果沒有明顯變化，則懷疑RRU本身存在問題。可先對RRU進行下電復位，如果NI值仍然異常，則更換RRU進行驗證。

3.4.2GPS時鐘同步

檢查被干擾基站與相鄰基站告警，當基站的時鐘失步時，因為上下行子幀與周圍鄰區錯位，會造成嚴重干擾。篩選時鐘失步的相關告警，找出有時鐘失步的基站關閉并盡快恢復GPS故障。從受到最強干擾的小區開始，一般情況下需要核查距離該站2km內的站點是否存在GPS失步告警。GPS失步基站對周邊站點的干擾會存在一定的距離特性，越靠近GPS失步的基站，受到的干擾程度越厲害，小區空載下底噪抬升越明顯。

4　LTE小區間干擾場景對應策略

本文通過對6大小區間干擾場景和12項小區間干優化策略研究，根據場景特性和優化技術，對這6大重點場景分別做出對應策略，具體如圖20所示。

5　LTE小區間干擾場景優化案例

5.1RF策略在復雜路面場景的應用

對如圖21、22所示東平公園周邊道路進行優化（復雜路面場景）采用RF策略，根據“找主導、優次序、強信號、減干擾”的優化方法，將HZHC_L東平東湖室外FLRRU01下傾角由4°度調整為12°，HZHC_L東平車站室外FLRRU02的天線由于受廣告牌阻擋更換為射燈型天線同時移至廣告牌前面，HZHC_D東平東江大橋東室外FLRRU01方位角由200°調整150°覆蓋東平大道。調整后，東平公園附近道路SINR提升12%。

5.2異頻策略在話務密集場景的應用

惠州潼僑技工學校采用異廠家異頻組網，一方面用戶反映在宿舍區移動時4G網絡不順暢，會出現連接到3G網絡的現象，一方面用戶反映教學區網速相比宿舍區差很多。經分析，由于用戶多且高度集中，該學校每天的用戶流量超過100GByte，但是室外站點和室內站點負荷嚴重不均衡，90%以上的流量都由室外站點負擔，導致室外站點負荷較大，干擾增大，用戶體驗變差，而室內站點的利用率太低，用戶體驗落差較大。

圖20　小區間干擾場景對應策略

圖21　東平公園周邊道路優化前SINR

圖22　東平公園周邊道路優化后SINR

對1.8G愛立信室外基站開啟MCPC功能以及對A1、5門限進行設置。調整后，室內外切換順暢；室內外基站負荷得到了均衡，室外和室內站點的用戶體驗都得到了極大的提升。具體如圖23、24所示。

5.3SFN策略在復雜水域場景的應用（見圖25、26）

通過SFN優化策略，選取水域覆蓋站點同站同頻干擾導致4G重疊覆蓋率差小區HZHC_D江南西湖麗日室外FLRRU01和HZHC_D江南西湖麗日室外FLRRU02做小區合并。合并后該站的精確覆蓋率由60%提升至72%，降低了小區間的干擾。

5.4新技術策略在密集小區的應用

比亞迪廠區用戶高度、基站密集，站間距均小于300m，一方面存在近距離對打現象，一方面存在小區間夾角現象，基站重疊覆蓋、小區間干擾明顯。通過傳統的RF優化進行調整難于達到要求，若采用SFN技術雖可以降低小區間干擾但網絡容量下降。因此，對比亞迪區域基站開啟ICIC、IRC、IMC功能。

下行動態ICIC和下行靜態ICIC打開后，邊緣用戶吞吐量均有明顯增加（見圖27、28）。

IRC、MRC兩個場景下邊緣用戶上行吞吐量都有明顯增益。IRC場景相對MRC場景，邊緣用戶吞吐量增益較大，因為IRC可以抑制掉部分用戶間干擾（見圖29、30、31、32、33）。

6　結束語

LTE系統采用同頻組網，小區間存在相互干擾的現象，是通信系統固有的問題。小區間干擾會嚴重影響用戶的上下行速率，降低客戶使用感知。為了降低小區間干擾，提升網絡質量，優化客戶感知。本文在研究6個重要場景的小區間干擾基礎上，提出了12種小區間干擾優化策略，并對6大場景做出了對應優化策略，在實際場景應用中效果明顯，能夠更好地指導后期LTE網絡優化的開展。

圖23　室內外站吞吐量優化前后圖

圖24　室內外站吞吐量趨勢圖

圖25　SFN小區圖

圖26　SFN小區精確覆蓋率趨勢

圖27　下行不同場景測試指標

圖28　下行不同場景用記吞吐量

圖29　上行不同場景測試指標圖

圖30　IRC場景吞吐量

圖31　MRC場景吞吐量

圖32　IRC場景吞吐量增益

圖33　MRC場景吞吐量增益

參考文獻

1 沈嘉等. 3GPP長期演進及技術原理介紹.北京：人民郵電出版社

2 華為.小區間干擾協調（eRAN6.0_02）

3 3GPPTS 36.331. RRC Protocol Specification

4 元泉. LTE輕松進階.電子工業出版社

LTE System Inter Cell Interference Scene Application Study

AbstractLTE system uses the same frequency network，and the CDMA is different，LTE system can not through the merger of different cell signals to reduce the impact of neighboring cells，there is a phenomenon of interference. Inter cell interference can affect the user's up and down rate，reduce customer usage. To reduce inter cell interference，improve network quality and user perception. In this paper，we study the inter cell interference based on 6 important scenes，and propose the optimization strategy of inter cell interference，the corresponding strategy，which can better guide the development of LTE network optimization.

Key wordsinter cell interference，scene study，scene optimization strategy

收稿日期：（2015-10-28）