一體化皮基站組網性能提升方法

胡應添 天津京信系統有限公司廣州分公司高級工程師

廖禮宇 天津京信系統有限公司廣州分公司工程師

張遠見 京信通信集團高級副總裁兼集團研究院院長

一體化皮基站組網性能提升方法

胡應添 天津京信系統有限公司廣州分公司高級工程師

廖禮宇 天津京信系統有限公司廣州分公司工程師

張遠見 京信通信集團高級副總裁兼集團研究院院長

一體化皮基站作為一種提供室內無線覆蓋的有效手段，已經被業界廣泛認可。一體化皮基站適用環境有別于宏站場景，在組網性能提升方面不能一味照搬宏站網優經驗。本文討論了提升一體化皮基站組網性能的幾個方法，包括下行功率分配、HARQ反饋模式及MIMO模式的配置。外場測試表明，這些方法的使用能夠有效提升網絡性能，增強用戶體驗。

一體化皮基站；網絡性能；下行功率分配；HARQ反饋模式；MIMO模式

1 引言

伴隨著智能手機、平板等新式終端的不斷普及，移動互聯網正處于急速發展階段，無線數據業務，特別是移動無線業務量呈指數式增長，而數據業務主要發生在室內。據預測，未來室內業務將占總業務量的90%。

傳統蜂窩網絡以宏基站和室內分布系統為主的覆蓋方式，在室內場景的應用瓶頸日益顯現，對移動運營商的網絡發展提出了挑戰：

（1）部分場景（如密集城區）站間距接近理論極限，無法繼續加密站點。

（2）宏站部署及運維成本高昂，新增站址、天饋資源難以獲取。

（3）傳統室內分布系統建設物業協調難度高，建設和改造成本大，擴容能力有限，網絡管理困難。

（4）2/3G網絡無線接入容量極限逐漸顯現，無法滿足寬帶數據業務的需求。

（5）可用于廣覆蓋的頻率資源日益匱乏，通過增加頻率資源的方式不可行。

因此，引入新一代移動通信技術（TD-LTE）和小基站（SmallCell）等新站型，成為運營商應對上述挑戰的重要考慮。一體化皮基站便是其中重要一員。

2015年9 月，中國移動集團啟動了一體化皮基站集中采購項目，眾多廠家參與，體現了產業鏈玩家非?？春靡惑w化皮基站的應用前景。

一體化皮基站應用于室內場景，適用環境有別于宏站的室外及室外覆蓋室內場景，在組網性能提升方面不能一味照搬宏站網優經驗。如何提升一體化皮基站組網的性能，是目前迫切需要解決的問題。

本文給出一體化皮基站規模組網的性能提升的一些方法與考慮，希望起到拋磚引玉的作用。

2 網絡架構

一體化皮站將傳統基站基帶單元、射頻單元及天線集成在一起，形成獨立的物理實體。與宏站一樣，一體化皮站也是通過標準的S1/X2接口與核心網相聯接，在部署時可以靈活采用PTN、GPON或微波等回傳方式，不需要BBU及機房。

一體化皮站網絡架構如圖1所示。

一體化皮基站可以采用空口偵聽、GPS或1588v2完成頻率和時間同步。

在供電方面，一體化皮基站可以采用交流市電或通過POE網線供電，降低取電難度。在安裝方面，一體化皮基站通常吸頂或掛墻安裝，對天面空間要求小。

一體化皮基站具有體積小、速率高、回傳靈活、安裝方便等特點，成為未來室內移動通信網絡部署的重要途徑。特別是“熱點話務”吸收、高端用戶體驗、校園/園區組網等應用場景，更是能夠發揮一體化皮基站作用的用武之地。

3 性能提升方法

圖1 一體化皮基站網絡架構

一體化皮基站進行同頻組網時，由于應用環境與宏站應用環境有所區別，在參數設置方法上需要針對一體化皮基站的場景特點進行考慮。

3.1 下行功率分配

LTE下行功率分配以每個RE為單位，控制基站在各個時刻各個子載波上的發射功率，并且在時間和頻率上采用恒定的發射功率，基站通過高層信令指示該發射功率的數值。在接收端，UE通過測量該信號的平均接收功率并與信令指示的發射功率進行比較，獲得路徑損耗的數值。

在LTE系統中，存在著3個關鍵的參數，即CRS發射功率、PA、PB。其中，CRS發射功率是LTE系統中所有下行信道或符號的功率參考標準，PA是一個UE級參數，PB是一個小區級參數；在單天線、雙天線、不考慮MU-MIMO情況下，ρB=ρA（ρA表示時隙內不帶有CRS的OFDM符號上，PDSCH的EPRE與CRS的EPRE的功率比值；ρB表示時隙內帶有CRS的OFDM符號上，PDSCH的EPRE與CRS的EPRE的功率比值），而PB則表示為小區專用的比值ρB/ρA（帶有CRS的OFDM符號上PDSCH的EPRE功率/不帶有CRS的OFDM符號上PDSCH的EPRE功率），由表1給出其由高層信令通知的小區專用參數PB以及eNB配置的小區專用天線端口數目決定。

現網中，CRS功率綜合覆蓋、干擾、信道估計、容量等因素進行配置，既要保證覆蓋與容量的平衡，又要保證信道估計的有效性，還要保證干擾的合理控制，2和4天線端口情形下一般建議配置PA=-3，PB=1。

在CRS功率一定時，增大PA，會增加小區所有用戶的PDSCH的接收功率，提高小區所有用戶的MCS，但可能造成功率受限，影響吞吐率；反之，降低小區所有用戶的功率和MCS，降低小區吞吐率。

表1 小區專用天線端口數為1，2或4的小區專用比值ρB/ρA

PB取值越大，CRS功率在原來的基礎上提升越高，越能獲得更好的信道估計，增強PDSCH的解調性能，但PDSCH的發射功率會相應下降。

在室內同頻組網時，一般室內與室外宏網異頻，因此皮基站的干擾主要來自于室內同頻鄰區。由于室內有天然的墻體隔斷，如果能夠利用這些隔斷，可以將鄰區的干擾控制在一個較小的范圍；另一方面，通過網絡規劃已經使得PCImod3不等，基于CRS的信道估計準確度很高，沒有必要對CRS進行功率提升，CRS功率提升反而會造成CRS對數據信道的干擾，影響用戶體驗。

因此，需要綜合考慮皮基站覆蓋、干擾及速率體驗來給出適合于皮基站的功率分配參數配置。

現網測試不同功率參數配置效果如表2所示。相對于現網PA=-3、PB=1的配置，PA=3的配置能夠提升PDCP速率約25%。PB=1的配置也有一定的影響，但影響較小。因此，在皮基站發射功率允許，并且能滿足覆蓋要求的前提下，適當提升PA參數值對于一體化皮基站能夠帶來系統性能提升。

表2 下行功率分配參數設置效果對比

3.2 HARQ反饋模式

LTE中，HARQ反饋方式分為HARQ綁定和HARQ復用。

HARQ綁定

將同一小區的多個下行子幀的對應同一碼字的ACK/NACK做邏輯與操作，最終得到1bit（非空分復用，使用PUCCH format 1a）或2bit（空分復用，使用PUCCHformat1b）的ACK/NACK信息，具體參見圖2。

圖2 HARQ綁定示意圖

HARQ復用

將同一小區的同一下行子幀發送的兩個碼字對應的ACK/NACK做邏輯與操作，得到1bit的ACK/NACK信息。做HARQ復用操作的是屬于同一HARQ反饋窗口內的下行子幀，UE根據有多少個子幀發送了下行數據，或M值的大小，來決定發送多少比特的ACK/ NACK信息，具體參見圖3。

式中：K是相機的內參矩陣；R和T分別為相機坐標系和世界坐標系間變換的旋轉矩陣和平移向量；fu和fv為兩個方向的焦比；(u0,v0)為主點坐標?？紤]到鏡頭畸變對成像的影響,若記真實像點與理想像點(u,v)之間的關系可表示為

可以看出，一個上行子幀反饋多個下行子幀的ACK/NACK時，同等條件下，HARQ復用相對HARQ綁定需要重傳的數據更少，但是需要反饋的信息比特會更多。

UE根據自身的解調能力和測量的下行SINR，選擇出10%BLER對應的最高CQI反饋給基站。假設UE靜止不動，信道情況恒定不變，UE每個碼字在每個子幀有10%的概率誤塊，假如UE每個下行子幀都有調度，且反饋窗M=4，HARQ綁定模式下，基站統計到的下行BLER為：1-(1-10%)4= 34.39%；HARQ復用模式下，基站統計到的下行BLER為：1-(1-10%)2= 19%。若實際UE的BLER為5%，則綁定與復用模式下，基站統計到的下行BLER分別為1-(1-5%)4= 18.55%及1-(1-5%)2=9.75%。

圖4顯示了反饋窗M=4時，綁定及復用反饋模式在UE側及基站側統計的BLER對比?？梢?，在UE相同BLER時，基站統計的BLER在復用模式下比綁定模式下要小。BLER對于性能的影響是應用層數據速率的損失。因此，在復用模式下比綁定模式下的數據速率要大。

此外，當基站統計下行BLER大于10%時，會啟動外環AMC，調低下行的MCS，因此HARQ綁定模式下，外環AMC調低MCS概率會更大，MCS也可能調得更低，從而影響UE實際吞吐量。

現網一般建議反饋模式為綁定模式，主要考慮的是綁定容錯性更好，目的是為了優先保證邊緣用戶的性能。

圖3 HARQ復用示意圖

表3是一體化皮基站同頻組網時，HARQ綁定和復用模式的性能對比?？梢姡瑢τ谝惑w化皮基站，大部分UE能享受到較好的信道環境，碼字出錯的概率比較小，BLER一般會比較低，無論UE處于何種位置，當MCS固定時，采用HARQ復用模式基站統計的BLER小于HARQ綁定模式，因此使得MCS固定的情況下，綁定相對比復用速率損失嚴重，吞吐量上低于復用；當AMC開啟時，AMC的目標是將基站的BLER控制在10%以內，由于2∶7配置下，假如UE的BLER固定時，HARQ采用綁定時的基站統計的BLER要遠大于采用復用模式。因此，當下行子幀數較多時，采用復用模式的吸熱效果要明顯好于綁定模式的效果，更能發揮皮基站數據容量的優勢。

圖4 反饋窗M=4時，綁定及復用反饋模式對比

表3 HARQ綁定和復用模式性能測試結果對比

3.3 MIMO模式

MIMO技術可以把空間域作為一種新資源。在追求更高頻譜效率的要求下，MIMO技術已經成為最基本的解決方案之一。MIMO技術有3種主要的增益（相對SISO），分別為分集增益、陣列增益和空間復用增益。其中：

分集增益：利用多天線提供的空間分集來改善多徑衰落情況下傳輸的健壯性。

整列增益：通過預編碼或波束成形使能量集中在一個或多個特定方向。這也可以在不同方向的多個用戶同時提供業務（所謂的多用戶MIMO）。

空間復用增益：在可用天線組合所建立的多重空間層上，將多個信號流傳輸給單個用戶。

3GPP協議規定了下行9種傳輸模式，不同的傳輸模式適用于不同的場景。其中，TM2-TM9都可以回退到發射分集，而不需要改變傳輸模式，這樣可以應付信道短時間內發生惡化，保證通信可靠性，也可以在模式間切換時，有一種共同的傳輸模式進行過渡。

MIMO自適應可以分為模式間自適應和模式內自適應。模式間自適應根據UE的場景變化，自適應選擇最合適的當前場景的傳輸模式，并通過RRC重配置為UE改變傳輸模式；模式內自適應根據UE的信道狀態信息，在主模式和回退模式快速切換，并通過DCI下發給UE，使UE得到最大的下行頻譜效率。模式內自適應使用最多，并且效果最好。

以TM3模式內自適應為例，詳細說明自適應過程。模式內自適應要獲知UE的下行信道，目前技術上獲知下行的信道狀態信息可以通過UE反饋的量化CSI，如CQI、PMI、RI等。TDD系統也可以根據信道互易性獲知下行的信道狀態信息，該方法難度大，估計準確性低，對于皮基站更是不會考慮。一般MIMO自適應算法使用UE反饋的CQI和RI進行模式內自適應，CQI反映UE的接收SINR，RI反饋下行信道的相關性，CQI越大反映UE的接收SINR越高，RI反饋越大說明信道的相干性越低。當CQI高于一定門限，且RI大于1時，使用復用模式，當CQI低于一定門限或RI等于1時，使用回退模式發射分集。

在外場中，找到幾個鄰區信號相當的點進行測試，結果如表4所示。從表4可以看出，LTE的速率與干擾鄰區的個數是反比的關系，并且復用模式對干擾更為敏感，相反分集模式的抗干擾能力更強。此外，還可以看到，雖然UE反饋的RI為1，但強制使用復用模式在干擾沒那么嚴重的情況下仍然可以獲得比分集更好的性能。因此，UE上報的RI需要進行處理，再作為MIMO模式變換的依據。

表4 MIMO復用和分集模式測試結果

4 結束語

室內是數據業務發生的主要場所，也是移動運營商重點關注的區域。契合運營商以用戶為中心、做好室內覆蓋的要求，一體化皮基站成為運營商網絡部署的新手段。由于一體化皮站應用環境區別于室外宏站，網絡性能提升的方法不能照搬宏網經驗。因此，本文從3個方面來討論一體化皮基站同頻組網時，如何提升網絡性能，包括功率、HARQ、MIMO，并結合外場試點應用的效果，得到一些有用的結論。

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Methodsfor improving the performance of the integrated small cell network

HUYingtian，LIAOLiyu，ZHANGYuanjian

As an effective means of providing indoor wireless coverage, integrated small cell has been widely recognized bythe industry. The applying environment of integrated small cell is different from that of macro cell，so the network optimizationexperience of macro cell cannot blindly been copied to the case of integrated small cell in improving the network performanceaspect. Some methods for improving the performance of the integrated small cell network is discussed in this paper,including parameters configuration for DLpower allocation, HARQ feedback mode and MIMO mode. Field tests show thatusing these methods can improve the network performance effectively and enhance the user experience accordingly.

integrated small cell；network performance；DLpower allocation；HARQfeedbackmode；MIMOmode