LTE系統(tǒng)帶寬壓縮在廣覆蓋場景優(yōu)化中的應用研究

摘 要：本文通過對LTE網(wǎng)絡FDD模式中RS參考信號功率與系統(tǒng)帶寬的關系，以及廣覆蓋場景下無線信號傳輸損耗模型的研究與實驗，探索系統(tǒng)帶寬壓縮與小區(qū)覆蓋提升的關系。

關鍵詞：系統(tǒng)帶寬；峰值速率；邊緣覆蓋；RS參考信號功率

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）09-0060-03

Abstract：The relationship between RS reference signal power and system bandwidth of LTE network in FDD mode is discussed in this paper，and the research and experiment of wireless signal transmission loss model under wide coverage scenario. This paper explores the relationship between the system bandwidth compression and the cell coverage enhancement.

Keywords：system bandwidth；peak rate；edge coverage；RS reference signal power

0 引 言

根據(jù)3GPP協(xié)議，F(xiàn)DD-LTE系統(tǒng)帶寬存在6種標準配置，包括：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MH和20MHz，分別對應6個、15個、25個、50個、75個和100個資源塊（RB，Resource Block），它支持對已使用的頻率資源的重復利用，系統(tǒng)帶寬的選擇可根據(jù)運營商擁有的頻率范圍以及用戶的業(yè)務量需求來決定，以選擇最合理的帶寬進行組網(wǎng)。

如果在硬件參數(shù)不變的情況下壓縮帶寬，即20M→10M →5M，可配置最大RS參考功率，20M時為100個資源塊，RS參考功率為15.2dBm（10*log（20*1000）-10*log（12*100）+10*log（1+1）≈15.2dBm）；壓縮到10M時為50個資源塊，RS參考功率為18.2dBm（10*LOG（40*1000）-10*log（12*50）+10*log（1+1）≈18.2dBm），功率提升了一倍，覆蓋也相應的有所提升。由于小區(qū)總功率沒有變，不需要更換RRU設備和新增功率license，即帶寬每壓縮1/2，功率可提升一倍。

1 帶寬壓縮的模型研究

帶寬壓縮后，RS功率提升，小區(qū)覆蓋半徑增大，理論峰值速率有所犧牲，但4G網(wǎng)絡用戶對速率的要求遠達不到峰值速率。

基于4G用戶體驗模型，如果在帶寬壓縮后，小區(qū)邊緣的速率仍然能維持用戶的基本業(yè)務需求，則完全可以采用壓縮帶寬增大覆蓋的方法提高網(wǎng)絡性能。

1.1 用戶體驗模型

3GPP要求網(wǎng)頁訪問時延、郵件服務器訪問時延等時延小于4秒。3秒是上網(wǎng)時延感知的拐點，零等待是用戶體驗和技術進步的趨勢。基于陜西省內(nèi)對各業(yè)務體驗速率的研究，各種業(yè)務體驗保障速率如表1所示。考慮到目前視頻業(yè)務對速率要求最高（1080P超清視頻），所以如果保證單用戶下載速率能達到5Mbps，即能滿足絕大部分的業(yè)務需求。

1.3 現(xiàn)網(wǎng)測試與模型對比

1.3.1 現(xiàn)網(wǎng)實測情況

選取覆蓋主瓣方向無明顯阻擋的監(jiān)控桿RRU進行小區(qū)最大覆蓋距離的測試評估。小區(qū)側(cè)面A2門限設置為-126dBm，保證在帶寬修改后，小區(qū)最大半徑的覆蓋強度一致（低于-126dBm時UE會向異頻重定向）。表2是小區(qū)帶寬分別為20M和10M的測試結(jié)果，帶寬壓縮后，小區(qū)最大半徑由406米增加至475米，邊緣速率由2.5Mbps下降至1.8Mbps。

1.3.2 模型輸出數(shù)據(jù)

實驗對象相關參數(shù)如表3所示。

代入公式（1），在帶寬10M和20M的情況下，分別得出小區(qū)半徑（d）為850米和722米。

1.3.3 小區(qū)半徑增益

由實測值與模型參考的計算結(jié)果顯示，帶寬由20M壓縮至10M后，小區(qū)半徑增加的比例均在17%左右，如表4所示。

帶寬壓縮雖然犧牲了空口的峰值速率，但小區(qū)普通用戶的速率完全可以達到5Mbps，滿足絕大部分用戶的業(yè)務速率需求。10M帶寬小區(qū)覆蓋邊緣速率維持在2Mbps左右，可滿足用戶基本的上網(wǎng)需求（如微信等即時通訊和網(wǎng)頁瀏覽），同時帶來17%的覆蓋增益。

基于該結(jié)論，針對用戶停留時間短、平均用戶數(shù)少等場所（如電梯、交通干線以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)等）的基站做不同程度的帶寬壓縮，可在不影響用戶（尤其是邊緣用戶）感知的前提下，提升網(wǎng)絡覆蓋。

2 現(xiàn)網(wǎng)研究實驗

2.1 實驗規(guī)模

從提升下行覆蓋、駐留比、流量收益及無線資源利用率角度出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)站點的業(yè)務量、用戶數(shù)及場景進行區(qū)分，結(jié)合站間距，我們在陜西西安、渭南、寶雞等9個地市累計完成1234個扇區(qū)的帶寬壓縮及RS參考信號功率提升實驗工作。

2.2 流量增益對比

對比實施前后三天數(shù)據(jù)業(yè)務流量，在已完成的9地市中，安康、榆林實施后比實施前流量增幅80%以上，延安、漢中、銅川、寶雞、西安增幅40%以上，渭南、咸陽增幅20-40%之間，整體提升效果比較明顯，如表5所示。

2.3 MR覆蓋對比分析

選取部分實施區(qū)域站點進行MR覆蓋率對比，修改后該區(qū)域MR各區(qū)間RSRP變化不大，弱覆蓋比例（RSRP≤-110dBm比例）降低0.05%，RSRP大于-90dBm的比例增加2.73%，如表6所示。

2.4 典型場景驗證

篩選高速場景的53個低流量基站，帶寬由20M降至10M，參考信號功率由152修改為182（PA/PA為0/0）。修改后業(yè)務量由197.21GB增加至231.51GB，增長17%，如圖1所示。

對比實施前后一周指標，用戶數(shù)及業(yè)務量增加明顯，駐留比、無線資源利用率、流量增益等均有正向增益，效果良好。

3 結(jié) 論

3.1 帶寬壓縮優(yōu)劣勢

（1）優(yōu)勢：基于驗證結(jié)果，帶寬壓縮的小區(qū)，通過功率提升帶來的流量增長幅度約為68%，用戶數(shù)增長幅度為45%，有效改善了試點區(qū)域的覆蓋效果；通過采用帶寬壓縮增強覆蓋，可以在局部范圍內(nèi)減少網(wǎng)元投入，減少小區(qū)之間的鄰區(qū)數(shù)量，有利于網(wǎng)絡鄰區(qū)優(yōu)化；有效減少小區(qū)間的干擾，一定程度上提高了用戶的感知。同時，降低建設成本，達到節(jié)省投資、提升資源利用率的效果。

（2）劣勢：由于帶寬換覆蓋能夠帶來一定程度的覆蓋增益，但是相應也會帶來其他資源的消耗，會引起用戶感知的下降，同時，它的使用范圍場景有限。

3.2 使用場景建議

本文通過模型的研究和實踐驗證，對FDD-LTE系統(tǒng)帶寬壓縮后的小區(qū)性能、用戶感知等方面進行評估，提出了可分場景對小區(qū)帶寬進行差異化設置的理論。針對用戶少、速率要求低、廣覆蓋、要求高的場景，如交通干線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村區(qū)域，可對系統(tǒng)帶寬進行壓縮，以提升覆蓋水平。

參考文獻：

[1] 孫宇彤.LTE教程：原理與實現(xiàn) [M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2017.

作者簡介：魏延強（1978-），男，漢族，江蘇揚州人，網(wǎng)優(yōu)主管，工程師，學士。研究方向：通信無線網(wǎng)優(yōu)化。