基于迭代算法的TD-LTE無線網絡重疊覆蓋優化

文/張炎生 李力

1 引言

1.1 LTE的國內外研究現狀

LTE（長期演進）是第四代通信標準，LTE標準化于2004年開始實施。LTE的技術本質是利用MIMO（多輸入多輸出，MIMO）技術和OFDM（正交頻率分復用，正交頻分復用）技術，其在數據傳輸，網絡接入的性能進一步提高。截至2011年9月，已經存在FD-LTE（頻分多址長期演進，具有208個LTE網絡項目的LTE項目和37個基于長期演進頻率分裂的商業發射LTE網絡）。同年，中國移動與印度合作組織Bharti，日本軟銀等聯合提議并擬定了TD-LTE技術協議，各國于GTITD-LTE提出發展舉措和共計7項倡議，給出了建立TD-LTE全球發展計劃的具體計劃，此組織是中國領導之下的第一個電信領域的國際組織。GTI在部署和建設超過40個業務的三年后，已有73個合作伙伴和100個運營商陸續加入，到2014年，全球已有28個TD-商用LTE網絡部署計劃已啟動。

我國4G牌照于2013年底正式發布，中國電信，中國移動，中國聯通全部獲得TDLTE牌照。具體來說，中國移動已獲得包括E波段（2320至2370MHz），F波段（1880至1900MHz）和D波段（2575至2635MHz）三個頻段的130MHz頻段。根據中國移動宣布的計劃，到2014年底，中國將完成100個城市的TD-LTE網絡，計劃建設20萬個基站，到2015年底實現4G網絡。目前，FD-LTE尚未在中國銷售。由于LTE網絡和多樣化網絡系統的部署以及無線環境，用戶行為和網絡結構的組合，LTE無線網絡優化的重要性日益突出。由于TD-LTE網絡使用相同的頻率組網，因此使用頻率規劃方法不可能減少小區內的同信道干擾（不準確的關系），因此可能導致更嚴重的同頻干擾存在性。為了滿足TD-LTE用戶的數據業務需求，提供良好的高速數據業務體驗，在網絡建設的早期階段，必須高度重視TD-LTE無線網絡的優化。

表1：測試點A在不同條件下的速率測試情況

1.2 LTE網絡存在的問題

現階段TD-LTE網絡多使用相同頻率組網，因此使用頻率規劃方法不可能減少小區內的同信道干擾問題，因此可能導致更嚴重的同頻干擾存在性。為了解決這一問題提供了一個科學合理的優化方案設計，更深入探討組網過程中重疊覆蓋問題，建立TD-LTE無線網絡的優化方案和技術以及有關無線網絡規劃和管理的方案。隨著智能城市建設步伐的加快，TDLTE網絡對于重疊覆蓋干擾的分析和研究，在未來必然成為建設中最重要的基礎設施之一。

2 重疊覆蓋對TD-LTE網絡性能的影響

2.1 重疊覆蓋問題來源

在規劃網絡覆蓋半徑時，很難實現期望的六角形蜂窩網絡結構，在網絡的實際結構內，覆蓋范圍內信號變化起伏，因此在改變信號傳播沖擊，鏈路預算，深入室內環境覆蓋預留余量時，網絡中存在的重疊覆蓋是無法避免的。此外，實際的網絡高度和基站（如果面積覆蓋率較高且從屬站點）使得其在部署網絡過程中必然會出現TD-LTE網絡覆蓋問題。

在規劃網絡覆蓋半徑時，很難實現期望的六角形蜂窩網絡結構，在網絡的實際結構內，覆蓋范圍內信號變化起伏，因此在改變信號傳播沖擊，鏈路預算，深入室內環境覆蓋預留余量時，網絡中存在的重疊覆蓋是無法避免的。此外，實際的網絡高度和基站（如果面積覆蓋率較高且從屬站點）使得其在部署網絡過程中必然會出現TD-LTE網絡覆蓋問題。

在TD-LTE網絡中，重疊覆蓋主要包括區域間覆蓋和導頻污染，但主要原因是網絡結構不合理。這里的網絡結構是指基站選址，站點高度，站對站，天線方位角，下傾角等。有些重疊覆蓋是由某些因素造成的，有些是受多種因素共同影響的。高站低洼：在密集的城區，站密集，站間距平均較小，站點較高，下傾角較低，覆蓋區域重疊較多。天線性能異常：天線老化或故障導致天線旁瓣和后瓣嚴重信號泄漏，造成信號泄漏區域重疊覆蓋。宏站覆蓋客房，并且需要確保室內連續覆蓋不可避免地導致道路上的過度重疊覆蓋。

2.2 重疊覆蓋對TD-LTE網絡性能的影響

在TD-LTE系統中，服務小區的信號強度小于6dB的區域和包括服務小區在內的重疊的CRSRSRP信號強度超過1至110dBm，可以被定義為重疊的覆蓋區域。重疊覆蓋導致TDLTE網絡嚴重的同頻干擾，并且顯著降低了用戶在受影響地區的網絡傳輸表現。與非重疊區域相比，重疊可接收區域的吞吐量損失高達70%或更高，并且隨著重疊接收程度變得更深，由于相同頻率干擾導致的性能損失進一步增大。下面通過實際案例說明同頻干擾對TDLTE網絡速率的影響。單元A站點被選作檢查目標站點。A站周圍的基站密集，無線電環境復雜。位置A的主要服務小區是具有-75dbm強度級別的小區，在相鄰小區中有多個小區檢測大于-90dbm。相鄰小區逐漸被阻塞，見表1。比較測試結果，重疊覆蓋對下行業務影響很大，對上行業務影響較小，重疊覆蓋越嚴重，對下行速率影響越明顯。可以看出，該區域最終用戶的吞吐量性能被影響，網絡規劃指標無法實現。

圖1：迭代算法的優化步驟

3 TD-LTE無線網絡組網覆蓋優化方案研究

3.1 覆蓋優化原理與方案

解決覆蓋空洞、弱覆蓋、越區覆蓋、導頻污染(或弱覆蓋和重疊覆蓋)有如下六種手段(按優先級排)即：調整天線下傾角、調整天線方位角、調整RS的功率、升高或降低天線掛高、站點搬遷、新增站點或RRU。

3.2 重疊覆蓋優化方法

根據優化經驗，判斷TD-LTE網絡中某一點的重疊和覆蓋的條件是：服務小區RSRP = -110dBm，服務小區RSRP與相鄰的RSRP為6dBm以下為3以上。優化方法如下；

清理主要覆蓋區域，簡化切換關系；

調整下傾角，方位角和功率，使該區域的主要服務小區> -110dBm；

減少該地區其他社區的覆蓋面；

如果污染嚴重，可考慮使用雙通道RRU牽引單獨提高區域覆蓋范圍，以便只有足夠強大的導頻出現在該區域。

4 基于迭代算法的重疊覆蓋優化方案

迭代算法是通過分析掃頻數據，基于提高主服務小區功率以及降低鄰區功率，批量并迭代計算出各小區的功率調整值，從而降低高重疊覆蓋占比。迭代算法的具體執行步驟如圖1所示。

（1）優化人員首先對網絡進行一次掃頻測試，并根據基站數據庫分別輸出6dB以及10dB以內的路測采樣點的兩張鄰區列表(簡稱鄰區列表)，鄰區列表中包含最強小區以及各個鄰區的名稱和RSRP(參考信號接收功率)。

（2）嘗試通過提升服務小區的功率來改善重疊覆蓋度，遵循以下原則：

重疊覆蓋范圍3至4的采樣點，從6分貝鄰居小區列表中過濾出來，并且發現更多小區作為服務小區。增加這些小區的功率使得服務小區的RSRP有所上升，從而改善了重疊覆蓋。所以將其作為功率提升的候選小區。

在10dB鄰居列表中，無論升壓電池是處于服務區域還是鄰近區域，如果負載測試采樣點的重疊覆蓋范圍為0到2，則這些采樣點的重疊覆蓋范圍不會受到干擾。

6dB鄰居列表的重疊覆蓋范圍為0到2，但10dB鄰居列表中的3個或更多采樣點是功率提升的隱藏點。如果功率提升單元靠近這些點，且列表不是服務小區，則可以生成新的高重復覆蓋點。

如果上行候選功率小區在6dB的鄰區列表中擁有的重疊覆蓋范圍為3dB至4ppm的采樣點的小區數量較多，且不可能是上述隱藏點的鄰區，則功率提升岷縣。相反，其可能忽略不計。

（3）通過減少小區功率來改善重疊覆蓋，遵守以下原則來選擇功率減少的社區。

6dB鄰居列表中的3至4dB覆蓋采樣點處將使用更多鄰區。

6dB鄰居列表。對于重疊覆蓋0到2個采樣點，使用較少的服務小區。

（4）在確定了提升功率的候選單元之后，這些單元的提升功率的大小被臨時設置為3dB，這可以通過相鄰區域和主服務區域之間的差異來近似得到。

（5）優化單元小區在確定功率調整方法后，將每個小區的模擬RSRP重復到上述掃描數據，并通過模擬新的重疊覆蓋來計算。

5 結束語

通過對TD-LTE網絡的發展歷程和背景描述，發現了重疊覆蓋問題的來源主要是受高站低下傾角、天線性能異常以及室內連續覆蓋所引起的，對TD-LTE網絡性能造成了嚴重的影響，尤其對下行業務影響最為嚴重。基于迭代算法的重疊覆蓋優化方案極大地改善了網格內的重疊覆蓋情況，網格的KPI也得到了同步的提升。RSRP、SINR等主要測試指標有了較為明顯的提升，意味著優化方案效果良好，達到了優化的目的，很好的解決了TD-LTE網絡重疊覆蓋的問題。