TD-LTE同頻干擾抑制技術研究與應用

蔡偉明，王瑋，施云濤

（1 中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司，南京 210029：2 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE同頻組網具有頻譜利用率高、部署靈活、終端支持頻段需求低、終端射頻通道復雜度低等優點，在規模試驗網中得到廣泛應用。由于LTE采用了OFDM等新技術，小區內部用戶所占用子載波資源相互正交互不干擾，其吞吐量和頻譜效率可以通過高階調制和MIMO技術等技術實現；但小區邊緣重疊覆蓋區域產生同頻干擾，嚴重影響邊緣邊緣業務可靠性和用戶感知。如何有效地規避和抑制同頻干擾則是關系到TDLTE能否為用戶提供高質量服務的關鍵問題。

合理的下傾角規劃和優化調整是移動蜂窩系統降低同鄰頻干擾的有效方法，然而傳統的基站小區下傾角規劃，采用先確定站間距，按理向結構計算小區半徑，再求下傾角，結果重疊覆蓋區域大，同鄰頻干擾嚴重。2G系統可以采用異頻組網，3G系統可以通過頻率擾碼規劃規避，下傾角的粗略規劃以及重疊覆蓋區域的大小對系統帶來的干擾影響不大。所以，對于LTE同頻組網，已無法沿用2G/3G中使用的粗略的下傾角規劃方法。

本文提出了一種基于GIS信息的下傾角規劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術，并成功應用到TD-LTE規模試驗網中，現場測試結果表明該技術有效降低TDLTE小區邊緣的同頻干擾，顯著提升小區邊緣吞吐量。

2 基于GIS信息的下傾角規劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術

在保證覆蓋的前提下，利用Vornoi泰森多邊形可構建蜂窩小區覆蓋區域；通過GIS信息，精確計算小區覆蓋面積，根據天線輻射方向圖特性，采用扇形模擬小區覆蓋區域，由小區覆蓋面積求出小區覆蓋等效半徑；根據天線高度與覆蓋半徑之間的三角函數關系，運用天線垂直方向的半功率角的上沿對準小區覆蓋邊緣的原理，確定基站天線的下傾角，在保證滿足切換要求的連續性覆蓋前提下，盡可能減小小區間的重疊覆蓋。這種新型的下傾角規劃方法是一種TD-LTE同頻組網干擾抑制下天線下傾角設置不合理引起邊緣小區吞吐量下降問題和資源利用率低的問題。

2.1 確定基站覆蓋區域

根據電子地圖提供的基站經緯度信息，將每個基站所在的地理位置對應電子地圖上的一個離散點，將離散點構成三角網。這種三角網稱為Delaunay三角網。Delaunay三角網的構建也稱為不規則三角網的構建，就是由離散數據點構建三角網，如圖1所示，即確定哪三個數據點構成一個三角形，也稱為自動聯接三角網。即對于平面上n個離散點，其平面坐標為(xi，yi)，i＝1，2，…，n，將其中相近的三點構成最佳三角形，使每個離散點都成為三角形的頂點。

圖1 Delaunay三角網

自動聯接三角網的結果為所有三角形的三個頂點的標號，如：

（1，2，8）、（2，8，3）、（3，8，7）……

為了獲得最佳三角形，在構三角網時，應盡可能使三角形的三內角均成銳角，即符合Delaunay三角形產生的準則：

任何一個Delaunay三角形的外接圓內不能包含任何其它離散點。

相鄰兩個Delaunay三角形構成凸四邊形，在交換凸四邊形的對角線之后，六個內角的最小者不再增大。該性質即為最小角最大準則。

根據泰森多邊形原理，每個基站離散點的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形。對于三角網邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線與圖廓相交，與圖廓一起構成泰森多邊形。而泰森多邊形所圍的區域則為泰森多邊形內離散點基站所覆蓋的區域。

2.2 確定小區覆蓋區域

根據每個基站小區的方向角，利用小區方向線兩兩之間的中心線將基站覆蓋范圍分割為小區覆蓋范圍。如圖2所示，將基站A覆蓋區域分割成A1、A2、A3小區，基站B覆蓋區域分割成B1、B2、B3小區，基站C覆蓋區域分割成C1、C2、C3小區，基站D覆蓋區域分割成D1、D2、D3小區……

圖2 小區覆蓋區域示意圖

2.3 計算小區覆蓋面積

圖3 泰森多邊形及三角網

對于泰森多邊形，如圖3所示。

泰森多邊形面積就是求出垂直平分線所圍成的多變形面積，以角規點A（基站）為圓心，每隔1°（可任意規定）可確定一條射線，該射線于多邊形的邊有一個交點，這樣掃描一圈就有n個交點，分別求出該站點與交點的距離，把n個小三角形的面積累加起來就等于該多邊形的面積。在求射線與多邊形的交點時實際上是射線與好幾條垂直平分線的交點，可能在某一方向上，射線與好幾條垂直平分線都有交點，這時就必須取最短距離的交點，才能保證多變形的唯一性。

對于區域邊界站點，以電子地圖的邊界作為相應的多邊形的邊來彌補。

同理，可以求出每個基站小區的覆蓋面積。

2.4 獲取小區覆蓋半徑

由于天線波瓣圖特性，實際小區覆蓋呈現類似扇形的不規則多邊形，與上面泰森多邊形基本重疊。

根據扇形面積計算公式，可以求得小區面積Si＝（1/2）Ri2×φi

其中Ri為小區等效覆蓋半徑，φi為小區扇形夾角；小區面積Si根據前面泰森多邊形方法求得，由此可以計算出小區等效覆蓋半徑。

2.5 確定基站天線下傾角

根據鏈路預算計算各場景的最大路徑損耗，然后按照不同網絡、不同場景的傳播模型計算出各場景的小區最大半徑，如TD-SCDMA網絡，密集城區小區半徑Rmax在600m范圍內，一般城區小區半徑Rmax在900m范圍內，郊區小區半徑Rmax在1200m范圍內，農村小區半徑Rmax在1500m范圍內。

對實際計算的小區半徑Ri進行修正，若Ri≤Rmax在則有效，否則取Ri=Rmax。

最后依據：Downtilt=arctag(Height/Distance)＋HPBW/2，其中Distance為扇區覆蓋距離Ri，Height為天線掛高；HPBW/2為1/2的天線垂直半功率角。

2.6 下傾角規劃方法

根據上述分析，提供圖4所示的下傾角計算流程，便于形成下傾角開發工具。可以通過下述步驟來完成下傾角規劃計算。

圖4 下傾角規劃流程

（1）根據鏈路預算計算各場景的最大路徑損耗，然后按照不同網絡、不同場景的傳播模型計算出各場景的小區最大半徑Rmax；

（2）根據泰森多邊形原理，計算基站的覆蓋范圍；利用小區方向線兩兩之間的中心線將基站覆蓋范圍分割為小區覆蓋范圍；根據GIS信息及泰森多邊形原理，獲得小區覆蓋面積Si；

（4）小區覆蓋半徑修正，若Ri≤Rmax在則有效，否則取Ri=Rmax；

（5）最后天線下傾角Downtilt＝arctag(H/Ri)＋HPBW/2。

3 實際應用評估結果

3.1 生成TD-LTE下傾角規劃工具

根據上述原理，在GIS地理視圖上開發下傾角規劃工具，計算簡單，結果合理，適合于日常規劃和優化調整下傾角的工具, 此工具也適合2G和TD的下傾角規劃。

3.2 新下傾角方案改善效果

在200個基站的前后下傾角對比評估中，采用傳統方案規劃的下傾角平均7.85°，小區半徑平均為524m，采用本文提出的方法規劃的下傾角平均為8.67°，小區覆蓋半徑410m。

因此采用新方案后下傾角均值提升0.82°,小區覆蓋半徑減少114m,避免64%左右天線主波瓣覆蓋重疊區域。如表1所示。

表1 采用新下傾角規劃方案后下傾角及小區半徑均值變化明細

3.3 邊緣小區吞吐量改善效果

采用本文提出的下傾角規劃方案，小區間重疊覆蓋區域主要以天線旁瓣重疊覆蓋為主，減少天線主瓣重疊覆蓋的面積，旁瓣信號干擾比主瓣信號干擾至少低3個dB，即SINR提升3個dB，實際測試驗證，小區吞吐量可提升10%左右，邊緣區域吞吐量提升顯著。

4 結束語

TD-LTE小區間的同頻干擾直接影響整體網絡質量和用戶感知，本文針對TD-LTE同頻干擾抑制技術進行研究，從網絡規劃角度出發創新提出一種基于GIS信息的下傾角規劃的TD-LTE同頻干擾抑制技術，并將該技術成功應用到TD-LTE規模試驗網中，測試結果表明該技術減少小區邊緣重疊覆蓋區域，提高小區積間重疊區域的SINR平均值，有效降低TD-LTE小區邊緣的同頻干擾，提升小區邊緣吞吐量，使TD-LTE同頻組網性能得到顯著提升，具有廣泛的應用前景。

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