TD-LTE系統PCI配置分析

李壽鵬，張國棟，蘇雷

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 251400）

1 PCI概述

PCI（Physical Cell Identifier，物理小區標識），也稱為物理小區ID。LTE系統提供504個物理層小區ID，與TD-SCDMA系統的128個擾碼概念類似。網管配置時，為小區配置0～503之間的一個號碼即可。PCI直接決定了小區同步序列，并且多個物理信道的加擾方式也和PCI相關。例如PDSCH的加擾序列的產生與物理小區ID是有關系的。而且，物理小區ID與小區專屬參考信號的頻域位置也是相關的。所以需要對相鄰小區的PCI進行合理的規劃以避免干擾。

2 PCI的獲取

2.1 主同步信號和輔同步信號

在TD-SCDMA系統中，UE解出小區擾碼序列（共有128種可能性），即可獲得該小區ID。TD-LTE的方式類似，不同的是UE需要解出兩個信號：主同步信號（PSS，共有3種可能性）和輔同步信號（SSS，共有168種可能性）。由兩個序列的序號組合，即可獲取該小區ID。 采用主輔同步信號的優勢是能夠保證終端能夠準確并快速檢測出主同步信號，并在已知主同步信號的前提下來檢測輔同步信號，加快小區搜素速度。

圖1給出了PSS（Primary Synchronized Signal，主同步信號）和SSS（Secondary Synchronized Signal，輔同步信號）的位置示意圖。在時域上PSS位于DwPTS的第三個符號；SSS位于5ms第一個子幀的最后一個符號。PSS和SSS信號的位置相對固定。

圖1 同步信號時域位置示意圖

在頻域上，TD-LTE系統支持多種傳輸帶寬配置，為了保證各個系統帶寬下PSS和SSS位置的相對固定和檢測算法的實現簡化，PSS和SSS信號在頻域上總是處于整個系統帶寬中央1.08MHz（6個PRB塊）的位置，如圖2所示。

2.2 PCI的獲取

PCI是在小區搜索的時候獲取的。小區搜索時，首先進行時間同步檢測。其基本原理是使用本地同步序列和接收信號進行同步相關，進而獲得期望的峰值，根據峰值判斷出同步信號的位置。當終端處于初始接入狀態時，對接入小區的帶寬是未知的，主同步和輔同步處于整個帶寬中央，并占用1.08MHz帶寬。因此，初始接入時，UE首先在其支持的工作頻段內以100kHz為間隔的頻柵上進行掃描，并在每個頻點上進行主同步信道的檢測。在這一過程中，終端僅僅檢測1.08MHz的頻帶上是否存在主同步信號。

圖2 同步信號頻域位置示意圖

當檢測出PSS信號后，根據主同步信號和輔同步信號之間的固定關系，進行輔同步信號的檢測。小區在獲得了主同步信號和輔同步信號之后就獲得了小區的 PCI。

這里需要說明的是，TD-LTE系統既可以采用常規CP（Cyclic Prefix，循環前綴），也可以使用擴展CP，所以，對應的PSS和SSS之間的距離存在兩種可能，需要終端采用盲檢的方式識別，通常是采用PSS與SSS相關峰的距離進行判斷。檢測出SSS之后，系統采用的CP類型也就相應確定了。

3 PCI與小區專屬參考信號

3.1 PCI與PDSCH信道

概述中提到過，PCI的合理規劃能夠減少相鄰小區間的干擾。因為有些物理信道的加擾方式是和PCI有關的。例如PDSCH信道。PDSCH信道的加擾序列的初始化值（Cinit）是與PCI相關的，見式（1）。

3.2 PCI與小區專屬參考信號

PCI與小區專屬參考信號（CRS，Cell-specific Reference Signals）的產生，位置等都有著相關性，這些相關性導致了PCI在規劃時一些需要注意的原則。

3.2.1 小區專屬參考信號序列生成與PCI

小區專屬參考信號在天線端口0～3上發送，并且只支持Δf=15kHz。

其中，ns表示時隙號（一個無線幀內），l標示一個時隙內的OFDM符號數。

c(i)在每個OFDM符號進行初始，見式（3-3）。

3.2.2 小區專屬參考信號位置與PCI

式中m表示參考信號序列的序號，m`表示本小區參考信號在20MHz帶寬參考信號中的位置。當本小區帶寬為20MHz時，二者相等。v和vshift表示不同參考信號的頻域位置，其中：

v表示參考信號的起始位置，在v的基礎上有vshift的偏移。因為vshift是經過（PCI）模6運算的，所以只有0～5 6種取值。所以參考信號會在6個子載波內循環取值，位置與PCI相關。

在同一時隙內如果資源單元 （k，l）用于發送某一天線端口的參考信號，那么其他天線端口對應位置不發送任何數據，并置為0。圖3給出了常規CP下不同參考信號符號圖案，Rp表示用于傳輸天線端口p參考信號的資源單元。

結合v和vshift的公式與圖3圖片，可以確定參考信號的具體位置。在使用兩個天線端口（port0和port1）的情況下，小區專屬參考信號包含了插入到每個時隙中的第一個和倒數第三個OFDM符號的所謂參考符號，帶有6個子載波的頻域間隔。每個資源塊（RB）內的每個時隙包含了12個子載波，因此共有4個參考符號。

在天線端口2（port2）和天線端口3（port3）上，port2和port3發送的參考信號插入到每個時隙的第二個OFDM符號中，也有6個子載波的頻域間隔。每個資源塊（RB）內共有2個參考符號。

介紹PCI與參考信號位置的關系可以從以下三個方面展開。

（1） 相鄰小區PCI相等。

圖3 參考信號位置示意圖

結合結合v和vshift的公式，如果相鄰小區的PCI相等，那么，PCI模6之后仍然相等。相鄰小區的vshift是相等的。再看v的表達式，在天線端口0（port0，p=0）上，觀察第一個OFDM符號（l=0）v=0。兩個小區的v的定義方法是一樣的，所以，這兩個相鄰小區的v也是一樣的。這就導致了這兩個相鄰小區port0上的參考信號位置是相同的。同樣的情況發生在port1，port2，port3上。那么，這兩個相鄰小區的參考信號在頻域上是完全相同的。同時，TD-LTE系統小區間是同步的，所以它們在時域上也是同步的。這必然會引起參考信號的小區間干擾。

（2） 相鄰小區PCI mod 6相等。

仍然是結合v和vshift的表達式來解釋。如果相鄰小區的PCI mod 6相等，例如小區A的PCI=1，小區B的PCI=7。很簡單的得到：

PCI（A）mod 6=1=PCI（B）mod 6

從而vshift（A）=（A）mod 6 ＝vshift（B）=（B）mod 6

這種情況其實與PCI相等的情況是一樣的。根據上文的分析，如果相鄰小區的模6相等，那么所有天線端口上的參考信號位置都將是相同的。

（3）相鄰小區的PCI mod 3相等。

假設小區A的PCI=1，則模6為1模3為1；小區B的PCI=4，模6為4模3為1，小區A和小區B相鄰。那么

P C I（A）m o d 6≠PCI（B）mod 6 PCI（A）mod 3＝PCI（B）mod 3

小區A與B的vshift是不相等的。所以，小區A的port0上的參考信號是不會與小區B的port0上的參考信號位置重合的。同樣的情況適用于小區A與小區B的port1上的參考信號，小區A與小區B的port2上的參考信號，小區A與小區B的port3上的參考信號均不會重疊。但是我們從參考信號符號圖和公式中都可以看出，port1與port0的參考符號是頻率復用的，帶有3個子載波的頻域偏置。port2與port3參考符號是頻率復用的，帶有3個子載波的頻域偏置。小區A的port0上的v=0（p=0，l=0），那么對于小區A的port0而言：

（v+vshift）mod 6=1 ；

同時，小區B的port1上的v=3（p=1，l=0），對于小區B的port1而言：

（v+vshift）mod 6＝ (3+4）mod 6=1

比較上面兩個式子，可以得出，兩個小區的port0與port1上的（v+vshift）mod 6是相等的。所以，小區A的port0上的參考信號頻域位置與小區B的port1上的參考信號頻域位置是一樣的。那么，A小區的port0上的參考信號就會與小區B的port1上的參考信號產生一定的互干擾。同樣可以推導出其他天線端口的情況。

總結以上分析，相鄰小區的PCI相等，PCI mod 6相等，或PCI mod 3相等都會導致參考信號的位置重疊，產生參考信號的小區間干擾，從而導致SNR的降低。如果相鄰小區的PCI，PCI mod 6，或PCI mod 3均不相等，那么它們的小區專屬參考信號在頻域上的位置將會錯開，可以得到較好的SNR。

4 PCI不合理導致CRS干擾優化案例

下面是一個PCI設置不合理導致相鄰小區CRS干擾，SNR降低的例子。

在扇區A（PCI154）和扇區B（PCI148）站點之間的交界區域，RSRP非常好，但SNR很差（<5dB），調整天線俯仰角和方位角，問題依舊。因而不是無線環境的問題。

但是，將扇區B的PCI148改為PCI147后，路測顯示：SNR好轉至25～30dB。可以明顯的看到PCI優化前后的效果對比。

分析其原因，是因為扇區A的PCI（154）mod 6=4，等于扇區B的PCI（148）mod 6。從而，這兩個相鄰小區的CRS信號位置是相同的，所以CRS產生了嚴重的干擾。在修改了扇區B的PCI之后，扇區B的PCI（147）mod 6=3，這樣，在頻域上，扇區B的CRS信號就與扇區A的CRS信號在不同的位置上，從而避免了CRS信號的干擾。PCI的優化在這個網絡優化案例中起了非常大的作用。

5 結論

從理論方面分析，相鄰小區的PCI，PCI mod 6，PCI mod 3是不宜相等的。這點也從實際的網絡優化中得到了證實。因為PCI共有504個，所以想做到相鄰小區的PCI不相等是很容易規劃的。PCI經過模6預算后，只有0～5 6個取值，所以，在相鄰小區規劃時只能對于PCI mod 6的6個值復用進行小區的PCI規劃。這在規劃上也是可以實現的。但是PCI mod 3卻只有0～2 3個取值，想在全網復用3個值是很困難的，所以在進行配置時，我們只能盡量避免對打的小區和相鄰的小區PCI mod 3不相等。因此，在做PCI規劃時應首先考慮相鄰小區的PCI和PCI mod 6不想等，然后盡量避免相鄰小區的PCI mod 3相等。

[1] 王映民, 孫韶輝等編著. TD-LTE技術原理與系統設計[M]. 北京：人民郵電出版社，2010.