時(shí)分-長期演進(jìn)地鐵覆蓋小區(qū)無線參數(shù)規(guī)劃

中郵建技術(shù)有限公司 潘志強(qiáng) 石霄飛 陶天根

0 引言

地鐵的特殊構(gòu)造給無線通信信號(hào)的覆蓋和優(yōu)化帶來許多挑戰(zhàn)。H市作為國內(nèi)首批TD鄄LTE（時(shí)分鄄長期演進(jìn)）試運(yùn)行城市，其新建的地鐵專線TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案受到國內(nèi)其他省份城市的關(guān)注。TD鄄LTE小區(qū)網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)參數(shù)的合理規(guī)劃將是TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)性能的重要保證。TD鄄LTE地鐵覆蓋小區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不僅需要考慮與大網(wǎng)宏站的銜接，還需要考慮到地鐵本身內(nèi)部不同覆蓋區(qū)域的特殊場(chǎng)景，如站廳、站臺(tái)以及隧道區(qū)間等，其覆蓋場(chǎng)景不盡相同。TD鄄LTE地鐵覆蓋小區(qū)無線參數(shù)規(guī)劃主要涉及頻率規(guī)劃、鄰區(qū)規(guī)劃、PCI（物理小區(qū)標(biāo)識(shí)）規(guī)劃、PRACH（物理隨機(jī)接入信道）規(guī)劃、功率規(guī)劃、時(shí)隙配比規(guī)劃和TAC（跟蹤區(qū)域碼）規(guī)劃這幾個(gè)方面，下面將對(duì)這幾個(gè)主要規(guī)劃參數(shù)進(jìn)行逐一介紹。

1 頻率規(guī)劃

考慮地鐵線路線狀覆蓋的特殊性，建議采用40 MHz頻率對(duì)整個(gè)地鐵進(jìn)行覆蓋，分為2個(gè)20 MHz載波進(jìn)行異頻組網(wǎng)，相鄰兩個(gè)小區(qū)間異頻配置，降低干擾，提升業(yè)務(wù)質(zhì)量。H市宏站與地鐵采用異頻組網(wǎng)方案，宏站使用F頻段，地鐵使用E頻段組網(wǎng)，同時(shí)，地鐵隧道覆蓋小區(qū)又采用E頻段的不同頻點(diǎn)以達(dá)到頻率隔離的目的。

2 鄰區(qū)及切換設(shè)計(jì)規(guī)劃

鄰區(qū)規(guī)劃是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中重要的一環(huán)，其好壞直接影響到網(wǎng)絡(luò)性能。對(duì)于TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)，由于是快速硬切換網(wǎng)絡(luò)，鄰區(qū)規(guī)劃尤為重要，因此，好的鄰區(qū)規(guī)劃是保證TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)性能的基本要求。

隧道場(chǎng)景下需要配置路線上相鄰站點(diǎn)小區(qū)為鄰區(qū)，站臺(tái)站廳場(chǎng)景需要配置隧道內(nèi)小區(qū)和地鐵出入口宏站小區(qū)為鄰區(qū)。鄰區(qū)規(guī)劃及切換設(shè)計(jì)的基本原則如下：

1）地理位置上直接相鄰的小區(qū)才作為鄰區(qū)，且配置為雙向鄰區(qū)，鄰區(qū)數(shù)目不宜過多。

2）為保證鄰區(qū)規(guī)劃的合理性，可借鑒2G/3G的鄰區(qū)優(yōu)化結(jié)果，即可繼承2G/3G共站址鄰區(qū)配置。

3）采用小區(qū)合并方式，減少小區(qū)數(shù)目，降低切換發(fā)生的次數(shù)。

4）采用非競(jìng)爭(zhēng)切換方式，降低切換時(shí)延。

切換時(shí)延，即從TD鄄LTE車載設(shè)備測(cè)量到目標(biāo)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度高于服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度某個(gè)門限開始，到切換完成所需時(shí)間。

5）小區(qū)切換帶設(shè)計(jì)，按80 km/h車速（22 m/s）考慮，切換帶的信號(hào)覆蓋電平盡可能在-110 dBm以上，切換帶應(yīng)在100～150 m，如圖1所示。

3 PCI規(guī)劃

地鐵場(chǎng)景的PCI規(guī)劃與頻率相關(guān)，采用組網(wǎng)的頻率不同，對(duì)PCI規(guī)劃的要求也不相同。下面將對(duì)地鐵場(chǎng)景下F頻段和E頻段組網(wǎng)下的PCI規(guī)劃進(jìn)行說明。

3.1 宏站與地鐵場(chǎng)景同頻段組網(wǎng)

宏站與地鐵場(chǎng)景同頻段組網(wǎng)時(shí)（如宏站采用F頻段，地鐵采用F頻段），在隧道出入口及地鐵出入口，將會(huì)存在同頻干擾情況，因此在PCI規(guī)劃上要考慮地鐵與宏站小區(qū)的PCI錯(cuò)開。另外，地鐵PCI規(guī)劃還要根據(jù)單、雙流場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)分考慮。

地鐵單流場(chǎng)景下，PCI錯(cuò)開原則如下：

1）站臺(tái)站廳以及隧道內(nèi)小區(qū)間需要滿足mod6（mod6為對(duì)6進(jìn)行求余函數(shù)）錯(cuò)開原則；

2）宏站相鄰的地鐵小區(qū)與室外宏站小區(qū)間要滿足mod3（mod3為對(duì)3進(jìn)行求余函數(shù)）錯(cuò)開原則。

地鐵雙流場(chǎng)景下，PCI錯(cuò)開原則如下：

所有地鐵小區(qū)間以及與室外宏站間均需滿足mod3錯(cuò)開原則。

規(guī)劃方法：可將地鐵小區(qū)視為室分小區(qū)，其與宏站間的PCI規(guī)劃可通過規(guī)劃工具實(shí)現(xiàn)；地鐵小區(qū)間的PCI錯(cuò)開，并避免mod3干擾。

3.2 宏站與地鐵場(chǎng)景異頻段組網(wǎng)

宏站與地鐵場(chǎng)景異頻段組網(wǎng)時(shí)（如宏站采用F頻段，地鐵采用E頻段），PCI規(guī)劃中無需考慮地鐵與宏站小區(qū)的PCI協(xié)同（即兩者PCI可以相同），此場(chǎng)景下地鐵小區(qū)的PCI規(guī)劃僅需考慮地鐵小區(qū)間PCI錯(cuò)開即可。

同樣，對(duì)于單流場(chǎng)景，地鐵小區(qū)間需滿足mod6錯(cuò)開原則，對(duì)于雙流場(chǎng)景，地鐵小區(qū)間需滿足mod3錯(cuò)開原則。

4 PRACH規(guī)劃

隨機(jī)接入在TD鄄LTE系統(tǒng)起著重要作用，是用戶進(jìn)行初始連接、切換、連接重建立，重新恢復(fù)上行同步的唯一策略。UE（用戶設(shè)備）在隨機(jī)接入時(shí)需要隨機(jī)選擇前導(dǎo)序列，因此，合理的規(guī)劃前導(dǎo)序列是保障用戶接入成功性的重要手段，使接入過程中的不確定性控制在可接受的范圍內(nèi)。

PRACH規(guī)劃中同樣要考慮室內(nèi)外頻段組網(wǎng)差異：對(duì)于地鐵與室外宏站異頻段組網(wǎng)時(shí)，地鐵內(nèi)小區(qū)與室外小區(qū)PRACH規(guī)劃互不影響；對(duì)于地鐵與室外宏站同頻段組網(wǎng)時(shí)，地鐵內(nèi)小區(qū)與室外宏站小區(qū)PRACH規(guī)劃需考慮復(fù)用情況，即不允許出現(xiàn)與近距離的宏站小區(qū)采用相同的PRACH根序列。

地鐵室分小區(qū)PRACH的具體規(guī)劃方法如下：

1）首先確定小區(qū)覆蓋半徑，這里考慮到地鐵小區(qū)覆蓋范圍大小，建議小區(qū)半徑為2000 m，對(duì)應(yīng)的NCS（循環(huán)移位值）為22，每小區(qū)僅需2個(gè)跟序列。

2）對(duì)根序列的預(yù)留與宏站相同，建議預(yù)留20%為宜，即預(yù)留671～838共168個(gè)作為備用；對(duì)于剩下的根序列，可以考慮進(jìn)一步預(yù)留給擴(kuò)容的站點(diǎn)使用，或核查優(yōu)化時(shí)使用。

5 功率規(guī)劃

5.1 功率參數(shù)相關(guān)概念

EPRE（每個(gè)資源單元上的能量），可以理解為每個(gè)RE（資源單元）的功率；

Type A符號(hào)：無RS（參考信號(hào)）的OFDM（光頻分復(fù)用）符號(hào)；

Type B符號(hào)：含RS的OFDM符號(hào)；

ρA：無導(dǎo)頻的OFDM符號(hào)上的PDSCH（物理下行共享信道）RE功率相對(duì)于RS RE功率的比值；

ρB：有導(dǎo)頻的OFDM符號(hào)上的PDSCH RE功率相對(duì)于RS RE功率的比值；

PA：由高層信令配置的UE級(jí)參數(shù)，即改變UE的PA就改變了基站給UE分配的功率，該參數(shù)就是下行功控的輸出值；

PB：該參數(shù)表示PDSCH上EPRE的功率因子比率指示，它和天線端口共同決定了功率因子比率的值；

δpower-offset： 功率步長系數(shù)；

MU鄄MIMO：多個(gè)用戶且多進(jìn)多出模式。

ρA有如下計(jì)算方法：

當(dāng)采用4天線發(fā)射分集（此處的意思是采用4端口傳輸，傳輸模式為 TM2）時(shí)，ρA＝δpower-offset＋PA＋10lg2。

其他模式下：ρA＝δpower-offset＋PA。 其中，當(dāng)不采用下行MU鄄MIMO時(shí)，δpower-offset＝0。目前產(chǎn)品大多采用TM2/3/7自適應(yīng)的傳輸模式，所以有：ρA＝PA或者ρA＝PA＋3。 根據(jù)前文解釋，PA增大說明用戶的數(shù)據(jù)RE功率比較大，在基站總功率不變的情況下，數(shù)據(jù)RE的接收功率比較大，可以提升SINR（信干噪比）。但如果PA過大，對(duì)鄰區(qū)的干擾也嚴(yán)重，且導(dǎo)致控制信道功率降低，覆蓋不平衡。

對(duì)于RS功率的配置，期望基站的發(fā)射功率能夠用完，即Type A和Type B符號(hào)上的功率相等，否則功率利用率不能夠達(dá)到100%。

另外，PB也是由RRC（無線資源控制）信令配置完成，是一個(gè)通用的配置值。針對(duì)所有的UE，PB是一樣的，表示比值ρB/ρA的索引，其關(guān)系如表1所示。

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5.2 功率計(jì)算及地鐵小區(qū)配置

大多數(shù)情況下，運(yùn)營商規(guī)定了基站產(chǎn)品的機(jī)頂口的輸出功率PRRU，實(shí)際操作時(shí)，產(chǎn)品中的功率配置是通過配置PDL_RS_powerpath（下行單通道參考信號(hào)功率）、PA和PB來配置的，Psingleantenna為單根天線上的功率，結(jié)合運(yùn)營商的需求和產(chǎn)品特性算法，若系統(tǒng)帶寬為20 MHz，共100個(gè)RB（資源塊），那么，RS功率配置為

PDL_RS_powerpath＝Psingleantenna-10×lg(12×NRB)＋10lg(1＋PB)

地鐵單流場(chǎng)景，功率參數(shù)PA建議配置為0，PB建議配置為0，RS功率盡量保持在3.2～12.2 dBm之間，推薦配置E頻段為12.2 dBm，F(xiàn)頻段為9.2 dBm；（NRB為帶寬內(nèi)的RB數(shù)）。

地鐵雙流場(chǎng)景，功率參數(shù)PA建議配置為-3，PB建議配置為1，RS功率盡量保持在3.2～12.2 dBm之間，推薦配置E頻段為12.2 dBm，F(xiàn)頻段為9.2 dBm。

H市地鐵采用與TDS（TD鄄SCDMA）共模組網(wǎng)方式，RRU（射頻遠(yuǎn)端單元）類型基本為一發(fā)一收，只支持單流場(chǎng)景，所以功率參數(shù)PA和PB均設(shè)置為0，RRU功率配置需要結(jié)合TDS功率綜合考慮，保證雙模站點(diǎn)小區(qū)不能超過RRU額定輸出功率。

6 時(shí)隙配比規(guī)劃

地鐵TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙配比規(guī)劃如下，目前E頻段試驗(yàn)網(wǎng)配置一般為2∶2，10∶2 ∶2，對(duì)于商用情況，考慮上下行業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，推薦配置為3∶1，10∶2 ∶2；F頻段考慮到與TDS的時(shí)隙對(duì)齊，只可配置為3∶1，3∶9 ∶2。目前H市TD鄄LTE試驗(yàn)網(wǎng)階段地鐵小區(qū)（站廳、站臺(tái)和隧道區(qū)間）全部配置成2∶2，10∶2∶2模式，后期如果需要考慮與TDS的共存，須配置成2∶2，10∶2 ∶2，如圖 2 所示。

共存要求：上下行沒有交疊（即 Tb＞Ta），則TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)的DwPTS（下行導(dǎo)頻時(shí)隙）必須小于0.525 ms，只能采用3∶9∶2的配置，常見上下行時(shí)隙及特殊子幀配比規(guī)劃如表2所示，其中：DL表下行，UL表上行，GP為保護(hù)間隔，Up為上行導(dǎo)頻時(shí)隙。

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7 跟蹤區(qū)及跟蹤區(qū)列表規(guī)劃

7.1 規(guī)劃原則

跟蹤區(qū)碼規(guī)劃作為TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一部分，與網(wǎng)絡(luò)尋呼性能密切相關(guān)。跟蹤區(qū)的合理規(guī)劃，能夠均衡尋呼負(fù)荷和TAU（跟蹤區(qū)更新）信令開銷，有效控制系統(tǒng)信令負(fù)荷。TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)跟蹤區(qū)的規(guī)則原則如下：

1）確保尋呼區(qū)域內(nèi)尋呼信道容量不受限；

2）區(qū)域邊界的位置更新開銷最小，同時(shí)易于管理。

7.2 規(guī)劃方案

現(xiàn)階段地鐵TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)的TA（跟蹤區(qū)）&TAL（跟蹤區(qū)列表）規(guī)劃主要有如下2種方案，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要根據(jù)移動(dòng)的相關(guān)策略進(jìn)行選擇。

方案一： 與宏站區(qū)域內(nèi)TA保持一致，同時(shí)保證TAL邊界與2/3G LAC（位置區(qū)碼）邊界對(duì)齊。

跟蹤區(qū)的規(guī)劃主要涉及大小和邊界兩部分，在規(guī)劃時(shí)須同時(shí)要考慮這兩個(gè)因素：

1）跟蹤區(qū)的大小主要考慮因素為尋呼容量，即TAL下的實(shí)際尋呼容量不能超出空口的尋呼能力。因此在規(guī)劃中要結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的單用戶尋呼模型，估算網(wǎng)絡(luò)需求的尋呼容量，根據(jù)該容量來得出對(duì)應(yīng)的跟蹤區(qū)可包含的eNB（演進(jìn)型基站）數(shù)。

2）跟蹤區(qū)的邊界主要考慮的因素為TAU的頻度，保證TAU量最小；由于TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)引入了CSFB（電路交換回落）策略，因此在邊界規(guī)劃上要求TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)的TAL邊界與2/3G的LAC對(duì)應(yīng)，如圖3所示。

由圖4可見，基于聯(lián)合注冊(cè)的機(jī)制，TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)跟蹤區(qū)在與2/3G位置區(qū)對(duì)應(yīng)情況下，用戶呼叫時(shí)延最小，用戶感知更優(yōu)。因此在邊界上盡量保證TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)的TAL邊界與2/3G的LAC對(duì)應(yīng)。另外，目前CSFB策略并未確定是回落到2G還是3G，因此在規(guī)劃中需要跟客戶明確回落的策略，根據(jù)客戶的需求進(jìn)行跟蹤區(qū)規(guī)劃，如圖4所示。

方案二：地鐵線路單獨(dú)TA規(guī)劃。

地鐵每日人流量極大，忙時(shí)在隧道區(qū)域內(nèi)將會(huì)有上百人同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)，即大量的位置更新信令會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的沖擊，為減少TAU信令沖擊，可將地鐵線規(guī)劃為單獨(dú)的TAL，規(guī)避位置更新帶來的信令風(fēng)暴，如圖5所示。

比較兩種TA規(guī)劃方案，方案一在CSFB的策略下，可保證語音用戶的感知，同時(shí)與宏站TA規(guī)劃相同，無需進(jìn)行二次規(guī)劃；方案二的特點(diǎn)是TD鄄LTE網(wǎng)絡(luò)跟蹤區(qū)未和2/3G對(duì)應(yīng)，因此對(duì)于語音用戶感知會(huì)受影響，此方案的優(yōu)點(diǎn)為同跟蹤區(qū)，用戶無需進(jìn)行位置更新，因此對(duì)于降低網(wǎng)絡(luò)信令沖擊有較大作用。H市建網(wǎng)初期主要還是從降低網(wǎng)絡(luò)信令沖擊方面考慮，選擇第二種規(guī)劃方案。

8 結(jié)束語

TD鄄LTE地鐵覆蓋網(wǎng)絡(luò)不僅需要保證整個(gè)地鐵線路覆蓋良好，用戶能夠正常接入，同時(shí)還需要考慮到地鐵覆蓋的特殊場(chǎng)景，在繼承2G、3G地鐵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃思想的同時(shí)，將4G網(wǎng)絡(luò)的特殊要求（如CSFB語音業(yè)務(wù)回落技術(shù)等）也補(bǔ)充進(jìn)來，所以在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮到覆蓋、容量和用戶感知等因素。