自動小區(qū)規(guī)劃在LTE小區(qū)射頻控制中的應用

程敏　石俊

【摘 要】為解決網絡建設中面臨的難題，高效地完成高質量的設計方案，分析了小區(qū)射頻控制對LTE系統(tǒng)性能的影響，介紹了網絡規(guī)劃軟件中自動小區(qū)規(guī)劃的技術原理，并結合實際案例驗證了自動小區(qū)規(guī)劃對于LTE網絡規(guī)劃參數(shù)優(yōu)化和系統(tǒng)性能提升的作用。

【關鍵詞】自動小區(qū)規(guī)劃 LTE 射頻控制

中圖分類號：TN806 文獻標識碼：B 文章編號：1006-1010（2014）-03-0030-03

1 引言

隨著我國LTE牌照的發(fā)放，各大運營商都已開始投入規(guī)模試驗網的建設。網絡建設的大規(guī)模、高速度和LTE技術本身對于網絡結果要求的嚴格性成為擺在網絡規(guī)劃設計單位面前的一個難題，只有借助先進的規(guī)劃設計工具，才能高效地完成高質量的設計方案。

本文將分析網絡結構和小區(qū)射頻控制對LTE系統(tǒng)性能的影響，介紹規(guī)劃軟件中自動小區(qū)規(guī)劃（ACP，Automatic Cell Planning）的原理，并結合具體案例驗證ACP在LTE網絡規(guī)劃設計中的作用。

2 小區(qū)射頻控制對LTE系統(tǒng)性能的重要

性分析

LTE采用了OFDM、MIMO、AMC等關鍵技術，使得系統(tǒng)的峰值速率和頻譜效率大大提升。然而，由于LTE系統(tǒng)沒有3G系統(tǒng)的擴頻增益和軟切換增益，采用同頻組網時，每個小區(qū)內的用戶都會受到來自其他小區(qū)使用相同載頻資源的用戶的同頻干擾。同頻干擾會導致SINR的惡化，導致系統(tǒng)只能犧牲容量、選擇較低的MCS等級以保證通信的可靠性。因此相鄰小區(qū)之間的同頻干擾對LTE系統(tǒng)性能尤其是小區(qū)邊緣的性能有非常重要的影響，網絡結構合理性對于LTE網絡來說尤為重要。而網絡的重疊覆蓋度可直接反映網絡結構合理性。過度的重疊覆蓋會給LTE網絡帶來嚴重的同頻干擾，極大降低影響區(qū)域的用戶性能。TD-LTE規(guī)模試驗網中抽樣統(tǒng)計結果表明，重疊覆蓋區(qū)域相對于未重疊覆蓋的區(qū)域有70%以上的性能損失，并且隨著重疊覆蓋程度的加深，性能損失會進一步加大。因此對于一個滿足基本覆蓋要求的LTE商用網絡，要提升系統(tǒng)性能，關鍵要是要嚴格控制小區(qū)間重疊覆蓋，降低鄰小區(qū)干擾。

另外，在LTE網絡建設時，考慮到建設成本、建站周期和建設難度等方面的因素，各大運營商普遍采用基于現(xiàn)有2G/3G網絡共站甚至共天饋建設LTE的方式，以實現(xiàn)LTE網絡的快速低成本部署。

由于LTE網絡的定位和覆蓋目標以及覆蓋能力相對于2G/3G網絡存在很大差異，尤其是前期的2G/3G網絡規(guī)劃建設中對于網絡結構的合理性重視不夠，導致實際網絡中可能存在大量的重疊覆蓋區(qū)域。因此在LTE網絡規(guī)劃設計時必須要能分析判斷出不適合作為LTE站址的2G/3G站址，另選合適的位置建設LTE基站；此外，對于最終選定的LTE站址，還要結合無線環(huán)境和覆蓋目標要求對小區(qū)的射頻參數(shù)進行優(yōu)化調整，實現(xiàn)合理射頻控制以提升系統(tǒng)性能。這對網絡規(guī)劃設計方案的合理性提出了更高的要求。

文獻[1]從站距、站高、下傾角等角度對TD-LTE網絡最佳網絡結果進行了研究，得出不同場景下規(guī)劃參數(shù)的設置原則。然而由于不同地區(qū)的無線環(huán)境復雜多變，覆蓋目標要求也存在差異，一套經驗值無法適應各種實際環(huán)境。而天饋系統(tǒng)作為直接實現(xiàn)無線信號收發(fā)的裝置，其電氣參數(shù)（增益、波瓣角、工作頻段等參數(shù)）以及工程參數(shù)（方向角、下傾角等）的設計對于相應小區(qū)的實際有效覆蓋范圍會產生直接重要影響，因此合理的天饋系統(tǒng)設計是實現(xiàn)小區(qū)射頻控制的重要手段。

以往的網絡規(guī)劃設計中通常是基于工程師的經驗和現(xiàn)場勘察情況進行方案設計，此種方式效率低下，且具有很強的主觀性和片面性，往往不能保證整體方案的最優(yōu)化。而現(xiàn)在可以借助規(guī)劃工具軟件的自動小區(qū)規(guī)劃功能，結合規(guī)劃區(qū)域的三維電子地圖更為高效、精確地實現(xiàn)小區(qū)的功率、天線等參數(shù)的全局動態(tài)優(yōu)化調整，大大有助于提高設計方案質量。

3 自動小區(qū)規(guī)劃技術原理

某院引進的Atoll網絡規(guī)劃仿真軟件具有ACP模塊，可以基于特定的代價函數(shù)對影響網絡性能的規(guī)劃參數(shù)進行優(yōu)化調整，以最低的代價實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提升。

ACP模塊可通過網絡參數(shù)（主要是功率和天線參數(shù)，如RS信號發(fā)射功率、天線類型、方位角、下傾角、高度，以及備用站址等）的自動調整，實現(xiàn)LTE系統(tǒng)的參考信號覆蓋場強和SINR的優(yōu)化。

其運算過程就是基于成本函數(shù)的迭代優(yōu)化過程，每次迭代相當于一個網絡參數(shù)的修改，并計算相應配置下的成本函數(shù)，直到達到優(yōu)化目標或者最大迭代次數(shù)。

ACP中的成本函數(shù)定義如下：

Ctot（x）=A×fCOV_INDICATOR（COVCOV_INDICATOR（x））+B×

fQUAL_INDICATOR（COVQUAL_INDICATOR（x））

其中：

x：為測試的網絡參數(shù)配置；

COVCOV_INDICATOR（x）：網絡配置x時的指定門限上的覆蓋百分比，對于LTE系統(tǒng)，就是RSRP達到指定門限的比例；

COVQUAL_INDICATOR（x）：網絡配置x時的指定門限上的質量覆蓋百分比，對于LTE系統(tǒng)，就是RS CINR達到指定門限的比例；

fCOV_INDICATOR、fQUAL_INDICATOR：代表覆蓋指標成本的函數(shù)；

A和B：覆蓋和質量成本的權重。

注意，當目標覆蓋的百分比滿足時，

fCOV_INDICATOR（COVCOV_INDICATOR（x））=0。

4 自動小區(qū)規(guī)劃應用案例

本節(jié)以某地市的LTE網絡規(guī)劃方案為例，說明ACP對于小區(qū)設計參數(shù)優(yōu)化的作用。

原規(guī)劃方案是和現(xiàn)有3G基站1：1共站進行LTE基站建設，且LTE基站采用和現(xiàn)有3G站點相同的方向角、下傾角等參數(shù)。endprint

ACP的關鍵設置如下：

（1）優(yōu)化目標

RS覆蓋：覆蓋門限>-105dBm，目標區(qū)域覆蓋概率90%；

RS CINR：門限>-3dB，目標覆蓋概率100%；

覆蓋和質量目標權重相同，均取為1。

（2）優(yōu)化調整參數(shù)項

選擇對天線類型、電下傾、方向角、下傾角進行調整。

運行ACP之后的結果如表1所示：

表1 優(yōu)化調整參數(shù)后的結果

LTE RS覆蓋目標

（>90.0%） LTE RS CINR目標（最大）

初始達標比例/% 75.21 88.41

最終達標比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可見，優(yōu)化后RS覆蓋達標的比例增加了近15%，達到了預定的覆蓋目標；RS CINR達標的比例也提升了9.1%，網絡的性能得到顯著的提升。

參數(shù)優(yōu)化調整情況統(tǒng)計結果為：總計調整電下傾23處，方向角21處，機械下傾38處。

優(yōu)化前后RS覆蓋和質量仿真結果對比如圖1和圖2所示。通過對比可知在系統(tǒng)站距可滿足基本覆蓋要求時，通過優(yōu)化調整天線、功率等參數(shù)可有效控制基站扇區(qū)的覆蓋范圍，使得系統(tǒng)整體的覆蓋和質量性能得到顯著提升。如果LTE網絡建設時天饋采取獨立新增的方式，在方案制定時運用ACP進行參數(shù)優(yōu)化，那么這類優(yōu)化調整實際上是不會為運營商增加任何成本的，并且可以大大降低后續(xù)的網絡優(yōu)化調整工作量。即使是在現(xiàn)有網絡的基礎上進行優(yōu)化調整，由于ACP可以做到全局的參數(shù)優(yōu)化，也可大大降低天線及功率參數(shù)的調整工作量和改造成本。以往人工優(yōu)化調整一個基站的參數(shù)需要調整一次，然后測試一遍，不滿足預期還要繼續(xù)調整，往往至少要花上半天的時間；而運用軟件的ACP功能，可在幾分鐘的時間內完成對成百上千站點的參數(shù)優(yōu)化，兩者的效率有著天壤之別。

并且根據(jù)文獻[2]所述，廠家在日本T1某區(qū)域應用ACP進行參數(shù)優(yōu)化并實施之后，中高端SINR明顯提升，下載速率提升了50%?？梢夾CP對于系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、網絡性能提升具有很大的幫助作用。

5 小結

隨著LTE牌照的發(fā)放，在中國移動的引領之下，我國的LTE網絡規(guī)劃建設的大潮已經到來。中國移動2013年招標建設超過20萬個TD-LTE基站，實現(xiàn)100個城市的LTE網絡覆蓋，2014年還將招標20萬個TD-LTE基站。要在如此短的時間內完成如此大規(guī)模的規(guī)劃建設，不借助先進的規(guī)劃設計工具是很難保證方案的質量和建成后的網絡效果的。而借助ACP工具，則可以很好地解決這一矛盾，高效實現(xiàn)規(guī)劃設計參數(shù)的優(yōu)化調整；并且，ACP還可實現(xiàn)多個網絡的聯(lián)合優(yōu)化調整。可以預計，在通信網絡越來越復雜多樣的今天，類似的先進的網絡規(guī)劃設計工作的作用和地位必將越來越重要。

參考文獻：

[1] 張炎炎，張新程，孟繁麗，等. TD-LTE理想網絡結構研究[J]. 移動通信， 2013（17）.

[2] 袁海軍，鄒廣玲. 中興通信系列優(yōu)化工具實現(xiàn)LTE最優(yōu)網絡結構——構筑SINR性能基石[N]. 通信產業(yè)報， 2013-07-29.

[3] 廣州杰賽科技股份有限公司. LTE網絡規(guī)劃設計手冊[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重疊覆蓋及解決方案分析[J]. 移動通信， 2013（21）.★endprint

ACP的關鍵設置如下：

（1）優(yōu)化目標

RS覆蓋：覆蓋門限>-105dBm，目標區(qū)域覆蓋概率90%；

RS CINR：門限>-3dB，目標覆蓋概率100%；

覆蓋和質量目標權重相同，均取為1。

（2）優(yōu)化調整參數(shù)項

選擇對天線類型、電下傾、方向角、下傾角進行調整。

運行ACP之后的結果如表1所示：

表1 優(yōu)化調整參數(shù)后的結果

LTE RS覆蓋目標

（>90.0%） LTE RS CINR目標（最大）

初始達標比例/% 75.21 88.41

最終達標比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可見，優(yōu)化后RS覆蓋達標的比例增加了近15%，達到了預定的覆蓋目標；RS CINR達標的比例也提升了9.1%，網絡的性能得到顯著的提升。

參數(shù)優(yōu)化調整情況統(tǒng)計結果為：總計調整電下傾23處，方向角21處，機械下傾38處。

優(yōu)化前后RS覆蓋和質量仿真結果對比如圖1和圖2所示。通過對比可知在系統(tǒng)站距可滿足基本覆蓋要求時，通過優(yōu)化調整天線、功率等參數(shù)可有效控制基站扇區(qū)的覆蓋范圍，使得系統(tǒng)整體的覆蓋和質量性能得到顯著提升。如果LTE網絡建設時天饋采取獨立新增的方式，在方案制定時運用ACP進行參數(shù)優(yōu)化，那么這類優(yōu)化調整實際上是不會為運營商增加任何成本的，并且可以大大降低后續(xù)的網絡優(yōu)化調整工作量。即使是在現(xiàn)有網絡的基礎上進行優(yōu)化調整，由于ACP可以做到全局的參數(shù)優(yōu)化，也可大大降低天線及功率參數(shù)的調整工作量和改造成本。以往人工優(yōu)化調整一個基站的參數(shù)需要調整一次，然后測試一遍，不滿足預期還要繼續(xù)調整，往往至少要花上半天的時間；而運用軟件的ACP功能，可在幾分鐘的時間內完成對成百上千站點的參數(shù)優(yōu)化，兩者的效率有著天壤之別。

并且根據(jù)文獻[2]所述，廠家在日本T1某區(qū)域應用ACP進行參數(shù)優(yōu)化并實施之后，中高端SINR明顯提升，下載速率提升了50%。可見ACP對于系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、網絡性能提升具有很大的幫助作用。

5 小結

隨著LTE牌照的發(fā)放，在中國移動的引領之下，我國的LTE網絡規(guī)劃建設的大潮已經到來。中國移動2013年招標建設超過20萬個TD-LTE基站，實現(xiàn)100個城市的LTE網絡覆蓋，2014年還將招標20萬個TD-LTE基站。要在如此短的時間內完成如此大規(guī)模的規(guī)劃建設，不借助先進的規(guī)劃設計工具是很難保證方案的質量和建成后的網絡效果的。而借助ACP工具，則可以很好地解決這一矛盾，高效實現(xiàn)規(guī)劃設計參數(shù)的優(yōu)化調整；并且，ACP還可實現(xiàn)多個網絡的聯(lián)合優(yōu)化調整?？梢灶A計，在通信網絡越來越復雜多樣的今天，類似的先進的網絡規(guī)劃設計工作的作用和地位必將越來越重要。

參考文獻：

[1] 張炎炎，張新程，孟繁麗，等. TD-LTE理想網絡結構研究[J]. 移動通信， 2013（17）.

[2] 袁海軍，鄒廣玲. 中興通信系列優(yōu)化工具實現(xiàn)LTE最優(yōu)網絡結構——構筑SINR性能基石[N]. 通信產業(yè)報， 2013-07-29.

[3] 廣州杰賽科技股份有限公司. LTE網絡規(guī)劃設計手冊[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重疊覆蓋及解決方案分析[J]. 移動通信， 2013（21）.★endprint

ACP的關鍵設置如下：

（1）優(yōu)化目標

RS覆蓋：覆蓋門限>-105dBm，目標區(qū)域覆蓋概率90%；

RS CINR：門限>-3dB，目標覆蓋概率100%；

覆蓋和質量目標權重相同，均取為1。

（2）優(yōu)化調整參數(shù)項

選擇對天線類型、電下傾、方向角、下傾角進行調整。

運行ACP之后的結果如表1所示：

表1 優(yōu)化調整參數(shù)后的結果

LTE RS覆蓋目標

（>90.0%） LTE RS CINR目標（最大）

初始達標比例/% 75.21 88.41

最終達標比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可見，優(yōu)化后RS覆蓋達標的比例增加了近15%，達到了預定的覆蓋目標；RS CINR達標的比例也提升了9.1%，網絡的性能得到顯著的提升。

參數(shù)優(yōu)化調整情況統(tǒng)計結果為：總計調整電下傾23處，方向角21處，機械下傾38處。

優(yōu)化前后RS覆蓋和質量仿真結果對比如圖1和圖2所示。通過對比可知在系統(tǒng)站距可滿足基本覆蓋要求時，通過優(yōu)化調整天線、功率等參數(shù)可有效控制基站扇區(qū)的覆蓋范圍，使得系統(tǒng)整體的覆蓋和質量性能得到顯著提升。如果LTE網絡建設時天饋采取獨立新增的方式，在方案制定時運用ACP進行參數(shù)優(yōu)化，那么這類優(yōu)化調整實際上是不會為運營商增加任何成本的，并且可以大大降低后續(xù)的網絡優(yōu)化調整工作量。即使是在現(xiàn)有網絡的基礎上進行優(yōu)化調整，由于ACP可以做到全局的參數(shù)優(yōu)化，也可大大降低天線及功率參數(shù)的調整工作量和改造成本。以往人工優(yōu)化調整一個基站的參數(shù)需要調整一次，然后測試一遍，不滿足預期還要繼續(xù)調整，往往至少要花上半天的時間；而運用軟件的ACP功能，可在幾分鐘的時間內完成對成百上千站點的參數(shù)優(yōu)化，兩者的效率有著天壤之別。

并且根據(jù)文獻[2]所述，廠家在日本T1某區(qū)域應用ACP進行參數(shù)優(yōu)化并實施之后，中高端SINR明顯提升，下載速率提升了50%?？梢夾CP對于系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、網絡性能提升具有很大的幫助作用。

5 小結

隨著LTE牌照的發(fā)放，在中國移動的引領之下，我國的LTE網絡規(guī)劃建設的大潮已經到來。中國移動2013年招標建設超過20萬個TD-LTE基站，實現(xiàn)100個城市的LTE網絡覆蓋，2014年還將招標20萬個TD-LTE基站。要在如此短的時間內完成如此大規(guī)模的規(guī)劃建設，不借助先進的規(guī)劃設計工具是很難保證方案的質量和建成后的網絡效果的。而借助ACP工具，則可以很好地解決這一矛盾，高效實現(xiàn)規(guī)劃設計參數(shù)的優(yōu)化調整；并且，ACP還可實現(xiàn)多個網絡的聯(lián)合優(yōu)化調整?？梢灶A計，在通信網絡越來越復雜多樣的今天，類似的先進的網絡規(guī)劃設計工作的作用和地位必將越來越重要。

參考文獻：

[1] 張炎炎，張新程，孟繁麗，等. TD-LTE理想網絡結構研究[J]. 移動通信， 2013（17）.

[2] 袁海軍，鄒廣玲. 中興通信系列優(yōu)化工具實現(xiàn)LTE最優(yōu)網絡結構——構筑SINR性能基石[N]. 通信產業(yè)報， 2013-07-29.

[3] 廣州杰賽科技股份有限公司. LTE網絡規(guī)劃設計手冊[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重疊覆蓋及解決方案分析[J]. 移動通信， 2013（21）.★endprint