LTE網絡4扇區部署性能分析和優化建議

馬 晨

（中國聯合網絡通信有限公司廣東省分公司 廣州510627）

1 引言

隨著半導體、集成電路和計算機等電子技術的發展，移動通信在技術上獲得了足夠的發展基礎。互聯網應用和新媒體業務的層出不窮，為移動通信提供了市場發展動力。

移動通信網絡從2G技術、3G技術，到目前已迅速演進到了4G技術[1]，通信運營商利用起步時間、建設和運維程度不同的3種制式網絡各自的優勢，同時運營3張網絡為用戶提供服務。盡管在網絡建設過程中盡量令不同制式的網絡設備共站建設，但由于3張網絡頻點不同、技術差異較大，不同制式設備在同一站址上多采用疊加方式而非共用方式，而站址的天面資源通常是非常有限的，這就產生了由于天面資源緊張而需要新建站址的問題。同時，隨著較低的頻率被逐漸分配殆盡，可以用于4G網絡建設的頻率通常都在2 GHz左右或以上，只有通過更密的基站建設才能彌補高頻點帶來的低覆蓋能力損失。然而，站址獲取卻愈加困難，站址資源也已經成為運營商的戰略資源。如何提高站址資源利用率成為了網絡建設的一個重要課題。

單站4扇區建設方案正是提高站址資源利用率的一種方法。通常，單一基站被配置為3個扇區[2]，每個扇區覆蓋120°范圍。而4扇區建設方案令單一基站配置為4個扇區，每個扇區覆蓋90°范圍，從而提高了單站覆蓋能力。

在3G網絡建設中，已經存在部分4扇區建設的站點，并獲得了優于3扇區的覆蓋效果。但在LTE網絡建設中，由于網絡使用物理小區標識[3,4]（physical cell ID，PCI）在物理層上標識一個小區，而在雙天線情況下，PCI mod 3值決定了該PCI表示的小區的RS（reference signal，參考信號）RE（resource element，資源粒子）資源在頻域中的位置，一個3扇區基站120°的扇區覆蓋打出的交疊區占整個公共區域的1/3，3個PCI mod 3值可以保證公共區域沒有PCI mod 3值重復，所以沒有干擾；一個4扇區基站90°的扇區覆蓋打出的交疊區占整個公共區域的1/4，卻只有3個PCI mod 3值可用，不可避免地和其他站點的PCI mod 3值沖突，導致了PCI mod 3干擾。4扇區的PCI mod 3干擾問題會導致網絡指標下降，主要表現為SINR（signal to interference plus noise ratio,信號與干擾加噪聲比）指標變差。

根據實際測試結果，對LTE網絡4扇區部署性能進行了分析，并對4扇區干擾問題提出了優化建議。

2 LTE網絡4扇區部署性能

理論上，如果兩個小區的PCI mod 3值相同，則其RS RE的頻域位置相同，當這兩個小區信號有重疊覆蓋區域時，它們之間的RS RE將會互相干擾，導致網絡SINR下降，進而導致網絡整體下行吞吐率下降。

為進一步分析LTE網絡單個站點部署為4扇區時，網絡質量的變化情況，進行驗證測試。測試方案如下。

（1）測試環境

選取一對相鄰的站點，一個站點配置為4扇區，一個站點配置為3扇區。令4扇區配置站點的小區A與3扇區配置站點的小區B有重疊覆蓋區域，并令小區A和小區B分別為服務小區和干擾小區。調整兩個站點的天線傾角，令重疊覆蓋區域內服務小區和干擾小區的參考信號接收功率（reference signal receiving power,RSRP）相當，均為-80 dBm左右。

（2）測試場景

分別令服務小區與干擾小區配置為PCI mod 3值相同和PCI mod 3值不同的場景，并分別在兩小區空載和50%加載時進行測試。

（3）測試內容

令測試終端置于測試車輛上，在服務小區與干擾小區覆蓋重疊區域進行遍歷測試，實施FTP下載業務。

首先，當服務小區和干擾小區空載時，對測試終端的速率和覆蓋重疊區域的網絡質量進行對比，對比結果見表1。由表1可知，PCI mod 3值相同時，即4扇區部署存在PCI mod 3干擾時，服務小區RSRP有1 dBm的微小增益，SINR則有接近4 dB的下降，平均速率大幅下降了11.38%。

其次，當服務小區和干擾小區50%加載時，對測試終端的速率和覆蓋重疊區域的網絡質量進行對比，對比結果見表2。由表2可知，PCI mod 3值相同時，即4扇區部署存在PCI mod 3干擾時，服務小區RSRP有不到1 dBm的微小增益，SINR有不足1 dB的下降，平均速率僅下降了3.71%。

驗證測試結果與理論分析基本一致，當使用4扇區進行網絡部署時，PCI mod 3干擾區域的RSRP有略微增益，SINR有所下降，隨之小區下行吞吐率也有所降低。SINR與下行吞吐率的損失程度與小區負載程度有關，空載時影響較為明顯，隨著網絡負荷的增加，PCI mod 3干擾帶來的影響也隨之降低。

表1 空載時4扇區部署性能

表2 50%加載時4扇區部署性能

3 LTE網絡4扇區部署優化方法和建議

LTE網絡4扇區部署優化方法主要有SFN合并優化技術和RF優化技術兩種。

其中，SFN合并優化技術是指將兩個獨立的扇區合并為一個邏輯小區；RF優化技術是指進行填寫方位角、下傾角等的工作參數優化。

3.1 SFN合并優化技術

SFN合并技術是令兩個獨立扇區中相同的時頻資源同時為同一個用戶提供服務，從而形成一個事實上的邏輯小區，并且邏輯小區的覆蓋范圍是兩個獨立扇區覆蓋范圍的合集。SFN合并類似于級聯的RRU（radio remote unit，射頻拉遠單元）之間的小區合并，區別在于：RRU之間的小區合并要求合并前的小區在物理上位于同一個基站上，而SFN合并可以將要求放松，合并前的小區在物理上可以位于兩個基站上。

對SFN合并技術在LTE網絡4扇區部署中的性能進行仿真分析，分別選取現網中不同4扇區密度的區域進行驗證。

對于4扇區網絡低密度區域，總覆蓋面積為9 km2，覆蓋區域內共54個站點，平均站間距為434 m，共165個扇區，其中8個為4扇區站點。4扇區站點比例約為15%，4扇區扇區比例約為19%。對比網絡空載和50%加載時，進行SFN合并前后的網絡性能，RSRP和SINR指標的CDF曲線分別如圖1和圖2所示。其中，SFN合并方式為將每個4扇區站點中合并效果最佳的兩個扇區進行合并。

由圖1和圖2可知，由于4扇區站點比例較小，合并的扇區共14個，只占仿真區域內所有扇區的8%，合并后SINR增益很小，合并前后曲線基本重合。

對于4扇區網絡低密度區域，總覆蓋面積為4 km2，覆蓋區域內共24個站點，平均站間距為252 m，共79個扇區，其中10個為4扇區站點。4扇區站點比例約為42%，4扇區扇區比例約為51%。對比網絡空載和50%加載時，進行SFN合并前后的網絡性能，RSRP和SINR指標的CDF曲線分別如圖3和圖4所示。其中，SFN合并方式為將每個4扇區站點中合并效果最佳的兩個扇區進行合并。

在4扇區密集區域，單獨把SFN合并的扇區覆蓋區域挑出來，比較合并前后覆蓋差異，RSRP和SINR指標的CDF曲線分別如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可知，兩扇區SFN合并后，RSRP有不超過1 dB的增益；SINR增益在1～3 dB，且在高SINR區間增益明顯。

圖1 4扇區低密度區域SFN合并前后整體RSRP變化情況

圖2 4扇區低密度區域SFN合并前后整體SINR變化情況

圖3 4扇區高密度區域SFN合并前后整體RSRP變化情況

圖4 4扇區高密度區域SFN合并

圖5 4扇區高密度區域SFN合并扇區合并

圖6 4扇區高密度區域SFN合并扇區合并

3.2 RF優化技術

RF優化和SFN合并是4扇區網絡優化同等重要的技術手段。對比不使用任何優化技術、單獨使用RF優化技術和單獨使用SFN合并優化技術時系統整體下行吞吐量的變化，在4扇區低密度區域和4扇區高密度區域的仿真結果如圖7所示。

圖7 不同4扇區密度區域優化前后網絡下行吞吐量對比

由圖7可知，在4扇區站點較稀疏的區域，干擾源主要來自不同站點的扇區之間，4扇區站間扇區SFN對整網增益不大，RF優化增益更為明顯；而在4扇區站點較密集的區域，4扇區站扇區間干擾增大，SFN合并增益較大。

3.3 LTE網絡4扇區建設和優化建議

4 扇區部署后，尤其是網絡負載較低時，網絡質量明顯惡化。因此在LTE網絡建設初期，為降低小區間干擾，應減少不必要的LTE網絡4扇區部署。

對于部署了4扇區的LTE網絡區域，可優先使用RF優化減少小區間干擾。RF優化既能對整體網絡性能的提升有較為明顯的積極作用，又對網絡的負載能力影響最小。

對于負載較低且PCI mod 3干擾明顯的小區，可使用SFN合并技術提高覆蓋性能。SFN合并對4扇區部署產生的干擾有針對性的削弱作用，但以犧牲網絡負載能力為代價。并且，當網絡負載較高時，4扇區部署引入的干擾作用減弱，SFN合并優化帶來的增益也較小。

4 結束語

從分析當前移動通信站址資源緊張、需提高站址資源利用率角度入手，從理論分析和驗證測試兩方面說明了LTE網絡4扇區部署對網絡質量的影響；并對SFN合并優化技術和RF優化技術進行了簡要介紹；利用現網站點的仿真結果對比了兩種技術在LTE網絡4扇區部署中的增益；最后提出了4扇區建設和優化建議。

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