LTE宏微協(xié)同組網(wǎng)頻率應(yīng)用策略探討

孫宜軍 山笑磊 李廣平 馬哲銳

【摘要】 LTE宏微協(xié)同組網(wǎng)可用于解決局部區(qū)域弱覆蓋和提升網(wǎng)絡(luò)容量，不同的頻率應(yīng)用策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響不同。文章首先分析了同頻和異頻組網(wǎng)方式的利弊，然后對(duì)不同場(chǎng)景同頻和異頻組網(wǎng)的性能進(jìn)行了仿真和測(cè)試對(duì)比分析，最后給出了宏微協(xié)同組網(wǎng)的頻率使用建議，對(duì)當(dāng)前的LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】 LTE 宏微協(xié)同 同頻組網(wǎng) 異頻組網(wǎng)Study on Frequency Using Strategy of LTE Macro-micro Co-networking

Sun Yijun Shan Xiaolei Li Guangping Ma Zherui

China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co. Ltd， The Fourth Branch

[Abstract] LTE macro-micro co-networking can help to improve the coverage in small local areas and increase the network capacity， however different frequency using strategies will result in different network performance. Firstly the pros and cons of macro-micro co-networking with the same frequency and different frequencies are analyzed respectively. Then the simulation and test results of both are introduced and compared. Finally some suggestions are given on frequency using strategy of macro-macro co-networking. The conclusions have some reference value tothe current LTE network construction.

[Key words] LTE； Macro-micro Co-networking； Networking with the same frequency； Networking with different frequencies

一、概述

LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）技術(shù)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需要支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等不同載波帶寬配置，并且能夠支持全球主流2G/3G頻段和新增頻段，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，不同的載波帶寬對(duì)應(yīng)不同的傳輸資源塊個(gè)數(shù)和峰值速率。在LTE系統(tǒng)中，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡(jiǎn)單化，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而減小了系統(tǒng)時(shí)延，也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，不同運(yùn)營商能夠根據(jù)自身所擁有的頻譜資源進(jìn)行合理地頻譜規(guī)劃，從而盡可能提升通信網(wǎng)絡(luò)的整體性能和容量。隨著LTE用戶及其對(duì)數(shù)據(jù)速率需求的日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的基于宏蜂窩覆蓋的組網(wǎng)方式已經(jīng)無法提供令用戶滿意的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，從而嚴(yán)重影響了通信用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗(yàn)。

宏微協(xié)同組網(wǎng)，即在傳統(tǒng)的宏蜂窩小區(qū)基礎(chǔ)上引入低功率基站，簡(jiǎn)稱微基站，補(bǔ)充覆蓋和吸收熱點(diǎn)地區(qū)話務(wù)，運(yùn)營商利用這種宏微協(xié)同組網(wǎng)方式能夠以更低廉成本為更多的通信用戶提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。宏微協(xié)同組網(wǎng)根據(jù)通信頻段的不同可分為同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)兩種，而具體場(chǎng)景下的組網(wǎng)方式則需要根據(jù)不同運(yùn)營商所擁有的頻譜資源，通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷等綜合因素決定。本文將對(duì)同頻和異頻組網(wǎng)的利弊進(jìn)行分析，并結(jié)合不同場(chǎng)景和不同組網(wǎng)策略下的測(cè)試數(shù)據(jù)，給出宏微協(xié)同組網(wǎng)時(shí)的頻率使用建議。

二、宏微同頻和異頻組網(wǎng)利弊分析

采用宏微協(xié)同組網(wǎng)，可以解決局部范圍內(nèi)的弱覆蓋和盲覆蓋，或者提高數(shù)據(jù)熱點(diǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)容量。LTE宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)一般采用同頻組網(wǎng)，通過網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)等手段，可以最大限度的減小不同宏小區(qū)間的重疊覆蓋區(qū)域，再通過相應(yīng)的技術(shù)手段，如ICIC（Inter-cell Interference Coordination，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)等，將宏小區(qū)之間的同頻干擾降低至用戶可接受的水平。而與單一宏基站組網(wǎng)方式不同，加入微基站后，有些微基站可能完全位于宏基站覆蓋范圍內(nèi)，比如在某些數(shù)據(jù)熱點(diǎn)區(qū)域部署的微基站，如果微基站采用與宏基站同頻的方式進(jìn)行組網(wǎng)，該微基站將會(huì)受到來自宏基站較強(qiáng)的干擾；如果不采用一些技術(shù)手段來降低干擾，將嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的速率和用戶體驗(yàn)，而如果采用異頻組網(wǎng)，就不會(huì)存在宏微基站間的同頻干擾問題，但此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸必須要有充足的頻譜資源。

如圖1所示，宏基站和微基站采用同頻方式組網(wǎng)，頻譜利用率更高，通過宏微協(xié)同可以達(dá)到較高的性能和效果，但是存在同頻干擾問題，微基站的部署位置和覆蓋范圍受限，當(dāng)微基站和宏基站部署在同一區(qū)域，兩者覆蓋區(qū)域重疊時(shí)，微基站需要具有較強(qiáng)的抗干擾功能。

當(dāng)宏基站和微基站采用異頻方式進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，微基站與宏基站間則不會(huì)存在同頻干擾的問題，此時(shí)微基站的部署位置不受限制，可以明顯的改善覆蓋和提高速率，但是需要額外的頻譜資源，異頻組網(wǎng)方式下，系統(tǒng)頻譜效率較低，而且存在較多的異頻測(cè)量和頻率切換，從而導(dǎo)致終端耗電量增加。

三、分場(chǎng)景宏微同頻和異頻組網(wǎng)性能分析

為了獲取宏微同頻和異頻組網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的提升情況，我們以河南電信洛陽分公司LTE FDD網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

河南電信LTE FDD網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有1.8GHz（1765-1780MHz/1860-1875MHz）和2.1GHz（1920-1935MHz/2110-2125MHz）兩個(gè)15MHz頻段。目前室外宏基站采用1.8GHz組網(wǎng)，室分采用2.1GHz組網(wǎng)。微基站除了在一些區(qū)域有試點(diǎn)外，尚未進(jìn)行規(guī)模建設(shè)。我們根據(jù)擬建微基站附近宏基站信號(hào)的強(qiáng)弱，選取了幾個(gè)代表性區(qū)域進(jìn)行仿真分析和測(cè)試驗(yàn)證。

3.1室外弱覆蓋區(qū)域

洛陽市某多層小區(qū)，如下圖所示，距離周圍宏基站約600米，覆蓋較差，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2所示：

當(dāng)微基站開啟前，覆蓋區(qū)域內(nèi)宏站的平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度為-110dBm，其平均SINR 為-6dB，小區(qū)平均下行速率不足1Mbps，在同頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，覆蓋區(qū)域內(nèi)平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度提升為10dB，平均SINR提升為6dB，小區(qū)平均下行速率約為10 Mbps；在異頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，覆蓋區(qū)域內(nèi)平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度相比宏站覆蓋提升為17dB，平均SINR提升17dB，平均下行速率提高至15 Mbps。

由此可知，當(dāng)處于室外弱覆蓋區(qū)域時(shí)，微站與宏站同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)均可以提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能。相比同頻組網(wǎng)，異頻組網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)性能改善更好，該組網(wǎng)方式下吞吐量提升約50%。

3.2室外信號(hào)較好區(qū)域

洛陽市某道路，周圍是多層小區(qū)，如下圖所示，距離周圍宏基站約為500米，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3所示：

當(dāng)微基站開啟前，覆蓋區(qū)域內(nèi)宏站的平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度為-110dBm，平均SINR 為-6dB，平均下行速率不足5Mbps；在同頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，覆蓋區(qū)域內(nèi)平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度提升為13dB，平均SINR提升7dB，平均下行速率約為15Mbps；在異頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，平均SINR提升為18dB，提升效果明顯，平均下行速率可達(dá)45 Mbps。

由此可知，當(dāng)處于室外信號(hào)較好的區(qū)域時(shí)，微站與宏站同頻組網(wǎng)或異頻組網(wǎng)均能夠提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能。同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)相比較，兩種組網(wǎng)方式下RSRP信號(hào)強(qiáng)度差異不大；但SINR改善效果明顯，下行RLC層吞吐量提升30Mbps。

3.3室外信號(hào)非常好區(qū)域

洛陽市某商業(yè)步行街區(qū)域，人流密集，樓層平均為20層左右，離周圍基站約為200米，覆蓋非常好，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4所示：

當(dāng)微基站開啟前，覆蓋區(qū)域內(nèi)宏站的平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度為-85dBm，平均SINR 為5dB，下行RLC層吞吐量約為16Mbps；在同頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，覆蓋區(qū)域內(nèi)平均RSRP信號(hào)強(qiáng)度、平均SINR及下行速率均無明顯改善；在異頻組網(wǎng)方式下，開啟微基站，覆蓋區(qū)域內(nèi)平均RSRP為-82dBm，平均SINR 為7dB，下行速率提升至37Mbps。

由此可知，當(dāng)處于室外信號(hào)非常好的區(qū)域時(shí)，微站與宏站同頻組網(wǎng)提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能效果不佳，RSRP、SINR、下行RLC層吞吐量改善均不明顯。微站與宏站異頻組網(wǎng)時(shí)，下行RLC層吞吐量可以明顯改善。

3.4同頻和異頻組網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證

為了對(duì)仿真性能進(jìn)行驗(yàn)證，我們選取麗景門西大街場(chǎng)景進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，改區(qū)域?yàn)槁尻柟懦遣叫薪郑恢車≌^(qū)遮擋，宏基站覆蓋信號(hào)較弱，平均RSRP為-113dbm，平均SINR為-1db。部署微基站后進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，同頻和異頻組網(wǎng)均提升了網(wǎng)絡(luò)性能，但異頻組網(wǎng)提升效果更佳明顯，如圖5所示。

四、宏微協(xié)同組網(wǎng)頻率應(yīng)用建議

基于上述不同場(chǎng)景同頻組網(wǎng)與異頻組網(wǎng)的性能分析，在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期頻譜資源充裕的情況下，給出以下建議：

1）對(duì)于宏站弱覆蓋區(qū)域，同頻組網(wǎng)或異頻組網(wǎng)方案均能有效改善覆蓋和提高下載速率，建議優(yōu)先選擇同頻組網(wǎng)方案，減少異頻切換的同時(shí)，利于今后載波聚合等新技術(shù)的引進(jìn)；

2）對(duì)于宏站覆蓋較好的區(qū)域，同頻和異頻組網(wǎng)均可，但異頻組網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)改善效果更加明顯；

3）對(duì)于宏站信號(hào)非常好的熱點(diǎn)區(qū)域，因容量不足需用微基站吸收話務(wù)時(shí)，建議采用異頻組網(wǎng)，減少同頻干擾。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，隨著用戶的增加和業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)，運(yùn)營商將充分利用已有的頻譜資源，利用載波聚合等新技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)峰值速率和系統(tǒng)容量，此時(shí)，在一些宏站信號(hào)較好或者非常好的區(qū)域，也不得不采用宏微同頻組網(wǎng)，這時(shí)可通過設(shè)備升級(jí)，引入eICIC（Enhanced Inter-cell Interference Coordination，增強(qiáng)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）等新的技術(shù)，從而能夠減小宏微小區(qū)之間的同頻干擾，使得系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在有限頻譜資源下能夠達(dá)到最優(yōu)性能。

五、結(jié)束語

本文根據(jù)微基站部署區(qū)域的宏站覆蓋情況，分場(chǎng)景分析了宏微同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能，給出了相應(yīng)的組網(wǎng)建議。在進(jìn)行宏微協(xié)同組網(wǎng)建設(shè)時(shí)，應(yīng)該首先對(duì)擬建微站區(qū)域的宏站信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)不同的場(chǎng)景和可用的頻譜資源，選擇不同的頻率應(yīng)用策略，達(dá)到既保證網(wǎng)絡(luò)性能又兼顧網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資的最優(yōu)效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳劍平，樓劍帥.LTE分層網(wǎng)絡(luò)研究概述[J].移動(dòng)通信，2010（18）：38-41

[2]劉遠(yuǎn)高，張磊，蔣曉虞.微基站在4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].電信快報(bào)，2014（8）：14-17

[3]羅肖.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)微基站應(yīng)用部署探討[J].信息通信，2014（1）： 233-234

[4]郭華，肖榮軍，王宏圖.TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究[J].移動(dòng)通信，2011（16）：9-11

[5]肖強(qiáng)，何珂.TD-LTE宏微混合組網(wǎng)策略探討[J].現(xiàn)代電信科技，2014（4）：25-28

[6]劉金科，黎建波. LTE微基站應(yīng)用分析[J]. 移動(dòng)通信， 2015，39（7）： 32-36