TD-LTE網絡優化關鍵問題的研究

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TD-LTE網絡優化關鍵問題的研究

李寶磊, 周俊，任曉華

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

摘 要結合中國移動擴大規模試驗網外場測試，分析TD-LTE網絡優化的特點，對PCI優化、網絡結構指數優化、干擾優化、容量優化和參數優化進行了闡述，提出了優化方法和建議。

關鍵詞TD-LTE；網絡優化；關鍵問題

隨著TD-LTE外場測試和網絡建設的順利進行，一張覆蓋全國的TD-LTE網絡正在緊鑼密鼓的規劃和建設中。如何保障規劃的4G網絡達到預期的建設目標，樹立中國移動TD-LTE精品網絡的競爭優勢，網絡優化工作將起到至關重要的作用。

網絡的規劃設計和優化相輔相承。在4G網絡的建設初期和設計階段就引入網絡優化的理念和思路，建設一個網絡結構最佳、基站布局最合理、參數設置最優、網絡質量最好的4G網絡，樹立以始為終的TD-LTE建網理念。

1　TD-LTE網絡優化的特點

TD-LTE采用了完全不同于3G的OFDM技術，網絡優化表現出了與以往技術制式不同的特性。

（1）TD-LTE采用同頻組網，小區間的干擾不可避免。系統采用了ICIC、FSS等技術進行干擾的抑制和消除，干擾抑制算法參數的優化也將是優化工作的難點。另外從大規模網絡建設的情況看，系統間的干擾不可忽視，F頻段受到DCS高端頻點的雜散干擾、小靈通的雜散和阻塞干擾，D頻段受到MMDS、WiMAX的同頻干擾。

（2）無線資源管理算法更為復雜。TD-LTE增加了X2接口，并且采用了MIMO等關鍵技術，天線模式、子幀調度、PRB分配、PI帙等直接影響用戶使用數據業務的吞吐率[1]。

（3）從問題為導向的優化方式到以業務為目標的優化方式轉變。以往的優化主要是解決覆蓋、干擾、切換等協議底層的問題；而TD-LTE支持大量不同QoS的PS業務，LTE優化要從端到端和用戶感知這兩個角度去解決問題，需要在優化思路上進行重大轉變。

（4）多系統共存、融合組網將成為必然。2G/3G系統與TD-LTE的互操作是面臨的新課題。在業務發展的成熟時期，要考慮系統間負載均衡，提高網絡的資源利用率。

TD-LTE優化的總體原則是最佳的系統覆蓋、合理的鄰區優化、最小的內部和外部干擾、均勻合理的基站負荷。下面介紹TD-LTE網絡優化中涉及到的一些關鍵問題的優化方法。

2　PCI優化

PCI（Physical Cell Identifier）是物理小區標識，TD-LTE通過PCI來區分同頻小區。PCI由主同步序列PSS和輔同步序列SSS組合生成。

PCI直接決定了小區同步序列，同時物理信道PDSCH的加擾序列的產生、專屬參考信號的頻域位置都與物理小區ID是有關系的，所以需對相鄰小區的PCI合理配置以避免干擾。

PCI配置時需注意以下幾點[2]：

* PCI mod 3的余數不能相同，即

mod(PCI1,3)≠mod(PCI2,3)

PCI mod 3值相同的話，那么就會造成PSS的干擾，嚴重影響下行同步的性能。

* PCI mod 6的余數不能相同，即

mod(PCI1,6)≠mod(PCI2,6)

在時域位置固定的情況下，下行參考信號在頻域有6個freq shift。如果PCI mod 6值相同，會造成下行RS的相互干擾。

* PCI mod 30的余數不能相同，即

mod(PCI1,30)≠mod(PCI2,30)

在PUSCH信道中攜帶了DMRS和SRS的信息，他們是由30組基本的ZC序列構成，如果PCI mod 30值相同，那么會造成上行DMRS和SRS的相互干擾。

從蜂窩結構看，TD-LTE的mod 3干擾不可避免。試驗網實際上也的確存在較多的mod 3干擾(如圖1所示)。

測試表明[3]： mod 3沖突會造成切換成功率下降約2%，在空擾情況下CRS SINR下降6～13dB，邊緣用戶下行吞吐量下降4～18%，加擾情況下CRS SINR下降0.5～2dB，邊緣用戶下行吞吐量下降2～8%。

對于mod 3干擾，一般通過調整PCI解決。但需注意避免局部的PCI調整，以免引起其他區域新的干擾的產生，PCI優化應該著眼全局和系統的調整和改善。通過調整PCI無法解決的，則需要通過控制相鄰小區的重疊覆蓋和優化鄰區關系來解決。

目前已經開發出了基于空口數據的PCI自動優化工具，依據服務小區和鄰區之間場強關系，構建干擾矩陣，通過遺傳算法進行迭代運算，找到全網最小干擾值的PCI配置。3GPP R9的SON技術也支持系統側進行PCI的自動配置。

3　網絡結構指數優化

網絡結構是對無線網絡的基本元素和特征進行分類總結。網絡結構反映了無線網絡的站址布局、天饋參數設置、信號的重疊覆蓋、內部干擾等基本情況。

網絡結構的好壞對網絡質量起到了決定性的作用。TD-LTE屬同頻組網，對重疊覆蓋的容忍度更低，TD-LTE每增加一個強鄰區，性能下降20%～40%。

TD-LTE網絡結構通過結構指數來表征。 “重疊覆蓋系數”評估覆蓋重疊度，“干擾系數”定位高干擾小區。

重疊覆蓋系數：被鄰小區干擾的采樣點數和與服務小區總采樣點數的比例。

重疊覆蓋系數

圖1　TD-LTE mod 3干擾圖

其中X(a,i)表示鄰小區i與服務小區a的電平相差10 dB的采樣點數， Xa表示a小區的總采樣點數；

干擾系數：a作為鄰區對所有服務小區干擾程度。

其中P(j,a)表示j小區的受到a小區干擾的采樣點數，Pj表示J小區的總采樣點數。

重疊覆蓋系數與50%加擾吞吐率具有強相關性。

網絡結構指數優化方法如圖2所示。

利用路測數據計算各小區重疊覆蓋系數，分析定位高重疊覆蓋系數小區（區域），排序高主動干擾系數小區，根據現場情況采用取消站點、變更站址（如高站）、加大下傾進行調整。

對某城市的50站點進行掃頻，排查出9個高干擾站點，其中有4個站點不適合通過TD-SCDMA升級需要新選站點，對其他5個站點進行相應的天饋調整。優化后SINR小于0dB的百分比減少4.02%。

4　干擾優化

干擾是任何一個移動通信系統無法避免的，干擾直接影響網絡質量和用戶體驗。對于TD-LTE來講干擾更是一個棘手的問題，也必將是優化工作的重中之重。

4.1 系統內干擾

TD-LTE的組網包括同頻和異頻兩種方式，規模試驗網采用同頻組網。對于同頻組網，系統頻譜效率高，但是各子信道之間的正交性的要求更嚴格，否則會導致干擾[4]。

TD-LTE的系統內干擾（如表1所示）主要是小區間的干擾。干擾解決主要采用干擾抑制技術，包括干擾隨機化、干擾消除和干擾協調。干擾隨機化和干擾消除是被動的干擾抑制技術，對網絡的載干比并無影響。干擾協調是主動的控制干擾技術，干擾協調通過分配正交的資源或控制干擾的功率來實現[5]。

下行ICIC，通過相鄰小區間協調空口資源（功率和時頻資源）降低小區間干擾。不同廠商實現方式不一樣，部分廠家采用軟頻率復用SFR方式，即提高邊緣用戶發射功率，降低中心用戶發射功率。

ICIC對小區吞吐量無增益，可提升小區邊緣用戶性能約60%，小區中心用戶吞吐量下降約10%。

頻率選擇性調度FSS，基站將用戶調度到SINR較高的頻域資源上。FSS對差點用戶增益取決于調度算法。采用公平算法，差點得到調度機會多，增益稍高（15%左右）；采用質量調度算法，小區吞吐量提升，但差點增益會小（2%左右）。

另外還可采用室外同頻優化算法IRC。接收端多天線接收時，利用各天線干擾信號的時空相關性，通過對接收信號進行加權，降低用戶間干擾。

當然常規的天饋系統調整也可以解決小區間的干擾問題，比如控制重疊覆蓋、PCI調整等。

干擾系數

圖2　優化前后SINR對比圖

表1　TD-LTE系統內干擾情況表

4.2 系統間干擾

TD-LTE將與其他系統長期共存，因此系統間干擾也必須慎重考慮。

F頻段是TD-LTE室外覆蓋重點。F頻段存在DCS、PHS信號產生的阻塞干擾，DCS、PHS產生的帶外雜散干擾、DCS多個信號產生互調干擾、GSM900產生諧波/互調干擾。目前試驗網發現較大的干擾原因在于DCS使用高端頻率和F頻段TD-SCDMA/TDLTE設備抗阻塞能力不足造成。

目前的解決方案包括：干擾區域內DCS適當退頻；新F頻段設備按照新阻塞要求；F頻段老設備軟件升級支持AGC等功能；干擾特別嚴重且其它措施難以實施的小區考慮使用D頻段。另外工程上嚴格按照設計要求的系統間空間隔離進行施工。

在某地區進行退頻測試，當DCS退頻到1830 M以下時，干擾基本消失。DCS退出1850-1872.6 M前共156個TD-LTE小區，受擾小區占52.3%；DCS退出該頻段后，只有3%小區存在間歇性干擾。

5　容量優化

由于TD-LTE采用多用戶共享PDSCH信道進行業務承載，因此容量分析和優化更加復雜。TD-LTE容量受多個方面的因素影響，首先是系統配置、天線傳輸模式、資源調度、小區間干擾協調算法等；另外TDLTE是完全動態的系統，實際網絡整體的信道環境和鏈路質量，對容量也有著至關重要的影響。

TD-LTE的容量指標主要包括接入用戶數和系統吞吐量兩部分，其中接入用戶數包含同時調度用戶數和同時在線用戶，系統吞吐量包括小區平均吞吐量和邊緣吞吐量。

TD-LTE調度用戶數取決于上下行控制信道的容量。PRACH信道容量取決于每幀中配置的PRACH信道數量、上下行子幀和特殊子幀配比、產品處理能力；PUCCH容量取決于CQI、SRI和ACK/NACK信道容量；SRS容量受限于系統帶寬、特殊子幀配比、產品基帶處理能力；PHICH和PDCCH取決于下行系統帶寬、CP類型、PCFICH指示的PDCCH占用符號數等。

影響吞吐量因素包括PDSCH配置、時隙配比、干擾、MIMO、調度算法等。

從上面分析可以看出，調度用戶數和系統吞吐量是互相制約的，需要綜合考慮才能做好TD-LTE的容量優化工作。

外場測試結果表明，邊緣速率與單小區可承載用戶數存在確定性關系。邊緣速率要求越高，單小區可承載用戶數越少（如圖3所示）。150 kbit/s時可承載用戶數為120以上，500 kbit/s時可承載用戶數下降至20 ～40。小區吞吐量在承載用戶數較少時隨用戶數增加略有提升，在承載用戶數較多時隨用戶數增加基本保持不變。相同承載用戶數下，100%加擾相對50%加擾，小區吞吐量平均下降8.3%～20%。

因此在容量優化時需因地制宜，采取有針對性的優化措施，綜合提升系統容量指標。

圖3　邊緣速率與小區承載用戶關系曲線圖

6　參數優化

參數優化一直是精細化網絡優化的一個重要內容。TD-LTE優化主要涉及的參數包括小區選擇重選參數、切換參數、功率控制參數和定時器參數等。

參數優化需結合路測數據和OMC數據分析后方可微調，全網的參數調整應慎重。

案例：切換失敗—切換參數設置問題。

溫州街小區4向金箔東路小區9切換失?。ㄈ鐖D4所示），但反向可以切換成功。

4向9移動右轉拐彎后是切換帶，終端上報測量報告，此處存在快衰落，基站收不到測量報告或還沒來得及完成切換，終端已經RL Failure，導致切換失敗。

降低A3配置中的“事件觸發持續時間”為512 ms、“A3事件觸發偏移值”為2 dB，使切換帶向小區4的方向移動，當終端在路上剛轉彎即開始上報測量報告和切換。

調整參數后，小區4與小區9間雙向切換成功。問題解決。

7　結束語

在TD-LTE時代，網絡優化凸顯重要性，同時網絡優化面臨新挑戰。一方面TD-LTE的物理層的特性使得優化的思路、方法需要更新和完善，機械的優化行為已不適用動態的TD-LTE網絡要求。同時網絡規劃設計和優化的界面越來越模糊，網絡結構和網絡基礎配置對網絡質量起到關鍵的作用，網絡優化將貫穿TDLTE整個生命周期。

參考文獻

[1]3GPP TS 36.331 Radio Resource Control Protocol Specification (Release 11)[S].

[2]中國移動擴大規模試驗網網絡優化指導手冊[Z].

[3]中國移動TD-LTE擴大規模試驗網外場測試報告[Z].

[4]沈嘉, 索世強, 全海洋, 等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理和系統設計[M]. 北京:人民郵電出版社,2009.

[5]3GPP R1-051160-2008 Further discussion on Inter-Cell Interference Mitigation through Lim-ited Coordination. TSG RAN WG1 Meeting #54bis[S].

圖4　切換失敗案例

Research on key issues of TD-LTE network optimization

LI Bao-lei , ZHOU Jun, REN Xiao-hua

(China Mobile Group Design Institute Co,. Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractThis article analyses the characteristics of TD-LTE network optimization combining with the line test of China Mobile scaled-up trail network. Optimization methods and suggestions are put forward according to PCI optimization/structural index optimization/interference optimization/capacity optimization and parameter optimization.

KeywordsTD-LTE; network optimization; key issues

收稿日期：2014-10-21

文章編號1008-5599（2015）01-0057-05

文獻標識碼A

中圖分類號TN929.5