TD-LTE網(wǎng)絡(luò)PCI評(píng)估研究

?

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)PCI評(píng)估研究

郭建光，高克儉，王猛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

摘 要TD-LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)了504個(gè)PCI，PCI規(guī)劃要求不沖突、不混淆，本文重點(diǎn)介紹了一種針對(duì)規(guī)劃的PCI評(píng)估的方法。該評(píng)估方法將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行柵格化，針對(duì)每個(gè)柵格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)PCI的模3干擾程度，將所有柵格的模3干擾程度進(jìn)行累積以表征整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的PCI模3干擾程度，以期指導(dǎo)PCI前期規(guī)劃及后期優(yōu)化，避免了通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拉網(wǎng)測(cè)試進(jìn)行的模3干擾判斷的局部性及大量的時(shí)間和人力成本，本研究以全局整體的角度來(lái)進(jìn)行PCI的評(píng)估呈現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的PCI模3干擾情況。

關(guān)鍵詞TD-LTE；PCI評(píng)估；模3干擾

TD-LTE系統(tǒng)中，物理小區(qū)ID (PCI，Physical Cell ID)對(duì)應(yīng)了正交序列和偽隨機(jī)序列的組合，TDLTE系統(tǒng)定義了504個(gè)PCI，為避免小區(qū)間干擾需要滿(mǎn)足：不沖突，任何兩個(gè)相鄰的同頻小區(qū)不使用同一個(gè)PCI；不混淆，在一個(gè)小區(qū)的所有鄰區(qū)中不能有任何兩個(gè)同頻小區(qū)使用相同的PCI。此外，PCI與小區(qū)的公共參考信號(hào)綁定，PCI值直接決定了參考信號(hào)的時(shí)頻位置，雙端口網(wǎng)絡(luò)PCI Mod 3的取值如果相等，則參考信號(hào)的時(shí)頻位置相同，單端口網(wǎng)絡(luò)PCI Mod 6的取值如果相等，則參考信號(hào)的時(shí)頻位置相同，宏基站較多的采用雙端口網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)PCI的研究多集中在PCI的分配與規(guī)劃方面。PCI分配之后，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)采用掃頻儀及測(cè)試終端設(shè)備進(jìn)行相關(guān)評(píng)估。對(duì)于TD-LTE整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行PCI規(guī)劃性能評(píng)估，需要對(duì)覆蓋全區(qū)域進(jìn)行拉網(wǎng)測(cè)試，首先找到受干擾區(qū)域，再次結(jié)合已規(guī)劃的PCI分布進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。PCI局部地區(qū)的詳細(xì)評(píng)估大多局限于某幾個(gè)基站，通過(guò)掃頻儀測(cè)量得出相鄰小區(qū)及主測(cè)小區(qū)的RSRP和SINR等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，通過(guò)測(cè)試終端設(shè)備直觀測(cè)試吞吐量，如果發(fā)現(xiàn)RSRP性能較優(yōu)，SINR性能較差即需考慮是否為相鄰小區(qū)的Mod 3干擾所引起。

如圖1所示，小區(qū)A、B的PCI配置分別為148與154，可以發(fā)現(xiàn)在站點(diǎn)A (PCI154)和站點(diǎn)B (PCI148)之間的交界區(qū)域，如圖1中上邊路測(cè)曲線所示，RSRP非常好，但SINR很差(小于5)，調(diào)整天線的俯仰角和方位角之后問(wèn)題依然存在。將站點(diǎn)B的PCI148改為PCI147，路測(cè)結(jié)果如圖1中下邊路測(cè)曲線所示，SINR好轉(zhuǎn)至25～30，原因主要是PCI148 Mod 3＝PCI154 Mod 3,導(dǎo)致參考信號(hào)的位置相同，引起了參考信號(hào)間干擾所致。此方法適合于TD-LTE局部覆蓋區(qū)域，對(duì)于TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)全范圍的PCI評(píng)估顯然不適用。

現(xiàn)有技術(shù)存在如下問(wèn)題：只能在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建成之后再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)PCI評(píng)估分析，需要大量的人力、物力、財(cái)力且需要較長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)PCI規(guī)劃問(wèn)題；無(wú)法評(píng)估整體TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的PCI規(guī)劃效果，只能針對(duì)局部某幾個(gè)具體站點(diǎn)憑經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不合理的PCI分布；不能將PCI的規(guī)劃效果進(jìn)行量化評(píng)估，PCI的分布是否有Mod 3干擾完全依靠?jī)?yōu)化人員的經(jīng)驗(yàn)與路測(cè)結(jié)果。

1　TD-LTE PCI與參考信號(hào)原理

1.1 PCI

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的物理小區(qū)標(biāo)示(PCI)，取值范圍為0～503，共504個(gè)PCI。每個(gè)TD-LTE小區(qū)需要一個(gè)PCI以區(qū)別于鄰小區(qū)；終端在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能夠根據(jù)PCI來(lái)進(jìn)行各個(gè)物理小區(qū)的判定與接入。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的數(shù)目難以窮盡，而物理小區(qū)標(biāo)識(shí)僅有504個(gè)，因而必然會(huì)復(fù)用PCI；若不同的小區(qū)采用相同的PCI，需要保證這些小區(qū)之間的間隔足夠遠(yuǎn)，即復(fù)用距離足夠大，才能避免在接入終端時(shí)出現(xiàn)混淆與干擾。

1.2 參考信號(hào)

參考信號(hào)在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中用于信道的測(cè)量與解調(diào)信號(hào)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)首先解調(diào)出參考信號(hào)，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)，以及開(kāi)展相關(guān)測(cè)量工作，例如接收信號(hào)強(qiáng)度(RSRP)、接收信號(hào)質(zhì)量(RSRQ)、信干噪比(SINR)等一系列相關(guān)參數(shù)；一旦參考信號(hào)受到干擾，則會(huì)導(dǎo)致TD-LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)于信號(hào)的解調(diào)與測(cè)量產(chǎn)生偏差。

根據(jù)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的時(shí)頻資源柵格形式，以常規(guī)CP，20 MHz帶寬，1 ms子幀為例，共有1 200×14個(gè)RE，參考信號(hào)占用的基本單元為RE，分布在整個(gè)20 MHz帶寬上，以2×2 MIMO，2個(gè)天線端口為例，參考信號(hào)在頻域上的分布為每3個(gè)RE一個(gè)參考信號(hào)，如圖2所示。

1.3 PCI與參考信號(hào)

參考信號(hào)序列 （m）（ns是一個(gè)無(wú)線幀中的時(shí)隙序號(hào)， l是一個(gè)時(shí)隙中的OFDM符號(hào)序列）將按照如下方式映射到復(fù)值調(diào)制符號(hào) 上，作為時(shí)隙ns中天線端口p上的參考符號(hào)，即： 其中

圖1　實(shí)驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試PCI模3干擾示意

圖2　參考信號(hào)示意圖

變量v和vshift定義了不同參考信號(hào)在頻域上的位置，其中

小區(qū)專(zhuān)有的頻域偏移為 。

在一個(gè)時(shí)隙中，在任何天線端口上用作傳輸參考信號(hào)的資源粒子(k,l)，不能在相同的時(shí)隙中其它天線端口上進(jìn)行任何傳輸，并被設(shè)置為0。

PCI與參考信號(hào)的位置綁定，若要本小區(qū)的參考信號(hào)干擾最小，則希望鄰小區(qū)的參考信號(hào)位置與之不同，進(jìn)而要求本小區(qū)的PCI與鄰小區(qū)的PCI Mod 3的余值不相等。

2　PCI評(píng)估方法

2.1 概述

本文所研究的PCI評(píng)估方法首先將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)柵格化，并計(jì)算出單個(gè)柵格的干擾強(qiáng)度，進(jìn)而計(jì)算出TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的PCI整體性能，實(shí)現(xiàn)量化評(píng)估PCI規(guī)劃的效果，能精確確定出PCI分布的不合理區(qū)域，從而避免了大量的人力、物力、資源和時(shí)間等的投入。

PCI評(píng)估方法主要包括以下幾個(gè)部分：首先構(gòu)造基站列表和小區(qū)列表，根據(jù)基站列表、小區(qū)列表和已規(guī)劃的PCI分布，將PCI與小區(qū)列表進(jìn)行綁定。根據(jù)TDLTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)大小，將TD-LTE的覆蓋區(qū)域進(jìn)行柵格化，每一個(gè)柵格中允許容置小區(qū)，獲取每一個(gè)柵格的PCI Mod 3矩陣，根據(jù)PCI Mod 3矩陣評(píng)估TDLTE網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

2.2 詳解

構(gòu)造基站列表和小區(qū)列表包括基站ID、小區(qū)ID、基站經(jīng)緯度和小區(qū)的方位角。根據(jù)基站信息表記錄的數(shù)據(jù)構(gòu)造所述基站列表和小區(qū)列表，根據(jù)基站經(jīng)緯度和小區(qū)的方位角將基站及小區(qū)進(jìn)行地理化呈現(xiàn)。結(jié)合已規(guī)劃完畢的PCI列表，將PCI與小區(qū)進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)PCI的小區(qū)化呈現(xiàn)。

完成了PCI的地理化呈現(xiàn)后，將TD-LTE的覆蓋區(qū)進(jìn)行柵格化，其中柵格化TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)包括如下過(guò)程：導(dǎo)入地圖資源、導(dǎo)入TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)、設(shè)置無(wú)線環(huán)境的參數(shù)、設(shè)置小區(qū)邊緣場(chǎng)強(qiáng)、根據(jù)地圖資源、TD-LTE網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、無(wú)線環(huán)境的參數(shù)和小區(qū)邊緣場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的重疊覆蓋。柵格化TDLTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域過(guò)程包括根據(jù)評(píng)估精細(xì)程度設(shè)定柵格尺寸大小；統(tǒng)計(jì)每個(gè)柵格內(nèi)的各小區(qū)無(wú)線性能參數(shù)(RSRP、SINR等)。小區(qū)邊緣場(chǎng)強(qiáng)定義為在預(yù)測(cè)時(shí)小區(qū)的覆蓋邊緣場(chǎng)強(qiáng)，小區(qū)邊緣場(chǎng)強(qiáng)可結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如可設(shè)置RSRP為-100 dBm/-110 dBm等，但不局限于此，邊緣場(chǎng)強(qiáng)越小則重疊覆蓋面積越大。將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行柵格化處理，柵格化精度根據(jù)需求來(lái)最終確定，如可用5 m×5 m，20 m×20 m等柵格進(jìn)行處理，柵格劃分的越小則處理精度越精準(zhǔn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)處理時(shí)間更長(zhǎng)，然后再統(tǒng)計(jì)每個(gè)柵格內(nèi)的各小區(qū)無(wú)線性能參數(shù)。

評(píng)估TD-LTE網(wǎng)絡(luò)PCI整體性能的過(guò)程為：統(tǒng)計(jì)每個(gè)柵格所對(duì)應(yīng)的Mod 3矩陣，再計(jì)算每個(gè)Mod 3矩陣對(duì)于本柵格主服務(wù)小區(qū)的干擾強(qiáng)度；最后將所有柵格中，Mod 3矩陣對(duì)于本柵格主服務(wù)小區(qū)的干擾強(qiáng)度相加，求得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的PCI干擾程度。

獲取每一個(gè)所述柵格的PCI Mod 3矩陣具體包括：對(duì)于一個(gè)柵格，選定所述柵格的主服務(wù)小區(qū)；設(shè)置干擾門(mén)限，根據(jù)所述干擾門(mén)限統(tǒng)計(jì)出候選干擾小區(qū)：獲取所述主服務(wù)小區(qū)的PCI Mod 3結(jié)果，以及獲取各個(gè)候選干擾小區(qū)的Mod 3結(jié)果；統(tǒng)計(jì)柵格內(nèi)所有與主服務(wù)小區(qū)的PCI Mod 3結(jié)果一致的候選干擾小區(qū)作為正式的干擾小區(qū)；根據(jù)主服務(wù)小區(qū)和干擾小區(qū)的接收信號(hào)強(qiáng)度構(gòu)造PCI Mod 3的1×N矩陣。1×N矩陣的第一行第一列元素是主服務(wù)小區(qū)的接收信號(hào)強(qiáng)度，其余列元素是干擾小區(qū)的接收信號(hào)強(qiáng)度。在一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，柵格內(nèi)的主服務(wù)小區(qū)的PCI Mod 3結(jié)果為0，主服務(wù)小區(qū)的RSRP為-69，設(shè)置干擾門(mén)限為30dB；統(tǒng)計(jì)柵格內(nèi)共有3個(gè)PCI Mod 3為0的候選干擾小區(qū)，RSRP分別為-99、-70、-92，則構(gòu)成的Mod 3矩陣是[-69,-99,-70,-92]，PCI Mod 3矩陣的第一行第一列元素為主服務(wù)小區(qū)參數(shù)。

根據(jù)所述PCI Mod 3矩陣評(píng)估所述TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的PCI整體性能具體包括：在每個(gè)柵格中，根據(jù)PCI Mod 3矩陣計(jì)算出干擾小區(qū)對(duì)于主服務(wù)小區(qū)的干擾的柵格干擾強(qiáng)度；累加各個(gè)所述柵格干擾強(qiáng)度得到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的干擾總強(qiáng)度D作為所述PCI整體性能，所述PCI整體性能用于評(píng)估TD-LTE網(wǎng)絡(luò)。柵格干擾強(qiáng)度計(jì)算公式是：

其中， a11是被干擾的主服務(wù)小區(qū)，j=2,3,……n，n-1是柵格內(nèi)所有PCI模X值與主服務(wù)小區(qū)PCI Mod X值相同的小區(qū)個(gè)數(shù)，a1j為第j-1個(gè)干擾小區(qū)， T是干擾門(mén)限。也可以采用或其它無(wú)線性能指標(biāo)替代RSRP。

在應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)第i個(gè)柵格的PCI Mod 3干擾強(qiáng)度為Pi，Mod 3干擾矩陣Ai為(a1j)1×n，其中a11為被干擾的主服務(wù)小區(qū)，j=2,3,……n，n-1為該柵格內(nèi)所有小區(qū)PCI Mod 3值與主服務(wù)小區(qū)Mod 3值的小區(qū)個(gè)數(shù)，a1j為第j-1個(gè)Mod 3干擾小區(qū)。設(shè)置PCI Mod 3干擾門(mén)限為T(mén),求出每個(gè)柵格的PCI Mod 3干擾強(qiáng)度，再統(tǒng)計(jì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的整體PCI Mod 3干擾總強(qiáng)度(所有柵格的PCI Mod 3干擾強(qiáng)度)為 ，w是柵格的數(shù)目，D的值越小TD-LTE網(wǎng)絡(luò)整體的PCI Mod 3沖突越小，網(wǎng)絡(luò)整體性能越好。

設(shè)干擾門(mén)限T=10 dB，PCI Mod 3干擾矩陣Ai=[-64,-65,-66,-71,-73]，則求得PCI Mod 3干擾強(qiáng)度Pi=17.507。需要說(shuō)明的是，在對(duì)比兩個(gè)或多個(gè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)PCI干擾時(shí)，只有在干擾門(mén)限T取值相等的條件下才具有較強(qiáng)的可比性，由于在干擾強(qiáng)度評(píng)估公式中引入了T，因而在T不同的情況下去比對(duì)評(píng)估結(jié)果的絕對(duì)值不具備較強(qiáng)的比對(duì)性。

在圖層顯示上將干擾總強(qiáng)度D進(jìn)行分段顯示，識(shí)別出PCI干擾嚴(yán)重的區(qū)域。包括設(shè)定幾個(gè)段值，在不同的分段上用不同的顏色表示不同的段值。

3　總結(jié)

目前的PCI更多的注重于規(guī)劃層面，對(duì)于PCI規(guī)劃后期的后評(píng)估尚無(wú)過(guò)多研究。本文將TD-LTE的覆蓋效果進(jìn)行柵格化，將干擾效果進(jìn)行干擾量化，從而更直觀的反應(yīng)PCI的干擾程度，達(dá)到最優(yōu)的優(yōu)化效果，定位到PCI干擾嚴(yán)重區(qū)域從而有針對(duì)性的指導(dǎo)PCI的調(diào)整，為實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化中提供了較好的PCI評(píng)估方法借鑒。

Research on TD-LTE network PCI assessment

GUO Jian-guang, GAO Ke-jian, WANG Meng

(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Hebei Branch, Shijiazhuang 050021, China)

Abstract TD-LTE system defi nes 504 PCI.PCI planning requirements no conflict and no confusion. This article focuses on a method for the PCI assessment. The TD-LTE network coverage will be rasterized. Add up the statistical results of each grid for PCI Mod 3 disturbance degree, the extent of all raster Mod 3 cumulative interference to characterize the extent of the entire network PCI Mod 3 interference to guide PCI preplanning and post-optimization. This study conducted a global perspective of the overall assessment PCI Mod 3 interference.

Keywords TD-LTE; PCI assessment; Mod 3

收稿日期：2014-12-16

文章編號(hào)1008-5599（2015）02-0035-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

中圖分類(lèi)號(hào)TN929.5