LTE移頻組網方案研究

岳磊 李麗智 陳建玲 全芬

【摘 要】移頻組網場景中，小區間干擾控制是影響網絡性能的關鍵因素。首先對移頻組網方案及其對網絡干擾的影響進行了深入分析，隨后給出了移頻組網場景下抑制同頻干擾的組網原則與優化方法，為后續的移頻組網場景提供了借鑒，為中國移動LTE三期網絡建設的F頻段組網方案提供了參考。

【關鍵詞】移頻組網 子載波 正交 PCI規劃 干擾抑制

中圖分類號：TN929.53 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）09-0049-07

1 引言

LTE支持1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz以及20 MHz六種靈活帶寬，考慮到用戶速率感知與頻率調度增益，在頻率資源允許情況下應盡量選擇大帶寬。

不同小區間可以采用同頻、異頻和移頻三種組網方式：

同頻組網時，所有小區使用相同的頻率資源和帶寬，頻譜利用效率最高，但網絡同頻干擾較大，對小區性能特別是小區邊緣的性能影響較大，主要依靠ICIC、IRC、BF算法進行干擾抑制。特別是小區之間RS位置相同造成的RS之間的干擾對網絡性能影響較大，需要通過網絡PCI規劃、控制小區覆蓋進行控制優化。

異頻組網時，不同小區使用多個互不交疊的頻率進行復用組網，相鄰小區使用不同頻點。由于頻點間錯開，小區間干擾較少，網絡性能較好但是頻譜利用效率較低，頻率資源消耗大。

移頻組網時，通過移頻使得不同小區間使用的頻率存在部分重疊，能夠兼顧網絡性能和頻譜利用效率，同時其組網方式比較靈活，能夠適應25 MHz、30 MHz、50 MHz等帶寬場景，使得運營商能夠更充分地利用分配的頻率資源。

移頻組網方案中，小區間頻率重疊部分的干擾控制，特別是小區間子載波的正交控制以及參考信號RS之間的干擾抑制是影響網絡性能的關鍵，需要進行深入分析。

目前中國移動TD-LTE網絡主要使用20 MHz帶寬同頻組網方式，在LTE三期網絡建設中，F頻段新設備的支持頻率范圍由原來的1880—1900 MHz調整到1885—1905 MHz，整個頻率范圍由20 MHz擴展到25 MHz，采用哪種頻率組網方案需要進行深入分析。

2 LTE移頻組網關鍵技術細節研究

2.1 TD-LTE工作頻段

工信部頒布給中國移動的TD-LTE可用頻段為1880—1900 MHz、2320—2370 MHz和2575—2635 MHz共130 MHz。如表1所示，根據3GPP規范[1]，這些頻率資源分布位于Band 38、39、40、41。

2.2 可用帶寬

頻域上可用的所有資源稱之為系統帶寬，下行系統帶寬用NULRB表示，上行系統帶寬用NDLRB表示，其單位是RB（Resource Block，資源塊）。每個RB包含12個子載波。

6種可用帶寬的可用RB數如表2所示：

2.3 中心頻點位置與頻率計算

LTE載波頻率位置的最小調整單位稱為信道柵格[2]，其大小為100 kHz，載波中心頻率之間的間隔必須是100 kHz的整數倍。

絕對頻點與頻點號的對應關系如公式（1）所示：

FDL=FDL_low+0.1（NDL–Noffs-DL） （1）

LTE頻點編號與頻率范圍如表3所示：

2.4 直流子載波在頻域資源中的位置

如圖1所示，LTE頻域上的基本單位為一個子載波（subcarrier），上行和下行的子載波間距均為15 kHz，下行頻率中央存在一個未使用的直流子載波（DC-subcarrier）[3]，上行載波中心頻率上并不存在直流子載波。

由于下行直流子載波的存在，下行資源映射時將跳過這個子載波，在移頻組網方案中，對小區間的RS參考信號干擾會產生直接影響。

2.5 時頻資源映射

資源網格上的每個元素稱之為一個RE（Resource Element，資源要素），并且通過（k， l）唯一指定，其中k=0，…，N*RB/NRBSC-1（對應頻域上的每個子載波的索引）且l=0，…，N*symb-1（對應slot內的每個符號的索引）。其中N*RB表示系統帶寬，NRBSC表示每個RB包含的子載波數，目前配置下固定為12。

天線端口P上索引為（k， l）的RE對應的值使用a（p）k，l表示。如果不會引起誤解，或是沒有指定特定的天線端口，則P可以省略，即可以使用ak，l表示。

LTE時頻資源映射關系如圖2所示：

2.6 參考信號RS間干擾

PCI（Physical Cell ID，物理小區標識）是TD-LTE系統中小區的標識，RS參考信號的位置與PCI直接存在映射關系。

相同PCI的小區，其RS序列一致且位置相同，在同頻情況下，RS之間會產生干擾。

不同PCI的小區，在同頻的情況下，如果單天線端口兩個小區PCI模6相等或雙天線端口兩個小區PCI模3相等，則兩個小區之間的RS位置是相同的，RS之間同樣會產生嚴重的干擾，導致SINR急劇下降。

PCI規劃要結合頻率、RS位置、小區關系統一考慮來降低干擾，若PCI規劃不合理，會導致全網SINR水平降低，進而嚴重影響LTE的整體網絡質量。

在移頻組網場景下，小區間的頻率部分重合，RS之間的干擾模式是影響移頻組網性能的關鍵因素。

3 移頻組網時頻資源分析

移頻組網場景下，小區間子載波的正交性以及小區間頻率重合部分的RS參考信號之間的干擾是影響移頻組網性能的關鍵。

對F頻段（1880—1900 MHz）20 MHz帶寬組網、移頻5 MHz組網、雙天線端口場景下的時頻資源與干擾性能進行研究，情況如下：

頻點1，中心頻率1890 MHz（F1=38350），帶寬20 MHz，頻率范圍1880—1900 MHz；

頻點2，中心頻率1895 MHz（F2=38400），帶寬20 MHz，頻率范圍1885—1905 MHz。

為了方便描述，將中心頻點設置為1890 MHz

（F1=38350）的小區稱為CELL1，將中心頻點設置為1895 MHz（F2=38400）的小區稱為CELL2。

頻率方案如圖3所示，紅色表示下行中心直流DC載波，兩小區頻率交疊15 MHz。中心直流載波將兩小區頻率交疊區域劃分為ABC三個部分，其中B區域位于兩個移頻頻點中心直流子載波之間的頻率重疊區域，A、C區域為移頻頻點中心直流子載波之外的頻率重疊區域。

受DC載波占用位置影響，根據2.5所示的LTE時頻資源映射關系，ABC三個5 MHz區域的頻域資源對應情況如下：

（1）A區域1895—1900 MHz，頻域資源對應關系如表4所示。

子載波正交性：A區域CELL1和CELL2之間子載波互不正交，存在5 kHz頻率偏移。

RS間干擾：

當CELL1和CELL2 PCI Mod 3相等時，每個RS有10 kHz區域完全重合，會帶來Mod 3干擾；

當CELL1和CELL2 PCI Mod 3不等時，RS間仍有可能出現5 kHz的干擾。

（2）B區域1890—1895MHz，頻域資源對應關系如表5所示。

子載波正交性：B區域CELL1和CELL2之間子載波互不正交，存在5 kHz頻率偏移。

RS間干擾：

當CELL1和CELL2 PCI Mod 3相等時，每個RS有5 kHz區域完全重合；

當CELL2 PCI Mod 3比CELL1 PCI Mod 3大1時，每個RS有10 kHz區域完全重合，此時Mod 3干擾最嚴重，但干擾強度低于CELL1之間Mod 3干擾的強度。

其余情況沒有Mod 3干擾。

（3）C區域1885—1890 MHz，頻域資源對應關系如表6所示。

C區域的載波正交性以及RS間干擾特性與A區域保持一致。

ABC區域RS間干擾帶寬如表7所示：

4 移頻組網對網絡性能的影響分析

（1）移頻小區間子載波在頻域可能無法完全正交

子載波間的正交對LTE性能至關重要，由以上移頻組網時頻資源分析可見，由于載波中心頻率間隔與子載波帶寬15 kHz不存在整數倍關系，不同中心頻點的小區間子載波有可能不能完全正交，有可能引起網內干擾抬升而導致網絡質量下降，如圖4所示。

當移頻頻點中心頻率間隔是15 kHz的整數倍時，能夠使位于兩個移頻頻點中心直流子載波之間的頻率重疊區域B區域的子載波對齊。

（2）A、C區域存在時，移頻小區間RS參考信號干擾無法通過PCI規劃控制

如圖5所示，當頻率重疊區域與中心直流子載波存在交疊時，即移頻頻點中心直流子載波之外的頻率重疊區域A、C區域存在時，由于子載波的編號跳過中心直流子載波的影響，導致RS參考信號的映射在A、C和B區域之間存在差異，無法通過PCI規劃避免鄰小區之間的RS參考信號干擾。

假設CELL1為移頻小區中帶寬較大且中心頻率較低的小區，F1、F2為CELL1、CELL2小區的中心頻點，BW1、BW2為CELL1、CELL2小區的帶寬，BW為移頻組網總可用帶寬。

當同時滿足：

F2≥F1+BW1且BW≥BW1+BW2/2 （2）

移頻頻點中心直流子載波不會影響到移頻小區間的頻率重疊區域，即A、C區域不存在。此時可通過PCI的規劃抑制相鄰小區間的RS參考信號干擾。

對于運營商來說，某個頻段的可用帶寬BW是固定的，如果移頻組網小區間采用相同帶寬，即BW1=BW2=BWcell時，為了保證能夠通過PCI優化控制相鄰小區間干擾，則最大允許的小區帶寬BWcell≤。

5 結論與建議

由以上分析可見，移頻組網場景下，子載波間的正交控制和RS參考信號間的干擾抑制是移頻組網性能的關鍵因素，移頻組網方案滿足以下原則時，可保證移頻小區間子載波正交且能夠通過PCI優化控制鄰小區參考信號RS間干擾：

原則一：移頻頻點中心頻率間隔應控制為15 kHz的整數倍，以保證移頻載波之間的子載波正交性；

原則二：應避免移頻載波的中心直流子載波與移頻重疊頻率部分存在交疊，即應滿足：F2≥F1+BW1且BW≥BW1+BW2/2。

6 實踐驗證與效果分析

6.1 現網組網方案理論分析

目前中國移動TD-LTE網絡主要使用20 MHz帶寬同頻組網方式，在LTE三期網絡建設中，F頻段新設備的支持頻率范圍由原來的1880—1900 MHz調整到1885—1905 MHz，整個頻率范圍由20 MHz擴展到25 MHz。

如果LTE三期設備按1885—1905 MHz部署，則將與原有的1880—1900 MHz設備形成移頻組網場景，為最大程度滿足用戶速率感知，仍限定采用20 MHz組網，移頻小區使用相同的20MHz帶寬，根據移頻組網原則分析如下：

原有F頻段小區中心頻點1890 MHz（頻點號38350），

三期F頻段小區中心頻點1895 MHz（頻點號38400），中心頻點間隔5 MHz，頻率間隔不是15 kHz整數倍，不滿足原則一，兩小區之間子載波不正交。但可通過中心頻點頻率微調使得兩小區子載波正交，如三期F頻段小區使用38401（1895.1 MHz）頻點時可滿足正交條件。

在25 MHz移頻組網帶寬下，移頻載波的中心直流子載波與移頻重疊頻率部分交疊的單小區最大允許帶寬需滿足：BWcell≤=16.6 MHz，考慮的規范帶寬則為15 MHz，無法滿足20 MHz的組網要求。

因此25 MHz移頻組網方案雖然可以通過載波中心頻點微調實現子載波間正交，但在20 MHz組網時頻率交疊部分會受到中心直流子載波影響，參考信號RS間的干擾無法通過PCI規劃進行抑制，不建議采用這種方式組網。

由于移頻組網條件無法滿足，最終選擇了將已有F頻段頻率整體搬移到1885—1905 MHz，采用同頻組網方案，1880—1885 MHz用于TD-SCDMA。

6.2 實施效果

F頻段整體搬移到1885—1905 MHz前，某市共有980個三期F頻段小區（頻點號38400）與周邊已有F頻段小區（頻點號38350）形成移頻組網場景，在所有F頻段小區整體移頻到1885—1905 MHz后，對比移頻前后該部分小區上行PRB干擾電平均值變化情況如圖6所示：

調整前F頻段平均干擾電平為-114.7 dBm；形成移頻組網后，中心頻點38400的小區與中心頻點38350小區之間頻率間隔不滿足15 kHz整數倍要求，導致小區間子載頻不正交，同時受參考信號干擾提升影響，移頻后平均上行干擾電平抬升到-110 dBm；整體頻率搬移后平均上行干擾電平下降到平均為-116.53 dBm，干擾性明顯改善，達到預期效果。

7 結束語

本文對影響移頻組網性能的各個技術細節進行了研究，得出了子載波間的正交控制和RS參考信號間的干擾抑制是移頻組網性能的關鍵因素結論，給出了移頻組網場景下抑制干擾的組網原則與優化方法，利用分析結論指導了F頻段組網方案的建設，在實施過程中結合現網出現的移頻頻組網情況對分析結論進行了驗證，調整后顯著降低了網絡干擾水平。分析結論為后續的移頻組網場景提供了很好的借鑒作用。

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