基于模三干擾分析的終端優化設計

謝寧寧

（維沃移動通信有限公司，廣東 東莞 523861）

0 引言

隨著手機終端在各種場景（比如游戲、短視頻、網購）的廣泛應用，用戶對數據業務的需求越來越高。降低時延、提高用戶數據傳輸速率、提高系統容量和覆蓋范圍以及降低運營成本是LTE和NR系統設計的主要目標和需求。用戶對網絡性能和終端性能的直接感知體現就是數據業務速率[1]，為用戶提供高速率的數據業務體驗是終端手機的重要設計目標。

在LTE同頻組網中，采用2×2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output） 傳 輸，PCI（Physical Cell Identifier）模三相等意味著參考信號分布位置和時間完全一致，當模三小區間信號差異較小時，會使終端下行信道估計的SINR降低，吞吐量下降，對用戶的接入、切換、數據業務造成較大的影響[2]。

文獻[3]對模三干擾進行了原理分析和特征總結，歸納出了基站端的解決和規避方法，并沒有對終端側進行分析。文獻[4]對LTE mod3干擾問題進行分析，通過修改PCI優化了網絡性能，并未提及終端測的優化和規避措施。而現實中存在這些模三干擾主要是由運營商布網不合理造成的，終端廠家去推進運營商改善有一定成效，但是暫時還沒有全部推進改善完畢。終端設計時如何優化將是本文研究的重點。

為了系統地、精準地探究模三干擾場景下影響終端吞吐量的關鍵因素，本文采用了比較新穎、精準的研究方式VDT+OTA（Virtual Driving Test+Over The Air）[5]。選用 VDT可以在重塑外場環境的基礎上，通過單一變量法，分別研究SINR、MCS選階、天線增益平衡性等因素對吞吐量的影響。

1 基于VDT的測試方案

1.1 環境搭建

LTE基站1是服務小區，配置TM8（Transmission Mode 8）傳輸模式單雙流自適應。由于TM8采用波束賦形，因此在RRU（Remote Radio Unit）8路輸出口需分別連接至耦合盤進行相位校準，連接方法是RRU端口0，……，端口8分別連接耦合盤8路輸入，同時輸入和輸出端一一對應，依次連接至信道模擬器的8路輸入，此外RRU校準口連接至耦合盤的校準口。LTE基站2和基站3是同頻干擾源，配置基站模擬加擾功能。測試系統框圖如圖1所示：

圖1 測試系統框圖

對于模三干擾系統的吞吐量驗證，我們應用的是ITU國際電聯所定義的IMT-A UMa NLOS信道模型[6]，具體參數如表1所示：

表1 IMT-A NLOS Urban macro-cell信道模型參數

1.2 VDT環境與外場相似度驗證

本文以現網下LTE B38模三干擾環境為基礎進行探究，利用掃頻儀信息（如表2所示）獲取到此場景存在的三個模三干擾小區37900<343>，37900<109>，37900<124>。

表2 模三干擾小區列表

利用外場掃頻儀數據在VDT進行復現，構建三小區模三干擾TM8模擬場景，通過對比VDT環境參數及影響吞吐量參數（如表3所示）保證外場相似度，確認實驗室環境有效性。實驗室與外場參數對比如表4所示。

表3 參數注釋

表4 雙流比實驗室與外場對比

如表5所示，終端B雙流比A高19%，但是在吞吐量上表現相當。按照常規的理解起雙流比例越高越好，雙流比例越高應該吞吐量越高。

表5 強場模三干擾環境下兩臺終端測試數據對比

為進一步理清各參數配置對吞吐量的影響，本文分別研究了SINR、MCS選階、天線增益不平衡等因素對吞吐量的影響。主要探索了以下幾個問題：

（1）雙流是否一定帶來吞吐量增益，以及什么條件下雙流對單流具有增益效果。

（2）主副天線增益不平衡對MCS、單雙流比例、以及吞吐量會產生什么樣的影響。

2 吞吐量性能損失分析

根據香農定理，信道容量公式為[7]：

2.1 固定單流、固定雙流時吞吐量隨平均SINR變化

為了對比固定雙流、固定單流兩種基站配置下的吞吐量與SINR的關系，測試中采用保持服務小區功率不變，同時整體降低干擾小區功率的方式，來改善同頻模三干擾環境。干擾小區降低調整步長為4 dB，調整范圍是[0,20 dB]。從圖2可以看出：

圖2 固定單流、雙流吞吐量隨平均SINR變化

（1）當平均SINR等于12 dB時，固定雙流方案與固定單流方案相比，吞吐量基本相同。

（2）當平均SINR大于12 dB時，固定雙流方案的吞吐量高于固定單流方案。

（3）當平均SINR小于12 dB時，固定雙流方案的吞吐量略低于固定單流方案，可以理解雙流沒有增益。

2.2 相同SNR，不同MCS選階下雙流或單流對吞吐量的影響

根據圖3、圖4，可以得到如下幾個結論：

圖3 SNR=15，吞吐量隨MCS選階的變化

圖4 SNR=10，吞吐量隨MCS選階的變化

（1）當SINR=10和15 dB時，在固定MCS選階小于10時，啟用雙流的吞吐量均明顯大于單流，雙流具有明顯增益。

（2）當SINR=10和15 dB時，在固定MCS的選階大于等于20時，啟用雙流的吞吐量在強干擾環境下，吞吐量低于啟用單流方案。啟用雙流的吞吐量遠遠小于啟用單流方案，這是因為MCS選階到達20及以上的高階后，固定雙流對MCS選階要求的SINR更高，因為較低的SINR會使得BLER增加，最終吞吐量低。

2.3 天線增益平衡性對雙流比例以及吞吐量的影響

天線增益的平衡性用不平衡度來衡量，舉例說明，兩個天線增益平衡，那么不平衡度就為0；如果兩個天線增益相差為2 dB，那么不平衡度就為2 dB。研究天線增益平衡性對單雙流比例以及吞吐量的影響，測試中采用的方法是保持主集服務小區RSRP強度不變，并依次降低分集服務小區RSRP強度，降低范圍為[0, 12 dB]，干擾強度保持不變。詳細測試結果如表6、表7、表8、表9所示。

表6 SINR為(3, 9)的測試結果

表7 SINR為(6, 13)的測試結果

表8 SINR為(10, 16)的測試結果

表9 SINR為(15, 21)的測試結果

根據上表，可以看到如下現象：

（1）SINR 在 (3, 9)、(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)范圍的環境時，當輔路RSRP依次降低0 dB到12 dB，雙流比例逐漸減小，吞吐量也逐漸減小。

（2）SINR在(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)及以上環境，當輔路RSRP依次降低0 dB到12 dB，雙流比例也會逐漸減小，但依然存在一定雙流比例。

3 測試結論分析和終端設計建議

在所構建的模三干擾場景中，通過實驗發現：

（1）雙流比例高吞吐量不一定大，對于MCS自適應配置，當平均SINR等于12 dB時，固定雙流方案與單流方案相比，吞吐量基本相同，沒有增益效果；當平均SINR大于12 dB以上，固定雙流方案的吞吐量優于固定單流方案，具有一定增益。對終端的優化建議，在強干擾環境下，為獲得更大的吞吐量，可以根據環境SINR判斷啟動單流還是雙流。

（2）對于固定MCS配置，當固定MCS選階小于10時，平均SINR在5 dB到20 dB范圍內，啟用雙流的吞吐量均明顯大于單流，雙流具有明顯增益。但是當固定MCS的選階大于20時，啟用雙流的吞吐量在強干擾環境下，吞吐量不一定高于啟用單流方案，甚至較差。表現特別明顯的是MCS選階固定為20、25的場景，可以觀察到，啟用雙流的吞吐量遠遠小于啟用單流方案，這是因為此時雙流的BLER高于單流。對終端的優化建議，在強干擾環境下，為獲得更大吞吐量，終端可以根據MCS的配置選擇雙流比例。

（3）隨著天線增益均衡性變差，雙流比例逐漸減小，吞吐量也逐漸減小；為了在強場強干擾場景下獲得更好的吞吐量，盡可能把天線均衡性做好。

4 結束語

本文著眼于在同頻模三干擾場景提高終端手機的吞吐量，對于實網中模三干擾場景進行了信道建模與問題探究。理清了雙流相比單流對吞吐量起增益的條件，理清了固定單流、雙流時MCS選階對吞吐量的影響，以及理清主副天線增益不平衡對單雙流比例和吞吐量的影響，并給出了提高性能的判斷。研究結果對于強場強干擾場景下終端手機的設計優化有一定的指導意義。