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TD-LTE網(wǎng)絡優(yōu)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(guī)模試驗網(wǎng)外場測試，分析TD-LTE網(wǎng)絡優(yōu)化的特點，對PCI優(yōu)化、網(wǎng)絡結構指數(shù)優(yōu)化、干擾優(yōu)化、容量優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化進行了闡述，提出了優(yōu)化方法和建議。

關鍵詞TD-LTE；網(wǎng)絡優(yōu)化；關鍵問題

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

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

1　TD-LTE網(wǎng)絡優(yōu)化的特點

TD-LTE采用了完全不同于3G的OFDM技術，網(wǎng)絡優(yōu)化表現(xiàn)出了與以往技術制式不同的特性。

（1）TD-LTE采用同頻組網(wǎng)，小區(qū)間的干擾不可避免。系統(tǒng)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(shù)的優(yōu)化也將是優(yōu)化工作的難點。另外從大規(guī)模網(wǎng)絡建設的情況看，系統(tǒng)間的干擾不可忽視，F(xiàn)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(shù)據(jù)業(yè)務的吞吐率[1]。

（3）從問題為導向的優(yōu)化方式到以業(yè)務為目標的優(yōu)化方式轉變。以往的優(yōu)化主要是解決覆蓋、干擾、切換等協(xié)議底層的問題；而TD-LTE支持大量不同QoS的PS業(yè)務，LTE優(yōu)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(yōu)化思路上進行重大轉變。

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

TD-LTE優(yōu)化的總體原則是最佳的系統(tǒng)覆蓋、合理的鄰區(qū)優(yōu)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(wǎng)絡優(yōu)化中涉及到的一些關鍵問題的優(yōu)化方法。

2　PCI優(yōu)化

PCI（Physical Cell Identifier）是物理小區(qū)標識，TD-LTE通過PCI來區(qū)分同頻小區(qū)。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(qū)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(qū)ID是有關系的，所以需對相鄰小區(qū)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(shù)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(shù)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(shù)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(wǎng)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(qū)域新的干擾的產生，PCI優(yōu)化應該著眼全局和系統(tǒng)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(qū)的重疊覆蓋和優(yōu)化鄰區(qū)關系來解決。

目前已經(jīng)開發(fā)出了基于空口數(shù)據(jù)的PCI自動優(yōu)化工具，依據(jù)服務小區(qū)和鄰區(qū)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(wǎng)最小干擾值的PCI配置。3GPP R9的SON技術也支持系統(tǒng)側進行PCI的自動配置。

3　網(wǎng)絡結構指數(shù)優(yōu)化

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

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

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

重疊覆蓋系數(shù)：被鄰小區(qū)干擾的采樣點數(shù)和與服務小區(qū)總采樣點數(shù)的比例。

重疊覆蓋系數(shù)

圖1　TD-LTE mod 3干擾圖

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

干擾系數(shù)：a作為鄰區(qū)對所有服務小區(qū)干擾程度。

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

重疊覆蓋系數(shù)與50%加擾吞吐率具有強相關性。

網(wǎng)絡結構指數(shù)優(yōu)化方法如圖2所示。

利用路測數(shù)據(jù)計算各小區(qū)重疊覆蓋系數(shù)，分析定位高重疊覆蓋系數(shù)小區(qū)（區(qū)域），排序高主動干擾系數(shù)小區(qū)，根據(jù)現(xiàn)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(yōu)化后SINR小于0dB的百分比減少4.02%。

4　干擾優(yōu)化

干擾是任何一個移動通信系統(tǒng)無法避免的，干擾直接影響網(wǎng)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(yōu)化工作的重中之重。

4.1 系統(tǒng)內干擾

TD-LTE的組網(wǎng)包括同頻和異頻兩種方式，規(guī)模試驗網(wǎng)采用同頻組網(wǎng)。對于同頻組網(wǎng)，系統(tǒng)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(tǒng)內干擾（如表1所示）主要是小區(qū)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(xié)調。干擾隨機化和干擾消除是被動的干擾抑制技術，對網(wǎng)絡的載干比并無影響。干擾協(xié)調是主動的控制干擾技術，干擾協(xié)調通過分配正交的資源或控制干擾的功率來實現(xiàn)[5]。

下行ICIC，通過相鄰小區(qū)間協(xié)調空口資源（功率和時頻資源）降低小區(qū)間干擾。不同廠商實現(xiàn)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(fā)射功率，降低中心用戶發(fā)射功率。

ICIC對小區(qū)吞吐量無增益，可提升小區(qū)邊緣用戶性能約60%，小區(qū)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(qū)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(yōu)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(guī)的天饋系統(tǒng)調整也可以解決小區(qū)間的干擾問題，比如控制重疊覆蓋、PCI調整等。

干擾系數(shù)

圖2　優(yōu)化前后SINR對比圖

表1　TD-LTE系統(tǒng)內干擾情況表

4.2 系統(tǒng)間干擾

TD-LTE將與其他系統(tǒng)長期共存，因此系統(tǒng)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(wǎng)發(fā)現(xiàn)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(qū)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(qū)考慮使用D頻段。另外工程上嚴格按照設計要求的系統(tǒng)間空間隔離進行施工。

在某地區(qū)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(qū)，受擾小區(qū)占52.3%；DCS退出該頻段后，只有3%小區(qū)存在間歇性干擾。

5　容量優(yōu)化

由于TD-LTE采用多用戶共享PDSCH信道進行業(yè)務承載，因此容量分析和優(yōu)化更加復雜。TD-LTE容量受多個方面的因素影響，首先是系統(tǒng)配置、天線傳輸模式、資源調度、小區(qū)間干擾協(xié)調算法等；另外TDLTE是完全動態(tài)的系統(tǒng)，實際網(wǎng)絡整體的信道環(huán)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(shù)和系統(tǒng)吞吐量兩部分，其中接入用戶數(shù)包含同時調度用戶數(shù)和同時在線用戶，系統(tǒng)吞吐量包括小區(qū)平均吞吐量和邊緣吞吐量。

TD-LTE調度用戶數(shù)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)帶寬、CP類型、PCFICH指示的PDCCH占用符號數(shù)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(shù)和系統(tǒng)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(yōu)化工作。

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

因此在容量優(yōu)化時需因地制宜，采取有針對性的優(yōu)化措施，綜合提升系統(tǒng)容量指標。

圖3　邊緣速率與小區(qū)承載用戶關系曲線圖

6　參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化一直是精細化網(wǎng)絡優(yōu)化的一個重要內容。TD-LTE優(yōu)化主要涉及的參數(shù)包括小區(qū)選擇重選參數(shù)、切換參數(shù)、功率控制參數(shù)和定時器參數(shù)等。

參數(shù)優(yōu)化需結合路測數(shù)據(jù)和OMC數(shù)據(jù)分析后方可微調，全網(wǎng)的參數(shù)調整應慎重。

案例：切換失敗—切換參數(shù)設置問題。

溫州街小區(qū)4向金箔東路小區(qū)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(jīng)RL Failure，導致切換失敗。

降低A3配置中的“事件觸發(fā)持續(xù)時間”為512 ms、“A3事件觸發(fā)偏移值”為2 dB，使切換帶向小區(qū)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(shù)后，小區(qū)4與小區(qū)9間雙向切換成功。問題解決。

7　結束語

在TD-LTE時代，網(wǎng)絡優(yōu)化凸顯重要性，同時網(wǎng)絡優(yōu)化面臨新挑戰(zhàn)。一方面TD-LTE的物理層的特性使得優(yōu)化的思路、方法需要更新和完善，機械的優(yōu)化行為已不適用動態(tài)的TD-LTE網(wǎng)絡要求。同時網(wǎng)絡規(guī)劃設計和優(yōu)化的界面越來越模糊，網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡基礎配置對網(wǎng)絡質量起到關鍵的作用，網(wǎng)絡優(yōu)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(guī)模試驗網(wǎng)網(wǎng)絡優(yōu)化指導手冊[Z].

[3]中國移動TD-LTE擴大規(guī)模試驗網(wǎng)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(tǒng)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