自动小区规划在LTE小区射频控制中的应用

程敏　石俊

【摘 要】为解决网络建设中面临的难题，高效地完成高质量的设计方案，分析了小区射频控制对LTE系统性能的影响，介绍了网络规划软件中自动小区规划的技术原理，并结合实际案例验证了自动小区规划对于LTE网络规划参数优化和系统性能提升的作用。

【关键词】自动小区规划 LTE 射频控制

中图分类号：TN806 文献标识码：B 文章编号：1006-1010（2014）-03-0030-03

1 引言

随着我国LTE牌照的发放，各大运营商都已开始投入规模试验网的建设。网络建设的大规模、高速度和LTE技术本身对于网络结果要求的严格性成为摆在网络规划设计单位面前的一个难题，只有借助先进的规划设计工具，才能高效地完成高质量的设计方案。

本文将分析网络结构和小区射频控制对LTE系统性能的影响，介绍规划软件中自动小区规划（ACP，Automatic Cell Planning）的原理，并结合具体案例验证ACP在LTE网络规划设计中的作用。

2 小区射频控制对LTE系统性能的重要

性分析

LTE采用了OFDM、MIMO、AMC等关键技术，使得系统的峰值速率和频谱效率大大提升。然而，由于LTE系统没有3G系统的扩频增益和软切换增益，采用同频组网时，每个小区内的用户都会受到来自其他小区使用相同载频资源的用户的同频干扰。同频干扰会导致SINR的恶化，导致系统只能牺牲容量、选择较低的MCS等级以保证通信的可靠性。因此相邻小区之间的同频干扰对LTE系统性能尤其是小区边缘的性能有非常重要的影响，网络结构合理性对于LTE网络来说尤为重要。而网络的重叠覆盖度可直接反映网络结构合理性。过度的重叠覆盖会给LTE网络带来严重的同频干扰，极大降低影响区域的用户性能。TD-LTE规模试验网中抽样统计结果表明，重叠覆盖区域相对于未重叠覆盖的区域有70%以上的性能损失，并且随着重叠覆盖程度的加深，性能损失会进一步加大。因此对于一个满足基本覆盖要求的LTE商用网络，要提升系统性能，关键要是要严格控制小区间重叠覆盖，降低邻小区干扰。

另外，在LTE网络建设时，考虑到建设成本、建站周期和建设难度等方面的因素，各大运营商普遍采用基于现有2G/3G网络共站甚至共天馈建设LTE的方式，以实现LTE网络的快速低成本部署。

由于LTE网络的定位和覆盖目标以及覆盖能力相对于2G/3G网络存在很大差异，尤其是前期的2G/3G网络规划建设中对于网络结构的合理性重视不够，导致实际网络中可能存在大量的重叠覆盖区域。因此在LTE网络规划设计时必须要能分析判断出不适合作为LTE站址的2G/3G站址，另选合适的位置建设LTE基站；此外，对于最终选定的LTE站址，还要结合无线环境和覆盖目标要求对小区的射频参数进行优化调整，实现合理射频控制以提升系统性能。这对网络规划设计方案的合理性提出了更高的要求。

文献[1]从站距、站高、下倾角等角度对TD-LTE网络最佳网络结果进行了研究，得出不同场景下规划参数的设置原则。然而由于不同地区的无线环境复杂多变，覆盖目标要求也存在差异，一套经验值无法适应各种实际环境。而天馈系统作为直接实现无线信号收发的装置，其电气参数（增益、波瓣角、工作频段等参数）以及工程参数（方向角、下倾角等）的设计对于相应小区的实际有效覆盖范围会产生直接重要影响，因此合理的天馈系统设计是实现小区射频控制的重要手段。

以往的网络规划设计中通常是基于工程师的经验和现场勘察情况进行方案设计，此种方式效率低下，且具有很强的主观性和片面性，往往不能保证整体方案的最优化。而现在可以借助规划工具软件的自动小区规划功能，结合规划区域的三维电子地图更为高效、精确地实现小区的功率、天线等参数的全局动态优化调整，大大有助于提高设计方案质量。

3 自动小区规划技术原理

某院引进的Atoll网络规划仿真软件具有ACP模块，可以基于特定的代价函数对影响网络性能的规划参数进行优化调整，以最低的代价实现系统性能的提升。

ACP模块可通过网络参数（主要是功率和天线参数，如RS信号发射功率、天线类型、方位角、下倾角、高度，以及备用站址等）的自动调整，实现LTE系统的参考信号覆盖场强和SINR的优化。

其运算过程就是基于成本函数的迭代优化过程，每次迭代相当于一个网络参数的修改，并计算相应配置下的成本函数，直到达到优化目标或者最大迭代次数。

ACP中的成本函数定义如下：

Ctot（x）=A×fCOV_INDICATOR（COVCOV_INDICATOR（x））+B×

fQUAL_INDICATOR（COVQUAL_INDICATOR（x））

其中：

x：为测试的网络参数配置；

COVCOV_INDICATOR（x）：网络配置x时的指定门限上的覆盖百分比，对于LTE系统，就是RSRP达到指定门限的比例；

COVQUAL_INDICATOR（x）：网络配置x时的指定门限上的质量覆盖百分比，对于LTE系统，就是RS CINR达到指定门限的比例；

fCOV_INDICATOR、fQUAL_INDICATOR：代表覆盖指标成本的函数；

A和B：覆盖和质量成本的权重。

注意，当目标覆盖的百分比满足时，

fCOV_INDICATOR（COVCOV_INDICATOR（x））=0。

4 自动小区规划应用案例

本节以某地市的LTE网络规划方案为例，说明ACP对于小区设计参数优化的作用。

原规划方案是和现有3G基站1：1共站进行LTE基站建设，且LTE基站采用和现有3G站点相同的方向角、下倾角等参数。endprint

ACP的关键设置如下：

（1）优化目标

RS覆盖：覆盖门限>-105dBm，目标区域覆盖概率90%；

RS CINR：门限>-3dB，目标覆盖概率100%；

覆盖和质量目标权重相同，均取为1。

（2）优化调整参数项

选择对天线类型、电下倾、方向角、下倾角进行调整。

运行ACP之后的结果如表1所示：

表1 优化调整参数后的结果

LTE RS覆盖目标

（>90.0%） LTE RS CINR目标（最大）

初始达标比例/% 75.21 88.41

最终达标比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可见，优化后RS覆盖达标的比例增加了近15%，达到了预定的覆盖目标；RS CINR达标的比例也提升了9.1%，网络的性能得到显著的提升。

参数优化调整情况统计结果为：总计调整电下倾23处，方向角21处，机械下倾38处。

优化前后RS覆盖和质量仿真结果对比如图1和图2所示。通过对比可知在系统站距可满足基本覆盖要求时，通过优化调整天线、功率等参数可有效控制基站扇区的覆盖范围，使得系统整体的覆盖和质量性能得到显著提升。如果LTE网络建设时天馈采取独立新增的方式，在方案制定时运用ACP进行参数优化，那么这类优化调整实际上是不会为运营商增加任何成本的，并且可以大大降低后续的网络优化调整工作量。即使是在现有网络的基础上进行优化调整，由于ACP可以做到全局的参数优化，也可大大降低天线及功率参数的调整工作量和改造成本。以往人工优化调整一个基站的参数需要调整一次，然后测试一遍，不满足预期还要继续调整，往往至少要花上半天的时间；而运用软件的ACP功能，可在几分钟的时间内完成对成百上千站点的参数优化，两者的效率有着天壤之别。

并且根据文献[2]所述，厂家在日本T1某区域应用ACP进行参数优化并实施之后，中高端SINR明显提升，下载速率提升了50%。可见ACP对于系统参数优化、网络性能提升具有很大的帮助作用。

5 小结

随着LTE牌照的发放，在中国移动的引领之下，我国的LTE网络规划建设的大潮已经到来。中国移动2013年招标建设超过20万个TD-LTE基站，实现100个城市的LTE网络覆盖，2014年还将招标20万个TD-LTE基站。要在如此短的时间内完成如此大规模的规划建设，不借助先进的规划设计工具是很难保证方案的质量和建成后的网络效果的。而借助ACP工具，则可以很好地解决这一矛盾，高效实现规划设计参数的优化调整；并且，ACP还可实现多个网络的联合优化调整。可以预计，在通信网络越来越复杂多样的今天，类似的先进的网络规划设计工作的作用和地位必将越来越重要。

参考文献：

[1] 张炎炎，张新程，孟繁丽，等. TD-LTE理想网络结构研究[J]. 移动通信， 2013（17）.

[2] 袁海军，邹广玲. 中兴通信系列优化工具实现LTE最优网络结构——构筑SINR性能基石[N]. 通信产业报， 2013-07-29.

[3] 广州杰赛科技股份有限公司. LTE网络规划设计手册[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重叠覆盖及解决方案分析[J]. 移动通信， 2013（21）.★endprint

ACP的关键设置如下：

（1）优化目标

RS覆盖：覆盖门限>-105dBm，目标区域覆盖概率90%；

RS CINR：门限>-3dB，目标覆盖概率100%；

覆盖和质量目标权重相同，均取为1。

（2）优化调整参数项

选择对天线类型、电下倾、方向角、下倾角进行调整。

运行ACP之后的结果如表1所示：

表1 优化调整参数后的结果

LTE RS覆盖目标

（>90.0%） LTE RS CINR目标（最大）

初始达标比例/% 75.21 88.41

最终达标比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可见，优化后RS覆盖达标的比例增加了近15%，达到了预定的覆盖目标；RS CINR达标的比例也提升了9.1%，网络的性能得到显著的提升。

参数优化调整情况统计结果为：总计调整电下倾23处，方向角21处，机械下倾38处。

优化前后RS覆盖和质量仿真结果对比如图1和图2所示。通过对比可知在系统站距可满足基本覆盖要求时，通过优化调整天线、功率等参数可有效控制基站扇区的覆盖范围，使得系统整体的覆盖和质量性能得到显著提升。如果LTE网络建设时天馈采取独立新增的方式，在方案制定时运用ACP进行参数优化，那么这类优化调整实际上是不会为运营商增加任何成本的，并且可以大大降低后续的网络优化调整工作量。即使是在现有网络的基础上进行优化调整，由于ACP可以做到全局的参数优化，也可大大降低天线及功率参数的调整工作量和改造成本。以往人工优化调整一个基站的参数需要调整一次，然后测试一遍，不满足预期还要继续调整，往往至少要花上半天的时间；而运用软件的ACP功能，可在几分钟的时间内完成对成百上千站点的参数优化，两者的效率有着天壤之别。

并且根据文献[2]所述，厂家在日本T1某区域应用ACP进行参数优化并实施之后，中高端SINR明显提升，下载速率提升了50%。可见ACP对于系统参数优化、网络性能提升具有很大的帮助作用。

5 小结

随着LTE牌照的发放，在中国移动的引领之下，我国的LTE网络规划建设的大潮已经到来。中国移动2013年招标建设超过20万个TD-LTE基站，实现100个城市的LTE网络覆盖，2014年还将招标20万个TD-LTE基站。要在如此短的时间内完成如此大规模的规划建设，不借助先进的规划设计工具是很难保证方案的质量和建成后的网络效果的。而借助ACP工具，则可以很好地解决这一矛盾，高效实现规划设计参数的优化调整；并且，ACP还可实现多个网络的联合优化调整。可以预计，在通信网络越来越复杂多样的今天，类似的先进的网络规划设计工作的作用和地位必将越来越重要。

参考文献：

[1] 张炎炎，张新程，孟繁丽，等. TD-LTE理想网络结构研究[J]. 移动通信， 2013（17）.

[2] 袁海军，邹广玲. 中兴通信系列优化工具实现LTE最优网络结构——构筑SINR性能基石[N]. 通信产业报， 2013-07-29.

[3] 广州杰赛科技股份有限公司. LTE网络规划设计手册[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重叠覆盖及解决方案分析[J]. 移动通信， 2013（21）.★endprint

ACP的关键设置如下：

（1）优化目标

RS覆盖：覆盖门限>-105dBm，目标区域覆盖概率90%；

RS CINR：门限>-3dB，目标覆盖概率100%；

覆盖和质量目标权重相同，均取为1。

（2）优化调整参数项

选择对天线类型、电下倾、方向角、下倾角进行调整。

运行ACP之后的结果如表1所示：

表1 优化调整参数后的结果

LTE RS覆盖目标

（>90.0%） LTE RS CINR目标（最大）

初始达标比例/% 75.21 88.41

最终达标比例/% 90.03 97.51

增加比例/% 14.82 9.1

可见，优化后RS覆盖达标的比例增加了近15%，达到了预定的覆盖目标；RS CINR达标的比例也提升了9.1%，网络的性能得到显著的提升。

参数优化调整情况统计结果为：总计调整电下倾23处，方向角21处，机械下倾38处。

优化前后RS覆盖和质量仿真结果对比如图1和图2所示。通过对比可知在系统站距可满足基本覆盖要求时，通过优化调整天线、功率等参数可有效控制基站扇区的覆盖范围，使得系统整体的覆盖和质量性能得到显著提升。如果LTE网络建设时天馈采取独立新增的方式，在方案制定时运用ACP进行参数优化，那么这类优化调整实际上是不会为运营商增加任何成本的，并且可以大大降低后续的网络优化调整工作量。即使是在现有网络的基础上进行优化调整，由于ACP可以做到全局的参数优化，也可大大降低天线及功率参数的调整工作量和改造成本。以往人工优化调整一个基站的参数需要调整一次，然后测试一遍，不满足预期还要继续调整，往往至少要花上半天的时间；而运用软件的ACP功能，可在几分钟的时间内完成对成百上千站点的参数优化，两者的效率有着天壤之别。

并且根据文献[2]所述，厂家在日本T1某区域应用ACP进行参数优化并实施之后，中高端SINR明显提升，下载速率提升了50%。可见ACP对于系统参数优化、网络性能提升具有很大的帮助作用。

5 小结

随着LTE牌照的发放，在中国移动的引领之下，我国的LTE网络规划建设的大潮已经到来。中国移动2013年招标建设超过20万个TD-LTE基站，实现100个城市的LTE网络覆盖，2014年还将招标20万个TD-LTE基站。要在如此短的时间内完成如此大规模的规划建设，不借助先进的规划设计工具是很难保证方案的质量和建成后的网络效果的。而借助ACP工具，则可以很好地解决这一矛盾，高效实现规划设计参数的优化调整；并且，ACP还可实现多个网络的联合优化调整。可以预计，在通信网络越来越复杂多样的今天，类似的先进的网络规划设计工作的作用和地位必将越来越重要。

参考文献：

[1] 张炎炎，张新程，孟繁丽，等. TD-LTE理想网络结构研究[J]. 移动通信， 2013（17）.

[2] 袁海军，邹广玲. 中兴通信系列优化工具实现LTE最优网络结构——构筑SINR性能基石[N]. 通信产业报， 2013-07-29.

[3] 广州杰赛科技股份有限公司. LTE网络规划设计手册[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.

[4] Forsk. Atoll 3.2.0 User Manual Radio[Z].

[5] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重叠覆盖及解决方案分析[J]. 移动通信， 2013（21）.★endprint