合肥LTE重叠覆盖问题研究
2014-07-18另大兵
摘要：随着移动互联网、物联网、云计算、大数据快速发展，急需速度更快、信号更稳定，成本最低廉的高速信息公路，而LTE技术作为全球最为成熟、已被全球主流运营商认可的高速无线通信技术。在国内各大运营商4G牌照发放前夕，都在进行大规模进行实验网的建设，该文针对城市LTE大规模建设中最影响下载速度的重叠覆盖问题进行研究，重点从站间距、站直高度、下倾角等影响因素进行实证研究，从而即将到来的LTE大规模建设提供指导规划建议。
关键词：重叠覆盖；站间距；站址高度；下倾角
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-2937-06
Abstract：With the rapid development of mobile Internet， Internet of Things， cloud computing and big data， the information superhighway characterized by faster speed， more stable signals and lower cost is in urgent need. LTE has been widely recognized by global leading operators as the most mature high-speed wireless communication technology in the world. All major domestic operators are busy in building their experimental networks on a large scale before 4G licenses are started to be granted. This paper conducts an empirical study on the overlapping coverage problem in the large-scale construction of LTE in cities which has the greatest impact on download speed， mainly focusing on station spacing， site elevation， downtilt and other influencing factors. At last， it brings forward directions and suggestions on the upcoming large-scale construction of LTE.
Key words： overlapping coverage； station spacing；site elevation； downtilt
1 合肥LTE重叠覆盖问题研究
1.1 重叠覆盖问题研究目的
基于合肥D频段LTE网络研究重叠覆盖对下行速率的影响、研究现网重叠覆盖现状、研究降低重叠覆盖的方法。首先，通过统计每个采样点邻区数量（强度较主小区在-6DB以内），研究D频段组网下重叠覆盖度与下载速率的关系。其次，研究合肥现网重叠覆盖度情况，生成现网重叠覆盖渲染图，直观呈现合肥LTE网络重叠覆盖情况。再次，分析总结造成重叠覆盖度高的原因，指导后期LTE网络规划。最后，对合肥重叠覆盖度较差的典型区域进行下倾角调整、功率调整、站高调整（可选）等优化，比对优化效果。
本文旨在评测重叠覆盖度对LTE网络性能的影响、分析造成LTE重叠覆盖度高的原因，指导后期LTE网络规划与建设。
1.2重叠覆盖度分析
重叠覆盖指的是在某一位置，同时有多个电平相近的小区覆盖，重叠覆盖度与无线环境、基站密度、天线参数密切相关，考虑到无线环境为不可控因素，在LTE网络规划建设过程中，我们推断：可控的影响重叠覆盖度的主要因素有：站间距、站址高度、下倾角。
1.2.1 站间距
现网LTE站点利用蜂窝型方式组网，主要覆盖密集城区，存在密集高层建筑，对无线信号辐射产生严重影响，根据无线环境情况实际站间距设置在150-300M。导致邻区增多，造成重叠覆盖区域增多。
1.2.2站址高度
基站过高，小区覆盖范围过大，会引起越区覆盖，将导致越区覆盖区域小区数的增加。站高对覆盖影响最大，也最难整治，因此在规划时根据以终为始，控制好初始站高，避免网络不断建设后出现过多高站。
1.2.3下倾角
下倾角过大，导致本身该覆盖的区域减小，使得小区边缘覆盖能力减弱，影响网络下载速率、RSRP、SINR等性能；下倾角过小，导致越区覆盖，增加其他区域的覆盖信号，并且导致其他区域的邻区个数增加。
我们定义站间距为可能造成重叠覆盖度高的因素1，站址高度为可能造成重叠覆盖高的因素2，下倾角为可能造成重叠覆盖度高的因素3。
1.3 现网重叠覆盖度评估
1.3.1 现网重叠覆盖度
针对合肥LTE试验网，我们定义UE在业务状态下检测到3个及以上邻区且第一邻区和主服务小区电平差异在6db以内的区域为重叠覆盖区。根据试验网拉网数据统计UE小区占用情况，该课题研究前合肥LTE试验网重叠覆盖度现状：
取5月4日全网DT数据，全网采样点8730个，其中重叠覆盖区域即超过3（含3）个邻区采样点2552个，占比29.23%，接近三分之一，重叠覆盖度高，下行吞吐量仅为19.93mbps，具体统计如下表：
下图可有明显的看出：随着重叠覆盖度的提升，LTE网络下行吞吐量逐渐降低：
[邻区数＼&采样点数＼&下行吞吐量mbps＼&比例＼&0＼&181＼&28.43 ＼&2.07%＼&1＼&2378＼&24.85 ＼&27.24%＼&2＼&3619＼&19.07 ＼&41.45%＼&3＼&1920＼&15.04 ＼&21.99%＼&4＼&525＼&12.85 ＼&6.01%＼&5＼&97＼&12.74 ＼&1.11%＼&6＼&10＼&10.65 ＼&0.11%＼&]
1.3.2重叠覆盖度渲染图
图1 重叠覆盖渲染图
上图可以看出：合肥重叠覆盖严重区域主要在长江路、红星路、宿州路、北含山路等基站密集城区。
1.3.3重叠覆盖TOP区域分析
1）TOP区域
下图表为合肥12个重叠覆盖度严重的TOP区域：渲染图红色区域表征重叠覆盖，红色越深、面积越大则重叠覆盖度越高：
[
2）统计分析
（1）合肥密集城区LTE试验网平均站间距约为340M，若站间距低于300米则认为站间距过小；
（2） 合肥LTE试验网站高平均为29米，若基站高度大于35米则定义为高站；
统计合肥12个重叠覆盖TOP区域，针对上文推断的造成“重叠覆盖度高”的因素1、因素2、因素3综合分析：
若站间距小于300米，即站间距小，则因素1成立；
若存在高站，则因素2成立；
若存在下倾角不可调整，则因素3成立。
[序号＼&TOP重叠覆盖区域＼&因素1＼&因素2＼&因素3＼&因素成立数量＼&站间距＼&高站数＼&下倾角不可调整站数＼&1＼&长江路与飞凤街交口 ＼&205＼&1＼&1＼&3＼&2＼&银城大厦附近 ＼&215＼&0＼&1＼&2＼&3＼&招商大厦附近＼&190＼&1＼&1＼&3＼&4＼&宿州路和寿春路交口＼&210＼&1＼&2＼&3＼&5＼&宿州路与长江路交口＼&250＼&0＼&2＼&2＼&6＼&红星路与宿州路交口＼&240＼&1＼&2＼&3＼&7＼&长江路如家快捷酒店＼&190＼&0＼&1＼&2＼&8＼&长江大厦附近＼&215＼&1＼&2＼&3＼&9＼&北含山路＼&250＼&2＼&0＼&2＼&10＼&益民街与舒城路交口＼&210＼&3＼&0＼&2＼&11＼&庐江路与舒城路交口＼&290＼&3＼&0＼&2＼&12＼&红星路省政府后门＼&280＼&3＼&2＼&3＼&]
上表可以看出，合肥现网12个重叠覆盖度TOP区域，均至少满足课题之初提出的因素1、因素2、因素3中的两个。
综述所述，课题之初对造成重叠覆盖度高的3个因素的推断完全正确。
1.4 效果评估
1.4.1 重叠覆盖度对比
对比专题优化前全网DT数据与优化后全网DT数据，从重叠覆盖采样点占比方面分析：优化前大于等于3个邻区数的采样点数有2552个，占全网29.23%。优化后大于3个邻区数的采样点数为1523个，占全网24.18%，下降5个百分点，具体数据表如下：
[邻区数＼&优化前采样点数＼&优化后采样点数＼&优化前占比＼&优化后占比＼&0＼&181＼&696＼&2.07%＼&11.05%＼&1＼&2378＼&2017＼&27.24%＼&32.03%＼&2＼&3619＼&2062＼&41.45%＼&32.74%＼&3＼&1920＼&1156＼&21.99%＼&18.36%＼&4＼&525＼&321＼&6.01%＼&5.10%＼&5＼&97＼&41＼&1.11%＼&0.65%＼&6＼&10＼&5＼&0.11%＼&0.08%＼&总计＼&8730＼&6298＼&100.00%＼&100.00%＼&]
通过优化前后渲染图可以直观反映网络中重叠覆盖变化情况：可以直观地看到优化后重叠覆盖TOP区域有所减少，重叠覆盖严重区域明显下降，如下图红圈标记区域：
1.4.2 优化后速率对比
重叠覆盖度降低最直观的表现是LTE网络性能的提升，即下行吞吐量的提升：
优化前PDCP层平均下载速率19.93mbps，重叠覆盖专题优化后提升到41.41mbps：PDCP层平均下载速率提升21.48mbps，提升效果明显。
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&Average＼&19930.50kbit/s＼&41412.69kbit/s＼&Maximum＼&62080.00kbit/s＼&106488.00kbit/s＼&]
重叠覆盖专题优化前后各区间采样点速率分布统计如下：
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&优化前占比＼&优化后占比＼&[0，500）＼&246＼&93＼&2.83%＼&1.49%＼&[500，5000）＼&371＼&64＼&4.27%＼&1.02%＼&[5000，10000）＼&856＼&180＼&9.84%＼&2.88%＼&[10000，15000）＼&1491＼&319＼&17.15%＼&5.11%＼&[15000，20000）＼&1668＼&488＼&19.18%＼&7.81%＼&[20000，25000）＼&1434＼&541＼&16.49%＼&8.66%＼&[25000，30000）＼&1135＼&625＼&13.05%＼&10.00%＼&[30000，40000）＼&1226＼&994＼&14.10%＼&15.91%＼&[40000，100000）＼&269＼&2944＼&3.09%＼&47.12%＼&Sum Total＼&8696＼&6248＼&100.00%＼&100.00%＼&]
2 研究结论
通过半年重叠覆盖专题优化工作，合肥LTE试验网重叠覆盖度显著降低，网络性能有所提升，初步表明本专题实施的降低重叠覆盖度的思路和方案基本有效，但鉴于网络规模小，仍需进一步验证、完善与研究。
1） 重叠覆盖度对LTE网络性能有较大的影响，随着重叠覆盖的小区数目的增加，LTE网络吞吐量下降显著；
2） 造成重叠覆盖度原因有：站间距、站址高度、下倾角，这些因素在LTE网络建成后难以调整，特别是站址高度、站间距，在后期LTE网络规划建设时，建议站高不超过35米，站间距不要低于300米；
3） 在后期LTE网络规划时，建议不使用或减少使用各类美化天线，非使用不可使，要确保天线下倾角可控、易调整。
参考文献：
[1] 林雁.LTE无线通信系统若干关键技术研究[D]. 北京：北京邮电大学，2011.
[2] 裴皎.TD-SCDMA系统干扰及解决方案[J].电信技术，2010（12）.
通过优化前后渲染图可以直观反映网络中重叠覆盖变化情况：可以直观地看到优化后重叠覆盖TOP区域有所减少，重叠覆盖严重区域明显下降，如下图红圈标记区域：
1.4.2 优化后速率对比
重叠覆盖度降低最直观的表现是LTE网络性能的提升，即下行吞吐量的提升：
优化前PDCP层平均下载速率19.93mbps，重叠覆盖专题优化后提升到41.41mbps：PDCP层平均下载速率提升21.48mbps，提升效果明显。
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&Average＼&19930.50kbit/s＼&41412.69kbit/s＼&Maximum＼&62080.00kbit/s＼&106488.00kbit/s＼&]
重叠覆盖专题优化前后各区间采样点速率分布统计如下：
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&优化前占比＼&优化后占比＼&[0，500）＼&246＼&93＼&2.83%＼&1.49%＼&[500，5000）＼&371＼&64＼&4.27%＼&1.02%＼&[5000，10000）＼&856＼&180＼&9.84%＼&2.88%＼&[10000，15000）＼&1491＼&319＼&17.15%＼&5.11%＼&[15000，20000）＼&1668＼&488＼&19.18%＼&7.81%＼&[20000，25000）＼&1434＼&541＼&16.49%＼&8.66%＼&[25000，30000）＼&1135＼&625＼&13.05%＼&10.00%＼&[30000，40000）＼&1226＼&994＼&14.10%＼&15.91%＼&[40000，100000）＼&269＼&2944＼&3.09%＼&47.12%＼&Sum Total＼&8696＼&6248＼&100.00%＼&100.00%＼&]
2 研究结论
通过半年重叠覆盖专题优化工作，合肥LTE试验网重叠覆盖度显著降低，网络性能有所提升，初步表明本专题实施的降低重叠覆盖度的思路和方案基本有效，但鉴于网络规模小，仍需进一步验证、完善与研究。
1） 重叠覆盖度对LTE网络性能有较大的影响，随着重叠覆盖的小区数目的增加，LTE网络吞吐量下降显著；
2） 造成重叠覆盖度原因有：站间距、站址高度、下倾角，这些因素在LTE网络建成后难以调整，特别是站址高度、站间距，在后期LTE网络规划建设时，建议站高不超过35米，站间距不要低于300米；
3） 在后期LTE网络规划时，建议不使用或减少使用各类美化天线，非使用不可使，要确保天线下倾角可控、易调整。
参考文献：
[1] 林雁.LTE无线通信系统若干关键技术研究[D]. 北京：北京邮电大学，2011.
[2] 裴皎.TD-SCDMA系统干扰及解决方案[J].电信技术，2010（12）.
通过优化前后渲染图可以直观反映网络中重叠覆盖变化情况：可以直观地看到优化后重叠覆盖TOP区域有所减少，重叠覆盖严重区域明显下降，如下图红圈标记区域：
1.4.2 优化后速率对比
重叠覆盖度降低最直观的表现是LTE网络性能的提升，即下行吞吐量的提升：
优化前PDCP层平均下载速率19.93mbps，重叠覆盖专题优化后提升到41.41mbps：PDCP层平均下载速率提升21.48mbps，提升效果明显。
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&Average＼&19930.50kbit/s＼&41412.69kbit/s＼&Maximum＼&62080.00kbit/s＼&106488.00kbit/s＼&]
重叠覆盖专题优化前后各区间采样点速率分布统计如下：
[Element＼&PDCP Throughput DL优化前＼&PDCP Throughput DL优化后＼&优化前占比＼&优化后占比＼&[0，500）＼&246＼&93＼&2.83%＼&1.49%＼&[500，5000）＼&371＼&64＼&4.27%＼&1.02%＼&[5000，10000）＼&856＼&180＼&9.84%＼&2.88%＼&[10000，15000）＼&1491＼&319＼&17.15%＼&5.11%＼&[15000，20000）＼&1668＼&488＼&19.18%＼&7.81%＼&[20000，25000）＼&1434＼&541＼&16.49%＼&8.66%＼&[25000，30000）＼&1135＼&625＼&13.05%＼&10.00%＼&[30000，40000）＼&1226＼&994＼&14.10%＼&15.91%＼&[40000，100000）＼&269＼&2944＼&3.09%＼&47.12%＼&Sum Total＼&8696＼&6248＼&100.00%＼&100.00%＼&]
2 研究结论
通过半年重叠覆盖专题优化工作，合肥LTE试验网重叠覆盖度显著降低，网络性能有所提升，初步表明本专题实施的降低重叠覆盖度的思路和方案基本有效，但鉴于网络规模小，仍需进一步验证、完善与研究。
1） 重叠覆盖度对LTE网络性能有较大的影响，随着重叠覆盖的小区数目的增加，LTE网络吞吐量下降显著；
2） 造成重叠覆盖度原因有：站间距、站址高度、下倾角，这些因素在LTE网络建成后难以调整，特别是站址高度、站间距，在后期LTE网络规划建设时，建议站高不超过35米，站间距不要低于300米；
3） 在后期LTE网络规划时，建议不使用或减少使用各类美化天线，非使用不可使，要确保天线下倾角可控、易调整。
参考文献：
[1] 林雁.LTE无线通信系统若干关键技术研究[D]. 北京：北京邮电大学，2011.
[2] 裴皎.TD-SCDMA系统干扰及解决方案[J].电信技术，2010（12）.
