TD-LTE网络优化关键问题的研究



TD-LTE网络优化关键问题的研究

李宝磊, 周俊，任晓华

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

摘 要结合中国移动扩大规模试验网外场测试，分析TD-LTE网络优化的特点，对PCI优化、网络结构指数优化、干扰优化、容量优化和参数优化进行了阐述，提出了优化方法和建议。

关键词TD-LTE；网络优化；关键问题

随着TD-LTE外场测试和网络建设的顺利进行，一张覆盖全国的TD-LTE网络正在紧锣密鼓的规划和建设中。如何保障规划的4G网络达到预期的建设目标，树立中国移动TD-LTE精品网络的竞争优势，网络优化工作将起到至关重要的作用。

网络的规划设计和优化相辅相承。在4G网络的建设初期和设计阶段就引入网络优化的理念和思路，建设一个网络结构最佳、基站布局最合理、参数设置最优、网络质量最好的4G网络，树立以始为终的TD-LTE建网理念。

1　TD-LTE网络优化的特点

TD-LTE采用了完全不同于3G的OFDM技术，网络优化表现出了与以往技术制式不同的特性。

（1）TD-LTE采用同频组网，小区间的干扰不可避免。系统采用了ICIC、FSS等技术进行干扰的抑制和消除，干扰抑制算法参数的优化也将是优化工作的难点。另外从大规模网络建设的情况看，系统间的干扰不可忽视，F频段受到DCS高端频点的杂散干扰、小灵通的杂散和阻塞干扰，D频段受到MMDS、WiMAX的同频干扰。

（2）无线资源管理算法更为复杂。TD-LTE增加了X2接口，并且采用了MIMO等关键技术，天线模式、子帧调度、PRB分配、PI帙等直接影响用户使用数据业务的吞吐率[1]。

（3）从问题为导向的优化方式到以业务为目标的优化方式转变。以往的优化主要是解决覆盖、干扰、切换等协议底层的问题；而TD-LTE支持大量不同QoS的PS业务，LTE优化要从端到端和用户感知这两个角度去解决问题，需要在优化思路上进行重大转变。

（4）多系统共存、融合组网将成为必然。2G/3G系统与TD-LTE的互操作是面临的新课题。在业务发展的成熟时期，要考虑系统间负载均衡，提高网络的资源利用率。

TD-LTE优化的总体原则是最佳的系统覆盖、合理的邻区优化、最小的内部和外部干扰、均匀合理的基站负荷。下面介绍TD-LTE网络优化中涉及到的一些关键问题的优化方法。

2　PCI优化

PCI（Physical Cell Identifier）是物理小区标识，TD-LTE通过PCI来区分同频小区。PCI由主同步序列PSS和辅同步序列SSS组合生成。

PCI直接决定了小区同步序列，同时物理信道PDSCH的加扰序列的产生、专属参考信号的频域位置都与物理小区ID是有关系的，所以需对相邻小区的PCI合理配置以避免干扰。

PCI配置时需注意以下几点[2]：

* PCI mod 3的余数不能相同，即

mod(PCI1,3)≠mod(PCI2,3)

PCI mod 3值相同的话，那么就会造成PSS的干扰，严重影响下行同步的性能。

* PCI mod 6的余数不能相同，即

mod(PCI1,6)≠mod(PCI2,6)

在时域位置固定的情况下，下行参考信号在频域有6个freq shift。如果PCI mod 6值相同，会造成下行RS的相互干扰。

* PCI mod 30的余数不能相同，即

mod(PCI1,30)≠mod(PCI2,30)

在PUSCH信道中携带了DMRS和SRS的信息，他们是由30组基本的ZC序列构成，如果PCI mod 30值相同，那么会造成上行DMRS和SRS的相互干扰。

从蜂窝结构看，TD-LTE的mod 3干扰不可避免。试验网实际上也的确存在较多的mod 3干扰(如图1所示)。

测试表明[3]： mod 3冲突会造成切换成功率下降约2%，在空扰情况下CRS SINR下降6～13dB，边缘用户下行吞吐量下降4～18%，加扰情况下CRS SINR下降0.5～2dB，边缘用户下行吞吐量下降2～8%。

对于mod 3干扰，一般通过调整PCI解决。但需注意避免局部的PCI调整，以免引起其他区域新的干扰的产生，PCI优化应该着眼全局和系统的调整和改善。通过调整PCI无法解决的，则需要通过控制相邻小区的重叠覆盖和优化邻区关系来解决。

目前已经开发出了基于空口数据的PCI自动优化工具，依据服务小区和邻区之间场强关系，构建干扰矩阵，通过遗传算法进行迭代运算，找到全网最小干扰值的PCI配置。3GPP R9的SON技术也支持系统侧进行PCI的自动配置。

3　网络结构指数优化

网络结构是对无线网络的基本元素和特征进行分类总结。网络结构反映了无线网络的站址布局、天馈参数设置、信号的重叠覆盖、内部干扰等基本情况。

网络结构的好坏对网络质量起到了决定性的作用。TD-LTE属同频组网，对重叠覆盖的容忍度更低，TD-LTE每增加一个强邻区，性能下降20%～40%。

TD-LTE网络结构通过结构指数来表征。 “重叠覆盖系数”评估覆盖重叠度，“干扰系数”定位高干扰小区。

重叠覆盖系数：被邻小区干扰的采样点数和与服务小区总采样点数的比例。

重叠覆盖系数

图1　TD-LTE mod 3干扰图

其中X(a,i)表示邻小区i与服务小区a的电平相差10 dB的采样点数， Xa表示a小区的总采样点数；

干扰系数：a作为邻区对所有服务小区干扰程度。

其中P(j,a)表示j小区的受到a小区干扰的采样点数，Pj表示J小区的总采样点数。

重叠覆盖系数与50%加扰吞吐率具有强相关性。

网络结构指数优化方法如图2所示。

利用路测数据计算各小区重叠覆盖系数，分析定位高重叠覆盖系数小区（区域），排序高主动干扰系数小区，根据现场情况采用取消站点、变更站址（如高站）、加大下倾进行调整。

对某城市的50站点进行扫频，排查出9个高干扰站点，其中有4个站点不适合通过TD-SCDMA升级需要新选站点，对其他5个站点进行相应的天馈调整。优化后SINR小于0dB的百分比减少4.02%。

4　干扰优化

干扰是任何一个移动通信系统无法避免的，干扰直接影响网络质量和用户体验。对于TD-LTE来讲干扰更是一个棘手的问题，也必将是优化工作的重中之重。

4.1 系统内干扰

TD-LTE的组网包括同频和异频两种方式，规模试验网采用同频组网。对于同频组网，系统频谱效率高，但是各子信道之间的正交性的要求更严格，否则会导致干扰[4]。

TD-LTE的系统内干扰（如表1所示）主要是小区间的干扰。干扰解决主要采用干扰抑制技术，包括干扰随机化、干扰消除和干扰协调。干扰随机化和干扰消除是被动的干扰抑制技术，对网络的载干比并无影响。干扰协调是主动的控制干扰技术，干扰协调通过分配正交的资源或控制干扰的功率来实现[5]。

下行ICIC，通过相邻小区间协调空口资源（功率和时频资源）降低小区间干扰。不同厂商实现方式不一样，部分厂家采用软频率复用SFR方式，即提高边缘用户发射功率，降低中心用户发射功率。

ICIC对小区吞吐量无增益，可提升小区边缘用户性能约60%，小区中心用户吞吐量下降约10%。

频率选择性调度FSS，基站将用户调度到SINR较高的频域资源上。FSS对差点用户增益取决于调度算法。采用公平算法，差点得到调度机会多，增益稍高（15%左右）；采用质量调度算法，小区吞吐量提升，但差点增益会小（2%左右）。

另外还可采用室外同频优化算法IRC。接收端多天线接收时，利用各天线干扰信号的时空相关性，通过对接收信号进行加权，降低用户间干扰。

当然常规的天馈系统调整也可以解决小区间的干扰问题，比如控制重叠覆盖、PCI调整等。

干扰系数

图2　优化前后SINR对比图

表1　TD-LTE系统内干扰情况表

4.2 系统间干扰

TD-LTE将与其他系统长期共存，因此系统间干扰也必须慎重考虑。

F频段是TD-LTE室外覆盖重点。F频段存在DCS、PHS信号产生的阻塞干扰，DCS、PHS产生的带外杂散干扰、DCS多个信号产生互调干扰、GSM900产生谐波/互调干扰。目前试验网发现较大的干扰原因在于DCS使用高端频率和F频段TD-SCDMA/TDLTE设备抗阻塞能力不足造成。

目前的解决方案包括：干扰区域内DCS适当退频；新F频段设备按照新阻塞要求；F频段老设备软件升级支持AGC等功能；干扰特别严重且其它措施难以实施的小区考虑使用D频段。另外工程上严格按照设计要求的系统间空间隔离进行施工。

在某地区进行退频测试，当DCS退频到1830 M以下时，干扰基本消失。DCS退出1850-1872.6 M前共156个TD-LTE小区，受扰小区占52.3%；DCS退出该频段后，只有3%小区存在间歇性干扰。

5　容量优化

由于TD-LTE采用多用户共享PDSCH信道进行业务承载，因此容量分析和优化更加复杂。TD-LTE容量受多个方面的因素影响，首先是系统配置、天线传输模式、资源调度、小区间干扰协调算法等；另外TDLTE是完全动态的系统，实际网络整体的信道环境和链路质量，对容量也有着至关重要的影响。

TD-LTE的容量指标主要包括接入用户数和系统吞吐量两部分，其中接入用户数包含同时调度用户数和同时在线用户，系统吞吐量包括小区平均吞吐量和边缘吞吐量。

TD-LTE调度用户数取决于上下行控制信道的容量。PRACH信道容量取决于每帧中配置的PRACH信道数量、上下行子帧和特殊子帧配比、产品处理能力；PUCCH容量取决于CQI、SRI和ACK/NACK信道容量；SRS容量受限于系统带宽、特殊子帧配比、产品基带处理能力；PHICH和PDCCH取决于下行系统带宽、CP类型、PCFICH指示的PDCCH占用符号数等。

影响吞吐量因素包括PDSCH配置、时隙配比、干扰、MIMO、调度算法等。

从上面分析可以看出，调度用户数和系统吞吐量是互相制约的，需要综合考虑才能做好TD-LTE的容量优化工作。

外场测试结果表明，边缘速率与单小区可承载用户数存在确定性关系。边缘速率要求越高，单小区可承载用户数越少（如图3所示）。150 kbit/s时可承载用户数为120以上，500 kbit/s时可承载用户数下降至20 ～40。小区吞吐量在承载用户数较少时随用户数增加略有提升，在承载用户数较多时随用户数增加基本保持不变。相同承载用户数下，100%加扰相对50%加扰，小区吞吐量平均下降8.3%～20%。

因此在容量优化时需因地制宜，采取有针对性的优化措施，综合提升系统容量指标。

图3　边缘速率与小区承载用户关系曲线图

6　参数优化

参数优化一直是精细化网络优化的一个重要内容。TD-LTE优化主要涉及的参数包括小区选择重选参数、切换参数、功率控制参数和定时器参数等。

参数优化需结合路测数据和OMC数据分析后方可微调，全网的参数调整应慎重。

案例：切换失败—切换参数设置问题。

温州街小区4向金箔东路小区9切换失败（如图4所示），但反向可以切换成功。

4向9移动右转拐弯后是切换带，终端上报测量报告，此处存在快衰落，基站收不到测量报告或还没来得及完成切换，终端已经RL Failure，导致切换失败。

降低A3配置中的“事件触发持续时间”为512 ms、“A3事件触发偏移值”为2 dB，使切换带向小区4的方向移动，当终端在路上刚转弯即开始上报测量报告和切换。

调整参数后，小区4与小区9间双向切换成功。问题解决。

7　结束语

在TD-LTE时代，网络优化凸显重要性，同时网络优化面临新挑战。一方面TD-LTE的物理层的特性使得优化的思路、方法需要更新和完善，机械的优化行为已不适用动态的TD-LTE网络要求。同时网络规划设计和优化的界面越来越模糊，网络结构和网络基础配置对网络质量起到关键的作用，网络优化将贯穿TDLTE整个生命周期。

参考文献

[1]3GPP TS 36.331 Radio Resource Control Protocol Specification (Release 11)[S].

[2]中国移动扩大规模试验网网络优化指导手册[Z].

[3]中国移动TD-LTE扩大规模试验网外场测试报告[Z].

[4]沈嘉, 索世强, 全海洋, 等. 3GPP长期演进（LTE）技术原理和系统设计[M]. 北京:人民邮电出版社,2009.

[5]3GPP R1-051160-2008 Further discussion on Inter-Cell Interference Mitigation through Lim-ited Coordination. TSG RAN WG1 Meeting #54bis[S].

图4　切换失败案例

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

文章编号1008-5599（2015）01-0057-05

文献标识码A

中图分类号TN929.5