一种LTE中基于TA的网络优化策略应用*

2016-07-05李丽智陈善芳邓漫龄

通信技术 2016年4期

关键词：网络优化

李丽智，岳　磊，陈善芳，邓漫龄

(中国移动通信集团广西有限公司，广西南宁 530022)

一种LTE中基于TA的网络优化策略应用*

李丽智，岳磊，陈善芳，邓漫龄

(中国移动通信集团广西有限公司，广西南宁 530022)

摘要：LTE现网中的参数配置均基于网络规划阶段的拓扑结构及仿真计算，导致部分参数的配置不适用于现网实际，进而影响网络服务质量。因此，结合实际工程项目，提出一种基于TA(Time Advanced，时间提前量)的网络优化策略，即根据在网用户接入时的TA统计调整小区半径，进而调整小区的Ncs(Number of cyclic shift，循环移位序列)配置；工程实践表明，调整后网络的无线接通率、切换成功率、掉线率等指标均有明显改善，验证了该策略的有效性和可行性。

关键词：LTE；TA；网络优化；循环移位序列

0引言

随机接入过程是UE(User Equipment，用户设备)在空闲模式或者连接模式下发起的用于建立UE和系统之间无线链路的过程，该过程实现UE与网络上行同步和上行资源分配[1]。涉及到物理层、MAC(Media Access Control，媒体访问控制)层、RRC(Radio Resource Control，无线资源控制)层等多个协议层。物理层定义了随机接入所使用的前导码Preamble、PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)信道资源、随机接入的各个消息时序关系；MAC层负责随机接入过程的触发和实施；RRC层参与切换等特定的随机接入过程。由此可见，随机接入是LTE终端接入网络中的必经环节，其接入信道的性能直接影响着整个LTE(Long Term Evolution，长期演进)通信系统的网络运行质量；而接入信道的性能又与Preamble格式、小区半径、前导序列、循环移位序列等参数密切相关。

1配置参数分析

1.1LTE的Preamble格式

物理随机接入前导包括一个长度为TCP的循环前缀和一个长度为TSEQ的序列部分，在TSEQ后预留有用于对抗多径干扰的保护间隔GT[2]。通常，较长的序列能获得较大的覆盖范围，但较大的覆盖范围需要较长的CP和GT来抵消相应的往返时延；即小区半径越大，传输时延越长，需要的GT越大。为适应不同的覆盖要求，3GPP TS36.211协议规定了5种格式的PRACH循环前缀长度、序列长度、以及GT长度，如表1所示。

表1　随机接入前导格式与TCP、TSEQ、GT的关系

1.2Preamble格式与小区半径的关系

Preamble格式和小区半径的约束关系为：小区内边缘用户的传输时延必须在GT内部，才能保证PRACH正常接收，且不干扰其他的子帧[3]。描述成表达式为：

TCP>TRTT+TDS，且TGT>TRTT

(1)

式中，TCP为循环前缀CP的长度，TRTT为最大往返时间，TDS为传输延迟，TGT为保护间隔。根据式(1)，可以得到各种Preamble格式下所支持的小区最大半径(考虑TDS)如表2所示。

表2　Preamble格式与CP、GT、TDS、小区半径的关系

结合表1和表2可知，LTE网络有5种Preamble格式，格式0～3中，ZC(Zadoff-Chu sequence)根序列有838个，ZC序列长度为839，Ncs(Number of cyclic shift)取值有16种；格式4中，ZC根序列都有138个，ZC序列长度为139，Ncs取值有7种。Preamble格式0持续1 ms，且支持的最大小区半径14.53 km，可满足网络覆盖的多数场景且占用上行资源少，目前LTE组网主要采用格式0。

1.3循环移位序列Ncs取值与小区半径的关系

Ncs的选取和小区半径、最大的时延扩展有关，满足以下关系：

NCS.Tpreamble_S>TRTD+TMD

(2)

式中，Tpreamble_s为ZC序列的抽样长度，对于Preamble格式0～3，Tpreamble_s=800/839(μs)；对于Preamble 格式4，Tpreamble_s=133/139(μs)。TMD为最大的时延扩展，仿真结果表明[1]，TMD取值一般为5 μs。TRTD为小区信号往返的最大时延，和小区半径r的关系为TRTD=6.67r(μs)，r取值单位为km。

对式(2)进行变换，即左右两边同时除以Tpreamble_s，则有：

NCS>1.04875·(6.67r+5)

(3)

NCS>1.0425·(6.67r+5)

(4)

式(3)适用于Preamble格式0～3，式(4)适用于Preamble格式4。由式(3)和式(4)不难看出，未知的参数只有小区半径r，因此只需知道r即可算出Ncs。

在式(3)中加入TAdSch(向前搜索的时间长度，由下行同步误差决定，下行同步误差最大约为2 μs[1])，公式进一步变为：

NCS>1.04875·(6.67r+5+2)

(5)

比如：如果eNodB(Evolved Node B，演进型Node B)配置的是低速小区，小区半径r=10 km，代入式(5)，则有：

NCS>1.04875·(6.67×10+5+2)=77.03

(6)

此时需要取Ncs configuration=11，即Ncs=93。Ncs configuration=10的时候，对应的Ncs是76[1]，不满足要求。

得出Ncs后，就可以通过式(7)和式(8)计算单小区产生64个Preamble需要的根序列索引数m。

(7)

式中，符号⎣」和「⎤分别表示向下取整和向上取整。经计算，小区半径、Ncs，单小区所需的根序列数量的对应关系表3所示。

表3　Ncs与根序列及小区半径关系

2现网项目工程实践

2.1工程项目背景

桂林市阳朔县、雁山区等区域LTE网络自2015年年初出现低接通、高掉线的情况，差小区比例较其他地市稍高，详情如表4所示。

表4　桂林阳朔县LTE差小区统计表

中国移动集团考核的LTE差小区定义为：无线接通率<95%且E-RAB建立请求次数>50的小区，定义为低接通小区；无线掉线率>5%且E-RAB的建立成功总次数>50的小区定义为高掉线小区。取一天中8:00～23:00，共15个时间点，每个时间点出现一次低接通或高掉线均计数一次，同时出现低接通、高掉线计数两次，汇总计数结果作为分子最差小区数，除以分母当日LTE小区总数累加和(LTE小区总数×15个小时)，得出最差小区比例。

2.2问题分析与定位

根据以往的网络优化经验，现网中小区半径配置不合理、弱覆盖或越区覆盖、上下行功率不平衡是引起低接通和高掉线的主要原因。弱覆盖使UE上行链路损耗过大，导致所发射的前导码无法被基站正确接收，进而导致解码失败，出现无随机接入响应的失败[4]；越区覆盖使得TA超过系统允许的阈值，同样导致接入失败。

对比相似用户规模和网络规模的南宁市LTE网络，桂林市在关键的无线参数的配置上没有发现明显差异，因此将问题初步定位在信号覆盖方面。为了确定小区的覆盖范围，对用户随机接入时TA所在区间进行统计，统计结果如表5所示。分析表5不难发现，问题小区85%的用户接入发生在1.4～2 km之间。

表5　桂林阳朔县问题小区用户TA分布情况

与此同时，分析表6所示的阳朔县宏站小区半径设置值的分布情况可知，小区半径设置为1 000 m的小区数1 974个，占比达97%。而由表5可知，85%的用户接入发生在1.4～2 km之间。因此可以断定，当用户在距离基站1 000 m外接入时，会出现随机接入失败问题，进而影响接通率与切换成功率；进而将问题定位在小区半径设置不合理。

表6　桂林阳朔县城LTE基站小区半径配置分布

2.3解决方案及工程验证

为了验证该问题，将小区半径配置值从1 000 m调整到4 000 m；同时，由表3可知，小区半径为4 km时，单小区为了生成64个preamble，需要的根序列为3个，因此将根序列从2个增加到3个。调整后再次测试，无线接通率从99.6%提升到99.8%，提升0.2个百分点；切换成功率从95.29%提升到99.55%，提升了4.26个百分点；掉线率从0.55%改善至0.18%，改善了0.37个百分点。详情如图1和图2所示。

图1　LTE小区半径配置调整前后接通切换指标对比

图2　LTE小区半径配置调整前后无线掉线率指标对比

3结语

小区半径的配置影响preamble的生成，设置较大使得小区所需的根序列增多而导致资源浪费；设置过小则会导致超过小区半径外的用户随机接入失败，因此需要合理规划小区半径。由于各个城市用户分布不同、地貌特征不同，用户接入的距离分布肯定会不一样，因此在具体的现网优化工作中，建议统计现网用户随机接入时TA所在区间，以确定该小区随机接入用户的最大小区半径，再根据NCS与根序列及小区半径关系确定每个小区需要的根序列个数，计算出小区半径合理配置值，实现对LTE网络的精细化优化。

参考文献：

[1]Andreas Binzenhofer, Kurt Tutschku, Bjorn Auf Dem Graben, Markus Fiedle and Patrik Arlos. Wireless Systems and Network Architectures in Next Generation Internet [M] TN929.53. Springer Berlin,Heidelberg,2006:198-210.

[2]刘毅,刘珂,孔建坤.基于大数据挖掘的LTE网络规划研究[J].通信技术,2015,48(02) :194-198.

LIU Yi, LIU Ke, KONG Jian-kun. TD-LTE Network Planning based on Big-Data Mining[J]. Communications Technology, 2015,48(02) :194-198.

[3]叶仁召. LTE网络上行共享信道功控参数优化研究[J].通信技术,2015,48(03):330-334.

YE Ren-zhao. Control Parameter Optimization of LTE Uplink Shared Channel[J]. Communications Technology, 2015, 48(03):330-334.

[4]吴松.LTE系统中PRACH信道覆盖性能分析[J].电信科学, 2010, 26(02):80-84.

WU Song. Coverage Performance Analysis about PRACH Channel of LTE. Telecommunications Science, 2010, 26(02):80-84.

Application of TA-based Network Optimizing Strategy in LTE

LI Li-zhi, YUE Lei, CHEN Shan-fang, DENG Man-ling

(Guangxi Company Limited,China Mobile Group,Nanning Guangxi 530022, China)

Abstract：The parameter configuration in LTE network are all based on the topology and simulation calculation of network planning stage,and this would usually result in that some parameters are not applicable to the real network and affects the network service quality. Therefore, in combination with the actual project, a network optimization strategy based on TA (Time Advanced) is proposed, which according to TA of the user access, calculates the cell radius and adjusts the NCS (Number of Cyclic Shift) of cell. Engineering practice indicates that with the application of optimization,network performances, including wireless call completing rate, handover success rate and radio drop rate could be markedly improved, and the effectiveness and feasibility of this strategy be incontrovertibly proved.

Key words：LTE；TA；network optimization；cyclic shift sequence

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.04.022

*收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-02-26Received date:2015-11-02；Revised date：2016-02-26

中图分类号：TN918

文献标志码：A

文章编号：1002-0802(2016)04-0496-04

作者简介：