基于迭代算法的TD-LTE无线网络重叠覆盖优化

文/张炎生 李力

1 引言

1.1 LTE的国内外研究现状

LTE（长期演进）是第四代通信标准，LTE标准化于2004年开始实施。LTE的技术本质是利用MIMO（多输入多输出，MIMO）技术和OFDM（正交频率分复用，正交频分复用）技术，其在数据传输，网络接入的性能进一步提高。截至2011年9月，已经存在FD-LTE（频分多址长期演进，具有208个LTE网络项目的LTE项目和37个基于长期演进频率分裂的商业发射LTE网络）。同年，中国移动与印度合作组织Bharti，日本软银等联合提议并拟定了TD-LTE技术协议，各国于GTITD-LTE提出发展举措和共计7项倡议，给出了建立TD-LTE全球发展计划的具体计划，此组织是中国领导之下的第一个电信领域的国际组织。GTI在部署和建设超过40个业务的三年后，已有73个合作伙伴和100个运营商陆续加入，到2014年，全球已有28个TD-商用LTE网络部署计划已启动。

我国4G牌照于2013年底正式发布，中国电信，中国移动，中国联通全部获得TDLTE牌照。具体来说，中国移动已获得包括E波段（2320至2370MHz），F波段（1880至1900MHz）和D波段（2575至2635MHz）三个频段的130MHz频段。根据中国移动宣布的计划，到2014年底，中国将完成100个城市的TD-LTE网络，计划建设20万个基站，到2015年底实现4G网络。目前，FD-LTE尚未在中国销售。由于LTE网络和多样化网络系统的部署以及无线环境，用户行为和网络结构的组合，LTE无线网络优化的重要性日益突出。由于TD-LTE网络使用相同的频率组网，因此使用频率规划方法不可能减少小区内的同信道干扰（不准确的关系），因此可能导致更严重的同频干扰存在性。为了满足TD-LTE用户的数据业务需求，提供良好的高速数据业务体验，在网络建设的早期阶段，必须高度重视TD-LTE无线网络的优化。

表1：测试点A在不同条件下的速率测试情况

1.2 LTE网络存在的问题

现阶段TD-LTE网络多使用相同频率组网，因此使用频率规划方法不可能减少小区内的同信道干扰问题，因此可能导致更严重的同频干扰存在性。为了解决这一问题提供了一个科学合理的优化方案设计，更深入探讨组网过程中重叠覆盖问题，建立TD-LTE无线网络的优化方案和技术以及有关无线网络规划和管理的方案。随着智能城市建设步伐的加快，TDLTE网络对于重叠覆盖干扰的分析和研究，在未来必然成为建设中最重要的基础设施之一。

2 重叠覆盖对TD-LTE网络性能的影响

2.1 重叠覆盖问题来源

在规划网络覆盖半径时，很难实现期望的六角形蜂窝网络结构，在网络的实际结构内，覆盖范围内信号变化起伏，因此在改变信号传播冲击，链路预算，深入室内环境覆盖预留余量时，网络中存在的重叠覆盖是无法避免的。此外，实际的网络高度和基站（如果面积覆盖率较高且从属站点）使得其在部署网络过程中必然会出现TD-LTE网络覆盖问题。

在规划网络覆盖半径时，很难实现期望的六角形蜂窝网络结构，在网络的实际结构内，覆盖范围内信号变化起伏，因此在改变信号传播冲击，链路预算，深入室内环境覆盖预留余量时，网络中存在的重叠覆盖是无法避免的。此外，实际的网络高度和基站（如果面积覆盖率较高且从属站点）使得其在部署网络过程中必然会出现TD-LTE网络覆盖问题。

在TD-LTE网络中，重叠覆盖主要包括区域间覆盖和导频污染，但主要原因是网络结构不合理。这里的网络结构是指基站选址，站点高度，站对站，天线方位角，下倾角等。有些重叠覆盖是由某些因素造成的，有些是受多种因素共同影响的。高站低洼：在密集的城区，站密集，站间距平均较小，站点较高，下倾角较低，覆盖区域重叠较多。天线性能异常：天线老化或故障导致天线旁瓣和后瓣严重信号泄漏，造成信号泄漏区域重叠覆盖。宏站覆盖客房，并且需要确保室内连续覆盖不可避免地导致道路上的过度重叠覆盖。

2.2 重叠覆盖对TD-LTE网络性能的影响

在TD-LTE系统中，服务小区的信号强度小于6dB的区域和包括服务小区在内的重叠的CRSRSRP信号强度超过1至110dBm，可以被定义为重叠的覆盖区域。重叠覆盖导致TDLTE网络严重的同频干扰，并且显着降低了用户在受影响地区的网络传输表现。与非重叠区域相比，重叠可接收区域的吞吐量损失高达70%或更高，并且随着重叠接收程度变得更深，由于相同频率干扰导致的性能损失进一步增大。下面通过实际案例说明同频干扰对TDLTE网络速率的影响。单元A站点被选作检查目标站点。A站周围的基站密集，无线电环境复杂。位置A的主要服务小区是具有-75dbm强度级别的小区，在相邻小区中有多个小区检测大于-90dbm。相邻小区逐渐被阻塞，见表1。比较测试结果，重叠覆盖对下行业务影响很大，对上行业务影响较小，重叠覆盖越严重，对下行速率影响越明显。可以看出，该区域最终用户的吞吐量性能被影响，网络规划指标无法实现。

图1：迭代算法的优化步骤

3 TD-LTE无线网络组网覆盖优化方案研究

3.1 覆盖优化原理与方案

解决覆盖空洞、弱覆盖、越区覆盖、导频污染(或弱覆盖和重叠覆盖)有如下六种手段(按优先级排)即：调整天线下倾角、调整天线方位角、调整RS的功率、升高或降低天线挂高、站点搬迁、新增站点或RRU。

3.2 重叠覆盖优化方法

根据优化经验，判断TD-LTE网络中某一点的重叠和覆盖的条件是：服务小区RSRP = -110dBm，服务小区RSRP与相邻的RSRP为6dBm以下为3以上。优化方法如下；

清理主要覆盖区域，简化切换关系；

调整下倾角，方位角和功率，使该区域的主要服务小区> -110dBm；

减少该地区其他社区的覆盖面；

如果污染严重，可考虑使用双通道RRU牵引单独提高区域覆盖范围，以便只有足够强大的导频出现在该区域。

4 基于迭代算法的重叠覆盖优化方案

迭代算法是通过分析扫频数据，基于提高主服务小区功率以及降低邻区功率，批量并迭代计算出各小区的功率调整值，从而降低高重叠覆盖占比。迭代算法的具体执行步骤如图1所示。

（1）优化人员首先对网络进行一次扫频测试，并根据基站数据库分别输出6dB以及10dB以内的路测采样点的两张邻区列表(简称邻区列表)，邻区列表中包含最强小区以及各个邻区的名称和RSRP(参考信号接收功率)。

（2）尝试通过提升服务小区的功率来改善重叠覆盖度，遵循以下原则：

重叠覆盖范围3至4的采样点，从6分贝邻居小区列表中过滤出来，并且发现更多小区作为服务小区。增加这些小区的功率使得服务小区的RSRP有所上升，从而改善了重叠覆盖。所以将其作为功率提升的候选小区。

在10dB邻居列表中，无论升压电池是处于服务区域还是邻近区域，如果负载测试采样点的重叠覆盖范围为0到2，则这些采样点的重叠覆盖范围不会受到干扰。

6dB邻居列表的重叠覆盖范围为0到2，但10dB邻居列表中的3个或更多采样点是功率提升的隐藏点。如果功率提升单元靠近这些点，且列表不是服务小区，则可以生成新的高重复覆盖点。

如果上行候选功率小区在6dB的邻区列表中拥有的重叠覆盖范围为3dB至4ppm的采样点的小区数量较多，且不可能是上述隐藏点的邻区，则功率提升岷县。相反，其可能忽略不计。

（3）通过减少小区功率来改善重叠覆盖，遵守以下原则来选择功率减少的社区。

6dB邻居列表中的3至4dB覆盖采样点处将使用更多邻区。

6dB邻居列表。对于重叠覆盖0到2个采样点，使用较少的服务小区。

（4）在确定了提升功率的候选单元之后，这些单元的提升功率的大小被临时设置为3dB，这可以通过相邻区域和主服务区域之间的差异来近似得到。

（5）优化单元小区在确定功率调整方法后，将每个小区的模拟RSRP重复到上述扫描数据，并通过模拟新的重叠覆盖来计算。

5 结束语

通过对TD-LTE网络的发展历程和背景描述，发现了重叠覆盖问题的来源主要是受高站低下倾角、天线性能异常以及室内连续覆盖所引起的，对TD-LTE网络性能造成了严重的影响，尤其对下行业务影响最为严重。基于迭代算法的重叠覆盖优化方案极大地改善了网格内的重叠覆盖情况，网格的KPI也得到了同步的提升。RSRP、SINR等主要测试指标有了较为明显的提升，意味着优化方案效果良好，达到了优化的目的，很好的解决了TD-LTE网络重叠覆盖的问题。