一种基于因子加权算法的PCI 模三干扰智能优化方法研究及应用*

2020-07-19刘洁，葛俊

通信技术 2020年7期

刘洁，葛俊

（1.湖南工程学院计算机与通信学院，湖南湘潭 411104；2.中国移动通信集团湖南有限公司湘潭分公司，湖南湘潭 411100）

0 引言

我国通信行业的长期演进（Long Term Evolution，LTE）网络始于2004 年3GPP 的多伦多会议。LTE 技术改进并增强了3G 的空中接入技术，采用OFDM 和MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准，在20 MHz 频谱带宽下能够提供下行326 Mb/s 与上行86 Mb/s 的峰值速率，改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量，降低了系统延迟，包括FDD-LTE（通常简称LTE）和TD-LTE两种技术标准。

为高效利用无线频谱资源，LTE 网络主要为同频组网。通过对基站的物理小区规划分配物理小区识别号（Physical-layerCellIdentity，PCI）来减少相互之间的干扰。PCI 指的是物理小区ID，作用相当于CDMA 网络扰码的概念，用来区分小区。因为目前LTE 组网是同频组网，所以区分小区必须是不同的PCI 来区分[1]。PCI 共有504 个，从0～503 进行编号。编号的定义为PCI=3×GroupID(SSS)+SectorID(PSS)。其中：SSS 是辅同步信号，共168 组，从0～167 编号；PSS 是主同步信号，共3 个，即0、1、2。通过公式正好得到504 个PCI[2]。反过来，PCI/3即是mod3（模3）的来源。mod3 干扰就是PCI 除3 之后的余数相同的概念即PSS 信号相同导致的干扰[3]。在移动通信中，手机首先解析主同步序列，解析到主同步序列后再解析辅同步序列。因为主同步序列较少，所以在现网解析中容易出现干扰，而干扰的出现表现为PCI 每间隔3 个符号出现一次，所以习惯称之为模3 干扰。

根据对各大运营商LTE 网络规模的调查，LTE网络站点已基本达到90%以上的信号覆盖率，特别是城区，站点更为密集，平均站距在200～250 m。密集的站点带来的好处是提高了网络信号的深度覆盖，缺点是PCI 模三干扰带来的负增益。因此，除了控制基站物理小区的信号覆盖区域外，还需要结合网络的用户分布情况合理规划PCI，减少网络内的模三干扰，改善LTE物理小区覆盖边缘的用户感知。

1 现有PCI 模三干扰方法

1.1 采集路测数据分析PCI 干扰

通信运营商对于LTE 网络中的PCI 干扰检查和分析，最常规的方法是通过路测采集道路信号覆盖情况或进行定点测试采集室内信号覆盖情况，人工分析测试数据，并对存在同模（同模即PCI MOD 3 后余数相同）的相邻小区进行基站天线覆盖调整或PCI 调整。

目前，常用的路测采集软件主要有鼎利公司开发的Pilot Navigator 和ATU File Player、惠杰朗公司的CDS 及爱立信公司的TEMS 等。路测软件除了进行数据采集外，也可用于数据回放和分析。通常对于PCI 同模的分析主要是通过回放路测数据、人工观测服务小区和邻区电平信息窗口中PCI 模三相同小区的RSRP（参考信号电平）差值在9 dB 以内来判断是否存在模三干扰。测试软件会直接将不同的模组PCI 标记为不同颜色，便于人员分析，但是否存在模三干扰需要人工进行查询。

图1 为ATU File Player 软件界面，在Neighbour Cell Info 窗口中会将每个采样点的服务小区和相邻小区的频点、PCI 以及RSRP 等信息显示出来。其中，排在第一行的为服务小区，排在第二行的为第一相邻小区，PCI 除3 后余数相同即为同模，RSRP差值在9 dB 以内，判断为模三干扰。

图1 ATU File Player 软件界面

1.2 站点分布图分析PCI 干扰

国内通信行业中常用的LTE 网络站点分布图优化工具有Nastar、AIRCOM 及ATOLL 等，还有各种基于Mapinfo 的插件工具如SeeSite、W-Planning 等。这些工具都具有PCI 模三计算、邻区显示等功能。其中，以MAPINFO 中的插件工具举例。在软件中可以根据小区数据中模三的值对小区进行专题图渲染，同模的小区显示为同一颜色，然后由人工进行检查，确认PCI 同模的小区是否存在小区覆盖方向对打的情况。如图2 所示，每个扇形表示为一个基站物理小区，扇形的方向为信号覆盖方向，图中两个相邻的站点的S1和S2两个小区PCI 模三相同且存在对打情况，即判断为存在模三干扰。

图2 模三干扰

2 基于因子加权算法的PCI 模三干扰智能优化方法

以小区点对点切换次数占比作为基础的参考数据，根据每个LTE 基站的经纬度、方位角信息计算出相邻关系权重系数、物理小区方位关联权重系数和同频同模相关系数作为加权判断因子。利用3 个判断因子与切换次数系数的乘积（即加权过程）进行加权计算和分析，然后对每个主小区中所有邻区计算切换占比加权后的值相加得到主小区的模三干扰程度值，根据模三干扰程度值判断每个小区的模三干扰的程度。最终，对每个小区的PCI 模三干扰程度进行判断和计算最佳的模三值，从而达到自动化优化PCI 干扰的目标。算法流程如图3 所示。

2.1 小区切换次数占比值作为基准值

在LTE 网络中，每个物理主小区需要在网管中定义n个相邻切换小区。主小区下由于移动终端在移动过程中信号的衰减，需要占用信号更好的相邻小区。每发生一次切换网管会进行次数累加，切换次数越多，说明该邻小区与主小区的切换边界用户越多，且存在重叠覆盖区域[4]。

图3 算法流程

主小区下邻区切换次数占比越大，说明该邻区对主小区的影响程度越大。当该邻区与主小区同频同模时，则在这两个小区的切换边界区域存在较大的干扰，影响边界区域的用户上网速率和网络接入性能，因此将主小区下每个邻区的切换次数作为基准值。但是，由于每个主小区下用户的数量存在较大的差别，要判断每个主小区的模三干扰程度则必须采用同一数量级才有性能对比意义。因此，将主小区与所有邻区切换次数转换为该主小区下与所有邻区切换次数的占比，这样主小区下所有邻区的切换次数占比总和为1，每个主小区的数量级相同具有可对比意义。这里主小区a 下n个相邻小区的切换次数为Cm(1 ≤m≤n)，主小区a 中邻区m的切换次数占比为Hwi=cm/(c1+c2+c3+…+cn)。

2.2 站点相邻关系权重系数算法及参数定界

根据LTE 站点经纬度数据，以目标站点为中心点对相邻站点在LTE 网管参数中定义的所有相邻站点列表进行遍历计算，根据目标站点与相邻站点的夹角范围和站距，通过夹角和站距判断在一定的夹角范围内是否为距离目标站点最近的相邻站点。如图4 所示，S1为目标站点，经纬度为X1和Y1，相邻站点中有S2和S3，S2的经纬度为X2和Y2，S3的经纬度为X3和Y3。根据经纬度数据计算出S1到S2、S3的距离和方位夹角，再把到S2和S3的夹角求差得到∠A。如果∠A 小于相邻关系角度判断因子z，则对距离进行判断，距离近的站点S2为相邻关系并赋予该站点权重系数为相邻系数a1，距离远的S3站点为不相邻关系并赋予该站点权重系数为相邻系数a2。

图4 站点相邻关系权重系数算法

权重系数的取值定界直接决定了相邻关系在切换权重中的加权比例，所以需要对权重系数Awi进行定界。算法中相邻关系角度判断因子z的大小直接决定了相邻关系判断的正确性，设置太大有可能把实际相邻站点的关系定义为不相邻，设置太小则可能将太多不相邻的站点定义为相邻。因此，它是算法中需要进行研究和定界的一个关键参数。对实验网全网所有站点选取距离最近的TOP10 站点，计算10 个站点与主站点之间的连线夹角，获取每个站点与点对点夹角的最小值，然后进行全网平均确定z的取值，z的最佳判断值为20°。权重系数中a1为相邻关系权重系数取值为1，a2为不相邻站点的权重系数。由于站点不相邻则，相对于PCI 干扰来看干扰程度更小，需要弱化该邻区的权重，因此取值为0.5。

2.3 物理小区方位关联权重系数算法及参数定界

由于每个物理小区的覆盖为定向覆盖，信号主覆盖范围夹角在30°～90°，因此考虑到每个物理小区的覆盖定向性，先暂不考虑站点相邻的关系，需要对目标小区和相邻小区的覆盖方向（通信术语为方位角，后简称方位角）进行判断。如果小区的覆盖方向上并在覆盖夹角范围内存在交集，则判断为方位相关；否则，为方位不相关[5]。

算法中同样需要计算目标站与相邻站之间的方向角，再查看相邻站每个小区的方位角在30°～90°夹角范围内是否朝向目标站，而目标站也同样判断对每个小区的方位角在30°～90°的夹角范围内是否朝向相邻站。目标小区与相邻小区同时满足上述两个条件，则定义为方位关联。因此，根据小区方位关联与否赋予权重系数Cwi为b1和b2。b1为关联权重，取值为b1=1；b2为不关联权重，取值为b2=0.5。方位关联权重取值定界关系到在切换权重中的加权比例。

以图5 为例判断小区覆盖存在交集的算法。站点S1下3 个物理小区C1、C2、C3，相邻站点S2下的3 个物理小区C4、C5、C6。假设所有小区的覆盖夹角范围都为120°，其中C1的方位角为60°，则根据S1到S2的方向角是否满足大于（60°-120°）/2 或小于（60°+120°）/2，判断出S2在C1的覆盖范围内，同时C4的方位角为300°。根据S2到S1的方位角是否满足大于（300°-120°）/2 或（300°+120°）/2，判断S1也在C4的覆盖范围内。因此，结合以上对两个小区的相互判断，得到结论C1和C4存在覆盖交集。