基于模三干扰分析的终端优化设计

谢宁宁

（维沃移动通信有限公司，广东 东莞 523861）

0 引言

随着手机终端在各种场景（比如游戏、短视频、网购）的广泛应用，用户对数据业务的需求越来越高。降低时延、提高用户数据传输速率、提高系统容量和覆盖范围以及降低运营成本是LTE和NR系统设计的主要目标和需求。用户对网络性能和终端性能的直接感知体现就是数据业务速率[1]，为用户提供高速率的数据业务体验是终端手机的重要设计目标。

在LTE同频组网中，采用2×2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output） 传 输，PCI（Physical Cell Identifier）模三相等意味着参考信号分布位置和时间完全一致，当模三小区间信号差异较小时，会使终端下行信道估计的SINR降低，吞吐量下降，对用户的接入、切换、数据业务造成较大的影响[2]。

文献[3]对模三干扰进行了原理分析和特征总结，归纳出了基站端的解决和规避方法，并没有对终端侧进行分析。文献[4]对LTE mod3干扰问题进行分析，通过修改PCI优化了网络性能，并未提及终端测的优化和规避措施。而现实中存在这些模三干扰主要是由运营商布网不合理造成的，终端厂家去推进运营商改善有一定成效，但是暂时还没有全部推进改善完毕。终端设计时如何优化将是本文研究的重点。

为了系统地、精准地探究模三干扰场景下影响终端吞吐量的关键因素，本文采用了比较新颖、精准的研究方式VDT+OTA（Virtual Driving Test+Over The Air）[5]。选用 VDT可以在重塑外场环境的基础上，通过单一变量法，分别研究SINR、MCS选阶、天线增益平衡性等因素对吞吐量的影响。

1 基于VDT的测试方案

1.1 环境搭建

LTE基站1是服务小区，配置TM8（Transmission Mode 8）传输模式单双流自适应。由于TM8采用波束赋形，因此在RRU（Remote Radio Unit）8路输出口需分别连接至耦合盘进行相位校准，连接方法是RRU端口0，……，端口8分别连接耦合盘8路输入，同时输入和输出端一一对应，依次连接至信道模拟器的8路输入，此外RRU校准口连接至耦合盘的校准口。LTE基站2和基站3是同频干扰源，配置基站模拟加扰功能。测试系统框图如图1所示：

图1 测试系统框图

对于模三干扰系统的吞吐量验证，我们应用的是ITU国际电联所定义的IMT-A UMa NLOS信道模型[6]，具体参数如表1所示：

表1 IMT-A NLOS Urban macro-cell信道模型参数

1.2 VDT环境与外场相似度验证

本文以现网下LTE B38模三干扰环境为基础进行探究，利用扫频仪信息（如表2所示）获取到此场景存在的三个模三干扰小区37900<343>，37900<109>，37900<124>。

表2 模三干扰小区列表

利用外场扫频仪数据在VDT进行复现，构建三小区模三干扰TM8模拟场景，通过对比VDT环境参数及影响吞吐量参数（如表3所示）保证外场相似度，确认实验室环境有效性。实验室与外场参数对比如表4所示。

表3 参数注释

表4 双流比实验室与外场对比

如表5所示，终端B双流比A高19%，但是在吞吐量上表现相当。按照常规的理解起双流比例越高越好，双流比例越高应该吞吐量越高。

表5 强场模三干扰环境下两台终端测试数据对比

为进一步理清各参数配置对吞吐量的影响，本文分别研究了SINR、MCS选阶、天线增益不平衡等因素对吞吐量的影响。主要探索了以下几个问题：

（1）双流是否一定带来吞吐量增益，以及什么条件下双流对单流具有增益效果。

（2）主副天线增益不平衡对MCS、单双流比例、以及吞吐量会产生什么样的影响。

2 吞吐量性能损失分析

根据香农定理，信道容量公式为[7]：

2.1 固定单流、固定双流时吞吐量随平均SINR变化

为了对比固定双流、固定单流两种基站配置下的吞吐量与SINR的关系，测试中采用保持服务小区功率不变，同时整体降低干扰小区功率的方式，来改善同频模三干扰环境。干扰小区降低调整步长为4 dB，调整范围是[0,20 dB]。从图2可以看出：

图2 固定单流、双流吞吐量随平均SINR变化

（1）当平均SINR等于12 dB时，固定双流方案与固定单流方案相比，吞吐量基本相同。

（2）当平均SINR大于12 dB时，固定双流方案的吞吐量高于固定单流方案。

（3）当平均SINR小于12 dB时，固定双流方案的吞吐量略低于固定单流方案，可以理解双流没有增益。

2.2 相同SNR，不同MCS选阶下双流或单流对吞吐量的影响

根据图3、图4，可以得到如下几个结论：

图3 SNR=15，吞吐量随MCS选阶的变化

图4 SNR=10，吞吐量随MCS选阶的变化

（1）当SINR=10和15 dB时，在固定MCS选阶小于10时，启用双流的吞吐量均明显大于单流，双流具有明显增益。

（2）当SINR=10和15 dB时，在固定MCS的选阶大于等于20时，启用双流的吞吐量在强干扰环境下，吞吐量低于启用单流方案。启用双流的吞吐量远远小于启用单流方案，这是因为MCS选阶到达20及以上的高阶后，固定双流对MCS选阶要求的SINR更高，因为较低的SINR会使得BLER增加，最终吞吐量低。

2.3 天线增益平衡性对双流比例以及吞吐量的影响

天线增益的平衡性用不平衡度来衡量，举例说明，两个天线增益平衡，那么不平衡度就为0；如果两个天线增益相差为2 dB，那么不平衡度就为2 dB。研究天线增益平衡性对单双流比例以及吞吐量的影响，测试中采用的方法是保持主集服务小区RSRP强度不变，并依次降低分集服务小区RSRP强度，降低范围为[0, 12 dB]，干扰强度保持不变。详细测试结果如表6、表7、表8、表9所示。

表6 SINR为(3, 9)的测试结果

表7 SINR为(6, 13)的测试结果

表8 SINR为(10, 16)的测试结果

表9 SINR为(15, 21)的测试结果

根据上表，可以看到如下现象：

（1）SINR 在 (3, 9)、(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)范围的环境时，当辅路RSRP依次降低0 dB到12 dB，双流比例逐渐减小，吞吐量也逐渐减小。

（2）SINR在(6, 13)、(10, 16)、(15, 21)及以上环境，当辅路RSRP依次降低0 dB到12 dB，双流比例也会逐渐减小，但依然存在一定双流比例。

3 测试结论分析和终端设计建议

在所构建的模三干扰场景中，通过实验发现：

（1）双流比例高吞吐量不一定大，对于MCS自适应配置，当平均SINR等于12 dB时，固定双流方案与单流方案相比，吞吐量基本相同，没有增益效果；当平均SINR大于12 dB以上，固定双流方案的吞吐量优于固定单流方案，具有一定增益。对终端的优化建议，在强干扰环境下，为获得更大的吞吐量，可以根据环境SINR判断启动单流还是双流。

（2）对于固定MCS配置，当固定MCS选阶小于10时，平均SINR在5 dB到20 dB范围内，启用双流的吞吐量均明显大于单流，双流具有明显增益。但是当固定MCS的选阶大于20时，启用双流的吞吐量在强干扰环境下，吞吐量不一定高于启用单流方案，甚至较差。表现特别明显的是MCS选阶固定为20、25的场景，可以观察到，启用双流的吞吐量远远小于启用单流方案，这是因为此时双流的BLER高于单流。对终端的优化建议，在强干扰环境下，为获得更大吞吐量，终端可以根据MCS的配置选择双流比例。

（3）随着天线增益均衡性变差，双流比例逐渐减小，吞吐量也逐渐减小；为了在强场强干扰场景下获得更好的吞吐量，尽可能把天线均衡性做好。

4 结束语

本文着眼于在同频模三干扰场景提高终端手机的吞吐量，对于实网中模三干扰场景进行了信道建模与问题探究。理清了双流相比单流对吞吐量起增益的条件，理清了固定单流、双流时MCS选阶对吞吐量的影响，以及理清主副天线增益不平衡对单双流比例和吞吐量的影响，并给出了提高性能的判断。研究结果对于强场强干扰场景下终端手机的设计优化有一定的指导意义。