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4-中国联通LTE无线网络优化指导书-覆盖优化指导手册


中国联通 LTE 无线网络优化指导书 第 4 分册:覆盖优化指导手册

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中国联通 LTE 无线网络优化指导书 第 4 分册:覆盖优化指导手册

中国联通运行维护部 中国联通网络技术研究院

2013 年 12 月

中国联通 LTE 无线网络优化指导书 第 4 分册:覆盖优化指导手册

目 录
1 2 概述........................................................................................................................................... 4 覆盖问题分类定义................................................................................................................... 5 2.1 覆盖空洞....................................................................................................................... 5 2.2 弱覆盖........................................................................................................................... 6 2.3 越区覆盖....................................................................................................................... 6 2.4 重叠覆盖....................................................................................................................... 7 覆盖问题分析流程................................................................................................................... 8 3.1 基础数据采集............................................................................................................... 8 3.2 覆盖指标....................................................................................................................... 9 3.2.1 RSRP................................................................................................................ 9 3.2.2 RSRQ ............................................................................................................. 10 3.2.3 SINR ............................................................................................................... 11 3.3 覆盖优化目标............................................................................................................. 12 3.4 配置参数调整............................................................................................................. 13 3.5 覆盖问题分析流程及方法 ......................................................................................... 14 覆盖优化原则......................................................................................................................... 16 典型覆盖问题及优化方法 ..................................................................................................... 17 5.1 覆盖优化手段............................................................................................................. 17 5.2 覆盖空洞/弱覆盖问题................................................................................................ 18 5.3 越区覆盖问题............................................................................................................. 19 5.4 重叠覆盖问题............................................................................................................. 20 覆盖增强策略......................................................................................................................... 22 6.1 高功放......................................................................................................................... 23 6.2 IRC 技术 ..................................................................................................................... 25 6.2.1 IRC 基本原理 ................................................................................................. 25 6.2.2 IRC 性能 ......................................................................................................... 26 6.2.3 IRC 技术应用建议 ......................................................................................... 30 6.3 ICIC 技术.................................................................................................................... 31 6.3.1 ICIC 基本原理 ................................................................................................ 31 6.3.2 ICIC 性能 ........................................................................................................ 36 6.3.3 ICIC 技术应用建议 ........................................................................................ 38 6.4 TTI bundling .............................................................................................................. 39 6.4.1 TTI bundling 基本原理.................................................................................. 39 6.4.2 TTI bundling 性能.......................................................................................... 40 6.4.3 TTI bundling 技术应用建议.......................................................................... 42 6.5 MIMO 覆盖增强 ......................................................................................................... 43 6.5.1 MIMO 基本原理 ............................................................................................. 43 6.5.2 MIMO 性能 ..................................................................................................... 45 6.5.3 MIMO 模式间的切换 ..................................................................................... 48 6.5.4 MIMO 技术应用建议 ..................................................................................... 50

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前 言
本优化指导手册是中国联通 LTE 无线网络优化指导书系列文档之一, 该系列 文档的结构和名称如下: (1)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 则 (2)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 (3)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 案及验收指标 (4)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 (5)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 (6)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 册 (7)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 (8)中国联通 LTE 无线网络优化指导书 手册 第 7 分册:室内外协同优化指导手册 第 8 分册:开局参数设置及优化指导 第 4 分册:覆盖优化指导手册 第 5 分册:干扰优化指导手册 第 6 分册:切换及互操作优化指导手 第 2 分册:工程优化指导手册 第 3 分册:LTE 无线网络优化测试方 第 1 分册:LTE 无线网络优化指导原

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1 概述
覆盖优化是网络优化环节中极其重要的一环。 LTE 的覆盖问题优化思路和 3G 一样,都是主要针对信号强度和合理网络拓扑的优化: (1)在系统的覆盖区 域内, 通过调整工程参数、 功率及邻区关系等手段使最多区域的信号满足业务所 需的最低电平的要求, 尽可能利用有限的功率实现最优的覆盖,减少由于系统弱 覆盖带来的用户无法接入网络或掉话、切换失败等问题。 (2)合理的网络拓扑是 指每个小区有明确的覆盖范围, 不出现越区覆盖的现象, 重叠覆盖度在合理范围。 LTE 网络一般采用同频组网, 同频干扰严重,良好的覆盖和干扰控制对网络性能 意义重大。 LTE 与 3G 覆盖分析的差异主要体现在: (1) 边缘速率要求: 在 LTE 中,不存在 CS 域业务,只有 PS 域业务。不同的目标数据速率的 解调门限不同,导致覆盖半径也不同,因此优化时,需确定小区边缘的数据速率 目标。 (2) 配置 RB 数量: LTE 上下行覆盖半径受配置 RB 数量影响,在下行链路,有效发射功率与 RB 数量成正比,RB 配置数理增多,有效发射功率增大,覆盖半径增大;在上 行链路,RB 的增多会提升上行的底噪,造成覆盖半径的降低,终端最大发射功 率是固定的, 如果已经到达最大发射功率, 随着 RB 的增多, 覆盖半径随着降低。 对于特定的边缘速率要求, LTE 网络可以灵活的选择用户使用的 RB 资源和 调制编码方式进行组合,以应对不同的覆盖环境和规划需求。在实际网络中,用 户速率和 MCS 及占用的 RB 数量相关,而 MCS 取决于 SINR 值,RB 占用 数量会影响 SINR 值,所以 MCS、占用 RB 数量、SINR 值和用户速率四者之 间会相互影响。不同的 MCS 和 RB 组合,会带来不同的覆盖性能和容量性能。 因此应综合考虑 RB,MCS 与接收机灵敏度之间的关系的结果,既考虑空口资 源的消耗又考虑小区的覆盖半径,合理选择 MCS 和 RB 数。

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2 覆盖问题分类定义
移动通信网络中涉及到的覆盖问题主要表现为四个方面:覆盖空洞、弱覆 盖、越区覆盖和重叠覆盖,因此覆盖优化的主要目的就是减少弱覆盖,控制重叠 覆盖。

2.1 覆盖空洞
覆盖空洞是指连片站点中间出现信号强度较低或者根本无法检测到信号, 从 而使终端无法入网的区域,覆盖空洞的定义和 WCDMA 是类似的。具体判断可 以利用测试得到最强小区的 RSRP 与设定的门限进行比较,则覆盖空洞定义为 RSRP<-120dBm 的区域。图 1 是可能存在覆盖空洞场景的示意图。

图 1 覆盖空洞示意图

通常覆盖空洞产生的主要原因有: (1) 规划不合理、其他工程方面的因素导致实际站点与规划站点偏差较大、 站点布局不合理、或站点未开通; (2) 站间距过大,站点过于稀疏; (3) 天线下倾角过大; (4) 天馈质量问题、天面空间受限导致挂高不足、天线方位角调整受限、天

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馈线接反或接错等。 (5) 山体或建筑物等障碍物遮挡。

2.2 弱覆盖
弱覆盖一般是指有信号, 但信号强度不足以保证网络能够稳定的达到要求的 KPI 指标的情况。主要表现为数据速率低、接通率不高、掉线率高、用户感知差 等。弱覆盖区域定义为 RSRP<-100dBm 的区域,弱覆盖区域必须满足服务小区 及最强邻区的 RSRP 都小于-100dBm 这个判断条件。弱覆盖与覆盖漏洞的场景 一样,只是信号强度强于覆盖漏洞但是又不足够强,低于弱覆盖的门限。 导致弱覆盖的主要原因有: (1) 站点未开通、站点布局不合理,实际站点与规划站点偏差较大; (2) 实际工程参数与规划工程参数不一致:由于安装质量问题,出现天线挂 高、方位角、下倾角、天线类型与规划的不一致,使得原本规划已满足要求 的网络在建成后出现了很多覆盖问题; (3) RS 功率配置偏低,无法满足网络覆盖要求; (4) 天馈接反或接错; (5) 邻区缺失:漏配或错配邻区; (6) 硬件设备故障; (7) 建筑物引起的阻挡。

2.3 越区覆盖
越区覆盖一般是指某些基站的覆盖区域超过了规划的范围, 在其他基站的覆 盖区域内形成不连续的主导区域。例如,某些大大超过周围建筑物平均高度的站 点, 发射信号沿丘陵地形或道路可以传播很远,在其他基站的覆盖区域内形成了 主导覆盖,产生的“岛”的现象。因此,当呼叫接入到远离某基站而仍由该基站 服务的“岛”形区域上,并且在小区切换参数设置时, “岛”周围的小区没有与 该小区互配邻区关系,当移动台离开该“岛”时,就会立即发生掉话。而且即便

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是配置了邻区,由于“岛”的区域过小,也容易造成切换不及时而掉话。如图 2 所示,CellA 为越区覆盖小区。

图 2 越区覆盖问题示意图

越区覆盖可能是由站点高度或者天线倾角不合适导致的。越区覆盖的小区会 对邻近小区造成干扰,从而导致容量下降。产生越区覆盖的主要原因有: (1) 站点高度过高; (2) 天线下倾角设置不合理; (3) 基站发射功率过高; (4) 或一些特殊场景的传播环境导致,如: a) 对于一些沿道路方向覆盖的小区,非常容易产生街道波导效应,信号可 能沿街道覆盖到很远的距离; b) 江河、海湾的两岸,无线传播环境良好,信号艰难控制,也非常容易产 生这种越区覆盖问题。

2.4

重叠覆盖 叠覆盖问题是指多个小区存在深度交叠, RSRP 比较好, 但是 SINR 比较差,

或者多个小区之间乒乓切换用户感受差。 重叠覆盖产生原因主要是城区内站点分 布比较密集,信号覆盖较强,基站各个天线的方位角和下倾角设置不合理,造成 多小区重叠覆盖。主要出现的的几种典型的区域为:高楼、宽的街道、高架、十

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字路口、水域周围的区域。 一般通过设置 SINR 的门限,或根据与最强小区 RSRP 相差在一定门限(一 般 6dB)范围以内的邻区个数在三个以上。此种方式是在排除弱覆盖的前提下, 因为弱覆盖也会导致 SINR 比较差的情况。 重叠覆盖率过高, 会导致用户体验差, 出现频繁切换、 业务速率不高等现象。

图 3 重叠覆盖示意图

3 覆盖问题分析流程
3.1 基础数据采集
在进行 LTE 覆盖分析之前,需获取优化目标区域的规划方案、站址分布、 基站配置、天馈配置、RS 功率和业务负荷特点等基础数据。然后获取现网数据 的信息,进行对比分析,找出覆盖问题可能存在的区域。 LTE 覆盖优化的初始阶段需研究规划方案和基础数据, 掌握网络中主要配置 信息。需要掌握的基础信息包括: ? 规划数据:包含 PCI 规划、PRACH 规划等;

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?

基站物理信息:包括基站名称、编号、MCC、MNC、TAC、经纬度、 天线挂高、方位角、下倾角、发射功率、中心频点、系统带宽、天 线通道数等

? ? ? ? ?

基站开通信息表,告警信息表 小区规划覆盖距离 拟优化区域电子地图 小区配置参数:主要是接入、重选和切换参数、功率配置参数等 小区指标统计 ? RSRP、RS SINR ? 切换成功率 ? 小区吞吐率

在覆盖优化正式开始前,需要对 KPI 进行分析梳理,以便发现覆盖区域存 在的主要问题,做到有的放矢。

3.2 覆盖指标 3.2.1RSRP
RSRP(Reference signal received power,参考信号接收功率 )在协议中 的定义为在测量频宽内承载 RS 的所有 RE 功率的线性平均值,参见 3GPP 36.214。在 UE 的测量参考点为天线连接器,UE 的测量状态包括 RRC_IDLE 态 和 RRC_CONNECTED 态。

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Definition

Reference signal received power (RSRP), is defined as the linear average over the power contributions (in [W]) of the resource elements that carry cell-specific reference signals within the considered measurement frequency bandwidth. For RSRP determination the cell-specific reference signals R0 according TS 36.211 [3] shall be used. If the UE can reliably detect that R1 is available it may use R1 in addition to R0 to determine RSRP.

The reference point for the RSRP shall be the antenna connector of the UE.

If receiver diversity is in use by the UE, the reported value shall not be lower than the corresponding RSRP of any of the individual diversity branches. Applicable for RRC_IDLE intra-frequency, RRC_IDLE inter-frequency, RRC_CONNECTED intra-frequency, RRC_CONNECTED inter-frequency

说明:LTE 系统区别于以往 GSM、TD-SCDMA、WCDMA 系统,其采用 OFDM 技术,存 在多子载波复用的情况,因此 RS 信号强度测量值取单个子载波 (15kHz)的平均功率,即 RSRP,而非整个频点的全带宽功率。

RSRP 代表了实际信号可以达到的程度,是网络覆盖的基础。主要与站点密 度、站点拓扑、站点挂高、工作频段、EIRP、天线倾角/方位角等相关。 常用的覆盖评估指标是实测的平均 RSRP 和边缘 RSRP。其中,边缘 RSRP 为通过测试工具统计地理化平均后的服务小区或者 1st 小区 RSRP CDF 图中 5% 点的值。

3.2.2RSRQ
RSRQ(Reference Signal Received Quality,参考信号接收质量)在协 议中定义为比值 N×RSRP/(E-UTRA carrier RSSI),其中 N 表示 E-UTRA carrier RSSI 测量带宽中的 RB 的数量。分子和分母应该在相同的资源块上 获得。RSSI 是指天线端口 port0 上包含参考信号的 OFDM 符号上的功率的 线性平均,首先将每个资源块上测量带宽内的所有 RE 上的接收功率累加, 包括有用信号、干扰、热噪声等,然后在 OFDM 符号上即时间上进行线性平 均。参见 3GPP 36.214。

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Definition

Reference Signal Received Quality (RSRQ) is defined as the ratio N×RSRP/(E-UTRA carrier RSSI), where N is the number of RB’s of the E-UTRA carrier RSSI measurement bandwidth. The measurements in the numerator and denominator shall be made over the same set of resource blocks.

E-UTRA Carrier Received Signal Strength Indicator (RSSI), comprises the linear average of the total received power (in [W]) observed only in OFDM symbols containing reference symbols for antenna port 0, in the measurement bandwidth, over N number of resource blocks by the UE from all sources, including co-channel serving and non-serving cells, adjacent channel interference, thermal noise etc. If higher-layer signalling indicates certain subframes for performing RSRQ measurements, then RSSI is measured over all OFDM symbols in the indicated subframes.

The reference point for the RSRQ shall be the antenna connector of the UE.

If receiver diversity is in use by the UE, the reported value shall not be lower than the corresponding RSRQ of any of the individual diversity branches. Applicable for RRC_IDLE intra-frequency, RRC_IDLE inter-frequency, RRC_CONNECTED intra-frequency, RRC_CONNECTED inter-frequency

由上述定义可知,RSRQ 不但与承载 RS 的 RE 功率相关,还与承载用户数 据的 RE 功率相关,以及邻区的干扰相关,因而 RSRQ 是随着网络负荷和干扰 发生变化,网络负荷越大,干扰越大,RSRQ 测量值越小。

3.2.3SINR
SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio,信号与干扰加噪声比) ,所 关注测量频率带宽内的小区,承载 RS 信号的无线资源的信号干扰噪声比。测量 参考点是扫频仪的天线连接器。作为 CQI 反馈的依据,在业务调度中发挥重要 作用。 SINR 是从覆盖上能够反映网络质量的比较直接的指标,SINR 越高,反映 到网络覆盖、容量、质量可能越好,用户体验也可能越好。满负荷下 SINR 与除 了 PCI 以外的所有 RF 因素相关, 空载下 SINR 则与 PCI 规划强相关, 且受其它 所有 RF 因素影响。 SINR 评估指标主要是实测平均 SINR 和边缘 SINR。

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3.3 覆盖优化目标
LTE 网络建设初期的覆盖优化至少要满足以下的要求, 随着网络的发展及规 模的增加,相应的指标将适当提升。 ( 1)LTE FDD 无线网络覆盖及吞吐量指标初期优化目标 表 1 LTE FDD 无线网络优化指标要求
指标 RS- RSRP RS-SINR 小区下行边缘速率 小区上行边缘速率 小区下行平均吞吐率 小区上行平均吞吐率 定义 公共参考信号 RSRP > -100dBm 的 数据点的百分比 公共参考信号 SINR > -3dB 的数据点 的百分比 下行 MAC 层速率>4Mbps 的百分比 上行 MAC 层速率>1Mbps 的百分比 每个小区所有测试点的下行平均速率 (Mbps) 每个小区所有测试点的上行平均速率 (Mbps) 密集城区和 一般城区规 划覆盖区内 场景要求 目标 值 ≥95% ≥95% ≥95% ≥95% ≥35 ≥25

注:1)表格中数据均为20MHz系统带宽,50%网络负荷情况下的标准。 2)RSRP和RS-SINR指室外测量值。 3)分公司可根据用户感知、场景的重要程度以及后续网络调整、优化难度,适当 提高覆盖指标。

( 2)TD LTE 无线网络覆盖及吞吐量指标优化目标 表 2 TD LTE 无线网络优化指标要求
指标 RS- RSRP RS-SINR 小区下行边缘速率 小区上行边缘速率 小区下行平均吞吐率 小区上行平均吞吐率 定义 公共参考信号 RSRP > -105dBm 的 数据点的百分比 公共参考信号 SINR > -3dB 的数据点 的百分比 下行 MAC 层速率>1Mbps 的百分比 上行 MAC 层速率>128Kps 的百分比 每个小区所有测试点的下行平均速率 (Mbps) 每个小区所有测试点的上行平均速率 密集城区和一般 城区规划覆盖区 内 场景要求 目标 值 ≥95% ≥95% ≥95% ≥95% ≥18 ≥10

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(Mbps) 注:1)该表中要求只针对TD LTE连续覆盖区域 2)表格中数据均为20MHz系统带宽,50%网络负荷情况下的标准。 3)RSRP和RS-SINR指室外测量值。

3.4 配置参数调整
在进行 LTE 覆盖优化中,需关注表 3 中的关键参数,重点了解各参数调整 对网络性能的影响。当调整天线的方向角、下倾角、挂高等工程参数仍无法解决 相应的覆盖问题时,可以考虑以下相关参数的调整。 表 3 覆盖类关键参数表
参数中文 名称 下行参考 信号功率 参数功能简介 该参数表示下行参考信号的功 率,该参数用作一个基准值, 其他下行信道的功率设定,均 以参考信号功率为基准。 该参数表示 PDSCH 功率控制 PA 调整开关关闭且下行 ICIC 开关关闭时,PDSCH 采用均 匀功率分配时的 PA 值。 该参数表示 PDSCH 上 EPRE (Energy Per Resource Element)的功率因子比率指 示,它和天线端口共同决定了 功率因子比率的值。 即 ρB/ρA, 对每个 UE,不包含 RS 的 OFDM 符号中的 PDSCH 的 EPRE 与 RS 的 EPRE 之比为 ρA; 包含 RS 的 OFDM 符号中 的 PDSCH 的 EPRE 与 RS 的 EPRE 之比为 ρB。 该参数表示小区最低接收电 平,应用于小区选择准则(S 准则)的判决公式。 参数对网络性能的影响 该参数如果设置过小,将会影响相应 Cell 的覆盖范围。 该参数如果设置过大, 对其他 小区干扰加大,影响网络的整体性能。 RS 功率一定时,增大该参数,增加了小区 所有用户的功率,提高小区所有用户的 MCS,但会造成功率受限,影响吞吐率; 反之,降低小区所有用户的功率和 MCS, 降低小区吞吐率。该参数的调整需考虑 PB 的同步调整。 取值越大,小区 RS 的功率不变的情况下, PDSCH RE 功率相对越大,小区发射总功 率相对越大;小区发射总功率不变的情况 下,PDSCH RE 功率相对越大,小区 RS 的功率相对越小。当小区发射总功率受限 时,可以将取较小值,保证小区 RS 的功率 能够满足覆盖要求, 信道估计性能良好, 但 传输数据的功率减小,接收端的 SINR 降 低,数据解调的性能下降 。 增加某小区的该值, 使得该小区更难符合 S 规则,更难成为适当小区,UE 选择该小区 的难度增加, 反之亦然。 该参数的取值应使 得被选定的小区能够提供基础类业务的信

PA 值

PB 值

最低接收 电平

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号质量要求。

前导格式

该参数表示小区所使用的前导 格式

不同的前导格式,对应于不同的小区半径: 小区半径小于等于 1400 米时,对于 FDD, 建议前导格式取值为 0~3,对于 TDD,建 议前导格式取值为 0~4; 小区半径大于 1400 米小于等于 14500 米 时,建议前导格式取值为 0~3; 小区半径大于 14500 米小于等于 29500 米 时,建议前导格式取值为 1~3; 小区半径大于 29500 米小于等于 77300 米 时,建议前导格式取值为 1、3; 小区半径大于 77300 米小于等于 100000 米时,建议前导格式取值为 3。

3.5 覆盖问题分析流程及方法
RSRP 是网络覆盖的基础,其主要影响因素有:站点密度、天线挂高、网络 拓扑、发射功率、工作频段、方位角、下倾角、切换参数等。评价 RSRP 时, 一般采用平均 RSRP 和边缘 RSRP 进行分析,根据预先设定的网络覆盖优化标 准进行评估,若 RSRP 偏低,则可根据下述流程进行评估,典型的覆盖问题优 化思路和流程参见下图:

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DT数据RSRP覆盖 率低

主要参考平均RSRP及边缘RSRP 原因可能是多个方面引起的,流程图列 出了排查的先后顺序,获取不到数据可 以进行下一步 这里主要包括切换区域比例/次数/切换区域平 均电平差三个指标,切换区域越大,切换次数 太少或太多,切换区平均电平差越小,邻区配 置和切换参数性能存在问题的可能性越大

切换相关指标是否差?

Y 在切换开关没打开时,切换次数为 0,而邻区关系未配好会出现切换区 域比例高,但切换次数少的情况

站点必要性优 化(局部性 的)

Y

站点密度是否稀疏?

切换区域比例很高, 而切换次数却很低?

Y

检查切换开关是否打 开?邻区关系是否配 好?

切换参数(切换门限/时 间)是否相同?

N

需要周边部门评估 切换性能,看是否 需要优化切换参 数,能够及时切换

功率相关参数 优化

Y

EIRP是否偏小?

若切换参数不同,需要评估切换 性能,越差可能导致测试的SINR 越差(尤其是边缘)

1、 EIRP = RS功率+天线增益-馈线损耗 2、 如果得不到天线增益和馈线损耗,重点 考察RS Power 站点拓扑优化 (局部性的) Y 站点拓扑是否不合理? 站间距方差越小,说明站点分布拓扑相对更合理, 在站址无法获取的情况下,分析RSRP分布图和PDF 图,看是否有明显覆盖较弱区域

高低站优化 (局部性的)

Y

站点挂高是否不合理?

1、 平均天线挂高越高,相对来讲RSRP覆盖可能更好 2、 高站比例越高,相对来讲RSRP覆盖越好,高站比例太高, 则有可能造成站址远处覆盖好,但近处覆盖差 3、 低站比例越高,相对来讲RSRP覆盖越差,低站比例太高, 则有可能造成站址近处覆盖好,但远处覆盖差 如果以上原因都不是,或者无法获取,则重点考虑天线 工程参数优化, 1、天线倾角太大,则有可能造成站址近处覆盖好,但 远处覆盖差 2、天线倾角太小,则有可能造成站址远处覆盖好,但 近处覆盖差

天线倾角/方 位角需要优化

Y

天线倾角/方位角不合理?

图3 RSRP分析流程

RSRP 过高也可能影响网络,但需要结合 SINR 进行相应的网络覆盖评估。
表4 RSRP质量问题分析中指标介绍

对比指标

数据来源

具体统计方法

对 RSRP 的影响 切换区域比例越大, 可能有切换不及时造 成服务小区 RSRP 偏 低的问题 切换次数太少,可能 有邻区配置的问题,

相关的 RF 因 素 邻区/切换参 数、天线倾角 /方位角、 站点位置、站 点拓扑、站点 密度

切换区域 比例

DT

统计服务小区 RSRP< 最强邻区 RSRP 的点 占所有测试点的比例 Event List 中同频切换 (IntraFreqHOSuc)

切换次数

DT

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发生次数;

切换次数太多,则可 能有乒乓切换太多的 问题 切换区域平均电平差 越低,则可能有邻区 配置或者切换性能差 的问题 不能及时切换会造成 服务小区电平偏低, 特别是 RSRP 边缘值 站点密度越稀疏,站 间距越大,则 RSRP 就越低

切换区域 平均电平 差

DT

统计服务小区 RSRP< 最强邻区 RSRP 的点 服务小区 RSRP-最强 邻区 RSRP 差值的均 值 L3 消息中 检测到的服务小区 PCI 的个数 (不重复计 数)

切换参数 检测到的 服务小区 个数

DT

切换参数

DT

注:路测区域很大时
平均最小 站间距 工程参数表 根据站点经纬度求每 受 PCI 复用的影响, 个站点的最小站间距, 服务小区个数这个值 对站点密度的反映准 再求平均值

站点密度

确性就不高了
工作频段 RS Power 天线增益 站间距方 差 平均天线 挂高 高站比例 低站比例 天线倾角 平均值 DT / 工 程 参 数表 DT 工程参数表 通过频点号计算具体 频段 L3 消息中 根据天线型号查看这 个天线重要参数 所有站点最小站间距 的方差 所有小区挂高平均 高出平均挂高 *1.5 值 的小区比例 低于平均挂高 *0.5 值 的小区比例 所有天线机械下倾+电 下倾和的平均值 频段越高,传播损耗 越大,RSRP 越低 RS 发射功率越大, RSRP 越大 天线增益越大, RSRP 越大 站间距方差越小,站 点分布相对于蜂窝更 合理 天线挂高越高, RSRP 覆盖可能更好 高站比例越高, RSRP 覆盖相对越好 低站比例越高, RSRP 覆盖相对越差 天线倾角平均值越 小,站点近点覆盖越 差,远处覆盖越好 频段传播影 响 功率,EIRP 天线类型

工程参数表

站点拓扑

工程参数表 工程参数表 工程参数表

站点位置 站点位置 站点位置

工程参数表

天线倾角

4 覆盖优化原则
原则 1:先优化 RSRP,后优化 RS SINR;

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原则 2:覆盖优化的两大关键任务:消除弱覆盖(保证 RSRP 覆盖) ;净化 切换带、控制重叠覆盖(保证 SINR,切换带要尽量清楚,尽量使两个相邻小区间 只发生一次切换) ; 原则 3:优先优化弱覆盖、越区覆盖、再优化重叠覆盖; 原则 4:优先调整天线的下倾角、方位角、天线挂高和迁站及加站,最后考 虑调整 RS 的发射功率; 原则 5: 如果 LTE 和 WCDMA 或 GSM1800 采用的是共天馈方案, 由于 LTE 和 WCDMA/GSM 的工程参数需要保持一致,这给网络优化带来一定的困难。此 时,天馈优化以尽量不影响 WCDMA/GSM 网络为前提,可通过调整功率、下倾 角、天线挂高、方位角等手段,在保障 WCDMA/GSM 现网性能基本不受影响的 前提下,优化 LTE 网络性能。

5 典型覆盖问题及优化方法

5.1 覆盖优化手段
覆盖优化本身 LTE 和 GSM/WCDMA 没有太大差异,对于 LTE 网络而言, 由于更严格的覆盖控制和干扰控制要求以及建网后对于覆盖目标的要求, 天馈调 整方案可能与 GSM/WCDMA 有所不同, 在保证现网 GSM/WCDMA 不受影响的 前提下,应尽量通过 RF 优化来提升 LTE 网络覆盖,具体的手段如下(按优先级 排序) ,优化手段排序主要是依据考虑对覆盖影响的大小、对网络性能影响的大 小以及可操作性: (1) 调整天线下倾角 主要应用场景:越区覆盖、弱覆盖、重叠覆盖等场景。 (2) 调整天线方向角 主要应用场景:越区覆盖、覆盖空洞、弱覆盖、重叠覆盖等。 以上两种方式在RF优化过程中是首选的调整方式,调整效果比较明显。天线 下倾角和方向角的调整幅度要视问题的严重程度和周边环境而定。

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(3) 调整RS功率 主要应用场景:越区覆盖、重叠覆盖等场景 调整导频功率易于操作, 对其他制式的影响也比较小, 但是效果不是很明显, 对于问题严重的区域改善较小。 (4) 调整天线挂高 主要应用场景:越区覆盖、覆盖空洞、弱覆盖、重叠覆盖,在调整天线下倾 角和方位角效果不理想的情况下选用。 (5) 调整天线位置 主要应用场景:越区覆盖、覆盖空洞、弱覆盖、重叠覆盖 以上两种调整方式较前边两种调整方式工作量较大,受天面的影响也比较 大,一般在调整下倾角、方位角、功率后效果还不明显的情况下使用。 (6) 调整站点位置 主要应用场景:覆盖空洞、弱覆盖 以下场景应考虑搬迁站址: a) 主覆盖方向有建筑物阻挡,使得基站不能覆盖规划的区域。 b) 基站距离主覆盖区域较远,在主覆盖区域内信号弱。 (7) 新增站点或RRU 主要应用场景:扩容、覆盖不足等 在现网中最常用的是前两种手段, 当前两种无法实施的时候会考虑调整功率。 后面几种实施成本较高,应用的场景也比较少。

5.2 覆盖空洞/弱覆盖问题
覆盖空洞和弱覆盖的主要评估指标是路测数据得到的 RSRP, 如果在覆盖 区域该指标不能满足相应要求, 就是存在覆盖空洞或弱覆盖问题,或者说该区域 属于覆盖空洞区域或弱覆盖区域。 对覆盖空洞和弱覆盖区域, 需先分析问题产生的原因,并根据不同的原因采 取相应的优化手段,典型的优化思路如下: (1) 确保问题区域周边的小区都正常工作,若周边有最近的站点未建设完

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成或者小区未激活,则不需要调整 RF 解决。 (2) 分析该区域内检测到的 PCI 与工程参数的 PCI 进行匹配,根据拓扑和 方位角等选定目标的主服务小区,并确保天线没有出现接反的现象。 (3) 如果各个基站均工作正常且工程安装正常的情况下,则需要从现有的 工程参数分析并确定调整哪一个或者多个小区的来增强此区域信号强度。 如果离站点位置较远则考虑抬升发射功率和下倾角的做法;如果明显不 在天线主瓣方向,则考虑调整天线方位角;如果距离站点较近出现弱覆 盖而远处的信号强度较强则考虑下压下倾角; (4) 如果弱覆盖或者覆盖漏洞的区域较大,通过调整功率、方位角、下倾 角难以完全解决的,则考虑新增基站或者改变天线高度来解决; (5) 对于电梯井、隧道、地下车库或地下室、高大建筑物内部的信号盲区 可以利用 RRU、室内分布系统、泄漏电缆、定向天线等方案来解决; (6) 此外需要注意分析场景和地形对覆盖的影响,如是否覆盖空洞/弱覆盖 区域周围有严重的山体或建筑物阻挡,是否覆盖空洞/弱覆盖区域属于需 要特殊覆盖方案解决等。

5.3 越区覆盖问题
越区覆盖的解决思路非常明确,就是减小越区覆盖小区的覆盖范围,使 之对其他小区的影响减到最小。分析方法主要是利用反向覆盖测试数据、路测 数据、scanner 测试数据等,确定出越区覆盖区域及越区覆盖的小区,然后根 据不同原因进行相应的优化调整,典型的优化思路如下: (1) 对于高站的情况,降低天线高度; (2) 避免扇区天线的主瓣方向正对道路传播;对于此种情况应当适当调整 扇区天线的方位角,使天线主瓣方向与街道方向稍微形成斜交,利用周 边建筑物的遮挡效应减少电波因街道两边的建筑反射而覆盖过远的情况; (3) 在天线方位角基本合理的情况下,调整扇区天线下倾角,或更换电子 下倾更大的天线。调整下倾角是最为有效的控制覆盖区域的手段。下倾 角的调整包括电子下倾和机械下倾两种,如果条件允许优先考虑调整电

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子下倾角,其次调整机械下倾角 ; (4) 在不影响小区业务性能的前提下,降低载频发射功率。

5.4 重叠覆盖问题
重叠覆盖问题主要通过重叠覆盖率进行评估,重叠覆盖率的定义如下: 重叠覆盖率 = 重叠覆盖度>=3 的采样点/总采样点 * 100% 其中: 重叠覆盖度: 路测中与最强小区 RSRP 的差值大于-6dB 的邻区数量, 同时最强小区 RSRP>=-100dBm。 从定义看出,重叠覆盖与信号强度差值和邻区数量有关,下面是某城市的测 试结果: (1) 电平差与 SINR 的关系

图 4 服务小区 RS SINR 与 RSRP 差值关系 ? 主服务小区与邻区的 RSRP 差值越小,对主服务小区的 SINR 影响 越大,当差值大于 9dB 左右时,对 SINR 的影响较小 ? SINR 受邻区加扰的影响较大,加扰级别越大,主服务小区的 SINR 越低 (2) 电平差与吞吐量的关系

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图 5 吞吐量与 RSRP 差值的关系 ? 主服务小区与邻区的 RSRP 差值越小,对主服务小区的吞吐量影响 越大,当差值大于 9dB(主服务小区比邻区电平强 9dB 以上)时, 邻区对主服务小区的影响明显变小。 ? 吞吐量受邻区加扰的影响较大,加扰级别越大,小区吞吐量越低。 (3) 重叠覆盖度与 SINR 的关系

图 6 重叠覆盖度与 SINR 的关系(邻区 50%加扰) ? 空扰时,排除模 3 干扰的因素,主服务小区 SINR 与重叠覆盖小区 的数量也有一定关联,重叠覆盖小区的数量越多 SINR 越差。 ? 相同加扰级别时,主服务小区 SINR 与重叠覆盖小区的数量有密切 关联,重叠覆盖小区的数量越多 SINR 越差。 (4) 重叠覆盖度与吞吐量的关系

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图 7 重叠覆盖度与小区吞吐量的关系(邻区 50%加扰) ? 小区吞吐量与重叠覆盖小区的数量有密切关联,重叠覆盖小区的数 量越多吞吐量越差。

解决重叠覆盖的方法是对小区覆盖进行严格控制, 通过调整天线方位角和 下倾角使同一测试点被尽可能少的信号覆盖,一般不能超过 3 个强信号覆盖。 典型的优化方法如下: (1) 首先根据距离判断此区域应该由哪个小区作为主服务小区。 (2) 其次,看主服务小区的 RSRP 是否大于-100dBm,若不满足,则 调整主服务小区的下倾角、方位角、功率等。 (3) 在确定主服务小区之后,抑制其余小区的信号在此区域的覆盖, 可以通过天馈调整、参数调整等手段。天线调整内容主要包括:天线 位置调整、天线方位角调整、天线下倾角调整。 a) 天线位置调整:可以根据实际情况调整天线的安装位置,以达到 相应小区内具有较好的无线传播路径。 b) 天线方位角调整:调整天线的朝向,以改变相应扇区的地理分布 区域。 c) 天线下倾角调整:调整天线的下倾角度,以减少相应小区的覆盖 距离,减小对其他小区的影响。

6 覆盖增强策略
由于站址的稀缺,LTE 建网初期站址应优先考虑利用现有站址资源,与 3G

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现网 1:1 共站建设,因此,部分场景或区域将存在上行覆盖受限的情况,针对 这些上行覆盖受限的场景或区域,在条件允许的情况下,可以有选择性的采用覆 盖增强技术,本章给出了各种覆盖增强技术的原理、性能及应用的建议。

6.1 高功放
目前 LTE 网络设备下行信道标准配置为 2×2 MIMO, 设备能够实现 2×20W 、 2×40W 和 2×60W 等多种发射功率配置。 对于信号强度的要求如 RSRP 的要求,在给定的 RSRP 门限如-100dBm 要 求的情况下, 下行的发射功率越大其覆盖范围也就越大。但并不需要过高的功率 配置,只要给定覆盖范围达到了要求的信号强度就可以。 由于在实际网络部署时,通常并不会基于下行覆盖半径进行站点部署,往往 是基于上行覆盖半径或复用了现有 2/3G 系统的站间距。这种情况下,提升下行 功率所带来的影响和所部署的小区半径有密切关系。 在小区半径或路损比较小的环境(如密集城区、城区的室外等) , 主要是干 扰受限的环境,此时所以小区都提高下行功率并不能改善 SINR 的分布,也就是 说此时采用高功放对覆盖和容量的改善有限,甚至会增加干扰。而在路损比较大 的情况下(如城区的深度室内,郊区、乡村等) ,由于是热噪声受限,此时采用 高功放可以有效的改善小区边缘和内部的 SINR 分布, 从而有效的增大下行容量 和覆盖。 为了进一步验证不同站间距条件下,不同发射功率对系统性能的影响,建立 仿真系统如下:
表 4 高功放覆盖效果仿真参数
参数 取值

Carrier frequency Transmission bandwidth User Traffic Model ISD Frequency Re-use Channel model UE velocity BS antennas Total BS TX power

1.8GHz 10 MHz Full Buffer 500m/1732m/3000m 1 Urban 3 km/h 2X2 20W/30W/40W

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User Location 仿真结果如下:

Uniformly dropped in entire cell

表 5 高功放覆盖仿真结果汇总
站间距(米) 基站发射功率(W ) 20 500 30 40 20 1732 30 40 20 3000 30 40 小区平均吞吐率 (Mbps) 用户平均吞吐率 (Mbps) 18.5792 18.5924 18.5987 14.135 14.5301 14.7473 7.7391 8.6025 9.1624 1.8579 1.8592 1.8599 1.4135 1.453 1.4747 0.77391 0.86025 0.91624

图 8 不同站间距不同发射功率时,小区吞吐率比较

表 是高功率配置在不同站间距下的性能仿真, 为了进一步阐明其中的规律, 图显示了小区吞吐率的分布规律。可以得出以下规律: 在相同带宽、相同站间距的情况下,随着基站功率的增加,扇区平均吞吐率 略有提升,但增加程度极为有限,尤其是在站间距比较小的情况下(比如 ISD=500m) 。原因主要由于虽然基站的功率增加会使 UE 的接收信号增强,但 同时 UE 所受到的小区间干扰也会同时增加, 因此当基站功率达到某一程度时,

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增加基站功率对于系统容量的影响是很小的。在相同带宽、相同基站发射功率的 情况下,随着站间距的增加,扇区平均吞吐率有明显的下降。站间距较大(超过 2000 米)时,基站发射功率的增加对于容量的增益效果明显。 因此,对于下行覆盖,提高发射功率对覆盖的影响与实际部署的小区半径和 环境相关。只有在有效环境或场景引入才能真正发挥高功放的作用。 针对同频组网情况下功率配置的建议如下: ( 1) 室外部署时, LTE-FDD 原则上建议密集城区以 2×20W 配置为主, TD LTE 根据通道数不同可以选择 2×20W 或 8×5W 配置。 ( 2) 基站站间距较大或采用室外站进行室内深度覆盖要求较高的特殊 场景下,LTE-FDD 可以考虑使用 2×40W 配置,TD LTE 可以考虑 2×40W 或 8×10W 配置以满足覆盖边缘的相关指标要求,但需要 注意控制并避免高功率基站对周边小区的干扰。 ( 3) 当 LTE-FDD 与现网系统采用外置同频合路器方式进行天馈合路 建设时,为了克服较大的插入损耗,可以考虑使用 2×40W 配置。

6.2 IRC 技术 6.2.1IRC 基本原理
为了消除来自邻小区的干扰,需要在接收端检测出干扰信号后消除它们。在 实际的环境里,通常很难检测出来自邻近小区的干扰信号。然而,接收端采用多 天线技术时,接收机可以利用空间特性进行干扰抑制。IRC 就是此类技术之一, 它利用多天线获得的干扰统计特性实现干扰消除的功能。 就技术实现而言,上行 IRC 要求基站具有多路接收天线(接收天线分集) , 通过对各分集支路上干扰与噪声进行相关性计算后, 确定干扰之间的相关特性并 据此进行信号合并,达到抑制干扰、提高上行接收信号质量的目的。它不依赖任 何额外的发射端配置, 只是利用不同终端的空间信道差异性区分有用终端和干扰 终端的信号。 这项技术不需要对发射端做任何额外的标准化工作,不依赖任何额 外的信号区分手段(如频分、码分、交织器分) ,而仅仅依靠空分手段来实现其

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功能。

图 9 同频组网多天线系统模型

其实现原理是利用一个权值矩阵对不同天线分支接收到的信号进行线性合并。 基于最大化信干噪比(SINR)的计算原则设计权值矩阵, 而这个权值矩阵就是接收 信号的协方差矩阵的赫米特转置。 基于此达到抑制信道相关性导致的干扰的目的。 而造成信道相关性的主要原因有: ? ? ? ? 接收端多天线之间的隔离度不够(距离、极化) 。 终端地理位置接近。 无线环境简单(直视径) 。 来自不同终端的接收信号经历类似信道(绕射/折射/反射多径) 。

6.2.2IRC 性能
为研究应用 IRC 技术应该注意的问题,建立无编码 MIMO-OFDM 系统,具 体仿真参数如下:
表 6 仿真系统参数 传输带宽 载频 子载波间隔 FFT 大小 MIMO 信道 信道估计 天线配置 调制方式 干扰终端数量 20M 1.8G 15kHz 2048 9 径准静态 SUI 信道 理想 1x2;1x4 QPSK 根据需要设置

为了验证 IRC 在干扰消除方面的优势,基于上述仿真设置,假设基站 2 天线

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接收,附加一个干扰终端,干扰信号的大小设置为: P? ? P0 ? Pinter ? 6dB ,其中 P0 为本小区终端信号接收功率, Pinter 为干扰终端接收功率。接收天线分支之间的相 关性分别设置为 ? ? 0, 0.5和0.9 ,即分别考察干扰信号的两个分支无相关性、中等 相关性以及相关性较强的三种场景。

图 10 IRC 和 MRC 性能比较

仿真结果如图 所示。从图中可以看到,当干扰信号较强时,单纯的 MRC 检测算法得到的误码率不随 SNR 的增大而改善, 出现了明显的平台效应。 而 IRC 算法可以较好的消除干扰信号的影响,特别是在中等相关性时,能够取得完全不 相关信道类似的检测效果。 图的目的是研究 2 根接收天线条件下,不同数量的干扰终端对 IRC 算法性 能造成的影响。仿真中固定选取 SINR=10dB,分别设置 ? ? 0.2和0.8 ,本小区终 端信号接收功率和每个干扰终端的接收功率差为: P? ? 4.77dB和 7.78dB ,并且假 设干扰终端之间经历相关性较强的信道。

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图 11 两天线 IRC 性能随干扰终端数量的变化

? ? 0.8 和 P 由图可以看到, 在干扰终端数量为 1 时, ? 7.78dB 的性能比 ? ? 0.2 ?

和 P? ? 4.77dB 的性能好,是由于这时干扰信号能量小,在信号检测时,相关性信 道对于噪声的放大效果起主导作用。 在干扰终端数量大于 2 个之后, 即使干扰信 号信道相关性不同,但在相同干扰强度情况下,误码率性能接近,比如 ? ? 0.2 和
P? ? 4.77dB 和 ? ? 0.8 和 P? ? 4.77dB 的两条曲线几乎重合。同时,可以看到,在 2

天线接收的情况下,当干扰信号小于等于 2 时,IRC 性能较好;当干扰数量大于 3 之后,性能逐渐衰退。这说明现网应用中,当强度较大的干扰终端数量远大于 接收天线数量时,IRC 的增益减小。 类似于图的条件设置,图 反映了 4 根接收天线条件下,不同数量的干扰终 端对 IRC 算法性能造成的影响。

图 12 四天线 IRC 性能随干扰终端数量的变化

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由图 可以看到,在干扰终端数量小于 3 时, ? ? 0.8 和 P? ? 7.78dB 的性能比
? ? 0.2 和 P ? 4.77dB 的性能好,这同样是相关性信道对噪声的放大作用所导致。 ?

在干扰终端数量大于 4 个之后, 即使天线之间的相关性不同, 但是相同干扰强度 情况下,误码率性能接近。另外,在 4 天线接收的情况下,当干扰信号小于等于 4 时,IRC 性能较好;当干扰数量大于 4 之后,性能逐渐衰退。这与图得到的结 论是一致的, 即在现网应用中, 当强度较大的干扰终端数量远大于接收天线数量 时,IRC 的增益减小。 图和图 相比较来看,在相同的干扰终端数量和干扰强度的情况下,4 天线 接收的 IRC 效果明显好于 2 天线情况。 图 目的是研究多个干扰终端的信号经历的信道相关性不同时,对本小区基 站 IRC 算法的影响。假设基站 4 天线接收, P? ? 7.78dB ,干扰终端数量为 3,终 端之间的信道分别为低相关性(low-corr)和高相关性(high-corr)两种情况, 并且进一步假设了接收天线分支之间相关性由低到高的三种情况:
? ? 0 . 1 , 0和 .5 0.9 。

图 13 干扰终端之间的信道相关性对 IRC 性能的影响

从图 可以看到当干扰终端之间经历相同或相近的物理信道时(高相关性) , IRC 较好的删除了干扰造成的影响; 而当干扰终端经历的物理信道差异性较大时 (低相关性) ,IRC 的性能将有 3dB 左右的衰退。这也说明,干扰终端地理位置 相近,信道条件单一时,IRC 能够更好的发挥作用。 另外,依然可以看到,虽

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然 IRC 专门为抵抗天线之间的相关性而设计,但是随着天线分支之间相关性的 提升,IRC 的性能也逐步变差。 图 的目的是研究当干扰终端的总能量一定时,干扰终端的数量多少对 IRC 性能的影响。这里假设基站 4 天线接收,干扰终端之间的信道相关性低,天线分 支之间的相关性分别为 ? ? 0.2和0.8 , 有用信号是和干扰信号总功率的差值设置为:
P0 ? P ? 3dB ,并假设干扰分别来自 1、5 和 9 个终端(干扰能量多个终端平 inter — -all

分) 。

图 14 干扰总功率恒定、干扰终端数量对 IRC 性能的影响

从图 可以看到, 虽然干扰信号总能量一定, 但是随着干扰终端数量的增加, IRC 的性能产生了明显的衰退现象。图 11 反映出,虽然单个干扰终端产生的干 扰能量可能并不大但是当干扰终端数量增大时, IRC 受到的负面影响也将逐步增 大。相比于存在一个强干扰的情况,IRC 对于多个不相关弱干扰的情况更敏感。

6.2.3IRC 技术应用建议
IRC 基于多天线的接收信号的相关性进行检测, 对于多流之间具有相关性的 干扰信号具有天然的消除作用, 即使信道相关性较强,干扰的消去作用依然很明 显。 但是在现网应用中,也应注意 IRC 本身存在以下方面的特征: ? 当强度较大的干扰终端数量大于接收天线数量时,IRC 的作用将随着干

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扰数量的增加而衰退。 ? ? IRC 性能会随着接收天线分支之间的相关性增强而衰退。 干扰终端数量较大,并且彼此经历的信道相关性较低时,IRC 性能衰退 严重。 ? 相比于存在一个强干扰的情况,IRC 对于多个不相关弱干扰的情况更敏 感。 综合考虑以上因素,在轻、中和重网络负荷的三种情况下到底 IRC 更适合 哪种情况, 决定于网络中邻小区用户连续碰撞的概率。 对于 Full Buffer 类型的业 务,IRC 适合在轻、中负载的 LTE 网络中应用。而目前小数据量数据业务的用 户比例较高,比如用户常用的业务是微博、即时通信等,那么 IRC 可以应用于 高负荷的 LTE 网络中。适合在散射、折射、绕射条件简单的环境中得到应用。 如果是在室内环境应用,由于多径复杂,效果就会受到影响。另外,IRC 适合在 用户地理位置相对集中的环境中进行应用。 IRC 能够提升基站上行解调能力, 对于同频网内干扰和同频网外干扰能够进 行有效的干扰消除,可提升解调性能 1~7dB,分场景描述如下: ? 干扰用户地理位置集中、 静止或低速移动、 建筑物层次简单、 有直视径、 并发的干扰用户数量较少的室外场景,IRC 可达到 4~7dB 的增益。 ? ? ? 建筑物层次复杂的室外热点,IRC 的增益降低到 1~3dB。 室内区域,IRC 应用的效果不明显,增益约为 0~2dB。 边缘用户最大可以提升 30%的吞吐率,小区平均吞吐率最大可以提升 15%。 因此建议 LTE 部署初期就开启 IRC 功能。

6.3 ICIC 技术 6.3.1ICIC 基本原理
相邻小区的边缘用户如果在上行/下行使用相同的资源进行发射/接收,则会 引起上行小区间干扰/下行小区间干扰,如下图所示。

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干扰信号

有用信号

UE2 eNodeB 1 UE1 eNodeB 2

上行链路

图 15 小区间干扰上行场景

干扰信号

有用信号

UE2 eNodeB 1 UE1 eNodeB 2

下行链路

图 16 小区间干扰下行场景

ICIC 技术是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制,是一种考虑多个 小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理功能。上下行 ICIC 方法可以不同。具体而言,ICIC 以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的 使用进行限制, 包括限制哪些时频资源可用。或者在一定的时频资源上限制其发 射功率。 小区间干扰协调通过小区间的协调对一个小区的可用资源进行某种限制, 以提高邻小区在这些资源上的 SINR、小区边缘的数据速率和覆盖。资源包括时 域和频域资源以及发射功率。 其缺点是可用于小区边缘的频率资源有限,限制了 小区边缘的峰值速率和系统容量。 典型的 ICIC 技术主要是利用小区中心边缘不同频率复用因子的方式,即协 调邻小区或高干扰小区,使之分配给高干扰 UE 不同的频率资源,降低小区间干 扰。或者以降低功率的方式降低邻区间的干扰。 主要的 ICIC 方案可以通过资源协调周期、资源协调方式进行分类。 从无线资源的协调周期来看,ICIC 方法可以分为静态协调、半静态协调、 动态协调三大类:

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(1) 静态协调:对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为若干 天。几乎不需要基站之间交互信息。 静态干扰协调指资源集合的分割不随时间的变化而变化 (或者变化的周期较 长)。由此可见,在静态干扰协调方法中,每个小区用于干扰协调的资源在整个 时间轴上是固定不变的。 小区边缘用户使用预留的部分带宽资源,小区内部可使 用整个带宽资源, 在资源分配时,小区边缘用户优先于小区内部用户使用预留的 带宽资源。 静态干扰协调简单易行, 通过在系统初始化阶段进行一次频率资源规划再辅 以一定的资源分配算法即可以实现对小区间干扰的抑制。 除了在系统初始化阶段 对整个 OFDM 系统进行一次频率资源分割时需要一些信令开销外,在后续的过 程中不需额外的信令开销, 这使静态的干扰协调方法效率比较高。但它也存在明 显的缺点,例如当 OFDM 系统内各小区的负载随着时间的推进而剧烈变化时, 静态干扰协调方法显得很不灵活; 当小区边缘处于高负荷状态而小区中央处于低 负荷状态时,静态干扰协调方法带来的小区边缘性能提高也很有限。 (2) 半静态协调:对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为秒 级或更长。基站之间信息传递的频率为几十秒或分钟级。 在半静态干扰协调方法中, 资源集合 S 的分割也是随时间的变化而变化, , 但是 S 分割的变化不像动态协调方法中变化得那么频繁,也不是在每个 TTI 都 会发生变化,一般要经过多个 TTI 才会进行一次集合 S 重新分割。 在半静态干扰协调方法中, 一方面, 小区内负载的分布或者变化促使各小区 用于干扰协调的资源发生变化, 可见它可以很好地适应系统内负载的变化;另一 方面, 集合 S 的重新分割不需要在每个 TTI 都进行, S 的重新分割完全可以只在 系统内负载分布或者其变化比较大的时候才进行,这就有效地减小了信令开销, 提高了系统效率。 这种方法可以在一定程度上提高整个系统的性能,尤其是小区 边缘的性能。 (3) 动态协调:对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为几十 或几百毫秒,基站之间信息传递的频率与资源重新配置频率类似。

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动态干扰协调指集合 S 的分割随时间的变化而变化,随着 TTI 的增加也会 发生动态的变化。 在动态干扰协调方法中,每个小区用于干扰协调的资源都会随 着时间的变化而增加或者减少。 在动态干扰协调方法中, 小区内负载的分布或者变化促使各小区用于干扰协 调的资源发生变化, 所以此方法可以很好地适应系统内负载的变化。但是它也存 在缺点,由于集合的分割需要在整个系统内进行,不能在某一个小区单独调整, 这就需要额外的信令开销;如果 S 的划分在每个 TTI 内都进行一次,过多的信 令开销将导致系统效率的严重降低,对系统性能的提高甚至起负作用,同时每个 TTI 内进行 S 的分割也将增大系统的传输时延。 从无线资源的协调方式来看,ICIC 方法可以分为:部分频率复用,软频率 复用,全频率复用。 (1) 部分频率复用(Fractional Frequency Reuse:FFR) 与普通频率复用相比, 部分频率复用是指在某些子频带上的频率复用因子为 1,而在另外一些子频带上的频率复用因子大于 1。基站根据分配的频段结合调 度算法动态调度中心用户和边缘用户的使用频段。对于上行和下行来说,都是基 站调度,没有本质的差别。从功率分配的角度看,有一个子频带被所有小区等功 率使用(即,频率重用因子为 1),而其余子频带的功率分配在相邻小区间协调, 从而在每个小区创造一个小区间干扰较低的子频带,成为小区边缘频带。FFR 方案可以被进一步分为全功率隔离(FFRFI)和部分功率隔离(FFRPI)。 全功率隔离 意味着每个小区不能在其相邻小区的小区边缘频带上发送数据, 从而以减少可用 资源为代价抑制了相邻小区的小区间干扰,如图 (a)所示。对于部分频率隔离而 言,所有小区都可以使用所有系统带宽。因此,可用的频率资源与重用因子为 1 时相同,这与下面讲到到软频率复用(SFR)类似。在 FFRPI 方案中,通过为 小区边缘频带分配较大发射功率, 并相应减少其它子频带上的发射功率从而保持 总发射功率的方式增强信道质量,如图 (b)所示。实际组网时,需要根据具体网 络的需求, 合理规划频率部分复用的比例,但是不可避免的会出现部分频谱浪费 的问题。因此首先要视不同小区的实际情况不同,单独考虑其频率复用比例,当 业务需求随着场景, 时间的变化时,部分频率复用的比例如何根据业务需求进行

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调整,是优化工作必须重视的问题;当然,在用户负载较高时,肯定会比较难于 协调。

图 17 部分频率复用(FFR)

(2) 软频率复用(Soft Frequency Reuse:SFR) 与普通频率复用相比,软频率复用(SFR)对某些子频带上的功率只是部分减 少,而不是完全限制使用。因此对于 SFR,需要调节某些子带上的功率。综合 上述方法,对 SFR 进行如下定义:每个小区使用整个频带,但根据特定的频率 复用方案,在各个子频带上有两种不同的功率分配方法:(a)某个特定的子频带 上发射功率被减小,其余子频带上使用相等的全功率发射。(b)某个特定的子频 带上使用全功率发射,其余子频带上发射功率被减小。总体来说,SFR 与频率 复用因子为 1 的情况相同,可使用所有可用频率资源传输,但与前者不同的是, 不同子频带上的平均 SINR 不再完全相同:每个小区全功率发射的子频带上的 SINR 会维持不变或提高;而发射功率被减小的子频带上的 SINR 则会减小。

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图 18 软频率复用(SFR)

(3) 全频率复用(Full Frequency Reuse:FFR) 全频率复用与 SFR 和 FFR 中对一组连续的 PRB 采用统一的资源使用和发 射功率限制不同,全频率复用对时频资源的使用和发射功率的限制以 PRB 为单 位,可以单独对某个 PRB 进行调度和功率限制,以避免高功率干扰对边缘用户 产生严重影响。在全频率复用方案中,并不区分 IC 和 OC 资源,利用测量到高 干扰 PRB 资源指示,eNodeB 端进行 PRB 协调调度,系统可以使用小区内频谱 资源,即频率复用因子为 1。 全频率复用具有频谱利用率高, 通过灵活资源调度有效避免和降低小区间干 扰的优势。 但是同时需要快速测量和反馈信号,及复杂的调度机制将给系统带来 巨大信令开销和额外复杂度。

6.3.2ICIC 性能
从图 中可以看出, 采用 FFR 和 SFR 后, 上行和下行的 SINR 都有所改善。 其中 FFR 改善比 SFR 改善的更明显。下行链路,采用 FFR 相对于 FR=1,大 约有 1~5 个 dB 的改善,采用 SFR 相对于 FR=1, SINR 大约有 1~3 个 dB 的 改善;对于上行链路,采用 FFR 相对于 FR=1,SINR 大约有 5 个 dB 的改善, 采用 SFR 大约有 1~3dB 的改善。

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图 19 FR1、FFR 和 SFR 的 SINR 仿真结果

下行链路 Fullbuffer 业务的频谱效率:

图 20 下行 Fullbuffer 业务频谱效率

上行链路 Fullbuffer 业务的频谱效率:

图 21 上行 Fullbuffer 业务频谱效率

通过仿真结果图 和图 可得到如下结果: (1) FFR 和 SFR 对边缘频谱利用率均有提高, 其中 FFR 对边缘频谱利用 率的提高:下行为 4.59%~18.3%,上行为 6.57%~29.12%;SFR 对 边 缘 频 谱 利 用 率 的 提 高 : 下 行 为 3.83%~15.97% , 上 行 为

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3.98.57%~26.19%。FFR 对边缘频谱利用率的提高高于 SFR 。 (2) FFR 和 SFR 对整体频谱利用率的影响表现不一,FFR 对系统整体频 谱利用率有损失: 下行为-0.34%~-47.3%, 上行为-0.96%~-32.33%; SFR 对系统整体频谱利用率上行有增益:0.57%~19.15%;下行中低 负载有增益:0.55%~3.19%,高负载时有损失:-3.91%~-9.8%。 (3) FFR 和 SFR 在上行链路的增益要大于下行链路,ICIC 机制和功率控 制机制结合起来能发挥更好的作用。 (4) FFR 和 SFR 在系统低负载时,增益非常有限;在系统中高负荷时对 边缘频谱利用率有明显增益;在中等负荷时,对边缘频谱利用率增益 最大。 (5) SFR 和 FFR 相对于 FR=1,下行链路边缘频谱利用率均有提高,但 是 SFR 相对于 FFR 来说以更低的整体频谱利用率的损失,获得和 FFR 相近的边缘频谱利用率的增益。 通过对 ICIC 技术的仿真,可以验证: (1) 采用 FFR 和 SFR 后,上行和下行的 SINR 都有所改善。其中 FFR 改善比 SFR 改善的更明显。 (2) FFR 和 SFR 两种 ICIC 机制在上行链路的表现要好于下行,ICIC 与 功率控制机制相配合能更好的发挥作用。 (3) SFR 和 FFR 相对于 FR=1,边缘频谱利用率均有提高,但是 SFR 相对于 FFR 来说以更低的整体频谱利用率的损失,获得的和 FFR 相近 的边缘频谱利用率的增益。 (4) FFR 和 SFR 在系统低负载时,增益非常有限;在系统中高负荷时对 边缘频谱利用率有明显增益;在中等负荷时,对边缘频谱利用率增益最 大。

6.3.3ICIC 技术应用建议
采用 FFR 和 SFR 后,上行和下行的 SINR 都有所改善,提升了接收机的解 调性能。其中 FFR 改善比 SFR 更明显:

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?

下行链路, 采用 FFR 相对于 FR=1, 大约有 1~5 个 dB 的改善, 采用 SFR 相对于 FR=1, SINR 大约有 1~3 个 dB 的改善。

?

对于上行链路, 采用 FFR 相对于 FR=1, SINR 大约有 5 个 dB 的改善, 采用 SFR 大约有 1~3dB 的改善。

?

但 FFR 方案比 SFR 的频谱利用率要低。

根据 ICIC 的评估分析,结合厂家的实现情况,建议优先采用同频组网,利 用 ICIC 技术提高边缘覆盖,结合网络建设阶段,给出如下网络部署建议: (1) 在网络建设初期,初期原则上建议使用上下行频率选择性调度达到 协调小区间干扰的问题;对于密集城区,如果负载较高,可考虑开通 ICIC 功能。 (2) 当用户发展到一定规模,LTE 形成连片覆盖,且系统负荷相对较高 时,可开通 ICIC 功能,采用 ICIC 方案来降低系统干扰,在半静态/动态 ICIC 尚未成熟时, 建议采用静态 SFR 的方式; 待半静态/动态 ICIC 技术 成熟后, 可结合 X2 接口的信令负荷来选择采用半静态或动态 ICIC 方案, 提高边缘 UE 覆盖; 同时,由于半静态或者动态 ICIC 需要 eNodeB 之间通过 X2 接口交互系统 负载信息和 RB 占用情况,而 3GPP 对 ICIC 的具体算法没有进行统一,各厂家 的 ICIC 算法各有差异,很难进行异厂家之间协作。因此网络建设过程中,应尽 量保证成片区域单个厂家连续覆盖。在不同厂家边界,采用静态 ICIC 或异频方 案,通过网络规划,使相邻基站之间边缘使用不同的频率资源,从而降低小区间 干扰,改善系统边缘覆盖效果。

6.4 TTI bundling 6.4.1TTI bundling 基本原理
TTI Bundling 即把一个数据包在连续多个 TTI 资源上重复进行传输, 接收端 将多个 TTI 资源上的数据合并达到提高传输质量的目的。图 所示是 VoIP 业务

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采用 TTI bundling 机制的工作原理示意图,一个传输块在连续的 4 个 TTI 上使 用不同的冗余版本被发送,在第 7 个 TTI 时收到 NACK 反馈,在第 16 个 TTI 时进行重传。采用 TTI bundling 方法不需要对 RLC 层数据包进行分割,所以有 效减小了 RLC 层分块的头开销;4 个 TTI 只使用了 1 个反馈资源,减小了控制 信道的占用; 同时多个冗余版本的数据经过合并,提高了信道传输质量并减小了 重传次数。 3GPP R8 版本中定义 TTI bundling 用于 VoIP 业务,最大连续使用的 TTI 资源数为 4,往返时间 RTT 为 16ms,调制格式为 QPSK,最大分配 RB 资源数 为 3。

图 22 TTI bundling 工作原理示意图

6.4.2TTI bundling 性能
在一定的仿真条件下,得出以下结论

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10

0

UL Medium data iBLER all scenario compare

10

-1

iBLER
-2

10

1process 4process 1process 1process 8process

no bundling no bundling 4TTI bundling 8TTI bundling no bundling

10

-3

-10

-9

-8

-7

-6 SNR

-5

-4

-3

-2

-1

图 23 上行数据业务仿真结果

(1) 4TTI bundling 相比于传统的纯 HARQ 技术(1HARQ process no bundling)有着很大的增益(6.1dB),这是由于采用 bundling 技术的 时候发端发送了若干份冗余数据,使得收端解码成功率大大提高。 (2) 为了在更平等的条件下对比性能(占用相同的 TTI 资源),做了 4HARQ process no bundling 场景的仿真。可以看到 4TTI bundling 相 对于 4HARQ process no bundling 有 1.3dB 的增益。 (3) 8TTI bundling 相比于 4TTI bundling 有着 2.1dB 的增益,这是由于 8TTI 时发送的冗余数据更多,接收端解码成功率进一步提高造成的。 (4) 8TTI bundling 相比于 8HARQ process no bundling 有 1.2dB 的增益。 在同样 BLER 下,使用 TTI bundling 能够有效提高上行数据业务的 SINR, 增益大概 1~3dB。

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10

0

UL VOIP rBLER all scenario compare 1process 4process 1process 1process no bundling no bundling 4TTI bundling 8TTI bundling

10

-1

rBLER

10

-2

10

-3

10 -10

-4

-9

-8

-7

-6 SNR

-5

-4

-3

-2

图 24 上行 VoIP 业务仿真结果

(1) 8TTI bundling 相比于 4TTI bundling 有 1.5dB 的增益。 (2) 4TTI bundling 场景的性能比相应的 4 process no bundling 好 1.3dB。 在同样 BLER 下, 使用 TTI bundling 能够有效提高上行 VoIP 业务的 SINR, 增益大概 1~3dB。 综上可以看出,TTI bundling 能够有效提高上行业务的覆盖能力。 仿真结论: 无论是数据业务还是 VoIP 业务,利用 4TTI bundling 进行 LTE 覆盖增强, 能够大概提高上行用户 1~2dB 的 SINR。 利用增强 8TTI bundling 进行上行传输, 相比于 4TTI 性能提高 1~3dB。 利用多个 TTI 绑定进行上行传输,能够有效提高上行覆盖能力,但是以牺 牲系统资源的前提下,提高覆盖能力。针对于系统性能和覆盖能力的折中考虑, 需进一步利用系统仿真评估。

6.4.3TTI bundling 技术应用建议
如前所述,无论是数据业务还是 VoIP 业务,利用 4TTI bundling 进行 LTE 覆盖增强,能够大概提高上行用户 1~2dB 的 SINR。但目前 R8、R9 阶段 LTE

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仅支持 VoIP 业务的 TTI bundling,绑定的 TTI 数目限制在 4 个。网络设备会对 业务类型进行判断,非 VoIP 业务暂时不考虑启用 TTI bundling 功能。 根据以上 TTI bundling 技术评估和 3GPP 覆盖增强技术的进展,可以拓展 上行业务的 TTI bundling 使用范围,应用到数据业务和 VoIP 中,同时针对覆盖 较差、上下行覆盖不均衡较严重区域推荐更高的 TTI bundling 数目。 根据以上分析,对于上行业务 UE,使用 TTI bundling 技术,能够提高上行 接收 SINR 的 1~3dB。 但鉴于对于系统整体性能和覆盖的折中考虑, 仅推荐处于 上行覆盖较差 UE(边缘 UE)使用 TTI bundling 技术,并可根据其覆盖效果, 在一定范围内自适应调整 TTI bundling 数目,保证系统边缘 UE 的业务体验。

6.5 MIMO 覆盖增强 6.5.1MIMO 基本原理
LTE 中的多天线传输大体而言就是把数据调制的输出映射到不同的天线端 口。天线的输入包含对应于一个或者两个传输块的调制符号(QPSK、16QAM、 64QAM) 。更准确的说,每个 TTI 有一个传输块,而有空分复用的时候,每个 TTI 有两个传输快。 天线映射的输出是给每个天线的端口一系列的符号。 每个天线端口的符号随 后使用到 OFDM 的调制器上, 也就是映射到那个天线端口上的基本 OFDM 的时 间频率网格上。 不同的多天线传输方案对应不同的传输模式。目前 LTE 有 9 种传输模式。 它们在以下方面有所不同; 天线映射的结构方面,给解调使用什么样的参考信号 (小区的特定参考信号还是调制参考信号), 已经可以依赖的 CSI 的反馈类型方面。 传输模式 1 对应于单天线传输, 而其他多天线传输模式对应于不同的天线传输模 式,包括天线分集,波束赋形和空分复用。有两种下行天线预编码的方案,分别 取决于在信道估计时使用小区特定的参考信号还是调制参考信号。 这两种方案分 别叫做基于码本的预编码和非码本的预编码。 LTE 定义的 MIMO 下行传输模式,根据最新 3GPP 标准分为九种:

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表 7 MIMO 传输模型

MIMO 传输模式 传输模式 1 传输模式 2 传输模式 3 传输模式 4 传输模式 5 传输模式 6

MIMO 方式 单天线端口, 端口 0 发射分集

DCI 格式 DCI 格式 1A DCI 格式 1 DCI 格式 1A DCI 格式 1 DCI 格式 1A DCI 格式 2A DCI 格式 1A DCI 格式 2 DCI 格式 1A DCI 格式 1B DCI 格式 1A DCI 格式 1A DCI 格式 1A DCI 格式 1 DCI 格式 1A DCI 格式 2B

不同信道格式下的 MIMO 传输方式 单天线端口,端口 0 单天线端口,端口 0 发射分集 发射分集 发射分集 大延迟 CCD 或发射分集 发射分集 闭环空间复用或发射分集 发射分集 多用户 MIMO 发射分集 单流闭环空间复用 发射分集或单天线端口,端口 0 单天线端口,端口 5 发射分集或单天线端口,端口 0 双流传输,端口 7、8; 单流传输,端口 7 或 8 非 MBSFN 子帧,发射分集或单天线端 口,端口 0;MBSFN 子帧,单天线端 口,端口 7 支持 8 流传输,端口 7-14

开环空间复用

闭环空间复用 多用户 MIMO 闭环 rank 为 1 预编码 单天线端口, 端口 5 (波束赋 形)

传输模式 7

传输模式 8

双流传输,端 口 7、8

传输模式 9

8 流传输, 端口 7-14

DCI 格式 1A DCI 格式 2C

对于 LTE FDD 来说, 目前主要使用模式 2、 模式 3, 也可以考虑使用模式 4、 5 和 6 。对于 TD LTE 来说,除了模式 2、模式 3、模式 4 和模式 5 外,因为采 用了智能多天线系统,还可以应用波束赋形技术。如 TD LTE R8 系统中采用单 流波束赋形技术, UE 需要通过对专用导频的测量来估计波束赋形后的等效信道, 并进行相干检测;而 TD LTE R9 系统将波束赋形扩展到了双流传输,实现了波 束赋形与空间复用技术的结合。 双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的 条件下, 结合了智能天线技术和 MIMO 空间复用技术, 利用 TDD 信道的对称性, 同时传输多个数据流实现空分复用, 并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、 小区容量大和干扰小的特性, 既可以提高边缘用户的可靠性,同时可有效提升小 区中心用户的吞吐量。

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6.5.2MIMO 性能
6.5.2.1下行多天线增益
(1) 吞吐率增益

为了研究多天线技术对 LTE 下行带来的性能增益,建立仿真系统如下:
表 8 MIMO 下行覆盖性能仿真系统 系统带宽 信道模型 站间距 载波频率 基站天线高度 基站发射功率 终端移动速度 天线信道相关性 业务类型 调度算法 最大 HARQ 次数 MIMO 工作模式 10M ITU-R M.2135 500/1732/4000 2.1GHz 35m 每扇区最大 40W (2X20W;4X10W ) 3km/h,30 km/h 低 Full Buffer PF 4 分集/复用/开环/闭环自适应

多天线配置频谱效率对比仿真结果如下:
表 9 多天线配置频谱效率对比 终端速度 (km/h) 站间距 (m) 2X2 频谱效 4X2 频谱效 频 谱 效 率(bps/Hz) 率(bps/Hz) 率 增 益 4X2 VS.2X2 2.02 2.2 2.16 1.63 2.06 2 2.35 2.56 2.53 1.96 2.45 2.41 16% 16% 17% 20% 19% 21% 4X4 频谱效 频谱效率增 率(bps/Hz) 益 4X4 VS.2X2 2.9 3.05 2.96 2.56 2.99 2.86 44% 39% 37% 57% 45% 43%

3 3 3 30 30 30

500 1732 4000 500 1732 4000

多天线配置小区边缘吞吐率(CBTP:Cell Border Throughput)对比仿真结果如 下:
表 10 多天线配置小区边缘吞吐率对比 终 端 速 度 (km/h) 站 间 距 (m) 2X2 CBTP (bit/S) 4X2 CBTP (bit/S) CBTP 增 益 4X2 VS.2X2 4X4 CBTP (bit/S) CBTP 增 益 4X4

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VS.2X2 3 3 3 30 30 30 500 1732 4000 500 1732 4000 481 473 340 346 436 295 540 576 462 420 555 485 12% 22% 36% 21% 27% 64% 754 738 595 666 800 659 57% 56% 75% 92% 83% 123%

依据上面得到的仿真数据, 1732 米站间距条件下, 下行 4X2 系统相比 2X2 系统 的性能增益进一步对比如下:

图 25 下行 4x2 与 2x2 MIMO 吞吐率对比情况

下行 4X2 相比 2X2 来说,频谱效率增益大约 16-21%,小区边缘吞吐率增 益在 21-64%之间,小区边缘用户吞吐率提升 20-30%。而下行 4X4 相比 2X2 来 说,频谱效率增益大约 37-57%,CBTP 增益在 56-123%之间,小区边缘用户吞 吐率提升 55-70%。 (2) 覆盖半径增益

下图针对 1800M 频段下行信道不同天线数量配置的覆盖能力进行了分析:
km
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
DL 2X2 46dBm

密集城区下行覆盖半径对比
+24% +2%

DL 4X2 46dBm

DL 4X2 49dBm

图 26 密集城区不同天线配置下行覆盖半径对比

可以看到, 当保持每天线发射功率不变的条件下 (4X2 配置相比 2X2 配置,

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天线总功率增加 3dB) ,覆盖能力扩大 24%左右。

6.5.2.2上行多天线增益
(1) 吞吐率增益 类似于下行, 1732 米站间距条件下, 上行 1X4 系统相比 1X2 系统的性能增 益对比如下:

图 27 上行 1x4 与 1x2 MIMO 吞吐率对比情况

上行 1X4 相比 1X2 配置, 平均吞吐率获得 35%的提升, 小区边缘吞吐率获 得了 52%的提升,这说明在上行发射功率受限的条件下,多天线接收分集的增 益还是非常明显的。 (2) 覆盖半径增益 下图针对 1800M 频段上行信道不同天线数量配置的覆盖能力进行了分析:
km
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
UL 1X2

密集城区上行覆盖半径对比
+27%

UL 1X4

图 28 密集城区不同天线配置上行覆盖半径对比

可以看到,上行 1X4 配置相比 1X2 配置,覆盖能力扩大 27%左右,对于上 行终端发射功率受限的场景,上行多天线接收分集增益明显。

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6.5.3MIMO 模式间的切换
(1) 仿真条件
表 11 模式切换仿真条件 信道: 信道带宽 子载波间隔 基站天线间距 UE 速度: EPA 20M 15kHz 10λ 3Km/h 帧数: 传输块大小: RB 数目: 调制方式: CP 设置: 50 680 8 QPSK 短 CP

信道估计算法: 时域相关

解 MIMO 算法: MMSE

(2) 开环复用与分集之间的切换 此类切换存在于 TM3 和 TM4 以及 TM3 内部的切换过程中。 模式 3 包括开环空间复用及发射分集。 模式 3 内可支持的 DCI 格式为 1A 和 2A,其中格式 1A 仅针对发射分集模式,其对应资源分配模式为 Type2;DCI 格式 2A 对应模式包括开环空间复用及发射分集,其所对应的资源分配模式为 Type0 及 Type1。程序中默认模式 3 内 DCI 格式为 2A。仿真图如下所示:

图 29 模式切换性能

由上图 知道,模式 2 与模式 3 的误码率比较图可知,当 SINR<-10dB 时, 两种模式的 BER 趋于相等,随着 SINR 的增加,模式 2 的误码率较之于模式 3 有更大幅度的减小,但从图 中可见,当 SINR<0dB 模式 2 的吞吐量远大于模式 3,基于误码率与吞吐量两者的综合考虑,选在 SINR=3dB 时为切换门限,即

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CQI_SINR_Thr=3dB,此时模式 3 的 BER 数量级小于等于 10 ,而它的吞吐量 远在模式 2 之上。当 SINR<CQI_SINR_Thr 时,处于模式 2 发射分集状态,当 SINR>CQI_SINR_Thr 时, 根据信道性能切换到模式 3 开环空间复用状态。 可见 模式 2 适用于信道环境较差的区域,如小区边缘、切换区域、阴影区等场景。 (3) 模式切换的策略和信道相关性 不同 MIMO 工作模式适用于不同的无线场景,基本描述如下图所示:

?1

图 30 不同 MIMO 工作模式的适用场景

要想取得多天线性能的最优化,MIMO 模式的切换策略就需要进一步优化, 多天线的选择和切换的流程可以示意如下:

图 31:MIMO 选择和切换流程图

MIMO 选择和切换的步骤如下所示: (1) eNodeB 下发导频符号; (2) 终端通过测量,获得信道质量和信道状况的测量值:CQI、RI 和 PMI。

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(3) 终端通过 PUCCH 向 eNodeB 上报 CQI、RI 和 PMI。 (4) eNodeB 根据终端上报的 CQI、RI 和 PMI,选择合适的 RI 和码本,关 随同数据一起向 UE 下发。 MIMO 的切换的原则主要根据 UE 上报的 CQI、RI 和 PMI 来决定的。其总 体原则如下: (1) RANK 值发生变化: RANK 的变化反映了信道相关性的变化。 当 RANK=2 时,表明信道低相关,可以采用双码字(Two CodeWords) 。当 RANK 由 2 变为 1 时,信道相关性由低相关变为高相关,两个特征值的比值正在增加, 表明双流的正交性正在受到破坏,双流的无线性能严重下降。因此,可以把 双码字切换为单码字(One CodeWord) 。 (2) CQI 发生变化:CQI 的变化表明了信道质量正在变化。当终端离中心基 站比较近时,CQI 值较高。当终端离中心基站比较远时,CQI 值较低。根据 仿真表明,当 CQI 的值低于一定门限,单码字的无线性能要优于双码字。因 此,当终端位于小区边缘时,基站可以根据 CQI 的值(如小于 4) ,把双码 字切换为单码字。 (3) PMI 的变化;当 PMI 值在一定周期内,出现剧烈变动。表明终端处于移 动状态中,权值(Weight)的生效时间小于信道变化时间。终端反馈的 RI、 PMI 和 CQI 已跟不上信道变化。因此,可以把闭环切换为开环。 上述根据 RANK 值、CQI 值及 PMI 变化而进行的 MIMO 模式的切换,在实 际实用中,可综合考虑。

6.5.4MIMO 技术应用建议
根据中国联通现有基站密度,室外覆盖强度可以满足基本覆盖要求,但是由 于室外覆盖室内穿透损耗较大、阴影衰落等因素影响,在考虑网络覆盖方案时, 应当尽早考虑增强型的多天线技术方案。人流密集,业务密度大的场所应当考虑 建设室内覆盖系统。 而郊区等远距离覆盖场景,上行多天线增强可以对扩大覆盖 范围,提升业务质量产生关键作用。 LTE-FDD 室外基站原则上配置 2×2MIMO, 使用 MIMO 工作模式 3, TD LTE 两通道基站配置 2×2MIMO, 使用 MIMO 工作模式 3, 八通道基站配置 8×2MIMO,

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使用 MIMO 工作模式 3/7/8 自适应。 部分上行覆盖受限的地区, LTE-FDD 室外基站可以考虑配置 2×4MIMO, 采 用上行 4 天线接收技术,但需要基站射频支持四通道接收、基带支持 4 路接收 算法。TD LTE 八通道基站上行采用 8 路接收算法。 室内基站根据场景可以选择单通道或双通道配置。若为双通道配置,则采用 2×2MIMO,可以采用 MIMO 工作模式 3 或工作模式 4。


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