TD-LTE同频干扰抑制技术研究与应用

蔡伟明，王玮，施云涛

（1 中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司，南京 210029：2 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE同频组网具有频谱利用率高、部署灵活、终端支持频段需求低、终端射频通道复杂度低等优点，在规模试验网中得到广泛应用。由于LTE采用了OFDM等新技术，小区内部用户所占用子载波资源相互正交互不干扰，其吞吐量和频谱效率可以通过高阶调制和MIMO技术等技术实现；但小区边缘重叠覆盖区域产生同频干扰，严重影响边缘边缘业务可靠性和用户感知。如何有效地规避和抑制同频干扰则是关系到TDLTE能否为用户提供高质量服务的关键问题。

合理的下倾角规划和优化调整是移动蜂窝系统降低同邻频干扰的有效方法，然而传统的基站小区下倾角规划，采用先确定站间距，按理向结构计算小区半径，再求下倾角，结果重叠覆盖区域大，同邻频干扰严重。2G系统可以采用异频组网，3G系统可以通过频率扰码规划规避，下倾角的粗略规划以及重叠覆盖区域的大小对系统带来的干扰影响不大。所以，对于LTE同频组网，已无法沿用2G/3G中使用的粗略的下倾角规划方法。

本文提出了一种基于GIS信息的下倾角规划的TD-LTE同频干扰抑制技术，并成功应用到TD-LTE规模试验网中，现场测试结果表明该技术有效降低TDLTE小区边缘的同频干扰，显著提升小区边缘吞吐量。

2 基于GIS信息的下倾角规划的TD-LTE同频干扰抑制技术

在保证覆盖的前提下，利用Vornoi泰森多边形可构建蜂窝小区覆盖区域；通过GIS信息，精确计算小区覆盖面积，根据天线辐射方向图特性，采用扇形模拟小区覆盖区域，由小区覆盖面积求出小区覆盖等效半径；根据天线高度与覆盖半径之间的三角函数关系，运用天线垂直方向的半功率角的上沿对准小区覆盖边缘的原理，确定基站天线的下倾角，在保证满足切换要求的连续性覆盖前提下，尽可能减小小区间的重叠覆盖。这种新型的下倾角规划方法是一种TD-LTE同频组网干扰抑制下天线下倾角设置不合理引起边缘小区吞吐量下降问题和资源利用率低的问题。

2.1 确定基站覆盖区域

根据电子地图提供的基站经纬度信息，将每个基站所在的地理位置对应电子地图上的一个离散点，将离散点构成三角网。这种三角网称为Delaunay三角网。Delaunay三角网的构建也称为不规则三角网的构建，就是由离散数据点构建三角网，如图1所示，即确定哪三个数据点构成一个三角形，也称为自动联接三角网。即对于平面上n个离散点，其平面坐标为(xi，yi)，i＝1，2，…，n，将其中相近的三点构成最佳三角形，使每个离散点都成为三角形的顶点。

图1 Delaunay三角网

自动联接三角网的结果为所有三角形的三个顶点的标号，如：

（1，2，8）、（2，8，3）、（3，8，7）……

为了获得最佳三角形，在构三角网时，应尽可能使三角形的三内角均成锐角，即符合Delaunay三角形产生的准则：

任何一个Delaunay三角形的外接圆内不能包含任何其它离散点。

相邻两个Delaunay三角形构成凸四边形，在交换凸四边形的对角线之后，六个内角的最小者不再增大。该性质即为最小角最大准则。

根据泰森多边形原理，每个基站离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。而泰森多边形所围的区域则为泰森多边形内离散点基站所覆盖的区域。

2.2 确定小区覆盖区域

根据每个基站小区的方向角，利用小区方向线两两之间的中心线将基站覆盖范围分割为小区覆盖范围。如图2所示，将基站A覆盖区域分割成A1、A2、A3小区，基站B覆盖区域分割成B1、B2、B3小区，基站C覆盖区域分割成C1、C2、C3小区，基站D覆盖区域分割成D1、D2、D3小区……

图2 小区覆盖区域示意图

2.3 计算小区覆盖面积

图3 泰森多边形及三角网

对于泰森多边形，如图3所示。

泰森多边形面积就是求出垂直平分线所围成的多变形面积，以角规点A（基站）为圆心，每隔1°（可任意规定）可确定一条射线，该射线于多边形的边有一个交点，这样扫描一圈就有n个交点，分别求出该站点与交点的距离，把n个小三角形的面积累加起来就等于该多边形的面积。在求射线与多边形的交点时实际上是射线与好几条垂直平分线的交点，可能在某一方向上，射线与好几条垂直平分线都有交点，这时就必须取最短距离的交点，才能保证多变形的唯一性。

对于区域边界站点，以电子地图的边界作为相应的多边形的边来弥补。

同理，可以求出每个基站小区的覆盖面积。

2.4 获取小区覆盖半径

由于天线波瓣图特性，实际小区覆盖呈现类似扇形的不规则多边形，与上面泰森多边形基本重叠。

根据扇形面积计算公式，可以求得小区面积Si＝（1/2）Ri2×φi

其中Ri为小区等效覆盖半径，φi为小区扇形夹角；小区面积Si根据前面泰森多边形方法求得，由此可以计算出小区等效覆盖半径。

2.5 确定基站天线下倾角

根据链路预算计算各场景的最大路径损耗，然后按照不同网络、不同场景的传播模型计算出各场景的小区最大半径，如TD-SCDMA网络，密集城区小区半径Rmax在600m范围内，一般城区小区半径Rmax在900m范围内，郊区小区半径Rmax在1200m范围内，农村小区半径Rmax在1500m范围内。

对实际计算的小区半径Ri进行修正，若Ri≤Rmax在则有效，否则取Ri=Rmax。

最后依据：Downtilt=arctag(Height/Distance)＋HPBW/2，其中Distance为扇区覆盖距离Ri，Height为天线挂高；HPBW/2为1/2的天线垂直半功率角。

2.6 下倾角规划方法

根据上述分析，提供图4所示的下倾角计算流程，便于形成下倾角开发工具。可以通过下述步骤来完成下倾角规划计算。

图4 下倾角规划流程

（1）根据链路预算计算各场景的最大路径损耗，然后按照不同网络、不同场景的传播模型计算出各场景的小区最大半径Rmax；

（2）根据泰森多边形原理，计算基站的覆盖范围；利用小区方向线两两之间的中心线将基站覆盖范围分割为小区覆盖范围；根据GIS信息及泰森多边形原理，获得小区覆盖面积Si；

（4）小区覆盖半径修正，若Ri≤Rmax在则有效，否则取Ri=Rmax；

（5）最后天线下倾角Downtilt＝arctag(H/Ri)＋HPBW/2。

3 实际应用评估结果

3.1 生成TD-LTE下倾角规划工具

根据上述原理，在GIS地理视图上开发下倾角规划工具，计算简单，结果合理，适合于日常规划和优化调整下倾角的工具, 此工具也适合2G和TD的下倾角规划。

3.2 新下倾角方案改善效果

在200个基站的前后下倾角对比评估中，采用传统方案规划的下倾角平均7.85°，小区半径平均为524m，采用本文提出的方法规划的下倾角平均为8.67°，小区覆盖半径410m。

因此采用新方案后下倾角均值提升0.82°,小区覆盖半径减少114m,避免64%左右天线主波瓣覆盖重叠区域。如表1所示。

表1 采用新下倾角规划方案后下倾角及小区半径均值变化明细

3.3 边缘小区吞吐量改善效果

采用本文提出的下倾角规划方案，小区间重叠覆盖区域主要以天线旁瓣重叠覆盖为主，减少天线主瓣重叠覆盖的面积，旁瓣信号干扰比主瓣信号干扰至少低3个dB，即SINR提升3个dB，实际测试验证，小区吞吐量可提升10%左右，边缘区域吞吐量提升显著。

4 结束语

TD-LTE小区间的同频干扰直接影响整体网络质量和用户感知，本文针对TD-LTE同频干扰抑制技术进行研究，从网络规划角度出发创新提出一种基于GIS信息的下倾角规划的TD-LTE同频干扰抑制技术，并将该技术成功应用到TD-LTE规模试验网中，测试结果表明该技术减少小区边缘重叠覆盖区域，提高小区积间重叠区域的SINR平均值，有效降低TD-LTE小区边缘的同频干扰，提升小区边缘吞吐量，使TD-LTE同频组网性能得到显著提升，具有广泛的应用前景。

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