TD-LTE系统PCI配置分析

李寿鹏，张国栋，苏雷

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 251400）

1 PCI概述

PCI（Physical Cell Identifier，物理小区标识），也称为物理小区ID。LTE系统提供504个物理层小区ID，与TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0～503之间的一个号码即可。PCI直接决定了小区同步序列，并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关。例如PDSCH的加扰序列的产生与物理小区ID是有关系的。而且，物理小区ID与小区专属参考信号的频域位置也是相关的。所以需要对相邻小区的PCI进行合理的规划以避免干扰。

2 PCI的获取

2.1 主同步信号和辅同步信号

在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。TD-LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个信号：主同步信号（PSS，共有3种可能性）和辅同步信号（SSS，共有168种可能性）。由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。 采用主辅同步信号的优势是能够保证终端能够准确并快速检测出主同步信号，并在已知主同步信号的前提下来检测辅同步信号，加快小区搜素速度。

图1给出了PSS（Primary Synchronized Signal，主同步信号）和SSS（Secondary Synchronized Signal，辅同步信号）的位置示意图。在时域上PSS位于DwPTS的第三个符号；SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号。PSS和SSS信号的位置相对固定。

图1 同步信号时域位置示意图

在频域上，TD-LTE系统支持多种传输带宽配置，为了保证各个系统带宽下PSS和SSS位置的相对固定和检测算法的实现简化，PSS和SSS信号在频域上总是处于整个系统带宽中央1.08MHz（6个PRB块）的位置，如图2所示。

2.2 PCI的获取

PCI是在小区搜索的时候获取的。小区搜索时，首先进行时间同步检测。其基本原理是使用本地同步序列和接收信号进行同步相关，进而获得期望的峰值，根据峰值判断出同步信号的位置。当终端处于初始接入状态时，对接入小区的带宽是未知的，主同步和辅同步处于整个带宽中央，并占用1.08MHz带宽。因此，初始接入时，UE首先在其支持的工作频段内以100kHz为间隔的频栅上进行扫描，并在每个频点上进行主同步信道的检测。在这一过程中，终端仅仅检测1.08MHz的频带上是否存在主同步信号。

图2 同步信号频域位置示意图

当检测出PSS信号后，根据主同步信号和辅同步信号之间的固定关系，进行辅同步信号的检测。小区在获得了主同步信号和辅同步信号之后就获得了小区的 PCI。

这里需要说明的是，TD-LTE系统既可以采用常规CP（Cyclic Prefix，循环前缀），也可以使用扩展CP，所以，对应的PSS和SSS之间的距离存在两种可能，需要终端采用盲检的方式识别，通常是采用PSS与SSS相关峰的距离进行判断。检测出SSS之后，系统采用的CP类型也就相应确定了。

3 PCI与小区专属参考信号

3.1 PCI与PDSCH信道

概述中提到过，PCI的合理规划能够减少相邻小区间的干扰。因为有些物理信道的加扰方式是和PCI有关的。例如PDSCH信道。PDSCH信道的加扰序列的初始化值（Cinit）是与PCI相关的，见式（1）。

3.2 PCI与小区专属参考信号

PCI与小区专属参考信号（CRS，Cell-specific Reference Signals）的产生，位置等都有着相关性，这些相关性导致了PCI在规划时一些需要注意的原则。

3.2.1 小区专属参考信号序列生成与PCI

小区专属参考信号在天线端口0～3上发送，并且只支持Δf=15kHz。

其中，ns表示时隙号（一个无线帧内），l标示一个时隙内的OFDM符号数。

c(i)在每个OFDM符号进行初始，见式（3-3）。

3.2.2 小区专属参考信号位置与PCI

式中m表示参考信号序列的序号，m`表示本小区参考信号在20MHz带宽参考信号中的位置。当本小区带宽为20MHz时，二者相等。v和vshift表示不同参考信号的频域位置，其中：

v表示参考信号的起始位置，在v的基础上有vshift的偏移。因为vshift是经过（PCI）模6运算的，所以只有0～5 6种取值。所以参考信号会在6个子载波内循环取值，位置与PCI相关。

在同一时隙内如果资源单元 （k，l）用于发送某一天线端口的参考信号，那么其他天线端口对应位置不发送任何数据，并置为0。图3给出了常规CP下不同参考信号符号图案，Rp表示用于传输天线端口p参考信号的资源单元。

结合v和vshift的公式与图3图片，可以确定参考信号的具体位置。在使用两个天线端口（port0和port1）的情况下，小区专属参考信号包含了插入到每个时隙中的第一个和倒数第三个OFDM符号的所谓参考符号，带有6个子载波的频域间隔。每个资源块（RB）内的每个时隙包含了12个子载波，因此共有4个参考符号。

在天线端口2（port2）和天线端口3（port3）上，port2和port3发送的参考信号插入到每个时隙的第二个OFDM符号中，也有6个子载波的频域间隔。每个资源块（RB）内共有2个参考符号。

介绍PCI与参考信号位置的关系可以从以下三个方面展开。

（1） 相邻小区PCI相等。

图3 参考信号位置示意图

结合结合v和vshift的公式，如果相邻小区的PCI相等，那么，PCI模6之后仍然相等。相邻小区的vshift是相等的。再看v的表达式，在天线端口0（port0，p=0）上，观察第一个OFDM符号（l=0）v=0。两个小区的v的定义方法是一样的，所以，这两个相邻小区的v也是一样的。这就导致了这两个相邻小区port0上的参考信号位置是相同的。同样的情况发生在port1，port2，port3上。那么，这两个相邻小区的参考信号在频域上是完全相同的。同时，TD-LTE系统小区间是同步的，所以它们在时域上也是同步的。这必然会引起参考信号的小区间干扰。

（2） 相邻小区PCI mod 6相等。

仍然是结合v和vshift的表达式来解释。如果相邻小区的PCI mod 6相等，例如小区A的PCI=1，小区B的PCI=7。很简单的得到：

PCI（A）mod 6=1=PCI（B）mod 6

从而vshift（A）=（A）mod 6 ＝vshift（B）=（B）mod 6

这种情况其实与PCI相等的情况是一样的。根据上文的分析，如果相邻小区的模6相等，那么所有天线端口上的参考信号位置都将是相同的。

（3）相邻小区的PCI mod 3相等。

假设小区A的PCI=1，则模6为1模3为1；小区B的PCI=4，模6为4模3为1，小区A和小区B相邻。那么

P C I（A）m o d 6≠PCI（B）mod 6 PCI（A）mod 3＝PCI（B）mod 3

小区A与B的vshift是不相等的。所以，小区A的port0上的参考信号是不会与小区B的port0上的参考信号位置重合的。同样的情况适用于小区A与小区B的port1上的参考信号，小区A与小区B的port2上的参考信号，小区A与小区B的port3上的参考信号均不会重叠。但是我们从参考信号符号图和公式中都可以看出，port1与port0的参考符号是频率复用的，带有3个子载波的频域偏置。port2与port3参考符号是频率复用的，带有3个子载波的频域偏置。小区A的port0上的v=0（p=0，l=0），那么对于小区A的port0而言：

（v+vshift）mod 6=1 ；

同时，小区B的port1上的v=3（p=1，l=0），对于小区B的port1而言：

（v+vshift）mod 6＝ (3+4）mod 6=1

比较上面两个式子，可以得出，两个小区的port0与port1上的（v+vshift）mod 6是相等的。所以，小区A的port0上的参考信号频域位置与小区B的port1上的参考信号频域位置是一样的。那么，A小区的port0上的参考信号就会与小区B的port1上的参考信号产生一定的互干扰。同样可以推导出其他天线端口的情况。

总结以上分析，相邻小区的PCI相等，PCI mod 6相等，或PCI mod 3相等都会导致参考信号的位置重叠，产生参考信号的小区间干扰，从而导致SNR的降低。如果相邻小区的PCI，PCI mod 6，或PCI mod 3均不相等，那么它们的小区专属参考信号在频域上的位置将会错开，可以得到较好的SNR。

4 PCI不合理导致CRS干扰优化案例

下面是一个PCI设置不合理导致相邻小区CRS干扰，SNR降低的例子。

在扇区A（PCI154）和扇区B（PCI148）站点之间的交界区域，RSRP非常好，但SNR很差（<5dB），调整天线俯仰角和方位角，问题依旧。因而不是无线环境的问题。

但是，将扇区B的PCI148改为PCI147后，路测显示：SNR好转至25～30dB。可以明显的看到PCI优化前后的效果对比。

分析其原因，是因为扇区A的PCI（154）mod 6=4，等于扇区B的PCI（148）mod 6。从而，这两个相邻小区的CRS信号位置是相同的，所以CRS产生了严重的干扰。在修改了扇区B的PCI之后，扇区B的PCI（147）mod 6=3，这样，在频域上，扇区B的CRS信号就与扇区A的CRS信号在不同的位置上，从而避免了CRS信号的干扰。PCI的优化在这个网络优化案例中起了非常大的作用。

5 结论

从理论方面分析，相邻小区的PCI，PCI mod 6，PCI mod 3是不宜相等的。这点也从实际的网络优化中得到了证实。因为PCI共有504个，所以想做到相邻小区的PCI不相等是很容易规划的。PCI经过模6预算后，只有0～5 6个取值，所以，在相邻小区规划时只能对于PCI mod 6的6个值复用进行小区的PCI规划。这在规划上也是可以实现的。但是PCI mod 3却只有0～2 3个取值，想在全网复用3个值是很困难的，所以在进行配置时，我们只能尽量避免对打的小区和相邻的小区PCI mod 3不相等。因此，在做PCI规划时应首先考虑相邻小区的PCI和PCI mod 6不想等，然后尽量避免相邻小区的PCI mod 3相等。

[1] 王映民, 孙韶辉等编著. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.