基于FAD天线的TD-LTE与TD-SCDMA协同优化方法研究

史东， 邓也， 古莉姗， 储刘庆

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

基于FAD天线的TD-LTE与TD-SCDMA协同优化方法研究

史东， 邓也， 古莉姗， 储刘庆

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

2013年中国移动面临着全网20万站点的建设规模，TD-LTE网络规划和网络优化面临很大压力。本文针对TD-LTE与TD-SCDMA共FAD智能天线场景提出了智能天线广播波束成形方法，采用独立的广播波束成形参数，降低两系统的RF耦合度，最终做到两系统独立优化，最后给出两系统协同优化方法与流程。

TD-LTE；FAD智能天线；RF耦合度；协同优化

1 引言

TD-LTE作为我国自主知识产权的技术创新成果，成为新一代移动通信(4G)国际标准。中国移动通信集团公司在政府部门的支持下启动TD-LTE规模试验网的建设，不断推动TD-LTE产业链走向成熟。2013年是TD-LTE的商用元年，中国移动面临着全网20万站点的建设规模，TD-LTE网络规划和网络优化面临很大压力。

经过试验网测试验证，TD-LTE由于采用ICIC等技术可以实现同频组网。对于TD-LTE采用D频段建设时，在相同无线环境下其覆盖半径小于TD-SCDMA系统。在目标覆盖区域内实现D频段TD-LTE连续覆盖会出现以下几种建设情况[1]。

（1）新建TD-LTE基站：包括与GSM共址基站和新址新建基站。

（2）TD-LTE与TD-SCDMA共址基站：天面资源充足时，新建D频段TD-LTE天线。天面资源紧张时，TD-LTE与TD-SCDMA合路共用FAD宽频智能天线。

TD-LTE与TD-SCDMA合路共用FAD宽频智能天线时，同小区的TD-SCDMA和TD-LTE系统覆盖区域可能存在差别，或者鉴于TD-LTE由于重叠覆盖度、弱覆盖等原因需要调整其覆盖区域，会出现两系统覆盖区域不同导致协同优化问题。对于这种情况，网优人员一般会采用折中方法通过调整FAD天线物理参数平衡两网的覆盖效果，但是两网的覆盖效果都不能做到最优。出现该问题的关键原因在于TD-LTE与TD-SCDMA系统广播波束方向图为固定值，且覆盖区域重叠。

智能天线作为一种多阵元系统，无论是广播波束还是业务波束都是多阵元激励信号产生的电磁场的叠加结果。因此，可以通过调整其各阵元的激励，来使天线波束方向图形状变为指定波束形状，即实现所谓波束成形，在业务波束能用，广播波束同样适用。

本文主要通过分析智能天线波束成形原理，论证TD-LTE与TD-SCDMA通过不同的广播波束成形权值实现两系统水平方向图独立可调的可行性，最后提出基于独立广播波束成形技术的网络优化方法。

2 智能天线波束成形原理

图1 智能天线阵元波束接收

如图1所示，智能天线中的第m阵元接收到的电磁波信号为[2]：

式中， am是第m阵元上电磁波信号的复振幅，Δdm是第m阵元相对第0号阵元的距离差。经过权值加权后，N阵元智能天线的输出信号为：

式中， Km是阵列的权值。考虑平板智能天线，假设各阵元加权系数为：

其中Δx为阵元间距。则N阵元智能天线的输出信号为：

由式（4）可知，多阵元智能天线输出的电磁波信号是幅值Am和相位的信号，通过最优化迭代方法可以获取在θ为一定值时S信号最强的阵元加权系数，即幅值Am和相位。该理论同样适用于广播波束成形和业务波束成形。如图2所示。

图2 TD-LTE与TD-SCDMA广播波束成形

对于TD-LTE和TD-SCDMA共用FAD天线且覆盖区域需要独自调整的时候，可以通过给TD-LTE和TD-SCDMA系统的广播信道分别赋予不同的智能天线阵元权值，使TD-LTE和TD-SCDMA系统广播信道覆盖区域不同且独立设定，这样可以起到降低两系统协同优化的难度。

3 广播信道赋形对于业务信道影响

智能天线在A、D频段0°业务波束增益较60°业务波束增益优3dB，即在小区智能天线法线方向业务信道覆盖性能优于小区智能天线60°夹角方向覆盖性能。广播波束半功率角为65°，所以在广播波束覆盖范围内，业务信道性能相差小于3 dB。如表1所示。

可以论证：在共FAD智能天线场景下，TD-LTE、TD-SCDMA系统广播波束调整范围在±30°时，业务信道性能下降不超过3 dB。

如表2所示，在单用户边缘速率达到1 Mbit/s即小区边缘吞吐率达到5 Mbit/s条件下，TD-LTE业务信道最大允许路径损耗优于CRS公共参考信号4.8 dB。在调整TD-LTE广播波束覆盖方向在±30°以内时，业务信道性能下降3 dB，小于4.8 dB，所以能够保证TD-LTE小区边缘性能。

表1 FAD智能天线指标参数[3]

表2 TD-LTE链路预算[4]

由此可以论证：在共FAD智能天线场景下，TDLTE广播波束调整范围在±30°时，能够保证TDLTE边缘速率大于4 Mbit/s，满足TD-LTE网络规划指标要求。所以在协同优化时，可以优先考虑调整TDLTE广播波束，然后再考虑与TD-SCDMA协同优化。

4 协同优化方法

TD-SCDMA经过6期建设和优化，已承载大量话音、数据业务用户，网络性能已相对比较稳定。所以在优化TD-LTE与TD-SCDMA共FAD智能天线的场景，优先优化调整TD-LTE网络，维持TD-SCDMA网络设置。

TD-SCDMA网络一般情况下存在7～9个信号，多的时候可能有12～13个（其中有3～4个是主频点的干扰信号），对于同频组网的TD-LTE而言，每增加1个重叠小区，速率恶化20%～40%左右，加扰比空扰的影响更严重。所以TD-LTE网络优化的目标为最小化TD-LTE重叠覆盖度，降低小区间干扰。

TD-LTE D频段同频组网分簇优化流程如图3所示。

图3 TD-LTE与TD-SCDMA覆盖协同优化

具体优化步骤如下：

（1）在TD-LTE网络全部开通或者局部地区的基站已经形成成簇连续覆盖之后，首先对需要覆盖的区域进行现场路测、扫频测试。

（2）分析测试数据，定位TD-LTE覆盖问题区域：重叠覆盖度高、弱覆盖、越区覆盖等。

（3）指定TD-LTE覆盖问题区域优化思路，判定问题小区是否为TD-LTE与TD-SCDMA共FAD天线。

（4）对于独立D频段天线场景，采用传统优化方法解决覆盖问题。

（5）对于TD-LTE与TD-SCDMA共FAD天线场景，首先考虑通过调整TD-LTE小区广播信道赋形权值，调整TD-LTE小区覆盖范围，进行复测分析，如果需要进一步调整共FAD天线TD-LTE小区下倾角，可以考虑在不影响TD-SCDMA与TD-LTE网络性能情况下，协同优化调整天线下倾角，最后再考虑使用两系统独立电调八阵元智能天线。

（6）经过不断测试分析和协同优化，以期得到最优的TD-LTE和TD-SCDMA网络覆盖效果。

5 总结

2013年是TD-LTE的商用元年，中国移动面临着全网20万站点的建设规模，TD-LTE网络规划和网络优化面临很大压力。对于采用D频段建设的站点，由于城市城区天面资源紧张，导致很多小区会与TDSCDMA系统合路共用FAD宽频八阵元智能天线场景。本文针对两系统共天线场景提出了智能天线广播波束成形方法，可以采用提供个性化广播波束成形参数，降低两系统的RF耦合度，最终做到两系统独立优化，使两系统性能做到最优化。广播波束权值的合理取值起到决定性作用。

[1] 中国移动通信集团公司. TD-LTE扩大规模试验无线网建设指导意见[Z]. 2012.08.

[2] 3GPP TS 36.213 V9.3.0， 3rd Generation Partnership Project；Technical Specification Group Radio Access Network； Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA)； Physical Layer Procedures(Release 9)，2010.09[S].

Research on coordination optimization of TD-LTE and TD-SCDMA with unique FAD smart antenna

SHI Dong, DENG Ye, GU Li-shan, CHU Liu-qing
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Anhui Branch, Hefei 230041, China)

In 2013, China Mobile will face pressure of network plan and optimization of 2 hundred thousand of TDLTE eNode B. According to the situation of TD-LTE and TD-SCDMA with unique FAD smart antenna, method of broadcast beamforming was proposed with different beamforming parameters. Then RF coupling degree of two system was reduced, so independent optimization was realized, fi nally pipeline of coordination optimization was given.

TD-LTE; FAD smart antenna; RF coupling degree; coordination optimization

TN929.5

A

1008-5599（2013）08-0019-04

2013-04-15