时分-长期演进地铁覆盖小区无线参数规划

中邮建技术有限公司 潘志强 石霄飞 陶天根

0 引言

地铁的特殊构造给无线通信信号的覆盖和优化带来许多挑战。H市作为国内首批TD鄄LTE（时分鄄长期演进）试运行城市，其新建的地铁专线TD鄄LTE网络覆盖方案受到国内其他省份城市的关注。TD鄄LTE小区网规网优参数的合理规划将是TD鄄LTE网络性能的重要保证。TD鄄LTE地铁覆盖小区网络规划不仅需要考虑与大网宏站的衔接，还需要考虑到地铁本身内部不同覆盖区域的特殊场景，如站厅、站台以及隧道区间等，其覆盖场景不尽相同。TD鄄LTE地铁覆盖小区无线参数规划主要涉及频率规划、邻区规划、PCI（物理小区标识）规划、PRACH（物理随机接入信道）规划、功率规划、时隙配比规划和TAC（跟踪区域码）规划这几个方面，下面将对这几个主要规划参数进行逐一介绍。

1 频率规划

考虑地铁线路线状覆盖的特殊性，建议采用40 MHz频率对整个地铁进行覆盖，分为2个20 MHz载波进行异频组网，相邻两个小区间异频配置，降低干扰，提升业务质量。H市宏站与地铁采用异频组网方案，宏站使用F频段，地铁使用E频段组网，同时，地铁隧道覆盖小区又采用E频段的不同频点以达到频率隔离的目的。

2 邻区及切换设计规划

邻区规划是无线网络规划中重要的一环，其好坏直接影响到网络性能。对于TD鄄LTE网络，由于是快速硬切换网络，邻区规划尤为重要，因此，好的邻区规划是保证TD鄄LTE网络性能的基本要求。

隧道场景下需要配置路线上相邻站点小区为邻区，站台站厅场景需要配置隧道内小区和地铁出入口宏站小区为邻区。邻区规划及切换设计的基本原则如下：

1）地理位置上直接相邻的小区才作为邻区，且配置为双向邻区，邻区数目不宜过多。

2）为保证邻区规划的合理性，可借鉴2G/3G的邻区优化结果，即可继承2G/3G共站址邻区配置。

3）采用小区合并方式，减少小区数目，降低切换发生的次数。

4）采用非竞争切换方式，降低切换时延。

切换时延，即从TD鄄LTE车载设备测量到目标小区信号强度高于服务小区信号强度某个门限开始，到切换完成所需时间。

5）小区切换带设计，按80 km/h车速（22 m/s）考虑，切换带的信号覆盖电平尽可能在-110 dBm以上，切换带应在100～150 m，如图1所示。

3 PCI规划

地铁场景的PCI规划与频率相关，采用组网的频率不同，对PCI规划的要求也不相同。下面将对地铁场景下F频段和E频段组网下的PCI规划进行说明。

3.1 宏站与地铁场景同频段组网

宏站与地铁场景同频段组网时（如宏站采用F频段，地铁采用F频段），在隧道出入口及地铁出入口，将会存在同频干扰情况，因此在PCI规划上要考虑地铁与宏站小区的PCI错开。另外，地铁PCI规划还要根据单、双流场景进行区分考虑。

地铁单流场景下，PCI错开原则如下：

1）站台站厅以及隧道内小区间需要满足mod6（mod6为对6进行求余函数）错开原则；

2）宏站相邻的地铁小区与室外宏站小区间要满足mod3（mod3为对3进行求余函数）错开原则。

地铁双流场景下，PCI错开原则如下：

所有地铁小区间以及与室外宏站间均需满足mod3错开原则。

规划方法：可将地铁小区视为室分小区，其与宏站间的PCI规划可通过规划工具实现；地铁小区间的PCI错开，并避免mod3干扰。

3.2 宏站与地铁场景异频段组网

宏站与地铁场景异频段组网时（如宏站采用F频段，地铁采用E频段），PCI规划中无需考虑地铁与宏站小区的PCI协同（即两者PCI可以相同），此场景下地铁小区的PCI规划仅需考虑地铁小区间PCI错开即可。

同样，对于单流场景，地铁小区间需满足mod6错开原则，对于双流场景，地铁小区间需满足mod3错开原则。

4 PRACH规划

随机接入在TD鄄LTE系统起着重要作用，是用户进行初始连接、切换、连接重建立，重新恢复上行同步的唯一策略。UE（用户设备）在随机接入时需要随机选择前导序列，因此，合理的规划前导序列是保障用户接入成功性的重要手段，使接入过程中的不确定性控制在可接受的范围内。

PRACH规划中同样要考虑室内外频段组网差异：对于地铁与室外宏站异频段组网时，地铁内小区与室外小区PRACH规划互不影响；对于地铁与室外宏站同频段组网时，地铁内小区与室外宏站小区PRACH规划需考虑复用情况，即不允许出现与近距离的宏站小区采用相同的PRACH根序列。

地铁室分小区PRACH的具体规划方法如下：

1）首先确定小区覆盖半径，这里考虑到地铁小区覆盖范围大小，建议小区半径为2000 m，对应的NCS（循环移位值）为22，每小区仅需2个跟序列。

2）对根序列的预留与宏站相同，建议预留20%为宜，即预留671～838共168个作为备用；对于剩下的根序列，可以考虑进一步预留给扩容的站点使用，或核查优化时使用。

5 功率规划

5.1 功率参数相关概念

EPRE（每个资源单元上的能量），可以理解为每个RE（资源单元）的功率；

Type A符号：无RS（参考信号）的OFDM（光频分复用）符号；

Type B符号：含RS的OFDM符号；

ρA：无导频的OFDM符号上的PDSCH（物理下行共享信道）RE功率相对于RS RE功率的比值；

ρB：有导频的OFDM符号上的PDSCH RE功率相对于RS RE功率的比值；

PA：由高层信令配置的UE级参数，即改变UE的PA就改变了基站给UE分配的功率，该参数就是下行功控的输出值；

PB：该参数表示PDSCH上EPRE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；

δpower-offset： 功率步长系数；

MU鄄MIMO：多个用户且多进多出模式。

ρA有如下计算方法：

当采用4天线发射分集（此处的意思是采用4端口传输，传输模式为 TM2）时，ρA＝δpower-offset＋PA＋10lg2。

其他模式下：ρA＝δpower-offset＋PA。 其中，当不采用下行MU鄄MIMO时，δpower-offset＝0。目前产品大多采用TM2/3/7自适应的传输模式，所以有：ρA＝PA或者ρA＝PA＋3。 根据前文解释，PA增大说明用户的数据RE功率比较大，在基站总功率不变的情况下，数据RE的接收功率比较大，可以提升SINR（信干噪比）。但如果PA过大，对邻区的干扰也严重，且导致控制信道功率降低，覆盖不平衡。

对于RS功率的配置，期望基站的发射功率能够用完，即Type A和Type B符号上的功率相等，否则功率利用率不能够达到100%。

另外，PB也是由RRC（无线资源控制）信令配置完成，是一个通用的配置值。针对所有的UE，PB是一样的，表示比值ρB/ρA的索引，其关系如表1所示。

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5.2 功率计算及地铁小区配置

大多数情况下，运营商规定了基站产品的机顶口的输出功率PRRU，实际操作时，产品中的功率配置是通过配置PDL_RS_powerpath（下行单通道参考信号功率）、PA和PB来配置的，Psingleantenna为单根天线上的功率，结合运营商的需求和产品特性算法，若系统带宽为20 MHz，共100个RB（资源块），那么，RS功率配置为

PDL_RS_powerpath＝Psingleantenna-10×lg(12×NRB)＋10lg(1＋PB)

地铁单流场景，功率参数PA建议配置为0，PB建议配置为0，RS功率尽量保持在3.2～12.2 dBm之间，推荐配置E频段为12.2 dBm，F频段为9.2 dBm；（NRB为带宽内的RB数）。

地铁双流场景，功率参数PA建议配置为-3，PB建议配置为1，RS功率尽量保持在3.2～12.2 dBm之间，推荐配置E频段为12.2 dBm，F频段为9.2 dBm。

H市地铁采用与TDS（TD鄄SCDMA）共模组网方式，RRU（射频远端单元）类型基本为一发一收，只支持单流场景，所以功率参数PA和PB均设置为0，RRU功率配置需要结合TDS功率综合考虑，保证双模站点小区不能超过RRU额定输出功率。

6 时隙配比规划

地铁TD鄄LTE网络时隙配比规划如下，目前E频段试验网配置一般为2∶2，10∶2 ∶2，对于商用情况，考虑上下行业务的特点，推荐配置为3∶1，10∶2 ∶2；F频段考虑到与TDS的时隙对齐，只可配置为3∶1，3∶9 ∶2。目前H市TD鄄LTE试验网阶段地铁小区（站厅、站台和隧道区间）全部配置成2∶2，10∶2∶2模式，后期如果需要考虑与TDS的共存，须配置成2∶2，10∶2 ∶2，如图 2 所示。

共存要求：上下行没有交叠（即 Tb＞Ta），则TD鄄LTE网络的DwPTS（下行导频时隙）必须小于0.525 ms，只能采用3∶9∶2的配置，常见上下行时隙及特殊子帧配比规划如表2所示，其中：DL表下行，UL表上行，GP为保护间隔，Up为上行导频时隙。

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7 跟踪区及跟踪区列表规划

7.1 规划原则

跟踪区码规划作为TD鄄LTE网络规划的一部分，与网络寻呼性能密切相关。跟踪区的合理规划，能够均衡寻呼负荷和TAU（跟踪区更新）信令开销，有效控制系统信令负荷。TD鄄LTE网络跟踪区的规则原则如下：

1）确保寻呼区域内寻呼信道容量不受限；

2）区域边界的位置更新开销最小，同时易于管理。

7.2 规划方案

现阶段地铁TD鄄LTE网络的TA（跟踪区）&TAL（跟踪区列表）规划主要有如下2种方案，实际网络规划需要根据移动的相关策略进行选择。

方案一： 与宏站区域内TA保持一致，同时保证TAL边界与2/3G LAC（位置区码）边界对齐。

跟踪区的规划主要涉及大小和边界两部分，在规划时须同时要考虑这两个因素：

1）跟踪区的大小主要考虑因素为寻呼容量，即TAL下的实际寻呼容量不能超出空口的寻呼能力。因此在规划中要结合实际网络的单用户寻呼模型，估算网络需求的寻呼容量，根据该容量来得出对应的跟踪区可包含的eNB（演进型基站）数。

2）跟踪区的边界主要考虑的因素为TAU的频度，保证TAU量最小；由于TD鄄LTE网络引入了CSFB（电路交换回落）策略，因此在边界规划上要求TD鄄LTE网络的TAL边界与2/3G的LAC对应，如图3所示。

由图4可见，基于联合注册的机制，TD鄄LTE网络跟踪区在与2/3G位置区对应情况下，用户呼叫时延最小，用户感知更优。因此在边界上尽量保证TD鄄LTE网络的TAL边界与2/3G的LAC对应。另外，目前CSFB策略并未确定是回落到2G还是3G，因此在规划中需要跟客户明确回落的策略，根据客户的需求进行跟踪区规划，如图4所示。

方案二：地铁线路单独TA规划。

地铁每日人流量极大，忙时在隧道区域内将会有上百人同时进行移动，即大量的位置更新信令会给网络带来巨大的冲击，为减少TAU信令冲击，可将地铁线规划为单独的TAL，规避位置更新带来的信令风暴，如图5所示。

比较两种TA规划方案，方案一在CSFB的策略下，可保证语音用户的感知，同时与宏站TA规划相同，无需进行二次规划；方案二的特点是TD鄄LTE网络跟踪区未和2/3G对应，因此对于语音用户感知会受影响，此方案的优点为同跟踪区，用户无需进行位置更新，因此对于降低网络信令冲击有较大作用。H市建网初期主要还是从降低网络信令冲击方面考虑，选择第二种规划方案。

8 结束语

TD鄄LTE地铁覆盖网络不仅需要保证整个地铁线路覆盖良好，用户能够正常接入，同时还需要考虑到地铁覆盖的特殊场景，在继承2G、3G地铁网络设计规划思想的同时，将4G网络的特殊要求（如CSFB语音业务回落技术等）也补充进来，所以在参数设计时要综合考虑到覆盖、容量和用户感知等因素。