重叠覆盖对FDD-LTE容量的影响

陈杨，罗凤娅，杨芙蓉，金涛

（四川通信科研规划设计有限责任公司，四川 成都 610041）

重叠覆盖对FDD-LTE容量的影响

陈杨，罗凤娅，杨芙蓉，金涛

（四川通信科研规划设计有限责任公司，四川 成都 610041）

通过分析反映FDD-LTE容量的几项指标，选取了最能反映实际网络容量性能的下行吞吐量作为代表，并重点对影响下行吞吐量的相关因素进行分析。在此基础上结合对实际网络的测试，分析了重叠覆盖小区个数、小区负载情况、重叠覆盖小区电平差对下行吞吐量的影响，最后给出了重叠覆盖的定量评估办法。

FDD-LTE 吞吐量 SINR 重叠覆盖

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.20.003

1 引言

对于LTE网络而言，容量是网络性能的核心要素，如何最大可能地提升网络的容量性能成为运营商关注的焦点。LTE作为高速数据网络，理论上最高下行速率可以达到150Mbps。但是随着网络负荷的不断增长，下行速率的用户感受将不断下降。一方面，本扇区用户争抢有限资源，造成可分配资源不足，限制了单个用户的下行速率；另一方面，相邻小区的干扰增加造成本扇区的SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比）下降，只能采用较低效率的调制方式，也降低了速率。因此，需要结合实际网络测试，重点分析各种干扰因素对下行速率的影响，并对重叠覆盖带来的干扰进行量化评估，有助于发现现网中由于干扰导致容量受限的情况，为网络建设和优化提供数据指导。

2 FDD-LTE的容量指标

评价FDD-LTE的容量指标包括吞吐量（单用户下行峰值吞吐量、小区吞吐量）、用户数（同时激活用户数、平均支撑用户数）等，选择一个最能体现实际网络能力的指标，有助于准确评估网络的容量性能。

（1）单用户下行峰值吞吐量：把整个带宽都分配给一个用户，并采用最高阶调制和编码方案以及最多天线数目前提下每个用户所能达到的最大吞吐量。在2×20MHz带宽、2×2空分复用条件下，LTE小区峰值吞吐量约为150Mbit/s。

（2）小区下行吞吐量（DL）：小区内业务总体吞吐量。在实际网络中，小区吞吐量远小于理论峰值吞吐量。

（3）支撑用户数：包括同时激活用户数与平均支撑用户数。小区支撑用户数的数量与用户使用习惯有关，小区对使用QQ业务和视频流业务的用户支撑能力是截然不同的。

对于实际的网络规划来说，小区平均吞吐量更有意义，因此本文以小区下行平均吞吐量作为FDD-LTE的容量指标。

关于QoS（Quality of Service，服务质量），在没有引入QoS的比例公平调度资源的情况下，RB（Resource Block，资源块）将平均分配给小区内的多个用户。而在引入QoS后，资源分配将会不平等，优先保证重点用户速率需求，SINR差的重点用户可能比SINR好的普通用户获得更多的RB，RB利用效率和扇区容量会下降。由于QoS对小区吞吐量的影响是巨大的，因此本文所涉及的测试以及相关结论均为没有引入QoS的情况。

3 测试方法

为研究干扰对实际网络的影响，本文对实际运行的商用网络进行测试分析，所有测试数据均为同一次测试结果。

（1）测试范围：四川某城市，中国电信已开通FDDLTE的区域。

（2）测试方法：D T（Drive Test，路测）测试，车速40km/h。

（3）测试指标：RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）、SINR、DL。

（4）采用基站后台加载方式，分别为：空载、20%加载、50%加载、70%加载。

（5）为减少对现网用户的影响，同时尽可能保证测试数据准确，测试时间：2015年6月10日03:00～06:30。

SINR、RSRP测试轨迹如图1所示。

4 影响FDD下行吞吐量的主要因素

影响FDD下行吞吐量（DL）的主要因素包括如下：

（1）小区中的激活用户数以及用户分布位置。

（2）邻小区干扰。

（3）每个UE（User Equipment，用户设备）的无线链路状况，包括路径损耗、SINR、RSRP等。

RSRP、SINR、DL的关系如图2所示。通过对测试结果的统计分析，可以看到在用户均匀分布、RSRP不变的情况下，SINR和DL的变化基本是线性的，SINR值的好坏直接影响了下行吞吐量。

由于FDD-LTE系统是以RB为单位为用户分配不同的时频资源，小区内RB分配各不相同，因此小区内不同用户之间不存在干扰，干扰来自于相邻小区的相同时频资源的碰撞。

图2 RSRP、SINR、DL的关系

其中：

有用信号：Prs为主服务小区RS（Reference Signal，参考信号）信号所在的时频资源的功率；

干扰：Pn_rs（其他扇区的RS信号）、Pn_pdsch（其他扇区的PDSCH）、Pn_overhead（其他扇区的开销信道，主要考虑可能干扰RS的PCFICH、PHICH、PBCH和PDCCH）；

噪声：N为底噪。

从以上公式可以看出，影响SINR的主要因素是邻小区干扰，即邻小区对主服务小区造成的重叠覆盖。如图3所示，小区（M1）作为邻区对其他主服务小区的覆盖范围（B）造成干扰。

图3 重叠覆盖示意图

5 重叠覆盖对容量的影响

5.1 重叠覆盖小区数量对DL的影响

由于SINR=Prs/(Pn_rs+Pn_pdsch+Pn_overhead+N)，因此重叠覆盖小区数量越多，干扰就越大，SINR值也越差，DL也随之下降。通过对各组RSRP空载测试点数据进行统计发现：

（1）当主服务小区RSRP>-95dBm时，DL对重叠覆盖小区数量的敏感程度相当高。每增加1个重叠覆盖小区，DL下降约10Mbps；当重叠覆盖小区数量达到4个时，DL下降50%。

（2）当主服务小区RSRP<-95dBm时，由于有用信号Prs较低，DL已经降低到不足40Mbps，对邻小区数量的敏感程度也比较低，DL下降曲线变得平缓；当重叠覆盖小区数量达到4个时，DL下降到20Mbps。

（3）对于RSRP>-95dBm的区域，网络建设的重点是通过网络优化尽可能地降低小区重叠覆盖比例，从而提升网络容量；对于RSRP<-95dBm的区域，网络建设的重点则是首先提升RSRP覆盖强度，才能实现容量提升。

RSRP、重叠覆盖小区数量和DL的关系如图4所示。

5.2 小区负载对DL的影响

小区负载越高，越多的RB被占用，自然也会增加对邻小区相同时频RB的碰撞几率，从而造成SINR恶化，DL下降。通过对空载、20%、50%、70%这4种负载情况测试数据进行统计分析发现：

（1）在相同RSRP下，小区负载越大，DL就越差。当负载50%时，DL比空载下降一半，负载继续增加则DL下降变缓。

图4 RSRP、重叠覆盖小区数量和DL的关系

（2）在相同负载情况下，RSRP越差，DL就越差。RSRP每下降10dB，则DL下降10Mbps~20Mbps。

（3）把FDD-LTE网络的负载率控制在一个合理的区间是非常重要的，负载持续增加带来的是整体吞吐量的下降和用户感知的急剧恶化，负载过低网络整体利用率不足，对运营商投资收益造成影响。从网络性能上看，50%的负载率是比较适当的，超过这个负载率就需要考虑通过小区裂化、CA（Carrier Aggregation，载波聚合）等手段来提升网络容量。

小区负载对DL的影响如图5所示。

5.3 重叠覆盖小区RSRP电平差对SINR的影响

影响SINR的不仅仅是重叠覆盖小区的数量，重叠覆盖小区的功率也有影响。由于存在近、中、远点的位置差异，因此重叠覆盖小区与主服务小区之间的功率电平差是比较容易定性分析，也有利于实际应用的指标。通过对测试数据进行统计分析发现：

（1）重叠覆盖小区与主服务小区RSRP电平差越大越好：13dB以上（见图6中B点），此时重叠覆盖带来的SINR下降在10%以内。

（2）电平差至少应控制在6dB以上（见图6中A点），此时重叠覆盖带来的SINR下降在40%以内。

（3）重叠覆盖小区电平差的阈值建议设置2个：超过13dB认为基本无影响，低于6dB则认为影响比较大。

重叠覆盖小区电平差对SINR的影响如图6所示。

5.4 小结

图5 小区负载对DL的影响

图6 重叠覆盖小区电平差对SINR的影响

由于FDD-LTE的下行速率与SINR有直接关系，因此保持网络的SINR值在一个较好的水平是提升LTE用户感知的重要基础。一味提升RSRP可能适得其反，应合理规划网络，尽量减少重叠覆盖的区域。减少重叠覆盖小区的数量，尽量保证邻小区与主服务小区之间合理电平差是LTE网络优化的重点，也是提升LTE容量的重要途径。

6 重叠覆盖的定量评估

针对重叠覆盖对DL的影响，设计用重叠覆盖系数来定量评估小区被干扰的情况。重叠覆盖系数定义为：小区覆盖范围内被邻区干扰的面积加权/无干扰的面积（主服务面积），以此表示主服务小区被干扰的程度。如图7所示，M表示主服务小区，A、B、C为干扰小区，栅格号为n。

图7 重叠覆盖系数栅格示意图

具体计算方法如下：

（1）判决干扰面积和主服务面积：首先将评估区域划分为栅格（n），统计每个栅格内采样点的RSRP。RSRP最强的信号来源为主服务小区（图7中M4、M5等），其余为干扰小区（图7中A1~A3、B6、C7等）。

（2）用干扰贡献系数对干扰栅格进行加权。参考上文统计分析结果，干扰贡献系数取值参考如表1所示。例如：A1的RSRP电平差为10dB，干扰贡献系数为0.5；B11的RSRP电平差为5dB，干扰贡献系数为0.7。

表1 重叠覆盖干扰贡献系数对应表

（3）干扰栅格的重叠系数=本栅格内所有干扰小区的干扰贡献系数求和。

（4）重叠覆盖系数=所有干扰栅格的重叠系数/主服栅格个数。

7 结束语

本文通过选取最能反映实际网络容量性能的下行吞吐量作为代表，对影响下行吞吐量的相关因素进行重点分析，并结合对实际网络的测试，分析了重叠覆盖小区个数、小区负载情况、重叠覆盖小区电平差对下行吞吐量的影响，给出了重叠覆盖系数作为对重叠的定量评估办法。

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Effect of Overlapped Coverage on FDD-LTE Capacity

CHEN Yang, LUO Feng-ya, YANG Fu-rong, JIN Tao

(China Comservice Sichuan Planning & Designing Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

Among several metrics of FDD-LTE capacity, downlink throughput was selected to represent network throughput performance, and some factors to in fl uence downlink throughput were analyzed in depth. Combined with tests in practical network, the impacts of the number, load and level difference of overlapped coverage cells on downlink throughput were analyzed. Finally, the quantitative evaluation method of overlapped coverage was presented.

FDD-LTE throughput SINR overlapped coverage

TN929.53

A

1006-1010(2015)20-0014-05

陈杨,罗凤娅,杨芙蓉,等. 重叠覆盖对FDD-LTE容量的影响[J]. 移动通信, 2015,39(20): 14-18.

2015-07-28

袁婷 yuanting@mbcom.cn

陈杨：硕士毕业于电子科技大学，现任四川通信科研规划设计有限责任公司技术二部高级咨询师，从事无线网络规划工作，曾主持过云南移动2007年GSM网络规划、四川电信2009—2015年历年无线网络规划、四川铁塔公司2015年投资规划等重要项目。

罗凤娅：硕士毕业于电子科技大学，现任四川通信科研规划设计有限责任公司技术二部咨询设计师，从事无线专业工作。

杨芙蓉：硕士毕业于电子科技大学，现任四川通信科研规划设计有限责任公司技术二部高级咨询师，从事无线网络规划工作，曾主持过西藏移动“十二五规划”TD-SCDMA专项规划、西藏电信2015年无线网滚动规划、四川