SFN在提升LTE网络性能方面的研究

郭 涛

（中国电信邢台分公司，邢台 054000）



SFN在提升LTE网络性能方面的研究

郭 涛

（中国电信邢台分公司，邢台 054000）

摘要：本文介绍了SFN的原理和应用场景，分析了SFN小区合并的主要优点，阐述了在高铁、密集城区等特殊场景应用SFN技术能显著改善网络的覆盖性能，并有效提升用户的下行速率，最后通过SFN小区合并前后的对比报告，直观地呈现出小区合并后对各项网络指标的提升效果。

关键词：SFN；切换；小区合并；干扰；LTE

1 引言

LTE技术经过两年的迅猛发展，一般场景下已能够为用户提供良好的感知，但在密集城区、高铁等特殊场景下，存在用户快速移动导致的频繁切换，基站密集引起的邻区干扰等问题。为了解决小区重选频繁、切换成功率低、干扰等问题，同时提升终端下行速率，本文提出通过采用多小区合并的组网方式，扩大单小区覆盖面积，降低系统内干扰，解决了特殊场景下网络覆盖问题。

2 SFN原理以及关键算法

2.1 SFN原理

SFN（Single Frequency Network）是指在一个规划好的地理区域内，将多个工作在相同频段上的RRU合并，使之成为一个小区的技术，简称小区合并。SFN小区中，所有RRU覆盖的无线通信区域成为“物理小区”，与普通小区相比，在信号的接收方式上有其独立的特点。在下行方向，各物理小区在相同的时频资源上发送相同的无线信号；在上行方向，可以选择一个信号质量最好的物理小区接收信号，也可以选择多个物理小区进行联合接收。

2.2 SFN关键算法

2.2.1 下行关键算法

SFN小区下行采用联合发送，所谓联合发送就是指在下行物理信道上，SFN小区的多个RRU在相同的时频资源上发送相同的无线信号。因此，与普通的单个物理小区相比，其优点是消除了各RRU之间的相互干扰，并可以通过下行联合发送获得一定的增益，同时在一定程度上改善了物理小区边缘用户的SINR。

2.2.2 上行关键算法

SFN上行分为两个阶段：在随机接入过程中，基带板针对所有射频模块逐一检测PRACH，并且选择出Preamble功率最大的射频模块作为目标射频模块；如果UE在第一次上行数据的传输过程中失败，那么基带板根据该UE DMRS测量的UE带宽内SINR最大的射频模块来更新目标射频模块。在随机接入后，基于全带宽SRS来测量并选择SRS的SINR最大的RRU来更新目标RRU。

3 SFN适用场景及其特点

3.1 室外覆盖场景

在室外密集城区，为了保证网络有效合理覆盖，需要加大RRU/RFU的部署密度，但是小区半径减小会使小区之间的干扰严重，边缘用户的SINR下降，降低小区吞吐率，从而影响网络的无线环境，降低用户体验，应用SFN技术可以有效的解决这一问题。

3.2 室内覆盖场景

在室内覆盖环境中存在的主要问题是，电梯在快速跨越不同楼层时，造成小区之间频繁切换，切换不及时、切换失败引起掉话；电梯门打开、关闭时，因电梯门屏蔽作用引起信号突变，容易掉话。

3.3 高速铁路覆盖场景

高速铁路上的用户移动速度较快，如果采用普通小区覆盖高速铁路，则会导致切换次数较多，影响用户体验。因此，建议开通SFN特性。

4 SFN技术在高铁覆盖中的应用案例

4.1 高铁应用SFN技术前后对比

我市高铁LTE专网覆盖共建设132个小区，采用SFN技术后，小区个数下降至31个，大大降低了切换的次数，同时降低了小区间的模3干扰。表1、图1、图2为应用SFN技术前后的路测指标对比。

表1 高铁应用SFN技术前后的路测指标对比

通过表1、图1、图2对比数据可见，小区合并不仅增强了覆盖场强，同时降低了干扰，SINR值有了显著的改善，下行速率提升了6Mb/s，达到了平均35.42Mb/s，覆盖率整体提升11个百分点，在提升用户感知方面效果明显。

图1 SFN前后RSRP对比

图2 SFN前后SINR对比

4.2 SFN合并路段分析

4.2.1 东赵村附近RSRP较差

问题描述：如图3所示，高铁由南向北行驶过程中，在东赵-2-DX站点附近RSRP较差。

图3 东赵村附近RSRP覆盖图

问题分析：高铁由南向北行驶过程中，UE在临城县上庄头与临城县西阳泉北切换带附近RSRP较差，同时邻区较多，造成下载速率较低，因此为减少切换与邻区信号，拟实施小区合并方案。

优化方案：如图4所示，对临城县东赵-2-DX站点下的四个扇区做SFN，合并扇区为临城县上庄头-1。

图4 东赵村附近扇区实施SFN后RSRP覆盖图

优化效果：实施小区合并技术后，该区域RSRP指标改善明显。

4.2.2 沙河市北阳-1-DX附近SINR较差

问题描述：如图5所示，高铁由南向北行驶过程中，在北阳-1-DX站点附近SINR较差。

问题分析：高铁由南向北行驶过程中，UE在沙河市六方、沙河市薛庄与沙河市青介村北切换带附近SINR较差，同时互为邻区，切换频繁，造成下载速率较低，因此为减少切换与邻区信号，需做SFN解决。

优化方案：如图6所示，由于沙河市六方、沙河市薛庄与沙河市青介村北3个站点在同BBU下，因此可以对沙河市北阳-1-DX站点下的六个个扇区做SFN，合并扇区为沙河市六方-1。

图5 北阳村附近SINR覆盖图

图6 北阳村附近扇区实施SFN后SINR覆盖图

优化效果：实施小区合并技术后，该区域SINR指标改善明显。

5 结束语

将多个小区合并为一个超级小区，所有物理天线所发射的信号均为同一PCI信号，其主要作用是可以减少高速移动等原因导致的频繁切换，规避MOD3干扰，提升下载速率。经过本文案例对比可以看出，在一些特殊场景应用SFN技术，能够大幅改善无线网络覆盖，提升用户感知。但是SFN技术有其局限性，应用SFN会大幅降低网络容量，因此，在建网初期的特殊场景可考虑部署SFN技术，但是后期随着用户数量的激增，SFN不建议大规模应用。

参考文献

[1] 符新，徐一鸥等．浅谈LTE共小区技术在高铁通信中的应用，2014(13):1-4

[2] 华为技术有限公司．华为LTE小区合并指导书

Research on the SFN in LTE Networks

Guo Tao
(Xingtai Branch of China Telecom Co., Ltd., Xingtai, 054000)

Abstract:The paper interprets the basic principles and application scenarios of SFN. Besides, it analyzes the overwhelming advantages of the cell merging of SFN. The application of SFN in specific scenarios like High- Speed Railway, Expressway or dense urban area can improve the coverage of network significantly and accelerate the downlink rates of users effectively. Finally, the enhancing and lifting effects of each specific network indicators can be seen easily and directly by comparing the original reports with the reports after introducing the cell merging of SFN into network.

Keywords：SFN; handover; cell merging; interference; LTE

作者简介：郭 涛，男，副高级工程师，毕业于河北大学计算机网络专业，工科学士，现就职于中国电信邢台分公司网络发展部。

中图分类号：TN925.53 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2016）04-0001-03

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.001