TD—LTE网络中小区重叠覆盖优化方法研究

杜杨+杨奥林+朱革

【摘 要】TD-LTE由于网络架构、工作频段等原因，更容易在相邻站点之间出现重叠覆盖区域。为了改善TD-LTE网络中小区重叠覆盖对网络造成的影响，首先介绍了重叠覆盖的判断思路，接着给出了一种小区重叠覆盖优化方法，该方法是通过联合优化小区重叠覆盖区域信号干扰水平和信号接收强度来减少重叠覆盖。通过测试分析得知，该方法可以有效提高吞吐量和降低小区重叠覆盖程度，具有一定的可行性和推广性

TD-LTE由于网络架构、工作频段等原因，更容易在相邻站点之间出现重叠覆盖区域。为了改善TD-LTE网络中小区重叠覆盖对网络造成的影响，首先介绍了重叠覆盖的判断思路，接着给出了一种小区重叠覆盖优化方法，该方法是通过联合优化小区重叠覆盖区域信号干扰水平和信号接收强度来减少重叠覆盖。通过测试分析得知，该方法可以有效提高吞吐量和降低小区重叠覆盖程度，具有一定的可行性和推广性。

【关键词】TD-LTE 重叠覆盖 吞吐量 SINR RSRP

Investigation on the Cell Overlapping Coverage Optimization

in TD-LTE Networks

[Abstract]In view of the network architecture and the frequency， the overlapping coverage area is apt to appear between adjacent cells in TD-LTE networks. In order to mitigate the impact of the overlapping coverage area on TD-LTE networks， the judgment method of the overlapping coverage was introduced. An optimization method of the overlapping coverage was presented， which can reduce the overlapping coverage by jointly optimizing the interference plus noise ratio （SINR） and the reference signal receiving power （RSRP） in the overlapping coverage area. Tests demonstrate that the method can effectively improve the throughput， reduce the overlapping coverage and have the moderate validity and feasibility.

[Key words]TD-LTE overlapping coverage throughput SINR RSRP

1 引言

TD-LTE[1]作為第四代移动通信国际标准，采用同频组网方式，在增加频谱利用率的同时，也增加了小区边缘用户受干扰的几率。由于TD-LTE具有干扰敏感性，将会对小区边缘吞吐量、覆盖等造成影响。文献[2]介绍了重叠覆盖的概念，对于某个采样点，监听到的邻区信号强度与其主服务小区RSRP相差在6 dB，同时个数（包含服务小区）大于3的时候，即存在重叠覆盖。TD-LTE在网络建设初期多采用与TD-SCDMA共站址的模式，TD-SCDMA的工作频段和特点导致了即使TD-SCDMA基站结构布局合理，也不等于TD-LTE结构就完全合理的问题。文献[3]阐述了在LTE建网初期，通过对现有TD-SCDMA数据进行健康预评估，能减少后续重叠带来的影响。文献[4]给出一种基于重叠覆盖强度的网络结构评估分析方法，通过对标规划仿真数据和实际测试数据，验证了该方法的可靠性。文献[5]给出了对TD-LTE网络性能及对弱覆盖、重叠覆盖进行评估的方法，但仅浅谈了解决思路，未涉及具体详细的方法评估。文献[6]分析了多种可能会对网络引起干扰而导致重叠覆盖的原因，并为后续相关优化工作打下了基础。文献[7]探讨在不同的小区重叠个数、小区负载的情况下，重叠覆盖对下行吞吐量的影响。文献[8]介绍了一些常见的重叠覆盖优化方法，并针对各类问题，给出了不同的策略。文献[9]介绍了重叠覆盖与LTE网络整体性能的关系，给出了重叠覆盖的优化建议。本文将在已有研究的基础上，对TD-LTE网络中小区重叠覆盖优化问题进行进一步探讨。

2 小区重叠覆盖问题研究

2.1 问题描述

TD-LTE网络中，对于密集市区场景，普遍站间距小于300 m，部分区域甚至小于200 m，存在一个区域内有较多小区信号同时覆盖的现象。如果此类小区信号强度比较接近，并且数量较多，则会造成终端无主服务小区、频繁切换等事件发生，产生掉话、无法上网的情况，影响小区性能，对用户感知造成严重影响。为减少由于小区重叠覆盖对网络产生的负增益，小区重叠覆盖度这个概念被行业专家和研究人员提出，所谓重叠覆盖度，通常定义如下：UE接收到主服务小区RSRP信号强度大于-105 dBm，即RSRPSCELL>-105 dBm；同时UE监听到候选集中邻区小区（t=[1， 2， …， h] ）信号强度和RSRPSCELL相差6 dB内的小区总个数大于3，即满足公式（1）：

随着网络站点规模的逐渐增加，重叠覆盖已经成为当前影响网络感知的一个关键因素。本文将通过对现网重叠覆盖进行分析，给出重叠覆盖优化建议，并对其效果进行验证。

2.2 现网重叠覆盖分析

为了对现网重叠覆盖情况进行调研分析，选取了密集市区场景下某网格A作为研究对象，该网格面积4.45 km2，包含36个室外站点（宏站+微蜂窝），平均站间距约298 m，选取了每天的忙时（上午8—10点，下午3—5点，晚上7—9点）进行DT（Diver Test）拉网测试。网格A概况如图1所示（图中红色区域表示该网格区域，蓝色图标代表基站及对应小区）：

拉网测试过程中基站RS功率15.2 dBm，天线平均高度35 m，根据TD-LTE测试规范[10]，得到了SINR值与重叠覆盖度关系

从图2中可以看到，隨着重叠覆盖度的增加，SINR呈现下降的趋势。当重叠覆盖度等于3的时候，SINR等于-3.8 dB，重叠覆盖度等于4的时候，SINR等于-10.2 dB，随着重叠覆盖度增大，SINR值下降趋势明显。

由图3的测试结果可以知道，随着重叠覆盖的增加，吞吐量呈现下降的趋势，特别是当重叠覆盖度大于2之后，下降趋势非常明显。

2.3 重叠覆盖判断方法

由上文可知，重叠覆盖对网络的影响非常之大，本节重点对重叠覆盖判断、重叠覆盖的计算和优化方法进行介绍，外场测试结果及分析将在下一节探讨。

首先，UE将对应的主服务小区信号强度与其监听到的邻区信号强度相差3 dB的邻区小区定义为潜在服务小区。重叠覆盖优化方法具体流程如下：

（1）通过对现网测试数据进行分析，得出SINR值较差范围，即SINR≤0的区域，定义该区域中有k个SINR值差点SW={SW1， SW2， …， SWk}，k为SINR值差点编号；

（2）对k个SINR值差点进行分析，得到其对应的主覆盖小区信息SCELLk和该点对应的邻区列表信息NCELLk={NCELL1， NCELL2， …， NCELLi}，i为该点可以监听到的所有邻区编号；

（3）对SCELLk和NCELLk邻区列表进行分析，得到k点对应的服务小区信号强度和邻区列表中邻区信号强度，计算符合该点主服务小区和各个邻区信号强度关系“ dB”的所有值，统计得出覆盖重叠集O={O1， O2， …， On}，n为重叠覆盖个数。

对各个UE来说，存在一个重叠覆盖阈值x，如果xn，即认为存在重叠覆盖对网络产生负增益，本文中暂定x=3。

2.4 重叠覆盖改进方法

对于SW集合不为空的时候，同时覆盖重叠个数n也大于阈值3的情况，即认为该UE处于重叠覆盖区域内，并且存在负增益，需要对重叠集进行优化，具体优化步骤如下：

（1）对于已经确定的SINR值差点，重叠覆盖原因是由于和两者值差较小；

（2）对于≥-90 dBm，同时该点对应的所有<-90 dBm，可以通过调节邻区工参设置及发射功率，满足≥6；

（3）对于≥-90 dBm，存在部分大于-90 dBm和部分小于-90 dBm的情况，建议通过增加主服务小区功率，使其≥6；

（4）如果>6，可通过切换设置，重新定义主服务小区；

（5）如果>6，通过对邻区信号强度进行抑制，满足≥

6，减少重复覆盖。

3 测试分析

本节对改进的LTE小区重叠覆盖优化方法的吞吐量和SINR值进行了对比测试分析，参数设置如下：载波频率E频段，信道带宽20 MHz，小区平均间距300 m。为了验证优化效果，选取了密集市区网格A进行测试，该网格面积4.45 km2，网格内室外站点36个（宏站+微蜂窝），100个小区，平均站高36 m，平均站间距约298 m，网格内包含了CBD、大型综合体、图书馆、广场等复杂环境。

通过对主干道路和人流较大路段进行扫频重叠覆盖测试，对测试数据进行分析发现优化前重叠覆盖度大于3的重叠覆盖个数为2087个，优化前测试总共扫频点个数为12 862个，重叠覆盖度占比16.22%。

优化后对比测试，总共扫频采样点个数12 799个，去除无效点2915个，优化后重叠覆盖度大于3的重叠覆盖个数为1181个，重叠覆盖度占比9.22%。

改进的方法和优化前测试结果均是由100个小区测试的统计平均值得到。由图4的对比测试结果可以知道，优化后重叠覆盖度大于3的比例已经小于10%。

除了重叠覆盖度，还对优化前后的小区下行吞吐量进行了测试分析。

改进的方法和优化前测试结果均是由100个小区进行测试的统计平均值得到。由图5的对比测试结果可以知道，本文提出的小区重叠覆盖改进提升方法对于本身下载速率低于10 Mbps的情况，下行吞吐量占比平均减少了1.9%；对于10≤x<20的情况，下行吞吐量占比提高了2.57%，这是由于速率较低的小区存在的重叠覆盖减少，此部分小区优化后速率有了提升，大多数达到了10 Mbps以上。由于本文优化方法暂不涉及到网络结构调整，对于部分站点存在的网络规划设计不合理情况，无法实践本文提出的改进方法，故为后续速率质量提升还保留了一部分空间。

4 结论

TD-LTE作为第四代移动通信技术，可以实现更高速率、更小时延的通信服务，由于TD-LTE自身原因，小区重叠覆盖成为决定网络质量的一个关键问题。首先介绍了小区重叠覆盖的概念，在现有小区重叠覆盖解决方法的基础上，提出了一种改进的小区重叠覆盖优化方法。该方法综合考虑SINR值差以及邻区RSRP过强引起的干扰问题，通过一系列措施，减少了小区重叠，提高了网络质量，外场对比测试验证了该方法的正确性和可行性。

参考文献：

[1] Yi-Bing Lin， Pin-Jen Lin， Yingrong Coral Sung， et al. Performance measurements of TD-LTE， WiMax and 3G systems[J]. IEEE Wireless Communications， 2013，20（3）： 153-160.

[2] 崔航，王四海，李新，等. TD-LTE重叠覆盖及解决方案分析[J]. 移动通信， 2013，37（21）： 17-21.

[3] 武海斌. TD-LTE网络重叠覆盖分析[J]. 计算机与网络， 2013（18）： 64-67.

[4] 毛炜，赵晋. 基于重叠覆盖强度的网络结构评估方法[A]. 全国无线及移动通信学术大会[C]. 2013.

[5] 张炎炎，孟繁丽，张新程，等. TD-LTE网络结构评估方法研究及预规划分析[J]. 电信工程技术与标准化， 2014（1）： 10-15.

[6] 陶琳，李春明，岳军，等. 重叠覆盖对TD-LTE网络性能的影响研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2014（10）： 25-28.

[7] 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.

[8] 赵康成，王国梁，李凤花. TD-LTE无线网络中重叠覆盖优化解决方案分析[J]. 山东通信技术， 2014（3）： 40-43.

[9] 龙青良，张磊. 基于用户感知的LTE网络优化关键问题研究[J]. 邮电设计技术， 2014（10）： 14-20.

[10] 张生，李春明，侯优优，等. 一种新的网络覆盖质量评估方法[J]. 电信工程技术与标准化， 2011（9）： 66-69.