基于Atoll的TD-LTE组网方案仿真与现网验证

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中睿通信规划设计有限公司
：何明 高新 宋永胜

摘要：首先论述了TD-LTE异频组网、PCI规划、MIMO配置等关键性组网因素，提出网络规划方案；然后通过Atoll仿真软件对方案进行仿真验证其科学性；最后进行现网测试来检验方案的可行性，从而得到科学可行的TD-LTE网络规划设计方案。

关键词：TD-LTE，异频组网，PCI规划，MIMO配置，Atoll网络仿真

1  引言

TD-LTE是中国具有自主知识产权并获得ITU认可的LTE技术，技术可靠、产业链完备，得到了国际一线设备厂商和运营商的支持，也是在国内主推的LTE技术。跟FDD-LTE相比，TD-LTE采用时分双工，占用的带宽是FDD-LTE的一半，频谱选择上也更为灵活，不需要对称频谱，因此频谱可用性更高。

因为国外频谱资源价格昂贵，运营商的TD-LTE网络主要是同频组网，同频组网小区间干扰只能协调而不能消除，导致小区边缘服务质量严重下降。中国政府为了支持推进TD-LTE的发展，给其划分了190MHz的可用频谱资源，而LTE能承载的最大带宽是20MHz。因此，有了充分的频谱资源，国内TD-LTE可以采用异频组网等方案，提高小区的总体吞吐量和改善小区边缘用户性能。而小区ID规划、MIMO配置也是影响LTE性能的重要因素，在网络规划设计时也需要给予重视，从而提高网络整体性能。

本文主要从TD-LTE组网原理和方案探讨基于Atoll的TD-LTE组网性能仿真与验证、TD-LTE现网性能分析与优化等方面对TD-LTE组网规划，特别是TD-LTE异频组网、PCI规划、MIMO配置进行分析验证，得出一些科学合理并能有效指导TD-LTE商用网建设的结论和建议。



图1  TLE部分频率复用

2  TD-LTE组网关键技术

2.1  TD-LTE的频率规划

TD-LTE常见的频率复用方式分为同频组网和异频组网方式。其中，同频组网是指全网所有小区使用相同的频点，该方式频谱效率高，无需频率规划，但是会引入同频干扰，造成系统吞吐量下降，尤其是小区边缘性能下降。为此，频率软复用(SFR)、部分频率复用(FFR)(如图1)等技术被提出，解决了干扰问题，却牺牲了部分频谱资源，降低了传输能力。

异频组网是指同一基站的不同小区采用不同频率，该方式不会产生同频干扰。因此，对于网络总体吞吐量和边缘用户性能提升都有显著效果；但是需要的带宽较多，适合在频谱资源丰富的场景下使用。

2.2  PCI规划

LTE系统中的PCI(Physical Cell ID，物理小区ID)共有504个，其中PSS号为0～2，SSS号为0～167，PCI=3*SSS+PSS。如果相邻小区PCI相同，会产生严重干扰，因此相邻小区PCI应规划成不同数值；此外，为避免PSS相同，相邻小区PCI模3也应不同，最大限度避免干扰。在PCI规划上不仅要相邻小区模3不同，还要进行不要的PCI资源预留，因此人工规划PCI的难度较大，难以实现最优规划，需要借助规划软件来实现。

2.3  MIMO配置

MIMO主要通过信号的不相关性来提高传输性能，目前MIMO主要有SU-MIMO、MU-MIMO、Virtual-MIMO、AMS(自适应技术，根据实际自动调整MIMO模式)等技术。LTE支持AMS技术，在MIMO规划上主要体现发射端天线数量的规划，因为接收端天线数目已固定(通常为2根)，所以发射端天线主要是为了提高整个服务区域的整体性能，而不是提高单个用户的性能。当天面条件允许并保证有效隔离度的情况下可以配置8天线。

3  TD-LTE同频、异频组网方案仿真与验证

Atoll是业界广泛使用的RF网络仿真规划、优化软件，最新版本的Atoll提供了对LTE网络ICIC、AMS等技术仿真的功能，可以较为准确地对LTE网络进行仿真，为了验证仿真结果我们还进行了现网测试。

3.1  TD-LTE同频、异频组网性能分析

同频组网方案如图2所示。在经典3扇区基站中，在2100MHz的频谱上每个基站的不同扇区给相同的20M带宽，时隙配比2:2；单天线功率5W，小区下行总功率40W；单小区5个FTP用户，每个用户采用Full
Buffer方式，即始终在传送数据；站间距500m，地形场景为城市市区。

异频组网方案如图3所示。在经典3扇区基站中，在2 100MHz的频谱上每个基站的不同扇区给不同的20M频率，即2
100MHz、2 130MHz、2 150MHz三个频段。基站之间实现频率复用的方法与GSM的相同。

通过仿真图2、3可知，TD-LTE异频组网提供了更好的小区边缘服务性能和整网的吞吐量，原因是同频干扰会使得信噪比降低，越到小区边缘，干扰信号越多，为了手机收取正确的信号则需要降低调制解调阶数(QPSK)，以致降低了下载速率；而异频组网则有效避免了干扰，可以使用高阶调制(64QAM)，从而提高了下载速率。

在广州TD-LTE试验网中，通过对同频组网和异频组网的实地测试也表明异频组网方案在网络总体吞吐量、边缘覆盖效果、链接稳定性上都优于同频组网方案。TD-LTE试验网测量数据如表1所示。



图2  TD-LTE同频组网下行速率覆盖仿真



图3  TD-LTE异频组网下行速率覆盖仿真

3.2  PCI自动规划与验证

在现网测试中，发现某小区SINR值比正常值低，数据传输也不稳定，经过分析后台数据配置，发现PCI模3冲突(见图4)，当改变冲突PCI值(20)时，与PCI(71)冲突消失但是又带来了和PCI(70)的冲突。因此，人工规划PCI缺乏系统性、预见性和全局性，特别在密集站区的PCI规划上不仅要考虑到一级邻小区也要考虑到二级邻小区干扰问题，计算量很大，人工难以实现。

表1  TD-LTE试验网测量数据

组网方式		异频组网	同频组网
宽带		3*10M	1*20M
上行(整体均值)	Mbps	35.7	255
下行(整体均值)		82.4	56.5
上行(小区中心)		46.4	29.3
下行(小区中心)		93.1	72.2
上行(小区边缘)		0.32	0.2
下行(小区边缘)		3.2	1.3
掉线率/%		4.5	7.3

图4  PCI模3冲突示意图

通过Atoll的PCI全局规划优化功能，可以实现全网的PCI规划和优化，支持小区的16个邻小区和多级邻小区分析。首先通过距离、方位、路损等参数算出邻小区，然后通过邻小区计算PCI，并进行整网优化调整，实现网络PCI的全局规划与优化，最大限度地避免PCI规划不当造成的网络性能下降。通过对比广州某区域TD-LTE试验网PCI小区的人工和自动规划后SINR信号效果(见表2)，发现自动规划的PCI更加合理，最大限度地避免了全网干扰，提高了全网的SINR。

表2  PCI自动规划前后全网SINR对比

SINR	人工规划	软件规划
整体均值/dB	7.1	11.3
小区中心	16.7	20.4
小区边缘	-5.2	-3.1

3.3  MIMO配置仿真与验证

主要通过对比8*2 MIMO、2*2 MIMO和8*8
MIMO方案来分析MIMO最佳规划设计方案。仿真的其他参数设置都一致，只是发射端的天线数量不同。TD-LTE的2*2 MIMO、8*2
MIMO下行速率如图5、6所示：

通过分析仿真结果可知，8*2
MIMO主要提高了小区整体特别是小区边缘的下载速率，同时也扩大了可以提供高速率服务区域的范围。通过分析Atoll的“Coverage by Best
Bearer”数据发现，8*2 MIMO与2*2
MIMO相比，可以使得手机在保证高速率的情况下使用低阶的调制解调方式，从而降低手机DSP的运算量，延长手机电池使用寿命。因此在条件允许的情况下，优先配置8天线对提高服务质量和手机待机时间有重要意义。限于篇幅，8*2
MIMO、2*2 MIMO和8*8 MIMO的Coverage by Best
Bearer和现网测试数据不再罗列，通过现网测试也证实了上述结论。

图5  TD-LTE的2*2 MIMO下行速率

图6  TD-LTE的8*2 MIMO下行速率

4  结论 通过理论分析、软件仿真和现网测试，对TD-LTE组网的几个关键性技术——异频组网、PCI规划、MIMO配置做了较为深入的分析，得出了若干有应用价值的结论，从而为指导TD-LTE商用网的规划设计提出科学、可用的参考。同时为了简化分析，试验仿真中忽略了很多现实因素，在实际规划设计中需予以考虑才能达到最好的规划设计效果。 参考文献： [1]高新，陈志成，宋永胜.LTE实验网在现网共享场景下的规划设计方案探讨[A].2012广东通信青年论坛优秀论文集[C].2012. [2]曾哲君，宋永胜.TD-LTE室内外协同覆盖方案探讨[J]移动通信，2012(18)：22-26. [3]Gao Xin. Restraint-aware Correctness Analyzing of Composite Web Services Based on Open Petri Net[A]. New York: DCABES 2011, 2011: 195. [4]中国移动通信集团公司.TD-LTE基站配套改造指导原则[Z].2011. [5]Erik Dahlman. 4G移动通信技术权威指南：LTE与LTE-Advanced[M].北京：人民邮电出版社，2012.

《移动通信》2013年第10期

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