TD-LTE网络结构评估方法研究及预规划分析

张炎炎，孟繁丽，张新程，赵旭凇

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

TD-LTE网络结构评估方法研究及预规划分析

张炎炎，孟繁丽，张新程，赵旭凇

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

TD-LTE作为同频组网系统，网络结构对其无线网络质量有着重要的影响。而在基于TD-SCDMA或GSM现网基础上进行TD-LTE建设时，会由于传统网络结构无法达到TD-LTE同频组网结构要求而造成网络质量下降。对此，本文提出了一种TD-LTE网络结构评估方法，通过对TD-SCDMA及GSM现网数据进行分析预测得到TD-LTE网络性能及其弱覆盖、重叠覆盖、干扰小区等网络结构指标。该方法可以对TD-LTE网络性能进行准确的评估，从而提升网络结构评估的准确性和实用性。

TD-LTE；网络结构评估；二维向量； 干扰； 重叠覆盖； 软件分析

随着移动互联网快速发展，用户数据业务及带宽需求日益旺盛，中国移动迫切需要尽快发展TD-LTE网络来满足客户需求的不断增长，推动产业链完善与壮大，积极应对行业竞争压力，同时保持和巩固行业的领先地位。

为了实现以市场和业务需求为导向的TD-LTE网络建设，提高TD-LTE网络规划质量，不断提升TDLTE网络覆盖水平，在现网基础上升级建设TD-LTE网络成为快速推进TD-LTE建设发展的重要手段。但是，不同于GSM的异频组网和TD-SCDMA系统的主频点异频组网，TD-LTE是全同频组网，并由此带来较大的同频干扰。因此，在基于现网站址基础上建设TD-LTE时，如何有效避免现网直接升级可能带来的TD-LTE同频干扰问题，并在共站址、共RRU、同天线的情况下如何与现网进行协同优化，成为中国移动TD-LTE网络建设需面对的重要问题。

1 网络结构问题对TD-LTE性能的影响

TD-LTE同频组网方式与TD-SCDMA的主频点异频组网存在着一定的区别。根据中国移动网络部的测试结果，在TD-LTE网络中，每增加1个重叠小区，速率恶化20%～40%左右，且加扰比空扰的影响更严重。而在同样的重叠情况下，主小区功率要超过邻区10～12dB以上才会避免影响。

通过对比TD-LTE扩大规模试验网同一城市两片普通城区TD-LTE网络的重叠覆盖程度和吞吐量测试结果，显示随着重叠覆盖程度的增加，网络下行速率呈现下降趋势；其中区域1重叠覆盖度超过3个（理想蜂窝中重叠覆盖度最大为3）的比例为7.11%，大于区域2的2.29%，与之相对应的区域1整体性能也差于区域2。可见，重叠覆盖度可以作为网络结构评估的一个重要指标客观的反映网络实际吞吐量性能。

2 TD-LTE网络结构分析方法原理

2.1 基于现网数据的TD-LTE性能预测方法

图1是某一区域基于TD-SCDMA现网升级TDLTE网络区域中的TD-SCDMA同TD-LTE SINR测试情况。从图中可以看出，在共址升级建设TD-LTE场景下，TD-SCDMA和TD-LTE网络会表现出类似的弱覆盖、重叠覆盖特性。因此，考虑不同系统之间的相关性，通过分析已有系统和TD-LTE系统之间的关系，可以对要建设的TD-LTE系统进行性能预测，进而在网络规划中进行考虑。

利用TD-SCDMA/GSM同TD-LTE在共站址建设时具有相同信道环境和路径损耗（考虑频率影响后）等特征，基于TD-SCDMA道路测试数据，包括MR、路测及扫频等数据。对每个测试点取最强PCCPCH RSCP信号强度和若干个次强信号强度值，通过一定换算关系可以推算出在简单升级后TD-LTE网络的RSRP、RS-SINR等指标，并在此基础上进行TDLTE网络结构预测。其预测主要原理如下：

（1）TD-SCDMA路测数据能够提供采样点的服务小区PCCPCH RSCP及最强的若干个邻区的PCCPCH RSCP信息。

（2）如图2所示，由于TD-LTE与TD-SCDMA采用相同的站址资源、天馈系统及发射频段，因此决定RSRP及接收功率取值的参数中，天线增益相同，不同频段下行路径损耗和不同系统发射功率差值均为已知。

图2 终端接收信号强度示意图

（3）通过TD-SCDMA路测数据结合TD-SCDMA与TD-LTE发射功率的差值，可以准确估算TD-LTE系统的RSRP及RS-SINR数据，并生成概率分布曲线及覆盖效果图层。

利用现网数据对现网站址升级TD-LTE网络建设所产生的弱覆盖和干扰问题进行分析，评估现网哪些站址可用于建设LTE网络。基于TD-SCDMA道路测试数据，通过一定换算关系可以推算出在简单升级后TD-LTE网络的RS-SINR指标。针对RS-SINR预测值较低的区域，可以分析其TD-SCDMA重叠覆盖度情况，做为后续精细化建设方案的规划原则。

2.2 基于二维向量的重叠覆盖度分析方法

对于网络结构问题，传统的网络结构评估方法普遍使用重叠覆盖度进行分析，定义为测试点弱于最强信号N dB范围内的小区数（含最强信号小区）。它反映了该测试点有多少个强信号小区在同时覆盖。

由于GSM网络是以话音业务为主，且相邻小区是异频组网，在主服务小区内，不同频率的干扰信号强度不能直接相加，因此用干扰小区的数量和测试采样点数量来评估网络干扰水平的传统分析方法能够满足对信号接通质量的判断。但是，在TD-LTE等数据业务为主的网络中，当信号质量变差时，系统可以通过减少用户吞吐量来保持用户分组域业务的连通，此时，仅通过一维指标进行分析网络性能无法满足对用户感知变化的判定。

如表1所示，采样点1和2分别代表传统意义上的好点和差点，而采样点3虽然重叠覆盖度仅为2，但其RS-SINR却是所有采样点中最差的一个。通过分析采样点3的邻区场强可以发现，其存在一个强干扰邻区，也就是说一个强干扰可能与多个弱干扰等效。

表1 利用现网测试数据计算重叠覆盖度

基于以上分析可以发现，移动通信网络结构评估中，不仅需要重视干扰源数量，同样需要重视干扰信号强度，二者结合才能有效解决网络干扰问题。因此，在评估TD-LTE同频组网网络结构时除了重叠覆盖度还应考虑重叠覆盖强度，即二维向量的评估形式，其中重叠覆盖度与原重叠覆盖度定义相同，体现干扰源数量。重叠覆盖强度表示干扰信号的强度，其定义如下：

其中M表示重叠覆盖小区数，Ni表示干扰小区主公共控制物理信道（或导频信道）信号强度和主服务小区（最强信号小区）主公共控制物理信道（或导频信道）信号强度的差值，N表示覆盖系数门限宽度。

根据上述二维向量的评估形式，可以将所有测试的采样点分为4个象限，其中第一象限表示重叠覆盖多，且受到多个较强信号的干扰，这些采样点可以认为未达到网络质量要求；第二象限表示重叠覆盖少但受到少量较强信号干扰的测试点，虽然这些测试点从重叠覆盖度分析上不存在问题，但是由于少量强干扰点的存在，其SINR却相对较差，因此这部分测试点可以认为是网络质量较差的区域，也需要进行进一步分析；对于第三象限，其重叠覆盖度和重叠覆盖强度均处于较低的水平，因此其表征网络质量好的区域；位于第四象限表征重叠覆盖多但没有受到较强的干扰，这部分测试点的重叠干扰小区多为落入重叠覆盖门限内的相对较弱的干扰，考虑到其总干扰强度不强，因此可以认为是网络质量较好的区域。

通过对以上4个象限的划分可以发现，在进行网络优化时应重点整治处于第一象限的测试点区域，同时也应对处于第二象限的测试点进行关注。对于处于另两个象限的测试点区域则可以认为其相对健康。

2.3 TD-LTE干扰小区分析

通过弱覆盖分析可以找到需进行补盲的小区列表，通过重叠覆盖分析可以得到受干扰较强的小区列表，本节将重点分析如何找到带来干扰的小区以及如何对这些小区进行处理。

小区干扰分析的目标是使网络达到相应的规划指标水平，对于干扰分析，主要是考虑其RS-SINR达标水平。因此，算法首先通过预规划分析计算得到的RS-SINR统计判断目前全局SINR是否达标（如X%的概率大于SINR_th），假设预测得到的SINR大于SINR_th的概率为Y%。如果不达标，则对所有SINR进行倒序排序，取SINR最小的（Y-X）%的采样点为一个集合，在该集合内，判断某小区作为第一干扰小区出现的次数或作为干扰小区的干扰强度之和，对以上分析结果按照小区进行从大到小的排序，则最前出现的小区认为是对全网SINR不达标影响最大的TOP小区。

对TOP小区进行模拟优化处理，在列出TOP小区后可根据网络现状要求进行异频插花、取消站址、新建天馈以及调整天馈参数等措施进行优化调整。针对每种处理方式，可对其处理效果进行建模，从而可以对每次迭代结果输出全网优化后的RS-SINR并进行判断。以上过程可循环进行，直到全网RS-SINR达标为止。通过以上方法，可以有效找到全网干扰最强的小区列表，并对这些小区进行相应的处理。

3 TD-LTE预规划分析平台

目前现网可批量获取且较为规范的TD-SCDMA数据有扫频数据、ATU（自动路测）数据和MR（测量报告）数据，3类数据有各自的特点及用途，不同数据特点如表2所示。

表2 预规划平台可用数据表

在进行参数输入以后，TD-LTE预规划分析平台主要分析的指标主要包括弱覆盖、重叠覆盖和小区干扰系数等。其中道路及小区弱覆盖分别反映了该路段或该小区弱覆盖的比例，目的是为了找出弱覆盖问题路段或小区。弱覆盖分析的结果主要用于评估网络RSRP是否达标。重叠覆盖系数主要是为了反映路段或服务小区有多少个强干扰小区以及干扰强度水平。小区干扰系数是反映某小区对网络的干扰水平，目的是为了发现引起网络结构问题的高干扰小区。重叠覆盖系数和小区干扰系数都是为了评估RS-SINR是否达标。

根据以上预规划平台的预测目标，TD-LTE预规划分析平台实现的主要功能包括：

（1）TD-SCDMA网络覆盖分析，对目标区域TD-SCDMA网络RSCP进行统计，可以有效获取现网TD-SCDMA网络性能。

（2）TD-LTE网络覆盖指标预测，对目标区域TD-LTE网络RSRP/RS-SINR进行预测及统计，是TD-LTE网络性能预测的基础。

（3）TD-LTE弱覆盖预测：对目标区域TD-LTE网络弱覆盖进行预测及统计，根据该结果，可以进一步分析需要在什么地方规划新建站点等。

（4）TD-LTE网络重叠覆盖预测：对目标区域TD-LTE网络的重叠覆盖和重叠覆盖强度，可以用于评估各小区的受干扰水平和重叠覆盖问题严重性。

（5）TD-LTE强干扰小区分析：对TD-LTE干扰源小区干扰程度进行分析及排序，找出强干扰小区，是业内首个可以对主动干扰进行分析的软件。

（6）TD-LTE网络调整策略分析：以全网SINR达到集团指标为目标，对不同小区进行D频段插花建设/天馈调整等建议，进而提出全网基站和天馈调整建议。

4 预规划分析结果分析

取某市现网TD-SCDMA基站工参数据、MR数据及扫频数据，利用“LTE预规划分析平台”进行LTE规划方案分析，可以得到以下结果。

4.1 TD-LTE弱覆盖分析预测

由于TD-SCDMA网络在信号较差的区域会将用户切换至GSM网络，因此MR数据反映的弱覆盖信号会偏好。因此，在进行弱覆盖分析时，应优先选择扫频数据能够反映的小区进行弱覆盖分析。扫频数据由于路测只能反映道路覆盖的限制不能反映所有小区的情况，对于扫频数据没有足够采样点的小区可以通过MR数据进行补充。弱覆盖小区的分析结果如表3所示。

通过对扫频数据的小区级弱覆盖分析可以看出，考虑采样点限制后只在扫频数据中反映、而未在MR数据中反映的弱覆盖小区共13个。通过对现网分析可知，这些小区在TD-SCDMA网络中就存在弱覆盖问题的比例为100%。此外，通过对MR数据和扫频数据分析结果的对比分析，还有37个小区是基于MR数据的弱覆盖小区，但其在扫频数据中没有足够采样点未能反映。考虑采样点限制后该弱覆盖小区共37个。通过对现网分析可知，这些小区在TD-SCDMA网络中就存在弱覆盖问题的比例为48.65%。

表3 弱覆盖小区的分析结果

4.2 TD-LTE重叠覆盖分析

图3为利用扫频数据分析的重叠覆盖度、SINR及重叠覆盖强度对应关系图，从图中趋势可发现重叠覆盖度和重叠覆盖强度成正相关关系，重叠覆盖度和SINR成反相关关系，其中重叠覆盖度等于1时，平均SINR为12 dB，当重叠覆盖强度为4时，SINR约为-0.5 dB，当重叠覆盖强度为6时，SINR约为-2.5 dB。

图4为利用扫频数据分析的不同重叠覆盖度下重叠覆盖强度及SINR分布图，从图中趋势可发现重叠覆盖度小于等于3的情况下，重叠覆盖强度基本小于7.9，SINR基本大于-3 dB，当重叠覆盖度增加时，重叠覆盖强度逐步增强，SINR逐步变差，但分布图也显示存在部分采样点重叠覆盖度较大但重叠覆盖强度较低、SINR较好的情况，而这些采样点的性能是比较好的。

图3 重叠覆盖度和重叠覆盖强度、重叠覆盖度和SINR对应关系（基于扫频数据）

图4 不同重叠覆盖度下重叠覆盖强度及SINR分布图（基于扫频数据）

通过上述分析可知，采用二维向量重叠覆盖系数的分析方法可以准确的发现网络结构问题，从而针对性的提出相应的解决方案。

4.3 TD-LTE小区干扰分析及站点调整建议

根据中国移动TD-LTE扩大规模试验网指标要求，需要TD-LTE网络达到以下要求：RS-SINR大于-3 dB的比例达到95%。由于网络预规划分析结果中RS-SINR统计未达到该指标，因此需进行小区干扰分析及站点调整。

图5 基于路测数据的CRS-SINR CDF对比统计图

经过对扫频数据的预规划统计分析，干扰小区中有6个小区可进行D频段插花替换，占总小区数的0.09%，56个小区可进行网络优化和天馈调整，占总小区数的0.85%，共计62个小区参与调整，占总小区数的0.94%。如图5所示，通过迭代分析进行调整后，某地市RSSINR大于-3 dB的比例提升为96.31%，能够在进行最少的站点调整的基础上达到规划指标要求。

5 总结

本文针对TD-LTE网络结构存在的问题进行了深入分析，通过研究发现，TD-LTE在现有站址上进行简单升级会带来弱覆盖、重叠覆盖及同频干扰等问题。本文提出了一种利用TD-SCDMA/GSM现网数据进行TD-LTE网络性能预测的方法，并创新性地提出了如二维向量指标体系、主动干扰小区预测方法、干扰迭代消除方法等，通过该方法能够有效解决在现网升级TDLTE网络中存在的网络结构问题，为TD-LTE网络规划和优化具有较强的价值。

Research on network structure analysis and pre-planning of TD-LTE system

ZHANG Yan-yan, MENG Fan-li, ZHANG Xin-cheng, ZHAO Xu-song (China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

The network structure plays a critical role on the quality of TD-LTE network. However, the network quality would be declined while TD-LTE inheriting existing 2G/3G structure for the reason that TD-LTE is used as the same frequency network system. Therefore, a method to evaluate the TD-LTE network structure is presented in this paper. With this method, the weak coverage, overlapping coverage and interfering cell can be analyzed by the MR and ATU data of TD-SCDMA and GSM network.

TD-LTE; network structure analysis; two dimensional vector; overlapping coverage; software analysis

TN929.5

A

1008-5599（2014）01-0010-06

2014-01-06