中国联通LTE无线网络优化指导书覆盖优化指导手册

中国联通LTE无线网络优化指导书 第4分册：覆盖优化指导手册中国联通LTE无线网络优化指导书第4分册：覆盖优化指导手册内部资料注意保存中国联通运行维护部中国联通网络技术研究院2013年12月目 录1概述42覆盖问题分类定义52.1覆盖空洞52.2弱覆盖62.3越区覆盖62.4重叠覆盖73覆盖问题分析流程83.1基础数据采集83.2覆盖指标93.2.1RSRP93.2.2RSRQ103.2.3SINR113.3覆盖优化目标123.4配置参数调整133.5覆盖问题分析流程及方法144覆盖优化原则165典型覆盖问题及优化方法175.1覆盖优化手段175.2覆盖空洞/弱覆盖问题185.3越区覆盖问题195.4重叠覆盖问题206覆盖增强策略226.1高功放236.2IRC技术256.2.1IRC基本原理256.2.2IRC性能266.2.3IRC技术应用建议306.3ICIC技术316.3.1ICIC基本原理316.3.2ICIC性能366.3.3ICIC技术应用建议386.4TTI bundling396.4.1TTI bundling基本原理396.4.2TTI bundling性能406.4.3TTI bundling技术应用建议426.5MIMO覆盖增强436.5.1MIMO基本原理436.5.2MIMO性能456.5.3MIMO模式间的切换486.5.4MIMO技术应用建议50前 言本优化指导手册是中国联通LTE无线网络优化指导书系列文档之一，该系列文档的结构和名称如下：（1）中国联通LTE无线网络优化指导书 第1分册：LTE无线网络优化指导原则（2）中国联通LTE无线网络优化指导书 第2分册：工程优化指导手册（3）中国联通LTE无线网络优化指导书 第3分册：LTE无线网络优化测试方案及验收指标（4）中国联通LTE无线网络优化指导书 第4分册：覆盖优化指导手册（5）中国联通LTE无线网络优化指导书 第5分册：干扰优化指导手册（6）中国联通LTE无线网络优化指导书 第6分册：切换及互操作优化指导手册（7）中国联通LTE无线网络优化指导书 第7分册：室内外协同优化指导手册（8）中国联通LTE无线网络优化指导书 第8分册：开局参数设置及优化指导手册1 概述覆盖优化是网络优化环节中极其重要的一环。LTE的覆盖问题优化思路和3G一样，都是主要针对信号强度和合理网络拓扑的优化：（1）在系统的覆盖区域内，通过调整工程参数、功率及邻区关系等手段使最多区域的信号满足业务所需的最低电平的要求，尽可能利用有限的功率实现最优的覆盖，减少由于系统弱覆盖带来的用户无法接入网络或掉话、切换失败等问题。（2）合理的网络拓扑是指每个小区有明确的覆盖范围，不出现越区覆盖的现象，重叠覆盖度在合理范围。LTE网络一般采用同频组网，同频干扰严重，良好的覆盖和干扰控制对网络性能意义重大。LTE与3G覆盖分析的差异主要体现在：（1） 边缘速率要求：在LTE 中，不存在CS域业务，只有PS域业务。不同的目标数据速率的解调门限不同，导致覆盖半径也不同，因此优化时，需确定小区边缘的数据速率目标。（2） 配置RB数量：LTE上下行覆盖半径受配置RB数量影响，在下行链路，有效发射功率与RB数量成正比，RB配置数理增多，有效发射功率增大，覆盖半径增大；在上行链路，RB的增多会提升上行的底噪，造成覆盖半径的降低，终端最大发射功率是固定的，如果已经到达最大发射功率，随着RB的增多，覆盖半径随着降低。对于特定的边缘速率要求，LTE 网络可以灵活的选择用户使用的RB资源和调制编码方式进行组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求。在实际网络中，用户速率和MCS 及占用的RB 数量相关，而MCS 取决于SINR 值，RB 占用数量会影响SINR 值，所以MCS、占用RB 数量、SINR 值和用户速率四者之间会相互影响。不同的MCS和RB组合，会带来不同的覆盖性能和容量性能。因此应综合考虑RB，MCS与接收机灵敏度之间的关系的结果，既考虑空口资源的消耗又考虑小区的覆盖半径，合理选择MCS和RB数。2 覆盖问题分类定义 移动通信网络中涉及到的覆盖问题主要表现为四个方面：覆盖空洞、弱覆盖、越区覆盖和重叠覆盖，因此覆盖优化的主要目的就是减少弱覆盖，控制重叠覆盖。2.1 覆盖空洞覆盖空洞是指连片站点中间出现信号强度较低或者根本无法检测到信号，从而使终端无法入网的区域，覆盖空洞的定义和WCDMA是类似的。具体判断可以利用测试得到最强小区的RSRP与设定的门限进行比较，则覆盖空洞定义为RSRP120dBm的区域。图1是可能存在覆盖空洞场景的示意图。图1 覆盖空洞示意图通常覆盖空洞产生的主要原因有：（1） 规划不合理、其他工程方面的因素导致实际站点与规划站点偏差较大、站点布局不合理、或站点未开通；（2） 站间距过大，站点过于稀疏；（3） 天线下倾角过大；（4） 天馈质量问题、天面空间受限导致挂高不足、天线方位角调整受限、天馈线接反或接错等。（5） 山体或建筑物等障碍物遮挡。2.2 弱覆盖弱覆盖一般是指有信号，但信号强度不足以保证网络能够稳定的达到要求的KPI指标的情况。主要表现为数据速率低、接通率不高、掉线率高、用户感知差等。弱覆盖区域定义为RSRP -100dBm的数据点的百分比密集城区和一般城区规划覆盖区内95%RS-SINR公共参考信号SINR -3dB 的数据点的百分比95%小区下行边缘速率下行MAC层速率4Mbps的百分比95%小区上行边缘速率上行MAC层速率1Mbps的百分比95%小区下行平均吞吐率每个小区所有测试点的下行平均速率（Mbps）35小区上行平均吞吐率每个小区所有测试点的上行平均速率（Mbps）25注：1）表格中数据均为20MHz系统带宽，50%网络负荷情况下的标准。2）RSRP和RS-SINR指室外测量值。3）分公司可根据用户感知、场景的重要程度以及后续网络调整、优化难度，适当提高覆盖指标。（2）TD LTE无线网络覆盖及吞吐量指标优化目标表2 TD LTE无线网络优化指标要求指标定义场景要求目标值RS- RSRP公共参考信号 RSRP -105dBm的数据点的百分比密集城区和一般城区规划覆盖区内95%RS-SINR公共参考信号SINR -3dB 的数据点的百分比95%小区下行边缘速率下行MAC层速率1Mbps的百分比95%小区上行边缘速率上行MAC层速率128Kps的百分比95%小区下行平均吞吐率每个小区所有测试点的下行平均速率（Mbps）18小区上行平均吞吐率每个小区所有测试点的上行平均速率（Mbps）10注：1）该表中要求只针对TD LTE连续覆盖区域2）表格中数据均为20MHz系统带宽，50%网络负荷情况下的标准。3）RSRP和RS-SINR指室外测量值。3.4 配置参数调整在进行LTE覆盖优化中，需关注表3中的关键参数，重点了解各参数调整对网络性能的影响。当调整天线的方向角、下倾角、挂高等工程参数仍无法解决相应的覆盖问题时，可以考虑以下相关参数的调整。表3 覆盖类关键参数表参数中文名称参数功能简介参数对网络性能的影响下行参考信号功率 该参数表示下行参考信号的功率，该参数用作一个基准值，其他下行信道的功率设定，均以参考信号功率为基准。该参数如果设置过小，将会影响相应Cell的覆盖范围。该参数如果设置过大，对其他小区干扰加大，影响网络的整体性能。PA值该参数表示PDSCH功率控制PA调整开关关闭且下行ICIC开关关闭时，PDSCH采用均匀功率分配时的PA值。RS功率一定时，增大该参数，增加了小区所有用户的功率，提高小区所有用户的MCS，但会造成功率受限，影响吞吐率；反之，降低小区所有用户的功率和MCS，降低小区吞吐率。该参数的调整需考虑PB的同步调整。PB值该参数表示PDSCH上EPRE（Energy Per Resource Element）的功率因子比率指示，它和天线端口共同决定了功率因子比率的值。即B/A，对每个UE，不包含RS的OFDM符号中的PDSCH的EPRE与RS的EPRE之比为A；包含RS的OFDM符号中的PDSCH的EPRE与RS的EPRE之比为B。取值越大，小区RS的功率不变的情况下，PDSCH RE功率相对越大，小区发射总功率相对越大；小区发射总功率不变的情况下，PDSCH RE功率相对越大，小区RS的功率相对越小。当小区发射总功率受限时，可以将取较小值，保证小区RS的功率能够满足覆盖要求，信道估计性能良好，但传输数据的功率减小，接收端的SINR降低，数据解调的性能下降 。最低接收电平该参数表示小区最低接收电平，应用于小区选择准则（S准则）的判决公式。增加某小区的该值，使得该小区更难符合S规则，更难成为适当小区，UE选择该小区的难度增加，反之亦然。该参数的取值应使得被选定的小区能够提供基础类业务的信号质量要求。前导格式该参数表示小区所使用的前导格式不同的前导格式，对应于不同的小区半径：小区半径小于等于1400米时，对于FDD，建议前导格式取值为03，对于TDD，建议前导格式取值为04；小区半径大于1400米小于等于14500米时，建议前导格式取值为03；小区半径大于14500米小于等于29500米时，建议前导格式取值为13；小区半径大于29500米小于等于77300米时，建议前导格式取值为1、3；小区半径大于77300米小于等于米时，建议前导格式取值为3。3.5 覆盖问题分析流程及方法 RSRP是网络覆盖的基础，其主要影响因素有：站点密度、天线挂高、网络拓扑、发射功率、工作频段、方位角、下倾角、切换参数等。评价RSRP时，一般采用平均RSRP和边缘RSRP进行分析，根据预先设定的网络覆盖优化标准进行评估，若RSRP偏低，则可根据下述流程进行评估，典型的覆盖问题优化思路和流程参见下图：图3 RSRP分析流程RSRP过高也可能影响网络，但需要结合SINR进行相应的网络覆盖评估。表4 RSRP质量问题分析中指标介绍对比指标数据来源具体统计方法对RSRP的影响相关的RF因素切换区域比例DT统计服务小区RSRP最强邻区RSRP的点占所有测试点的比例切换区域比例越大，可能有切换不及时造成服务小区RSRP偏低的问题邻区/切换参数、天线倾角/方位角、站点位置、站点拓扑、站点密度切换次数DTEvent List中同频切换（IntraFreqHOSuc）发生次数；切换次数太少，可能有邻区配置的问题，切换次数太多，则可能有乒乓切换太多的问题切换区域平均电平差DT统计服务小区RSRP=3的采样点/总采样点 * 100%其中：重叠覆盖度：路测中与最强小区RSRP的差值大于-6dB的邻区数量，同时最强小区RSRP=-100dBm。从定义看出，重叠覆盖与信号强度差值和邻区数量有关，下面是某城市的测试结果：（1） 电平差与SINR的关系图4 服务小区RS SINR与RSRP差值关系 主服务小区与邻区的RSRP差值越小，对主服务小区的SINR影响越大，当差值大于9dB左右时，对SINR的影响较小 SINR受邻区加扰的影响较大，加扰级别越大，主服务小区的SINR越低（2） 电平差与吞吐量的关系图5 吞吐量与RSRP差值的关系 主服务小区与邻区的RSRP差值越小，对主服务小区的吞吐量影响越大，当差值大于9dB（主服务小区比邻区电平强9dB以上）时，邻区对主服务小区的影响明显变小。 吞吐量受邻区加扰的影响较大，加扰级别越大，小区吞吐量越低。（3） 重叠覆盖度与SINR的关系 图6 重叠覆盖度与SINR的关系（邻区50%加扰） 空扰时，排除模3干扰的因素，主服务小区SINR与重叠覆盖小区的数量也有一定关联，重叠覆盖小区的数量越多SINR越差。 相同加扰级别时，主服务小区SINR与重叠覆盖小区的数量有密切关联，重叠覆盖小区的数量越多SINR越差。（4） 重叠覆盖度与吞吐量的关系图7 重叠覆盖度与小区吞吐量的关系（邻区50%加扰） 小区吞吐量与重叠覆盖小区的数量有密切关联，重叠覆盖小区的数量越多吞吐量越差。解决重叠覆盖的方法是对小区覆盖进行严格控制，通过调整天线方位角和下倾角使同一测试点被尽可能少的信号覆盖，一般不能超过3个强信号覆盖。典型的优化方法如下：（1） 首先根据距离判断此区域应该由哪个小区作为主服务小区。（2） 其次，看主服务小区的RSRP是否大于-100dBm，若不满足，则调整主服务小区的下倾角、方位角、功率等。（3） 在确定主服务小区之后，抑制其余小区的信号在此区域的覆盖，可以通过天馈调整、参数调整等手段。天线调整内容主要包括：天线位置调整、天线方位角调整、天线下倾角调整。a) 天线位置调整：可以根据实际情况调整天线的安装位置，以达到相应小区内具有较好的无线传播路径。b) 天线方位角调整：调整天线的朝向，以改变相应扇区的地理分布区域。c) 天线下倾角调整：调整天线的下倾角度，以减少相应小区的覆盖距离，减小对其他小区的影响。6 覆盖增强策略由于站址的稀缺，LTE建网初期站址应优先考虑利用现有站址资源，与3G现网1：1共站建设，因此，部分场景或区域将存在上行覆盖受限的情况，针对这些上行覆盖受限的场景或区域，在条件允许的情况下，可以有选择性的采用覆盖增强技术，本章给出了各种覆盖增强技术的原理、性能及应用的建议。6.1 高功放目前LTE网络设备下行信道标准配置为22 MIMO，设备能够实现220W、240W和260W等多种发射功率配置。对于信号强度的要求如RSRP的要求，在给定的RSRP门限如-100dBm要求的情况下，下行的发射功率越大其覆盖范围也就越大。但并不需要过高的功率配置，只要给定覆盖范围达到了要求的信号强度就可以。 由于在实际网络部署时，通常并不会基于下行覆盖半径进行站点部署，往往是基于上行覆盖半径或复用了现有2/3G系统的站间距。这种情况下，提升下行功率所带来的影响和所部署的小区半径有密切关系。 在小区半径或路损比较小的环境（如密集城区、城区的室外等）， 主要是干扰受限的环境，此时所以小区都提高下行功率并不能改善SINR的分布，也就是说此时采用高功放对覆盖和容量的改善有限，甚至会增加干扰。而在路损比较大的情况下（如城区的深度室内，郊区、乡村等），由于是热噪声受限，此时采用高功放可以有效的改善小区边缘和内部的SINR分布，从而有效的增大下行容量和覆盖。为了进一步验证不同站间距条件下，不同发射功率对系统性能的影响，建立仿真系统如下：表 4 高功放覆盖效果仿真参数参数取值Carrier frequency1.8GHzTransmission bandwidth10 MHzUser Traffic ModelFull BufferISD500m/1732m/3000mFrequency Re-use1Channel modelUrbanUE velocity3 km/hBS antennas2X2Total BS TX power20W/30W/40WUser LocationUniformly dropped in entire cell仿真结果如下：表 5 高功放覆盖仿真结果汇总站间距（米）基站发射功率（W）小区平均吞吐率（Mbps）用户平均吞吐率（Mbps）5002018.5792 1.85793018.59241.85924018.59871.859917322014.1351.41353014.53011.4534014.74731.47473000207.73910.77391308.60250.86025409.16240.91624图8 不同站间距不同发射功率时，小区吞吐率比较Error! Reference source not found. 是高功率配置在不同站间距下的性能仿真，为了进一步阐明其中的规律，Error! Reference source not found.显示了小区吞吐率的分布规律。可以得出以下规律：在相同带宽、相同站间距的情况下，随着基站功率的增加，扇区平均吞吐率略有提升，但增加程度极为有限，尤其是在站间距比较小的情况下（比如ISD=500m）。原因主要由于虽然基站的功率增加会使UE 的接收信号增强，但同时UE 所受到的小区间干扰也会同时增加，因此当基站功率达到某一程度时，增加基站功率对于系统容量的影响是很小的。在相同带宽、相同基站发射功率的情况下，随着站间距的增加，扇区平均吞吐率有明显的下降。站间距较大（超过2000米）时，基站发射功率的增加对于容量的增益效果明显。因此，对于下行覆盖，提高发射功率对覆盖的影响与实际部署的小区半径和环境相关。只有在有效环境或场景引入才能真正发挥高功放的作用。针对同频组网情况下功率配置的建议如下：（1） 室外部署时，LTE-FDD原则上建议密集城区以220W配置为主，TD LTE根据通道数不同可以选择220W或85W配置。（2） 基站站间距较大或采用室外站进行室内深度覆盖要求较高的特殊场景下，LTE-FDD可以考虑使用240W配置，TD LTE可以考虑240W或810W配置以满足覆盖边缘的相关指标要求，但需要注意控制并避免高功率基站对周边小区的干扰。（3） 当LTE-FDD与现网系统采用外置同频合路器方式进行天馈合路建设时，为了克服较大的插入损耗，可以考虑使用240W配置。6.2 IRC技术6.2.1 IRC基本原理为了消除来自邻小区的干扰，需要在接收端检测出干扰信号后消除它们。在实际的环境里，通常很难检测出来自邻近小区的干扰信号。然而，接收端采用多天线技术时，接收机可以利用空间特性进行干扰抑制。IRC就是此类技术之一，它利用多天线获得的干扰统计特性实现干扰消除的功能。就技术实现而言，上行IRC要求基站具有多路接收天线（接收天线分集），通过对各分集支路上干扰与噪声进行相关性计算后，确定干扰之间的相关特性并据此进行信号合并，达到抑制干扰、提高上行接收信号质量的目的。它不依赖任何额外的发射端配置，只是利用不同终端的空间信道差异性区分有用终端和干扰终端的信号。这项技术不需要对发射端做任何额外的标准化工作，不依赖任何额外的信号区分手段（如频分、码分、交织器分），而仅仅依靠空分手段来实现其功能。图 9 同频组网多天线系统模型其实现原理是利用一个权值矩阵对不同天线分支接收到的信号进行线性合并。基于最大化信干噪比(SINR)的计算原则设计权值矩阵，而这个权值矩阵就是接收信号的协方差矩阵的赫米特转置。基于此达到抑制信道相关性导致的干扰的目的。而造成信道相关性的主要原因有：n 接收端多天线之间的隔离度不够（距离、极化）。n 终端地理位置接近。n 无线环境简单（直视径）。n 来自不同终端的接收信号经历类似信道（绕射/折射/反射多径）。6.2.2 IRC性能为研究应用IRC技术应该注意的问题，建立无编码MIMO-OFDM系统，具体仿真参数如下：表6 仿真系统参数传输带宽20M载频1.8G子载波间隔15kHzFFT大小2048MIMO信道9径准静态SUI信道信道估计理想天线配置1x2；1x4调制方式QPSK干扰终端数量根据需要设置为了验证IRC在干扰消除方面的优势，基于上述仿真设置，假设基站2天线接收，附加一个干扰终端，干扰信号的大小设置为：，其中为本小区终端信号接收功率，为干扰终端接收功率。接收天线分支之间的相关性分别设置为，即分别考察干扰信号的两个分支无相关性、中等相关性以及相关性较强的三种场景。图 10 IRC和MRC性能比较仿真结果如Error! Reference source not found.所示。从图中可以看到，当干扰信号较强时，单纯的MRC检测算法得到的误码率不随SNR的增大而改善，出现了明显的平台效应。而IRC算法可以较好的消除干扰信号的影响，特别是在中等相关性时，能够取得完全不相关信道类似的检测效果。Error! Reference source not found.的目的是研究2根接收天线条件下，不同数量的干扰终端对IRC算法性能造成的影响。仿真中固定选取SINR=10dB，分别设置，本小区终端信号接收功率和每个干扰终端的接收功率差为：，并且假设干扰终端之间经历相关性较强的信道。图11 两天线IRC性能随干扰终端数量的变化由Error! Reference source not found.可以看到，在干扰终端数量为1时，和的性能比和的性能好，是由于这时干扰信号能量小，在信号检测时，相关性信道对于噪声的放大效果起主导作用。在干扰终端数量大于2个之后，即使干扰信号信道相关性不同，但在相同干扰强度情况下，误码率性能接近，比如和和和的两条曲线几乎重合。同时，可以看到，在2天线接收的情况下，当干扰信号小于等于2时，IRC性能较好；当干扰数量大于3之后，性能逐渐衰退。这说明现网应用中，当强度较大的干扰终端数量远大于接收天线数量时，IRC的增益减小。类似于Error! Reference source not found.的条件设置，Error! Reference source not found.反映了4根接收天线条件下，不同数量的干扰终端对IRC算法性能造成的影响。图 12 四天线IRC性能随干扰终端数量的变化由Error! Reference source not found.可以看到，在干扰终端数量小于3时，和的性能比和的性能好，这同样是相关性信道对噪声的放大作用所导致。在干扰终端数量大于4个之后，即使天线之间的相关性不同，但是相同干扰强度情况下，误码率性能接近。另外，在4天线接收的情况下，当干扰信号小于等于4时，IRC性能较好；当干扰数量大于4之后，性能逐渐衰退。这与Error! Reference source not found.得到的结论是一致的，即在现网应用中，当强度较大的干扰终端数量远大于接收天线数量时，IRC的增益减小。Error! Reference source not found.和Error! Reference source not found.相比较来看，在相同的干扰终端数量和干扰强度的情况下，4天线接收的IRC效果明显好于2天线情况。Error! Reference source not found.目的是研究多个干扰终端的信号经历的信道相关性不同时，对本小区基站IRC算法的影响。假设基站4天线接收，干扰终端数量为3，终端之间的信道分别为低相关性（low-corr）和高相关性（high-corr）两种情况，并且进一步假设了接收天线分支之间相关性由低到高的三种情况：。图 13 干扰终端之间的信道相关性对IRC性能的影响从Error! Reference source not found.可以看到当干扰终端之间经历相同或相近的物理信道时（高相关性），IRC较好的删除了干扰造成的影响；而当干扰终端经历的物理信道差异性较大时（低相关性），IRC的性能将有3dB左右的衰退。这也说明，干扰终端地理位置相近，信道条件单一时，IRC能够更好的发挥作用。 另外，依然可以看到，虽然IRC专门为抵抗天线之间的相关性而设计，但是随着天线分支之间相关性的提升，IRC的性能也逐步变差。Error! Reference source not found.的目的是研究当干扰终端的总能量一定时，干扰终端的数量多少对IRC性能的影响。这里假设基站4天线接收，干扰终端之间的信道相关性低，天线分支之间的相关性分别为，有用信号是和干扰信号总功率的差值设置为：，并假设干扰分别来自1、5和9个终端（干扰能量多个终端平分）。图 14干扰总功率恒定、干扰终端数量对IRC性能的影响从Error! Reference source not found.可以看到，虽然干扰信号总能量一定，但是随着干扰终端数量的增加，IRC的性能产生了明显的衰退现象。图11反映出，虽然单个干扰终端产生的干扰能量可能并不大但是当干扰终端数量增大时，IRC受到的负面影响也将逐步增大。相比于存在一个强干扰的情况，IRC对于多个不相关弱干扰的情况更敏感。6.2.3 IRC技术应用建议IRC基于多天线的接收信号的相关性进行检测，对于多流之间具有相关性的干扰信号具有天然的消除作用，即使信道相关性较强，干扰的消去作用依然很明显。但是在现网应用中，也应注意IRC本身存在以下方面的特征：n 当强度较大的干扰终端数量大于接收天线数量时，IRC的作用将随着干扰数量的增加而衰退。n IRC性能会随着接收天线分支之间的相关性增强而衰退。n 干扰终端数量较大，并且彼此经历的信