关于LTEFDD无线网络系统设计与优化的研究

林俊铭

广东怡创科技股份有限公司510627

摘要：随着社会信息化的不断发展，人们随时随地能够办公、能够进行信息交流和数据交互的愿望原来越强烈，对移动数据业务质量的要求也越来越高。随着三家运营商3G网络的日益完善，移动数据业务的发展日新月异。中国联通借助3G网络技术优势，在3G网络竞争中获得了一定领先优势。

随着用户数迅猛增长，数据业务量也在高速增长，工信部的相关统计显示，我国移动互联网普及加快，数据流量消费保持50%以上的高速增长，2G用户加速向3G用户转化，3G用户月均移动互联网接入流量达到212.3M。中国联通网络负荷稳步提高，部分数据热点基站忙时平均下行数据吞吐率已超过10Mbps，最高已达15Mbps，可见热点区域容量压力已经显现。目前北京、上海、广州、深圳等地的高业务密度区，3G网络已全部升级到三载波，受15MHz带宽限制，已经无法扩容。数据业务消费正在向高速视频方向发展，对网络提出了越来越高的要求。3G网络将逐渐不能满足用户的需求，4G网络将是必然的选择。

关键词：LTEFDD；系统设计；优化

1国内外研究现状及发展趋势

1.2移动网络的发展趋势

第一代移动通信网采用FDMA技术，从萌芽到发展壮大经历了约10年时间。第二代采用TDMA技术经历了约7～8年。第三代WCDMA网络则只用了不到5年时间，就在全球范围内全面建设。移动通信网络新技术的大规模应用周期越来越短，网络提供带宽越来越宽。

图①移动通信网的演进示意图

WCDMA网络在向后演进的过程中存在中间阶段，包括HSPA+21Mb/s、DC-HSPA（42Mb/s）、DC-HSPA+MIMO（84Mb/s）等，某些阶段是否采用与政策、业务、竞争对手、终端及产业链等因素相关。总体上看，LTE仍是发展趋势，是网络演进的下一个目标，移动通信网演进如图①所示。

1.2国外4G网络的发展现状及趋势

根据GSA统计，2013年12月全球LTE商用网络情况。截至2013年12月全球已经有95个国家260张LTE商用网络，其中21个国家的28家运营商为TDD，13个为TDD、FDD联合组网，其余219张网络络采取LTEFDD，国际上主流的是FDD制式。2013年新增112个LTE商用网络，呈加速发展趋势。预计到2014年底将有至少350个LTE网络投入商用，商用LTE网络的10％以上包含TDD模式。

图②全球LTE终端增长情况

全球LTE终端增长情况如图②所示。截至2013年第一季度，全球LTE签约用户已到达9020万，较去年同期用户增涨约5倍。2013年第3季度LTE签约用户超过了1亿，其中北美LTE用户占全球LTE用户的45.8%。据GSA预测2018年LTE签约用户将会超过20亿。

2LTE无线网络优化基础

2.1优化基础概念

RSRP是测量频带上承载参考信号的资源元素（RE）上的接收功率的线性平均值。类似于WCDMA中的RSCP和GSM中的RXLEV。它被用于切换和小区重选的目的，用作上行功控和随机接入的信号衰减测量。边缘覆盖要求RSRP>-105dBm，通过链路预算和仿真，对应在20M带宽组网，单小区10个用户同时接入，小区边缘覆盖用户下行速率约1Mbps。如果边缘覆盖用户要求更高的承载速率，需要适当调整RSRP的边缘覆盖目标。信号与干扰加噪声比（SignaltoInterferenceplusNoiseRatio）是指信号与干扰加噪声比（SINR）是接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰）的强度的比值；可以简单的理解为“信噪比”。

RSRQ表示LTE参考信号接收质量。RSRQ取决于小区本身的负荷和来自其他小区的干扰。RSSI是接收频带上总接收信号的强度指示，包含了接收时隙的全频带信号功率，实际上由于OFDM子载波的正交性，其他子载波的信号功率未对RS形成干扰，所以RSRQ未能准确地反映RS的信号接收质量，而是与负荷（其他子载波是否被用）相关。

RSRQ名义上是参考信号接收质量，实质上由于LTE中个子载波间的严格正交，非RS的RE功率不会影响到RS接收质量，但却反映了全带宽的负荷水平。实测也证明了这一点，如图③所示。

图③全带宽负荷水平图

图③为三种SINR及RSRP一定的不同场景下，随小区吞吐率的上升，RSRQ同比下降的情况。利用RSRQ的负荷相关性，可以实现用户业务感知的最大化，即并非驻留于最佳SINR小区是用户业务的最佳选择，通常选择RSRQ最好的小区能够获得最大的下行吞吐量。可应用于负荷严重不均衡的小区间作为小区重选及连接态切换的判决量纲。

2.2LTE无线覆盖基础优化

无线信号的有效覆盖是任何无线通信系统的根本，LTE同样如此。由于联通LTE无线网的规划指导原则确定了其主要作用是数据热点区域的业务吸收，所以LTE建网初期的网络覆盖一定是不连片或部分连片形式。一方面结构性覆盖空洞或弱覆盖在大部分本地网会成为常态。另一方面由于连片区域与现网站点的重叠建设，LTE与原有G/W技术制式的不同，局部区域的覆盖重叠造成的覆盖效果变差也是开网初期不可避免的问题。此外由于移动性参数的设置欠佳也会形成不当覆盖造成的服务信号偏弱现象。

LTE当前作为承载数据业务的专用网，如果仅有信令连接而业务数据速率达不到用户对业务的感知需求则覆盖是无效的。所以LTE的覆盖边界是以业务速率能否达到业务感知最低保障速率来划界的。测试边缘速率通常以测试速率最低5%采样点的平均速率作为边缘覆盖速率。

覆盖空洞即那些LTE终端无法与eNB建立连接的区域，弱覆盖指虽然UE可与网络建立连接，但不能保障正常业务实施的区域。通常将RSRP低于最低接入电平（-125dBm以下）的区域称为覆盖空洞，RSRP低于-110dBm的区域称为弱覆盖区域。

覆盖空洞及弱覆盖的问题主要由于基站建设缺失或倒站造成，特别是已覆盖区域由于传输或供电造成的区域化倒站是覆盖空洞的主因。所以基站备用电源的有效及传输的成环是避免覆盖空洞的最直接方法。对于结构性的覆盖空洞，主要通过新站的建设来改善及消除。由于城市化进程的日新月异，联通业务的分布日益呈现出立体化、深度化的趋势。城区连片覆盖区域的覆盖空洞及弱覆盖也呈现泡沫化，即覆盖空洞及弱覆盖并非聚集于基站交界边缘，而是分布于楼宇深度区域。所以，调整路面弱覆盖的同时必须保证楼宇的适当覆盖，此点尤为重要。覆盖空洞可用路测中的RSRP测量标识出来，解决方法是增大接收信号电平。

一旦基站建好后，许多技术可用于优化小区覆盖。天线下倾角用于控制小区覆盖并防止干扰和过覆盖。天线下倾角根据垂直波瓣宽度、天线高度和站间距来设定；为了更好地对准业务、闭合覆盖间隙或最小化干扰，可以改变天线方位角，基站上扇区间维持适当的分离以避免过度的垂直和明显的空洞；改用损耗更低的天线或用RRU替换馈线可增加天线参考点的输出功率；更换具有不同的波束宽度、模式或增益因子的天线类型可以在某些具体场景下提供改善，使用高增益波束宽度较窄的天线覆盖高遼公路；添加新的站址等等。

天线架高及垂直波束宽度一定的条件下，改变天线下倾角是控制站点覆盖范围的最有效手段。由于LTE技术制式上全网同频组网及硬切换的特点，其天线下倾角的控制比现网的GSM和WCDMA都要严格，通常天线下倾角会更大。而LTE对重叠覆盖的高度敏感使得下倾的机械调整更需十分谨慎。下压天线倾角时，近区及中区的RSRP提升，干扰下降，所以SINR提高明显、下行速率明显提升。上行由于RSRP的提升（类同于上行路损的下降）而上行吞吐量得以改善。靠近边缘区域RSRP基本维持不变，但由于干扰下降，因此SINR任然得以提升，因而下行速率改善，上行速率因为RSRP未改善的缘由而基本保持原值。若覆盖边缘RSRP变小，但由于干扰的同步降低，SINR基本维持原值，因此下行速率基本维持不变，但由于RSRP的下降，上行吞吐率下降。因此，LTE优化时，对天线下倾的调整因充分考量对上行覆盖的影响，一味地以提高下行吞吐率为目的并不可取。实际优化中，需均衡考量上下行覆盖而调整天线下倾角。

3LTEFDD无线网系统方案设计

建设4G移动通信网络，对于满足中国联通通信市场需求、为用户提供优质的移动通信服务，提高联通的市场竞争能力、提升企业效益、巩固市场的占有率和自身可持续发展，以及对于促进通信技术的进步均是十分必要和迫切的。因此，联通在省会城市和重点城市开展LTE规模试验已经迫在眉睫，应继续进行LTE基站部署，以保持和竞争对手的优势。考虑到中国联通的实际情况，LTE网络初期部署应遵循以下策略：

（1）LTE网络应综合考虑竞争和网络长期发展需求，兼顾网络投资效益，优先选择网络竞争力、投资效益双提升的区域；

（2）LTE初期以分流3G溢出的数据业务为主，采取稳健的覆盖策略，覆盖范围以主城区和品牌形象区为主；

（3）TD-LTE网络侧重解决局部区域无线宽带接入，承载战略品牌区高速数据，兼顾市场竞争、效益和口碑宣传；

（4）在做好TD-LTE网络建设的同时，应做好LTEFDD网络的引入工作，TD-LTE和LTEFDD网络应共用核心网，并充分共用传输、机房和铁塔等配套资源，向融合4G网络演进。

（5）LTE无线网络的结构、布局和配置应根据指标要求进行统筹规划，原则上LTE网络建设应充分利用现有网络资源。如现网条件不符合LTE建设原则，应优先考虑优化改造后再利用；如不能优化改造，可考虑新建。

（6）初期LTE只承载数据业务，语音和短信业务优先回落到3G网络，后期待覆盖完善后，适时引入VoLTE，承载语音业务。

（7）LTE网络建设应尽可能利用现有资源，坚持多运营商共建共享和节能减排。根据中国联通无线网络融合发展策略和LTE网络定位，拟在张家界市及所属区县，进行LTEFDD试验网络部署。LTEFDD室外部署区域应以3G网络数据业务量、区域重要性为判断依据，以城区的面覆盖和部分重要区域的点覆盖为主，在市区局部区域形成连续覆盖。项目完成后，可为用户提供LTEFDD高速数据接入服务，提升用户使用体验，并为LTEFDD试验测试和性能验证提供基础支持。

4成本目标

在保证满足覆盖和容量目标的基础上，节约建设成本，也是本期工程的重要目标之一，设计中应考虑运用多种手段和方法，努力将建设成本控制在合理的水平上，成本控制主要考虑以下几方面：（1）使用BBU+RRU拉远的方式进行建设，原则上RRU上天面安装，节省配套投资；（2）多种方式解决覆盖问题，包括采用独立RRU拉远方式、功率升级等方式；（3）根据覆盖目标和不同建设阶段的需求，合理设置基站站点、站距、天线挂高、天线指向，并结合设备特点，以达到同等覆盖条件下的经济效益最佳；（4）充分了解现有网络基础资源情况（如传输、机房、铁塔等），尽量充分利用现有资源，推动共建共享，降低建设成本。

5LTEFDD无线网络测试与优化

基站簇优化工作流程：

簇优化包含了三个方面的内容：（1）簇优化开展的前提条件和输入信息；（2）进行路测和路测数据后处理分析的详细过程；（3）判断簇优化工作结束的验收标准。基站簇优化的工作主要有：覆盖优化、邻区优化、PCI优化、解决业务接入失败、掉线和切换失败等问题。基本上，基站簇优化是一个测试、发现和分析问题、优化调整、再测试验证的重复过程，直到基站簇优化的目标KPI指标达到。图④是基站簇优化的基本工作流程。

图④簇优优化工作流程图

6总结

中国联通建设的超高速LTE网络，为“无线城市”的全面实施提供最基本网络基础，会给我们的城市增添无限智能，让城市生活迈向未来！全面加快城市的LTE建设，市民将能享受到更强大更全面的无线高速宽带网络服务：城市的便民应用反应更为快速，在公交站点等场所，市民可体验到方便快捷、感受极佳的上网服务；在教育行业，可实现校车的视频监控高清可控，视频数据实时快捷，可通过手机终端实现远程教育将；在城市交通方面，可以实现实时的高清的交通视频监控，让交通更顺畅、更安全；在医疗方面，医院可实现远程医疗也将成为现实，更好的满足各项紧急的医患需求。

对LTE无线网络规划设计的研究也将越来越受到重视，因为网络规划的质量，不但影响着网络建设的全过程，也对网络的优化有着深远的影响，随着站址获取的难度加大，对网络规划的要求也越来越高。本人觉得，无线网络系统设计，不仅仅需要经验，更需要有创新精神，只有不断探索新的规划方法，才能更好的满足不断提高的要求，从而对网络建设作出有效的指导。

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