因水制宜-水域优化的研究与实践

因水制宜-南昌水域优化的研究与实践（中国电信股份有限公司南昌分公司）摘要：由于水面介质的特性，无线电波在水面的传播情况较为复杂，反射情况较为严重且难以控制，而随着移动互联网的不断发展，用户对下载速率的需求越来越高，SINR值差使得LTE双流传输实现困难，本文通过对两种场景湖边采取多种优化方法，达到增强覆盖，提高信号纯净度的目的，使得RSRP、SINR、下载速率、Rank2比例等指标大幅提升，减少了干扰，对今后的水域优化工作产生一定指导意义。关键词：SFN6dB湖面反射SINR1引言随着移动互联网的不断发展，用户对下载速率的需求越来越高，而湖面由于水面介质的特性，无线电波在水面的传播情况较为复杂，反射情况较为严重且难以控制，使得SINR相对较差，LTE双流传输实现困难，因此针对水面区域摸索出一套优化方案和方法：1对于邻近较为宽广的江面和湖面的道路，在较为宽广的河面和湖面附近，在布局层面上要求沿江，沿湖的基站应该不放在沿江，沿湖的道路上以提供主控信号，而在基站天线覆盖方向上要求天线不能指向江面或湖对面，而应顺着道路方向进行覆盖，这样可以提供较好的主控信号，也可减轻对江对面湖对面的干扰。2对于邻近较窄的河面和湖面的道路，站点布局总体原则与邻近宽广河面或湖面的情况相同，但是对于较远处基站无法提供主控信号的情况下，可以考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号2宽广水面覆盖优化2.1引用SFN解决重叠覆盖区域在对南昌青山湖优化过程中，发现由于在湖沿岸能收到很多信号，而且又是同频组网，导致干扰严重，速率较低，如下图所示：重叠覆盖严重，SINR很低从截图中可以看到，用户终端接收到的信号有2个来自与NC_HF_东湖区城北煤气公司2个来自与NC_HF_东湖区环保厅公寓，另有一个是越区信号，这种情况下通过RF及参数优化是很难解决的，小区间干扰严重限制了边缘用户SINR值和吞吐量，需要解决同频小区间干扰。为了解决同频小区间干扰，采用SFN（SameFrequencyNetwork，单频网）技术，在主小区和协作小区之间传输相同数据，提高可靠性，如图所示。Rx1Tx4Tx3RRU2Tx2Tx1RRU1Rx2空时译码r1r2x1,x2x1,x2SFN示意图假设2个RRU做SFN，也就是合并为一个超级小区，则用户终端（例如数据卡）接收信号可以表示为[3]：𝑟1=ℎ11𝑥1+ℎ12𝑥2+ℎ13𝑥1+ℎ14𝑥2𝑟2=ℎ21𝑥1+ℎ22𝑥2+ℎ23𝑥1+ℎ24𝑥2（1）其中𝑥𝑘表示RRU上第k个输入数据，𝑟𝑖表示第i根接收天线上数据，ℎ𝑖,𝑗表示第j根发射天线到第i根接收天线的信道传输系数。则接收端等效信道矩阵为：𝐻⃑⃑=[ℎ11+ℎ13ℎ12+ℎ14ℎ21+ℎ23ℎ22+ℎ24]（2）发送信号矢量：𝑋=[𝑥1𝑥2]𝑇（3）接收信号矢量：𝑅⃑=[𝑟1𝑟2]𝑇（4）噪声矢量𝑁⃑⃑，等效信号模型：𝑅⃑=𝐻⃑⃑𝑋+𝑁⃑⃑（5）从物理实现角度说，由于受天面空间限制，1个RRU接天线的两个极化，尤其在直射信号占主导的环境，覆盖用户终端时，h11与h21很接近，h12与h22很接近，𝐻⃑⃑矩阵秩容易变成1，很难形成2个独立的MIMO信道。但是2个RRU的天线的距离很大，相关性可以认为是0，h11与h14独立，h21与h24独立，𝐻⃑⃑矩阵秩为2，经过类似智能天线的处理，可以分离出2个独立MIMO信道，实现双流传输（注：实际由于终端数据卡2个天线的相关性，对空间信道独立性要求更高，也容易造成𝐻⃑⃑矩阵秩小于2）。SFN方式的优点有：1）参与协作的小区发送的信号都是有用信号，边缘用户受到的总干扰水平降低了，如果用于新建补盲站点则增加覆盖却不增加干扰；2）参与协作的小区信号相互叠加，边缘用户接收到的信号功率水平提高了，从而边缘用户的下行信噪比和吞吐量也提高了；3）相比40米塔宏站，多个30米塔更贴近用户，终端发射功率降低了，对周围基站的上行干扰也降低了；4）切换次数减少；5）参与协作的小区之间边界边缘用户终端双流比例提高；6）与采用1个高塔宏站做覆盖相比，多个RRU做SFN方式的覆盖更精确符合地形地貌。7）与采用多个光纤直放站相比，多个RRU故障率低，底噪低。SFN方式的缺点是RRU投资增加，容量不增加。SFN小区又称为做了小区合并的超级小区（Supercell），如图所示。所以在青山湖景区优化中采用了SFN方式。小区合并功能实现原理未来LTE-A实现下行CoMP后，将SFN小区升级改造，可以提升容量。将东湖区城北煤气公司1小区和2小区合并为一路信号(PCI190)，将东湖区环保厅公寓1小区和2小区合并为一路信号(PCI473)，在数据上将1个BBU下的1小区和2小区做成一个小区，物理上的配置不变。合并完成后再次测试问题路段，SINR提升明显，如图所示。SINR改善明显2.2微站解决湖心岛弱覆盖区域在对南昌东湖优化过程中，其湖心岛存在弱覆盖，RSRP在-110dBm左右，，如下图所示：问题描述在东湖湖心岛上存在弱覆盖，而在水面覆盖优化中，需尽量避免基站天线覆盖方向上指向江面或湖面，减轻对江对面湖对面的干扰，因此在其上新增微站增强覆盖，解决道路覆盖问题。解决方案1、在东湖湖心岛上新增微站增强覆盖；整改结果调整后复测，弱覆盖得到解决，如下：2.3基于6dB理论解决越区覆盖6dB理论是指控制主控小区和第一邻区RSRP差值大于6dB，保证主控小区RSRP在其主覆盖范围内占绝对主导。同EV-DO网络不同，由于没有软切换特性，LTE系统在同频组网方式下，两个扇区参考信号时频位置虽然不同，即使基站与基站之间通过GPS保持同步，但由于信号传播过程中的多径效应，UE在接收主控小区和邻区信号时也会产生时延，导致信号相位的偏差，UE通过傅里叶变换将时域信号转变为频域信号时继而产生频偏，因此邻区RS信号和主控小区RS信号产生重叠，形成干扰。综上所述，在LTE系统中，无论扇区间PCI是否存在冲突，扇区间干扰始终存在，导致UE所在的主控小区MIMO时两路SINR平衡性变差，且SINR降低，影响下行速率。因此在水面优化中需严格控制小区覆盖范围，拉开6dB差距，突出主控小区信号，减少扇区间越区覆盖及重叠覆盖。青山湖水面优化中，在湖滨东路香溢花城二期附近出现扇区越区覆盖，导致重叠覆盖严重使得SINR较差，如下：问题描述测试车辆由北向南，在湖滨东路香溢花城二期附近，UE占用NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2信号PCI=136，RSRP为-102dbm左右，SINR值极差为6db左右，下载速率为9M。从基站分布上看，NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2越区，导致与周边小区NC_HF_L_湖滨东路9-3_G2、NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2无邻区。解决方案1、添加NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2与NC_HF_L_湖滨东路9-3_G2、NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2邻区2、调整NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2下倾角7°-10°控制覆盖，方位角160°-150°。整改结果调整后，拉开了6dB差距，整体sinr值改善明显，如下：2.4PCI调整解决MOD3干扰区域模3冲突场景模3冲突场景下产生的小区间干扰原理比较简单，如下图所示：当两个小区PCI模3相同时，两个小区参考信号的时频位置完全一致，此时邻区对UE所在主控小区的信号受到邻区信号干扰严重，信噪比降低，导致UE不能正确解调基站信息，使得SINR降低，影响下行速率。针对模3处理经验方法：1)变更小区PCI，这是最治标治本的方法，可彻底的解决某一区域的模三干扰，但由于模三仅有三种可能供选择，因此变更PCI往往是解决了这里的模三干扰。2)调整天馈，一方面可以调整方向角使干扰小区的覆盖范围发生变化，另一方面可以调整下倾角缩小两个小区的重叠覆盖区域。3)降低干扰小区发射功率，这相当于降低了干扰信号电平，使得SINR提升，进而优化用户速率，但会影响小区的覆盖能力。青山湖水面优化中，在湖滨东路附近出现MOD3干扰使得SINR较差，针对该情况，进行了PCI更换和天馈调整，如下：问题描述测试车辆行驶至该路段，UE占湖滨东路9-3_G2（PCI=28），RSRP=-95dBm，SINR=-1.8dB,由于邻区内青山湖区城东香溢花城二期景观树-2(PCI=136)和湖滨东路14-1(PCI=25)，RSRP=-95dBm左右，都与服务小区形成MOD3干扰，导致下行速率较低。解决方案1、青山湖区城东香溢花城二期景观树-2(PCI=136)的PCI由136修改为137，电下倾角由3°-6°；2、湖滨东路14-1(PCI=25)电下倾角由3°-7°控制覆盖；3、NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2(PCI=24)电下倾角由5°-8°控制覆盖；整改结果调整后，整体SINR值有所改善，如下：3窄水面覆盖优化窄水面优化主要针对抚河进行优化，抚河长5.2公里，宽0.115公里。其整体优化思路与宽广水面优化思路相同，但是对于较远处基站无法提供主控信号的情况下，可考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号，并在优化中使用了新增天网杆补盲及RS功率调整等手段。3.1RS功率解决无主覆盖区域在射频调整空间有限时，适当调整RS参数增强发射功率，可增强主覆盖小区使得SINR提升，进而优化用户速率。在抚河北路科技出版社段无主导频导致SINR差，其主覆盖小区NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3由于楼宇部分遮挡，无明显主覆盖小区，如下：问题描述测试车辆由北向南，在科技出版社段，由于科技出版社等楼宇遮挡使得主覆盖小区NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3（PCI297）覆盖不强，多路信号在6dB以内互相干扰导致SINR值差。解决方案1、NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3（PCI297）RS132-152；整改结果调整后，整体SINR值有所改善，如下：3.2天网杆功分天线解决SINR差区域在民德西路与抚河北路交叉路段存在弱覆盖，如下图：问题描述测试车辆由北向南，在民德西路与抚河北路交叉路段存在弱覆盖，而周边其它扇区覆盖对该区域进行覆盖，考虑到基站天线覆盖方向上要求天线不能指向江面或湖对面，而应顺着道路方向进行覆盖，这样可以提供较好的主控信号，也可减轻对江对面湖对面的干扰，因此需新增路灯杆功分天线，覆盖该南北路段。解决方案1、新增NC_HF_L_省交通厅航运管理局路灯杆，功分天线，方位角分别为0、150度；整改结果调整后，整体SINR值有所改善，如下：3.3对岸小区解决弱覆盖区域对于邻近较窄的水面道路，在沿岸基站无法提供主控信号的情况下，考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号。在江美大厦段由于抚河西侧多高层楼宇阻挡，南侧沿岸基站无法进行覆盖，如下图：问题描述测试车辆由北向南，在江美大厦段由于江美大厦等楼宇遮挡使得该路段存在弱覆盖，RSRP在-106左右，考虑到西侧基站无法进行覆盖，且河道宽度较窄考虑调整对岸信号对该区域进行覆盖。解决方案1、NC_HF_L_西湖区船山路直冲街口广润门住宅小区-3方位角265-250；总下倾由11度调整到9度。整改结果调整后，整体SINR值有所改善，如下：4结束语本文针对两类水面区域，通过RF射频调整、RS参数调整及SFN优化，合理优化水面区域网络结构，分场景解决了弱覆盖、重叠覆盖、MOD3干扰等问题，并提出做SFN提升SINR、下载速率、Rank2比例等指标的方法，对今后的水域优化工作产生一定指导意义。