TD-LTE系统PCI配置分析

12011．09．21中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛TD-LTE系统PCI配置分析山东分院咨询设计一部李寿鹏王玉芳张国栋【摘要】：TD-LTE系统通过PCI来区分小区。PCI与小区专属参考信号的频域位置是相关的。所以需要对相邻小区的PCI进行合理的配置以避免相邻小区的参考信号干扰。本文分析了PCI与小区专属参考信号的位置关系，提出了PCI的配置原则建议，希望能对TD-LTE的PCI配置提供帮助。【关键词】：TD-LTEPCI小区专属参考信号干扰1.PCI概述PCI（PhysicalCellIdentifier）是物理小区标识的简称，也称为物理小区ID。LTE系统提供504个物理层小区ID，与TD-SCDMA系统的128个扰码概念类似。网管配置时，为小区配置0～503之间的一个号码即可。PCI直接决定了小区同步序列（见第二章），并且多个物理信道的加扰方式也和PCI相关。例如PDSCH的加扰序列的产生与物理小区ID是有关系的。而且，物理小区ID与小区专属参考信号的频域位置也是相关的。所以需要对相邻小区的PCI进行合理的规划以避免干扰。2.PCI的获取2.1.主同步信号和辅同步信号在TD-SCDMA系统中，UE解出小区扰码序列（共有128种可能性），即可获得该小区ID。TD-LTE的方式类似，不同的是UE需要解出两个信号：主同步信号（PSS，共有3种可能性）和辅同步信号（SSS，共有168种可能性）。由两个序列的序号组合，即可获取该小区ID。采用主辅同步信号的优势是能够保证终端能够准确并快速检测出主同步信号，并在已知主同步信号的前提下来检测辅同步信号，加快小区搜素速度。下图给出了PSS（PrimarySynchronizedSignal，主同步信号）和SSS（SecondarySynchronizedSignal，辅同步信号）的位置示意图。在时域上PSS位于DwPTS的第三个符号；SSS位于5ms第一个子帧的最后一个符号。PSS和SSS信号的位置相对固定。中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛2在频域上，TD-LTE系统支持多种传输带宽配置，为了保证各个系统带宽下PSS和SSS位置的相对固定和检测算法的实现简化，PSS和SSS信号在频域上总是处于整个系统带宽中央1.08MHz（6个PRB块）的位置，如下图所示。SCH10-MHzbandwidth20-MHzbandwidth5-MHzbandwidth1.25-MHzbandwidth2.5-MHzbandwidth2.2.PCI的获取PCI是在小区搜索的时候获取的。小区搜索时，首先进行时间同步检测。其基本原理是使用本地同步序列和接收信号进行同步相关，进而获得期望的峰值，根据峰值判断出同步信号的位置。当终端处于初始接入状态时，对接入小区的带宽是未知的，主同步和辅同步处于整个带宽中央，并占用1.08MHz带宽。因此，初始接入时，UE首先在其支持的工作频段内以100KHz为间隔的频栅上进行扫描，并在每个频点上进行主同步信道的检测。在这一过程中，终端仅仅检测1.08MHz的频带上是否存在主同步信号。当检测出PSS信号后，根据主同步信号和辅同步信号之间的固定关系，进行辅同步信号的检测。小区在获得了主同步信号和辅同步信号之后就获得了小区的PCI。这里需要说明的是，TD-LTE系统既可以采用常规CP（CyclicPrefix，循环前缀），也可以使用扩展CP，所以，对应的PSS和SSS之间的距离存在两种可能，需要终端采用盲检的方式识别，通常是采用PSS与SSS相关峰的距离进行判断。检测出SSS之后，系统采用的CP类型也就相应确定了。3.PCI与小区专属参考信号3.1.PCI与PDSCH信道概述中提到过，PCI的合理规划能够减少相邻小区见的干扰。因为有些物理信道的中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛3加扰方式是和PCI有关的。例如PDSCH信道。PDSCH信道的加扰序列的初始化值（Cinit）是与PCI相关的，见式（3-1）。Cinit=nRNTIX214+qX213+[ns/2]X29+NcellID(3-1)其中，NcellID对应于小区的PCI。所以，相邻小区的PCI如果相等，那么这两个小区的PDSCH信道加扰序列的初始化值就相等，两个小区的PDSCH信道可能会产生一定的干扰。3.2.PCI与小区专属参考信号PCI与小区专属参考信号（CRS，Cell-specificreferencesignals）的产生，位置等都有着相关性，这些相关性导致了PCI在规划时一些需要注意的原则。3.2.1.小区专属参考信号序列生成与PCI小区专属参考信号在天线端口0~3上发送，并且只支持kHz15f。参考信号序列)(s,mrnl定义为12,...,1,0,)12(2121)2(2121)(DLmax,RB,sNmmcjmcmrnl（3-2）其中，ns表示时隙号（一个无线帧内），l标示一个时隙内的OFDM符号数。c(i)在每个OFDM符号进行初始，见式（3-3）。CPcellIDcellIDsNNNlnc212117210init（3-3）式（3-3）中，NcellID表示本小区的PCI。从这个公式，可以看到PCI与c(i)的关系，进而可以得出PCI与rl,ns(m)是相关的。相邻小区的PCI如果相同的话，那么它们的参考信号序列也会是相同的，因而会产生参考信号间的干扰。3.2.2.小区专属参考信号位置与PCI首先，参考信号序rl,ns(m)是按照如下原则映射到时隙ns的天线端口p，见式（3-4）。)'(s,)(,mranlplk（3-4）其中，表示参考信号所占用的OFDM符号位置。端口0和端口1占用第0和倒数第3个OFDM符号相应的子载波位置。端口2和端口3占用第1个OFDM符号相应的子载波位置。p表示天线端口，k表示参考信号所占用的中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛4频域位置。式中m表示参考信号序列的序号，m`表示本小区参考信号在20M带宽参考信号中的位置。当本小区带宽为20M时，二者相等。v和vshift表示不同参考信号的频域位置，其中：3if)2mod(332if)2mod(30and1if00and1if30and0if30and0if0sspnpnlplplplpv6modcellIDshiftNvv表示参考信号的起始位置，在v的基础上有vshift的偏移。因为vshift是经过NcellID（PCI）模6运算的，所以只有0-5六种取值。所以参考信号会在6个子载波内循环取值，位置与PCI相关。在同一时隙内如果资源单元（k，l）用于发送某一天线端口的参考信号，那么其他天线端口对应位置不发送任何数据，并置为0。下图给出了常规CP下不同参考信号符号图案，Rp表示用于传输天线端口p参考信号的资源单元。结合v和vshift的公式与下面的图片，可以确定参考信号的具体位置。在使用两个天线端口（prot0和port1）的情况下，小区专属参考信号包含了插入到每个时隙中的第一个和倒数第三个OFDM符号的所谓参考符号，带有6个子载波的频域间隔。每个资源块（RB）内的每个时隙包含了12个子载波，因此共有4个参考符号。在天线端口2（prot2）和天线端口3（port3）上，port2和port3发送的参考信号插入到每个时隙的第二个OFDM符号中，也有6个子载波的频域间隔。每个资源块（RB）内共有2个参考符号。中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛5介绍PCI与参考信号位置的关系可以从以下三个方面展开：（1）相邻小区PCI相等结合结合v和vshift的公式，如果相邻小区的PCI相等，那么，PCI模6之后仍然相等。相邻小区的vshift是相等的。再看v的表达式，在天线端口0（port0，p=0）上，观察第一个OFDM符号（l=0）v=0。两个小区的v的定义方法是一样的，所以，这两个相邻小区的v也是一样的。这就导致了这两个相邻小区port0上的参考信号位置是相同的。同样的情况发生在port1，port2，port3上。那么，这两个相邻小区的参考信号在频域上是完全相同的。同时，TD-LTE系统小区间是同步的，所以它们在时域上也是同步的。这必然会引起参考信号的小区间干扰。（2）相邻小区PCImod6相等仍然是结合v和vshift的表达式来解释。如果相邻小区的PCImod6相等，例如小区A的PCI=1，小区B的PCI=7。很简单的得到：PCI（A）mod6=1=PCI（B）mod6从而vshift（A）=NcellID（A）mod6=vshift（B）=NcellID（B）mod6这种情况其实与PCI相等的情况是一样的。根据上文的分析，如果相邻小区的模6相等，中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛6那么所有天线端口上的参考信号位置都将是相同的。（3）相邻小区的PCImod3相等假设小区A的PCI=1，则模6为1模3为1；小区B的PCI=4，模6为4模3为1，小区A和小区B相邻。那么PCI（A）mod6≠PCI（B）mod6PCI（A）mod3=PCI（B）mod3小区A：vshift=NcellID（A）mod6=1小区B：vshift=NcellID（B）mod6=4小区A与B的vshift是不想等的。所以，小区A的port0上的参考信号是不会与小区B的port0上的参考信号位置重合的。同样的情况适用于小区A与小区B的port1上的参考信号，小区A与小区B的port2上的参考信号，小区A与小区B的port3上的参考信号均不会重叠。但是我们从参考信号符号图和公式中都可以看出，port1与port0的参考符号是频率复用的，带有3个子载波的频域偏置。Port2与port3参考符号是频率复用的，带有3个子载波的频域偏置。小区A的port0上的v=0（p=0，l=0），那么对于小区A的port0而言：（v+vshift）mod6=1；同时，小区B的port1上的v=3（p=1，l=0），对于小区B的port1而言：（v+vshift）mod6=（3+4）mod6=1比较上面两个式子，可以得出，两个小区的port0与port1上的（v+vshift）mod6是相等的。所以，小区A的port0上的参考信号频域位置与小区B的port1上的参考信号频域位置是一样的。那么，A小区的port0上的参考信号就会与小区B的port1上的参考信号产生一定的互干扰。同样可以推导出其他天线端口的情况。总结以上分析，相邻小区的PCI相等，PCImod6相等，或PCImod3相等都会导致参考信号的位置重叠，产生参考信号的小区间干扰，从而导致SNR的降低。如果相邻小区的PCI，PCImod6，或PCImod3均不相等，那么它们的小区专属参考信号在频域上的位置将会错开，可以得到较好的SNR。4.PCI不合理导致CRS干扰优化案例下面是一个PCI设置不合理导致相邻小区CRS干扰，SNR降低的例子。在扇区A（PCI154）和扇区B（PCI148）站点之间的交界区域，RSRP非常好，但中国移动通信集团设计院有限公司第十七届新技术论坛7SNR很差（5），调整天线俯仰角和方位角，问题依旧。因而不是无线环境的问题。但是，将扇区B的PCI148改为PCI147后，路测显示：SNR好转至25-30。下图可以明显的看到PCI优化前后的效果对比。分析其原因，是因为扇区A的PCI154mod6=4，等于扇区B的PCI148mod6。从而，这两个相邻小区的CRS信号位置是相同的，所以CRS产生了严重的干扰。在修改了扇区B的PCI之后，扇区B的PCI（147）mod6=3，这样，在频域上，扇区B的CRS信号就与扇区A的CRS信号在不同的位置上，从而避免了CRS信号的干扰。PCI的优化在这个网络优化案例中起了非常大的作用。5.结论从理论方面分析，相邻小区的PCI，PCImod6，PCImod3是不