广东怡创科技股份有限公司 510627
摘要：随着网络化信息通信技术的发展，为了跟上社会经济发展的速度、满足科技产品日益进步的空间以及人们生活的不断完善，需要寻求更多的频谱资源。然而，当今社会可以用于LTE FDD的频谱资源日渐稀缺，要想实现LTE FDD 无线网络系统的优化设计，还需要对当前的LTE FDD 无线网络系统进行仅有的研究和开发。基于此，本文就以LTE FDD 无线网络系统设计与优化为研究课题进行阐述和分析。
关键词：LTE FDD；无线网络系统；设计和优化
1 前 言
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。
中国联通3G 网络与竞争对手3G 相比虽然有一定的技术优势。但是与4G 技术相比，在速率上仍然有较大差距。依靠3G 无法与对手的4G 进行竞争，如果不能及时跟上竞争对手4G 的建设进度，未来在4G 的市场竞争中势必会处于不利地位。因此，有必要进行LTE 网络建设。
2 LTE 无线网络优化基础
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（Signal to Interference plus Noise Ratio）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1 所示。
图1 全带宽负荷水平图
图1 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。
3 LTE 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。
4 LTE FDD 无线网设计原则及目标
4.1 总体原则
LTE 网络定位为提供高速数据接入服务，以满足用户高速数据业务需求和提高使用体验为目的进行部署；3G 网络定位为语音业务和数据业务的主力承载网络，应继续完善覆盖和容量；利用3G、4G 网络的融合竞争优势，共同为用户提供良好、无缝的业务体验。LTE 网络部署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。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；在做好TD LTE 网络建设的同时，应做好LTE FDD 网络引入的准备工作，TD LTE 和LTE FDD 网络应共用核心网并充分共用传输、配套等资源，向融合4G 网络演进。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。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 规划原则，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。LTE 网络建设应坚持多运营商资源共建共享和节能减排原则
4.2 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。
4.3 基站设备选型
LTE 室外和室内均采用分布式基站。根据覆盖场景不同，可选择S111、S11、O1 双通道和O1 单通道等站型配置，但原则上基站应具备LTE 双载波工作能力。LTE-FDD 无法采用独立天馈或多端口天线的情况，可考虑使用GSM 和LTE 的SDR 基站（二者共用1800MHz 的射频模块）或者WCDMA 和LTE 的SDR 基站（二者共用2100MHz 射频模块）以共用现网2/3G 系统天线。
设备选型应本着技术先进，价格合理的原则，从技术演进、设备功能、组网灵活性、环境使用条件及安装维护等方面综合考虑进行选取。无线传播环境的复杂性决定了无线网络覆盖解决方案的多样性，在LTE 网络建设中常用的设备类型有：分布式基站（BBU+RRU）、一体化基站和微功率基站等。
LTE 基站设备以分布式基站为主，在无法提供机房的站址可采用室外一体化基站快速部署，在小范围弱信号区或局部盲区的覆盖可采用微功率基站。本工程为LTE 初期工程，全部与现网W 网共站址建设，基站设备建议以分布式基站为主，在少量没有机房的站址可采用独立RRU 解决。
5 LTE FDD 无线网络优化
LTE 网络优化是通过对现有已运行的网络进行话务数据分析、现场测试数据采集、参数分析、硬件检查等手段，找出影响网络质量的原因，并且通过参数的修改、网络结构的调整、设备配置的调整和采取某些技术手段，确保系统高质量的运行，使现有网络资源获得最佳效益，以最经济的投入获得最大的收益。
LTE 网络优化包括优化项目启动、单站验证、RF 优化、KPI 优化和网络验收等环节。单站验证是指保证每个小区的正常工作，验证内容包括正常接入、好中差点吞吐量在正常范围。RF 优化用于保证网络中的无线信号覆盖，并解决因RF原因导致的业务问题。RF 优化一般以簇为单位进行优化，RF 优化主要参考路测数据，RF 分区优化时，各个区域之间的网络边缘也需要关注和优化。KPI 优化包括对路测数据的分析和对话统数据的分析，用于弥补RF 优化时没有兼顾的无线网络问题。通过KPI 优化，解决网络中存在的各种接入失败、掉线、切换失败等与业务相关的问题。LTE 无线网络优化流程如图1所示：
图1 LTE 无线网络优化流程图
簇优化的内容有以下几个：（1）覆盖优化，实现对覆盖空洞、弱覆盖区域、主控小区的优化，保证网络中导频信号的连续覆盖。（2）干扰优化，对网内干扰而言，干扰问题体现为 RSRP 数值很好而 SINR 数值很差；对网外干扰而言，干扰问题体现为扫频测试得出的测试区域底噪数值很高。（3）切换优化，邻区关系配置以及切换相关参数的优化，解决相应的切换，失败和切换异常事件，提高切换成功率。（4）PCI 优化，专项排查，解决掉线和下载速度慢的问题，进而提高效率。
LTE FDD 无线网络系统的优化是对现在已运行的网络进行数据采集、数据测试、数据分析，并对其进行各项硬件检查工作。然后，通过对LTE FDD 无线网络系统的调查研究，找出影响LTE FDD 无线网络系统质量的主要原因，并对该问题原因进行细致化的分析，从而找出解决措施，进行网络参数的修改、调整，为了满足LTE FDD 无线网络系统的运行质量安全，必要情况下可以采取一些技术手段。
当前LTE FDD 无线网络系统的优化项目，主要包括RF优化、KPI 优化和网络验收等诸多环节。RF 优化的目的是确保LTE FDD 无线网络系统系统的无线信号覆盖，KPI 优化则是对各种数据的测试分析，一旦发现数据的异常情况，及时的通知研究人员进行LTE FDD 无线网络系统的弥补改善。LTE FDD 无线网络系统除了以上的优化措施之外，还有干扰优化，其目的是减少LTE FDD 无线网络系统中的信号传输故障，便于用户信息的及时的搜寻。LTE FDD 无线网络系统的切换优化则是指网络信号的快速切换，这样能够保障信息传输的稳定性以及安全性[3]。
以上LTE FDD 无线网络系统的优化表面，我国的无线网络通信技术已经取得了一定阶段的胜利。然而，要实现LTE FDD 无线网络系统的长期目标，还需要加强LTE FDD无线网络系统设计技术的革新和完善。
6 结束语
综上所述，随着移动通信公司的发展，无线网络技术在科学技术的推动下不断的进行优化更新，以此满足广大用户对无线网络的各项需求。LTE FDD 无线网络系统的设计与优化便是提升网络质量的一项重要举措。针对当前无线网络技术的蓬勃发展，加强LTE FDD 无线网络系统设计优化是当下移动通信公司发展的必然途径。但是其具体的LTE FDD无线网络系统优化和设计措施，还需要研究人员进行深入化的改进和完善。
参考文献：
[1]范金宁，郑旭升.LTE FDD 容量规划研究[J].移动通信，2013，（22）：26-28.
[2]郭致毅.FDD/TDD LTE 无线网络智能优化作业工单系统[J].电信技术，2015，（3）：28-30.
[3]周戈，王军文.FDD-LTE网络前向干扰及容量的建模分析[J].电信科学，2015，31（2）：147-151，157
论文作者:凌振文
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
标签：无线网络论文; 网络论文; 基站论文; 天线论文; 信号论文; 干扰论文; 系统论文; 《基层建设》2016年6期论文;