共天馈条件下TD—LTE与TD—SCDMA协同优化方法研究

【摘 要】

由于F频段网络覆盖能力较强，TD-LTE在该频段可通过与TD-SCDMA共天馈直接升级的方式快速部署，因此研究共天馈条件下TD-LTE与TD-SCDMA协同优化的方法就有其必要性。分析了TD-LTE与TD-SCDMA协同优化的可行性，并介绍了TD-LTE与TD-SCDMA功率参数、邻区参数、切换参数和重选参数的协同优化原则与方法，找到了TD-LTE参考信号（CRS）发射功率与TD-SCDMA主公共导频信道（PCCPCH）双码道发射功率之间的线性关系，最后通过现网实际数据验证了上述TD-LTE与TD-SCDMA协同优化方法的准确性。

【关键词】

TD-LTE TD-SCDMA 协同优化 功率继承

中图分类号为：TM929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-19-0025-06

收稿日期：2013-07-12

1 前言

中国移动已开展全国范围内的TD-LTE网络一期工程部署工作，室外宏基站和室内基站总建设规模达20万。F频段（1 880～1 920MHz）的网络较D频段（2 500～2 690MHz）的具有更强的覆盖能力，而且该频段TD-LTE可以通过与现网TD-SCDMA共天馈直接升级的建设方式快速部署。共天馈的建设方案使得TD-LTE和TD-SCDMA网络优化工作需要彼此协调以达到两网性能最佳。协同优化是指在保障TD-SCDMA现网网络质量和性能的前提下，对与之共站共天馈的TD-LTE网络进行优化，以满足TD-LTE网络规划优化指标，最终达到TD-LTE与TD-SCDMA两网性能的最佳状态。

2 协同优化可行性分析

目前，中国移动TD-SCDMA基站数量达22万，TD-LTE基站数量预计在2013年底达到20万，站点数接近1：1，共天馈建设方案使得TD-LTE与TD-SCDMA具有相同的网络拓扑结构，从而两网对于天线方向角的需求基本相同。TD-LTE F频段与TD-SCDMA A频段非常接近，传播能力相当，覆盖能力一致，对天线下倾角的需求也基本相同。同时，两网空口技术均是TDD，都需要波束赋形技术，都使用小间距的智能天线，具备共天馈协同优化的先天优势。因此，TD-LTE与TD-SCDMA具备协同优化的理论基础。

从全球来看，数字洪水将触发“多模多频”的组网方案，天面空间受限的现实因素导致多模多频网络共天馈成为普遍趋势。从中国移动来看，GSM900、GSM1800、TD-SCDMA、TD-LTE F频段、TD-LTE D频段的共存将导致“3模5频”组网方案的普遍存在，无论是F频段直接升级、F频段新建还是D频段新建都会大量涉及共站共天馈。而天线方向角和下倾角无法独立调整，因此也必然需要TD-LTE与TD-SCDMA的协同优化。

3 协同优化方法

3.1 功率继承方法

共天馈条件下TD-LTE与TD-SCDMA两网共覆盖是协同优化的目标之一，也是功率继承方法的核心来源。共覆盖目标则需要TD-LTE与TD-SCDMA下行链路损耗一致，链路损耗计算公式为：

PL=PoutBS-LfBS+GaBS+GaUE-Mf-MI-Lp-Lb-SUE （1）

其中，PL为下行链路损耗；PoutBS为基站发射功率，TD-LTE中具体指CRS发射功率，TD-SCDMA中则指PCCPCH双码道发射功率；LfBS为馈线损耗；GaBS和GaUE分别为基站发射天线增益和终端接收天线增益；Mf为阴影衰落余量；MI为干扰余量；Lp为建筑物穿透损耗；Lb为人体损耗；SUE为接收机灵敏度。

参考信号接收功率（RSRP）与PCCPCH接收信号码功率（PCCPCH RSCP）分别表征TD-LTE与TD-SCDMA网络信号的强度，可反映终端可接入性。协同优化的目标之一是使得信号强度满足规划优化指标，信号强度规划优化指标的确定则是以接收机灵敏度SUE为参考点，考虑人体损耗Lb、建筑物穿透损耗Lp和干扰余量MI，即：

ReceivedPowerindicator=SUE+Lb+Lp+MI （2）

此时，链路损耗计算公式可变为：

PL=PoutBS-LfBS+GaBS+GaUE-Mf-ReceivedPowerindicator（3）

由于TD-LTE与TD-SCDMA采用共天馈建设方式，两系统馈线损耗LfBS一致；同时，相同的电波传播环境导致两网阴影衰落余量Mf相同。为了满足TD-LTE与TD-SCDMA链路损耗相等则需满足以下等式：

PoutPCCPCH+GaBS（TD-S）+GaUE（TD-S）-RSCPindicator=PoutCRS+

GaBS（TD-L）+GaUE（TD-L）-RSRPindicator （4）

其中，RSRPindicator表示TD-LTE网络信号强度规划优化指标；RSCPindicator表示TD-SCDMA网络信号强度规划优化指标；PoutCRS与PoutPCCPCH分别表示TD-LTE CRS发射功率与TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率；GaBS（TD-S）与GaBS（TD-L）分别表示TD-LTE与TD-SCDMA两网基站发射天线增益；GaUE（TD-S）与GaUE（TD-L）表示TD-LTE与TD-SCDMA两网终端接收天线增益。可以看出，TD-LTE CRS发射功率和TD-SCDMA中PCCPCH双码道发射功率存在线性关系，TD-LTE CRS发射功率的继承方法是在TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率的基础上进行偏移。定义PowerOffset为此功率偏移，则：

PowerOffset=GaBS（TD-S）-GaBS（TD-L）+GaUE（TD-S）-GaUE（TD-L）+RSRPindicator-RSCPindicator （5）

PowerOffset与TD-LTE、TD-SCDMA两网基站发射天线增益、终端接收天线增益及信号强度规划优化指标相关。通常情况下，TD-LTE F频段基站发射天线增益为14.5dBi，TD-SCDMA A频段基站发射天线增益为15dBi，两者相差0.5dB；TD-LTE终端接收天线分集增益为3dB，而TD-SCDMA终端接收天线没有分集增益，两者相差-3dB。TD-LTE F频段信号强度规划优化指标与场景相关，以主城区高穿透损耗场景为例，RSRP指标定义为-100dBm，TD-SCDMA RSCP指标则统一为-85dBm，两者相差15dB。此时，在TD-LTE高穿损主城区中CRS发射功率继承方法为在TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率的基础上偏移12.5dB即可达到TD-LTE与TD-SCDMA两网共覆盖的优化目标。主城区高穿损场景、主城区低穿损场景、一般城区、县城及郊区的TD-LTE规划优化指标范围均在-105～-100dBm范围内，因此，TD-LTE CRS发射功率相对于与之共站共天馈TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率的功率偏移范围为12～18dB。

3.2 邻区参数继承方法

配置邻区参数的目的在于保证在小区边界的终端能够及时切换到信号最佳的相邻小区，以保证业务质量和整网的性能。由于共天馈条件下TD-LTE与TD-SCDMA可以通过合理的功率参数继承方法达到共覆盖、TD-LTE小区边界与TD-SCDMA一致的效果，因此，TD-LTE邻区参数可以继承与之共站共天馈TD-SCDMA邻区参数。而在实际网络中，由于TD-LTE与TD-SCDMA建设程度不同，会出现部分街道只有TD-SCDMA街道站覆盖而没有TD-LTE覆盖的情况。此时，如果TD-LTE仍然完全继承TD-SCDMA邻区参数，则会出现TD-LTE邻区漏配的现象，导致终端切换不及时带来的业务质量和网络性能的下降。

综上所述，共天馈条件下TD-LTE可以继承TD-SCDMA邻区参数，并在此基础上进行优化，以避免出现邻区漏配的现象。

3.3 切换参数继承

配置切换参数的目的在于保持处于业务状态下的终端在穿越不同服务小区时业务的连续性，减少掉线率，并能够提供质量更高的业务。与GSM依靠网络处理不同，TD-SCDMA与TD-LTE将网络处理转移到了终端，采用基于测试事件的触发切换机制。

切换关键参数有：

（1）进行判决时迟滞范围（Intra-cell Hysterisis），

用于事件的判决，指邻区信号高于本小区信号的门限值，只有当邻区信号测量值比本小区高出该门限值时，才能触发切换；

（2）检测到事件发生的时刻到事件上报时刻之间的时间差（Intra-cell Time To Trigger），只有当事件被检测到且在该参数指示的触发时长内一直满足事件触发条件时，事件才被触发上报。

TD-SCDMA系统为异频切换，而目前TD-LTE均采用同频组网方式同频切换，因此，两者对于Intra-cell Time To Trigger的需求无法统一。TD-SCDMA异频切换可接受较大的Intra-cell Time To Trigger，一般配置为320～640ms，大Intra-cell Time To Trigger会导致切换难度增加，终端需要较长时间处在小区边缘位置。TD-LTE同频组网使得同频干扰严重小区边缘信号质量较差业务性能下降。因此，TD-LTE切换参数Intra-cell Time To Trigger不宜配置过大，故不建议采用直接继承TD-SCDMA的方式进行配置，可适当缩短检测到事件发生的时刻到事件上报时刻之间的时间差，以保障业务质量和网络性能。

3.4 重选参数继承

当终端处于开机状态、有SIM卡在穿越不同服务小区时，重选参数的合理配置则能够保障终端的连续性。

重选关键参数有：

（1）服务小区重选迟滞（Reselection Hysteresis of Serving Cell），指示了小区选择重选的判决迟滞参数，在小区重选择R规则中，服务小区的R值等于测量值加上重选迟滞。

（2）频内小区重选判决定时器长度（the Timer of Cell Reselection in Intra-frequency E-UTRAN），指示了频内小区重选定时器时长。在该时间长度内，新的频内小区按照排序R原则必须要一直好于服务小区，才能被选为新的服务小区。

与切换相同，TD-SCDMA为异频重选，而TD-LTE是同频重选，因此，两者对于小区重选定时器时长的需求不统一。TD-SCDMA重选定时器时长较长，一般约为2s，如果TD-LTE直接继承TD-SCDMA重选参数，则会导致重选不及时，较长时间停留在信号质量较差的原服务小区从而使得网络性能下降。因此，TD-LTE重选参数不建议采用继承TD-SCDMA的方式进行配置，可适当缩短小区重选判决定时器时长，以保障业务质量和网络性能。

4 实测结果验证

为验证上述TD-LTE与TD-SCDMA协同优化方法的可行性，在实际网络中选取一片TD-LTE与TD-SCDMA共天馈连续覆盖区域，区域内小区数为40个，基站分布均匀，符合蜂窝组网结构。将TD-LTE继承TD-SCDMA参数后网络性能与TD-LTE独立优化性能进行对比，如果性能表现一致则说明继承方法可行；否则说明继承方法不可行。

（1）功率继承方法验证

区域内TD-SCDMA与TD-LTE链路损耗相关参数配置情况如表1所示。

由于区域所在环境为郊区，因此TD-LTE的规划优化指标设置为-105dBm，此时，按照功率继承方法，TD-LTE CRS发射功率应该在TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率的基础上降低17.5dB。按照3GPP对于TD-LTE下行发射功率的配置约束，CRS发射功率最终配置为15.2dBm。此时，对比TD-LTE与TD-SCDMA单站拉远过程中的掉线点及链路损耗，结果如表2所示。

从表2可以看出，按照基于链路损耗一致原则的功率继承方法配置后TD-LTE与TD-SCDMA两网链路损耗几乎一致，约为140dB，可以达到共覆盖的目标。

将区域内40个TD-LTE小区CRS发射功率在与各自共天馈TD-SCDMA小区PCCPCH双码道发射功率的基础上偏移17.8dB进行配置；不考虑TD-SCDMA发射功率配置因素，按照TD-LTE网络结构进行功率独立优化，对比这两种功率配置方法下的网络性能，对比指标包含CRS SINR≥-3dB的比例、RSRP≥-100dBm的比例、下行吞吐量≥4Mbps的比例及下行平均吞吐量，对比结果如表3所示。

可以看出，TD-LTE继承TD-SCDMA功率后，整网的覆盖和性能指标接近TD-LTE独立优化后的指标。因此，根据链路损耗相等原则得到的功率继承方法可行，建议TD-LTE F频段建网初期的CRS发射功率可以考虑直接继承TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率。

（2）邻区参数继承方法验证

区域内40个TD-LTE小区邻区参数配置完全继承TD-SCDMA；不考虑TD-SCDMA邻区配置方案，按照TD-LTE网络结构进行邻区参数独立优化，对比这两种邻区配置方法下的网络性能，对比指标同样包含CRS SINR≥-3dB的比例、RSRP≥-100dBm的比例、下行吞吐量≥4Mbps的比例及下行平均吞吐量，对比结果如表4所示。

可以看出，TD-LTE继承TD-SCDMA邻区参数后，整网的覆盖和性能指标接近TD-LTE独立优化后的指标。因此，建议TD-LTE F频段建网初期的邻区参数配置可以考虑直接继承TD-SCDMA的邻区参数配置。值得注意的是，该区域内的TD-SCDMA没有街道站，TD-LTE与TD-SCDMA的站点比例为1：1，继承TD-SCDMA邻区参数后TD-LTE不会出现邻区漏配现象。为避免TD-SCDMA街道站带来的TD-LTE邻区漏配现象，建议在邻区参数继承前评估TD-SCDMA的现网情况，继承后重点关注非共站区域的覆盖与性能邻区优化工作。

（3）切换参数继承验证

区域内40个TD-LTE小区切换参数配置完全继承TD-SCDMA；不考虑TD-SCDMA切换参数配置方案，按照TD-LTE网络结构进行切换参数独立优化，对比这两种邻区配置方法下的网络性能，对比指标包含CRS SINR≥-3dB的比例、RSRP≥-100dBm的比例、下行吞吐量≥4Mbps的比例、切换次数及切换成功率，对比结果如表5所示。

可以看出，TD-LTE在继承共站TD-SCDMA切换参数后，切换难度增加，切换触发时延增大，切换次数减少约20%。处在切换带时间增大导致TD-LTE网络性能的下降，RSRP≥-100dBm和SINR≥-3dB的比例均降低约3%，下行吞吐量≥4Mbps的比例下降约6%，同时切换成功率下降约1%。因此，TD-LTE F频段不建议继承现网TD-SCDMA切换参数，可按照TD-LTE网络结构进行独立优化。

（4）重选参数继承验证

与切换参数继承验证方法相同，重选参数继承验证对比结果如表6所示。

可以看出，TD-LTE在继承共站TD-SCDMA重选参数后，重选触发时延增大，处在原服务小区边缘时间增大导致TD-LTE网络性能的下降，重选成功率下降3%，重选失败次数增加1倍。因此，TD-LTE F频段不建议继承现网TD-SCDMA重选参数，可按照TD-LTE网络结构进行独立优化。

5 小结

本文分析了共天馈条件下TD-LTE与TD-SCDMA协同优化的必要性和可行性。通过理论与实际网络验证的方法，给出了功率参数、邻区参数、切换参数及重选参数的继承方法：

（1）TD-LTE CRS发射功率可以根据链路损耗相等原则继承TD-SCDMA PCCPCH双码道发射功率，不同的TD-LTE规划优化指标决定功率偏移范围为12～18dB；

（2）TD-LTE F频段建网初期的邻区参数配置可以考虑直接继承TD-SCDMA的邻区参数配置。为避免TD-SCDMA街道站带来的TD-LTE邻区漏配现象，建议在邻区参数继承前要评估TD-SCDMA的现网情况，继承后重点关注非共站区域的覆盖与性能邻区优化工作；

（3）TD-LTE切换参数不可完全继承TD-SCDMA切换参数，需适当降低检测到事件发生的时刻到事件上报时刻之间的时间差；

（4）TD-LTE重选参数不可完全继承TD-SCDMA重选参数，需适当降低频内小区重选判决定时器长度。

参考文献：

[1] Thomas Jansen. Handover parameter optimization in LTE self-organizing network[J]. IEEE Communication Letters， 2010（6）.

[2] 刘凯凯. TD-LTE系统中基于切换性能的网络优化方法研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（1）.

[3] 马宁. 共天馈下多制式网络的优化分析[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（3）.

[4] 丁东. TD-LTE与TD-SCDMA互干扰组网解决方案研究[J]. 移动通信， 2010（16）.

[5] 杨燕玲. TD-LTE多系统融合策略研究[J]. 移动通信， 2013（14）： 37-40.

作者简介

刘玮：工程师，工学硕士毕业于北京交通大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司，主要研究方向为无线通信，参与TD-LTE无线网络规划软件研究开发，以及TD-LTE规模技术试验与扩大规模技术试验。

董江波：高级工程师，工学博士毕业于北京邮电大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司，主要研究方向为无线网络规划与优化理论研究，主要研究成果为TD-SCDMA无线网络规划软件APOX、TD-LTE无线网络规划软件ANPOP，参与TD-LTE规模技术试验与扩大规模技术试验。

李楠：高级工程师，工学硕士毕业于北京邮电大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司，主要研究方向为无线通信，主要研究成果为TD-SCDMA无线网络规划软件APOX、TD-LTE无线网络规划软件ANPOP，参与TD-LTE规模技术试验与扩大规模技术试验。