基于Atoll的LTE系统PCI规划仿真与建议4.11new

1、基于Atoll的LTE系统PCI规划仿真与建议周丽娜，王静，李盼星（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，保定071000）摘要：本文首先对LTE系统模三干扰原理进行了介绍;其次使用Atoll软件对模三干扰对网络性能的影响进行了仿真验证并对结果进行分析；最后对PCI号码规划提出新的建议。关键字：LTE网络规划;PCI;Atoll1、 引言LTE(Long Term Evolution，长期演进)是3GPP(第三代合作伙伴计划)提出的一项UMTS（通用移动通信系统）的演进计划，其第一个版本LTE release8通常被称为3.9G，LTE release10（LTE-advanced）才是真

2、正的4G演进步骤 Erik Dahlman,Stefan Parkvall,Johan Skold.4G移动通信技术权威指南M.北京：人民邮电出版社，2012.。据GSA 2014年5月6日发布的最新报告显示，全球已有288张LTE商用网络遍布于104个国家，其中252家运营商仅使用LTE FDD模式，23家运营商仅使用LTE TDD模式， 13家运营商的网络为FDD/TDD兼容模式 GSA. GSA: Operators commit to deploy LTE networks in 150 countries EB/OL，/news/gsa_406

3、,2014.5.。2013年11月，工信部向三大运营商分配了TD-LTE频段，其中中国移动获得130MHz频谱，中国联通获得40MHz，中国电信获得40MHz。LTE虽然支持多种带宽灵活组网，但在大带宽下才能更加显示其优越性，而运营商手中频谱资源较为稀缺，因此现网多采用同频组网。但是同频组网会使相邻小区间产生同频干扰，模三干扰便是目前同频干扰中的最常见的一种干扰宋巍, 梅士华, 张连刚.模三干扰在TD-LTE系统中的实际影响分析,电信工程技术与标准化J，2013（8）：37-40.。2、 模三干扰原理PCI（physical cell identity,物理小区标志）也称为物理小区ID李青.

4、TD -LTE 系统 PCI 规划方法研究，无线电通信技术J,2013(39):66-67,92.，LTE共定义了504个不同的物理层小区标识(取值范围为0-503)，每个小区标识对应一个特定的下行参考信号序列。504个PCI又被分为168个小区标识群，每组3个小区标识，3个PSS(主同步序列)表示组内小区识别，168个SSS（辅同步序列）用来表示组识别 Stefania Sesia,Issam Toufik,Matthew Baker.LTE-UMTS长期演进理论与实践M,北京：人民邮电出版社，2009.。PCI与同步信号的关系如公式1所示：NIDcell=3NID（1）+NID（2） 公式

5、1其中NID（1）和NID（2）分别代表主同步信号和辅同步信号的序列索引号 3GPP TS36.212 v9.1.0 Multiplexing and channel codingS.，取值范围分别为0-1和0-167。模三干扰是指两个相邻小区PCI模三后取值相同，PCI模三值决定了主同步信号序列和下行小区专用参考信号的位置李正茂，王晓云等.TD-LTE应用与实践M.人民邮电出版社,2014.。2.1模三干扰与主同步信号PSS和SSS是为实现信息捕获专门设计的，通过检查同步信号，可以实现时频同步，同时也为UE提供了小区的物理标识及循环前缀长度以及该小区是使用TDD还是FDD的方式5。LTE系统

6、采用主同步信号和辅同步信号的设计是为了提高小区搜索速度。主同步信号和辅同步信号在TDD和FDD系统中时域上的位置如图1、图2所示：图1 PSS和SSS在FDD时域中的位置图2 PSS和SSS在TDD时域中的位置由图中可见，同步信号在TDD和FDD系统帧中的位置不同，由此可以检测出当前小区采用的是TDD系统还是FDD系统。在小区搜索时，首先检测PSS，终端检测出PSS后便可获知5ms帧同步以及小区标识群中的小区标识，将物理小区标识的可能数目从504降到168。PSS是由长度为62位的ZC序列组成，在一个特定小区内PSS在每个发送它的子帧内都是相同的，因为UE在没有任何信道先验知识的情况下检测PS

7、S，因此采用非相干解调来检测PSS；SSS系列是由两个长度为31位的M序列交叉级联得到的长度为62位的序列7，同一个无线帧内的两个SSS序列交叉级联方式相反，由此终端可以确定被检测的是SSS1（无线帧内第一个辅同步序列）还是SSS2（无线帧内第二个辅同步序列），从而确定帧同步。为提高小区间同步信号的辨识度，SSS还采用两次加扰，第一组扰码由主同步信号决定，第二组扰码由SSS1决定。由于SSS的检测在PSS检测之后进行，可以认为信道已由PSS检测得知，因此SSS的检测可以用相干检测和非相干检测5。如前文所述，NID（1）可以取3个值（0、1、2），其取值决定于该小区的PCI，因此若相邻小区PCI

8、模三相同，将会造成干扰小区与目标小区的PSS序列相同， 这两个小区间的相位误差会对信道估计产生影响，从而造成SSS相干检测器的性能下降5。本文认为，相邻小区PSS序列相同相对于小区专用参考信号时频位置相同造成的干扰来说对网络性能的影响不大，在实际网络规划中尽量保证同一eNodeB下PSS不同即可,除此之外无需特别考虑。2.2模三干扰与小区专用参考信号LTE的下行链路提供5种不同类型的参考信号：小区专用参考信号（公共参考信号）、MBSFN专用参考信号、定位参考信号、信道状态（CSI）参考信号，每一种参考信号都从eNodeB的一个天线端口发送5 3GPP Technical specificati

9、on 36.211.Evolved Universal Terrestrail Radio Acess(E-UTRA);Physical Channels and Modulation.www.3G.。其中小区专用参考信号的位置与PCI模三有关。小区专用参考信号的作用是对终端的信道估计，以实现对下行传输的相关解调，其子载波在频域的绝对位置与物理小区ID相关，不同小区形成频域的相对偏移，避免不同小区的参考信号之间的同频干扰，例如对于单天线端口来说小区专用参考信号的频偏Vshift=NIDcell mod 6，对于双天线端口Vshift=NIDcell mod 3，并且为避免小区内其他

10、天线端口信号的干扰，在某一天线端口的参考信号位置上，同一基站的其他天线端口空出相应的时频资源。两天线端口中小区专用参考信号的位置如图3所示。图3 双天线端口中小区专用参考信号位置因此对于单天线端口发射的情况，规划PCI时要尽量避免模六干扰，对于双天线端口要避免模三干扰。在实际规划中，模三干扰很难避免，但要保证同一eNodeB下三个扇区的PCI模三不同，相邻基站对打的小区尽量保证模三不同。3、 LTE系统模三干扰仿真分析LTE系统主要考虑覆盖和容量两类指标，其中覆盖类指标主要有RSRP （Reference Signal Receiveing Power，公共参考信号接收功率）、RS-SINR

11、（Reference Signal -Signal to Interference plus Noise Ratio，公共参考信号信干噪比）;容量类指标主要有边缘用户吞吐率和小区平均吞吐率。本文将利用Atoll软件对模三干扰进行仿真验证，并对结果进行分析。Atoll是法国FORSK公司开发并生产的一款网络规划软件，支持GSM、UTMS、CDMA、TD-SCDMA、LTE等多种技术，其主要客户有AT&T、华为、中国移动、软银等。本文使用的软件版本为Atoll147。仿真场景及参数设置：某密集市区的20个站；站间距约为605米；采用制式为LTE FDD；仿真频段为1.8GHz；带宽2

12、0MHz；UE侧1T2R；单天线端口发射功率43dB；不开ICIC；下行单用户满资源；考虑85%的阴影衰落；暂不考虑穿透损耗。指标定义：RSRP: 公共参考信号接收功率，本文所取指标为-105dBm。RS-SINR：公共参考信号信干噪声比，本文所取的指标为-3dB。下行单用户吞吐率：假定下行单用户满资源。仿真设置两种场景，分别对比两种场景下模三干扰与否的网络指标情况：场景1：基站侧1T2R;UE侧1T2R场景2：基站侧2T4R;UE侧1T2R规划模三（六）：在PCI规划的过程中尽量避免模三（六）干扰。单天线端口时避免模六干扰，双天线端口发射避免模三干扰，以下统称模三干扰。因满足模三的PCI分配

13、方案一定满足模六，所以本文场景1采用与场景2相同的PCI分配方案。模三干扰：所有小区PCImod3/6均为0。图4 某密集市区基站分布图分别设置加载量为30%，70%得到两种场景下RSRP、RS-SINR结果如表1所示：表1 RSRP、RS-SINR仿真结果场景1（1T2R）场景2（2T4R）规划模三模三干扰规划模三模三干扰加载30%RSRP（-105dbm）77.26%77.26%83.72%83.72%RS C/I（-3dB）78.18%51.53%78.79%67.55%加载70%RSRP（-105dbm）77.26%77.26%83.72%83.72%RS C/I（-3dB）58.85

14、%51.53%60.31%67.55%加载70%场景2的下行单用户吞吐量如图5所示：图5 下行单用户吞吐率通过两种场景对比可知：1、场景1和场景2模三干扰与否RSRP的值均无变化，场景2的RSRP优于场景1：RSRP是在某个Symbol内承载RS的所有RE上接收到的信号功率的平均值，与其相关的因素有发射功率、路径损耗等与链路预算相关的值以及MIMO，与PCI规划无关。因为本文将场景2不发信号的RE上的功率全部分配到RS位置上，因此RSRP比场景1好。2、在本文的场景设置下，加载30%时场景1和场景2规划模三RS-SINR的值要优于模三干扰的值，加载70%时场景1规划模三的值优于模三干扰的值，场

15、景2相反：在空载和加载量较小的时候模三干扰对RS-SINR的影响较大，随着加载量变大，模三规划与否RS-SINR变化不大，甚至双天线端口发射会出现不规划好于规划的情况，这是由于不规划模三时，基于RS的特点，服务小区只计算来自一个天线上的干扰能量；规划模三时，场景2服务小区两个天线都会受到业务信道的干扰。 3、在本文的场景设置下加载70%时，规划模三下行吞吐率要优于不规划模三的值，但规划前后差别不大：规划模三与否对吞吐率差别不大这一结论与文献3一致，模三干扰会对吞吐率产生影响，但相对来说影响不大。4、 PCI规划建议通常情况下，PCI规划原则是每个扇区分配特定的PSS序列(0、1、2)值，而每个

16、基站分配特定的SSS序列（0.167)值，其中PSS用于区分扇区，SSS用于区分基站号。本文建议SSS(0-167)可分为3组,每基站的第一扇区使用0-55；第二扇区使用56-111；第三扇区使用112-167；同基站使用不同的SSS，以快速通过PCI区分基站的三个扇区，便于网络优化等工作。举例验证：仿真场景为某市区的20个站，站间距约为605米，采用制式为LTE FDD,基站侧2T4R,UE侧1T2R，不开ICIC。设置场景1为同一基站下SSS相同；场景2为本文建议的规划方法。如场景1和场景2部分PCI规划如表2所示：表2 部分PCI规划表场景1场景2PCIPSSSSSPCIPSSSSS白马

17、华庭-05401854018白马华庭-155118223174白马华庭-2562183922130建委大厦-015051505建委大厦-11615184161建委大厦-217253532117康乐食品厂-012041204康乐食品厂-11314181160康乐食品厂-214243502116得到RS-SINR与单用户下行吞吐率如图6-9所示：图6 场景1 RS-SINR 图7场景2 RS-SINR图8 场景1单用户下行吞吐率 图9场景2单用户下行吞吐率由上图可知场景1和场景2两种规划方法对网络性能的影响并无差别，本文所提的规划方法沿用了CDMA2000网络PN规划思想，便于通过PCI快速区分扇区，实际工程中可以根据需要选择SSS分配方案。作者简介：周丽娜（1982-），女，工程师，主要从事通信咨询规划、无线通信工作；王静（1986-），女，助理工程师