网络结构对LTE网络性能影响分析及规划优化应用

张 恒，张 磊（中国联通网络技术研究院，北京100048）

0 前言

中国4G高速移动网络时代已经到来，如何打造一张兼顾“覆盖和质量”的4G 精品网络，加速4G 网络的建设和用户发展，是中国联通4G网络规划优化工作面临的严峻挑战。但是，LTE 是一种典型的邻区同频干扰系统，网络结构的合理性对LTE 网络性能和用户感知至关重要，结构不合理会导致后期网络优化空间十分有限。

基于上述考虑，本文基于实测数据对LTE 网络结构与性能的关联性进行了深入研究。首先，通过RSRP、SINR及小区吞吐量等指标的关联分析，确定影响LTE网络性能的关键指标；其次，深入探讨不同重叠覆盖电平差及干扰邻区数对网络性能的影响，给出LTE网络重叠覆盖问题的优化目标；再次，基于实测数据，量化分析超高站、超近站等网络结构问题对LTE网络性能的影响；最后，从网络规划和网络优化2 个角度，给出有效提高网络结构合理性及降低同频干扰的关注点。

1 影响LTE 网络性能的关键指标分析

高速的数据业务体验是提升LTE网络性能和用户感知的重要目标，小区吞吐量则是LTE 工程优化阶段的重要优化目标，这又很大程度上取决于网络的覆盖（RSRP）和干扰（SINR）水平。本文基于中国联通LTE现网路测数据，分析影响小区吞吐率的最关键指标，为LTE网络的规划优化提供理论指导。

由图1 和图2 可知，LTE 小区的吞吐率与SINR 强相关，较小幅度的SINR提高会直接带来小区吞吐率的较大增长；强RSRP 并不意味着高SINR。实测数据显示，当RSRP 为-70 dBm 左右时，存在大量SINR 小于10 dB的路测采样点，主要原因为邻区较强的RSRP对服务小区造成较强的同频干扰，导致RSRP 较好的情况下SINR 明显偏低，进而影响CQI 和MCS 的调度等级，导致小区吞吐量的降低。

因此，在覆盖水平相对稳定的前提下，LTE小区容量和用户感知与信号质量SINR 直接相关，当SINR 一定时，吞吐率与RSRP 弱相关，强RSRP 并不意味高吞吐率。因此，在LTE网络规划优化中，不能一味追求过高的RSRP 覆盖，SINR 的优劣才最终反映LTE 网络的性能，而邻区同频干扰是影响SINR的主要因素。

图1 LTE网络小区吞吐率与SINR的关系

图2 LTE网络SINR与RSRP的关系

2 重叠覆盖对LTE 网络性能的影响

LTE 与2G/3G 网络的组网技术存在较大差异：2G异频组网，通过频率规划规避干扰；3G支持软切换，对重叠区域有一定要求；而LTE 同频组网，无软切换增益，邻区间的过度重叠覆盖区域对LTE 即为同频干扰。因此，LTE网络是典型的邻区同频干扰系统，其对网络结构的要求更高，在满足一定覆盖需求的基础上应尽量减少重叠覆盖、规避过覆盖。

为有效论证重叠覆盖对LTE 网络性能的影响，本文通过现网测试，定量分析重叠覆盖与LTE 网络性能的关联性、LTE服务小区与邻区RSRP差值以及重叠覆盖邻区个数对网络性能的影响。具体测试结果见表1和表2。

由表1和表2可知，邻区的干扰电平差值越小，干扰邻区数越多，对服务小区SINR 和吞吐量影响越大。如图1 所示，邻区与服务小区的RSRP 相同（干扰电平差为0 dB）时，SINR 相比12 dB 下降近32%；随干扰电平差的增加，SINR 和速率下降趋势减缓，当主服务小区大于邻区9 dB以上时影响不明显。因此，当干扰电平差在6 dB时，可作为重叠覆盖电平差的衡量标准。

当存在1 个6 dB 的干扰邻区时，服务小区的速率为43.46 Mbit/s，当增加1 个干扰邻区时，速率下降8.9 Mbit/s，当再增加1 个干扰邻区时，速率则仅下降2.27 Mbit/s左右，速率下降不明显。因此，控制干扰邻区数为2（包括服务小区共3 个小区）可作为重叠覆盖邻区数目的衡量标准。

表1 服务小区与邻区不同电平差对SINR和吞吐量的影响

表2 不同干扰邻区数对LTE服务小区吞吐量的影响

基于上述分析可知，当重叠小区数目大于或等于3 同时电平差在6 dB 以内时，重叠覆盖对LTE 网络性能的影响最明显，需严格控制。因此，建议在网络优化中，将重叠覆盖相关指标定义如下：

式中：

重叠覆盖度——与最强小区RSRP的差值大于-6 dB的邻区数，且最强小区RSRP大于或等于-100 dBm

3 网络结构参数对LTE 性能影响的定量分析

站高、站距共同构建了网络结构的基础框架，且具有一旦成型便不易调整的特点。与2G/3G 网络相比，高站、近站等网络结构问题对LTE 网络的覆盖质量及业务性能的影响更大。若直接利旧原2G/3G 站址资源，升级建设4G 站点，过小的站间距可能造成严重的重叠覆盖，过高的站点则很可能造成过覆盖或者孤岛效应。

站高、站距等网络结构参数，对LTE网络性能的影响较大。本文基于现网实测数据，量化分析超高站、超近站等网络结构问题对LTE网络性能的影响。

3.1 绝对高站的影响

本文分别在空载和加载30%的场景下，对比分析关闭高站前后目标覆盖区域LTE网络覆盖质量及业务性能的变化情况。

如表3 所示，空载场景，关闭目标绝对高站后，平均RSRP 下降1.5 dB 左右，但平均SINR 和速率分别提升1.3 dB 和1.1 Mbit/s；加载场景，闭站后平均SINR 和速率的提升更为显著，分别提升2.8 dB 和5.9 Mbit/s。但是，闭站前后服务小区每时隙调度的PRB数目基本无变化。如图3和图4所示，绝对高站会导致LTE网络中SINR和速率的显著下降，因此在LTE网络规划与优化中应尽量避免。

表3 绝对高站开启前后对LTE网络性能的影响

3.2 超近站的影响

为定量分析超近站对LTE 网络性能的影响，本文选取站间距为105 m的站点A和站点B作为分析对象，其中站点A作为目标基站，对比关闭站点B前后，站点A周边区域RSRP、SINR及吞吐量的变化情况。

如图5 和图6 所示，关闭超近邻站B 后，站点A 周边的平均RSRP 覆盖水平有所降低（2～3 dB），但SINR大于20 dB 的占比提升15%，PDCP 速率大于15 Mbit/s的占比提升14%。因此，超近站对LTE网络SINR和速率的影响非常大，过密的网络拓扑结构，导致相邻站点间的重叠覆盖问题显著，且后续优化提升空间有限。

图3 加载场景下高站对LTE网络SINR的影响

图4 加载场景下高站对LTE网络吞吐量的影响

图5 超近站对LTE网络SINR的影响

图6 超近站对LTE网络吞吐量的影响

3.3 影响因素量化

通过上述分析可知，不合理的网络结构参数会在较大程度上影响LTE网络质量及业务性能。根据上述测试结果，网络结构不合理的量化影响如下：

a）重叠影响：增加1 个6 dB 干扰邻区，平均速率下降明显，加载场景的影响更为显著。

b）结构不合理影响：高站、超近站等问题对LTE网络性能影响显著，关闭问题站点后，周边覆盖RSRP可能降低1.5～3 dB，但SINR 至少提高2～3 dB，速率提高20%左右。

4 LTE 网络结构规划与优化应用

在中国联通大规模部署LTE 网络的背景下，选择合理的站址资源极为重要。在保证覆盖前提下，需有效平衡弱覆盖和重叠覆盖，尽量控制同频干扰。基于此，建议从规划和优化2 方面共同着手来保证LTE 网络结构的合理性。

4.1 网络规划

在LTE网络规划阶段，建议从基站密度、站高等多维度考虑，尽量避免不合理的网络结构参数，表4给出了相关参数的建议。

此外，建议通过3G 网络结构参数、软切换比例以及主服务话务占比等指标，构建有效评估LTE与3G共站建设合理性的方法，预评估LTE 规划站址的合理性。在LTE网络的规划建设中，尽量避免利旧原3G网络超近站、超高站以及高干扰等可能导致重叠覆盖问题的站址资源，提升LTE 站址资源质量和网络结构合理性，缓解后期优化的压力，极大提高网络优化效率。

4.2 网络优化

LTE 网络优化阶段，建议以提高用户数据业务感知速率为终极目标，在保证覆盖连续的前提下，尽量控制系统内的同频干扰，有效平衡弱覆盖和重叠覆盖，具体思路如图7所示。

对于同频干扰较为严重的区域，建议通过RF优化和参数优化等多种优化手段，有效控制LTE 重叠覆盖问题，主要思路如下：

图7 网络优化思路示意图

a）LTE覆盖干扰优化以调整方位角/下倾角为主，功率调整仅作为特殊场景的优化手段。

b）对于高站或2G、3G和4G共天线等导致的优化难以解决的质量差问题，需通过降低天线挂高或更换独立大下倾电调天线等方式进行整改。

5 结束语

LTE网络结构对于未来LTE网络性能起决定性作用，结构不合理会导致网络优化空间十分有限。LTE网络应在满足切换要求的基础上尽量减少重叠覆盖、规避过覆盖，这对LTE站址选择、天面的布局以及天馈参数的设置等提出更高的要求。本文通过研究，将各类影响因素进行了定量分析，为LTE 提供了可量化的网络规划优化及建设参考依据，为提升网络整体质量打下了坚实的基础。

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