不同场景水域覆盖研究

周 臣

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

不同场景水域覆盖研究

周 臣

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

由于水面介质的特性，无线电波在水面的传播情况较为复杂，反射情况较为严重且难以控制，而随着移动互联网的不断发展，用户对下载速率的需求越来越高，SINR值差使得LTE双流传输实现困难，文章通过对两种场景湖边采取多种优化方法，达到增强覆盖，提高信号纯净度的目的，使得RSRP，SINR、下载速率、Rank2比例等指标大幅提升，减少了干扰，对今后的水域优化工作产生一定指导意义。

SFN 6dB；湖面反射；SINR

1 下载速率提升研究

随着移动互联网的不断发展，用户对下载速率的需求越来越高，而湖面由于水面介质的特性，无线电波在水面的传播情况较为复杂，反射情况较为严重且难以控制，使得SINR相对较差，LTE双流传输实现困难，因此针对水面区域摸索出一套优化方案和方法。

（1）对于邻近较为宽广的江面和湖面的道路，在较为宽广的河面和湖面附近，在布局层面上要求沿江，沿湖的基站应该不放在沿江，沿湖的道路上以提供主控信号，而在基站天线覆盖方向上要求天线不能指向江面或湖对面，而应顺着道路方向进行覆盖，这样可以提供较好的主控信号，也可减轻江对面、湖对面的干扰。

（2）对于邻近较窄的河面和湖面的道路，站点布局总体原则与邻近宽广河面或湖面的情况相同，但是对于较远处基站无法提供主控信号的情况下，可以考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号

2 宽广水面覆盖优化

2.1 引用SFN解决重叠覆盖区域

在对南昌青山湖优化过程中，发现由于在湖沿岸能收到很多信号，而且又是同频组网，导致干扰严重，速率较低，如图1所示。

图1 重叠覆盖严重，SINR很低

从截图中可以看到，用户终端接收到的信号有2个来自与NC_HF_东湖区城北煤气公司2个来自与NC_HF_东湖区环保厅公寓，另有一个是越区信号，这种情况下通过RF及参数优化是很难解决的，小区间干扰严重限制了边缘用户SINR值和吞吐量，需要解决同频小区间干扰。

为了解决同频小区间干扰，采用单频网（Sa me Frequency Network，SFN）技术，在主小区和协作小区之间传输相同数据，提高可靠性，如图2所示。

图2 SFN示意

假设2个RRU做SFN，也就是合并为一个超级小区，则用户终端（例如数据卡）接收信号可以表示为[3]：

其中xk表示RRU上第k个输入数据，ri表示第i根接收天线上数据，hi,j表示第j根发射天线到第i根接收天线的信道传输系数。则接收端等效信道矩阵为：

从物理实现角度说，由于受天面空间限制，1个RRU接天线的两个极化，尤其在直射信号占主导的环境，覆盖用户终端时，h11与h21很接近，h12与h22很接近， 矩阵秩容易变成1，很难形成2个独立的MIMO信道。但是2个RRU的天线的距离很大，相关性可以认为是0，h11与h14独立，h21与h24独立， 矩阵秩为2，经过类似智能天线的处理，可以分离出2个独立MIMO信道，实现双流传输（注：实际由于终端数据卡2个天线的相关性，对空间信道独立性要求更高，也容易造成 矩阵秩小于2）。

SFN方式的优点有：

（1）参与协作的小区发送的信号都是有用信号，边缘用户受到的总干扰水平降低了，如果用于新建补盲站点则增加覆盖却不增加干扰。

（2）参与协作的小区信号相互叠加，边缘用户接收到的信号功率水平提高了，从而边缘用户的下行信噪比和吞吐量也提高了。

（3）相比40米塔宏站，多个30米塔更贴近用户，终端发射功率降低了，对周围基站的上行干扰也降低了。

（4）切换次数减少。

（5）参与协作的小区之间边界边缘用户终端双流比例提高。

（6）与采用1个高塔宏站做覆盖相比，多个RRU做SFN方式的覆盖更精确符合地形地貌。

（7）与采用多个光纤直放站相比，多个RRU故障率低，底噪低。

SFN方式的缺点是RRU投资增加，容量不增加。

SFN小区又称为做了小区合并的超级小区（Super cell），如图3所示。所以在青山湖景区优化中采用了SFN方式。

图3 小区合并功能实现原理

未来LTE-A实现下行CoMP后，将SFN小区升级改造，可以提升容量。

将东湖区城北煤气公司1小区和2小区合并为一路信号（PCI 190)，将东湖区环保厅公寓1小区和2小区合并为一路信号（PCI 473)，在数据上将1个BBU下的1小区和2小区做成一个小区，物理上的配置不变。

合并完成后再次测试问题路段，SINR提升明显，如图4所示。

图4 SINR改善明显

2.2 微站解决湖心岛弱覆盖区域

在对南昌东湖优化过程中，其湖心岛存在弱覆盖，RSRP在-110 dBm左右，如图5所示。

图5 湖心岛存在弱覆盖示意

2.2.1 问题描述

在东湖湖心岛上存在弱覆盖，而在水面覆盖优化中，需尽量避免基站天线覆盖方向上指向江面或湖面，减轻对江对面湖对面的干扰，因此在其上新增微站增强覆盖，解决道路覆盖问题。

2.2.2 解决方案

在东湖湖心岛上新增微站增强覆盖。整改结果：调整后复测，弱覆盖得到解决，如图6所示。

2.3 基于6 dB理论解决越区覆盖

6 dB理论是指控制主控小区和第一邻区RSRP差值大于6 dB，保证主控小区RSRP在其主覆盖范围内占绝对主导。

同EV-DO网络不同，由于没有软切换特性，LTE系统在同频组网方式下，两个扇区参考信号时频位置虽然不同，即使基站与基站之间通过GPS保持同步，但由于信号传播过程中的多径效应，UE在接收主控小区和邻区信号时也会产生时延，导致信号相位的偏差，UE通过傅里叶变换将时域信号转变为频域信号时继而产生频偏，因此邻区RS信号和主控小区RS信号产生重叠，形成干扰，如图7所示。

图6 湖心岛上新增微站增强覆盖

图7 邻区RS信号和主控小区RS信号产生重叠示意

综上所述，在LTE系统中，无论扇区间PCI是否存在冲突，扇区间干扰始终存在，导致UE所在的主控小区MIMO时两路SINR平衡性变差，且SINR降低，影响下行速率。因此在水面优化中需严格控制小区覆盖范围，拉开6 dB差距，突出主控小区信号，减少扇区间越区覆盖及重叠覆盖。

青山湖水面优化中，在湖滨东路香溢花城二期附近出现扇区越区覆盖，导致重叠覆盖严重使得SINR较差，如图8所示。

图8 扇区越区覆盖

2.3.1 问题描述

测试车辆由北向南，在湖滨东路香溢花城二期附近，UE占用NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2信号PCI=136，RSRP为-102 dBm左右，SINR值极差为6 dB左右，下载速率为9 M。从基站分布上看，NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2越区，导致与周边小区NC_HF_ L_湖滨东路9-3_G2，NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2无邻区。

2.3.2 解决方案

（1）添加NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2与NC_HF_L_湖滨东路9-3_G2，NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2邻区。

（2）调整NC_HF_W_青山湖区城东香溢花城二期景观树-2下倾角7°→10°控制覆盖，方位角160°→150°。

2.3.3 整改结果

调整后，拉开了6 dB差距，整体SINR值改善明显，如图9所示。

图9 调整后的整体SINR值改善明显

2.4 PCI调整解决MOD3干扰区域

模3冲突场景下产生的小区间干扰原理比较简单，如图10所示。

图10 模3冲突场景下产生的小区间干扰

当两个小区PCI模3相同时，两个小区参考信号的时频位置完全一致，此时邻区对UE所在主控小区的信号受到邻区信号干扰严重，信噪比降低，导致UE不能正确解调基站信息，使得SINR降低，影响下行速率。

针对模3处理经验方法如下：

（1）变更小区PCI，这是最治标治本的方法，可彻底地解决某一区域的模三干扰，但由于模3仅有3种可能供选择，因此变更PCI往往是解决了这里的模3干扰。

（2）调整天馈，一方面可以调整方向角使干扰小区的覆盖范围发生变化，另一方面可以调整下倾角缩小两个小区的重叠覆盖区域。

（3）降低干扰小区发射功率，这相当于降低了干扰信号电平，使得SINR提升，进而优化用户速率，但会影响小区的覆盖能力。

青山湖水面优化中，在湖滨东路附近出现MOD 3干扰使得SINR较差，针对该情况，进行了PCI更换和天馈调整，如图11所示。

图11 进行PCI更换和天馈调整

2.4.1 问题描述

测试车辆行驶至该路段，UE占湖滨东路9-3_G2（PCI=28），RSRP=-95 dBm，SINR=-1.8 dB，由于邻区内青山湖区城东香溢花城二期景观树-2（PCI=136)和湖滨东路14-1（PCI=25)，RSRP=-95 dBm左右，都与服务小区形成MOD3干扰，导致下行速率较低。

2.4.2 解决方案

解决方案如下：

（1）青山湖区城东香溢花城二期景观树-2（PCI=136)的PCI由136修改为137，电下倾角由3°→6°。

（2）湖滨东路14-1（PCI=25)电下倾角由3°→7°控制覆盖。

（3）NC_HF_L_燕鸣路与湖滨东路交界处-2_G2（PCI=24)电下倾角由5°→8°控制覆盖。

2.4.3 整改结果

调整后，整体SINR值有所改善，如图12所示。

图12 整体SINR值改善示意

3 窄水面覆盖优化

窄水面优化主要针对抚河进行优化，抚河长5.2公里，宽0.115公里。其整体优化思路与宽广水面优化思路相同，但是对于较远处基站无法提供主控信号的情况下，可考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号，并在优化中使用了新增天网杆补盲及RS功率调整等手段。

3.1 RS功率解决无主覆盖区域

在射频调整空间有限时，适当调整RS参数增强发射功率，可增强主覆盖小区使得SINR提升，进而优化用户速率。

在抚河北路科技出版社段无主导频导致SINR差，其主覆盖小区NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3由于楼宇部分遮挡，无明显主覆盖小区，如图13所示。

图13 无主导频和楼宇遮挡示意

3.1.1 问题描述

测试车辆由北向南，在科技出版社段，由于科技出版社等楼宇遮挡使得主覆盖小区NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3（PCI297）覆盖不强，多路信号在6dB以内互相干扰导致SINR值差。

3.1.2 解决方案

（1）NC_HF_L_西湖区城西南浦路电信局-3（PCI297）RS 132→152。

3.1.3 整改结果

调整后，整体SINR值有所改善，如图14所示。

图14 改善后的效果示意

3.2 天网杆功分天线解决SINR差区域

在民德西路与抚河北路交叉路段存在弱覆盖，如图15所示。

3.2.1 问题描述

测试车辆由北向南，在民德西路与抚河北路交叉路段存在弱覆盖，而周边其他扇区覆盖对该区域进行覆盖，考虑到基站天线覆盖方向上要求天线不能指向江面或湖对面，而应顺着道路方向进行覆盖，这样可以提供较好的主控信号，也可减轻对江对面湖对面的干扰，因此需新增路灯杆功分天线，覆盖该南北路段。

图15 民德西路与抚河北路交叉路段弱覆盖

3.2.2 解决方案

新增NC_HF_L_省交通厅航运管理局路灯杆，功分天线，方位角分别为0°，150°。

3.2.3 整改结果

调整后，整体SINR值有所改善，如图16所示。

图16 新增路灯杆功分天线改善效果示意

3.3 对岸小区解决弱覆盖区域

对于邻近较窄的水面道路，在沿岸基站无法提供主控信号的情况下，考虑使用对岸的基站扇区来提供主覆盖信号。在江美大厦段由于抚河西侧多高层楼宇阻挡，南侧沿岸基站无法进行覆盖，如图17所示。

3.3.1 问题描述

测试车辆由北向南，在江美大厦段由于江美大厦等楼宇遮挡使得该路段存在弱覆盖，RSRP在-106左右，考虑到西侧基站无法进行覆盖，且河道宽度较窄考虑调整对岸信号对该区域进行覆盖。

图17 使用对岸的基站扇区改善效果示意

3.3.2 解决方案

NC_HF_L_西湖区船山路直冲街口广润门住宅小区-3 方位角265→250；总下倾由11°调整到9°。

3.3.3 整改结果

调整后，整体SINR值有所改善，如图18所示。

图18 调整角度后的改善效果示意

4 结语

本文针对两类水面区域，通过RF射频调整、RS参数调整及SFN优化，合理优化水面区域网络结构，分场景解决了弱覆盖、重叠覆盖、MOD 3干扰等问题，并提出作SFN提升SINR、下载速率、Rank2比例等指标的方法，对今后的水域优化工作产生一定指导意义。

Study on water cover in different scenarios

Zhou Chen
（Nanjing Howso Science and Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

Because of the characteristics of water medium, propagation of radio waves on the surface of the water is more complex, reflecting has been more serious and difficult to control, but with the continuous develsopment of mobile Internet, the user needs to download rate is higher and higher, the SINR value difference makes LTE realize double current transmission dif fi cult. This paper through adopting various optimization methods for two kinds of the scene by the lake, to enhance the coverage and improve the signal purity of purpose, make signi fi cant increase in indicators such as RSRP, SINR, download rate and Rank2 ration increase, reduces interference, which will be of guiding signi fi cance to the optimization of the waters in the future.

SFN 6dB; lake re fl ection; SINR

周臣（1985— ），男，安徽滁州。