郭 濤

（中國(guó)電信邢臺(tái)分公司，邢臺(tái) 054000）

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SFN在提升LTE網(wǎng)絡(luò)性能方面的研究

郭 濤

（中國(guó)電信邢臺(tái)分公司，邢臺(tái) 054000）

摘要：本文介紹了SFN的原理和應(yīng)用場(chǎng)景，分析了SFN小區(qū)合并的主要優(yōu)點(diǎn)，闡述了在高鐵、密集城區(qū)等特殊場(chǎng)景應(yīng)用SFN技術(shù)能顯著改善網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能，并有效提升用戶的下行速率，最后通過(guò)SFN小區(qū)合并前后的對(duì)比報(bào)告，直觀地呈現(xiàn)出小區(qū)合并后對(duì)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的提升效果。

關(guān)鍵詞：SFN；切換；小區(qū)合并；干擾；LTE

1 引言

LTE技術(shù)經(jīng)過(guò)兩年的迅猛發(fā)展，一般場(chǎng)景下已能夠?yàn)橛脩籼峁┝己玫母兄诿芗菂^(qū)、高鐵等特殊場(chǎng)景下，存在用戶快速移動(dòng)導(dǎo)致的頻繁切換，基站密集引起的鄰區(qū)干擾等問(wèn)題。為了解決小區(qū)重選頻繁、切換成功率低、干擾等問(wèn)題，同時(shí)提升終端下行速率，本文提出通過(guò)采用多小區(qū)合并的組網(wǎng)方式，擴(kuò)大單小區(qū)覆蓋面積，降低系統(tǒng)內(nèi)干擾，解決了特殊場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。

2 SFN原理以及關(guān)鍵算法

2.1 SFN原理

SFN（Single Frequency Network）是指在一個(gè)規(guī)劃好的地理區(qū)域內(nèi)，將多個(gè)工作在相同頻段上的RRU合并，使之成為一個(gè)小區(qū)的技術(shù)，簡(jiǎn)稱小區(qū)合并。SFN小區(qū)中，所有RRU覆蓋的無(wú)線通信區(qū)域成為“物理小區(qū)”，與普通小區(qū)相比，在信號(hào)的接收方式上有其獨(dú)立的特點(diǎn)。在下行方向，各物理小區(qū)在相同的時(shí)頻資源上發(fā)送相同的無(wú)線信號(hào)；在上行方向，可以選擇一個(gè)信號(hào)質(zhì)量最好的物理小區(qū)接收信號(hào)，也可以選擇多個(gè)物理小區(qū)進(jìn)行聯(lián)合接收。

2.2 SFN關(guān)鍵算法

2.2.1 下行關(guān)鍵算法

SFN小區(qū)下行采用聯(lián)合發(fā)送，所謂聯(lián)合發(fā)送就是指在下行物理信道上，SFN小區(qū)的多個(gè)RRU在相同的時(shí)頻資源上發(fā)送相同的無(wú)線信號(hào)。因此，與普通的單個(gè)物理小區(qū)相比，其優(yōu)點(diǎn)是消除了各RRU之間的相互干擾，并可以通過(guò)下行聯(lián)合發(fā)送獲得一定的增益，同時(shí)在一定程度上改善了物理小區(qū)邊緣用戶的SINR。

2.2.2 上行關(guān)鍵算法

SFN上行分為兩個(gè)階段：在隨機(jī)接入過(guò)程中，基帶板針對(duì)所有射頻模塊逐一檢測(cè)PRACH，并且選擇出Preamble功率最大的射頻模塊作為目標(biāo)射頻模塊；如果UE在第一次上行數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中失敗，那么基帶板根據(jù)該UE DMRS測(cè)量的UE帶寬內(nèi)SINR最大的射頻模塊來(lái)更新目標(biāo)射頻模塊。在隨機(jī)接入后，基于全帶寬SRS來(lái)測(cè)量并選擇SRS的SINR最大的RRU來(lái)更新目標(biāo)RRU。

3 SFN適用場(chǎng)景及其特點(diǎn)

3.1 室外覆蓋場(chǎng)景

在室外密集城區(qū)，為了保證網(wǎng)絡(luò)有效合理覆蓋，需要加大RRU/RFU的部署密度，但是小區(qū)半徑減小會(huì)使小區(qū)之間的干擾嚴(yán)重，邊緣用戶的SINR下降，降低小區(qū)吞吐率，從而影響網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線環(huán)境，降低用戶體驗(yàn)，應(yīng)用SFN技術(shù)可以有效的解決這一問(wèn)題。

3.2 室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景

在室內(nèi)覆蓋環(huán)境中存在的主要問(wèn)題是，電梯在快速跨越不同樓層時(shí)，造成小區(qū)之間頻繁切換，切換不及時(shí)、切換失敗引起掉話；電梯門打開(kāi)、關(guān)閉時(shí)，因電梯門屏蔽作用引起信號(hào)突變，容易掉話。

3.3 高速鐵路覆蓋場(chǎng)景

高速鐵路上的用戶移動(dòng)速度較快，如果采用普通小區(qū)覆蓋高速鐵路，則會(huì)導(dǎo)致切換次數(shù)較多，影響用戶體驗(yàn)。因此，建議開(kāi)通SFN特性。

4 SFN技術(shù)在高鐵覆蓋中的應(yīng)用案例

4.1 高鐵應(yīng)用SFN技術(shù)前后對(duì)比

我市高鐵LTE專網(wǎng)覆蓋共建設(shè)132個(gè)小區(qū)，采用SFN技術(shù)后，小區(qū)個(gè)數(shù)下降至31個(gè)，大大降低了切換的次數(shù)，同時(shí)降低了小區(qū)間的模3干擾。表1、圖1、圖2為應(yīng)用SFN技術(shù)前后的路測(cè)指標(biāo)對(duì)比。

表1 高鐵應(yīng)用SFN技術(shù)前后的路測(cè)指標(biāo)對(duì)比

通過(guò)表1、圖1、圖2對(duì)比數(shù)據(jù)可見(jiàn)，小區(qū)合并不僅增強(qiáng)了覆蓋場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)降低了干擾，SINR值有了顯著的改善，下行速率提升了6Mb/s，達(dá)到了平均35.42Mb/s，覆蓋率整體提升11個(gè)百分點(diǎn)，在提升用戶感知方面效果明顯。

圖1 SFN前后RSRP對(duì)比

圖2 SFN前后SINR對(duì)比

4.2 SFN合并路段分析

4.2.1 東趙村附近RSRP較差

問(wèn)題描述：如圖3所示，高鐵由南向北行駛過(guò)程中，在東趙-2-DX站點(diǎn)附近RSRP較差。

圖3 東趙村附近RSRP覆蓋圖

問(wèn)題分析：高鐵由南向北行駛過(guò)程中，UE在臨城縣上莊頭與臨城縣西陽(yáng)泉北切換帶附近RSRP較差，同時(shí)鄰區(qū)較多，造成下載速率較低，因此為減少切換與鄰區(qū)信號(hào)，擬實(shí)施小區(qū)合并方案。

優(yōu)化方案：如圖4所示，對(duì)臨城縣東趙-2-DX站點(diǎn)下的四個(gè)扇區(qū)做SFN，合并扇區(qū)為臨城縣上莊頭-1。

圖4 東趙村附近扇區(qū)實(shí)施SFN后RSRP覆蓋圖

優(yōu)化效果：實(shí)施小區(qū)合并技術(shù)后，該區(qū)域RSRP指標(biāo)改善明顯。

4.2.2 沙河市北陽(yáng)-1-DX附近SINR較差

問(wèn)題描述：如圖5所示，高鐵由南向北行駛過(guò)程中，在北陽(yáng)-1-DX站點(diǎn)附近SINR較差。

問(wèn)題分析：高鐵由南向北行駛過(guò)程中，UE在沙河市六方、沙河市薛莊與沙河市青介村北切換帶附近SINR較差，同時(shí)互為鄰區(qū)，切換頻繁，造成下載速率較低，因此為減少切換與鄰區(qū)信號(hào)，需做SFN解決。

優(yōu)化方案：如圖6所示，由于沙河市六方、沙河市薛莊與沙河市青介村北3個(gè)站點(diǎn)在同BBU下，因此可以對(duì)沙河市北陽(yáng)-1-DX站點(diǎn)下的六個(gè)個(gè)扇區(qū)做SFN，合并扇區(qū)為沙河市六方-1。

圖5 北陽(yáng)村附近SINR覆蓋圖

圖6 北陽(yáng)村附近扇區(qū)實(shí)施SFN后SINR覆蓋圖

優(yōu)化效果：實(shí)施小區(qū)合并技術(shù)后，該區(qū)域SINR指標(biāo)改善明顯。

5 結(jié)束語(yǔ)

將多個(gè)小區(qū)合并為一個(gè)超級(jí)小區(qū)，所有物理天線所發(fā)射的信號(hào)均為同一PCI信號(hào)，其主要作用是可以減少高速移動(dòng)等原因?qū)е碌念l繁切換，規(guī)避MOD3干擾，提升下載速率。經(jīng)過(guò)本文案例對(duì)比可以看出，在一些特殊場(chǎng)景應(yīng)用SFN技術(shù)，能夠大幅改善無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提升用戶感知。但是SFN技術(shù)有其局限性，應(yīng)用SFN會(huì)大幅降低網(wǎng)絡(luò)容量，因此，在建網(wǎng)初期的特殊場(chǎng)景可考慮部署SFN技術(shù)，但是后期隨著用戶數(shù)量的激增，SFN不建議大規(guī)模應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 符新，徐一鷗等．淺談LTE共小區(qū)技術(shù)在高鐵通信中的應(yīng)用，2014(13):1-4

[2] 華為技術(shù)有限公司．華為L(zhǎng)TE小區(qū)合并指導(dǎo)書(shū)

Research on the SFN in LTE Networks

Guo Tao
(Xingtai Branch of China Telecom Co., Ltd., Xingtai, 054000)

Abstract:The paper interprets the basic principles and application scenarios of SFN. Besides, it analyzes the overwhelming advantages of the cell merging of SFN. The application of SFN in specific scenarios like High- Speed Railway, Expressway or dense urban area can improve the coverage of network significantly and accelerate the downlink rates of users effectively. Finally, the enhancing and lifting effects of each specific network indicators can be seen easily and directly by comparing the original reports with the reports after introducing the cell merging of SFN into network.

Keywords：SFN; handover; cell merging; interference; LTE

作者簡(jiǎn)介：郭 濤，男，副高級(jí)工程師，畢業(yè)于河北大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，工科學(xué)士，現(xiàn)就職于中國(guó)電信邢臺(tái)分公司網(wǎng)絡(luò)發(fā)展部。

中圖分類號(hào)：TN925.53 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A 文章編碼：1672-7274（2016）04-0001-03

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.001