劉 潔，葛 俊

（1.湖南工程學院 計算機與通信學院，湖南 湘潭 411104；2.中國移動通信集團湖南有限公司湘潭分公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

我國通信行業(yè)的長期演進（Long Term Evolution，LTE）網(wǎng)絡始于2004 年3GPP 的多倫多會議。LTE 技術改進并增強了3G 的空中接入技術，采用OFDM 和MIMO 作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準，在20 MHz 頻譜帶寬下能夠提供下行326 Mb/s 與上行86 Mb/s 的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)延遲，包括FDD-LTE（通常簡稱LTE）和TD-LTE兩種技術標準。

為高效利用無線頻譜資源，LTE 網(wǎng)絡主要為同頻組網(wǎng)。通過對基站的物理小區(qū)規(guī)劃分配物理小區(qū)識別號（Physical-layerCellIdentity，PCI）來減少相互之間的干擾。PCI 指的是物理小區(qū)ID，作用相當于CDMA 網(wǎng)絡擾碼的概念，用來區(qū)分小區(qū)。因為目前LTE 組網(wǎng)是同頻組網(wǎng)，所以區(qū)分小區(qū)必須是不同的PCI 來區(qū)分[1]。PCI 共有504 個，從0～503 進行編號。編號的定義為PCI=3×GroupID(SSS)+SectorID(PSS)。其中：SSS 是輔同步信號，共168 組，從0～167 編號；PSS 是主同步信號，共3 個，即0、1、2。通過公式正好得到504 個PCI[2]。反過來，PCI/3即是mod3（模3）的來源。mod3 干擾就是PCI 除3 之后的余數(shù)相同的概念即PSS 信號相同導致的干擾[3]。在移動通信中，手機首先解析主同步序列，解析到主同步序列后再解析輔同步序列。因為主同步序列較少，所以在現(xiàn)網(wǎng)解析中容易出現(xiàn)干擾，而干擾的出現(xiàn)表現(xiàn)為PCI 每間隔3 個符號出現(xiàn)一次，所以習慣稱之為模3 干擾。

根據(jù)對各大運營商LTE 網(wǎng)絡規(guī)模的調查，LTE網(wǎng)絡站點已基本達到90%以上的信號覆蓋率，特別是城區(qū)，站點更為密集，平均站距在200～250 m。密集的站點帶來的好處是提高了網(wǎng)絡信號的深度覆蓋，缺點是PCI 模三干擾帶來的負增益。因此，除了控制基站物理小區(qū)的信號覆蓋區(qū)域外，還需要結合網(wǎng)絡的用戶分布情況合理規(guī)劃PCI，減少網(wǎng)絡內的模三干擾，改善LTE物理小區(qū)覆蓋邊緣的用戶感知。

1 現(xiàn)有PCI 模三干擾方法

1.1 采集路測數(shù)據(jù)分析PCI 干擾

通信運營商對于LTE 網(wǎng)絡中的PCI 干擾檢查和分析，最常規(guī)的方法是通過路測采集道路信號覆蓋情況或進行定點測試采集室內信號覆蓋情況，人工分析測試數(shù)據(jù)，并對存在同模（同模即PCI MOD 3 后余數(shù)相同）的相鄰小區(qū)進行基站天線覆蓋調整或PCI 調整。

目前，常用的路測采集軟件主要有鼎利公司開發(fā)的Pilot Navigator 和ATU File Player、惠杰朗公司的CDS 及愛立信公司的TEMS 等。路測軟件除了進行數(shù)據(jù)采集外，也可用于數(shù)據(jù)回放和分析。通常對于PCI 同模的分析主要是通過回放路測數(shù)據(jù)、人工觀測服務小區(qū)和鄰區(qū)電平信息窗口中PCI 模三相同小區(qū)的RSRP（參考信號電平）差值在9 dB 以內來判斷是否存在模三干擾。測試軟件會直接將不同的模組PCI 標記為不同顏色，便于人員分析，但是否存在模三干擾需要人工進行查詢。

圖1 為ATU File Player 軟件界面，在Neighbour Cell Info 窗口中會將每個采樣點的服務小區(qū)和相鄰小區(qū)的頻點、PCI 以及RSRP 等信息顯示出來。其中，排在第一行的為服務小區(qū)，排在第二行的為第一相鄰小區(qū)，PCI 除3 后余數(shù)相同即為同模，RSRP差值在9 dB 以內，判斷為模三干擾。

圖1 ATU File Player 軟件界面

1.2 站點分布圖分析PCI 干擾

國內通信行業(yè)中常用的LTE 網(wǎng)絡站點分布圖優(yōu)化工具有Nastar、AIRCOM 及ATOLL 等，還有各種基于Mapinfo 的插件工具如SeeSite、W-Planning 等。這些工具都具有PCI 模三計算、鄰區(qū)顯示等功能。其中，以MAPINFO 中的插件工具舉例。在軟件中可以根據(jù)小區(qū)數(shù)據(jù)中模三的值對小區(qū)進行專題圖渲染，同模的小區(qū)顯示為同一顏色，然后由人工進行檢查，確認PCI 同模的小區(qū)是否存在小區(qū)覆蓋方向對打的情況。如圖2 所示，每個扇形表示為一個基站物理小區(qū)，扇形的方向為信號覆蓋方向，圖中兩個相鄰的站點的S1和S2兩個小區(qū)PCI 模三相同且存在對打情況，即判斷為存在模三干擾。

圖2 模三干擾

2 基于因子加權算法的PCI 模三干擾智能優(yōu)化方法

以小區(qū)點對點切換次數(shù)占比作為基礎的參考數(shù)據(jù)，根據(jù)每個LTE 基站的經(jīng)緯度、方位角信息計算出相鄰關系權重系數(shù)、物理小區(qū)方位關聯(lián)權重系數(shù)和同頻同模相關系數(shù)作為加權判斷因子。利用3 個判斷因子與切換次數(shù)系數(shù)的乘積（即加權過程）進行加權計算和分析，然后對每個主小區(qū)中所有鄰區(qū)計算切換占比加權后的值相加得到主小區(qū)的模三干擾程度值，根據(jù)模三干擾程度值判斷每個小區(qū)的模三干擾的程度。最終，對每個小區(qū)的PCI 模三干擾程度進行判斷和計算最佳的模三值，從而達到自動化優(yōu)化PCI 干擾的目標。算法流程如圖3 所示。

2.1 小區(qū)切換次數(shù)占比值作為基準值

在LTE 網(wǎng)絡中，每個物理主小區(qū)需要在網(wǎng)管中定義n個相鄰切換小區(qū)。主小區(qū)下由于移動終端在移動過程中信號的衰減，需要占用信號更好的相鄰小區(qū)。每發(fā)生一次切換網(wǎng)管會進行次數(shù)累加，切換次數(shù)越多，說明該鄰小區(qū)與主小區(qū)的切換邊界用戶越多，且存在重疊覆蓋區(qū)域[4]。

圖3 算法流程

主小區(qū)下鄰區(qū)切換次數(shù)占比越大，說明該鄰區(qū)對主小區(qū)的影響程度越大。當該鄰區(qū)與主小區(qū)同頻同模時，則在這兩個小區(qū)的切換邊界區(qū)域存在較大的干擾，影響邊界區(qū)域的用戶上網(wǎng)速率和網(wǎng)絡接入性能，因此將主小區(qū)下每個鄰區(qū)的切換次數(shù)作為基準值。但是，由于每個主小區(qū)下用戶的數(shù)量存在較大的差別，要判斷每個主小區(qū)的模三干擾程度則必須采用同一數(shù)量級才有性能對比意義。因此，將主小區(qū)與所有鄰區(qū)切換次數(shù)轉換為該主小區(qū)下與所有鄰區(qū)切換次數(shù)的占比，這樣主小區(qū)下所有鄰區(qū)的切換次數(shù)占比總和為1，每個主小區(qū)的數(shù)量級相同具有可對比意義。這里主小區(qū)a 下n個相鄰小區(qū)的切換次數(shù)為Cm(1 ≤m≤n)，主小區(qū)a 中鄰區(qū)m的切換次數(shù)占比為Hwi=cm/(c1+c2+c3+…+cn)。

2.2 站點相鄰關系權重系數(shù)算法及參數(shù)定界

根據(jù)LTE 站點經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，以目標站點為中心點對相鄰站點在LTE 網(wǎng)管參數(shù)中定義的所有相鄰站點列表進行遍歷計算，根據(jù)目標站點與相鄰站點的夾角范圍和站距，通過夾角和站距判斷在一定的夾角范圍內是否為距離目標站點最近的相鄰站點。如圖4 所示，S1為目標站點，經(jīng)緯度為X1和Y1，相鄰站點中有S2和S3，S2的經(jīng)緯度為X2和Y2，S3的經(jīng)緯度為X3和Y3。根據(jù)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)計算出S1到S2、S3的距離和方位夾角，再把到S2和S3的夾角求差得到∠A。如果∠A 小于相鄰關系角度判斷因子z，則對距離進行判斷，距離近的站點S2為相鄰關系并賦予該站點權重系數(shù)為相鄰系數(shù)a1，距離遠的S3站點為不相鄰關系并賦予該站點權重系數(shù)為相鄰系數(shù)a2。

圖4 站點相鄰關系權重系數(shù)算法

權重系數(shù)的取值定界直接決定了相鄰關系在切換權重中的加權比例，所以需要對權重系數(shù)Awi進行定界。算法中相鄰關系角度判斷因子z的大小直接決定了相鄰關系判斷的正確性，設置太大有可能把實際相鄰站點的關系定義為不相鄰，設置太小則可能將太多不相鄰的站點定義為相鄰。因此，它是算法中需要進行研究和定界的一個關鍵參數(shù)。對實驗網(wǎng)全網(wǎng)所有站點選取距離最近的TOP10 站點，計算10 個站點與主站點之間的連線夾角，獲取每個站點與點對點夾角的最小值，然后進行全網(wǎng)平均確定z的取值，z的最佳判斷值為20°。權重系數(shù)中a1為相鄰關系權重系數(shù)取值為1，a2為不相鄰站點的權重系數(shù)。由于站點不相鄰則，相對于PCI 干擾來看干擾程度更小，需要弱化該鄰區(qū)的權重，因此取值為0.5。

2.3 物理小區(qū)方位關聯(lián)權重系數(shù)算法及參數(shù)定界

由于每個物理小區(qū)的覆蓋為定向覆蓋，信號主覆蓋范圍夾角在30°～90°，因此考慮到每個物理小區(qū)的覆蓋定向性，先暫不考慮站點相鄰的關系，需要對目標小區(qū)和相鄰小區(qū)的覆蓋方向（通信術語為方位角，后簡稱方位角）進行判斷。如果小區(qū)的覆蓋方向上并在覆蓋夾角范圍內存在交集，則判斷為方位相關；否則，為方位不相關[5]。

算法中同樣需要計算目標站與相鄰站之間的方向角，再查看相鄰站每個小區(qū)的方位角在30°～90°夾角范圍內是否朝向目標站，而目標站也同樣判斷對每個小區(qū)的方位角在30°～90°的夾角范圍內是否朝向相鄰站。目標小區(qū)與相鄰小區(qū)同時滿足上述兩個條件，則定義為方位關聯(lián)。因此，根據(jù)小區(qū)方位關聯(lián)與否賦予權重系數(shù)Cwi為b1和b2。b1為關聯(lián)權重，取值為b1=1；b2為不關聯(lián)權重，取值為b2=0.5。方位關聯(lián)權重取值定界關系到在切換權重中的加權比例。

以圖5 為例判斷小區(qū)覆蓋存在交集的算法。站點S1下3 個物理小區(qū)C1、C2、C3，相鄰站點S2下的3 個物理小區(qū)C4、C5、C6。假設所有小區(qū)的覆蓋夾角范圍都為120°，其中C1的方位角為60°，則根據(jù)S1到S2的方向角是否滿足大于（60°-120°）/2 或小于（60°+120°）/2，判斷出S2在C1的覆蓋范圍內，同時C4的方位角為300°。根據(jù)S2到S1的方位角是否滿足大于（300°-120°）/2 或（300°+120°）/2，判斷S1也在C4的覆蓋范圍內。因此，結合以上對兩個小區(qū)的相互判斷，得到結論C1和C4存在覆蓋交集。

圖5 判斷小區(qū)覆蓋存在交集的算法示意

2.4 模三權重系數(shù)算法

模三權重系數(shù)算法較為簡單，只需要判斷目標小區(qū)與相鄰小區(qū)是否屬于同頻段，且判斷PCI 的模三值是否相同。如果同頻且模三值相同，則系數(shù)Mwi取值為1，否則取值為0。該系數(shù)的作用是排除掉鄰區(qū)中頻點不相同且不同模的相鄰小區(qū)。

2.5 小區(qū)模三干擾程度值計算

在得到所有相關系數(shù)和切換量占比后，則可以對每個目標小區(qū)的PCI 模三干擾程度值進行計算，根據(jù)目標小區(qū)中所有鄰區(qū)的切換占比與4 項權重因子的總和，計算得每個小區(qū)的模三干擾程度值Ic。

在進行全網(wǎng)分析時，按照小區(qū)干擾程度值對TOP 小區(qū)進行分析，并將重新優(yōu)化規(guī)劃后的PCI 再次代入進行計算，找到該小區(qū)的最優(yōu)干擾程度值，確定小區(qū)的最佳模三組。計算公式如下：

3 優(yōu)化效果評估

提取優(yōu)化區(qū)域LTE 工參和多天點對點切換數(shù)據(jù)，然后利用VBA 實現(xiàn)算法流程計算每個小區(qū)模三干擾程度值，并通過Mapinfo 工具對計算結果進行渲染，繼而針對小區(qū)模三干擾程度值制定PCI 優(yōu)化調整方案，并將優(yōu)化后的PCI 重新帶入軟件進行計算，最后根據(jù)多輪演算后的結果實施現(xiàn)場PCI優(yōu)化。

對某地市LTE 網(wǎng)絡完成PCI 模三干擾優(yōu)化，共計調整118 站點242 小區(qū)。如圖6 和圖7 所示，優(yōu)化前后小區(qū)基于切換的模三干擾程度值在圖層上渲染分布，模三切換較為嚴重的區(qū)域明顯好轉，優(yōu)化區(qū)域干擾程度值從28.03 下降到14.89。

圖6 優(yōu)化前PCI 模三干擾渲染

圖7 優(yōu)化后PCI 模三干擾渲染

4 結語

本文提出的優(yōu)化方法既改善了模三干擾優(yōu)化方法、流程，提升了網(wǎng)絡優(yōu)化質量和效率，也解決了大范圍模三干擾問題，降低了PCI 模三對現(xiàn)網(wǎng)性能指標影響，同時通過小區(qū)級PCI 優(yōu)化重規(guī)，提升了移動網(wǎng)絡性能，用戶感知愈加明顯。