研究使用“RSRPSINR关系表”量化LTE室分覆盖效果的案例

研究使用“RSRP-SINR关系表” 量化LTE室分覆盖效果吴东中国电信股份有限公司常州分公司 无线维护中心摘要：本文通过研究LTE无线网络覆盖效果SINR的决定要素，利用计算SINR的简化公式，建立了常见室分无线环境下的多路RSRP和SINR关系查询表。在室分方案设计中，结合其他相关数据使用“RSRP-SINR关系表”可以便捷、精确预测室分覆盖效果，提高室分设计方案质量。关键词：RSRP-SINR关系表 负荷因子 室分覆盖效果一、问题描述LTE无线网络是一张高速数据无线网， LTE数据业务下载速率直接决定着4G用户的使用感知，影响天翼4G的品牌知名度。LTE下载速率跟无线覆盖质量、服务器、传输带宽、参数、UE性能等多方面的因素有关，其中无线覆盖质量是基础，在日常的无线网络规划、优化中占据十分重要地位。无线数据业务主要发生在室内，而由于4G信号传播能力弱，大型楼宇必须建设室内分布系统才能确保大楼室内4G用户感知。相应数值的室分天线射频输出功率能获得什么室分覆盖质量（SINR），在室分方案设计环节中一直没有可靠的量化方法。本文通过研究影响LTE无线网络SINR的主要因素，提出了可以精确预测室内SINR的简化公式和查询工具，可以有效指导LTE室内分布系统方案设计。二、问题分析在LTE技术体制中，数据业务下载速率跟无线信道矩阵的秩、资源调度参数、HARQ参数密切相关（见图1），其中后两者的关键因素都离不开SINR。图1 LTE速率相关因素SINR是反映LTE无线信道质量的主要参数，由UE接收到的几路分支信号的RSRP以及干扰、噪声决定，其简化计算公式如下：SINR=RSRP/（Noise+Interference） （1）其中：Noise：自然界白噪声、设备噪声系数等的合成；Interference：无线信号干扰，当没有模3、模6干扰时，在LTE网络中主要指相邻小区B类符号功率对本服务小区RS的干扰，其主要跟相邻小区负荷、PA/PB参数以及相邻小区RSRP有关。式（1）的等效公式为：SINR=10log1010RSRPs1010Noise10+10EBI10 （2）其中：RSRPs：主服小区RSRP平均值。EBI：邻小区B类符号功率平均值，认为是对主服小区RS符号的干扰值，简化计算公式如下：EBI=n=1NRSRPn*n （3）RSRPn是第n路邻区分支的RSRP均值，n是第n路邻区的扇区负荷因子。由于1.8GHz信号衰减较快、绕射能力较差，因此在大楼室内接收到的LTE信号的主要传播方式为反射、透射。对于大楼室内的UE，在没有室内分布系统的情况下，由于受到大楼楼体的遮挡，在大楼边缘处一般主要接收到2路左右强度不可忽略的无线信号（高层导频污染、重叠覆盖等需优化情况例外）。因此在应用式（2）时，主要考虑2路邻区信号。噪声Noise的计算公式如下：Noise=N0+Nf （4）其中：N0：无线信道白噪声强度，N0=10logKTB，即：N0=-174dBm/Hz+10logB。 Nf：接收机噪声系数，经验值为3dB。在室分方案设计中，结合其他必要数据和工具，就可以应用SINR简化计算公式（2）精确预测室分覆盖效果。三、问题解决方法在进行室分方案设计时，室分SINR计算流程见图2，流程如下：1、对初定的室分天线射频输出功率，根据室内无线链路预算公式计算得出覆盖点位处的主服RSRP；2、结合现场邻小区RSRP、邻小区负荷因子得出邻小区对主服小区的干扰值；3、根据主服RSRP、邻小区干扰值、噪声，使用式（2）精确预测出这些覆盖点位处SINR值。室分天线射频输出功率主服小区RSRP邻小区RSRP邻小区干扰噪声室分SINR无线链路预算邻小区负荷因子图2 室分SINR计算流程图主服RSRP的无线链路预算公式如下：RSRP=Txpower+GainANT-Ltotal+GainUE （5）其中：Txpower：全向吸顶天线输出的参考信道功率GainANT：全向吸顶天线的增益GainUE：LTE终端内置天线的增益Ltotal：从全向吸顶天线到终端的LTE空间链路预算，采用国际电联ITU-R P.1238-6 建议书的传播模型，基本模型公式为：Ltotal=20log10f+Nlog10d+Lfn-28dB+LNFmarg+BP （6）其中： N：距离功率损耗系数；f：频率； d：天线和便携终端之间的距离； Lf：楼层穿透损耗因子； n：天线和便携终端之间的楼板数。 LNFmarg：阴影衰落； BPL：介质损耗。对于室内分布中常见的RSRP值，本文根据式（2）制作了“RSRP-SINR关系表”，见图3。该表是3路LTE分支信号强度（主服小区和2路邻小区）跟SINR的关系表，根据该表可以快速检索SINR值，由于为了简化计算，设置该表中2路邻小区RSRP强度相当。如果要SINR值更精确，就采用式（2）。图3 RSRP-SINR关系表示意图分别就LTE分支信号数量（2路、3路）以及不同的负荷因子（5%，0.3%）制作了“RSRP-SINR关系表”，表格如下：为了根据得到SINR简化计算公式预测值跟实测值误差大小，常州无线中心选择了第四人民医院、桃林雅景运河饭店、福记逸高酒店、软件园综合服务中心等多个已开通的LTE室分站点的室分实测数据进行验证。以下呈现第四人民医院、桃林雅景运河饭店的验证情况。1、第四人民医院测试场景验证选取第四人民医院（城中院区）住院部5楼1、2、3、4号病房作为验证点，该站点LTE信源是合路原有C网室分，已开通入网。该楼层长50米，宽15米。南侧设有病房11间，北侧为医护室仓库等如图所示。在设计方案中，在走廊布放7副全向吸顶天线覆盖全楼层，其中，1、2、3、4号病房门口均布放了天线。图4 第四人民医院平面图该室分处于核心商圈，（PA，PB）参数配置为（0,0），同时，周围基站的（PA，PB）也是（0,0）。1）现场测试数据此次验证将室分设备RS功率逐步调整为12.2,15.2,16.4。测试房间内窗边的RSRP及SINR情况。测试软件为Probe，测试终端为华为E3276S，测试结果见图（5）。（a）RS=12.2dbm （b）RS=15.2dbm （c）RS=16.4dbm图5 第四人民医院测试结果图2）使用SINR简化计算公式测算的结果进行测算前，计算公式的相关参数取值如表1。表1、公式参数表功率配比（PA，PB）邻区分支数量（N）负荷因子（）无线带宽（B）（0，0）20.0515MHz注：全网忙时负荷最高的LTE基站的PRB利用率约为8%，由于该室分地处核心商圈，周围基站忙时PRB利用率相对较高，所以负荷因子根据经验取值为5%。当室分设备RS功率分别为12.2、15.2、16.4时，根据式（2）得到相应的SINR计算值，同时根据“RSRP-SINR关系表”得到查询值，SINR测试值跟计算值、查询值的对比见表2。表2、第四人民医院SINR测试值、计算值、查询值对比表RS功率(dBm)主服PCI主服RSRP (dBm)邻区邻区PCI邻区RSRP（dBm）SINR测试值（dB）SINR计算值（dB）SINR查询值（dB）查询值误差（dB）12.2406-90.96第一邻区33-89.474.475.535.4660.996第二邻区76-90.7315.2406-86.99第一邻区76-89.798.669.439.4660.806第二邻区33-90.0416.4406-86.66第一邻区33-89.979.7110.1610.350.64第二邻区76-91.98 从上表可以看出，SINR测试值跟计算值、“RSRP-SINR关系表”查询值基本吻合，误差在1dB以内，同时计算值和查询值十分接近。2、桃林雅景运河饭店测试场景验证此次验证是在桃林雅景运河饭店使用Probe进行CQT测试，不进行RS功率调整，通过测试3个不同点位来验证，测试结果见图6。（a）3F点位 CQT结果 （b）5F点位的CQT结果 （c）6F点位的CQT结果图6 桃林雅景运河饭店测试结果图桃林雅景运河饭店SINR测试值跟计算值、查询值的对比见表3。表3、桃林雅景运河饭店SINR测试值、计算值、查询值对比表CQT点位主服PCI主服RSRP (dBm)邻区邻区PCI邻区RSRP（dBm）SINR测试值（dB）SINR计算值（dB）SINR查询值（dB）查询值误差（dB）3F434-66第一邻区453-85.632928.5328.56-0.44第二邻区429-87.465F434-68.81第一邻区199-80.3925.5723.0723.48-2.09第二邻区429-88.316F434-69.25第一邻区199-80.6325.0922.7523.92-1.17第二邻区429-88.34从上表可以看出，计算值、查询值均十分接近，且跟测试值基本吻合，SINR查询值比测试值偏低2dB左右。该室分虽然地处市中心，但是周围宏站的扇区主要覆盖城中村及道路，相对于覆盖CBD区域的LTE扇区，该室分周围宏站扇区工作时间的PRB利用率相对较低，在仍然采用5%的负荷因子时，导致了计算值、查询值比测试值略偏低。四、结论在室分方案设计时，根据室分天线的射频输出功率、RSRP链路预算公式、现场查勘时的信号摸查测试数据，采用恰当的负荷因子，应用“RSRP-SINR关系表”（或SINR计算公式）可以精确预测室分覆盖区域的SINR值，从而精确预测4G用户的峰值下载速率，大大提高室分设计方案的准确性。后续继续完善“RSRP-SINR关系表”或SINR计算公式的使用方法，并尝试在小区滴灌设计方案、日常射频优化场景中推广。