深度覆盖场景中功率谱密度的运用策略.docx

江苏创新成果申报深度覆盖场景中功率谱密度的运用策略（4G优化竞赛与创新）项目成员： 杭晓飞 袁元 申报单位：中国电信江苏分公司南通无线维护中心 创新类型： 技术创新 申报日期： 2016年 9月 摘要在物理学中，信号通常是波的形式表示，例如电磁波、随机振动或者声波当波的功率频谱密度乘以一个适当的系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信号的功率谱密度（power spectral density, PSD），功率谱密度的单位通常用每赫兹的瓦特数（W/Hz）表示，后者使用波长而不是频率，即每纳米的瓦特数（W/nm）来表示本文将该理论应用于实践，在不同场景的应用实例，将带宽从20MHz压缩至10MHz，甚至5MHz，可以获得单位带宽内功率的增加即LTE相对应的RSRP增益，从而在低话务、广覆盖的区域可以有效改善覆盖性能，提高用户感知度关键词：深度覆盖、功率谱密度目录一、 概述 3二、 显著创新 3三、 压缩带宽提升功率谱密度的原理 3四、 应用实例介绍 104.1、 室外单小区的性能验证 134.2、 室外多小区的性能验证 154.3、 室内的覆盖性能验证 17五、 推广情况 21六、 效益评估 221、 概述随着LTE网络的建设发展，农村场景建设逐步推进，在800M站点尚未部署时期，为了平衡农村场景下建站成本投入与用户感知之间的矛盾，需要降低成本同时解决网络覆盖问题。

农村的话务模型不同于城区，它具备地域广、人口分散、业务需求低、无线环境相对简单等特性，因此农村区域的网络规划要具备场景特性，在满足用户业务需求的情况下，达到基站“广覆盖”、“速率适中”、“容量适中”、“节省投资”的目的，提高投资收益比同时城市化发展，室分建设为快速部署高层住宅小区的平层4G覆盖，大量利旧CDMA射灯天线，传统普通射灯天线互打的覆盖效果，无法满足深度覆盖，楼道内、电梯、楼宇底层覆盖不足，特别是2.1G室分LTE系统使用的较高频段，路径损耗更为明显本文选取以优先覆盖为目标、话务量较低的场景，通过压缩4G小区的带宽，使RRU输出的功率更加集中，从而提升覆盖性能，可快速解决由于覆盖差导致的用户投诉等问题2、 显著创新在物理学中，信号通常是波的形式表示，例如电磁波、随机振动或者声波当波的功率频谱密度乘以一个适当的系数后将得到每单位频率波携带的功率，这被称为信号的功率谱密度（power spectral density, PSD），功率谱密度的单位通常用每赫兹的瓦特数（W/Hz）表示，后者使用波长而不是频率，即每纳米的瓦特数（W/nm）来表示将该理论应用于实践，通过不同场景的测试验证，将带宽从20MHz压缩至10MHz，甚至5MHz，可以获得单位带宽内功率的增加即LTE相对应的RSRP增益，从而在低话务、广覆盖的区域可以有效改善覆盖性能，提高用户感知度。

3、 压缩带宽提升功率谱密度的原理3.1、 信号功率提升原理采用维纳—辛钦定理，将平稳信号X(t)的自相关函数的傅里叶变换称为功率谱密度，其中，设X(t)为平稳过程,则时间平均自相关函数等于集合平均自相关函数,即:则，在频段一定、覆盖距离一定、覆盖环境一定的情况下时，带宽的压缩，将会提升单位带宽的功率谱密度即LTE的覆盖大小与导频功率RS有关，即导频功率越大，相同条件下，UE接收的RSRP越大RRU设备最大功率是一定的，通过压缩低容量区域的小区带宽，让有限的功率资源集中发射，提升RS、RE信号功率导频功率（RS)计算公式：PSD_CELL_RS=pMax–10log10(#PRBs_DL*12)+dlRsBoost其中pMax代表小区发射功率，目前主流设备FXEB最大功率为80W即49dBm，室分主流设备FRGY最大功率为60W即47.8dBm #PRBs_DL代表PRB个数，根据3GPP协议规定LTE支持6种带宽中国电信目前支持的PRB个数如下图 1 FDD可支持带宽频段带宽MHzPRB数目1.8G1.46315525105015752.1G1.463155251050157520100表格 1 不同带宽可使用PRB数量dlRsBoost 映射PA&PB的值， 调大可以提升RS信号功率，改善RS覆盖。

目前电信常规设置宏站为3dB，室分为0dB图 2 dlRsBoost可设置值以宏站为例，分别设置15MHz、10MHz、5MHz情况下，通过UE测试信令RRC Connection Reconfiguration观察referenceSignalPower即RS参考信号功率 15MHz带宽下的RS功率PSD_CELL_RS=pMax–10log10(#PRBs_DL*12)+dlRsBoost=49dBm（80W）-10log10（75*12）dB+3dB=49 dBm -29.54 dB +3 dB=22.46dBm 对应的测试信令如下图：图 3 RRC重配消息明细 10MHz带宽下的RS功率PSD_CELL_RS=pMax–10log10(#PRBs_DL*12)+dlRsBoost=49dBm（80W）-10log10（50*12）dB+3dB=49 dBm -27.78 dB +3 dB=24.22dBm 对应的测试信令如下图：图 4 RRC重配消息明细 5MHz带宽下的RS功率PSD_CELL_RS=pMax–10log10(#PRBs_DL*12)+dlRsBoost=49dBm（80W）-10log10（25*12）dB+3dB=49 dBm -24.77 dB +3 dB=27.23dBm 对应的测试信令如下图：图 5 RRC重配消息明细下表举例说明现网室分和宏站，在合理压缩带宽的情况下，能够获得的RS信号功率增益，其中室分从20MHz压缩为5MHz， 有6dB的增益，宏站从15MHz压缩为5MHz， 有4.77dB的增益。

频段带宽MHzPRB数目RS参考信号功率相对于现网提升幅度1.8G52516.974.77dB105013.961.76dB157512.2-2.1G52518.226dB105015.213dB157513.451.25dB2010012.2-表格 2 不同带宽和RB数量对RS功率的影响3.2、 互操作策略根据协议定义，中心频点号相同的两个小区即为同频小区如下图所示： 同频场景 ： 异频场景 ：为了将压缩带宽给现网带来的影响最小化，带宽压缩后使用相同的中心频点，即依然是同频互操作网络中将出现ScenarioB和ScenarioC的切换场景ScenarioB场景的切换信令如下图，例如源小区15 MHz目标小区为10MHz，切换成功图 6 RRC重配消息明细ScenarioC场景的切换信令如下图，例如源小区10 MHz目标小区为15MHz，切换成功图 7 RRC重配消息明细综合本节所述，原理上通过压缩带宽可以提升RS信号功率，改善覆盖；同时采用相同的中心频点，保留了同频切换机制，降低对现网影响4、 应用实例介绍创新方案适用场景为低话务、覆盖受限区域统计试点基站一周最忙时段话务量如下表，用户数少，资源利用率低，属于低话务基站场景。

站名扇区号平均激活用户数用户面流量MBPRB平均利用率山水龙城518.7108.61.2陶店1803.425.90.7陶店1814.1100.21.2陶店1822.128.30.9表格 3 站点话务信息室分场景选择采用射灯对打，封闭的走廊及电梯内无室分系统，属于深度覆盖不足的场景，将南通山水龙城11栋作为测试区域进行扫楼测试山水龙城室分覆盖方案如下图，采用10栋楼宇顶端的两个射灯天线图 8 山水龙城室分覆盖方案山水龙城11栋层高16层，钢筋混凝土住宅结构，如下图图 9 山水龙城建筑实景农村场景存在广覆盖低话务区域，挑选“陶店”基站进行带宽压缩的覆盖解决方案研究，站点天线挂高40米，下倾角3度，道路、村庄场景如下图：该站点覆盖边缘区域约3-4KM范围内有较大村庄，DT测试该片村庄区域属于站点边缘、弱覆盖环境，如下图所示：图 10 应用场景覆盖情况4.1、 室外单小区的性能验证室外单小区测试RSRP对比如下图，测试路径自上而下分别是15M、15M、10M、10M、5M、5M测试截止区域为出现稳定的RSRP低于-110dBm图 11 RSRP对比验证拉远测试SINR对比如下图，测试路径自上而下分别是15M、15M、10M、10M、5M、5M。

图 12 SINR对比验证以实验的陶店基站到弱覆盖村庄约3.3KM路段进行多次测试指标对比，宏站带宽压缩至10MHz，可提升覆盖率约4%；压缩至5 MHz，可提升覆盖率约12%测试项目RSRPSINR覆盖率下行吞吐率上行吞吐率下载(15M)-95.817.980.8%54.2-下载(10M)-94.217.984.3%37.4下载(5M)-91.918.592.8%15.1上传(15M)-96.116.778.1%-16.2上传(10M)-95.41782.0%8.6上传(5M)-91.618.190.6%3.9表格 4 室外单小区验证指标覆盖率提升对比效果如下图所示：图 13 覆盖情况对比4.2、 室外多小区的性能验证片区DT测试RSRP对比如下图，测试路径自上而下分别是15M、10M、5M图 14 RSRP对比验证片区DT测试SINR对比如下图，测试路径自上而下分别是15M、10M、5M图 15 SINR对比验证以实验的陶店基站周边路段进行多次测试指标对比，宏站带宽压缩至10MHz，可提升覆盖率约1.5%；压缩至5 MHz，可提升覆盖率约6.5%测试项目RSRPSINR覆盖率下行吞吐率上行吞吐率上传(5M)-84.216.195.4%-4.9上传(10M)-87.415.890.9%13.6上传(15M)-88.415.689.4%22.1下载(5M)-84.516.695.1%13.8-下载(10M)-8615.890.1%27.2下载(15M)-87.415.788.3%44.3表格 5 室外多小区验证指标图 16 室外多小区覆盖对比陶店基站覆盖区域，试点期间忙时业务量及用户数的变化如下图所示，平均激活用户数最大增加约7个，用户面流量最大提升约80MB。