高速移動場景下TD-LTE創(chuàng)新組網(wǎng)方式及優(yōu)化研究----雙獎申報書格式

1、中國移動科技進(jìn)步獎勵申報書項目名稱：高速移動場景下TD-LTE創(chuàng)新組網(wǎng)方式及優(yōu)化研究申報單位：山東移動青島公司中國移動通信集團(tuán)公司2013年11月7日一、項目基本情況項目名稱中文高速移動場景下TD-LTE創(chuàng)新組網(wǎng)方式及優(yōu)化研究英文主要完成人蔡鵬主要完成單位山東移動青島公司LTE建營中心主 題 詞LTE、高速公路任務(wù)來源A.中國移動通信集團(tuán)公司計劃 B各省、自治區(qū)、直轄市公司計劃 C申報單位自立項目 D.基金資助 E國際合作 項目起止時間 起始： 年 月 日 完成： 年 月 日二、項目簡介(不超過800個漢字)移動無線網(wǎng)絡(luò)在高速場景下的主要挑戰(zhàn)為多普勒頻移，本成果主要從參數(shù)研究，覆蓋研究，組網(wǎng)研

2、究等三個層面通過創(chuàng)新手段全面提升高速移動場景下的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能，實際應(yīng)用在青銀高速上，下載速率可以達(dá)到56.7Mbps，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。三、項目詳細(xì)內(nèi)容1、 立項背景（不超過800個漢字）該成果適合在高速移動場景下，如機場高速、高速公路、地鐵等場景中，進(jìn)行創(chuàng)新手段進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化即可獲得。如果對于上行速率有更高要求區(qū)域，可以只采用異頻方案，可以保留時隙配比2:2。2、 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容（不超過1000個漢字）青銀高速南起深圳路北至流亭機場，全長25.8km，全程高速，車速在80-120Km/h之間，屬于典型的高速場景，同時也是重要的對外窗口。針對高速場景下的TD-LTE性能提升具有典型的社會效

3、益和經(jīng)濟效益。針對高速移動場景下的TD-LTE性能提升主要從以下幾個方面開展創(chuàng)新研究工作：1. 線性插值算法對抗多普勒頻移當(dāng)多普勒效應(yīng)達(dá)到一定程度時，將會致使一個OFDM符號時間內(nèi)的監(jiān)測信道產(chǎn)生畸變，諸如正弦信號的扭曲。這種信道變化通常會破壞OFDM子載波間的正交性，從而導(dǎo)致子載波間干擾（ICI）。另一方面，一旦發(fā)射機和接收機之間出現(xiàn)頻率偏移，我們在接收端將無法得到整數(shù)倍的正弦信號循環(huán)，最終也會導(dǎo)致不同頻率的正弦信號失去正交性。根據(jù)PRACH前導(dǎo)信號頻偏fRA= 1/ TSEQs = 1.25kHz（Preamble 03)，可知目前LTE系統(tǒng)本身可以克服小于1.25kHz的頻偏。Preamb

4、le格式Preamble發(fā)射窗口TCP(Ts)TSEQ(Ts)TGAP(Ts)小區(qū)最大覆蓋距離(km)fRA(kHz)#01 subframe316824576297614.531251.25#12 subframes21024245761584077.343751.25#22 subframes624049152604829.531251.25#33 subframes210244915221984102.656251.25#4Special subframe(UpPTS)44840962881.406257.5為了抑制多普勒頻移，貝爾的TD-LTE的系統(tǒng)設(shè)計采用了諸如線性插值算法等多種方式

5、來補償頻偏，從而保證高速狀態(tài)下LTE性能的穩(wěn)定性，可以應(yīng)對120Km/h時速的高速移動環(huán)境。2. 創(chuàng)新組網(wǎng)模式獲得更高吞吐率眾所周知，LTE網(wǎng)絡(luò)的性能主要受到資源調(diào)配和SINR的影響。1) 異頻組網(wǎng)獲得更高SINR中國移動TD-LTE 4G網(wǎng)絡(luò)D頻段目前有50M頻點。頻段 3GPP頻段號頻段實際頻段（MHz）頻點號可用帶寬（MHz）D頻段 38 2.6GHz 25702620 3775038249 50 為了速率最大化，一個頻點使用20M帶寬，2個頻點占用中間40M帶寬，D1頻點頻點號37900，D2頻點頻點號38100。在建網(wǎng)初期，大部分網(wǎng)絡(luò)會使用單載波組網(wǎng)，理論上來說，2個D頻段頻點可以實

6、現(xiàn)同頻組網(wǎng)也可以實現(xiàn)異頻組網(wǎng)。 使用單載波異頻組網(wǎng)的方式的確可以降低網(wǎng)內(nèi)干擾、提升下行速率2030%，是一個有效提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的創(chuàng)新手段。在實際青銀高速路段上的嘗試，該部分對SINR提升的增益達(dá)到了28%！2) 3:1時隙配比確保系統(tǒng)資源TDLTE技術(shù)幀長為10ms，包含2個5ms的半幀(類比于TDSCDMA技術(shù)的子幀)；這兩個半幀的結(jié)構(gòu)可以相同也可以不同。每個半幀又包含5個lms子幀(類比于TDSCDMA技術(shù)的時隙)，其中前半幀的第二個子幀必須配置為特殊子幀，用于承載DwPTS、GP和UpPTS信號。3GPP建議的TD-LTE的子幀配比共7種，子幀0、子幀5始終配置給下行。D頻段在建網(wǎng)初期設(shè)置

7、的時隙配比為2:2，F(xiàn)頻段設(shè)置為3:1，那實際網(wǎng)絡(luò)中完全也可以將D頻段設(shè)置為3:1以獲得更好的下行吞吐率。這樣可以將下行時隙從2個提升到3個。由于D頻段不需要兼顧對現(xiàn)網(wǎng)3G網(wǎng)絡(luò)的影響，特殊子幀配置也可以進(jìn)行研究獲得更好吞吐率效果。特殊子幀(子幀1和子幀6)共包含14個OFDM符號(采用常規(guī)CP時)或12個OFDM符號(采用擴展CP時)，其配置共有16種，如果使用F頻段，考慮對現(xiàn)網(wǎng)TDS網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，3GPP建議采用的特殊子幀配比為3:9:2，即為特殊子幀配置5。D頻段考慮的是特殊子幀配置7。理論特殊子幀配置為10:2:2可以獲得常規(guī)時隙75%的吞吐率。所以D頻段采用3:1和采用2:2的理論速率

8、比值為：（3+75%）/（2+75%）=1.36%。理論上有36%左右的速率提升。根據(jù)實驗，在青銀高速實際測試中也獲得了35%的吞吐率提升！3. 方位角預(yù)檢和俯仰角漸進(jìn)優(yōu)化提高效率，減少對物業(yè)影響針對機場高速TD-LTE優(yōu)化難題，天線調(diào)整是覆蓋優(yōu)化的最主要手段，需要對TD-LTE天線方位角、下傾角等進(jìn)行專項優(yōu)化。天線優(yōu)化是一個網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，是一個長期細(xì)致的工作，調(diào)整過程中主要涉及方位角和俯仰角。結(jié)合實際工作經(jīng)驗，在高速移動場景下需要優(yōu)先調(diào)整方位角，其次調(diào)整俯仰角，這樣可以事半功倍。1）方位角優(yōu)化。根據(jù)路測實際測試情況和導(dǎo)入工參數(shù)據(jù)庫，可以得到AzimuthDiff的字段，這個字段可以判決出天饋接

9、反及方位角異常的小區(qū)，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由于現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫往往因多種因素，與實際情況并不相符。所以天饋預(yù)檢放在第一步?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫預(yù)檢功能，就是通過對測試數(shù)據(jù)分析，篩選出可疑小區(qū)。針對這些小區(qū)，需要進(jìn)行站勘并更新數(shù)據(jù)庫或調(diào)整天饋的方位角（使方位角設(shè)置與實際覆蓋區(qū)域一致）設(shè)置。步驟1：針對Distance和AzimuthDiff字段進(jìn)行篩選過濾，過濾出AzimuthDiff大于75度的小區(qū)：Row LabelsCountMaxDistance(km)AvgAzimuth Diff991730.44 135.03 163300.18 98.63 357910.36 107.01 396290.10 1

10、53.72 3973440.35 106.55 398450.43 128.31 尤其是針對同一個基站的2個小區(qū)存在異常的極有可能是天線接反。根據(jù)經(jīng)驗，AzimuthDiff均值應(yīng)在40度左右。其余小區(qū)，建議現(xiàn)場核查天線方位角數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。存在兩種可能性：n 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫信息不準(zhǔn)，需要更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。n 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫信息正確，則需要根據(jù)實際情況調(diào)整方位角，使得天線主瓣方向覆蓋測試區(qū)域。 步驟2：篩選數(shù)據(jù)透視結(jié)果，其中MaxDistance大于500米的小區(qū)過濾如下：Row LabelsCountMaxDistance(km)AvgAzimuth Diff2011080.53 60.58 273805

11、0.57 19.42 核查上表所列小區(qū)的基站經(jīng)緯度及天線掛高等信息。2）俯仰角優(yōu)化。在方位角固化后，通過理想預(yù)測及漸進(jìn)優(yōu)化兩個步驟，完成俯仰角優(yōu)化。理想預(yù)測方法：在方位角確定的前提下，通過極端RF優(yōu)化手段，使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，即預(yù)測出優(yōu)化區(qū)域最佳能達(dá)到什么狀態(tài)。是通過分析測試數(shù)據(jù)，找出網(wǎng)絡(luò)中的“純干擾小區(qū)”和“低效小區(qū)”，并將這些“有害小區(qū)”關(guān)閉，然后測試網(wǎng)絡(luò)的性能，即為網(wǎng)絡(luò)的最佳性能。n 純干擾小區(qū)：在測試過程中，只作為鄰區(qū)出現(xiàn)的小區(qū)，這些小區(qū)對測試路段的貢獻(xiàn)是純干擾，判決條件為：占用數(shù)為0，且Neib采樣點大于一定門限的小區(qū)n 低效小區(qū)：滿足以下條件的，為低效小區(qū)：a) 在測試過程中，

12、占用很少，但作為鄰區(qū)出現(xiàn)的次數(shù)很多b) 作為服務(wù)小區(qū)時，RSRP高于-86dB，且SINR低于10。（說明占用路段存在其它小區(qū)對該路段也有較強覆蓋）漸進(jìn)優(yōu)化方法：在獲得網(wǎng)絡(luò)最佳狀態(tài)信息后，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)原貌，通過RF調(diào)整優(yōu)化，使得網(wǎng)絡(luò)實際情況逼近最佳狀態(tài)。在得到網(wǎng)絡(luò)的最佳預(yù)測性能后，恢復(fù)關(guān)閉小區(qū)的功率發(fā)射。通過優(yōu)化調(diào)整，使得網(wǎng)絡(luò)性能逐漸逼近最佳的過程，即為漸進(jìn)優(yōu)化。漸進(jìn)優(yōu)化按照執(zhí)行順序，包括以下內(nèi)容：l 方位角二次微調(diào)l 俯仰角調(diào)整l 發(fā)射功率調(diào)整這樣經(jīng)過創(chuàng)新流程進(jìn)行RF優(yōu)化調(diào)整，可以起到事半功倍的結(jié)果。實際青銀高速的RF優(yōu)化調(diào)整進(jìn)站次數(shù)控制在2次以內(nèi)，極大降低了對既有站點的物業(yè)影響。主占小區(qū)從72

13、個降低到54個，整體小區(qū)占用序列更加優(yōu)化和流暢。切換成功率也保持在100%。天線調(diào)整對實際道路吞吐量的增益達(dá)到25%。4. 創(chuàng)新引入PRB承載效率指導(dǎo)TM模式優(yōu)化TM模式在實際優(yōu)化中要根據(jù)具體的SINR來進(jìn)行設(shè)置。通常我們采用SINR對應(yīng)的吞吐率來進(jìn)行分析，設(shè)定TM傳輸模式的相關(guān)參數(shù)。但在高速移動模式下，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)資源調(diào)度方面對具體吞吐率存在影響，導(dǎo)致評估出現(xiàn)偏差，所以為很好表征對速率的增益情況，我們定義一個新指標(biāo)：PRB承載效率，具體定義為：DL PDCP速率/時域指配數(shù)/頻率指配數(shù)。其物理意義是每個PRB上承載的有效bit數(shù)。引入該指標(biāo)，可以避免資源調(diào)度對評估的影響，可以更好看到高速移動場景

14、下TM3和TM8的設(shè)置對于速率的影響，指導(dǎo)具體參數(shù)的設(shè)置。從青銀高速區(qū)域的實際TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的測試結(jié)果分析如下：TM8區(qū)域TM3區(qū)域Offset設(shè)置參考從上面曲線看出，當(dāng)SINR低于12時，TM的傳輸效率更高；而SINR高于15時，TM3更高。所以：n 建議設(shè)置小區(qū)的初始transmissionMode為TM8，提升小區(qū)邊緣速率。n 根據(jù)上圖，設(shè)置TM8/3轉(zhuǎn)換門限為12，offset為3。設(shè)置后整條道路具有TM3的占比達(dá)到66%，同時TM8占比達(dá)到34%，這樣整體分布比較合理，整個高速道路上的吞吐率性能獲得了提升。3、 主要技術(shù)創(chuàng)新點（不超過800個漢字）綜上所述，針對高速移動場景，在建網(wǎng)

15、初期可以通過多種手段獲得更好的吞吐率性能，關(guān)鍵創(chuàng)新點總結(jié)如下：1） 全球率先在D頻段組網(wǎng)中創(chuàng)新使用3:1時隙配比。不拘泥于D頻段既有配比方式，將時隙配比從2：2優(yōu)化為3：1，特殊子幀優(yōu)化優(yōu)化為10:2:2，獲得高速移動場景下吞吐率性能的提升，也提升了網(wǎng)絡(luò)容量。在國內(nèi)率先2） 創(chuàng)新實現(xiàn)基于干擾總量評估的TD-LTE異頻組網(wǎng)方式。異頻組網(wǎng)模式獲得更好的SINR，同時也帶來更好的吞吐率。3） 創(chuàng)新采用方位角預(yù)檢和俯仰角漸進(jìn)優(yōu)化進(jìn)行RF優(yōu)化調(diào)整。一是提高效率，避免影響物業(yè)；二是改善結(jié)構(gòu)，提高吞吐率；4） 創(chuàng)新引入PRB承載效率指導(dǎo)高速移動場景下的TM模式優(yōu)化。根據(jù)實際測試結(jié)果優(yōu)化高速移動場景下TM3/

16、8門限，獲得更好邊緣速率和整體速率提升；5） 選用有較好創(chuàng)新算法很好規(guī)避多普勒頻移的設(shè)備組網(wǎng)。保證在80-120Km/h時速下TED-LTE網(wǎng)絡(luò)的性能穩(wěn)定度及性能的優(yōu)越；4、 應(yīng)用情況（不超過800個漢字）在實際青銀高速上的創(chuàng)新思路應(yīng)用效果如下：實際優(yōu)化后的該路線RSRP和ISNR的分布如下圖：5、 經(jīng)濟效益（單位：人民幣萬元）項目總投資額回收期（年） 欄目年份新增利潤新增稅收創(chuàng)收外匯（美元）節(jié)支總額 各欄目的計算依據(jù)：生產(chǎn)、應(yīng)用單位財務(wù)專用章和財務(wù)負(fù)責(zé)人簽字 年 月 日6、社會效益在青島市的機場高速-青銀高速上試運行后，在高于80Km/h時速下獲得56.7Mbps的速率，獲得更高的用戶感知度

17、和網(wǎng)絡(luò)容量，便于推廣到所有高速移動場景。 四、本項目曾獲獎勵情況獲獎時間獎 項 名 稱獎勵等級授獎部門（單位）本表所填獎勵是指： 1.國家設(shè)立的科技獎勵；2.各省、自治區(qū)、直轄市公司設(shè)立的獎勵3.各省、自治區(qū)、直轄市政府設(shè)立的獎勵；4.經(jīng)科技部批準(zhǔn)的社會力量設(shè)立的獎勵。 五、申請、獲得專利情況表國 別申 請 號專 利 號項 目 名 稱 六、主要完成人情況表第 完成人姓 名蔡鵬性別男民族漢出生地青島出生日期1982黨 派共產(chǎn)黨工作單位青島移動聯(lián)系電訊地址及郵政編碼家庭住址住宅電話電子信箱caipeng畢業(yè)學(xué)校中國海洋大學(xué)文化程度研究生學(xué) 位碩士職務(wù)、職稱專業(yè)、專長通信畢

18、業(yè)時間曾獲獎勵及榮譽稱號情況：省科技創(chuàng)新一等獎，集團(tuán)二類成果數(shù)項參加本項目的起止時間從 2013年1月 至2013年10 月主要貢獻(xiàn)1、成果應(yīng)用前及應(yīng)用過程中，推進(jìn)成果應(yīng)用創(chuàng)新及實施2、組織及管理成果應(yīng)用創(chuàng)新及實施3、直接參與成果測試應(yīng)用工作，解決關(guān)鍵、疑難問題、參加實質(zhì)性工作本人簽名： 年 月 日七、主要完成單位情況 單位名稱青島移動LTE建營中心第 完成單位聯(lián)系人蔡鵬傳真聯(lián)系電子信箱caipeng主要貢獻(xiàn)1、成果應(yīng)用前及應(yīng)用過程中，推進(jìn)成果應(yīng)用創(chuàng)新及實施2、組織及管理成果應(yīng)用創(chuàng)新及實施3、直接參與成果測試應(yīng)用工作，解決關(guān)鍵、疑難問題、參加實質(zhì)性工作單位公章： 年 月 日八、申報單位意見申報單位青島移動LTE建營中心通信地址青島市東海西路41號郵編聯(lián)系人基本信息姓名蔡鵬電門LTE建營中心手務(wù)項目經(jīng)理傳真電郵caipeng 申報單位公章 年 月 日 九、用戶使用證明單位名稱通信地址郵編聯(lián)系人基本信息姓名電話部門手機職務(wù)傳真電郵用戶使用情況說明 單位公章年 月 日 十、證明材料一、 項目專利的證明文件1、 已獲授權(quán)的發(fā)明專利應(yīng)當(dāng)提交專利證書，剛剛獲得授權(quán)且尚未取得專利證書的應(yīng)提交授權(quán)通知書。核心發(fā)明專利必須提交專利文獻(xiàn)授權(quán)文本（包括說明書摘要、摘要附圖、權(quán)利要求書、說明書、說明