高速移动场景下TD-LTE创新组网方式及优化研究----双奖申报书格式

1、中国移动科技进步奖励申报书项目名称：高速移动场景下TD-LTE创新组网方式及优化研究申报单位：山东移动青岛公司中国移动通信集团公司2013年11月7日一、项目基本情况项目名称中文高速移动场景下TD-LTE创新组网方式及优化研究英文主要完成人蔡鹏主要完成单位山东移动青岛公司LTE建营中心主 题 词LTE、高速公路任务来源A.中国移动通信集团公司计划 B各省、自治区、直辖市公司计划 C申报单位自立项目 D.基金资助 E国际合作 项目起止时间 起始： 年 月 日 完成： 年 月 日二、项目简介(不超过800个汉字)移动无线网络在高速场景下的主要挑战为多普勒频移，本成果主要从参数研究，覆盖研究，组网研

2、究等三个层面通过创新手段全面提升高速移动场景下的TD-LTE网络性能，实际应用在青银高速上，下载速率可以达到56.7Mbps，处于国内领先水平。三、项目详细内容1、 立项背景（不超过800个汉字）该成果适合在高速移动场景下，如机场高速、高速公路、地铁等场景中，进行创新手段进行调整优化即可获得。如果对于上行速率有更高要求区域，可以只采用异频方案，可以保留时隙配比2:2。2、 详细技术内容（不超过1000个汉字）青银高速南起深圳路北至流亭机场，全长25.8km，全程高速，车速在80-120Km/h之间，属于典型的高速场景，同时也是重要的对外窗口。针对高速场景下的TD-LTE性能提升具有典型的社会效

3、益和经济效益。针对高速移动场景下的TD-LTE性能提升主要从以下几个方面开展创新研究工作：1. 线性插值算法对抗多普勒频移当多普勒效应达到一定程度时，将会致使一个OFDM符号时间内的监测信道产生畸变，诸如正弦信号的扭曲。这种信道变化通常会破坏OFDM子载波间的正交性，从而导致子载波间干扰（ICI）。另一方面，一旦发射机和接收机之间出现频率偏移，我们在接收端将无法得到整数倍的正弦信号循环，最终也会导致不同频率的正弦信号失去正交性。根据PRACH前导信号频偏fRA= 1/ TSEQs = 1.25kHz（Preamble 03)，可知目前LTE系统本身可以克服小于1.25kHz的频偏。Preamb

4、le格式Preamble发射窗口TCP(Ts)TSEQ(Ts)TGAP(Ts)小区最大覆盖距离(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为了抑制多普勒频移，贝尔的TD-LTE的系统设计采用了诸如线性插值算法等多种方式

5、来补偿频偏，从而保证高速状态下LTE性能的稳定性，可以应对120Km/h时速的高速移动环境。2. 创新组网模式获得更高吞吐率众所周知，LTE网络的性能主要受到资源调配和SINR的影响。1) 异频组网获得更高SINR中国移动TD-LTE 4G网络D频段目前有50M频点。频段 3GPP频段号频段实际频段（MHz）频点号可用带宽（MHz）D频段 38 2.6GHz 25702620 3775038249 50 为了速率最大化，一个频点使用20M带宽，2个频点占用中间40M带宽，D1频点频点号37900，D2频点频点号38100。在建网初期，大部分网络会使用单载波组网，理论上来说，2个D频段频点可以实

6、现同频组网也可以实现异频组网。 使用单载波异频组网的方式的确可以降低网内干扰、提升下行速率2030%，是一个有效提升网络质量的创新手段。在实际青银高速路段上的尝试，该部分对SINR提升的增益达到了28%！2) 3:1时隙配比确保系统资源TDLTE技术帧长为10ms，包含2个5ms的半帧(类比于TDSCDMA技术的子帧)；这两个半帧的结构可以相同也可以不同。每个半帧又包含5个lms子帧(类比于TDSCDMA技术的时隙)，其中前半帧的第二个子帧必须配置为特殊子帧，用于承载DwPTS、GP和UpPTS信号。3GPP建议的TD-LTE的子帧配比共7种，子帧0、子帧5始终配置给下行。D频段在建网初期设置

7、的时隙配比为2:2，F频段设置为3:1，那实际网络中完全也可以将D频段设置为3:1以获得更好的下行吞吐率。这样可以将下行时隙从2个提升到3个。由于D频段不需要兼顾对现网3G网络的影响，特殊子帧配置也可以进行研究获得更好吞吐率效果。特殊子帧(子帧1和子帧6)共包含14个OFDM符号(采用常规CP时)或12个OFDM符号(采用扩展CP时)，其配置共有16种，如果使用F频段，考虑对现网TDS网络产生影响，3GPP建议采用的特殊子帧配比为3:9:2，即为特殊子帧配置5。D频段考虑的是特殊子帧配置7。理论特殊子帧配置为10:2:2可以获得常规时隙75%的吞吐率。所以D频段采用3:1和采用2:2的理论速率

8、比值为：（3+75%）/（2+75%）=1.36%。理论上有36%左右的速率提升。根据实验，在青银高速实际测试中也获得了35%的吞吐率提升！3. 方位角预检和俯仰角渐进优化提高效率，减少对物业影响针对机场高速TD-LTE优化难题，天线调整是覆盖优化的最主要手段，需要对TD-LTE天线方位角、下倾角等进行专项优化。天线优化是一个网络的基础，是一个长期细致的工作，调整过程中主要涉及方位角和俯仰角。结合实际工作经验，在高速移动场景下需要优先调整方位角，其次调整俯仰角，这样可以事半功倍。1）方位角优化。根据路测实际测试情况和导入工参数据库，可以得到AzimuthDiff的字段，这个字段可以判决出天馈接

9、反及方位角异常的小区，并进行优化调整。由于现场基础数据库往往因多种因素，与实际情况并不相符。所以天馈预检放在第一步。基础数据库预检功能，就是通过对测试数据分析，筛选出可疑小区。针对这些小区，需要进行站勘并更新数据库或调整天馈的方位角（使方位角设置与实际覆盖区域一致）设置。步骤1：针对Distance和AzimuthDiff字段进行筛选过滤，过滤出AzimuthDiff大于75度的小区：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 尤其是针对同一个基站的2个小区存在异常的极有可能是天线接反。根据经验，AzimuthDiff均值应在40度左右。其余小区，建议现场核查天线方位角数据准确性。存在两种可能性：n 基础数据库信息不准，需要更新基础数据库。n 基础数据库信息正确，则需要根据实际情况调整方位角，使得天线主瓣方向覆盖测试区域。 步骤2：筛选数据透视结果，其中MaxDistance大于500米的小区过滤如下：Row LabelsCountMaxDistance(km)AvgAzimuth Diff2011080.53 60.58 273805

11、0.57 19.42 核查上表所列小区的基站经纬度及天线挂高等信息。2）俯仰角优化。在方位角固化后，通过理想预测及渐进优化两个步骤，完成俯仰角优化。理想预测方法：在方位角确定的前提下，通过极端RF优化手段，使网络性能达到最佳状态，即预测出优化区域最佳能达到什么状态。是通过分析测试数据，找出网络中的“纯干扰小区”和“低效小区”，并将这些“有害小区”关闭，然后测试网络的性能，即为网络的最佳性能。n 纯干扰小区：在测试过程中，只作为邻区出现的小区，这些小区对测试路段的贡献是纯干扰，判决条件为：占用数为0，且Neib采样点大于一定门限的小区n 低效小区：满足以下条件的，为低效小区：a) 在测试过程中，

12、占用很少，但作为邻区出现的次数很多b) 作为服务小区时，RSRP高于-86dB，且SINR低于10。（说明占用路段存在其它小区对该路段也有较强覆盖）渐进优化方法：在获得网络最佳状态信息后，恢复网络原貌，通过RF调整优化，使得网络实际情况逼近最佳状态。在得到网络的最佳预测性能后，恢复关闭小区的功率发射。通过优化调整，使得网络性能逐渐逼近最佳的过程，即为渐进优化。渐进优化按照执行顺序，包括以下内容：l 方位角二次微调l 俯仰角调整l 发射功率调整这样经过创新流程进行RF优化调整，可以起到事半功倍的结果。实际青银高速的RF优化调整进站次数控制在2次以内，极大降低了对既有站点的物业影响。主占小区从72

13、个降低到54个，整体小区占用序列更加优化和流畅。切换成功率也保持在100%。天线调整对实际道路吞吐量的增益达到25%。4. 创新引入PRB承载效率指导TM模式优化TM模式在实际优化中要根据具体的SINR来进行设置。通常我们采用SINR对应的吞吐率来进行分析，设定TM传输模式的相关参数。但在高速移动模式下，经常发现资源调度方面对具体吞吐率存在影响，导致评估出现偏差，所以为很好表征对速率的增益情况，我们定义一个新指标：PRB承载效率，具体定义为：DL PDCP速率/时域指配数/频率指配数。其物理意义是每个PRB上承载的有效bit数。引入该指标，可以避免资源调度对评估的影响，可以更好看到高速移动场景

14、下TM3和TM8的设置对于速率的影响，指导具体参数的设置。从青银高速区域的实际TD-LTE网络的测试结果分析如下：TM8区域TM3区域Offset设置参考从上面曲线看出，当SINR低于12时，TM的传输效率更高；而SINR高于15时，TM3更高。所以：n 建议设置小区的初始transmissionMode为TM8，提升小区边缘速率。n 根据上图，设置TM8/3转换门限为12，offset为3。设置后整条道路具有TM3的占比达到66%，同时TM8占比达到34%，这样整体分布比较合理，整个高速道路上的吞吐率性能获得了提升。3、 主要技术创新点（不超过800个汉字）综上所述，针对高速移动场景，在建网

15、初期可以通过多种手段获得更好的吞吐率性能，关键创新点总结如下：1） 全球率先在D频段组网中创新使用3:1时隙配比。不拘泥于D频段既有配比方式，将时隙配比从2：2优化为3：1，特殊子帧优化优化为10:2:2，获得高速移动场景下吞吐率性能的提升，也提升了网络容量。在国内率先2） 创新实现基于干扰总量评估的TD-LTE异频组网方式。异频组网模式获得更好的SINR，同时也带来更好的吞吐率。3） 创新采用方位角预检和俯仰角渐进优化进行RF优化调整。一是提高效率，避免影响物业；二是改善结构，提高吞吐率；4） 创新引入PRB承载效率指导高速移动场景下的TM模式优化。根据实际测试结果优化高速移动场景下TM3/

16、8门限，获得更好边缘速率和整体速率提升；5） 选用有较好创新算法很好规避多普勒频移的设备组网。保证在80-120Km/h时速下TED-LTE网络的性能稳定度及性能的优越；4、 应用情况（不超过800个汉字）在实际青银高速上的创新思路应用效果如下：实际优化后的该路线RSRP和ISNR的分布如下图：5、 经济效益（单位：人民币万元）项目总投资额回收期（年） 栏目年份新增利润新增税收创收外汇（美元）节支总额 各栏目的计算依据：生产、应用单位财务专用章和财务负责人签字 年 月 日6、社会效益在青岛市的机场高速-青银高速上试运行后，在高于80Km/h时速下获得56.7Mbps的速率，获得更高的用户感知度

17、和网络容量，便于推广到所有高速移动场景。 四、本项目曾获奖励情况获奖时间奖 项 名 称奖励等级授奖部门（单位）本表所填奖励是指： 1.国家设立的科技奖励；2.各省、自治区、直辖市公司设立的奖励3.各省、自治区、直辖市政府设立的奖励；4.经科技部批准的社会力量设立的奖励。 五、申请、获得专利情况表国 别申 请 号专 利 号项 目 名 称 六、主要完成人情况表第 完成人姓 名蔡鹏性别男民族汉出生地青岛出生日期1982党 派共产党工作单位青岛移动联系电讯地址及邮政编码家庭住址住宅电话电子信箱caipeng毕业学校中国海洋大学文化程度研究生学 位硕士职务、职称专业、专长通信毕

18、业时间曾获奖励及荣誉称号情况：省科技创新一等奖，集团二类成果数项参加本项目的起止时间从 2013年1月 至2013年10 月主要贡献1、成果应用前及应用过程中，推进成果应用创新及实施2、组织及管理成果应用创新及实施3、直接参与成果测试应用工作，解决关键、疑难问题、参加实质性工作本人签名： 年 月 日七、主要完成单位情况 单位名称青岛移动LTE建营中心第 完成单位联系人蔡鹏传真联系电子信箱caipeng主要贡献1、成果应用前及应用过程中，推进成果应用创新及实施2、组织及管理成果应用创新及实施3、直接参与成果测试应用工作，解决关键、疑难问题、参加实质性工作单位公章： 年 月 日八、申报单位意见申报单位青岛移动LTE建营中心通信地址青岛市东海西路41号邮编联系人基本信息姓名蔡鹏电门LTE建营中心手务项目经理传真电邮caipeng 申报单位公章 年 月 日 九、用户使用证明单位名称通信地址邮编联系人基本信息姓名电话部门手机职务传真电邮用户使用情况说明 单位公章年 月 日 十、证明材料一、 项目专利的证明文件1、 已获授权的发明专利应当提交专利证书，刚刚获得授权且尚未取得专利证书的应提交授权通知书。核心发明专利必须提交专利文献授权文本（包括说明书摘要、摘要附图、权利要求书、说明书、说明