同频组网干扰的解决方案.docx
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同频组网干扰的解决方案
第二章LTE基本理论
LTE网络结构
网络实体和功能
整个TD-LTE系统由3部分组成:
核心网(EPC,EvolvedPacketCore)、接入网(eNodeB)、用户设备(UE)。
EPC分为三部分:
MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分)
S-GW(ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分)、P-GW(PDNGateway,负责用户数据包与其他网络的处理)和接入网(也称E-UTRAN)由eNodeB构成
网络接口:
S1接口:
eNodeB与EPC;X2接口:
eNodeB之间;Uu接口:
eNodeB与UE。
网络架构由图2-1所示:
图2-1网络架构
eNB功能:
无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等;IP头压缩与用户数据流加密;UE附着时的MME选择;提供到S-GW的用户面数据的路由;寻呼消息的调度与传输;系统广播信息的调度与传输;测量与测量报告的配置。
MME功能:
寻呼消息分发,MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB;安全控制;空闲状态的移动性管理;EPC承载控制;非接入层信令的加密与完整性保护。
服务网关功能:
终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;支持由于UE移动性产生的用户平面切换。
PDN网关功能:
逐用户数据包的过滤和检查。
无线接口协议
无线接口是指终端和接入网质检费接口,简称Uu接口,通常我们称之为空中接口。
无线接口协议主要分为三层两面,三层包括物理层、数据链路层、逻辑链路层,两面是指控制平面和用户平面。
数据链路层被分为3层,包括媒体接入控制(MACMediumAccessControl)、无线链路控制(RLCRadioLinkControl)和分组数据汇聚协议(PDCPPacketDataConvergenceProtocol)3个子层。
网元间控制面整体协议栈和网元间用户面整体协议栈分别如图2-2和图2-3所示:
图2-2网元间控制面整体协议栈
图2-3网元间用户面整体协议栈
物理层关键技术
OFDM基本理论
在共享的信道中进行多路或多用户传输时,需要采用信道复用技术。
多路复用和多址技术,是对信道资源的一种分割复用和对接受信号的寻址分离技术:
在通信系统的发送端,对信道资源进行划分分割,分配给多路和多用户进行复用传输;在通信系统的接受端,对接受到的信号进行分离和寻址,恢复发送端的多路和多用户信号。
信道的复用方式有:
①频分复用方式,信道按照频率进行划分分割,多路或多址信号占用不重叠的频带;②时分复用方式,信道按照时间进行划分分割,多路或多址信号占用不重叠时隙的时隙;③码分复用方式,多路或多址信号占用时间和频率重叠,依照不同扩频地址码进行复用和分割;④空分复用方式,信道按照空间进行划分分割,多路或多址信号占用不重叠的空间。
OFDM是一种基于正交多载波的频分复用技术。
OFDM传输的基本概念:
高速串行数据流经串/并转换后,分割成大量的低速数据流,每路数据采用独立载波调制并叠加发送,接受端依据正交载波特性分离多路信号。
OFDM的工作原理如图2-1所示。
我们看到,OFDM与传统FDM的区别在于,传统的频分复用技术需要在载波间保留一定的保护间隔来减少不同载波间频谱的重叠,从而避免各载波间的相互干扰;而OFDM技术的不同载波间的频谱是重叠在一起的,各子载波间通过正交特性来避免干扰,有效减少了载波间的保护间隔,提高了频谱利用率。
图2-1OFDM基本原理
总结目前OFDM技术和应用的现状,可以归纳出5个重要特点。
1低速并行传输:
高速串行数据流经串/并转换后,分割成若干低速并行数据流;每路并行数据流采用独立载波调制并叠加发送。
2抗摔落与均衡:
由于OFDM对信道频带的分割作用,每个子载波占据相对窄的信道带宽,因而可以把它看作是平坦衰落的信道;这样,OFDM技术就具有系统大带宽的抗摔落特性和子载波小带宽的均衡简单的特性。
3抗多径时延引起的码间干扰:
在OFDM技术中可以引入循环前缀(CP),只要CP的时间间隔长于信道时延扩展,就可以完成消除码间干扰的影响。
4多用户调度:
OFDM系统可以利用信道的频率选择性进行多用户调度,用户可以选择最好的频率资源进行数据传输,从而获得频域的多用户分集增益。
5基于DFT的实现:
可以采用离散傅里叶变换(DFT)进行OFDM信号的调制和解调,从而解决了OFDM的技术实现问题。
在更宽带宽下,为何是OFDM技术而不是CDMA技术我们可以从如下几个方面去理解这个问题。
第一,OFDM比较干净、简单地解决了多径信道的问题,而CDMA系统的Rake接收机在更高数据速率下的复杂性和性能难以接受;第二,OFDM实现简单,造价便宜;第三,OFDM可以灵活地选择带宽;第四,可以方便的进行自适应控制和调度,具有较高的频谱利用率;第五,OFDM易于与,MIMO技术结合;第六,闭环的功率控制技术在分组域传输的情况下难以有效的工作,给CDMA带来较大的困难。
多天线技术
多入多出(MIMO)是指在发送端有多根天线,接收端也有多根天线的通信系统。
一般将在发射端和接收端中的某一端拥有多天线的多入单出(MISO)、单入多出(SIMO)也看作是MIMO的一种特殊情况。
MIMO可以有效提高信道容量,提高系统性能,被认为将是移动通信实现高速率数据传输、提高传输质量的重要途径。
作为第四代移动通信技术的长期演进(LTE),可以实现极高的数据传输速率。
而OFDM和MIMO技术作为LTE的两项最重要的技术,是LTE能够实现极高数据峰值的关键所在。
MIMO在LTE中的应用模式主要有两种,一种用于提高链路质量,即MIMO发射分集;一种用于提高数据传输速率,即MIMO空分复用。
对比分析MIMO系统有以下优点:
(1)MIMO系统降低了码间干扰(ISI).在移动通信空间无线信道中,由于多径效应等原因造成码间干扰.在MIMO系统中,高速的数据流经过串并转换为多个低速的数据子流,每个码的长度增加,抗码间干扰的能力明显增加。
(2)MIMO系统提高了空间分集增益.由于MIMO系统中发射或者接收端的多个天线中,各个天线之间有足够的隔离度,各空间信道的相关性很小,因此能够提供更高的空间分集增益。
(3)MIMO系统提高了无线信道容量和频谱利用率.MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化,从而实现高的通信容量和频谱利用率.这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。
子帧结构
TD-LTE帧结构如图2-2所示:
无论是正常子帧还是特殊子帧,长度均为1ms。
FDD子帧长度也是1ms。
一个无线帧分为两个5ms半帧,帧长10ms。
和FDDLTE的帧长一样。
特殊子帧DwPTS+GP+UpPTS=1ms
图2-2子帧结构
转换周期为5ms表示每5ms有一个特殊时隙。
这类配置因为10ms有两个上下周期行转换点,所以HARQ的反馈较为及时。
适用于对时延要求较高的场景,
转换为10ms表示每10ms有一个特殊时隙。
这种配置对时延的保证略差一些,
但是好处是10ms只有一个特殊时隙,所以系统损失的容量相对较小。
TD-LTE上下行配比表如图2-3所示:
图2-3上下行配比表
PRACH
2..PRACH规划
PRACH传送被分为:
•时域(prachConfigIndex)
–适用于TDD,同步的FDD网络或非同步的FDD网络中某个eNB的小区
–[-]:
小区A的PRACH将对小区B的PUSCH产生干扰,相反也是
–[+]:
如果PRACH区域不重叠,则PRACH间没有干扰(取决于PRACH格式)
•频域(prachFreqOff)
–PRACH频域位置应紧随PUCCH信道区域,或者在频带的上边界,或者在频带的下边界,不能与PUCCH信道区域有重叠。
–PRACH配置避免把PUSCH信道区域分成两个区域。
–所有小区设置相同的配置。
•序列(PRACHCSandrootSeqIndex)
–所有相邻小区使用不同的序列
3GPP关于TDD定义了5种前导信号格式如图2-4所示,格式0~3随即接入信号在常规子帧上发射,格式4仅在特殊子帧的UpPTS上发射随机接入信号.
图2-4前导信号格式
PRACH配置指示prachConfIndex
如图2-5所示,该参数定义了前导信号的格式类型及其允许随机接入前导信号发射的子帧。
•PRACH密度数值指示每10ms帧发射多少随机接入信道资源。
–RACHdensity=1每帧发射一个随机接入信道资源;
–RACHdensity=2每帧发射2个随机接入信道资源。
PRACH频率偏置prachFreqOff指示PRACH在上行频带的第一个有效的PRB位置。
•PRACH频域(6PRBs)位置应紧随PUCCH信道区域,或者在频带的上边界,或者在频带的下边界,不能与
PUCCH信道区域有重叠。
•参数配置基于PUCCH区域(参见PUCCHdimensioning),该值决定多少个有效的PUCCH信道资源。
•如果PRACH区域被放置在上行频带的下边缘,则:
PRACH-FrequencyOffset=roundup[PUCCHresources/2]
•如果PRACH区域被放置在上行频带的上边缘,则:
PRACH-FrequencyOffset=NRB-6-roundup[PUCCHresources/2]
图2-5PRACH配置指示
PRACH循环移位
PrachCS定义了循环移位尺寸,用于前导序列的生成。
例如生成某前导序列需要循环移位的数量。
PrachCS决定了小区覆盖半径,并且不同小区半径对应不同的CS。
RootSeqIndex指示生成一组64个前导序列时所用到第一个根序列:
每一个逻辑根序列对应一个物理根序列号,一旦需要超过一个根序列,则须选择连续的号码,直到全部生成。
干扰
随着新技术的不断出现以及移动通信理念的变革,为了把握新一轮的技术浪潮,保持在移动通信领域的领导地位,2004年底3GPP启动了关于3G演进,即LTE的研究与标准化工作。
随着LTER8、R9标准的冻结,LTE正日益成为业界的热点。
LTE系统同时定义了频分双工(FrequencyDivisionDuplexing,FDD)和时分双工(TimeDivisionDuplexing,TDD)两种方式,但由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素,LTEFDD支持阵营更加强大,标准化与产业发展都领先于LTETDD。
2007年11月,3GPPRAN1会议通过了27家公司联署的LTETDD融合帧结构的建议,统一了LTETDD的两种帧结构。
融合后的LTETDD帧结构是以TD-SCDMA的帧结构为基础的,这就为TD-SCDMA成功演进到LTE乃至4G标准奠定了基础。
在工信部TD-LTE工作组的领导下,规范制定、MTNet测试和6城市试验网正在紧张有序地进行。
随着技术标准不断完善、产业链不断成熟、系统能力不断提高,TD-LTE将很快进入商用时代。
干扰是影响网络质量的关键因素之一,对通话质量、掉话、切换、拥塞以及网络的覆盖、容量等均有显著影响。
如何降低或消除干扰是TD-LTE网络性能能否充分发挥的重要环节,同时也是网络规划、优化的重要任务之一。
TD-LTE组网干扰分内部干扰和外部干扰,内部干扰包括同频组网干扰和异频干扰,外部干扰又包括系统间干扰及其它随机干扰。
本文将重点分析系统内的同频和异频干扰,以及系统间与TD-SCDMA的干扰。
系统内干扰
TD-LTE的组网包括同频和异频两种方式,对于同频组网,整个系统覆盖范围内的所有小区可以使用相同的频带为本小区内的用户提供服务,因此频谱效率高。
但是对各子信道之间的正交性有严格的要求,否则会导致干扰。
对于异频组网,由于频率的不同产生了一定的隔离度,但是仍然需要进行合理的频率规划,确保网络干扰最小,同时由于受限于频带资源,所以存在着干扰控制与频带使用的平衡问题。
同频组网
由于OFDM的各子信道之间是正交的,这种特点决定了小区内干扰可以通过正交性加以克服。
如果由于载波频率和相位的偏移等因素造成子信道间的干扰,可以在物理层通过采用先进的无线信号处理算法使这种干扰降到最低。
因此,一般认为OFDMA系统中的小区内干扰很小。
对于小区间的同频干扰,可以采用干扰抑制技术,主要包括干扰随机化、干扰消除和干扰协调。
干扰随机化和干扰消除是一种被动的干扰抑制技术,对网络的载干比并无影响。
干扰随机化通过比如加扰、交织,跳频、扩频、动态调度等方式,使系统在时间和频率两个维度的干扰平均化。
干扰消除利用干扰的有色特性,对干扰进行一定程度的抑制,即:
通过UE的多个天线对空间有色干扰进行抑制。
波束成形在空间维度,通过估计干扰的空间谱特性,进行多天线抗干扰合并;在频率维度,通过估计干扰的频谱特性,优化均衡参数,进行单天线抑制,如IRC。
干扰协调对小区边缘可用的时频资源作一定的限制,正交化或半正交化,是一种主动的控制干扰技术,理想的协调是分配正交的资源,但这种资源通常有限;非理想的协调可以通过控制干扰的功率,降低干扰。
干扰协调主要分为静态ICIC、半静态ICIC以及动态ICIC。
静态ICIC的核心是各小区的无线资源按照一定规则分配后固化使用。
小区边缘用户使用整个可用频段的一部分,并且邻小区相互正交,用户全功率发送;小区中心用户可以使用整个可用频段,但降功率发送;
动态ICIC是在静态ICIC的基础上通过eNodeB进行实时调度,在相邻小区间协调频率资源的使用,以达到抑制干扰目的,适应小区间负载不均匀的场景;小区边缘频带扩展时需要综合考虑邻区边缘频带的情况,防止发生冲突;
异频组网
根据上面的分析,TD-LTE系统在本小区内不存在同频干扰,干扰主要来自于使用相同频率的邻小区。
如果在服务小区与最相邻的小区之间保持异频,通过空间传播距离隔离同频小区,这样就能够尽可能的降低同频干扰。
异频组网中相邻小区为了降低干扰,使用不同的频率,频谱效率相对于同频要差一些,但RRM算法简单,边缘速率相对于同频组网会高一些。
因此,如果采用异频组网,需要进行合理的频率规划,确保网络干扰最小。
同时,由于受限于频带资源,所以存在着干扰控制与频带使用的平衡问题。
仿真结果如图也表明:
相比于同频组网,异频组网对小区载干比C/I能力得到了很大提高。
这意味着同样覆盖的面积下,在获得同样频率资源单位的情况下,用户有更高的传输速率。
同时,覆盖区域的边缘用户的峰值速率可获得提高。
图2-6同频与异频组网C/I对比仿真
以OFDMA技术为基础的TD-LTE系统的空中接口没有使用扩频技术,由此,信道编码技术所产生的处理增益相对较小,降低了小区边缘的干扰消除能力。
为了提高LTE系统容量而必须要采取的有效的频率复用技术,一种好的频率复用方式可以极大降低TD-LTE的干扰,使系统达到最佳性能。
目前业界采用比较多的是“软频率复用”或“部分频率复用”方式。
即将频率资源分为若干个复用集。
如图2所示,小区中心的用户可以采用较低的功率发射和接收,即使占用相同的频率也不会造成较强的ICI,因此被分配在复用系数为1的复用集。
小区边缘的用户需要采用较高的功率发送和接收,有可能造成较强的ICI,因此被分配在频率复用系数为1/N的复用集。
这样可以通过异频的方式降低小区间的干扰。
第三章软件介绍
CDS软件的基本介绍
CDS软件和硬件
CDSLTE是北京惠捷朗科技有限公司开发的无线网络优化路测工具,可满足LTE网络规划、建设、开通验收、维护优化等各阶段对空中接口的测试需求。
CDS的硬件构主要由以下四部分构成:
◆测试电脑:
最低配置:
主频\RAM512M\40G硬盘
◆测试设备:
LTEUE
◆GPS设备:
支持RS232、USB以及蓝牙接口的GPS设备,
协议类型NMEA0183
◆加密狗:
用于CDS软件授权控制
CDS软件运行环境主要有以下四个方面的要求:
◆操作系统:
WindowsXP(SP3)、Vista(不推荐),Windows7(SP1),Win8
◆办公软件:
Excel2003或以上(推荐Office2007或以上)
◆浏览器版本:
IE或以上(推荐或以上)
◆全球地图软件:
GoogleEarth(可选)
CDS软件安装和启动
CDSLTE安装包包含三个安装程序:
(1)CDS安装程序:
;
(2)补丁1:
(3)补丁2:
以上三个程序无安装顺序,按照默认步骤,全部成功安装即可。
插入加密狗,双击电脑桌面上的图标即可启动软件。
【注意事项】
若软件启动失败,出现如图3-1提示:
图3-1
请确认是否正确安装补丁1。
若软件启动失败,出现如图3-2的提示:
图3-2
请确认:
1.是否插入加密狗,也可尝试重新插拔加密狗后再启动软件
2.如果使用WIN7操作系统,必须使用管理员身份启动软件(右键—以管
理员身份运行)
3.如使用的是试用的加密狗,请确认加密狗是否已到期
CDS界面介绍
CDS用户界面可以分为操作界面和视图界面两个部分,如图3-3所示:
操作界面:
图中蓝色部分,包括标题栏,工具栏,导航栏以及资源管理
器,大部分的CDS配置和控制操作从此部分发起。
视图界面:
图中红色部分,CDS测试数据展示窗口,为用户提供了灵活
直观的数据呈现。
图3-3用户界面
CDS界面的左侧栏为导航栏,有6个按钮,点击按钮可以打开对应的管理器。
:
设备管理,用于添加/删除测试设备以及配置自动测试计划。
此按钮在“回放”状态将被隐藏。
:
视图管理,管理器中分类列出预定义的视图及视图页,用户可双击或
拖拽打开选中的视图或视图页。
:
分析模块管理,管理器中列出的每一项对应一个数据分析模块,这些
模块只可在“回放”状态使用,进入“连接”状态后此按钮被隐藏。
:
IE列表,管理器中分类列出了CDS支持的测试数据类型,用户可选择
一个或多个拖拽到视图或后处理插件中。
测试数据的显示风格也在这里设置。
:
事件列表,管理器中分类列出内置事件以及用户自定义事件。
用户可
以为事件配置图标、告警音、字体颜色;配置自定义事件;定义事件组等。
用户
也可以将事件或事件组拖拽到某些视图中。
:
过滤器管理,过滤器是用户定义的逻辑表达式,用于数据后处理阶段
根据需求过滤数据。
用户在此可以修改过滤器的定义,也可以将过滤器拖拽到某
些视图中。
CDS文件格式
CDS两种专用的文件格式:
工作区文件(*.wks)和日志文件(*.log)。
工作区文件和日志文件的存储位置均由用户在文件创建时自由指定。
工作区文件(*.wks):
此文件用来保存用户对CDS的配置信息,用户可
根据需求建立多个工作区文件来快速恢复使用场景。
CDS同时只能打开
一个工作区,工作区文件存储下面三类配置信息:
硬件配置、自动测试计划配置和视图配置。
日志文件(*.log):
此文件用来保存采集的测试数据,用户可打开日志文
件进行回放和后处理工作。
CDS支持用户同时打开多个日志文件,并可随时在打开的多个文件中进行切换回放。
CDS软件测试操作
添加设备
设备添加需要在设备管理模块中完成。
并且设备的添加、删除操作只能在软件处于“空闲”状态时进行。
设备添加两种模式:
手动添加和自动添加。
手动添加
点击管理器工具栏中的添加设备按钮,会弹出可添加的设备列表菜单,在列表中选择希望添加的设备。
设备添加后,CDS自动搜索系统中的设备,在设备的端口下拉列表中将自动添加发现的设备端口,用户需要为设备指定正确的端口。
自动添加
如有保存过的工作区,可直接打开已有的工作区文件,快速载入设备配置,无需手动添加。
【注意事项】
特殊情况下,如果实际设备已连接到系统,但CDS未能正确自动识其端口,此时可为设备强制指定端口,请按如下步骤操作:
点击弹出设备管理器菜单,在设备列表中找到对应设备的正确端口,点击右键在弹出的菜单中选择“使用此串口”,打开已有工作区快速恢复测试环境时,也需确认设备是否对应正确的端口。
连接设备
点击工具栏按钮,软件会根据配置尝试连接添加的设备。
如果硬件设备与CDS通信正常,则连接按钮变为,视图开始显示采集的数据;如果有任何一个硬件设备与CDS未能正确通信则会弹出错误提示框。
在软件与设备处于连接态时,点击按钮即可断开连接;当软件处于记录日志状态时,不可断开连接,该按钮灰显。
录取日志
软件处于连接状态时,数据只会在界面上刷新不会被保存,点击记录按钮弹出保存日志对话框,输入日志名称、路径信息确定后开始记录日志。
此时,采集的数据实时保存至日志文件里,不会因为软件、系统的意外故障而导致测试
数据丢失。
点击停止按钮,停止记录日志。
执行自动测试连接设备后即可执行自动测试,但大多情况下自动测试执行放在开始录制日志之后。
执行测试之前需要先在对应设备下配置自动测试计划。
点击工具栏按钮将开始执行已配置的ATE测试计划,此时按钮变为,当所有测试计划都退出后按钮恢复。
在测试执行过程中用户可点击停止按钮,这样所有自动测试将被强制退出。
测试业务设置
ATE测试
在设备管理器中点击需要配置测试项目的终端,选择其下方的“ATE测试”
标签,在此处进行自动测试的配置:
添加项目:
点击按钮在测试计划中插入一条新的测试项目。
如果当前已选中了某个测试项目,新项目会在这个项目后插入,如果当前没有选中任何项目,新项目会作为测试计划中的第一个测试项目插入。
点击已添加的测试项目名称,可在下拉菜单中更改测试项目。
删除项目:
首先选中已添加的测试项目,点击将其删除。
测试模板管理:
点击,可将当前的测试项目配置保存为模板,或导入
已有的测试模板。
测试循环次数:
在编辑框中,用户可输入任意数字,为自动测试设置循环执行的次数。
如打开已有工作区,即可自动载入已配置的测试项目,无需重复添加。
FTP下载和上传设置
FTP下载和上传参数设置一致。
详细参数设置和参数说明见图3-4。
图3-4参数列表
【注意事项】
如果FTP服务器登录失败,请检查:
FTP的地址与登录用户名、密码是否正确勾选“被动模式”后尝试重新接入。
如果FTP服务器可正常登录,但文件下载失败,请检查:
服务器文件路径是否正确可尝试将线程数量设置为“1”,重新下载(有些服务器设置会限制下载线程数)。
如果FTP服务器可正常登录,但下载速率较低,请检查:
服务器文件路径是否正确尝试设置多线程下载,可尝试选择其他的传输类型(Binarymode或ASCIImode),重新下载。
后台分析
在导航栏单击,可打开分析管理器,双击各分析模块,即可启用对应的
分析功能。
后分析模块均可对多个日志进行统计,与回放区间无关。
IE数据统计
IE统计分析可对IE列表中的任一个或多个IE值进行数据分析,统计其均值、最大值、最小值、采样数量信息,并
- 配套讲稿:
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