關(guān)于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)物理層峰值吞吐率的分析

瞿水華，李鐵峰，章瑩，林堅(jiān)立，鄭石

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，深圳 518048）

關(guān)于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)物理層峰值吞吐率的分析

瞿水華，李鐵峰，章瑩，林堅(jiān)立，鄭石

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，深圳 518048）

本文主要著重探討了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)小區(qū)和和終端物理層理論上的峰值吞吐率，分析了上下行不同時隙配比下是否與TD-SCDMA共存系統(tǒng)等不同情況的區(qū)別，最后給出相應(yīng)的理論物理層峰值吞吐率，可供TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參考。

TD-LTE；吞吐率；時隙配比；特殊子幀

隨著中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷推進(jìn)，寬帶移動化將逐步得到實(shí)現(xiàn)，用戶將真正的體驗(yàn)到高速的移動業(yè)務(wù)。

IMT-Advanced系統(tǒng)需求明確指出：在高速移動場景下，未來移動通信系統(tǒng)能夠支持到100Mbit/s，在低速移動場景下，能夠支持1Gbit/s。LTE是3GPP長期演進(jìn)項(xiàng)目，兼容目前的3G系統(tǒng)，主要采用OFDM和MIMO技術(shù)作為無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s和上行50Mbit/s的峰值速率。

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和業(yè)務(wù)規(guī)劃中，小區(qū)和終端各自的物理層峰值速率是很重要參考數(shù)值。在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中是否和TD-SCDMA共存系統(tǒng)也影響到兩者的峰值速率，因此有必要計(jì)算清楚各種情況下小區(qū)和終端的理論物理層峰值速率。

1 時隙配比對特殊子幀的影響

1.1 TD-SCDMA和TD-LTE共系統(tǒng)，TD-LTE不同時隙配比下特殊子幀符號配比

在TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)中，其中F頻段基站主要建設(shè)方式是從現(xiàn)網(wǎng)TD-SCDMA基站升級為TD-LTE/TD-SCDMA雙模站，TD-LTE和TDSCDMA共RRU，我們稱之為共存系統(tǒng)。為避免干擾，需要兩系統(tǒng)時隙翻轉(zhuǎn)上一致對齊，或者由于寬頻功放，只能采用一種時隙翻轉(zhuǎn)控制。目前TD-SCDMA現(xiàn)網(wǎng)上下行時隙配比統(tǒng)一為2：4，因此，TD-LTE上下行時隙配比只能是1：3，如圖1所示。

為達(dá)到共存要求，上下行沒有交疊（圖中Tb＞Ta），則TD-LTE的DwPTS必須小于0.525ms（16128Ts)，因此，特殊子幀只能采用3：9：2或者3：10：1的符號配置，這種情況協(xié)議規(guī)定特殊子幀不傳數(shù)據(jù)，容量損失約為20%。計(jì)算方法：TS36.213規(guī)定，特殊時隙DwPTS如果用于傳輸數(shù)據(jù)，那么吞吐量按照正常下行時隙的0.75倍傳輸。如果采用10：2：2配置，則下行容量為3個正常時隙吞吐量+0.75倍正常時隙吞吐量。如果丟失此0.75倍傳輸機(jī)會，系統(tǒng)側(cè)則損失的吞吐量為0.75/3.75=20% 。

圖1 TD-LTE（1：3）和TD-SCDMA（2：4）共存

如果TD-SCDMA上下行時隙配比為3：3，共存情況下，TD-LTE上下行時隙配成2：2，如圖2所示。

圖2 TD-LTE（2：2）和TD-SCDMA（3：3）共存

為達(dá)到共存要求，上下行沒有交疊（圖中Tb＞Ta）。則TD-LTE的DwPTS必須小于0.85ms（26112Ts)，可以采用10：2：2的配置，這種情況下特殊子幀可以傳數(shù)據(jù)，協(xié)議規(guī)定CAT3和CAT4在特殊子幀的傳輸能力可參見協(xié)議：如表1所示。

1.2 TD-SCDMA和TD-LTE不共系統(tǒng)，TD-LTE不同時隙配比下特殊子幀符號配比

在不共存情況下，TD-LTE任何時隙配比的特殊子幀符號可隨意配置，為提高下行帶寬，推薦特殊子幀符號配成10：2：2。

表1 特殊子幀上UE不同的傳輸能力

2 可傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有效符號資源計(jì)算

2.1 時隙配比上下行1：3，特殊子幀3：9：2

2.1.1 子幀0符號資源

子幀0可用資源應(yīng)該為12×13×100（總的RE）-12×100（CRS）-(12×3+8)×6（PBCH）- 12×6（SSS）=14064。

第1部分總體資源：從時域維度看1個子幀包含2個時隙，1個時隙包含7個符號；從頻域看，20MHz包含1200個子載波，與時域的符號構(gòu)成二維資源圖案，符號資源分配圖參見協(xié)議TS36.211，6.2.2 Resource elements。

從LTE最小的調(diào)度資源RB分析，1個RB內(nèi)包含12個子載波（SC），14個符號（SY），其中1個符號為PDCCH所占用，則1個RB內(nèi)可用的資源（RE）為12×13。1個子幀內(nèi)包含100個RB，則總資源為12×13×100。

第2部分是CRS所占符號資源：LTE系統(tǒng)中引入了導(dǎo)頻符號（cell-specific reference signal），CRS圖案參見TS36.211，10.1.2 Mapping to resource elements。對于2×2 MIMO方案的2port場景，1個RB內(nèi)包含16個CRS RE，不傳數(shù)據(jù)。但這16個CRS RE應(yīng)該扣除PDCCH中已有的4個CRS RE。

第3部分是PBCH所占符號資源：根據(jù)36.211 6.6的規(guī)定，PBCH（廣播信道）承載于子幀0的時隙1的符號0～3，每個符號6個RB（72個子載波），其中符號0需要扣除12個CRS占用的RE。

第4部分是SSS所占符號資源：根據(jù)36.211 6.11.2的規(guī)定，SSS（輔同步信號）承載于時隙1符號6的72個RE，需要扣除。

2.1.2 其它子幀符號資源計(jì)算

子幀3可以資源：12×13×100（總的RE）-12×100（CRS）=14400。

子幀4可以資源：12×13×100（總的RE）-12×100（CRS）=14400。

子幀5無PBCH，可用資源比子幀0多。

2.1.3 計(jì)算峰值速率的原則

吞吐率計(jì)算總原則，根據(jù)UE能力限制與信道配置限制、信道碼率限制三者的最小值得出最終的吞吐率。

2.1.4 信道碼率限制

按照承載的64QAM比特計(jì)算，子幀0：14064× 6=84384；子幀1：9928×6=59568； 子幀3：14400× 6=86400；子幀4：14400×6=86400。

協(xié)議要求有效信道碼率（定義為含CRC的下行信息比特?cái)?shù)/物理信道承載能力）小于等于0.93，見36.213 7.1.7。計(jì)算信道碼率：

若大于0.93，則需要降低MCS直到等效碼率小于0.93，6144為碼塊大小，詳見36.212 5.1.2。

2.2 時隙配比上下行2：2，特殊子幀10：2：2

2.2.1 符號資源

子幀0可用資源：12×13×100（總的RE）-12×100（CRS）-(12×3+8)×6（PBCH）- 12×6（SSS）=14064。

特殊子幀采用10：2：2配比，DwPts可以傳數(shù)，扣除PDCCH，還有9個符號可用。

子幀1可用資源：12×9×100（總的RE）-8×100（CRS）-12×6（PSS）=9928。

子幀4可以資源：12×13×100（總的RE）-12×100（CRS）=14400。

子幀5與子幀0對稱，但無PBCH，可用資源稍多。

子幀1與子幀6對稱，可用資源相同。

子幀4與子幀9對稱，可用資源相同。

2.2.2 信道碼率限制

承載的64QAM比特：

子幀0：14064×6=84384；

子幀1：9928×6=59568；

子幀4：14400×6=86400。

協(xié)議要求有效信道碼率（定義為含CRC的下行信息比特?cái)?shù)/物理信道承載能力）小于等于0.93，見36.213 7.1.7。計(jì)算信道碼率：

計(jì)算信道碼率：

3 小區(qū)吞峰值吐率計(jì)算

理論上講，計(jì)算小區(qū)峰值吞吐率不需要考慮信道碼率，認(rèn)為除去必要的開銷外，系統(tǒng)能調(diào)度其余所有的符號傳數(shù)據(jù)，因此：

3.1 共存系統(tǒng)時隙配比3：1

小區(qū)峰值吞吐率=(84384+86400+86400)×2×2/ 10/1000（10ms）＝102.9Mbit/s。

3.2 獨(dú)立系統(tǒng)時隙配比3：1

小區(qū)峰值吞吐率＝（84384+59568+86400+86400）×2×2/10/1000（10ms）=126.7Mbit/s。

3.3 時隙配比2：2（如D頻段獨(dú)立系統(tǒng)）

小區(qū)峰值吞吐率＝（84384+59568+86400)×2× 2/10/1000（10ms）=92.1Mbit/s。

4 UE峰值吞吐率計(jì)算

協(xié)議TS 36.306 4.1規(guī)定了等級1、2、3、4、5種級別的終端，每種終端的下行處理能力如表2所示。

表2 不同終端的下行業(yè)務(wù)傳輸能力

從表2看，CAT3和CAT4在2×2天線配置下，UE單層支持的最大處理能力分別為51024和75376。

假設(shè)CFI=1（一般子幀和特殊子幀都是1個控制信道符號PDCCH），其它信道類型采用協(xié)議要求，見36.211 6.6、6.10、6.11。并假設(shè)下行每個子幀都可以調(diào)度到100RB。

4.1 根據(jù)UE能力限制與信道配置限制、信道碼率限制，CAT4得到峰值吞吐率計(jì)算

4.1.1 共存系統(tǒng)上下行時隙配比1：3

(75376+75376+75376)×2×2/10/1000= 90.4Mbits。

4.1.2 獨(dú)立系統(tǒng)上下時隙配比1：3

(75376+75376+75376+55056)×2×2/10/1000= 112.5Mbit/s。

4.1.3 上下行時隙配比2：2（包括共存和非共存）

(75376+75376+55056)×2×2/10/1000= 82.3Mbit/s。

4.2 根據(jù)UE能力限制與信道配置限制、信道碼率限制，CAT3得到峰值吞吐率計(jì)算

4.2.1 共存系統(tǒng)上下行時隙配比1：3

(51024+51024+51024)×2×2/10/1000= 61.2Mbit/s。

4.2.2 獨(dú)立系統(tǒng)上下行時隙配比1：3

由于特殊子幀可配成10：2：2，協(xié)議規(guī)定在75 RB中選取兩個TB Size 使之最接近Cat3的限制(102048)， 為MCS28(55056) + MCS27(46888)，可參看TS36.213，Table 7.1.7.2.1-1，值得說明的是如果兩個PORT都采用MCS28 (55056) 就超過了CAT3 UE的能力，因此這種情況下CAT3的峰值吞吐率如下：

4.2.3 上下行時隙隙配比2：2

同上，特殊時隙可傳數(shù)據(jù)，

4.3 終端上行峰值速率

是否共存系統(tǒng)不影響終端上行峰值速率，CAT3和CAT4上下能力相同，而且上行終端無MIMO，可以簡單的按照表3來計(jì)算。

4.3.1 CAT3和CAT4、上下時隙配比1：3

4.3.2 CAT3和CAT4、上下時隙配比2：2

表3 不同終端的上行業(yè)務(wù)傳輸能力

5 結(jié)論

通過計(jì)算，在1：3配置情況下，小區(qū)下行峰值速率最高達(dá)到126Mbit/s，而CAT3的終端下行峰值速率達(dá)到81Mbit/s，CAT4的終端峰值速率能達(dá)到112Mbit/s。但在1：3配置時，終端上行峰值速率也只有10Mbit/s，這情況可能會影響到高清業(yè)務(wù)需求。具體中情況峰值速率匯總?cè)绫?所示。

實(shí)測情況分析：在目前D頻段（2：2配置）網(wǎng)上，室外大站好點(diǎn)CAT3終端實(shí)測下行速率達(dá)到57Mbit/s，室內(nèi)覆蓋小區(qū)好點(diǎn)（信噪比大于23dB）實(shí)測達(dá)到59Mbit/s，兩個CAT3終端同步下載，每個終端速率在40Mbit/s左右，小區(qū)吞吐率達(dá)到80Mbit/s；F頻段網(wǎng)絡(luò)3：1在室外極好點(diǎn)（信噪比大于25dB以上）能測到下行速率達(dá)61Mbit/s，總體上實(shí)測情況與理論分析大致相符。CAT4類終端目前尚不成熟，對測試結(jié)果尚不能下結(jié)論。

表4 速率匯總

[1] 3GPP TS 36.211 V9.1.0 Physical Channels and Modulation[S].

[2] 3GPP TS 36.211 V9.4.0 Multiplexing and Channel Coding[S].

[3] 3GPP TS 36.211 V9.4.0 Physical Layer Procedures[S].

[4] 3GPP TS 36.306 V9.6.0 User Equipment (UE) Radio Access Capabilities[S].

On analysis of physical-layer peak throughput in TD-LTE networks

QU Shui-hua, LI Tie-feng, ZHANG Ying, LIN Jian-li, ZHENG Shi
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Shenzhen Branch, Shenzhen 518048, China)

This paper is concerned with the investigation regarding the peak throughout in both cellular coverage and physical-layer of terminal. We analyze the difference in peak throughput in the context of various time slot conf i guration in both up- and down-links, and coexistence or not with TD-SCDMA systems. Theoretical results of physical-layer peak throughout are given, which can be used as references for network planning.

TD-LTE; throughout; time slot conf i guration; special sub-frame

TN929.5

A

1008-5599（2012）10-0037-05

2012-09-10