從TD-LTE外場性能看運營商差異化優(yōu)勢建立路徑

愛立信（中國）通信有限公司東北亞區(qū)LTE產品專家 | 堵久輝

用戶體驗是LTE時代運營商的核心競爭能力之一，采用載波聚合、負載均衡和網間互操作等方法，以及應用更多的系統(tǒng)帶寬，則是改善網絡覆蓋，從而提升用戶體驗的行之有效的方法。

自2008年底3GPP發(fā)布LTE第一個標準版本Rel-8，到2009年底北歐運營商TeliaSonera率先商用，再到2013年7月韓國運營商全球首次商用Rel-10關鍵技術之一的載波聚合功能，LTE標準化與商用推進的步伐從未停歇。根據GSA統(tǒng)計，截至2014年2月底，LTE已在全球101個國家的274個運營商獲得商用，發(fā)展勢頭之迅猛遠超之前所有通信技術。在GTI的推動下，LTE TDD（又稱TD-LTE）得到了良好協(xié)同發(fā)展。

2013年12月4日，國內開啟了4G（第四代移動通信技術）LTE在中國大陸正式商用的大門。政府部門向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放了TD-LTE牌照。僅就中國移動而言，其2014年目標為建設50萬個基站，預計明年再增加20萬個基站，之后總數接近其GSM在過去二十年部署基站數的90%。

技術層面上，中國移動的TD-LTE以八通道雙極化智能天線為主，而日本軟銀主要復用PHS（國內又稱小靈通）的八通道圓陣天線，其他LTE TDD運營商以兩天線部署為主，同時各家應用的頻譜也不盡相同（大多為B41、B38、B40，只有中國移動以B39作為室外部署主要頻段），加之供貨設備商、采購設備質量、站址條件、應用場景及應用業(yè)務等差異，將導致TD-LTE網絡性能和用戶體驗存在差異。因此，自2010年初起有關方面在中國大陸進行實驗室、小規(guī)模外場、大規(guī)模外場、擴大規(guī)模外場、商用后評估等一系列性能研究測試，為TD-LTE全國范圍部署積累商用經驗。

用戶體驗成核心競爭力

3G向4G演進的背后驅動力是移動設備新服務的創(chuàng)新和發(fā)展，并通過可用于移動通信系統(tǒng)的技術進步來實現(xiàn)。從通信技術本身來看，LTE相對3G標準是革命性的。為支持以數據交換類型為核心的新業(yè)務，特別是互聯(lián)網產業(yè)帶動的IP業(yè)務，LTE無線接口的主要底層設計參數有數據速率、延遲、容量等。本文重點關注數據速率。

圖1 網絡覆蓋百分比與應用層速率

以TD-LTE下行鏈路為例，20MHz系統(tǒng)帶寬、3D:1U時隙配比、10:2:2特殊時隙配置下的物理層理論峰值速率約120Mbit/s。由于TDD系統(tǒng)的上下行鏈路共享頻譜，因此應當折算為全時頻譜利用的速率，即120Mbit/s/(4ms/5ms)=150Mbit/s，經過香農公式迭代計算可得信噪比需求至少為24dB。但從3GPP協(xié)議角度來看，該計算并不嚴謹。為獲得Rel-8標準的理論峰值速率，協(xié)議規(guī)定需要選擇的傳輸塊大小TB size為75376比特，對應的MCS需要達到28。這里的SINR由基站根據UE的信道質量信息CQI反饋計算得到，并且多高SINR才能影射到MCS28并實現(xiàn)峰值速率傳輸還與系統(tǒng)廠商實現(xiàn)算法和終端解調能力有關。實際網絡中，通常需要30dB左右的信噪比才能獲得理論峰值速率。

上述速率為物理層傳輸速率，而實際應用通?？紤]的是PDCP層速率，假定誤塊率BLER為10%，可簡單折算PDCP層速率為物理層傳輸速率的90%。

圖2 美國、東京、首爾的LTE網絡性能

對網絡運營商而言，用戶體驗在流量經營的時代是核心競爭能力之一。因此，愛立信結合全球商用經驗提出了應用覆蓋APP coverage的概念，如圖1所示。智能手機及相關應用已經成為移動通信的主流，因此如何保障終端用戶獲得主流應用的良好體驗成為網絡運營商差異性的重要體現(xiàn)，同時分組交流類業(yè)務的接通率、掉線率等傳統(tǒng)網絡關鍵性能指標KPI也不再像電路交換類業(yè)務那么敏感。圖1中三個百分比對應網絡覆蓋，三個數字為各覆蓋百分比下應保障的應用層速率，單位為Mbit/s，其值可能因不同運營商而不同。但是為了確保主流應用的良好用戶體驗及網絡性能競爭優(yōu)勢，愛立信建議值為1、10、30。通常商用網絡測試表明，90%點的連續(xù)覆蓋速率約為50%點的平均覆蓋速率的1/3。

以LTE發(fā)展最為活躍的美、日、韓為例，PCMagazine測試報告顯示，北美LTE FDD網絡中AT&T性能較好（15MHz帶寬），但也只有17Mbit/s的平均速率和8Mbit/s的連續(xù)覆蓋速率，仍有一定的優(yōu)化空間。相對而言，Signals Research在東京和首爾的測試結果更為優(yōu)異：東京為軟銀LTE TDD商用網絡，平均速率和連續(xù)覆蓋速率為31Mbit/s和10Mbit/s；而LGU+在首爾應用3GPP Rel-10的載波聚合（10+10MHz帶寬）技術后達到了62Mbit/s的平均速率和20Mbit/s的連續(xù)覆蓋速率，為業(yè)界樹立了新的性能標桿。美國、東京、首爾的LTE網絡性能表現(xiàn)見圖2。

以移動某省網絡為例進行測試

如本文開始所討論，部署頻段、供貨廠商、采購設備、站址條件、應用場景及業(yè)務等差異將導致各運營商的網絡性能和用戶體驗不盡相同。為此，我們選擇了中國移動某省的TD-LTE商用示范區(qū)域進行測試，其網絡狀態(tài)可被視為預商用網絡狀態(tài)。示范區(qū)及測試線路如圖3所示：共57個連片基站（其中33個D頻段8通道站位于中心，22個F頻段8通道站位于周邊），帶寬20MHz，平均站間距470米，平均站高約30米。網絡配置為：3D:1U時隙配比、10:2:2特殊時隙。

測試使用了兩類終端，分別為Quanta D2(CAT3)、HISI E5776 (CAT4)。測試軟件使用CDS7.1版本。對于上下行速率測試采用單UE在網絡中分開進行上下行測試的方法，均使用FTP業(yè)務。

TD-LTE網絡存優(yōu)化空間

本次道路測試結果通過CDS導出的網絡覆蓋統(tǒng)計，可見網絡覆蓋狀況良好，但SINR均值表明還具有一定的優(yōu)化空間，具體如圖4所示。

通過CAT3 UE獲得的CRSRSRP和CRS-SINR打點圖如圖5所示。

圖3 中國移動某省公司的TD-LTE商用示范區(qū)及測試線路

圖4 全網（簇）覆蓋指標統(tǒng)計

采用CAT3 UE進行道路測試獲得的上下行PDCP速率分布如表1所示。

上述測試結果為采用CAT3和CAT4兩類終端獲得各性能指標累積分布函數CDF中50%點即統(tǒng)計平均的數值?？紤]采用CAT3和CAT4兩類終端進行測試是因為：當前商用終端大多為CAT3，其測試結果代表了大多數終端的用戶體驗；而CAT4終端具有更高能力，可以充分體現(xiàn)出測試片區(qū)的網絡承載潛力。

實際商用網絡中，由于多用戶聯(lián)合調度以及小區(qū)間一定程度干擾等因素的存在，通常平均速率為理論峰值速率的三分之一左右，以CAT3 UE為例，約為80/3=27Mbit/s，接近本文第二部分給出的應用覆蓋推薦均值。表格中紅色高亮的測試結果遠好于該指標是由于該片區(qū)采取了一定程度的深度優(yōu)化，其性能好于本文第二部分第三方咨詢機構展示的軟銀在東京的測試結果，是由于中國移動應用的8通道智能天線相比8通道全向天線性能更好。

除了以上提到的深度優(yōu)化等專業(yè)通信網絡服務外，還有一些通用方法可改善應用覆蓋以進一步提供更優(yōu)異的用戶體驗，簡單羅列如下，以供參考。

● 應用更多系統(tǒng)帶寬以及載波聚合，韓國、日本等國家尤為突出。韓國三大運營商均已完成了雙載波以及10+10MHz載波聚合商用，最新獲得的第三個頻點也將盡快應用，甚至個別運營商在未來5年內規(guī)劃到了第7個頻點。

● 采用更先進功能以提高頻譜效率，這些功能如多天線技術應用與增強、上行多點聯(lián)合調度COMP等，其主要目的是解決相對較高網絡負荷下的小區(qū)間干擾問題，通過聯(lián)合調度將鄰小區(qū)較強干擾信號轉變?yōu)橛杏眯盘栆灾攸c改善小區(qū)邊界的終端用戶體驗。

● 除頻譜和軟件功能外，縮短終端與網絡天線端口的距離也是行之有效的異構組網發(fā)展方向，具體來講，如在話務量密集區(qū)域引入小基站并與所屬宏基站進行良好協(xié)調。

表1 采用CAT3 UE進行道路測試獲得的上下行PDCP速率分布

圖5 通過CAT3 UE獲得的CRS-RSRP和CRS-SINR打點圖

圖6 愛立信與某廠商的上行鏈路性能和掉話點對比

● 對于LTE發(fā)展較慢或覆蓋不佳的運營商，可以在部署過程中加強LTE與現(xiàn)網2G/3G的網間互操作和采取負載均衡等多網融合技術。

愛立信產品性能優(yōu)勢明顯

為衡量愛立信LTE產品性能及業(yè)界水平，我們與某國內TD-LTE領先設備商的產品性能進行外場對比測試，測試終端與方法相同。圖6左為上行鏈路性能對比（系統(tǒng)配置為B38、20MHz、2D:2U、SSF為10:2:2）。圖中的路損為SIB2中獲得的CRS配置減去RSRP。結果顯示，愛立信上行鏈路具有至少3dB的性能優(yōu)勢，這與愛立信在國內及全球不同網絡中執(zhí)行類似產品性能的對等測試的結論相同。這3dB的優(yōu)勢是一個綜合結果，受益于愛立信在硬件設計時采用了高于3GPP標準及競爭對手的設計目標值，選用了性能更好的器件、更穩(wěn)健高效的調度算法，提供更為專業(yè)的網絡規(guī)劃優(yōu)化服務以及更為充分的端到端性能驗證等。這一優(yōu)勢可以為運營商在CAPEX和OPEX方面節(jié)省大量投入。

如果單看掉話點，如圖6右所示，愛立信比該友商好9dB（150dB v.s. 141dB），而之前的測試證明八天線TD-LTE系統(tǒng)中的覆蓋受限信道并非PUSCH而是PDCCH。除了基站接收機靈敏度的優(yōu)勢外，還體現(xiàn)了愛立信在PDCCH信道上的更多思考及算法優(yōu)勢。第一個優(yōu)勢在于愛立信擁有創(chuàng)新專利的TD-LTE PDCCH無損廣播方案，該方案已在之前六城市的大規(guī)模外場測試中得到了廣泛驗證，相對傳統(tǒng)的天線廠商權值方案具有2～3dB的增益，被運營商推廣商用；第二個優(yōu)勢在于PDCCH鏈路自適應的魯棒性，如圖6右所示愛立信比該友商的穩(wěn)健性要好很多，類似的性能測試對比展示愛立信比其他友商在此項的優(yōu)勢更為明顯。

在討論LTE理論峰值與對應信噪比關系的基礎上，通過國內某預商用網絡測試結果與全球領先運營商的商用性能進行橫向對比，以及進行對比測試，我們看到了愛立信TD-LTE的產品性能優(yōu)勢。愛立信認為網絡性能和用戶體驗是體現(xiàn)運營商差異化的重要指標。正是歸功于優(yōu)越的網絡性能，目前愛立信在全球有大約50%的LTE市場份額。愛立信在中國發(fā)展的歷史已超過120年，上世紀90年代至今的GSM建設更積累了良好口碑，希望在當下及未來中國LTE市場上同樣展示出優(yōu)越的網絡性能，服務于中國運營商和中國用戶。