綜述TD—LTE系統(tǒng)容量影響因素

顧偉

摘 要：本文結(jié)合影響TD-LTE系統(tǒng)容量的多種因素，分析了上下行控制和業(yè)務(wù)信道的容量能力，包括最大可同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)、VoIP容量、小區(qū)峰值吞吐量，和小區(qū)平均吞吐量指標(biāo)。供同行參考交流。

關(guān)鍵詞：TD-LTE；容量；影響因素；評(píng)估

1 前言

LTE通過(guò)采用OFDM、單載波FDMA（SC-FDMA）和MIMO等多種關(guān)鍵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比目前2G/3G系統(tǒng)更快的數(shù)據(jù)速率、提供更高的小區(qū)容量，以及顯著降低用戶平面和控制平面的時(shí)延。由于TD-LTE頻譜利用率高，其組網(wǎng)規(guī)劃也越來(lái)越引起大家的關(guān)注。在組網(wǎng)規(guī)劃中，覆蓋和容量是2個(gè)特別需要關(guān)注的問(wèn)題。TD-LTE覆蓋能力，已經(jīng)有很多學(xué)者研究，而TD-LTE容量能力，由于其受限因素比較多，如系統(tǒng)帶寬、子幀配比、信道開(kāi)銷、業(yè)務(wù)類型等，且采用自適應(yīng)凋制編碼方式，網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)信道質(zhì)量指示（CQI）、秩指示（RI）和預(yù)編碼指示（PMI）的反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶數(shù)據(jù)的編碼方式及所占用的資源，因此，TD-LTE并不是一個(gè)給定信噪比（SNR）門限就可以準(zhǔn)確估算整體容量的系統(tǒng)，其容量建模相當(dāng)復(fù)雜，小區(qū)吞吐量取決于用戶所處的信道環(huán)境，因此，迄今為止研究并不多。

2 TD-LTE系統(tǒng)容量的影響因素

影響TD-LTE的系統(tǒng)容量的因素有很多，在固定配置和算法性能方面包括系統(tǒng)帶寬、發(fā)射機(jī)功率、調(diào)度算法、CP長(zhǎng)度、小區(qū)覆蓋半徑、上下行時(shí)隙及特殊子幀配置、MIMO、干擾消除等；而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)資源分配方式和調(diào)制編碼方式選擇，也會(huì)受到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的信道環(huán)境和鏈路質(zhì)量的影響，因此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是影響TD-LTE的容量的重要因素。下面將對(duì)幾個(gè)主要的影響因素作出介紹。

⑴TD-LTE網(wǎng)絡(luò)可以靈活的配置系統(tǒng)帶寬，TD-LTE支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等不同帶寬，若需要大的系統(tǒng)容量，則需要可用資源塊RB多，則需要選用大的帶寬。

⑵TD-LTE系統(tǒng)采用OFDMA的接入技術(shù)，小區(qū)內(nèi)的子載波間是相互正交的，而小區(qū)間則可能會(huì)存在小區(qū)間的同頻干擾，這些干擾會(huì)降低用戶的信噪比，影響用戶容量。小區(qū)間干擾抑制技術(shù)作為L(zhǎng)TE的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，將會(huì)影響系統(tǒng)的整體系統(tǒng)容量。

⑶TD-LTE采取時(shí)分雙工的工作方式，時(shí)隙配置靈活，目前協(xié)議中已定義了7種上下行時(shí)隙配置方式和9種特殊時(shí)隙的配置方式，選擇不同配置方式的組合，將會(huì)得到差異很大的上下行吞吐量。

⑷實(shí)際網(wǎng)絡(luò)信道環(huán)境和鏈路質(zhì)量在很大程度上影響LTE的系統(tǒng)容量，而TD-LTE系統(tǒng)采用AMC等技術(shù)，用戶速率隨無(wú)線信道環(huán)境的變化而變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整用戶數(shù)據(jù)所采用的調(diào)制編碼方式及占用資源，從系統(tǒng)上做到性能最優(yōu)。因此，采用好的資源調(diào)度算法，能夠極大提高用戶速率，提升系統(tǒng)整體容量。

⑸在TD-LTE系統(tǒng)中，解決符號(hào)間和載波間的干擾的一個(gè)有效手段是在OFDM符號(hào)間設(shè)置CP。然而，CP長(zhǎng)度的配置也是一個(gè)需要嚴(yán)格控制的問(wèn)題。如果CP的配置不夠長(zhǎng)，則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的符號(hào)間和載波間干擾；而如果CP的配置過(guò)長(zhǎng)，多余的CP開(kāi)銷會(huì)帶來(lái)額外的頻譜浪費(fèi)。一般而言，配置短的CP，允許有一定的碼間干擾，有利于提高的系統(tǒng)容量。

⑹TD-LTE采用了多天線MIMO技術(shù)，可以通過(guò)空間復(fù)用、傳輸分集和波束賦形等手段來(lái)提高系統(tǒng)的峰值速率、接收信號(hào)的可靠性和系統(tǒng)的容量。波束賦形工作模式可以通過(guò)一定的算法控制多路天線陣列形成為某個(gè)方向的單路傳輸信道，針對(duì)用戶形成波束，在降低用戶間干擾，有效提高系統(tǒng)的覆蓋能力的同時(shí)，降低小區(qū)內(nèi)干擾，提升系統(tǒng)吞吐量。

3 TD-LTE系統(tǒng)容量評(píng)估

TD-LTE系統(tǒng)容量評(píng)估可以分為控制面和用戶面兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

⑴控制面容量評(píng)估：首先，對(duì)控制信道進(jìn)行分析，控制面信道承載著高層信令信息和物理層上下行控制信息，信道資源的配置情況、信道格式以及接入和調(diào)度算法與控制面容量有著很大的關(guān)系，這就要求對(duì)于不同類型的業(yè)務(wù)，分析其控制信道的配置情況以及所用的接入及調(diào)度算法等等。其次，要對(duì)控制面容量指標(biāo)進(jìn)行分析，包括同時(shí)在線用戶數(shù)和同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)，而衡量系統(tǒng)的基本指標(biāo)是同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)。

⑵用戶面容量評(píng)估：首先，對(duì)用戶面信道進(jìn)行分析，用戶的上下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載在用戶面，而用戶面容量與業(yè)務(wù)信道資源配置情況、無(wú)線信道傳播環(huán)境的好壞、業(yè)務(wù)質(zhì)量要求（QoS）、編碼調(diào)制方式（MCS）素因素等相關(guān)；其次，要對(duì)用戶面容量指標(biāo)進(jìn)行分析，包括VoIP業(yè)務(wù)和非VoIP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)兩個(gè)指標(biāo)。小區(qū)峰值吞吐量和平均吞吐量以及小區(qū)邊緣速率等指標(biāo)是非VoIP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)指標(biāo)；而VoIP用戶數(shù)則是VoIP業(yè)務(wù)的指標(biāo)。而小區(qū)平均吞吐量和VoIP用戶數(shù)是用戶面的基本指標(biāo)。

3.1 最大同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)

同時(shí)調(diào)度用戶數(shù)是指系統(tǒng)在每個(gè)調(diào)度周期（1ms）內(nèi)同時(shí)調(diào)度的用戶數(shù)，進(jìn)一步可計(jì)算1無(wú)線幀（10ms）時(shí)間內(nèi)可調(diào)度的用戶數(shù)。上行調(diào)度用戶數(shù)主要受限于PRACH（物理隨機(jī)接入信道）、PUCCH（物理上行控制信道）、SRS（探測(cè)參考信號(hào)）。下行調(diào)度用戶數(shù)主要受限于PCFICH信道、PHICH信道和PDCCH信道容量。假設(shè)采用2天線模式、20MHz系統(tǒng)帶寬，設(shè)TD-LTE系統(tǒng)的最大可調(diào)度用戶數(shù)為N，取=88，=1，=8，=2，則在2天線模式，20MHz帶寬下，最大調(diào)度數(shù)。

3.2 小區(qū)平均吞吐量

小區(qū)平均吞吐量是指用戶按照一定規(guī)律分布時(shí)，整個(gè)小區(qū)的平均吞吐量=所有小區(qū)吞吐量之和/小區(qū)數(shù)。小區(qū)內(nèi)每個(gè)用戶的行為均與小區(qū)的平均吞吐量有關(guān)，而用戶的行為差異很大，采用類似峰值吞吐量的方法來(lái)評(píng)估是行不通的，這時(shí)可以考慮單位帶寬下系統(tǒng)承載的平均速率，即平均頻譜效率。假設(shè)上行RB總數(shù)為NURB，上行PUCCH占用RB數(shù)為NPRB，解調(diào)參考信號(hào)占用符號(hào)數(shù)為NDS，探測(cè)參考信號(hào)占用符號(hào)數(shù)為NSS，小區(qū)的平均頻譜效率為EFA，上行子幀數(shù)為NUSU，子幀總數(shù)為NS，則有上行平均吞吐量為WULA。假設(shè)下行RB總數(shù)為NDRB，下行控制信道占用RB數(shù)為NCRB，下行參考信號(hào)占用符號(hào)數(shù)為NRS，下行子幀數(shù)為NDSU，則有小區(qū)下行平均吞吐量為WDLA。

上行平均吞吐量（WULA）為：

下行平均吞吐量（WDLA）為：

3.3 VoIP用戶數(shù)

一般情況下，如果使用VoIP進(jìn)行語(yǔ)音通信，時(shí)延在50ms以內(nèi)的數(shù)據(jù)包占總的數(shù)據(jù)包的98%時(shí)，則認(rèn)為該用戶是滿意的。如果小區(qū)內(nèi)95%的用戶是滿意的，則該小區(qū)的VoIP容量就是該小區(qū)所能容納的VoIP用戶總數(shù)。在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期，不對(duì)VOIP業(yè)務(wù)作出要求，而僅作設(shè)備能力方面的要求。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署的中后期，用VoIP的方式提供相關(guān)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，就要求對(duì)VoIP性能提出清晰的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)商用部署步調(diào)的加速，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，特別是TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分，已成為運(yùn)營(yíng)商研究的重要課題之一。而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)容量分析作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵部分，對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)容量分析和工程應(yīng)用研究具有深遠(yuǎn)意義。

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