RB傳輸效率在LTE網(wǎng)絡(luò)評估中的應(yīng)用研究

馬 寧，李春明，武琳棟，萬仁輝，常 靜

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司 北京100080）

1 引言

中國移動全新技術(shù)和體系架構(gòu)的TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)將極大地緩解和分流2G/3G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載壓力，提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶感知和滿意度，成為移動互聯(lián)時代的核心競爭力。在建網(wǎng)初期，由于沒有用戶或僅有極少的試驗用戶，針對TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)評估都以業(yè)務(wù)速率為主要評估指標，基本能反映TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)情況。實際上，TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)速率和用戶數(shù)量的相關(guān)性較強，用戶數(shù)量越多，用戶間的干擾越大，多個用戶爭搶資源，直接導致業(yè)務(wù)速率降低。隨著各城市TD-LTE 建設(shè)進度的加快和逐漸商用，用戶數(shù)量在急劇增加，現(xiàn)階段以業(yè)務(wù)速率為評估指標進行TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)性能的評估已經(jīng)不能公平、客觀地反映網(wǎng)絡(luò)的真實狀況。業(yè)務(wù)速率可以從客戶感知角度進行TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)評估，RB（Resource Block，資源塊） 傳輸效率則可以從網(wǎng)絡(luò)性能角度來評估TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)。本文主要研究應(yīng)用RB 傳輸效率進行TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)性能評估的科學性及可行性。

2 RB 傳輸效率的原理

2.1 RB 結(jié)構(gòu)

RB 是TD-LTE 中資源調(diào)度的最小單位。在同等資源調(diào)度的情況下，每RB的傳輸比特數(shù)決定了業(yè)務(wù)速率，每RB的傳輸比特數(shù)即RB 傳輸效率。

每個RB 內(nèi)有84個RE（Resource Element，資源元素），RE 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚卧?，也是TD-LTE系統(tǒng)中的最小資源粒子。每個RE 時域上占用1個OFDM 符號，頻域上占用1個子載波，TD-LTE的RB結(jié)構(gòu)（以下行為例）如圖1 所示。

2.2 可用RE 數(shù)量

TD-LTE 系統(tǒng)中控制開銷都由RE 承載，且不同信道的開銷周期不同，所以在計算RB 內(nèi)可用RE數(shù)量時，不僅要考慮控制開銷，還要多個RB 同時計算單個RB 內(nèi)可用RE 數(shù)量的平均值。TD-LTE 系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

TD-LTE 系統(tǒng)子幀配置類型有7 種，見表1。

中國移動現(xiàn)網(wǎng)子幀配置類型均為2，即上下行子幀配比為UL∶DL=1∶3，上行配置1個子幀（子幀2），下行配置3個子幀（子幀0、子幀3、子幀4），子幀1 為特殊子幀，用于上下行同步。

特殊子幀配置類型有9 種，當DwPTS 符號數(shù)為9 或以上時（即特殊子幀配置為6 或7），特殊子幀是可以傳輸數(shù)據(jù)的，但F 頻段不能采用此種配置，故本文不考慮特殊子幀的可用RE。

表1 TD-LTE 系統(tǒng)子幀配置類型

下面以中國移動現(xiàn)網(wǎng)20 Mbit/s 帶寬（即每個時隙內(nèi)100個RB）、2個天線端口、半幀內(nèi)RB、上下行子幀配比為UL∶DL=1∶3、下行信道為例，計算平均RB 內(nèi)可用RE 數(shù)量，上行計算方式同理。

TD-LTE 中主要信道有PSCH（主同步信道）、SSCH（輔同步信道）、PBCH（廣播信道）、PCFICH（控制 格 式 指 示 信 道）、PHICH（HARQ 指 示 信 道）、PDCCH（下行物理控制信道)、PDSCH（下行物理共享信道）。除了這些信道外，另有參考信號占用固定位置RE，不能用來傳送數(shù)據(jù)。

PSCH 只在每個半幀的特殊子幀出現(xiàn)，不考慮PSCH的RE 占用；SSCH 只在每個半幀的子幀0的第二個時隙中心頻率的1.08 MHz的6個RB 內(nèi)出現(xiàn)，共占用62個RE；PBCH 為廣播信道，只在每個半幀的子幀0的第二個時隙中心頻率的1.08 MHz的6個RB 內(nèi)出現(xiàn)，共占用240個RE；PCFICH 為控制格式指示信道，指示PDCCH 占用每個子幀的前2列或前3 列RE?，F(xiàn)網(wǎng)配置有自適應(yīng)算法，用戶多的時候PCFICH 為3，即PDCCH 占用每個子幀的前3 列，本文取PCFICH 為3，則每個子幀的前3 列RE 為PDCCH 占用，如圖3 中淺灰色RE；在每個時隙的100個RB 中，PCFICH 在每25個RB 中出現(xiàn)，但只在RB的第一列RE 中出現(xiàn)，相當于不額外占用RE，如圖3 中黑點RE。PDSCH 為下行物理共享信道，用來傳送下行用戶數(shù)據(jù)、RRC 信令、SIB、尋呼消息，如圖3 中白色RE。

圖3 截取了中心頻點1.08 MHz 附近RE 占用情況，子幀0 中RB47～RB52 這12個RB 中RE 占用與其他常規(guī)RB 不同，除了這12個RB 外，其他子幀內(nèi)RE 占用情況和RB46 相同。圖3 中黑色RE為參考信號固定位置，不能承載PDSCH 來傳送數(shù)據(jù)。則每個常規(guī)子幀內(nèi)共有120×100=12 000個RE可用，子幀0 中有120×94+64×6=11 664個RE 可用。

綜上所述，每個半幀中共有12 000×2+11 664=35 664個下行RE 可用，每半幀中的下行子幀共600個RB，則平均每RB 可用RE 數(shù)量為35 664÷600=59.44個。

2.3 RE 可承載比特數(shù)

TD-LTE 系統(tǒng)中可用RE 上承載的信道為PDSCH，PDSCH 支持3 種編碼方式：QPSK、16QAM 和64QAM，每種編碼方式對應(yīng)每個RE 最多可承載比特數(shù)為2（QPSK）、4（16QAM）、6（64QAM）。不考慮Turbo冗余比特，則每個RB 理論最高可承載59.44×6=356.64 bit，也就是RB的傳輸效率最高為356.64 bit。

3 RB 傳輸效率應(yīng)用

3.1 RB 傳輸效率與速率

影響TD-LTE 速率的因素有很多，如覆蓋、干擾、切換等，這些因素同樣也影響RB 傳輸效率。但是TD-LTE 速率還受用戶數(shù)量的影響，資源一定的情況下，用戶數(shù)量越多，則業(yè)務(wù)速率越低。RB 傳輸效率基本排除了用戶數(shù)量的影響，只與網(wǎng)絡(luò)基本情況相關(guān)。同等網(wǎng)絡(luò)條件下，用RB 傳輸效率評估網(wǎng)絡(luò)更科學、更公平。

速率與RB 傳輸效率跟SINR 關(guān)聯(lián)對比如圖4所示，從圖4的散點圖可以看出，高SINR的情況下速率也可以很低，而RB 傳輸效率在SINR 高的情況下必然高。顯然，RB 傳輸效率更能科學公平地評估網(wǎng)絡(luò)情況。

3.2 影響RB 傳輸效率的因素

影響RB 傳輸效率的關(guān)鍵因素為SINR，同時又和IBLER 設(shè)置、MCS、重傳亂序情況相關(guān)。

不同編碼方式需要的信道條件也不同，簡單來說，編碼方式越高（QPSK＜16QAM＜64QAM），依賴的信道條件越好。由于下行調(diào)度是由eNodeB 決定的，而eNodeB 作為發(fā)射端，并不清楚信道條件如何，信道質(zhì)量衡量只能由UE 來完成。eNodeB 要決定編碼方式，就需要UE 來反饋信道質(zhì)量，協(xié)議把信道質(zhì)量量化成0～15的序列（4 bit 數(shù)來承載），并定義為CQI（Channel Quality Indicator，信道質(zhì)量指示）。

UE 根據(jù)測量的CRS SINR 映射到CQI，上報給eNodeB。對于UE 上報的CQI，不同廠家設(shè)備有自己的算法進行處理，根據(jù)當前UE的IBLER值是否在系統(tǒng)設(shè)置值（現(xiàn)網(wǎng)一般為10%）范圍內(nèi)等因素，將UE 反饋的4 bit的CQI值換算成一個5 bit的TBS值，范圍是0～26，根據(jù)TBS 與MCS 對應(yīng)關(guān)系來確定MCS，選擇調(diào)制階數(shù)。MCS、調(diào)制階數(shù)、TBS 對應(yīng)關(guān)系見表2。

如果系統(tǒng)IBLER值設(shè)置較高，eNodeB 則會在設(shè)置值范圍內(nèi)換算一個最大TBS值，對應(yīng)的MCS和調(diào)制階數(shù)就會較高，RE 承載比特數(shù)也就越高，RB傳輸效率就會提高。但IBLER 設(shè)置的值并不是越高越好，設(shè)置過高值會出現(xiàn)在信道質(zhì)量較差情況下仍然用較高的MCS，這樣會增加總的誤碼率，影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

重傳亂序是指從eNodeB 至PDN 之間的傳輸亂序，實際上可能是設(shè)備出現(xiàn)了問題，必然會影響RB 傳輸效率。

4 RB 傳輸效率研究結(jié)論

速率受用戶數(shù)量影響較大，在網(wǎng)絡(luò)評估中有一定的局限性。而RB 傳輸效率只和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)情況相關(guān)，基本消除了用戶數(shù)量的影響，在現(xiàn)網(wǎng)評估中能夠更公平、更客觀地反映城市TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)性能。

表2 MCS、調(diào)制階數(shù)、TBS 對應(yīng)關(guān)系

5 結(jié)束語

TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)性能是保持中國移動領(lǐng)先地位的關(guān)鍵，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是通信企業(yè)的生命線，網(wǎng)絡(luò)評估則是對網(wǎng)絡(luò)性能進行摸底的重要手段。網(wǎng)絡(luò)評估的公平性、客觀性是反應(yīng)現(xiàn)網(wǎng)性能的基礎(chǔ)。我們要應(yīng)用更加公平、客觀的指標來評估網(wǎng)絡(luò)性能，促進TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提高，繼續(xù)保持中國移動的領(lǐng)先地位，擴大競爭優(yōu)勢。

1 （意）STEFANIA S，（摩洛哥）LSSAM T，（英）MATTHEW B.LTE/LTE-Advanced-UMTS 長期演進理論與實踐[M].馬霓，夏斌譯.北京：人民郵電出版社，2012.

2 （瑞典）ERIK D，STEFAN P，JOHAN S.4G 移動通信技術(shù)權(quán)威指南[M].堵久輝，繆慶育譯.北京：人民郵電出版社，2012.

3 王映民，孫韶輝等.TD-LTE 技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2010.