TD—LTE移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究中的容量、流量分析

徐東升　孫健　張?zhí)?/p>

摘 要：TD-LTE技術(shù)是在TD-SCDMA的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種長期演進(jìn)版本，在容量分析與規(guī)劃方面有其自身的特點，本文論述了影響TD-LTE網(wǎng)絡(luò)容量的兩個重要因素-最大可調(diào)度用戶數(shù)及上行信道容量，首先從理論的角度分別進(jìn)行分析論述，緊接著又通過實際數(shù)據(jù)參數(shù)對分析方法進(jìn)行的驗證，研究分析可用于解決TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的容量問題。

關(guān)鍵字：TD-LT；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；最大可調(diào)度用戶數(shù)；上行信道容量

本文系2015年保定市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展指導(dǎo)計劃項目“TD-LTE移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究”（編號：15ZG004）的研究成果

TD-LTE技術(shù)是在TD-SCDMA的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種長期演進(jìn)版本，經(jīng)過TD-SCDMA的基礎(chǔ)上采用單載波的HSDPA技術(shù)，使下行速率提高到2.8Mb/s，而后通過采用多載波的HSDPA技術(shù)使其速率提高到7.2Mb/s，接著通過采用HSDPA+使其速率超過10Mb/s，并結(jié)合MIMO技術(shù)，將下行速率提高到100Mb/s，上行50Mb/s的最終解決方案。因此，從某種意義上看，TD-LTE與TD-SCDMA在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段既有很多相似之處，又有其自身的特點。本文通過對TD-LTE組網(wǎng)后的容量和流量分析，為TD-LTE移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供一種思路參考。

1 容量、流量分析在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中作用

一般情況下TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程可以分為五個階段：需求分析、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、站址規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)仿真、無線參數(shù)規(guī)劃。其中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算根據(jù)需求分析得出結(jié)果并為后期的選址、仿真出參數(shù)奠定基礎(chǔ)，是整個規(guī)劃流程中起到承上啟下的關(guān)鍵作用，同樣在TD-LTE組網(wǎng)的過程中同樣要進(jìn)行以上五個階段，而對TD-LTE進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算中的重點和難點是TD-LTE系統(tǒng)容量、流量的分析。

2 容量、流量分析

TD-LTE采用RB分組的共享方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使是語音也通過VoIP共享空口資源。因此，對于TD-LTE的系統(tǒng)容量、流量分析不能簡單通過用戶數(shù)來評估，而是對最大同時可調(diào)度用戶數(shù)、上下行信道容量等指標(biāo)來評估。

（1）最大可調(diào)度用戶數(shù)

TD-LTE系統(tǒng)中，多用戶調(diào)度共享上下行業(yè)務(wù)信道進(jìn)行傳輸，因此對于不要求GBR和延遲性能的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，理論上系統(tǒng)所支持的用戶數(shù)目是不受限制的，而作為未來運營商主推的VoIP業(yè)務(wù)由于對GBR和延遲參數(shù)的要求，因此系統(tǒng)所能夠支持的VoIP用戶總數(shù)受限。即受限制的是一個TTI內(nèi)同時得到調(diào)度的用戶數(shù)目，因此系統(tǒng)容量可以理解為TTI內(nèi)最大調(diào)度用戶數(shù)目（與帶寬、天線數(shù)、CFI有關(guān)），而用戶數(shù)目是受控制信道、業(yè)務(wù)信道可用的RB資源數(shù)目所限制的，即PDCCH（包含PHICH、PCFICH）信道可用的CCE個數(shù)。其中最大可調(diào)度的用戶數(shù)量的理論公式為：

（1）

其中：N——可調(diào)度的用戶數(shù)

——每條PHICH可復(fù)用的UE數(shù)

——每條PCFICH的CCE占用數(shù)

——每用戶PDCCH數(shù)

——可用的CCE數(shù)

其中一個對稱業(yè)務(wù)的用戶需要2條PDCCH，傳輸上下行調(diào)度控制信息。其中PHICH每條占用一個CCE，最多復(fù)用8個UE；而PCFICH用以指明給定帶寬和天線配置下可用的CCE個數(shù)。具體可用數(shù)量取決于天線數(shù)、帶寬（RB數(shù)）和CFI值，其中CFI用來指示一個子幀用于PDCCH傳輸?shù)腛FDM 符號個數(shù)，對于普通的TDD子幀來說，在不支持多播廣播信息傳輸時，一個用戶發(fā)送的 PDCCH 最大數(shù)目取3。

對理論公式進(jìn)行整理得到：

（2）

（2）上行信道容量分析

TD-LTE上行信道包括 PUCCH 和 PUSCH 等。PUCCH占用1個RB，其容量比較簡單。而PUSCH用于承載上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，其信道容量與具體的調(diào)度方式、系統(tǒng)帶寬、TDD配置等因素相關(guān)。對VoIP業(yè)務(wù)采用半靜態(tài)調(diào)度，主要使用小區(qū)支持的滿意VoIP用戶數(shù)來衡量，一般情況下，某用戶在使用 VoIP 進(jìn)行語音通信時，若98%的數(shù)據(jù)包時延在50 ms以內(nèi)，則認(rèn)為該用戶是滿意的。而如果小區(qū)內(nèi) 95%的用戶是滿意的，則認(rèn)為該小區(qū)所能容納的VoIP用戶總數(shù)為該小區(qū)的VoIP容量。

由于VoIP采用半靜態(tài)調(diào)度，可以不考慮控制信道限制，同時認(rèn)為系統(tǒng)配置的PHICH反饋信道總能滿足用戶需求，則可得：

（3）

其中：C——VoIP容量

——激活因子，取0.5

——VoIP用戶靜默期MAC層包的大?。╞it）

——話音用戶靜默期SID幀傳輸周期

——VoIP用戶再通話期MAC層包的大?。╞it）

——半靜態(tài)調(diào)度周期

——半靜態(tài)調(diào)度周期內(nèi)初傳可用的RB數(shù)量

——每個用戶需要的平均RB數(shù)量

——上行時隙配比

3 以保定市某TD-LTE站點為案例進(jìn)行論證

假設(shè)某TD-LTE站點采用雙天線、20 MHz系統(tǒng)帶寬（100RB）建站，根據(jù)一般原則，CFI參數(shù)取3，對應(yīng)的 取88， 表示每條PHICH可復(fù)用的UE數(shù)，一般取8，對于對稱業(yè)務(wù)，每用戶一般占用2條PDCCH，至少占用2個CCE，即 取2， 為每條PCFICH的CCE占用數(shù)，取1，則將各個量帶入公式（2）得：

= 40

即在2天線模式、20MHz 帶寬的條件下，TD-LTE最大可以同時調(diào)度約40個用戶。

對于12.2 kbit/s的VoIP業(yè)務(wù)而言，20ms為其半靜態(tài)調(diào)度周期，即TSCH取值20ms；TSID為話音用戶靜默期SID幀傳輸周期，取值160ms；SSID在靜默期內(nèi)在MAC層包大小為144bit；SPkt在通話期間在MAC層包大小為328 bit。在20MHz系統(tǒng)帶寬內(nèi)，共有100個RB，假設(shè)上行時隙配比為2，即DL∶UL=3∶2，TD-LTE系統(tǒng)為HARQ重傳需要預(yù)留20%的系統(tǒng)資源，PUCCH 占用 2 個RB，則在20ms 半靜態(tài)調(diào)度周期內(nèi)初傳可用的RB數(shù)量為20×（100-2）×（1-20%）=1568，即為NINI_RB的取值。

假設(shè)初傳需要占用2個RB的用戶占50%，需要占用3和4個RB的用戶分別占40%和10%，則每個用戶初傳平均需要的RB個數(shù)為2×50%+3×40%+4×10%=2.6，即為N的取值；在上行時隙配比為2的前提下，Rup取值2/5，則根據(jù)（3），VoIP容量為

即在2天線模式、20MHz 帶寬的條件下，TD-LTE最大可以承載約456個12.2kbit/S的VoIP用戶。

4 結(jié)束語

影響TD-LTE的系統(tǒng)容量因素有很多，包括最大同時可調(diào)度用戶數(shù)、上下行信道容量、小區(qū)峰值吞吐量、小區(qū)平均吞吐量等。本文側(cè)重從最大同時可調(diào)度用戶數(shù)、上行信道容量兩個指標(biāo)上進(jìn)行理論分析，再通過某一具體站點為參數(shù)，進(jìn)行驗證，結(jié)論證實用戶容量與理論分析數(shù)值基本一致。

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加快，作為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃已成為運營商研究的重要內(nèi)容。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TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程應(yīng)用研究具有深遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙旭凇，張新程，徐德平，張炎炎.TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及性能分析.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（11）

[3]姜建里，劉洪濤，張博.基于TD-LTE的容量規(guī)劃研究. 電信技術(shù)，2013（12）

作者簡介

徐東升，講師，河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)應(yīng)用工程系。

孫健，講師，河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)應(yīng)用工程系。

張?zhí)v師，河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心。