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；評估

1 前言

LTE通過采用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延。由于TD-LTE頻譜利用率高，其組網(wǎng)規(guī)劃也越來越引起大家的關(guān)注。在組網(wǎng)規(guī)劃中，覆蓋和容量是2個特別需要關(guān)注的問題。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長度、小區(qū)覆蓋半徑、上下行時隙及特殊子幀配置、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。下面將對幾個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)間則可能會存在小區(qū)間的同頻干擾，這些干擾會降低用戶的信噪比，影響用戶容量。小區(qū)間干擾抑制技術(shù)作為LTE的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，將會影響系統(tǒng)的整體系統(tǒng)容量。

⑶TD-LTE采取時分雙工的工作方式，時隙配置靈活，目前協(xié)議中已定義了7種上下行時隙配置方式和9種特殊時隙的配置方式，選擇不同配置方式的組合，將會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)，用戶速率隨無線信道環(huán)境的變化而變化，動態(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，解決符號間和載波間的干擾的一個有效手段是在OFDM符號間設(shè)置CP。然而，CP長度的配置也是一個需要嚴(yán)格控制的問題。如果CP的配置不夠長，則會帶來嚴(yán)重的符號間和載波間干擾；而如果CP的配置過長，多余的CP開銷會帶來額外的頻譜浪費(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)，可以通過空間復(fù)用、傳輸分集和波束賦形等手段來提高系統(tǒng)的峰值速率、接收信號的可靠性和系統(tǒng)的容量。波束賦形工作模式可以通過一定的算法控制多路天線陣列形成為某個方向的單路傳輸信道，針對用戶形成波束，在降低用戶間干擾，有效提高系統(tǒng)的覆蓋能力的同時，降低小區(qū)內(nèi)干擾，提升系統(tǒng)吞吐量。

3 TD-LTE系統(tǒng)容量評估

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

⑴控制面容量評估：首先，對控制信道進(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，要對控制面容量指標(biāo)進(jìn)行分析，包括同時在線用戶數(shù)和同時調(diào)度用戶數(shù)，而衡量系統(tǒng)的基本指標(biāo)是同時調(diào)度用戶數(shù)。

⑵用戶面容量評估：首先，對用戶面信道進(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 最大同時調(diào)度用戶數(shù)

同時調(diào)度用戶數(shù)是指系統(tǒng)在每個調(diào)度周期（1ms）內(nèi)同時調(diào)度的用戶數(shù)，進(jìn)一步可計(jì)算1無線幀（10ms）時間內(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（探測參考信號）。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，整個小區(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評估是行不通的，這時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)參考信號占用符號數(shù)為NDS，探測參考信號占用符號數(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，下行參考信號占用符號數(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)行語音通信，時延在50ms以內(nèi)的數(shù)據(jù)包占總的數(shù)據(jù)包的98%時，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)的語音業(yè)務(wù)，就要求對VoIP性能提出清晰的要求。

4 結(jié)語

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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