綜述TD—LTE系統容量影響因素

顧偉

摘 要：本文結合影響TD-LTE系統容量的多種因素，分析了上下行控制和業務信道的容量能力，包括最大可同時調度用戶數、VoIP容量、小區峰值吞吐量，和小區平均吞吐量指標。供同行參考交流。

關鍵詞：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等多種關鍵技術可以實現比目前2G/3G系統更快的數據速率、提供更高的小區容量，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，其組網規劃也越來越引起大家的關注。在組網規劃中，覆蓋和容量是2個特別需要關注的問題。TD-LTE覆蓋能力，已經有很多學者研究，而TD-LTE容量能力，由于其受限因素比較多，如系統帶寬、子幀配比、信道開銷、業務類型等，且采用自適應凋制編碼方式，網絡能夠根據信道質量指示（CQI）、秩指示（RI）和預編碼指示（PMI）的反饋動態調整用戶數據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）門限就可以準確估算整體容量的系統，其容量建模相當復雜，小區吞吐量取決于用戶所處的信道環境，因此，迄今為止研究并不多。

2 TD-LTE系統容量的影響因素

影響TD-LTE的系統容量的因素有很多，在固定配置和算法性能方面包括系統帶寬、發射機功率、調度算法、CP長度、小區覆蓋半徑、上下行時隙及特殊子幀配置、MIMO、干擾消除等；而TD-LTE網絡資源分配方式和調制編碼方式選擇，也會受到實際網絡的信道環境和鏈路質量的影響，因此網絡結構也是影響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網絡可以靈活的配置系統帶寬，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系統采用OFDMA的接入技術，小區內的子載波間是相互正交的，而小區間則可能會存在小區間的同頻干擾，這些干擾會降低用戶的信噪比，影響用戶容量。小區間干擾抑制技術作為LTE的一項關鍵技術，將會影響系統的整體系統容量。

⑶TD-LTE采取時分雙工的工作方式，時隙配置靈活，目前協議中已定義了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實際網絡信道環境和鏈路質量在很大程度上影響LTE的系統容量，而TD-LTE系統采用AMC等技術，用戶速率隨無線信道環境的變化而變化，動態地調整用戶數據所采用的調制編碼方式及占用資源，從系統上做到性能最優。因此，采用好的資源調度算法，能夠極大提高用戶速率，提升系統整體容量。

⑸在TD-LTE系統中，解決符號間和載波間的干擾的一個有效手段是在OFDM符號間設置CP。然而，CP長度的配置也是一個需要嚴格控制的問題。如果CP的配置不夠長，則會帶來嚴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。一般而言，配置短的CP，允許有一定的碼間干擾，有利于提高的系統容量。

⑹TD-LTE采用了多天線MIMO技術，可以通過空間復用、傳輸分集和波束賦形等手段來提高系統的峰值速率、接收信號的可靠性和系統的容量。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，有效提高系統的覆蓋能力的同時，降低小區內干擾，提升系統吞吐量。

3 TD-LTE系統容量評估

TD-LTE系統容量評估可以分為控制面和用戶面兩個角度進行分析。

⑴控制面容量評估：首先，對控制信道進行分析，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度算法與控制面容量有著很大的關系，這就要求對于不同類型的業務，分析其控制信道的配置情況以及所用的接入及調度算法等等。其次，要對控制面容量指標進行分析，包括同時在線用戶數和同時調度用戶數，而衡量系統的基本指標是同時調度用戶數。

⑵用戶面容量評估：首先，對用戶面信道進行分析，用戶的上下行業務數據承載在用戶面，而用戶面容量與業務信道資源配置情況、無線信道傳播環境的好壞、業務質量要求（QoS）、編碼調制方式（MCS）素因素等相關；其次，要對用戶面容量指標進行分析，包括VoIP業務和非VoIP數據業務兩個指標。小區峰值吞吐量和平均吞吐量以及小區邊緣速率等指標是非VoIP數據業務指標；而VoIP用戶數則是VoIP業務的指標。而小區平均吞吐量和VoIP用戶數是用戶面的基本指標。

3.1 最大同時調度用戶數

同時調度用戶數是指系統在每個調度周期（1ms）內同時調度的用戶數，進一步可計算1無線幀（10ms）時間內可調度的用戶數。上行調度用戶數主要受限于PRACH（物理隨機接入信道）、PUCCH（物理上行控制信道）、SRS（探測參考信號）。下行調度用戶數主要受限于PCFICH信道、PHICH信道和PDCCH信道容量。假設采用2天線模式、20MHz系統帶寬，設TD-LTE系統的最大可調度用戶數為N，取=88，=1，=8，=2，則在2天線模式，20MHz帶寬下，最大調度數。

3.2 小區平均吞吐量

小區平均吞吐量是指用戶按照一定規律分布時，整個小區的平均吞吐量=所有小區吞吐量之和/小區數。小區內每個用戶的行為均與小區的平均吞吐量有關，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承載的平均速率，即平均頻譜效率。假設上行RB總數為NURB，上行PUCCH占用RB數為NPRB，解調參考信號占用符號數為NDS，探測參考信號占用符號數為NSS，小區的平均頻譜效率為EFA，上行子幀數為NUSU，子幀總數為NS，則有上行平均吞吐量為WULA。假設下行RB總數為NDRB，下行控制信道占用RB數為NCRB，下行參考信號占用符號數為NRS，下行子幀數為NDSU，則有小區下行平均吞吐量為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

一般情況下，如果使用VoIP進行語音通信，時延在50ms以內的數據包占總的數據包的98%時，則認為該用戶是滿意的。如果小區內95%的用戶是滿意的，則該小區的VoIP容量就是該小區所能容納的VoIP用戶總數。在TD-LTE網絡部署初期，不對VOIP業務作出要求，而僅作設備能力方面的要求。TD-LTE網絡部署的中后期，用VoIP的方式提供相關的語音業務，就要求對VoIP性能提出清晰的要求。

4 結語

隨著TD-LTE網絡商用部署步調的加速，TD-LTE網絡規劃，特別是TD-LTE無線網絡規劃作為網絡建設的重要組成部分，已成為運營商研究的重要課題之一。而TD-LTE網絡容量分析作為網絡規劃的關鍵部分，對TD-LTE網絡容量分析和工程應用研究具有深遠意義。

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