TD—LTE網絡容量性能分析及其應用探析

楊博

【摘要】 2013年底，工程信息部給國內三大運營商發(fā)放了牌照，TD-LTE正式投入商用，TD-LTE是具備自主知識產權的移動通信技術標準，使用了全新的MIMO多天線技術以及OFDM技術，在容量性能分析和規(guī)劃應用方面十分復雜。基于此，本文就主要分析TD-LTE網絡容量的性能以及應用。

【關鍵詞】 TE-LTE 網絡容量 性能 應用

TD-LTE系統(tǒng)主要運用了MIMO技術以及OFDM技術，與3G技術使用的比較簡單的碼多分址技術不同，所以其網絡容量的影響因素更多、更復雜。加之，相較于3G技術與FDD LTE而言，TE-LTE的峰值速率以及小區(qū)吞吐率技術體制有所不同，這就意味著在TE-LTE網絡容量性能分析時要考慮更多因素。

一、TD一LTE網絡容量的主要因數(shù)

1.1寬帶配置

在LTE協(xié)議里有明確指出：系統(tǒng)能支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz，實現(xiàn)寬帶載波的靈活配置。系統(tǒng)峰值速率與寬帶配置是正比關系，也就是說系統(tǒng)寬帶越大，能夠調用的RB就相應增多，用戶吞吐量和接人用戶數(shù)量也會相應增多；反之，系統(tǒng)寬帶越小，那么能調用的RB就越少，用戶吞吐量和接人用戶數(shù)就越少。

1.2發(fā)射功率

如果不考慮阻擋和干擾，基站覆蓋半徑主要有基站的發(fā)射功率決定。基站的服務范圍與可能潛在的LTE用戶數(shù)量以及系統(tǒng)容量成正比。就密集城區(qū)場景而言，因為無線電傳播環(huán)境十分復雜，所以提升基站功率很難有效改善系統(tǒng)容量，甚至會出現(xiàn)重疊覆蓋的情況，對整個系統(tǒng)容量造成影響。倘若目標場景是覆蓋郊區(qū)及鄉(xiāng)村，那么就某些層面來說，提升基站發(fā)射功率就能增加系統(tǒng)容量。

1.3天線配置

天線技術對系統(tǒng)容量也有影響，TD-LTE使用了MIMO多天線技術，能選擇性接收多流復用、波束賦性、單流分級、復用和分集自適應等多種技術。如果情況不同，結合具體情況選擇相應天線，也會對網絡容量造成影響，要避免影響就可以結合用戶需求適當調整。多天線分集技術和多流技術對提升系統(tǒng)峰值速率、抵抗多徑衰落以及強化系統(tǒng)容量都有重要作用。

1.4無線環(huán)境

LTE實現(xiàn)鏈路自適應主要依靠功率和速率控制，如果信道條件差，就可以選擇較小的編碼速率以及調制方法，如果信道條件好，就可以選擇較大的調制方法，進而實現(xiàn)最佳的傳輸速率。無線環(huán)境的情況對系統(tǒng)效率與容量有直接影響，因為TD-LTE使用了OFDMA技術，所以通常情況下認為小區(qū)里各個用戶間不會產生不可忽視的干擾，干擾主要是使用頻率一樣的其他小區(qū)。小區(qū)間的相互干擾會影響吞吐量和用戶信噪比，特別是小區(qū)邊緣容易受到影響且距離站點也較遠的用戶最易受到影響。

1.5無線幀配置

在TD-LTE系統(tǒng)中，幀長度是10s，分為10個長度相等的子幀，上行與下行數(shù)據(jù)均在同個幀里的各個子幀上傳輸。TD-LTE里支持不一樣的上行與下行時間配比，能夠結合不一樣的業(yè)務類型，合理調整上行與下行的時間配比，迎合上行下行不對稱業(yè)務的需求標準，實現(xiàn)系統(tǒng)最好的承載能力。CP配置，CP長度受覆蓋半徑影響，通常來說，配置一般的CP就能滿足需求；在廣覆蓋等小區(qū)半徑比較大的場景情況下，配置擴展CP即可。CP長度配置與系統(tǒng)開銷成正比，與系統(tǒng)容量成反比。PG配置，TD-LTE系統(tǒng)通過時間間隔實現(xiàn)雙工轉換，但要防止干擾，就要事先預留相應的保護間隔（即GP）。系統(tǒng)覆蓋距離會影響保護間隔，系統(tǒng)覆蓋距離大保護間隔就大，反之，系統(tǒng)覆蓋距離小保護間隔就小。

1.6調度和算法

首先是調度方法。基于動態(tài)調度的基礎上結合按需分配原則實施資源分配，每次調度都應進行信令交互，這種方法比較簡單和靈活，假設不考慮調度信令資源的限制性，就能確保充分利用資源。但動態(tài)調度信令花費較多，減小了系統(tǒng)容量。如果使用半持續(xù)調度方式，第一次分配資源時就用動態(tài)調度，之后分配資源就用持續(xù)調度，如此一來，就只需要在第一次分配資源時使用調度，之后分配資源就不使用調度信令指示，有效節(jié)省成本。但在資源分配中使用持續(xù)調度不夠靈活，還可能引發(fā)某些資源沖突，降低資源利用率。

其次是常用分組調度算法。主要有三種：一是最大C/I算法，系統(tǒng)能得到最大吞吐量，但不夠公平，對C/I差的用戶有很大影響；二是輪詢算法，這種算法最公平，但資源利用率與系統(tǒng)吞吐量都不高；三是正比公平算法，這種算法有效協(xié)調了用戶信道條件與用戶間的公平服務，能實現(xiàn)用戶間公平服務以及系統(tǒng)吞吐量的有效折中[1]。

二、TD-LTE網絡容量分析及應用

2.1最大同時調度用戶數(shù)量

所謂同時調度用戶數(shù)，即系統(tǒng)在每個調度周期里（即1ms）能夠同時調度的用戶數(shù)量，基于此，能計算出1無線幀里（即10ms）系統(tǒng)能夠調度的用戶數(shù)量。上行調度用戶數(shù)量要受到物理隨機接入信道（PRACH）、探測參考信號（SRS）以及物理上行控制信道（PUCCH）的三者影響；下行調度用戶數(shù)量要受到PHICH信道、PCFICH信道以及PDCCH信道容量三者的影響[2]。倘若使用2天線模式，系統(tǒng)寬帶為20MHz，假設TD-LTE系統(tǒng)的最大同時可調度用戶數(shù)量為n，取值為88、1、8、2，那么在2天線模式和20MHz寬帶下，就能實現(xiàn)系統(tǒng)的最大同時調度用戶數(shù)量。

2.2小區(qū)平均吞吐數(shù)量

小區(qū)平均吞吐量，就是小區(qū)用戶在結合一定規(guī)律分布時，其平均吞吐量就是小區(qū)吞吐總量與小區(qū)總數(shù)量的比值。小區(qū)平均吞吐量會受到小區(qū)里所有用戶行為的影響，每個用戶的行為是由很大差異的，是不能使用類似于峰值吞吐量的方式進行評估的，這個時候就需要結合單位寬帶下系統(tǒng)能夠承受的平均速率，也就是平均頻譜效率。對現(xiàn)目前所有的大量仿真結果進行綜合分析可以得出：10個用戶系統(tǒng)，TE-LTE能實現(xiàn)的上下行小區(qū)吞吐量分別為6Mbit/s和18Mbit/s，換言之，小區(qū)平均用戶吞吐量也實現(xiàn)了上行6Mbit/s和下行18Mbit/s，相較于2G與3G系統(tǒng)所標稱能夠支持的平均吞吐量有明顯增加。

2.3 VOIP用戶數(shù)量

通常來說，倘若使用VOIP實施語音通信，時延不超出50ms的數(shù)據(jù)包占據(jù)總數(shù)據(jù)包比例為98%的時候，那么就認為該用戶是滿意的。如果小區(qū)里用戶有超過95%都是滿意的，就表示小區(qū)實際的VOIP容量就是小區(qū)可以容納VOIP用戶的總數(shù)量。

在最開始部署TE-LTE網絡的時候，對VOIP業(yè)務沒有做出相應要求，只對設備能力方面作了相應要求；TE-LTE網絡部署的中期和后期，通過VOIP的方式為用戶提供相應的語音業(yè)務，那么就要對VOIP的性能提出明確清晰的標準和要求[3]。

三、結語

TD-LTE系統(tǒng)里所涵蓋的新技術和新理念是未來移動通信技術的發(fā)展方向，TD-LTE使用了MIMO、OFDMA等多種新技術，對組網方式以及網絡規(guī)劃都形成了很大影響。TD-LTE網絡容量性能分析是網絡規(guī)劃的重要且關鍵部分，對整個系統(tǒng)的容量分析以及工程應用都極具重要作用與意義。為此，本文分析TD-LTE網絡容量性能以及應用望能為同行提供借鑒。

參 考 文 獻

[1]黃勁安，鐘志成.TD-LTE網絡覆蓋質量和網絡容量性能分析[J].通訊世界，2014（14）：12-13

[2]柏世剛，崔楊峰，崔穎強.TD-LTE網絡容量性能分析[J].中國新通信，2014（17）：123-124

[3]張自成，竇紹賓.TD-LTE網絡容量分析研究與應用[J].數(shù)字技術與應用，2013（11）：27轉29