TD—LTE移動網絡規劃研究中的容量、流量分析

徐東升　孫健　張泰

摘 要：TD-LTE技術是在TD-SCDMA的基礎上發展而來的一種長期演進版本，在容量分析與規劃方面有其自身的特點，本文論述了影響TD-LTE網絡容量的兩個重要因素-最大可調度用戶數及上行信道容量，首先從理論的角度分別進行分析論述，緊接著又通過實際數據參數對分析方法進行的驗證，研究分析可用于解決TD-LTE網絡規劃中的容量問題。

關鍵字：TD-LT；網絡規劃；最大可調度用戶數；上行信道容量

本文系2015年保定市科學技術研究與發展指導計劃項目“TD-LTE移動網絡規劃研究”（編號：15ZG004）的研究成果

TD-LTE技術是在TD-SCDMA的基礎上發展而來的一種長期演進版本，經過TD-SCDMA的基礎上采用單載波的HSDPA技術，使下行速率提高到2.8Mb/s，而后通過采用多載波的HSDPA技術使其速率提高到7.2Mb/s，接著通過采用HSDPA+使其速率超過10Mb/s，并結合MIMO技術，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在網絡規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組網后的容量和流量分析，為TD-LTE移動網絡規劃提供一種思路參考。

1 容量、流量分析在網絡規劃中作用

一般情況下TD-SCDMA無線網絡規劃流程可以分為五個階段：需求分析、網絡規模估算、站址規劃、網絡仿真、無線參數規劃。其中網絡規模估算根據需求分析得出結果并為后期的選址、仿真出參數奠定基礎，是整個規劃流程中起到承上啟下的關鍵作用，同樣在TD-LTE組網的過程中同樣要進行以上五個階段，而對TD-LTE進行網絡規模估算中的重點和難點是TD-LTE系統容量、流量的分析。

2 容量、流量分析

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

（1）最大可調度用戶數

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

（1）

其中：N——可調度的用戶數

——每條PHICH可復用的UE數

——每條PCFICH的CCE占用數

——每用戶PDCCH數

——可用的CCE數

其中一個對稱業務的用戶需要2條PDCCH，傳輸上下行調度控制信息。其中PHICH每條占用一個CCE，最多復用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。具體可用數量取決于天線數、帶寬（RB數）和CFI值，其中CFI用來指示一個子幀用于PDCCH傳輸的OFDM 符號個數，對于普通的TDD子幀來說，在不支持多播廣播信息傳輸時，一個用戶發送的 PDCCH 最大數目取3。

對理論公式進行整理得到：

（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用于承載上行業務數據，其信道容量與具體的調度方式、系統帶寬、TDD配置等因素相關。對VoIP業務采用半靜態調度，主要使用小區支持的滿意VoIP用戶數來衡量，一般情況下，某用戶在使用 VoIP 進行語音通信時，若98%的數據包時延在50 ms以內，則認為該用戶是滿意的。而如果小區內 95%的用戶是滿意的，則認為該小區所能容納的VoIP用戶總數為該小區的VoIP容量。

由于VoIP采用半靜態調度，可以不考慮控制信道限制，同時認為系統配置的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層包的大小（bit）

——話音用戶靜默期SID幀傳輸周期

——VoIP用戶再通話期MAC層包的大小（bit）

——半靜態調度周期

——半靜態調度周期內初傳可用的RB數量

——每個用戶需要的平均RB數量

——上行時隙配比

3 以保定市某TD-LTE站點為案例進行論證

假設某TD-LTE站點采用雙天線、20 MHz系統帶寬（100RB）建站，根據一般原則，CFI參數取3，對應的 取88， 表示每條PHICH可復用的UE數，一般取8，對于對稱業務，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，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最大可以同時調度約40個用戶。

對于12.2 kbit/s的VoIP業務而言，20ms為其半靜態調度周期，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系統帶寬內，共有100個RB，假設上行時隙配比為2，即DL∶UL=3∶2，TD-LTE系統為HARQ重傳需要預留20%的系統資源，PUCCH 占用 2 個RB，則在20ms 半靜態調度周期內初傳可用的RB數量為20×（100-2）×（1-20%）=1568，即為NINI_RB的取值。

假設初傳需要占用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（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 結束語

影響TD-LTE的系統容量因素有很多，包括最大同時可調度用戶數、上下行信道容量、小區峰值吞吐量、小區平均吞吐量等。本文側重從最大同時可調度用戶數、上行信道容量兩個指標上進行理論分析，再通過某一具體站點為參數，進行驗證，結論證實用戶容量與理論分析數值基本一致。

隨著TD-LTE網絡建設的加快，作為TD-LTE網絡建設的重要組成部分，網絡規劃已成為運營商研究的重要內容。而TD-LTE網絡容量分析作為網絡規劃的關鍵部分，對TD-LTE網絡規劃和工程應用研究具有深遠意義。

參考文獻

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[2]趙旭凇，張新程，徐德平，張炎炎.TD-LTE無線網絡規劃及性能分析.電信工程技術與標準化，2010（11）

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

作者簡介

徐東升，講師，河北軟件職業技術學院計算機應用工程系。

孫健，講師，河北軟件職業技術學院計算機應用工程系。

張泰，講師，河北軟件職業技術學院網絡中心。