关于TD-LTE网络物理层峰值吞吐率的分析

瞿水华，李铁峰，章莹，林坚立，郑石

（中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，深圳 518048）

关于TD-LTE网络物理层峰值吞吐率的分析

瞿水华，李铁峰，章莹，林坚立，郑石

（中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司，深圳 518048）

本文主要着重探讨了TD-LTE网络小区和和终端物理层理论上的峰值吞吐率，分析了上下行不同时隙配比下是否与TD-SCDMA共存系统等不同情况的区别，最后给出相应的理论物理层峰值吞吐率，可供TD-LTE网络规划参考。

TD-LTE；吞吐率；时隙配比；特殊子帧

随着中国移动TD-LTE网络建设的不断推进，宽带移动化将逐步得到实现，用户将真正的体验到高速的移动业务。

IMT-Advanced系统需求明确指出：在高速移动场景下，未来移动通信系统能够支持到100Mbit/s，在低速移动场景下，能够支持1Gbit/s。LTE是3GPP长期演进项目，兼容目前的3G系统，主要采用OFDM和MIMO技术作为无线网络演进的唯一标准，目标是在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s和上行50Mbit/s的峰值速率。

在网络规划和业务规划中，小区和终端各自的物理层峰值速率是很重要参考数值。在TD-LTE网络建设中是否和TD-SCDMA共存系统也影响到两者的峰值速率，因此有必要计算清楚各种情况下小区和终端的理论物理层峰值速率。

1 时隙配比对特殊子帧的影响

1.1 TD-SCDMA和TD-LTE共系统，TD-LTE不同时隙配比下特殊子帧符号配比

在TD-LTE扩大规模试验网建设中，其中F频段基站主要建设方式是从现网TD-SCDMA基站升级为TD-LTE/TD-SCDMA双模站，TD-LTE和TDSCDMA共RRU，我们称之为共存系统。为避免干扰，需要两系统时隙翻转上一致对齐，或者由于宽频功放，只能采用一种时隙翻转控制。目前TD-SCDMA现网上下行时隙配比统一为2：4，因此，TD-LTE上下行时隙配比只能是1：3，如图1所示。

为达到共存要求，上下行没有交叠（图中Tb＞Ta），则TD-LTE的DwPTS必须小于0.525ms（16128Ts)，因此，特殊子帧只能采用3：9：2或者3：10：1的符号配置，这种情况协议规定特殊子帧不传数据，容量损失约为20%。计算方法：TS36.213规定，特殊时隙DwPTS如果用于传输数据，那么吞吐量按照正常下行时隙的0.75倍传输。如果采用10：2：2配置，则下行容量为3个正常时隙吞吐量+0.75倍正常时隙吞吐量。如果丢失此0.75倍传输机会，系统侧则损失的吞吐量为0.75/3.75=20% 。

图1 TD-LTE（1：3）和TD-SCDMA（2：4）共存

如果TD-SCDMA上下行时隙配比为3：3，共存情况下，TD-LTE上下行时隙配成2：2，如图2所示。

图2 TD-LTE（2：2）和TD-SCDMA（3：3）共存

为达到共存要求，上下行没有交叠（图中Tb＞Ta）。则TD-LTE的DwPTS必须小于0.85ms（26112Ts)，可以采用10：2：2的配置，这种情况下特殊子帧可以传数据，协议规定CAT3和CAT4在特殊子帧的传输能力可参见协议：如表1所示。

1.2 TD-SCDMA和TD-LTE不共系统，TD-LTE不同时隙配比下特殊子帧符号配比

在不共存情况下，TD-LTE任何时隙配比的特殊子帧符号可随意配置，为提高下行带宽，推荐特殊子帧符号配成10：2：2。

表1 特殊子帧上UE不同的传输能力

2 可传输数据业务有效符号资源计算

2.1 时隙配比上下行1：3，特殊子帧3：9：2

2.1.1 子帧0符号资源

子帧0可用资源应该为12×13×100（总的RE）-12×100（CRS）-(12×3+8)×6（PBCH）- 12×6（SSS）=14064。

第1部分总体资源：从时域维度看1个子帧包含2个时隙，1个时隙包含7个符号；从频域看，20MHz包含1200个子载波，与时域的符号构成二维资源图案，符号资源分配图参见协议TS36.211，6.2.2 Resource elements。

从LTE最小的调度资源RB分析，1个RB内包含12个子载波（SC），14个符号（SY），其中1个符号为PDCCH所占用，则1个RB内可用的资源（RE）为12×13。1个子帧内包含100个RB，则总资源为12×13×100。

第2部分是CRS所占符号资源：LTE系统中引入了导频符号（cell-specific reference signal），CRS图案参见TS36.211，10.1.2 Mapping to resource elements。对于2×2 MIMO方案的2port场景，1个RB内包含16个CRS RE，不传数据。但这16个CRS RE应该扣除PDCCH中已有的4个CRS RE。

第3部分是PBCH所占符号资源：根据36.211 6.6的规定，PBCH（广播信道）承载于子帧0的时隙1的符号0～3，每个符号6个RB（72个子载波），其中符号0需要扣除12个CRS占用的RE。

第4部分是SSS所占符号资源：根据36.211 6.11.2的规定，SSS（辅同步信号）承载于时隙1符号6的72个RE，需要扣除。

2.1.2 其它子帧符号资源计算

子帧3可以资源：12×13×100（总的RE）-12×100（CRS）=14400。

子帧4可以资源：12×13×100（总的RE）-12×100（CRS）=14400。

子帧5无PBCH，可用资源比子帧0多。

2.1.3 计算峰值速率的原则

吞吐率计算总原则，根据UE能力限制与信道配置限制、信道码率限制三者的最小值得出最终的吞吐率。

2.1.4 信道码率限制

按照承载的64QAM比特计算，子帧0：14064× 6=84384；子帧1：9928×6=59568； 子帧3：14400× 6=86400；子帧4：14400×6=86400。

协议要求有效信道码率（定义为含CRC的下行信息比特数/物理信道承载能力）小于等于0.93，见36.213 7.1.7。计算信道码率：

若大于0.93，则需要降低MCS直到等效码率小于0.93，6144为码块大小，详见36.212 5.1.2。

2.2 时隙配比上下行2：2，特殊子帧10：2：2

2.2.1 符号资源

子帧0可用资源：12×13×100（总的RE）-12×100（CRS）-(12×3+8)×6（PBCH）- 12×6（SSS）=14064。

特殊子帧采用10：2：2配比，DwPts可以传数，扣除PDCCH，还有9个符号可用。

子帧1可用资源：12×9×100（总的RE）-8×100（CRS）-12×6（PSS）=9928。

子帧4可以资源：12×13×100（总的RE）-12×100（CRS）=14400。

子帧5与子帧0对称，但无PBCH，可用资源稍多。

子帧1与子帧6对称，可用资源相同。

子帧4与子帧9对称，可用资源相同。

2.2.2 信道码率限制

承载的64QAM比特：

子帧0：14064×6=84384；

子帧1：9928×6=59568；

子帧4：14400×6=86400。

协议要求有效信道码率（定义为含CRC的下行信息比特数/物理信道承载能力）小于等于0.93，见36.213 7.1.7。计算信道码率：

计算信道码率：

3 小区吞峰值吐率计算

理论上讲，计算小区峰值吞吐率不需要考虑信道码率，认为除去必要的开销外，系统能调度其余所有的符号传数据，因此：

3.1 共存系统时隙配比3：1

小区峰值吞吐率=(84384+86400+86400)×2×2/ 10/1000（10ms）＝102.9Mbit/s。

3.2 独立系统时隙配比3：1

小区峰值吞吐率＝（84384+59568+86400+86400）×2×2/10/1000（10ms）=126.7Mbit/s。

3.3 时隙配比2：2（如D频段独立系统）

小区峰值吞吐率＝（84384+59568+86400)×2× 2/10/1000（10ms）=92.1Mbit/s。

4 UE峰值吞吐率计算

协议TS 36.306 4.1规定了等级1、2、3、4、5种级别的终端，每种终端的下行处理能力如表2所示。

表2 不同终端的下行业务传输能力

从表2看，CAT3和CAT4在2×2天线配置下，UE单层支持的最大处理能力分别为51024和75376。

假设CFI=1（一般子帧和特殊子帧都是1个控制信道符号PDCCH），其它信道类型采用协议要求，见36.211 6.6、6.10、6.11。并假设下行每个子帧都可以调度到100RB。

4.1 根据UE能力限制与信道配置限制、信道码率限制，CAT4得到峰值吞吐率计算

4.1.1 共存系统上下行时隙配比1：3

(75376+75376+75376)×2×2/10/1000= 90.4Mbits。

4.1.2 独立系统上下时隙配比1：3

(75376+75376+75376+55056)×2×2/10/1000= 112.5Mbit/s。

4.1.3 上下行时隙配比2：2（包括共存和非共存）

(75376+75376+55056)×2×2/10/1000= 82.3Mbit/s。

4.2 根据UE能力限制与信道配置限制、信道码率限制，CAT3得到峰值吞吐率计算

4.2.1 共存系统上下行时隙配比1：3

(51024+51024+51024)×2×2/10/1000= 61.2Mbit/s。

4.2.2 独立系统上下行时隙配比1：3

由于特殊子帧可配成10：2：2，协议规定在75 RB中选取两个TB Size 使之最接近Cat3的限制(102048)， 为MCS28(55056) + MCS27(46888)，可参看TS36.213，Table 7.1.7.2.1-1，值得说明的是如果两个PORT都采用MCS28 (55056) 就超过了CAT3 UE的能力，因此这种情况下CAT3的峰值吞吐率如下：

4.2.3 上下行时隙隙配比2：2

同上，特殊时隙可传数据，

4.3 终端上行峰值速率

是否共存系统不影响终端上行峰值速率，CAT3和CAT4上下能力相同，而且上行终端无MIMO，可以简单的按照表3来计算。

4.3.1 CAT3和CAT4、上下时隙配比1：3

4.3.2 CAT3和CAT4、上下时隙配比2：2

表3 不同终端的上行业务传输能力

5 结论

通过计算，在1：3配置情况下，小区下行峰值速率最高达到126Mbit/s，而CAT3的终端下行峰值速率达到81Mbit/s，CAT4的终端峰值速率能达到112Mbit/s。但在1：3配置时，终端上行峰值速率也只有10Mbit/s，这情况可能会影响到高清业务需求。具体中情况峰值速率汇总如表4所示。

实测情况分析：在目前D频段（2：2配置）网上，室外大站好点CAT3终端实测下行速率达到57Mbit/s，室内覆盖小区好点（信噪比大于23dB）实测达到59Mbit/s，两个CAT3终端同步下载，每个终端速率在40Mbit/s左右，小区吞吐率达到80Mbit/s；F频段网络3：1在室外极好点（信噪比大于25dB以上）能测到下行速率达61Mbit/s，总体上实测情况与理论分析大致相符。CAT4类终端目前尚不成熟，对测试结果尚不能下结论。

表4 速率汇总

[1] 3GPP TS 36.211 V9.1.0 Physical Channels and Modulation[S].

[2] 3GPP TS 36.211 V9.4.0 Multiplexing and Channel Coding[S].

[3] 3GPP TS 36.211 V9.4.0 Physical Layer Procedures[S].

[4] 3GPP TS 36.306 V9.6.0 User Equipment (UE) Radio Access Capabilities[S].

On analysis of physical-layer peak throughput in TD-LTE networks

QU Shui-hua, LI Tie-feng, ZHANG Ying, LIN Jian-li, ZHENG Shi
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Shenzhen Branch, Shenzhen 518048, China)

This paper is concerned with the investigation regarding the peak throughout in both cellular coverage and physical-layer of terminal. We analyze the difference in peak throughput in the context of various time slot conf i guration in both up- and down-links, and coexistence or not with TD-SCDMA systems. Theoretical results of physical-layer peak throughout are given, which can be used as references for network planning.

TD-LTE; throughout; time slot conf i guration; special sub-frame

TN929.5

A

1008-5599（2012）10-0037-05

2012-09-10