综述TD—LTE系统容量影响因素

顾伟

摘 要：本文结合影响TD-LTE系统容量的多种因素，分析了上下行控制和业务信道的容量能力，包括最大可同时调度用户数、VoIP容量、小区峰值吞吐量，和小区平均吞吐量指标。供同行参考交流。

关键词：TD-LTE；容量；影响因素；评估

1 前言

LTE通过采用OFDM、单载波FDMA（SC-FDMA）和MIMO等多种关键技术可以实现比目前2G/3G系统更快的数据速率、提供更高的小区容量，以及显著降低用户平面和控制平面的时延。由于TD-LTE频谱利用率高，其组网规划也越来越引起大家的关注。在组网规划中，覆盖和容量是2个特别需要关注的问题。TD-LTE覆盖能力，已经有很多学者研究，而TD-LTE容量能力，由于其受限因素比较多，如系统带宽、子帧配比、信道开销、业务类型等，且采用自适应凋制编码方式，网络能够根据信道质量指示（CQI）、秩指示（RI）和预编码指示（PMI）的反馈动态调整用户数据的编码方式及所占用的资源，因此，TD-LTE并不是一个给定信噪比（SNR）门限就可以准确估算整体容量的系统，其容量建模相当复杂，小区吞吐量取决于用户所处的信道环境，因此，迄今为止研究并不多。

2 TD-LTE系统容量的影响因素

影响TD-LTE的系统容量的因素有很多，在固定配置和算法性能方面包括系统带宽、发射机功率、调度算法、CP长度、小区覆盖半径、上下行时隙及特殊子帧配置、MIMO、干扰消除等；而TD-LTE网络资源分配方式和调制编码方式选择，也会受到实际网络的信道环境和链路质量的影响，因此网络结构也是影响TD-LTE的容量的重要因素。下面将对几个主要的影响因素作出介绍。

⑴TD-LTE网络可以灵活的配置系统带宽，TD-LTE支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等不同带宽，若需要大的系统容量，则需要可用资源块RB多，则需要选用大的带宽。

⑵TD-LTE系统采用OFDMA的接入技术，小区内的子载波间是相互正交的，而小区间则可能会存在小区间的同频干扰，这些干扰会降低用户的信噪比，影响用户容量。小区间干扰抑制技术作为LTE的一项关键技术，将会影响系统的整体系统容量。

⑶TD-LTE采取时分双工的工作方式，时隙配置灵活，目前协议中已定义了7种上下行时隙配置方式和9种特殊时隙的配置方式，选择不同配置方式的组合，将会得到差异很大的上下行吞吐量。

⑷实际网络信道环境和链路质量在很大程度上影响LTE的系统容量，而TD-LTE系统采用AMC等技术，用户速率随无线信道环境的变化而变化，动态地调整用户数据所采用的调制编码方式及占用资源，从系统上做到性能最优。因此，采用好的资源调度算法，能够极大提高用户速率，提升系统整体容量。

⑸在TD-LTE系统中，解决符号间和载波间的干扰的一个有效手段是在OFDM符号间设置CP。然而，CP长度的配置也是一个需要严格控制的问题。如果CP的配置不够长，则会带来严重的符号间和载波间干扰；而如果CP的配置过长，多余的CP开销会带来额外的频谱浪费。一般而言，配置短的CP，允许有一定的码间干扰，有利于提高的系统容量。

⑹TD-LTE采用了多天线MIMO技术，可以通过空间复用、传输分集和波束赋形等手段来提高系统的峰值速率、接收信号的可靠性和系统的容量。波束赋形工作模式可以通过一定的算法控制多路天线阵列形成为某个方向的单路传输信道，针对用户形成波束，在降低用户间干扰，有效提高系统的覆盖能力的同时，降低小区内干扰，提升系统吞吐量。

3 TD-LTE系统容量评估

TD-LTE系统容量评估可以分为控制面和用户面两个角度进行分析。

⑴控制面容量评估：首先，对控制信道进行分析，控制面信道承载着高层信令信息和物理层上下行控制信息，信道资源的配置情况、信道格式以及接入和调度算法与控制面容量有着很大的关系，这就要求对于不同类型的业务，分析其控制信道的配置情况以及所用的接入及调度算法等等。其次，要对控制面容量指标进行分析，包括同时在线用户数和同时调度用户数，而衡量系统的基本指标是同时调度用户数。

⑵用户面容量评估：首先，对用户面信道进行分析，用户的上下行业务数据承载在用户面，而用户面容量与业务信道资源配置情况、无线信道传播环境的好坏、业务质量要求（QoS）、编码调制方式（MCS）素因素等相关；其次，要对用户面容量指标进行分析，包括VoIP业务和非VoIP数据业务两个指标。小区峰值吞吐量和平均吞吐量以及小区边缘速率等指标是非VoIP数据业务指标；而VoIP用户数则是VoIP业务的指标。而小区平均吞吐量和VoIP用户数是用户面的基本指标。

3.1 最大同时调度用户数

同时调度用户数是指系统在每个调度周期（1ms）内同时调度的用户数，进一步可计算1无线帧（10ms）时间内可调度的用户数。上行调度用户数主要受限于PRACH（物理随机接入信道）、PUCCH（物理上行控制信道）、SRS（探测参考信号）。下行调度用户数主要受限于PCFICH信道、PHICH信道和PDCCH信道容量。假设采用2天线模式、20MHz系统带宽，设TD-LTE系统的最大可调度用户数为N，取=88，=1，=8，=2，则在2天线模式，20MHz带宽下，最大调度数。

3.2 小区平均吞吐量

小区平均吞吐量是指用户按照一定规律分布时，整个小区的平均吞吐量=所有小区吞吐量之和/小区数。小区内每个用户的行为均与小区的平均吞吐量有关，而用户的行为差异很大，采用类似峰值吞吐量的方法来评估是行不通的，这时可以考虑单位带宽下系统承载的平均速率，即平均频谱效率。假设上行RB总数为NURB，上行PUCCH占用RB数为NPRB，解调参考信号占用符号数为NDS，探测参考信号占用符号数为NSS，小区的平均频谱效率为EFA，上行子帧数为NUSU，子帧总数为NS，则有上行平均吞吐量为WULA。假设下行RB总数为NDRB，下行控制信道占用RB数为NCRB，下行参考信号占用符号数为NRS，下行子帧数为NDSU，则有小区下行平均吞吐量为WDLA。

上行平均吞吐量（WULA）为：

下行平均吞吐量（WDLA）为：

3.3 VoIP用户数

一般情况下，如果使用VoIP进行语音通信，时延在50ms以内的数据包占总的数据包的98%时，则认为该用户是满意的。如果小区内95%的用户是满意的，则该小区的VoIP容量就是该小区所能容纳的VoIP用户总数。在TD-LTE网络部署初期，不对VOIP业务作出要求，而仅作设备能力方面的要求。TD-LTE网络部署的中后期，用VoIP的方式提供相关的语音业务，就要求对VoIP性能提出清晰的要求。

4 结语

随着TD-LTE网络商用部署步调的加速，TD-LTE网络规划，特别是TD-LTE无线网络规划作为网络建设的重要组成部分，已成为运营商研究的重要课题之一。而TD-LTE网络容量分析作为网络规划的关键部分，对TD-LTE网络容量分析和工程应用研究具有深远意义。

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