基于Atoll的LTE网络吞吐量影响因素研究

王 静，李盼星

（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，保定 071000）

基于Atoll的LTE网络吞吐量影响因素研究

王 静，李盼星

（中国通信建设集团设计院有限公司第一分公司，保定 071000）

文章主要通过理论分析和仿真研究网络负荷、用户分布对LTE网络小区吞吐量的影响，然后根据分析结果给出网络规划建议。

LTE；小区吞吐量；网络负荷；用户分布

1 引言

随着TD-LTE和LTE FDD牌照的相继发放，LTE网络建设正如火如荼的进行，据GSA 2015年4月9日发布的最新报告显示，全球已有393张LTE商用网络遍布于138个国家[1]。在LTE网络建设中，容量规划是关键环节，合理的容量规划可以有效地评估网络建设规划，控制网络成本，网络吞吐量是容量规划的两项关键参数之一[2]。

如文献[2]所述，影响小区吞吐量的因素主要有资源、网络负荷、用户分布、调度算法等，文献[3]通过理论分析和仿真研究了带宽、帧配置、调制方式对吞吐量的影响，文献[4]首次量化性地深入分析了TD-LTE系统吞吐量与常规子帧配比、特殊子帧配比，以及不同RB带宽配置的交互影响。本文将通过ATOLL软件仿真验证的方法研究网络负荷和用户分布对LTE网络吞吐量的影响。

2 基于ATOLL的LTE吞吐量影响因素

2.1 仿真场景建立

2.1.1 仿真场景

某密集市区共9个站，站间距大约在580米左右，采用制式为TD-LTE，仿真频段为1.8GHz，带宽为20MHz，DL︰UL：2︰2，特殊子帧配置为10︰2︰2，CFI=2，未开启ICIC，基站侧2T4R，UE侧1T2R。基站分布情况如图1所示。

图1 基站分布图

2.1.2 定义

本文所研究的吞吐量有小区吞吐量、小区平均吞吐量、小区容量，获取方法如下：

⊙ 小区吞吐量：所有连接到该小区的UE的吞

吐量之和。用户的行为、业务各不相同。

⊙ 小区下行平均吞吐量：用户按照一定规律分布时，整个区域的小区平均吞吐量=所有小区吞吐量之和/小区数。

⊙ 小区容量：在整个预测区域内放置一个探测终端（不会产生干扰的虚拟终端）遍历所有像素点所得到的，用户的行为在此次预测中是固定的。

2.2 用户数对网络吞吐量的影响

蒙特卡洛仿真设置四种业务类型：High Speed Internet，Mobile Internet Access，Video Conferencing和VoIP，如表1所示。每种业务类型对速率的需求不同。仿真根据每小区用户数不同共分为12种场景，分别设置每小区每种业务用户数为10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120，如表1所示。然后对12种场景分别进行蒙特卡洛仿真（图2为场景一所得用户撒点分布图），得到用户数与上下行小区吞吐量关系如图3所示。

表1 场景设置表

图2 场景一用户分布图

图3 用户数和小区吞吐量关系图

由图3可知：随着用户数增加，小区上/下行吞吐量和上/下行加载量均呈上升趋势，这是由于用户数增多则业务需求增加，调度器会根据每个用户的链路状况来为用户分配频域资源[5]，因此，有助于提升小区吞吐量。而加载量在一定程度上体现了RB利用率的情况，因此，随着业务需求增大，RB利用率同样呈上升趋势。小区上/下行吞吐量上升到一定值，则趋势变缓，上行吞吐量临界值约为9Mb/s，下行吞吐量临界值约为20Mb/s，对应的上/下行加载量为80%左右。这是由于RB资源利用率达到一定程度，吞吐量受到影响，本文通过大量仿真发现，吞吐量受限大致在加载量为65%～85%之间，因此，建议RB资源利用率达到65%以上可考虑扩容。

2.3 用户业务对网络吞吐量的影响

本节所设High Speed Internet的下行最大吞吐量需求为1024kb/s，上行最大吞吐量需求为128kb/s，最小吞吐量需求均为0kb/s；VoIP业务吞吐量需求为12.2kb/s。Mobile Internet Access，Video Conferencing业务需求位于High Speed Internet和VoIP之间。

图4 用户业务和小区下行吞吐量关系图

图5 用户业务和小区上行吞吐量关系图

仿真设置三种场景，场景一为蒙特卡洛仿真仅设置High Speed Internet业务；场景二为蒙特卡洛仿真仅设置VoIP业务；场景三维蒙特卡洛仿真设置High Speed Internet，Mobile Internet Access，Video Conferencing和VoIP四种业务类型。分别对单小区用户数为80，160，240，320，400，480，560时的三种场景进行仿真（场景三设置每种业务用户数相同），得到结果如图4和图5所示。

由图4和图5可知，小区吞吐量受用户业务的影响较大，高需求业务则对吞吐量贡献较大，VoIP业务对吞吐量贡献较小。这是由于在相同的网络条件下，业务需求大，所分配的PRB数量多，则产生的吞吐量较大。

2.4 邻区负载对网络容量的影响

本节所采用的值为蒙特卡洛仿真返回的加载量作为邻区负载，在不同邻区负载的条件下对小区容量进行预测得到结果如图6所示。

图6 邻区负载和小区下行容量关系图

由图6可知，下行小区容量随着邻区负载增加而呈现下降趋势，这是由于LTE网络采用同频组网，对于同频部署的网络，邻区负荷越高，产生的同频干扰越大。因此，网络规划的吞吐量指标要与预期负载相匹配。邻区下行负载对上行小区容量的影响不大，这是由于LTE网络上下行隔离度较好，这一结论与文献[6]一致。

3 结束语

本文主要研究了用户分布、邻区负载对小区吞吐量的影响，研究表明业务加载量达到65%～85%之间，小区吞吐量增长会变缓，因此，建议RB资源利用率达到65%可考虑扩容。另外，网络规划的吞吐量指标要与预期负载相匹配，下一步工作将通过网络实测数据对上述结论进行验证。

参考文献

[1] GSA. GSA: Operators commit to deploy LTE networks in 150 countries [EB/OL], http://www.gsacom.com/news/gsa_406,2014.5.

[2] 李正茂，王晓云．TD-LTE应用与实践[M]．北京：人民邮电出版社．2014.1

[3] 石魁，李校林，金渝．TD-LTE系统吞吐量计算方法及其影响因素的研究[J]．移动通信，2013:110-114

[4] 肖清华．TD-LTE系统吞吐量能力定量分析[J]．邮电设计技术，2013.3:16-21

[5] 朱雪田，安晓东，高羽等．TD-LTE无线性能分析与优化[M]．北京：电子工业出版社，2014.5

[6] 宁波移动，大唐移动．TD-LTE单小区性能测试项目报告．2012. http:// www.docin.com/p-758682453.html

Research of LTE Throughput Influencing Factors based on Atoll

Wang Jing, Li Panxing
(The First Branch of China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co., Ltd., Baoding, 071000)

Firstly, the paper studies the influence of traffic load and user distribution in LTE throughput through theoretical analysis and simulation, then gives some suggestions on LTE network planning based on the analysis.

LTE cell throughput; traffic load; user distribution

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.008

TN92

A

1672-7274（2015）09-0035-04

王静，女，1986年生，硕士研究生，工程师，主要从事无线通信方面工作。