FDD+LTE无线性能与影响因素分析

FDD LTE无线性能与影响因素分析摘要随着国内网络的快速建设和发展，网络性能分析和优化的需求越来越强LTE只有结合性能特点，了解性能指标及其影响因素，并认识到吞吐FDD LTEFDD LTE量指标在网络中的重要性，才能更好地进行网络优化工作LTE LTE1LTE无线性能指标移动通信系统中，无线网络性能主要用容量、性能和覆盖等指标来描述，三者间相互影响和制约系统中，三者的核心要素为吞吐量比如，容量可以采用小区中多LTE个用户的总吞吐量来界定，性能可以使用单用户峰值吞吐量来表征，覆盖则需要根据边缘吞吐量来进行分析和优化因此，进行网络性能优化时,需要围绕吞吐量这LTE一关键指标，通过无线环境优化、参数优化、信令分析等手段来改善网络性能，提升用户感知

1.1单用户下行峰值吞吐量理想条件下，单用户所能达到的最大数据速率称为系统峰值吞吐量峰值吞吐量受小区信道参数配置、系统负荷、终端级别和模式等因素的影响MIMO系统中，可以采用开销分析法来计算物理层吞吐量［］但是这种计算方法缺乏对FDD1,无线环境的考虑，因此不够精确实际测试中，需要根据上报的信eNodeB MSCQI息来确定可用并结合可用数目来查询所对应的（即传输块大小），因MCS,PRB TBS此采用和信息来计算峰值吞吐量更加现实和合理MCS PRB假设系统带宽为可用数为如果系统采用最大索引则其对应20MHz,PRB100,MCS28,的索引为如表所示［］TBS26,12的增加，边缘吞吐量逐步降低3LTE系统无线性能提升思路根据上述分析可知，吞吐量受多种因素的影响，从而制约了容量、性能和覆盖等指标为了保证用户感知、提升网络性能，需要综合多种手段提升吞吐量指标，包括）优化无线网络，提升网络覆盖，保证较高的；1RSRP）综合利用功率控制、干扰控制等手段，降低小区间干扰，提升网络整体；2SINR）采用自适应算法，保证系统资源的高效利用；3MCS）采用自适应机制，提升中心用户的吞吐量，保证边缘用户的性能可靠性;4MIMO）采用灵活的调度算法，保证边缘吞吐量和小区总吞吐量之间的均衡5网络优化是一个动态、渐进的过程，只有了解网络性能影响因素，才能更好地进LTE行网络建设、规划和优化等工作面向吞吐量进行分析和优化，对影响吞吐量的各种因素进行综合分析和优化，将是未来网络优化的重要工作之一，也是打造优质LTE LTE网络的必要条件参考文献陈书贞，张旋，王玉镇，等关键技术与无线性能北京:机械工业出版社（第

[1].LTE[M].版）1,2012

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072578.Summary ofDownlink・・PerfoimanceEvaluationlEB/OLL-201301121http://www.3gpdOrg/ftp/sDecs/ht.・・g-Rl-49-

26034.htm作者介绍文志成高级工程师，曾参与《通用分组无线业务》、《系统无线协议与信令流-GPRS UMTS程-从到和》、《空中接口技术与性能》以及《关键技R99HSDPA HSUPALTE LTE术与无线性能》等书籍的编写工作目前主要从事的现场测试和性能分析等工作LTE亓新峰工程师，长期致力于无线系统的网落规划和优化，目前主要从事的现场测试和性LTE能分析等工作表与调制阶数以及之间的关系1MCS TBS索引调制阶数索引■MCS TBS02012127625286262预留29304件!留,316参看表索引号为时，个所对应的为表示个即2,TBS26100PRB TBS75376,1TTI中传输比特，则单流传输时，可获取的吞吐量为1ms7537675采用双流传输时，所对应的为故可以获得的376bit/ms=

75.376Mb/So TBS149776,吞吐量为

149.7Mb/so袅2传输块大小%9192939495969798991002557336592%5925659256616461664616M6166463776637762666592688086880868808711127111271112737127371275376计算峰值吞吐量时，还需要考虑终端特性，如果终端不能支持最大则上下行峰值TBS,吞吐量就会受到限制如表所示，类别终端所支持的最大为故采用双32TBS51024,流传送时，下行峰值吞吐量只能达到102Mb/s

[3]表终端特性3LTE一个一个一个匕行是UE DL-SCH DL-SC HUL-SCH类别呐,在两内.在单内，否支持TT UETTI UET TI UE个上能够接收个卜:所能够接所能您发送的TB TB4QAM的传输收的传【传输DL SCHDL SCHDL SCI块的最大比特数输块的奴大比特教块的必大比特数类别11029610296J5160No类别2510245102425456No类别31020487537651024No类别41507527537651024No类别529955214977675376Yes需要注意的是，下行方向上进行和选择时，还需要考虑有效码率的限制有TBS PRB效码率为下行信息比特数（包括比特）除以物理信道比特数CRC PDSCH根据的规定，如果下行有效码率超过则在初始传送时，可以3GPP TS

36.

2130.93,UE忽略对传输块的解码例如，符号数（即）对峰值吞吐量会产生影响，比如PDCCH CFI从增加到时，物理层开销增加，有效码率可能会超过从而需要降低或

130.93,MCS者数目来获取合适的大小，因此限制了峰值吞吐量，如表所示PRB TBS4配置为和时的崎值吞吐量对比4CFI13LIE FDD,2x2MIMO.ECR0,93CFKft

1.4MHz3Mllz5Mllz1OMI lx20MHzDU*侑吞吐盘Mb/s■16・619,533,770,2146,

531245.216,829J

60.

61.2小区吞吐量系统中，由于不同业务类型的带宽需求差异较大，且不同无线环境和要求下，LTE QoS同一业务类型的吞吐量差异也较大，因此，采用小区内业务总体吞吐量来描述信道容量更为准确和直观小区容量受带宽、邻区负荷、模式、站间距以及调度方式MIMO等因的影响对多用户吞吐量进行过模拟评估，其模拟条件为NGMN城区环境有限干扰；1站间距；2500m移动速度为；3UE3km/h链路损耗模型为其中表示千米下，42GHz L=I+

37.6x|gR,R km,2GHz；I=

128.1dB多径模型为空间信道扩展模型；5SCME）天线类型为交叉极化［］6eNodeB4仿真结果为上行方向上，闲时（单用户）峰值吞吐量约为忙时（多用户）平均吞吐量的倍；下行方向上，闲时（单用户）下行峰值吞吐量约为忙时（多用户）平均吞2~3吐量的倍，如表所示4~65我5小区闲时峰值吞吐量和忙时平均吞吐量（NGMN仿真结果）单个基站（3个小区）胞小区吞吐肽（Mb/s）吞吐81（Mb/s）场景均值峰值（95%峰面低负机忙时均（负荷无穷置信区间）值1Hi1大）卜行终端类别2x2,10MHz.10,

537.

831.

537.8250MHz口行终端类别2x2,10MHz,1L

058.

533.

058.53100MHz下行.终端2*2,10MHz20,

595.

761.

595.7类别3100MHz卜行2x2,10MHz,终端类别2L

0117.

763.

0117.74150MHz下行终端类别2x2,10MHz,

25.

0123.

175.0123J4150MHz上行终端1x

2.10MHz,

8.Q

20.

824.

020.8上行,终端类1x2,20MHz

15.

038.

245.

038.2别3SOM Hz上行.终端类1x2,20MHz

16047.84«.Q

47.8别575MHz终端类别oMUz.匕行

14.

046.

942.

046.9350MHz上行终端1x4,20MHz,26,

046.

278.

046.2类别360MHz

1.3边缘吞吐量规定，小区边缘吞吐量定义为用户吞吐量累计分布所对应的值，的设计3Gpp5%LTE目标是保证上/下行边缘吞吐量能够为的倍［］R6HSPA2~35小区边缘频谱效率是吞吐量最低的用户的吞吐量总和与系统带宽之间的比值小区5%边缘频谱效率的改善程度受调度和机制的影响，小区边缘用户的优先级越高，那QoS么它们所获得的吞吐量越高，小区边缘频谱效率的改善程度也就越高性能评估结果表明，站间距下，每小区为个且小区负荷为时3Gpp500m10UE100%（即全部占用），PRB下行条件下，边缘频谱效率为用户，为的倍；上行4X2MIMO

0.06bps/Hz/UTRA3边缘频谱效率为用户，为的倍⑹1X2MIMO

0.024bps/Hz/UTRA

2.5采用带宽时，用户的下行频谱效率意味着单用户的下行边缘吞吐20MHz

0.06bps/Hz/量约为用户的下行频谱效率意味着单用户的下行边缘吞吐量约

1.2Mb/s,

0.024bps/Hz/为网络建设初期，用户数较少，进行网络规划时，上/下行边缘速率采480Kb/s LTE用与仿真值类似的结果，既能够满足的基本需求，又可以借鉴实验室测试和模拟LTE分析结果，加深对网络性能的分析和认识后期网络运行过程中，边缘速率需要根据用户特点以及业务发展策略进行相应调整2LTE无线性能指标影响因素系统中，不同用户从时域、频域、空域和码域等多个维度共享系统资源因此，LTE的性能受到诸如系统带宽、帧结构、模式、业务类型、无线环境和天线LTE TDD/FDD模式等多种因素的影响具体影响因素分析如下MIMO

2.1峰值吞吐量影响因素系统中，单用户峰值吞吐量受到以下因素的影响FDD LTE）系统带宽支持到之间的多种频带宽度，不同频带提供的子载1LTE

1.4MHz20MHz波数以及无线资源块数不同，带宽越大，峰值吞吐量越高）控制信道开销系统存在多种类型的控制信道，不同信道开销对容量的影响较2LTE大需要关注的首要因素就是符号数，符号数增加时，控制信道开销PDCCH PDCCH增大，受下行最大码率的限制，传输块大小以及调制编码方式可能发

0.93TBS MCS生变化，因而影响到峰值吞吐量无线环境不同条件下，用户所能获得的调制和编码模式不同，每个符3SINR MCS号所代表的比特数就有区别，且所对应的传输块大小就有所区别，因此对系统容量会产生较大影响模式采用分集、复用以及波束赋形等模式，可以提升系统容量或者4MIMO MIMO可靠性，因此，分析和研究峰值吞吐量时，需要使用双流模式即LTE MIMOTM3,如果采用分集等模式，峰值吞吐量必然会受到影响MIMO

2.2容量扇区吞吐量影响因素对于数据业务来说，衡量小区容量的指标为小区服务用户数以及总体吞吐量小区吞吐量受用户所在位置以及用户数的限制比如，小区中用户容量增加时，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，有助于提高小区容量对于不同位置上的用户，如果系统中采用等比例公平调度方法将利于提升边缘用户的吞吐量，但PF是小区吞吐量则会受到影响理想情况下如果所处的无线环境极好，且业务速率要求较高，则调度器有可能为用UE户分配所有资源，从而小区吞吐量与峰值吞吐量相当但是实际情况中，由于负PRB荷和干扰的影响，小区的容量远小于理论峰值吞吐量，影响小区容量和性能的主要因素有以下几方面小区中的激活用户数1邻区上下行话务以及不同上的外部干扰小区中的所用话务都由小区调度2PRB UE器进行控制和调度但小区边缘的用户则可能接入到其他小区中，从而对所在小区产生干扰）每个的无线链路状况，包括路径损耗、、和将放置在远、3UE SINRRSRP RSRQUE中和近点上进行测试时，小区的总容量是所有的吞吐量之和这种情况下，近点上UE的所使用的高，可以采用双流空间复用模式，所以它对小区总容量的贡献较UE MCS大，远点上的用户由于只能使用调制方式，且所分配的数有限，所以产生QPSK PRB的吞吐量较低，导致小区整体吞吐量下降）每个中上下行调度的数目同时调度的用户数对系统业务面时延会产生影响，4TTI UE从而影响到小区总体性能）下行使用的符号数符号数增加，小区整体性能下降5PDCCH PDCCH）上行分配的数目每个终端都需要周期性地上报和还需要在6PUCCH PRBCQI SRI,适当的上行子帧中对上行资源分配工作采用消息进行确认，因此必须分配HARQ ACK足够的资源来满足这些需求增加数量可以增加同时接入的用户PUCCH PUCCHRB数，但是这也直接减少了上行容量，因为可用的也会相应减少而且每个PUSCH RB子帧能够解码的数量还受限于硬件的限制通过增加和的周期时长PUCCH CQISRI可以增加同时接入的用户数，但是这也会限制终端跟踪无线衰落的能力，进而造成吞吐量降低）支持业务的用户数当用户被分配了保证速率的承载信道后，同时接入用户总7GBR数会受限于当前的信道条件和每个用户需要的速率GBR）处理器能力所有的硬件平台8都有处理能力的限制如果上行解码和下行编码处理时间过长，吞吐量就会受到影响，同时用户也会掉线）其他以上因素中，在特定的测试条件下，外部干扰和的无线链路状况基本上只9UE受邻区加扰的影响，与参数的关系不大而每个中上下行调度的7TI UE数目、下行使用的符号数、上行使用的数目等则直接受参数的控PDCCH PUCCHPRB制

2.3覆盖边缘吞吐量影响因素边缘吞吐量与覆盖的关系通常具备以下规律，即随着边缘吞吐量的提高，上行最大链路损耗越小，这意味着上行覆盖距离随着边缘速率的提高而越小，而下行覆盖不存在这种规律这是因为吞吐量与所分配的数目有关，上行功率只在所分配的上PRB PRB进行分配，下行功率则在全频段范围上进行分配，所以上行用户所占用的个数对覆RB盖的影响相对较大，而下行用户则相反链路预算就是从边缘吞吐量入手，分析覆盖和链路损耗需求，从而获取满足边缘吞吐量要求的站间距等信息这意味着影响链路预算的各种因素也必然会对边缘吞吐量产生影响具体描述如下是上有用信号功率与噪声和干扰之和的比值，它受到所用、业1SINRo SINR RB MCS务要求以及可用数的影响不同边缘吞吐量所需要的不同，随着BLER RBMCS MCS和码率的增加，的需求也会增加对于给定的越高，背景噪声对链路SINR MCS,SINR质量的影响越小，越低BLER接收灵敏度接收灵敏度是克服白噪声并达到要求的的最小接收电平不同类2SINR型的信道所需的以及数有区别，从而影响到接收灵敏度接收灵敏度计算公SINR RB式如下S=-174dBmZH2H-MlgQ5KHz x12xRBS NF+SINR其中，为每个所要求的信噪比为噪声系数为噪声SINRRBdB,NF eNodeBdB,Nth谱密度为单个的带宽，4xlO-18mW/Hz,lOlgNth=-174dBm/Hz RBo再乘以数后相当于接收总带宽RB而-174dBm/Hz4-10xlg（15KHzx12内出数）相当于噪声总功率由此可见，接收灵敏度受以下因素的影响小区边缘所需的信噪比和噪声；接收机的噪声系数（）；信道带宽（影响到每个子载波上的噪声功率）；接收子载波的数目NF上下行方向上，边缘吞吐量要求越高，接收灵敏度越低边缘吞吐量要求不同，用户所分配的带宽对接收灵敏度的影响也不同）和选择方法中，索引号对应索引号对应3TBS MCSLTE MCS2764QAM,MCS1因此，越低，调制阶数越小，解调所需的越低，接收灵敏度也就越高，QPSK,MCS SINR所提供的覆盖越好、以及三者之间存在对应和制约关系，下行应该在MCS TBSPRB保证边缘吞吐量的基础上尽可能选择较低的索引值但是上行不能采用类似的原MCS则另外，的选择还需要兼顾以及每个功率的需求MCS SINRPRB）干扰通常采用干扰余量来进行表示，干扰余量指在有干扰和没有干扰的情况下所4接收到的信号之间的关系下行方向上，干扰余量定义为（小区负荷/载干-10lg l-SINRx比），上行方向上，由于用户分布不确定，所以干扰余量采用仿真结果来获取邻区负荷高会导致干扰余量的增加，从而降低（最大链路损耗）,进而限制了高阶MAPL MCS的使用系统中小区内不存在干扰，小区负荷只受邻区的影响小区负荷表示资源的利LTE RB用率，小区负荷增加会使得干扰余量增加，从而会影响小区容量）不同边缘吞吐量要求与负荷和覆盖半径之间的关系不同负荷和小区边缘吞吐量条5件下，小区覆盖半径有很大区别通常来讲，相同负荷条件下，小区覆盖半径越大，所获取的边缘吞吐量越低另一方面，覆盖距离相同时，则随着负荷。