FDD+LTE无线性能与影响因素研究.docx

FDD LTE无线性能与影响因素分析摘要：随着国内LTE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。只有结合FDD LTE性能特点，了解FDD LTE性能指标及其影响因素，并认识到吞吐量指标在LTE网络中的重要性，才能更好地进行LTE网络优化工作。1 LTE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。LTE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LTE网络性能优化时，需要围绕吞吐量这一关键指标，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MIMO模式等因素的影响。FDD系统中，可以采用开销分析法来计算物理层吞吐量[1]，但是这种计算方法缺乏对无线环境的考虑，因此不够精确。实际测试中，eNodeB需要根据MS上报的CQI信息来确定可用MCS，并结合可用PRB数目来查询所对应的TBS(即传输块大小)，因此采用MCS和PRB信息来计算峰值吞吐量更加现实和合理。假设系统带宽为20MHz，可用PRB数为100，如果系统采用最大MCS索引28，则其对应的TBS索引为26，如表1所示[2]。参看表2，TBS索引号为26时，100个PRB所对应的TBS为75 376，表示1个TTI(即1ms)中传输75 376比特，则单流传输时，可获取的吞吐量为75 376bit/ms=75.376Mb/s。采用双流传输时，所对应的TBS为149 776，故可以获得的吞吐量为149.7Mb/s。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TBS，则上下行峰值吞吐量就会受到限制。如表3所示，类别2终端所支持的最大TBS为51 024，故采用双流传送时，下行峰值吞吐量只能达到102Mb/s[3]。需要注意的是，下行方向上进行TBS和PRB选择时，还需要考虑有效码率的限制。有效码率为下行信息比特数(包括CRC比特)除以PDSCH物理信道比特数。根据3GPP TS36.213的规定，如果下行有效码率超过0.93，则UE在初始传送时，可以忽略对传输块的解码。例如，PDCCH符号数(即CFI)对峰值吞吐量会产生影响，比如从1增加到3时，物理层开销增加，有效码率可能会超过0.93，从而需要降低MCS或者PRB数目来获取合适的TBS大小，因此限制了峰值吞吐量，如表4所示。1.2 小区吞吐量LTE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QoS要求下，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、MIMO模式、站间距以及调度方式等因的影响。NGMN对多用户吞吐量进行过模拟评估，其模拟条件为：1)城区环境(有限干扰)；2)站间距500m；3)UE移动速度为3km/h；4)2GHz链路损耗模型为L=I+37.6×lg(R)，其中R表示千米(km)，2GHz下，I=128.1dB；5)多径模型为空间信道扩展模型(SCME)；6)eNodeB天线类型为交叉极化[4]。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2~3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)平均吞吐量的4~6倍，如表5所示。1.3 边缘吞吐量3GPP规定，小区边缘吞吐量定义为用户吞吐量累计分布5%所对应的值，LTE的设计目标是保证上/下行边缘吞吐量能够为R6 HSPA的2~3倍[5]。小区边缘频谱效率是吞吐量最低的5%用户的吞吐量总和与系统带宽之间的比值。小区边缘频谱效率的改善程度受调度和QoS机制的影响，小区边缘用户的优先级越高，那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。3GPP性能评估结果表明，500m站间距下，每小区为10个UE且小区负荷为100%时(即PRB全部占用)，下行4×2MIMO条件下，边缘频谱效率为0.06bps/Hz/用户，为UTRA的3倍；上行1×2MIMO边缘频谱效率为0.024bps/Hz/用户，为UTRA的2.5倍[6]。采用20MHz带宽时，0.06bps/Hz/用户的下行频谱效率意味着单用户的下行边缘吞吐量约为1.2Mb/s，0.024bps/Hz/用户的下行频谱效率意味着单用户的下行边缘吞吐量约为480Kb/s。网络建设初期，用户数较少，进行LTE网络规划时，上/下行边缘速率采用与仿真值类似的结果，既能够满足LTE的基本需求，又可以借鉴实验室测试和模拟