第14课：TD-LTE容量(规模)估算

第十四课
TD-LTE容量（规模）规划
提纲
一.小区容量计算
二.传输配置计算
3
TD-L TE 系统容量计算
多天线技术
调度、功控ICIC
系统带宽子帧配比
3G LTE 系统容量、频谱效率◆系统容量
容量——控制信道、业务信道可用的RB 资源数目
将限制TTI 内最大调度用户数目；
硬件资源限制将决定小区内的最大激活用户数目；◆系统流量（系统频谱效率SE 、边缘频谱效率ESE ）
带宽、时隙配比；
干扰——载波间干扰、符号间干扰、序列间干扰、小区间同频干扰等干扰都会带来流量的下降，需要考虑规避措施来降低干扰；
多天线技术的使用——多天线收发分集技术、波束赋形技术、双流空分复用技术的使用将带来系统流量上的增益；
调度、功控技术——算法优劣将直接影响流量性能
TD-L TE 系统容量计算
⏹理论容量
●TD-LTE系统中，多用户调度共享上下行业务信道进行传输，因此对于不要求GBR（保
证比特速率）和延迟性能的数据业务，理论上系统所支持的用户数目是不受限制的，受限制的是一个TTI内同时得到调度的用户数目。

但VOIP业务由于对GBR和延迟参数的要求，因此系统所能够支持的VOIP用户总数受限。

●同时能够得到调度的用户数目受限于控制信道的可用资源数目，即PDCCH（包含
PHICH、PCFICH）信道可用的CCE（控制信道元）个数。

PHICH，每条占用3个REG，最多复用8个UE，；
PCFICH，指明给定带宽和天线配置下可用的PDCCH符号数，固定占用4个REG
PDCCH，一个对称业务的用户需要2条PDCCH，传输上下行调度控制信息
●在实现中，设备硬件资源、处理能力限制了单小区能够支持的激活用户数。

协议要求，在
5MHz~20MHz的带宽配置下，要求支持激活用户数>=400/Sector。

TD-L TE 系统容量计算
⏹最大同时调度用户数
⏹设系统最大同时调度的对称业务用户数为N ，以2天线、20M 带宽为例，解方程可以计算得到N ，如下
解方程，取整数得到：N=40个用户；最大40个用户可以同时得到调度。

⏹最大VOLTE 用户数
⏹系统支持的VOIP 用户数与其占用的RB 数目、重传率、激活因子等相关。

（N/8）+ 1 + N×２ = 88
每PHICH支持最大8用户，占用一个CCE，计算出需要的PHICH条数以及占用的CCE个数一
条
PCF
ICH
占
用
一
个
CCE 对称业务，每用户占用2条PDCC H，至少占用2 CCE 2天线，20M 带宽，最多88CCE
TD-L TE 系统容量计算
⏹理论峰值流量估算
◆DL速率=流数*（（配置i的下行子帧数*每子帧传输比特数+Dwpts承载的比特数）/
配置i无线帧长）；每子帧传输比特数=带宽内RB数* （每RB子载波数*（14-控制符号数）-RS数）* 调制阶次* 编码率
Dwpts 承载比特数=带宽内RB数* （每RB子载波数*（特殊子帧承载的下行符号数-控制符号数）-RS数）* 调制阶次* 编码率
◆UL速率=配置i上行子帧数*（带宽内RB数* 每RB子载波数* （14-RS数）* 调制阶
次*编码率）/配置i无线帧长；
⏹说明：
◆配置i=0，1，…6；
◆调制阶次：
2——QPSK
4——16QAM
6——64QAM Uplink-downlink
configuration
Downlink-to-Uplink
Switch-point periodicity
Subframe number
0123456789
0 5 ms D S U U U D S U U U
1 5 ms D S U U D D S U U D
2 5 ms D S U D D D S U D D
310 ms D S U U U D D D D D 410 ms D S U U D D D D D D 510 ms D S U D D D D D D D
6 5 ms D S U U U D S U U D
⏹理论峰值吞吐量计算（以配置1为例）
DL 2x2 SM 速率=流数x （2x71280+47520）bit/5ms =2x （2x71280+47520）bit/5ms= 76.032Mbps ⏹TD-LTE 系统不同配置下的峰值吞吐量表格
()()RB RB SC RS 100121421260.971280bit
⎡⎤⨯⨯--⨯⨯⎣⎦⨯⨯--⨯⨯=⎡⎤⎣⎦总数每的数子帧内符号数控制符号数数调制阶数码率=()()RB RB SC DwPTS RS 100121442860.947520bit
⎡⎤⨯⨯--⨯⨯⎣⎦⨯⨯---⨯⨯=⎡⎤⎣⎦总数每的数内符号数控制符号数数调制阶数码率
=TD-L TE 系统容量计算
●爱尔兰法、坎贝尔法
●由背包模型衍生出的各种算法LTE 容量估算的方法不能按照R4业务容量估算的方法进行。

由于影响容量估算的因素太多，因此不能简单的利用公式来进行计算。

通过系统仿真和实测统计数据，可以得到各种无线场景下、网络和UE 各种配置下的小区吞吐量和小区边缘吞吐量；在实际规划时，根据规划地的具体情况，查表确定LTE 的容量。

影响容量
的因素B E C
D A 设备性能环境多天线技术
调度算法干扰消除TD-L TE 系统容量计算-仿真
小区频谱效率、边缘频谱效率vs 站间距
小区频谱效率、边缘频谱效率vs 用户数
(ISD=500m)
TD-L TE 系统容量计算-仿真
干扰随机化技术
ICIC 技术
BeamForming 、分集
调度、HARQ
SM 双流传输
高阶调制
功率配置、功控
⏹系统流量（频谱效率）性能提升的两个主要方向
⏹第一，降低系统同频干扰；第二，提升传输的信源数据数⏹两个方向互相联系
TD-L TE 系统容量提升
-505101520
10
-3
10
-2
10
-1
10
SNR
B L E R
AWGN - ideal - 1T1R - 6RB ( MCS0 -> MCS27)
⏹调度：
◆UE 根据收到信号的SINR 、信道的秩RI 、子带/宽带配置来报告CQI.
◆根据CQI 指示选择发送使用的MCS 格式，适配信
道变化
调度与HARQ 过程配合，进行良好的无线链路速
率匹配，达到每个瞬时的流量最大化！
TD-L TE 系统容量提升-调度
TD-L TE系统容量提升-调度
⏹不同调度算法对系统频谱效率（系统流量）有影响
◆MaxCI算法能使系统频谱效率达到最大化，但会令系统边缘流量为0。

PF算法将综合考
虑系统流量和边缘流量，实际应用中需要合理配置算法参数，以达到最优性能。

◆根据不同的QOS等级指示（QCI）值，真实的调度算法将引入保证GBR的调度算法，来
保证ESE。

而PF、MaxCI等基本调度算法可以结合应用场景来设置。

⏹eNB 采用双极化8天线阵列⏹单流
⏹下行UE 2天线接收，上行轮流发射
⏹上行eNB 8天线接收，下行采用EBB 算法实现波
束赋形
(Ant1, Ant5)
(Ant4, Ant8)
...
方案一8x2 Beamforming
(Ant1, Ant5)
(Ant4, Ant8)...
方案二2x2 MIMO
⏹同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1~Ant4
和Ant5~Ant8分别构成两个子阵
⏹子阵内采用广播波束赋形⏹两个子阵间实现MIMO
抗干扰能力强边缘用户速率有保障
BF 与MIMO 结合
TD-L TE 系统容量提升-多天线技术
⏹双极化8天线中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8 为间
距最大的交叉极化4天线⏹4天线实现MIMO
(Ant1, Ant5)
(Ant4, Ant8)
...
方案三4x2 MIMO
⏹自适应切换准则：基于吞吐率最大原则⏹根据信道相关性瞬时值、信干比等信息，分别估算BF 和多流MIMO 传输方式下各自的瞬时吞
吐量，并采用瞬时吞吐量较高的一种方式
(Ant1, Ant5)
(Ant4, Ant8)
...
方案四Adaptive MIMO / BF
相关性弱有利于实现MIMO
自适应选择，有利于发挥MIMO/BF 性能优势
TD-L TE 系统容量提升-多天线技术
小区内部采用MIMO 提升用户数据吞吐量
小区边缘采用Beamforming 保证业务质量
MIMO
双极化天线
MIMO 提高小区内用户吞吐量，Beamforming 保证小区边缘用户业务质量
TD-L TE 系统容量提升-多天线技术
0.511.522.53双流
2天线4天线8天线
单流自适应TD-L TE 系统容量提升-多天线技术
⏹多天线技术仿真性能对比
◆2、4天线，单流：闭环precoding ，强制单流；双流：闭环precoding ，2、4天
线实现的2*2MIMO,强制双流；自适应：单双流自适应切换；
◆8天线，单流：Beamforming 单流；自适应：Beamforming 单流和8天线2*2MIMO 双流之间自适应切换；
⏹LTE同频组网时，小区间干扰比较严重，导致位于小区边
缘的用户数据吞吐量急剧下降，用户感受差。

LTE同频组网时
小区间干扰比较严重
解决LTE同频组网干扰问题的重要研究方向
⏹小区间干扰协调（ICIC）：通过小区间无线资源的协调使用
来控制小区间的干扰。

具体而言，小区间协调的方式包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。

LTE同频组网干扰问题
小区间干扰协调（ICIC）
小区边界
干扰严重
TD-L TE 系统容量提升-干扰协调
扇区3
扇区2
扇区1
频率
功率
频率
功率
频率
功率
DL:
I C
IC
OC
功率
频率
OC
IC
I C
功率
频率OC
I C
IC
功率
频率UL:
TD-L TE 系统容量-干扰协调
⏹典型的下行链路、上行链路ICIC 方案
◆下行链路：
系统带宽等分为三段，内环每子载波发射功率是外环的1/2。

◆上行链路：
系统带宽等分为三段，OC(小区边缘区域)资源首先用于边缘用户的调度，所有边缘用户分配完后，IC 资源（小区中心用户）用于中心用户的调度。

允许小区边缘用户使用部分IC 资源，但对这部分资源的发送功率进行了限制，以降低同频干扰。

TD-L TE 系统容量规划
⏹规划步骤
（1）给定无线场景、网络配置、UE的能力配置下，仿真小区吞吐量和边缘吞吐量，得到该场景下
单站的承载能力；
无线场景：密集城区、一般城区、郊区、农村等典型环境以及基本的环境参数；
网络配置：包括带宽、站型、天线以及一些基本算法与参数的配置；
UE能力：包括UE的CAT等级；
（2）根据业务模型计算用户业务的吞吐量需求，其中影响因素包括地理分区、用户数量、用户增长预测、吞吐量/用户/BH/地理分区、保证速率等，输出总的等效吞吐量kbit/s ；
（3）结合1和2计算基站数量；
（4）结合基站负荷控制门限调整基站数目；
（5）按照基站数量与给定负荷门限，再次进行容量、流量仿真，考察仿真结果是否满足需求，如果不满足，则调整基站数量，直至满足规划需求。

⏹说明
◆TD-LTE是共享资源的一个调度系统，调度原理与HSPA技术比较像，因此，容量、流量规划的过程也是与
HSPA系统的规划过程类似的。

提纲
一.小区容量计算
二.传输配置计算
21
☐带宽需求
带宽规划
TD-LTE 单站传输带宽需求为：
总传输带宽需求=S1/X2业务带宽需求+S1/X2信令带宽预留+OM 带宽预留S1/ X2业务带宽需求=S1/X2业务传输带宽需求*IP 传输倍增系数。

S1/X2信令带宽预留＋OM 带宽预留总计为5M IP 传输倍增系数为1.1
X2接口在16%的切换带时业务传输带宽为6Mbps
带宽规划
☐传输带宽计算
以单站20M单小区为例,如果需要满足测试需求，要求小区达到峰值速率，则:
单站总峰值传输带宽＝（S1业务传输带宽需求+ X2业务传输带宽需求）*1.1+5
＝（82.91＋6）*1.1+5
＝102.9
则单站20M单小区时总传输带宽需求为102.9Mbps。

单站总平均传输带宽＝（S1业务传输带宽需求+X2业务传输带宽需求）*1.1+5
＝（82.91*50%＋6）*1.1+5
＝58.25
则单站20M单小区时总平均传输带宽需求为58.25Mbps
注：仿真平均吞吐率：自适应选择调制阶数，最大64QAM，单流，70%负载下,取值理论速率的50%)。

☐中国移动TD-LTE1期对带宽提出如下要求：LSP属性设置表(Mb/s)
站型项目宏站室分（双
路）
室分（单
路）
宏基站S111（单F或单D站点）CIR40\\
PIR320\\
S11（单F或单D站点）CIR27\\
PIR213\\
S111（F+D站点）CIR80\\
PIR640\\
室内分布O1（单E站点）CIR\3020
PIR\14773
S11（单E站点）CIR\6040
PIR\294147
☐PTN带宽规划注意点：
1、请提前筛选单站大容量站型：如
S222(D)、S111(F)+S111(D)、S22(E)
2、提前和传输部门进行沟通，对于大容量或
即将扩容站点进行带宽/ CIR/PIR预留带宽规划。