TDLTE基站傳輸帶寬需求分析

1、TD-LTE 基站傳輸帶寬需求分析【摘 要】：本文根據(jù)TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，給出了TD-LTE基站的峰值傳輸帶寬的計算方法，然后在峰值傳輸帶寬的基礎(chǔ)上，給出了三種保證帶寬的計算方法，對TD-LTE基站的傳輸帶寬需求進行了分析?！娟P(guān)鍵詞】：TD-LTE 傳輸帶寬 峰值帶寬 保證帶寬在北京懷柔以及上海世博的TD-LTE試驗網(wǎng)的測試中，TD-LTE的峰值速率均可以達到每小區(qū)80Mbps左右的理想傳輸速率。更高的傳輸速率決定了無線基站所需要的傳輸帶寬要求更高，而無線基站傳輸帶寬要求的不同，也決定了對傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)要求的不同。本文對TD-LTE峰值帶寬以及保證帶寬的幾種計算方式進行了分析討論，希望提

2、出合理的TD-LTE基站所需傳輸帶寬需求，為傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)提出合理的要求。一、TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)完全不同，去掉了BSC/RNC 這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，只保留了E-NodeB 網(wǎng)元，目的是簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和降低時延。RNC 功能被分散到了E-NodeB和接入網(wǎng)關(guān)（aGW）中。圖1GSM/UMTS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進E-NodeB與aGW 之間的接口稱為S1 接口。S1接口也分為用戶平面和控制平面。其中用戶平面接口S1-U將eNB和SGW連接，用于傳送用戶數(shù)據(jù)和相應(yīng)的用戶平面控制幀。而控制平面接口S1-MME則將eNB和MME相連，主要完成S1接口的無線

3、接入承載控制、接口專用的操作維護等功能。E-NodeB之間通過X2接口互相連接，形成了所謂Mesh型網(wǎng)絡(luò)，這是LTE相對原來的傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)的重大變化。X2接口也分為用戶平面和控制平面。X2用戶平面接口X2-U在E-NodeB之間的IP傳輸層上，采用面向非連接的UDP協(xié)議進行用戶數(shù)據(jù)傳輸，在UDP協(xié)議之上承載GTP-U協(xié)議，即采用了和S1接口相同的用戶平面機制。X2控制平面接口X2-C的協(xié)議結(jié)構(gòu)底層也采用了SCTP over IP的機制，保證信令的可靠傳輸。二、峰值傳輸帶寬計算根據(jù)TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以看到，E-NodeB基站的總傳輸帶寬需求包括S1用戶平面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬需求、S1控制平面

4、的信令傳輸帶寬需求、X2用戶平面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬需求和X2控制平面的信令傳輸帶寬需求幾部分。具體計算公式為：E-NodeB總帶寬需求=（S1用戶平面帶寬需求+X2用戶平面帶寬需求）×扇區(qū)數(shù)S1控制平面帶寬需求+ X2控制平面帶寬需求其他開銷帶寬其中：l S1用戶平面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬需求與小區(qū)吞吐量相關(guān)，可以用（扇區(qū)吞吐量×扇區(qū)數(shù)）來表示，對于峰值傳輸帶寬計算時，扇區(qū)吞吐量采用峰值傳輸速率進行計算l X2用戶平面的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬需求與小區(qū)中同時切換的用戶數(shù)及每用戶平均需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量相關(guān)l 切換時的X2用戶平面流量較少。同時如果用戶在切換時，流量從X2接口走，則不占用S1接口，因此

5、總的S1+X2流量不變。l S1控制平面帶寬需求約為1Mbpsl 設(shè)一個基站與另一個基站的X2接口信令帶寬約64kbps，一個基站與鄰近16個基站有X2連接，X2控制平面的帶寬需求總共約1Mbps流量 l 其他開銷帶寬每個廠家不一樣，可以按照5%計算從上面的公式可知，要計算基站的峰值傳輸帶寬，需要計算單小區(qū)的峰值速率。目前，單小區(qū)峰值速率計算有兩種方法。方法一是采用單時隙承載的bit數(shù)進行計算。首先分別計算一定帶寬和調(diào)制方式下的子幀時隙和特殊時隙的所能承載的bit數(shù)，然后根據(jù)時隙配比、MIMO方式計算單小區(qū)的峰值速率。對于20MHz帶寬，調(diào)制方式為64QAM的情況下，每一個子幀時隙單流承載bi

6、t數(shù)為：RB總數(shù)×每RB的子載波數(shù)×(子幀內(nèi)符號數(shù) - 控制符號數(shù)) - RS數(shù) ×調(diào)制階數(shù) ×碼率=71280bit；每一個DwPTS時隙單流承載業(yè)務(wù)bit數(shù)為：RB總數(shù)×每RB的子載波數(shù)×(DwPTS內(nèi)符號數(shù) - 控制符號數(shù)) - RS數(shù)×調(diào)制階數(shù) *碼率=47520bit ；這樣，若為2:2時隙配比，2×2 MIMO，則下行峰值帶寬為76.032Mbps ；若3:1時隙配比，2×2 MIMO，則下行峰值帶寬為104.544Mbps。方法二是采用最大TBsize的方式進行計算。首先根據(jù)RB數(shù)量及下行調(diào)

7、制階數(shù)確定下行時隙的Tbsize ，根據(jù)RB數(shù)量及上行調(diào)制階數(shù)確定上行時隙的Tbsize 以及特殊子幀的Tbsize ，然后在分別計算上下行的峰值速率。其中：下行峰值速率=下行普通子幀最大MCS的TB size×每個無線幀包含的下行普通子幀數(shù)+下行特殊子幀最大MCS的TB size×每個無線幀包含的特殊子幀數(shù)）/每個無線幀的時間上行峰值速率=上行最大MCS的TB size×每個無線幀包含的上行子幀數(shù)/每個無線幀的時間 對于帶寬為20Mhz，RB數(shù)量為110，下行調(diào)制階數(shù)為6，上行調(diào)制階數(shù)為4的雙流情況下，2:2時隙配比時，下行峰值速率是81.9Mbps，上行峰值速

8、率是17.5Mbps；3:1時隙配比時，下行峰值速率是111.9Mbps上行峰值速率是8.76Mbps。這樣，如果采用方法一的計算結(jié)果，一個TD-LTE基站的峰值傳輸帶寬需求可以按照下表計算：BBU總?cè)萘縎1+X2用戶面流量S1控制面流量X2控制面流量BBU總帶寬承載帶寬（5%開銷）3x20MHz小區(qū)(S111) 3x104.544 3 Mbps 1 Mbps 317Mbps 332Mbps 20Mhz小區(qū)(O1) 104.5441 Mbps 1 Mbps 107 Mbps 112Mbps 上表所計算的是一個TD-LTE基站的峰值傳輸帶寬需求，在實際的傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)中，為了保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)

9、濟效益，一般不按照峰值傳輸帶寬進行傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，而是按照一定的方式來計算基站的保證帶寬需求。三、保證傳輸帶寬計算在實際網(wǎng)絡(luò)中，由于無線傳播環(huán)境的差異以及用戶分布位置不同等原因，用戶終端不可能都按照峰值速率工作。如果按照峰值傳輸帶寬進行傳輸網(wǎng)絡(luò)的的建設(shè)，將會造成很大的傳輸資源浪費。所以為了保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟效益，一般按照一定的方式來計算基站的保證帶寬需求，按照保證帶寬需求進行傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)。保證帶寬的計算有采用多種方式，可以根據(jù)峰值帶寬按照一定的收斂比計算，也可以按照峰值和平均值進行配比計算，還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真進行估算。1根據(jù)峰值帶寬按照收斂比計算根據(jù)峰值按照收斂比進行計算的方法是在實際配置

10、傳輸接口時，考慮不同的收斂比進行計算。圖2傳輸收斂比示意圖按照1/3的收斂，對于前面所計算的三扇區(qū)的基站3:1時隙時所需帶寬為332/3=111Mbps。在實際帶寬需求大的場景下應(yīng)設(shè)置較小的收斂比，甚至是不設(shè)置收斂比；在實際帶寬需求較小的場景下可以設(shè)置較大的收斂比。2按照峰值和平均值進行配比計算按照峰值和平均值進行配比計算的計算方法，是在實際配置傳輸接口時根據(jù)平均值和峰值配比進行計算。前面所計算的單扇區(qū)的3:1時隙時的峰值為112Mbps,平均值為26Mbps。按照1個峰值，2個平均值進行計算 ，3:1時隙配置需要的帶寬為 ： 1.1×1.2×(2 ×

11、26Mbps112Mbps) = 1.1×1.2×164Mbps = 216 Mbps 3根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真進行估算根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真進行估算的方法，是在一定的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)條件下，考慮相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求，利用仿真工具對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進行仿真，得到網(wǎng)絡(luò)中每個基站的上下行的平均吞吐量，考慮一定的傳輸倍增系數(shù)，再加上相應(yīng)的控制平面帶寬需求，從而得到該TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中基站實際所需要的帶寬。假設(shè)有一個TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，有100個TD-LTE基站，共計300個小區(qū)，站間距為500米，帶寬為20MHz，同頻組網(wǎng)，時隙配比為2:2。對此網(wǎng)絡(luò)進行仿真，得到每小區(qū)的平均吞吐量為30Mbps，考慮1.1的倍增系數(shù)，以及5Mbps的控制平面帶寬需求，則一個三扇區(qū)基站的需求帶寬為30M×3×1.1+5=104Mbps。由于不同TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的仿真條件不一樣，而且不同的仿真工具的算法也不一樣，仿真得到結(jié)果就不一樣。四、總結(jié)