LTE下載速率分析

1、2013年9月LTE下載速率分析 二二 主要無線參數(shù)與速率相關分析主要無線參數(shù)與速率相關分析三三 下載下載速率比較分析速率比較分析影響下載速率的主要因素無線環(huán)境網(wǎng)絡設備測試設備 終端能力等級(Cat3/4) 終端射頻、基帶性能 測試軟件 FTP客戶端 服務器設置 覆蓋 干擾 資源 切換 空口基本配置 無線資源調度算法 切換參數(shù) 天饋 傳輸帶寬.LTE幀結構時域100X10X14 頻域100 12XX6 (64QAM)X2 (MIMO)= 201.6M決定空口理論速率的基本參數(shù)p 系統(tǒng)帶寬p 子幀配比p 特殊子幀配比p TM模式p CP長度 p 控制信道開銷p UE能力等級p 各協(xié)議層開銷理論速

2、率計算-子幀配比p 子幀配置：決定傳輸下行數(shù)據(jù)的子幀數(shù)p 特殊子幀配置：決定了特殊子幀是否可以傳輸下行數(shù)據(jù) 當DWPTS符號數(shù)為9或以上時（即特殊子幀配置為7），特殊子幀是可以傳輸數(shù)據(jù)的 特殊子幀如果用于傳輸數(shù)據(jù)，吞吐量是正常下行子幀的0.75倍；如果丟失此0.75倍傳輸機會，則損失的吞吐量為0.75/3.75 = 20%（0.75/2.75=27%) TD-S為4:2的配置，若不改變現(xiàn)網(wǎng)配置，TD-LTE在需要和TD-S鄰頻共存的場景下，時隙配比只能為3:1+3:9:2DL-UL ConfigurationSwitch-point periodicitySubframe number0123

3、45678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUD-6-p TB Size, 一個子幀上一個碼流上的數(shù)據(jù)塊大小，由占用的PRB數(shù)量和MCS共同決定與CR（碼率）有關；如果CR超過0.93，MCS就要降階。（ CR = (TBS+CRC)/可攜帶比特數(shù)） 雙流時，需要查表得到雙流時的TB Size， 不一定是單流TB Size的2倍p UE能力等級：CAT3損失的吞吐量：1-102048/149776=31.9%理論速率

4、計算-TB Size常用配置下的最高理論速率 基本條件（2*2MIMO）下行理論峰值速率（mbps）帶寬子幀配置特殊子幀配置CAT3CAT4單流雙流單流雙流20M配置1（2:2）配置5（3:9:2）30.1540.8230.1559.91配置7（10:2:2）41.4656.1341.4682.37配置2（1:3）配置5（3:9:2）45.2361.2345.2389.87配置7（10:2:2）56.5376.5456.53112.33p 20M帶寬，RB滿調度，雙天線端口、選擇最高階的MCS28，且不考慮信道開銷的情況下，計算得到的理論峰值速率見下表：理論速率與MCS關系p 20M帶寬， R

5、B滿調度，子幀配置為2:2或1:3，特殊子幀可用于傳輸下行數(shù)據(jù)時，理論速率與MCS的關系如下圖所示：MCS為10、15、20時理論速率分別為23M、46M、70M與速率相關的參數(shù) 速率相關參數(shù)1. 無線參數(shù) RSRP RSSI RSRQ SINR2. 終端反饋參數(shù) CQI RI3. HARQ參數(shù) BLER ACK NACK4. 資源調度參數(shù)： RB MCS TB Size 單雙流5. 功率參數(shù)： RS功率 Pa PbRS信號介紹RS （Reference Signal）是下行參考信號，就是常說的“導頻”信號，是發(fā)送端提供給接收端用于信道估計或信道探測的一種已知信號。RS信號在天線端口port0

6、,1,2,3上發(fā)射每個RS信號占用一個RE資源（一個子載波 X 一個調制符號）任何一個天線口某個時隙中用來傳輸參考信號的資源元素(k,l)，在另外一個天線口的同一個時隙和時隙零上不能用于任何傳輸在頻域上，每6個子載波插入一個參考信號；在時域上，每個時隙插入兩行RS信號，如下圖所示： 小區(qū)搜索 信道估計 調度下行資源 鄰區(qū)測量（切換） 非Beamforming模式下的解調作用RS信號介紹p 對RS信號位置的確定即確定RE (k，l)的位置：p PCI的規(guī)劃對RS信號的影響（PCI mod 6）： 在時域位置固定的情況下，下行參考信號在頻域有6個freq shift。如果PCI mod 6值相同，

7、服務小區(qū)與鄰小區(qū)的RS信號位置可能相同，會造成下行RS的相互干擾（在一個TX antenna下）。RSRP （Reference Signal Receiving Power）： 指在測量帶寬內承載cell-specific reference signals的所有RE上接收到的信號功率線性平均值（參見36.214） 。表征導頻信號的強度，而非質量?；緹o線參數(shù) - RSRPslot0slot1RSRP：R0平均值平均值 RSRP測量的局限性目前終端對CRS-RSRP的測量，僅測量中心頻率附近1.08MHz帶寬（即6RB）范圍內的RSRP，并非20MHz帶寬內的RSRP RSRP Total為

8、測試終端天線R0和R1中的最大值注意RSSI （Received Signal Strength Indicator）： 指在測量帶寬內所有包含參考信號的OFDM符號上接收到的信號功率的線性平均值（參見36.214） ，包括本小區(qū)和同頻鄰小區(qū)在此位置的信號、鄰道干擾、熱噪聲等全部信號量。 RSSI與測量帶寬有關RSSI注意基本無線參數(shù) - RSSIRSRQ （ Reference Signal Received Quality ）：是RSRP和RSSI的比值，因為兩者測量所基于的帶寬可能不同，會用一個系數(shù)來調整，也就是RSRQ = N*RSRP/RSSI其中，N為RSSI測量帶寬內的RB數(shù)RS

9、RQ的分母是接收帶寬上的總功率，分子是接收帶寬上的參考信號功率，一定程度上可以認為反映了信道質量。但是分母RSSI既包含RS的功率，又包含PDSCH的RE的功率，所以事實上RSRQ并不能準確無誤的指示RS的信號質量。 一定程度上反映信道質量 鄰區(qū)測量（切換）在小區(qū)選擇或重選時，通常使用RSRP就可以了，在切換時通常需要綜合比較RSRP與RSRQ，如果僅比較RSRP可能導致頻繁切換，如果僅比較RSRQ雖然減少切換頻率但可能導致掉話，當然在切換時具體如何使用這兩個參數(shù)是eNB實現(xiàn)問題作用注意基本無線參數(shù) - RSRQRS-SINR：真正的RS信號質量 RSRPRS-SINR = - RS-RSSI

10、 - RSRP因為RS-SINR沒有在3GPP進行標準化，所以目前僅在外場測試中不同廠家在實現(xiàn)中可能會有一定偏差 用于確定等效的SNR閾值，從而確定CQI 因為RS在所有RE資源中均勻分布，所以RS-SINR一定程度上可以表征PDSCH（業(yè)務信道）信號質量作用注意基本無線參數(shù) - SINRCQI（Channel Quality Indication）：信道質量指示。指滿足某種性能（10%的BLER）時對應的信道質量 (包括當前的調制方式，編碼速率及效率等信息)，CQI索引越大，編碼效率越高。引入原因： eNodeB要決定編碼方式，而作為發(fā)射端，eNodeB并不清楚信道條件如何，就需要UE來反饋

11、這個信道質量，協(xié)議把這個信道質量量化成015的序列（4bit數(shù)來承載），并定義為CQICQI的計算：測量CRS-SINR 確定等效SNR閾值（BLER=10%） （小于或等于SINR的最大SNR閾值） 查表找到對應的CQI不同設備廠家算法可能不同CQI的作用：表征下行信道質量用于確定MCS在PUCCH上發(fā)送，如果有上行業(yè)務，在PUSCH上發(fā)送終端反饋參數(shù) - CQI MIMO基本原理接收端信號可表示為：也可表示為矩陣形式：即： 信道相關性是決定MIMO的關鍵條件RI（Rank Indication）： RANK為MIMO方案中天線矩陣中的秩，表示N個并行的有效的數(shù)據(jù)流。由UE計算并反饋給eNo

12、deB，但是基站用RI僅作為選擇Codeword的一個參考，實際選擇的Codeword值要還考慮其它因素。RI作用： 決定Codeword數(shù)的條件之一在PUCCH上發(fā)送，如果有上行業(yè)務，在PUSCH上發(fā)送終端反饋參數(shù) - RIHARQ = ARQ+FEC，采用N進程停等協(xié)議（ N-process-SAW ）按照重傳發(fā)生的時刻來區(qū)分，可以將HARQ可以分為同步和異步兩類 如果重傳發(fā)生在固定的時刻就稱作同步HARQ 如果重傳數(shù)據(jù)發(fā)生的時刻未知，則稱作異步HARQ，需要額外的信令攜帶HARQ進程號根據(jù)重傳時的數(shù)據(jù)特征是否發(fā)生變化又可將HARQ分為非自適應和自適應兩種，其中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)特征包括資源塊的分

13、配、調制方式、傳輸塊的長度、傳輸?shù)某掷m(xù)時間HARQ的重傳策略：CC和IR IR增量冗余：第一次傳輸發(fā)送信息bit和一部分的冗余bit，如果第一次傳輸沒有成功解碼，重發(fā)送額外的冗余bit，通過重傳更多的冗余bit降低信道的編碼率，從而實現(xiàn)更高的解碼成功率 CC即Chase合并，可以看做是IR的一種特殊情況HARQ簡介HARQ的概念HARQ簡介LTE DL HARQ自適應異步HARQPDCCH攜帶HARQ進程號重傳總是通過PDCCH調度UL ACK/NACK在PUCCH/PUSCH上發(fā)送重傳使用IRDLULPDCCHPDSCHHARQ=2,RSN=0,NDI=0PDCCHPDSCHHARQ=2,R

14、SN=1,NDI=0PDCCHPDSCHHARQ=1,RSN=2,NDI=1PDCCHPDSCHHARQ=1,RSN=0,NDI=0TTI 0TTI 1TTI 2TTI 3TTI 4TTI 5TTI 6TTI 7TTI 8TTI 9TTI 10TTI 11TTI 0TTI 1TTI 2TTI 3TTI 4TTI 5TTI 6TTI 7TTI 8TTI 9TTI 10TTI 11PUCCHNACKPUCCHACKDL HARQ流程 HARQ簡介RSN：傳輸序號NDI：翻轉指示是否為重傳終端解碼子幀頭部的PDCCH確定是否給自己的數(shù)據(jù)（盲解）解碼PDSCH內容在約定位置發(fā)送AckNack信息DL

15、HARQ流程PDSCH BLER（Block Error Rate）：即誤塊率，錯誤的傳輸塊在所有發(fā)送的傳輸塊中所占的百分比（只能計算成功解碼PDCCH后的PDSCH）。ACK與NACK：發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)塊計算出一個CRC，并隨著該數(shù)據(jù)塊一起發(fā)送到接收端。接收端根據(jù)收到的數(shù)據(jù)計算出一個CRC，并與接收到的CRC進行比較，如果二者相等，接收端就認為成功地收到了正確的數(shù)據(jù)，并向發(fā)送端回復一個“ACK”；如果二者不相等，接收端就認為收到了錯誤的數(shù)據(jù)，并向發(fā)送端回復一個“NACK”，以要求發(fā)送端重傳該塊。HARQ參數(shù) - BLER/ACK/NACK作用 表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性 也可以反映信道質量UE下行傳

16、輸所需PRB資源由業(yè)務速率和頻譜效率共同決定：其中，Traffic Rate為業(yè)務速率，與UE能力等級，網(wǎng)絡側的調度優(yōu)先級及調度策略等因素有關Frequency Efficiency，頻譜效率，由CQI決定資源調度參數(shù) - PRB作用表征下行頻域資源分配的飽和度注意下行時域資源分配的飽和度可由DL Grant Num表征MCS（Modulation and Coding Scheme）：UE上報的CQI只有015，因此還需要某種算法來將CQI映射為MCS（028），即4bit映射為5bit，這個映射算法由設備廠商提供，不同設備廠商可能不同決定有效傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量影響終端解碼成功率 資源調度參數(shù) -

17、 MCS.作用TB Size大小由 和 決定（參見36.213）其中 表示傳輸所需的PRB資源，20M帶寬對應的 =100TB Size與UE能力等級有關雙流時的TB Size不一定是單流的2倍需要查表得到，參見36.213資源調度參數(shù) - TB Size作用直接決定了速率的大小單雙流由Codeword=1 or 2決定僅體現(xiàn)在物理層Layer1單雙流切換算法相關的參數(shù)：TM模式頻譜效率RI CounterBLER資源調度參數(shù) - 單雙流作用決定TB Size的大小，進而影響下行速率ModeMode傳輸模式傳輸模式技術描述技術描述應用場景應用場景1 1單天線傳輸信息通過單天線進行發(fā)送無法布放雙

18、通道室分系統(tǒng)的室內站2 2發(fā)射分集同一信息的多個信號副本分別通過多個衰落特性相互獨立的信道進行發(fā)送信道質量不好時，如小區(qū)邊緣3 3開環(huán)空間復用 終端僅反饋信道的秩信息，發(fā)射端結合該秩信息，按照設定的規(guī)則選擇碼本來發(fā)射信號信道質量高且空間獨立性強時4 4閉環(huán)空間復用 需要終端反饋信道的秩信息和碼本，發(fā)射端結合該信息來發(fā)送信號信道質量高且空間獨立性強時。終端靜止時性能好5 5多用戶MIMO 基站端利用用戶間空間信道的獨立性，使用相同時頻資源給不同用戶發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，用戶數(shù)較多，易于配對調度，信噪比條件比較好6 6單層閉環(huán)空間復用 終端反饋RI=1時，發(fā)射端采用單層預編碼，使其適應當前的信道對于信道

19、散射環(huán)境相對簡單，或天線間距難以滿足充分的空間隔離7 7單流Beamforming發(fā)射端利用上行信號來估計下行信道信息，以期實現(xiàn)最大比合并發(fā)送獲得充分的天線陣列增益8 8雙流Beamforming結合復用和智能天線技術，進行多路波束賦形發(fā)送，提高用戶的峰值和平均速率信噪比較高且空間獨立性相對較好基站的發(fā)射功率會平均到每個子載波上，因此，每個子載波的發(fā)射功率受系統(tǒng)帶寬的影響。同樣發(fā)射功率下，帶寬越大，每個子載波的功率越小。LTE的功率一般通過RS功率，PA，PB三個參數(shù)進行調整。RS功率：表示為一個導頻子載波（RE）上的功率 ，該參數(shù)由網(wǎng)絡場景、小區(qū)半徑以及規(guī)劃的覆蓋率共同決定。默認取值對應基站

20、單天線最大功率平攤到每一個RE上。其它信道的功率是通過配置與參考信號的偏移進行設置功率參數(shù) - RS功率作用LTE中的基準功率Pa：Type A符號的發(fā)射功率 。功率分配時，要盡量保證下行帶寬全部分配的條件下，eNB功率正好用完。RS功率一定時，增大該參數(shù)，增加了小區(qū)所有用戶的功率，提高小區(qū)所有用戶的MCS，但可能造成功率受限，RB分配不足，反而影響吞吐率。功率參數(shù) - Pa與PbPb：Type B符號的發(fā)射功率 。 PB=B / A ，表示PDSCH EPRE（TypeA）和PDSCH EPRE（TypeB）的功率偏置信息（線性值） 。作用Pa與Pb的設置可以決定基站的功率利用率，進而影響R

21、B的頻域調度功率參數(shù) - Pa與Pb現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)在覆蓋較好的路段下載速率較低，小于40Mbps，不滿足KPI要求分析過程：1 、查詢基站運行情況，無告警；2、排查空口信號質量：下行信號-72dbm，Average SINR為32.34，傳輸模式為TM3，上行發(fā)射功率較小，基本排除干擾的可能，上下行信號質量良好；3、查看調度階數(shù)，code1調度正常，且MCS基本都處于較高階數(shù)；4、觀察PDCCH DL GRANT調度數(shù)為600，調度正常（目前時隙配比每秒最多600次）5、觀察RB調度情況，發(fā)現(xiàn)多個RB資源調度不足6、檢查小區(qū)功率參數(shù)設置，發(fā)現(xiàn)PA參數(shù)設置為-3，PB參數(shù)設置為3，根據(jù)功率利用率分配

22、表可知此時功率利用率僅為67解決方法：修改PB參數(shù)為1，該路段PHY DL THR由35Mbps提升至47Mbps案例分析 參數(shù)小結與速率相關參數(shù)之間的關系二二 主要無線參數(shù)與速率相關分析主要無線參數(shù)與速率相關分析三三 下載速率比較分析下載速率比較分析3城市測試概況 平均下載速率：城市A最高，城市C最低 城市C上下行子幀配置為2：2，因此理論峰值速率應低于城市A和B 終端能力等級：Cat4測試城市上下行子幀配比特殊子幀配比理論峰值速率（Mbps）平均下載速率(Mbps)平均/理論速率比Band38占比Band39占比Band40占比A1:39:3:211239.2535%11.80% 88.2

23、0% 0.00%B1:310:2:211230.26 27%99.99% 0.00%0.01%C2:210:2:28214.9118%99.34% 0.04%0.62% 典型城市數(shù)據(jù)概況從上圖可以看出，SINR與RSRP基本呈現(xiàn)線性關系，在主要區(qū)間內RSRP每提升10db，SINR提升約4-6db相同RSRP下不同城市的SINR均值可能超過5dB城市A的低RSRP區(qū)間段SINR波動較大。原因：該區(qū)間段內樣本點數(shù)較少如右圖所示SINR與RSRP關系-15-10-5051015202530SINR(dB)RSRP(dBm)SINR vs RSRPABC13城市的整體統(tǒng)計結果，相同RSRP下，F(xiàn)頻段

24、比D頻段的SINR值差1-2dB頻段對SINR的影響小結/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式13城市不同頻段對比城市不同頻段對比band38band39/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式-110-108-106-104-102-100-98-96-94-92-90-88-86-84-82-80-78-76-74-72-70-68-66-64-62-60RSRP - SINR (城市城市A)FTP Statusnon-FTP Status/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式-110-

25、107-104-101-98-95-92-89-86-83-80-77-74-71-68-65-62-60 , -40RSRP - SINR (城市城市B)FTP Statusnon-FTP Status/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式-110-107-104-101-98-95-92-89-86-83-80-77-74-71-68-65-62-60 , -40RSRP - SINR (城市城市C)FTP Statusnon-FTP Status業(yè)務信道對SINR的影響相同RSRP情況下，業(yè)務信道流量會對RS信號的SINR產生(1-3dB)的影響，流量越大

26、影響也明顯在同一環(huán)境下CQI與SINR成正比例，CQI每變化一階SINR大約變化4dbSINR高于18db以上，CQI與SINR關系曲線基本重合SINR在18dB以下，在SINR相同位置CQI可能有一個階數(shù)的差距，說明CQI計算還受到其它條件影響CQI與SINR關系/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式CQISINR（dBm）CQI vs SINRABC在同一城市測試中MCS與CQI基本呈線性關

27、系不同環(huán)境下，相同CQI下平均MCS可能相差4階CQI是影響調度算法的重要因素之一051015202530/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式MCSCQIMCS vs CQIABCDL MCS 與 CQI關系/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式BLER

28、（%）SINR（dBm）BLER vs SINRABCBLER 與 SINR關系SINR在0至25區(qū)間內比較平穩(wěn)，體現(xiàn)了調度算法中以BLER為調控目標SINR過低時使用低階編碼方式仍然BLER較高SINR很好時使用最高階編碼方式仍然可以獲得較低的誤碼率單用戶時調度數(shù)量與SINR相關性不強多個用戶時高SINR更易獲得較多資源SINR很差時由于調度優(yōu)先級低或解碼PDCCH信息失敗會導致調度次數(shù)下降下行調度數(shù)量 與SINR關系/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用

29、格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式DL GrantSINR（dBm）DL Grant vs SINRABCSINR在0-10區(qū)間雙流比例增長較快0%20%40%60%80%100%120%/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式Two Stream Percent(%)SINR（dBm）Two Stream vs SINRABC單雙流與SINR關系二二 主要無線參數(shù)與速率相關主要無線參數(shù)與速率相關性性分分析析三三 下載下載速率比較分析速

30、率比較分析城市A覆蓋明顯好于B、C，根據(jù)前面參數(shù)關系，這應該是A城市比B速率高的重要原因城市B與C的覆蓋高度近似，因此覆蓋不是B、C速率差異的主因0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%16111621263136414651566166717681869196101RSRP CDFABC城市平均RSRP邊緣RSRPRSRP連續(xù)弱覆蓋里程占比RSRP連續(xù)無覆蓋里程占比A-79.33 -94.80 0.30%0.14%B-89.60 -114.10 20.34%5.44%C-89.04 -114.00 14.34%3.79%0.00%1.00%2.0

31、0%3.00%4.00%5.00%6.00%RSRP PDF ABC覆蓋指標統(tǒng)計說明A比B的RSRP均值高10db，平均SINR只略高與B，邊緣SINR明顯更好B與C的RSRP相當，但C的SINR比B差3db0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%-20 , -10)-9-7-5-3-1135791113151719212325272930 , 35SINR CDFABC0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%-20 , -10)-8-5-21471013161922252830 , 35SINR PDFABC干擾指標統(tǒng)計 城市平均SINR邊緣SINR連續(xù)SINR質差里程占比A15.80 3.60 0.89%B15.51 -2.00 6.03%C12.53 -1.40 7.14%問題/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式服務小區(qū)服務小區(qū)SINR(dB)服務小區(qū)與第一鄰區(qū)的差值服務小區(qū)與第一鄰區(qū)的差值(dB)BC0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式PDF(%)差值差值(dB)服務小區(qū)-最強鄰區(qū)RSR