LTE基站傳輸帶寬配置分析

1、LTE站傳輸帶寬配置分析隨著 4G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，新建基站、雙層網(wǎng)小區(qū)以及開通 CA 功能的小區(qū)大量入網(wǎng)，更多的小區(qū)，更快的速率意味著對(duì)傳輸帶寬的要求更高。而無線基站傳輸帶寬要求的不同，也決定了對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)要求的不同。本文主要從江蘇現(xiàn)網(wǎng)傳輸資源配置情況及集團(tuán)要求的依據(jù)出發(fā)，分析在現(xiàn)網(wǎng)傳輸資源配置情況下，小區(qū)及用戶 LTE 速率能力。一、峰值傳輸帶寬計(jì)算根據(jù) TD-LTE 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，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(jì)算公式為：E-

2、NodeB 總帶寬需求二（S1 用戶平面帶寬需求+X2 用戶平面帶寬需求）X 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：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 x 扇區(qū)數(shù)）來表示，對(duì)于峰值傳輸帶寬計(jì)算時(shí)，扇區(qū)吞吐量采用峰值傳輸速率進(jìn)行計(jì)算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(shí)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)切換時(shí)的 X2 用戶平面流量較少。同時(shí)如果用戶在切換時(shí)，流量從 X2 接口走，則不占用 S1 接口，因此總的 S1+X 說量不變。S1 控制平面帶寬需求約為 1Mbps設(shè)一個(gè)基站與另一個(gè)基站的 X2接口信令帶寬約

3、 64kbps,一個(gè)基站與鄰近 16個(gè)基站有X2 連接，X2 控制平面的帶寬需求總共約 1Mbp 航量其他開銷帶寬每個(gè)廠家不一樣，可以按照 5 刈算從上面的公式可知，要計(jì)算基站的峰值傳輸帶寬，需要計(jì)算單小區(qū)的峰值速率。對(duì)于 20MHzt 寬，調(diào)制方式為 64QAM 勺情況下，每一個(gè)子幀時(shí)隙單流承載 bit 數(shù)為：RB總數(shù) X 每 RB 的子載波數(shù) X （子幀內(nèi)符號(hào)數(shù)-控制符號(hào)數(shù)） -RS 數(shù) X 調(diào)制階數(shù) X 碼率=71280bit;每一個(gè) DwPTSj隙單流承載業(yè)務(wù) bit 數(shù)為：RB 總數(shù) X每 RB 的子載波數(shù) X（DwPT 汕符號(hào)數(shù)-控制符號(hào)數(shù)）-RS 數(shù)X 調(diào)制階數(shù)*碼率=47520

4、bit;這樣，若 3:1 時(shí)隙配比，2X2MIMO 則 20MHzt 寬單小區(qū)下行峰值帶寬為 104.544Mbps。根據(jù)如上計(jì)算結(jié)果，一個(gè) TD-LTE 基站的峰值傳輸帶寬需求可以按照下表計(jì)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 加銷）3x20MHz 小區(qū)（S111）3x104.5443Mbps1Mbps317Mbps332Mbps20Mhz 小區(qū)（O1）104.5441Mbps1Mbps107Mbps112Mbps上表所計(jì)算的是一個(gè) TD-LTE基站的峰值傳輸帶寬需求， 在實(shí)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)濟(jì)效益，一般不

5、按照峰值傳輸帶寬進(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，而是按照一定的方式來計(jì)算基站的保證帶寬需求。二、保證傳輸帶寬計(jì)算在實(shí)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(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)的的建設(shè)，將會(huì)造成很大的傳輸資源浪費(fèi)。所以為了保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)效益，一般按照一定的方式來計(jì)算基站的保證帶寬需求，按照保證帶寬需求進(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)。保證帶寬的計(jì)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(jì)算，也可以按照峰值和平均值進(jìn)行配比計(jì)算，還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真進(jìn)行估算。以下采用峰值和平均值配比計(jì)算保證傳輸速率按照峰值和平均值進(jìn)行配比計(jì)算的計(jì)算方法，是在實(shí)

6、際配置傳輸接口時(shí)根據(jù)平均值和峰值配比進(jìn)行計(jì)算。前面所計(jì)算白單扇區(qū)的 3:1 時(shí)隙時(shí)用戶面的峰值為 104.544Mbps,平均值為 26Mbp，該值為集團(tuán)提供）。按照 1 個(gè)峰值，2 個(gè)平均值進(jìn)行計(jì)算，3:1 時(shí)隙配置 S111 基站需要的帶寬為：(104Mbps+226Mbps+3+11,05=168Mbps三、集團(tuán)規(guī)范傳輸帶寬配置分析集團(tuán)最新下發(fā)的中國移動(dòng)城域傳送網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見(2016 版)，其中對(duì)于接入層的規(guī)范如下：城區(qū)， PTN 接入環(huán)應(yīng)以單層環(huán)或環(huán)帶短支鏈結(jié)構(gòu)為主， 單個(gè)接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為6-8 個(gè)，最大不超過 10 個(gè)；鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，PTN 接入環(huán)還可采用 2 級(jí)接入環(huán)帶

7、短支鏈的結(jié)構(gòu)，單個(gè)接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為 6-10 個(gè)，最大不超過 15 個(gè)。對(duì)于現(xiàn)有 GE 接入環(huán)，當(dāng)環(huán)上接入的 4G 站點(diǎn)擬規(guī)劃采用異頻組網(wǎng)或?yàn)?S222 站型、或環(huán)上接入的集團(tuán)客戶專線較多時(shí)，優(yōu)先考慮升級(jí)成 10GE 接入環(huán)，當(dāng)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備不支持升級(jí)為 10GE 時(shí)，可采用疊加環(huán)、拆環(huán)或跳點(diǎn)組環(huán)方式組網(wǎng)。對(duì)于承載 4G 基站回傳的 GEPTNg 入環(huán)，當(dāng)環(huán)上忙時(shí)平均流速連續(xù) 7 天超過環(huán)網(wǎng)帶寬的70%連續(xù) 2 天超過 80%寸，可考慮升級(jí)為 10GE4E 雙 GE 環(huán)。根據(jù)集團(tuán)規(guī)范要求，在城區(qū)環(huán)境下，若一個(gè) GE入環(huán)下掛 10 個(gè) S111 基站，每個(gè) 4G 基站規(guī)劃分配帶寬 80Mbp

8、s,剩余 200Mbps 用于承載 2G3G 集客等業(yè)務(wù)。 單 4G 小區(qū)等分配的帶寬為(80Mbps/1.05-3-1)/3=24Mbps,約為單小區(qū)峰值速率的 23.07%;在鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村環(huán)境下，若一個(gè) GE 接入環(huán)下掛 15 個(gè) S111 基站，每個(gè) 4G 基站規(guī)劃分配帶寬60Mbps, 剩 余 100Mbps 用 于 承 載 2G3G 集 客 等 業(yè) 務(wù) 。 單 4G 小 區(qū) 等 分 配 的 帶 寬 為(60Mbps/1.05-3-1)/3=17.7Mbps,約為單小區(qū)峰值速率的 17.02%;根據(jù)集團(tuán)規(guī)范要求，S222 以及開通 CA 功能的基站應(yīng)該配置于 10GE入環(huán)，因此以上僅討論

9、S111 基站。 由于無法獲取我省接入環(huán)下掛基站準(zhǔn)確配置情況， 無法評(píng)估我省配置情況是否符合集團(tuán)要求。四、PTN 最高承諾帶寬(PIRCIR)配置分析對(duì)于 PTN高承諾帶寬(PIRCIR)配置要求，集團(tuán)規(guī)范如下：原則上 CIR 按照核心層規(guī)劃帶寬進(jìn)行配置，PIR 按照 1 個(gè)扇區(qū)峰值+其他扇區(qū)均值的帶寬進(jìn)行配置。鑒于目前 S111 的 4G 基站，CIR/PIR=40M/440M 的配置能夠滿足載波聚合后 4G 基站的測(cè)速要求和用戶體驗(yàn)，因此載波聚合后 PTN 帶寬配置暫時(shí)不做調(diào)整。更高載頻配置的 4G基站可適當(dāng)提高 PIR,CIR 在現(xiàn)階段建議仍維持 40M,后續(xù)基站忙時(shí)均值流速高于 40M

10、 時(shí)可及時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)增長預(yù)測(cè)提高。1）每個(gè)基站可以保證的帶寬大小是 CIR,各基站的 CIR 之和不會(huì)超過接入環(huán)匯聚環(huán)的物理帶寬；2）如果基站沒有流量或流量低于 CIR,同時(shí)接入?yún)R聚環(huán)有富余容量，其他基站可以獲得大于 CIR、小于 PIR 的帶寬；3）目前集團(tuán)要求的配置如下：站里場(chǎng)量及配置帚蜜高旗（Mbps）宏蒂站CIR40PIRSL1/S22CIRiOPIR295室內(nèi)分布標(biāo)統(tǒng)信源01CIR加（室分取 SOW（室分單器）FIR150室分雙路）751 室分單部,做基站.皮地站.超基站篁針 r 室內(nèi)而蓋S1/DLCIR姐m156現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際采用以上配置的時(shí)候，出現(xiàn)了下載速率受限的情況，該問題在 D頻段小

11、區(qū)以及開啟了 CA 功能小區(qū)等高下載速率小區(qū)中尤其明顯。對(duì)于此類問題分析如下：由于不同服務(wù)器對(duì)于發(fā)包的機(jī)制不一樣，部分服務(wù)器在發(fā)包時(shí)會(huì)采用離散脈沖的形式，針對(duì)這種服務(wù)器，通過服務(wù)器灌 UDP 包（100Mbps）的同時(shí)，使用 WIRESHARK：具在發(fā)送端進(jìn)行抓包進(jìn)行流量分析，發(fā)現(xiàn)了問題所在：1、在服務(wù)器發(fā)送端抓包，統(tǒng)計(jì) UDP 包的流量。發(fā)現(xiàn)以 1S 為統(tǒng)計(jì)粒度時(shí)，沒有突發(fā)的流量，速率很平穩(wěn)：從服務(wù)器灌包+抓包的數(shù)據(jù)分析已經(jīng)可以得出問題的根因，即服務(wù)器在發(fā)包的時(shí)候不是每個(gè)時(shí)刻平穩(wěn)的發(fā)包，而是類似離散脈沖形式，每毫秒發(fā)送的最大數(shù)據(jù)可以達(dá)到 1000kbit。而傳輸?shù)南匏賻挒?320Mbps

12、即使加上 100K 左右的緩存，每毫秒可以通過的包大小為 320kbit+100bit 約為 420kbit。這個(gè)時(shí)候服務(wù)器發(fā)送的包大小已經(jīng)在瞬時(shí)超過了傳輸限速帶寬，因此在傳輸側(cè)發(fā)生了丟包的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^增大 PIR 來減少瞬時(shí)數(shù)據(jù)溢出導(dǎo)致的傳輸丟包，采用不同 PIR 設(shè)置后下載速率變化情況如下：PTNPIR 設(shè)置(Mb不限速480490500510520530540550560FTP 下載速率（Mb）71535660626368716865參考以上測(cè)試結(jié)果，對(duì)比開啟 CA 和未開啟 CA 站點(diǎn)采用不同 PIR 設(shè)置后下I事nK0M唉*BtdMi3加w.1才丹_，口BF，.惺原附1。一ms.1

13、TOR t.1%事，。/toL kgRj*lQ.Xa.4.1l力足，科:15lQ.li.4%)幅r心也喜TQP）帆啦81*LLLFLOJM串垢，QM1IC*A01由1L”%-1M.一%仇ICTe.glW此印.弧1她力機(jī)工IBAkfliiMliMr*.W*to1工上司SI日觸UHfJigDjdrt二卬山3奉有6而MF1/nCEC；-EL!7fi-iai：H(ccscnttlJT41m:113.MTSclEWEMtlw-iiffl-A.|PCEEH*IQfiklSM,氟力.MTI*1114nCWPdl一加IMS1，*W:Hrwffi|MClll*)-9*1K以 0.001S 為統(tǒng)

14、計(jì)粒度時(shí)（即 1ms）,發(fā)現(xiàn)服務(wù)器發(fā)送的包是一個(gè)一個(gè)類似離散的脈沖，最大的脈沖包長度達(dá)到 1000kbit 以上:_j)jiBUtofl.也xCTTWT1融 心峪3IkfiLKkJ1夠心他T11GrXhT,1件-M*。 二，10.174-雄一力*依加舊14，弧M19”1弧上孫弧1%M14H5.所型一,制做京1宣.H十！*、：$E/Ti：廿土“寫口丁麗討喘*1詛3FttWMfgru;=*：觸；96：1iX：3*U0；0；即Xw：C1*4-vw:PFMteeilIWMEgre-M,*，.*.1(1口.|/，.口口，ME必峰式ctmr41wMc,Ci-K.1也也幡帚U弧QIBMlOulMsflL*u

15、c.aim好*.期1詢1*1厘心1工事Q-16,iP4n,1載速率情況，測(cè)試結(jié)果如下：（閑時(shí)測(cè)試，均選擇無線網(wǎng)絡(luò)好點(diǎn)）站名保證帶寬(CIR)最大帶寬(PIR)測(cè)試軟件測(cè)試結(jié)果平均速率(Mb下行平均每時(shí)隙調(diào)度PRB 個(gè)數(shù)下行子幀調(diào)度率未開啟 CA 功能小區(qū)4044047.9898.36820.216066046.1098.30853.928088052.0898.54801.8640100048.6798.60846.4680100048.2698.52831.73開啟CA功能小區(qū)4044063.5198.07843.426066099.9698.19853.4780880100.8798.44

16、842.22401000100.8798.21849.538010009998.35852.59所有測(cè)試點(diǎn)均是無線好點(diǎn)，調(diào)度基本相同的情況下，除開啟 CA 小區(qū) 40440配置下速率受限外，其他測(cè)試點(diǎn)基本均達(dá)或接近最大速率。服務(wù)器在發(fā)包的時(shí)候并不知道用戶空口情況，都是采用的同樣的脈沖發(fā)包。在小區(qū)開啟了 CA 功能后，單用戶空口速率提升到了 100Mbps 左右，此時(shí)如果 PIR 設(shè)置過小，就會(huì)出現(xiàn) PTNg包大于 eNodeM 包，整體速率由于傳輸受限的情況。當(dāng)小區(qū)未開啟 CA 時(shí)，單用戶空口速率 50Mbps 左右，此時(shí)只要保證 eNodeBS 包大于 PTN 丟包，速率空口受限，即使進(jìn)一步

17、提升 PIR 也無法提升用戶感知?？紤]到 CIR 定義是承諾帶寬，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)忙時(shí)保證單個(gè)基站的最少分配帶寬，通過忙時(shí)無線好點(diǎn)測(cè)試驗(yàn)證不同 CIR 配置下下載速率感知，以下為測(cè)試結(jié)果:站名保證帶寬(CIR)最大帶寬(PIR)測(cè)試軟件測(cè)試結(jié)果平均速率(Mb下行平均每時(shí)隙調(diào)度PRB 個(gè)數(shù)下行子幀調(diào)度率測(cè)試小區(qū) 140100049.3578.86649.1180100067.4098.08806.94測(cè)試小區(qū) 240100034.5497.37736.3180100037.3397.28699.51測(cè)試小區(qū) 440100055.4997.33663.8180100060.8396.81731.51

18、在網(wǎng)絡(luò)整體較忙的情況下，由于服務(wù)器脈沖發(fā)包機(jī)制，即使接入環(huán)整體負(fù)荷低于 50%也依然可能存在部分業(yè)務(wù)瞬間占用所有傳輸容量，導(dǎo)致其他基站只能占用承諾帶寬的情況。此時(shí)提升基站的 CIR 配置，可以明顯提升該基站下用戶整體速率感知五、PTN 接入環(huán)負(fù)荷分析目前我省 PTN 接入環(huán)負(fù)荷主要通過工具采集傳輸網(wǎng)管上接入環(huán) 15 分鐘負(fù)荷平均值，集團(tuán)對(duì)于 PTN 接入環(huán)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)如下：對(duì)于承載 4G 基站回傳的 GEPTNS 入環(huán)， 當(dāng)環(huán)上忙時(shí)平均流速連續(xù) 7 天超過環(huán)網(wǎng)帶寬的 70%連續(xù) 2 天超過 80%寸，可考慮升級(jí)為 10GEE 雙 GE 環(huán)。我省各地市接入環(huán)整體帶寬滿足度均已達(dá)標(biāo)，但目前傳輸網(wǎng)管無法

19、統(tǒng)計(jì)單獨(dú)某個(gè)接入環(huán)規(guī)劃帶寬滿足度情況，各地市整體帶寬滿足度情況如下:帶寬10GEGE4G 傳輸帶寬滿足度地市總拓?fù)鋽?shù)越限總拓?fù)鋽?shù)越限常州11084980100.00%淮安4674802100.00%連大港6223610100.00%南京19048106100.00%南通11663271100.00%蘇98%泰州3202552100.00%無錫25054628699.92%宿遷10592798100.00%徐99%鹽城6725739100.00%揚(yáng)州11203420100.00%鎮(zhèn)江9492209100.00%總計(jì)14290155894100.

20、00%參考集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)、我省各地市整體接入環(huán)規(guī)劃滿足度及各接入環(huán) 15 分鐘峰值利用率，可以發(fā)現(xiàn)我省各地市基本不存在接入環(huán)負(fù)荷超標(biāo)的問題，即不存在傳輸流量競(jìng)爭的現(xiàn)象。根據(jù)第四節(jié)測(cè)試結(jié)果，可以得知服務(wù)器發(fā)包存在突發(fā)性脈沖的現(xiàn)象，同時(shí)絕大部分用戶行為是短時(shí)間突發(fā)流量為主。采用 15 分鐘平均方式統(tǒng)計(jì)的 GE 環(huán)峰值利用率無法明確體現(xiàn)該 GE 環(huán)實(shí)際峰值負(fù)荷。提取徐州兩個(gè) GE 環(huán)，對(duì)比 15 分鐘平均利用率與秒級(jí)峰值利用率，結(jié)果如下：GE環(huán)1:傳輸測(cè)網(wǎng)元：市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚，對(duì)應(yīng)端口：市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚帶寬利用率峰值(2017.1.1916:00-16:15)15分鐘粒度指標(biāo):網(wǎng)元

21、名稱端口帶寬(Mbps)接收流速峰值(Mbps)發(fā)送流速峰值(Mbps)帶寬利用率峰值(%)帶寬繁忙度(%)帶寬利用率均值(%)市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚10004.5739.313.9300.63GE環(huán)2:傳輸測(cè)網(wǎng)元：市區(qū)手機(jī)城-65-匯聚，對(duì)應(yīng)端口:市區(qū)手機(jī)城-65-匯聚-PGEA0-1-8-1:4帶寬利用率峰值(2017.1.1912:45-13:00)15分鐘粒度指標(biāo):網(wǎng)元名稱端口帶寬(Mbps)接收流速峰值(Mbps)發(fā)送流速峰值(Mbps)帶寬利用率峰值(%)帶寬繁忙度(%)帶寬利用率均值(%)市區(qū)手機(jī)城-65-匯聚100025.37137.4113.7403.78從以上采集數(shù)據(jù)

22、可以看出，環(huán) 1、2 秒級(jí)峰值負(fù)荷分別為 15min 級(jí)平均負(fù)荷的 6.23、3.63 倍， 可見如果根據(jù)集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)采用 15 分鐘平均負(fù)荷 70 犯上才擴(kuò)容 PTN 專輸， 不可避免會(huì)出現(xiàn)傳輸環(huán)網(wǎng)瞬時(shí)超負(fù)荷導(dǎo)致的流量競(jìng)爭。由于我省暫未實(shí)現(xiàn)所有傳輸網(wǎng)管秒級(jí)負(fù)荷采集，因此暫無法得到全省傳輸秒級(jí)環(huán)網(wǎng)負(fù)荷評(píng)估結(jié)果。 目前僅能初步推斷 15min 級(jí)平均負(fù)荷達(dá)到 40 犯上即有可能會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)負(fù)荷超90%但瞬時(shí)負(fù)荷過高對(duì)整體用戶感知的影響程度暫未明確，有待聯(lián)合傳輸專業(yè)進(jìn)一步研究確定。六、傳輸帶寬配置需求總結(jié)綜合理論計(jì)算結(jié)果及實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，可以得出結(jié)論如下：1)根據(jù)集團(tuán)規(guī)范及我省規(guī)劃配置，目前單小區(qū)規(guī)劃傳輸帶寬為城區(qū)：24Mbps 農(nóng)村：17.7Mbps,低于集團(tuán)規(guī)范的單小區(qū)平均速率帶寬需求 27mbps 遠(yuǎn)低于 20Mhz 小區(qū)最大需求帶寬 104.5Mbps；2)由于服務(wù)器脈沖發(fā)包的特性，為保證 PTNg 包低于 eNodeBg 包，下載速率不受限于傳輸，接入環(huán)至少應(yīng)該保留 440Mbps 以上的空閑容量；3）在接入環(huán)保留 440Mbps 以上空閑容量的情況下，為滿足 S111 基站接入環(huán)規(guī)劃帶寬 80Mbps 的集團(tuán)規(guī)范要求，單個(gè) GE 環(huán)下掛 S111 基站數(shù)應(yīng)該不超過 8 個(gè)（即7M0+1M40）,若接入環(huán)下掛小基站或室分，