LTE基站傳輸帶寬配置分析

1、LTE基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。具體計算公式為：E-NodeB總帶寬需求=（S1

2、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(jìn)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

3、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。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bit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3:1時隙配比，22 MIMO，則20MHz帶寬單小區(qū)下行峰值帶寬為104.544Mbps

4、。根據(jù)如上計算結(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)濟效益，一般不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算基站的保證帶寬需求。二、保證傳輸帶寬計算在

5、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(jìn)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(jìn)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(jìn)行配比計算，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算保證傳輸速率按照峰值和平均值進(jìn)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(jìn)行計算。前面所計算的單扇區(qū)的3:1時隙時用戶面的峰值為104.5

6、44Mbps,平均值為26Mbps(該值為集團(tuán)提供)。按照1個峰值，2個平均值進(jìn)行計算 ，3:1時隙配置S111基站需要的帶寬為： （104Mbps+226Mbps+3+1）1.05=168Mbps三、集團(tuán)規(guī)范傳輸帶寬配置分析集團(tuán)最新下發(fā)的中國移動城域傳送網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見（2016版），其中對于接入層的規(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，單個接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為6-8個，最大不超過10個；鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，PTN接入環(huán)還可采用2級接入環(huán)帶短支鏈的結(jié)構(gòu)，單個接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為6-10個，最大不超過15個。對于現(xiàn)有GE接入環(huán)，當(dāng)環(huán)上接入的4G站點擬規(guī)劃采用異頻組網(wǎng)或

7、為S222站型、或環(huán)上接入的集團(tuán)客戶專線較多時，優(yōu)先考慮升級成10GE接入環(huán)，當(dāng)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備不支持升級為10GE時，可采用疊加環(huán)、拆環(huán)或跳點組環(huán)方式組網(wǎng)。對于承載4G基站回傳的GEPTN接入環(huán)，當(dāng)環(huán)上忙時平均流速連續(xù)7天超過環(huán)網(wǎng)帶寬的70%或連續(xù)2天超過80%時，可考慮升級為10GE或雙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GE接入環(huán)下掛10個S111基站，每個4G基站規(guī)劃分配帶寬80Mbps，剩余200Mbps用于承載2G、3G、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GE接入環(huán)下

8、掛15個S111基站，每個4G基站規(guī)劃分配帶寬60Mbps，剩余100Mbps用于承載2G、3G、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接入環(huán)，因此以上僅討論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）配置分析對于PTN最高承諾帶寬（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個扇區(qū)峰值+其他扇區(qū)均值的帶寬

9、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基站的測速要求和用戶體驗，因此載波聚合后PTN帶寬配置暫時不做調(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)基站忙時均值流速高于40M時可及時根據(jù)業(yè)務(wù)增長預(yù)測提高。1）每個基站可以保證的帶寬大小是CIR，各基站的CIR之和不會超過接入環(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：現(xiàn)網(wǎng)實際采用以上配置的時候，出現(xiàn)了下載速率受限的情況，該問題在D頻段小區(qū)以

10、及開啟了CA功能小區(qū)等高下載速率小區(qū)中尤其明顯。對于此類問題分析如下：由于不同服務(wù)器對于發(fā)包的機制不一樣，部分服務(wù)器在發(fā)包時會采用離散脈沖的形式，針對這種服務(wù)器，通過服務(wù)器灌UDP包（100Mbps）的同時，使用WIRE SHARK工具在發(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UDP包的流量。發(fā)現(xiàn)以1S為統(tǒng)計粒度時，沒有突發(fā)的流量，速率很平穩(wěn)：以0.001S為統(tǒng)計粒度時（即1ms），發(fā)現(xiàn)服務(wù)器發(fā)送的包是一個一個類似離散的脈沖，最大的脈沖包長度達(dá)到1000kbit以上：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)包的時候不是每個時刻平穩(wěn)的發(fā)包，

11、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?20Mbps，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。這個時候服務(wù)器發(fā)送的包大小已經(jīng)在瞬時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：PTN PIR設(shè)置（Mb）不限速480490500510520530540550560FTP下載速率（Mb）71535660626368716865參考以上測試結(jié)果，對比開啟CA和未開啟CA站點采用不同PIR設(shè)置后下載

12、速率情況，測試結(jié)果如下：（閑時測試，均選擇無線網(wǎng)絡(luò)好點）站名保證帶寬(CIR)最大帶寬（PIR）測試軟件測試結(jié)果平均速率（Mb）下行平均每時隙調(diào)度PRB個數(shù)下行子幀調(diào)度率未開啟CA功能小區(qū)4044047.98 98.36 820.21 6066046.10 98.30 853.92 8088052.08 98.54 801.86 40100048.67 98.60 846.46 80100048.26 98.52 831.73 開啟CA功能小區(qū)4044063.5198.07843.426066099.9698.19853.4780880100.8798.44842.22401000100.87

13、98.21849.538010009998.35852.59所有測試點均是無線好點，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，其他測試點基本均達(dá)或接近最大速率。服務(wù)器在發(fā)包的時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，此時如果PIR設(shè)置過小，就會出現(xiàn)PTN丟包大于eNodeB丟包，整體速率由于傳輸受限的情況。當(dāng)小區(qū)未開啟CA時，單用戶空口速率50Mbps左右，此時只要保證eNodeB丟包大于PTN丟包，速率空口受限，即使進(jìn)一步提升PIR也無法提升用戶感知。考慮到CIR定義是承諾帶寬，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)忙

14、時保證單個基站的最少分配帶寬，通過忙時無線好點測試驗證不同CIR配置下下載速率感知，以下為測試結(jié)果：站名保證帶寬(CIR)最大帶寬（PIR）測試軟件測試結(jié)果平均速率（Mb）下行平均每時隙調(diào)度PRB個數(shù)下行子幀調(diào)度率測試小區(qū)140100049.35 78.86 649.11 80100067.40 98.08 806.94 測試小區(qū)240100034.54 97.37 736.31 80100037.33 97.28 699.51 測試小區(qū)440100055.49 97.33 663.81 80100060.83 96.81 731.51 在網(wǎng)絡(luò)整體較忙的情況下，由于服務(wù)器脈沖發(fā)包機制，即使接入

15、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)對于PTN接入環(huán)擴容標(biāo)準(zhǔn)如下：對于承載4G基站回傳的GEPTN接入環(huán)，當(dāng)環(huán)上忙時平均流速連續(xù)7天超過環(huán)網(wǎng)帶寬的70%或連續(xù)2天超過80%時，可考慮升級為10GE或雙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)管無法統(tǒng)計單獨某個接入環(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

16、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%連云港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%揚州11203420100.00%鎮(zhèn)江9492209100.00%總計14290155894100.00%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

17、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爭的現(xiàn)象。根據(jù)第四節(jié)測試結(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，同時絕大部分用戶行為是短時間突發(fā)流量為主。采用15分鐘平均方式統(tǒng)計的GE環(huán)峰值利用率無法明確體現(xiàn)該GE環(huán)實際峰值負(fù)荷。提取徐州兩個GE環(huán)，對比15分鐘平均利用率與秒級峰值利用率，結(jié)果如下：l GE環(huán)1：傳輸測網(wǎng)元：市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚，對應(yīng)端口：市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚-PGEA0-1-9-1:4帶寬利用率峰值（2017.1.1916:00-16:15）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

18、寬繁忙度(%)帶寬利用率均值(%)市區(qū)銀湖小區(qū)搬遷-65-匯聚10004.5739.313.9300.63l GE環(huán)2：傳輸測網(wǎng)元：市區(qū)手機城-65-匯聚，對應(yīng)端口：市區(qū)手機城-65-匯聚-PGEA0-1-8-1:4 帶寬利用率峰值（2017.1.19 12:45-13:00）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)手機城-65-匯聚100025.37137.4113.7403.78從以上采集數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)1、2 秒級峰值負(fù)荷分別為15min級平均負(fù)荷的6.23、3.63倍，可見

19、如果根據(jù)集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)采用15分鐘平均負(fù)荷70%以上才擴容PTN傳輸，不可避免會出現(xiàn)傳輸環(huán)網(wǎng)瞬時超負(fù)荷導(dǎo)致的流量競爭。由于我省暫未實現(xiàn)所有傳輸網(wǎng)管秒級負(fù)荷采集，因此暫無法得到全省傳輸秒級環(huán)網(wǎng)負(fù)荷評估結(jié)果。目前僅能初步推斷15min級平均負(fù)荷達(dá)到40%以上即有可能會出現(xiàn)瞬時負(fù)荷超90%，但瞬時負(fù)荷過高對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)綜合理論計算結(jié)果及實際測試驗證，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PTN丟包低于eNodeB丟包，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GE環(huán)下掛S111基站數(shù)應(yīng)該不超過8個（即780+1440），若接入環(huán)下掛小基站或室分，則單個G