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(jì)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(jì)算方法，對TD-LTE基站的傳輸帶寬需求進(jìn)行了分析。【關(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(yàn)網(wǎng)的測試中，TD-LTE的峰值速率均可以達(dá)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(jì)算方式進(jìn)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(gè)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(shí)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(jìn)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(hù)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(jìn)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(jī)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(jī)制，保證信令的可靠傳輸。二、峰值傳輸帶寬計(jì)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(jì)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(jì)算時(shí)，扇區(qū)吞吐量采用峰值傳輸速率進(jìn)行計(jì)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(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)l 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

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(gè)基站與另一個(gè)基站的X2接口信令帶寬約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1Mbps流量 l 其他開銷帶寬每個(gè)廠家不一樣，可以按照5%計(jì)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。目前，單小區(qū)峰值速率計(jì)算有兩種方法。方法一是采用單時(shí)隙承載的bit數(shù)進(jìn)行計(jì)算。首先分別計(jì)算一定帶寬和調(diào)制方式下的子幀時(shí)隙和特殊時(shí)隙的所能承載的bit數(shù)，然后根據(jù)時(shí)隙配比、MIMO方式計(jì)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(gè)子幀時(shí)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(gè)DwPTS時(shí)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(shí)隙配比，2×2 MIMO，則下行峰值帶寬為76.032Mbps ；若3:1時(shí)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(jìn)行計(jì)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(shí)隙的Tbsize ，根據(jù)RB數(shù)量及上行調(diào)制階數(shù)確定上行時(shí)隙的Tbsize 以及特殊子幀的Tbsize ，然后在分別計(jì)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(gè)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(gè)無線幀包含的特殊子幀數(shù)）/每個(gè)無線幀的時(shí)間上行峰值速率=上行最大MCS的TB size×每個(gè)無線幀包含的上行子幀數(shù)/每個(gè)無線幀的時(shí)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(shí)隙配比時(shí)，下行峰值速率是81.9Mbps，上行峰值速

8、率是17.5Mbps；3:1時(shí)隙配比時(shí)，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(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)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(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)

9、濟(jì)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(jì)算基站的保證帶寬需求。三、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。1根據(jù)峰值帶寬按照收斂比計(jì)算根據(jù)峰值按照收斂比進(jìn)行計(jì)算的方法是在實(shí)際配置

10、傳輸接口時(shí)，考慮不同的收斂比進(jìn)行計(jì)算。圖2傳輸收斂比示意圖按照1/3的收斂，對于前面所計(jì)算的三扇區(qū)的基站3:1時(shí)隙時(shí)所需帶寬為332/3=111Mbps。在實(shí)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(shí)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(jìn)行配比計(jì)算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)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)算的單扇區(qū)的3:1時(shí)隙時(shí)的峰值為112Mbps,平均值為26Mbps。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(jìn)行估算根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真進(jìn)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(jìn)行仿真，得到網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)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(shí)際所需要的帶寬。假設(shè)有一個(gè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，有100個(gè)TD-LTE基站，共計(jì)300個(gè)小區(qū)，站間距為500米，帶寬為20MHz，同頻組網(wǎng)，時(shí)隙配比為2:2。對此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(gè)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)