明訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司四B級(jí)升級(jí)文稿-何成湖

浙江明訊四B級(jí)升級(jí)論文--FDD-LTE模擬加載對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)的的影響與分析浙江明訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司項(xiàng)目執(zhí)行部何成湖2014年7月一、LTE簡(jiǎn)介二、LTE總體架構(gòu)三、LTE關(guān)鍵技術(shù)四、模擬加載試驗(yàn)五、加載后對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響LTE在空載與加載50%下對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響與分析一、LTE簡(jiǎn)介L(zhǎng)TE(LongTermEvolution)是指3GPP組織推行的蜂窩技術(shù)在無(wú)線接入方面的最新演進(jìn)，對(duì)應(yīng)核心網(wǎng)的演進(jìn)就是SAE（SystemArchitectureEvolution）。之所以要演進(jìn)到LTE，是由于近年來(lái)移動(dòng)用戶對(duì)高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的要求，給3G系統(tǒng)設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商造成了很大的壓力。在LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，其目標(biāo)和需求就非常明確：降低時(shí)延、提高用戶傳輸數(shù)據(jù)速率、提高系統(tǒng)容量和覆蓋范圍、降低運(yùn)營(yíng)成本。一、LTE簡(jiǎn)介顯著的提高峰值傳輸數(shù)據(jù)速率，例如下行鏈路達(dá)到100Mb/s，上行鏈路達(dá)到50Mb/s；在保持目前基站位置不變的情況下，提高小區(qū)邊緣比特速率；顯著的提高頻譜效率，例如達(dá)到3GPPR6版本的2~4倍；無(wú)線接入網(wǎng)的時(shí)延低于10ms；顯著的降低控制面時(shí)延（從空閑態(tài)躍遷到激活態(tài)時(shí)延小于100ms（不包括尋呼時(shí)間））；支持靈活的系統(tǒng)帶寬配置，支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz帶寬，支持成對(duì)和非成對(duì)頻譜；支持現(xiàn)有3G系統(tǒng)和非3G系統(tǒng)與LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間的互連互通；更好的支持增強(qiáng)型MBMS；系統(tǒng)不僅能為低速移動(dòng)終端提供最優(yōu)服務(wù)，并且也應(yīng)支持高速移動(dòng)終端，能為速度>350km/h的用戶提供100kbps的接入服務(wù)；實(shí)現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本、功耗；取消CS域，CS域業(yè)務(wù)在PS域?qū)崿F(xiàn)，如VOIP一、LTE簡(jiǎn)介二、LTE總體架構(gòu)LTE采用了與2G、3G均不同的空中接口技術(shù)、即基于OFDM技術(shù)的空中接口技術(shù)，并對(duì)傳統(tǒng)3G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，亦即接入網(wǎng)E-UTRAN不再包含RNC，僅包含節(jié)點(diǎn)eNB，提供E-UTRA用戶面PDCP/RLC/MAC/物理層協(xié)議的功能和控制面RRC協(xié)議的功能。E-UTRAN的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見下圖的LTEE-UTRAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。E-UTRAN結(jié)構(gòu)二、LTE總體架構(gòu)eNB之間由X2接口互連，每個(gè)eNB又和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EPC通過(guò)S1接口相連。S1接口的用戶面終止在服務(wù)網(wǎng)關(guān)S-GW上，S1接口的控制面終止在移動(dòng)性管理實(shí)體MME上?？刂泼婧陀脩裘娴牧硪欢私K止在eNB上。上圖中各網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的功能劃分如下：eNB功能 LTE的eNB除了具有原來(lái)NodeB的功能之外，還承擔(dān)了原來(lái)RNC的大部分功能，包括有物理層功能、MAC層功能（包括HARQ）、RLC層（包括ARQ功能）、PDCP功能、RRC功能（包括無(wú)線資源控制功能）、調(diào)度、無(wú)線接入許可控制、接入移動(dòng)性管理以及小區(qū)間的無(wú)線資源管理功能等。具體包括有：

無(wú)線資源管理：無(wú)線承載控制、無(wú)線接納控制、連接移動(dòng)性控制、上下行鏈路的動(dòng)態(tài)資源分配（即調(diào)度）等功能 IP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流的加密

當(dāng)從提供給UE的信息無(wú)法獲知到MME的路由信息時(shí)，選擇UE附著的MME

二、LTE總體架構(gòu)路由用戶面數(shù)據(jù)到S-GW

調(diào)度和傳輸從MME發(fā)起的尋呼消息

調(diào)度和傳輸從MME或O&M發(fā)起的廣播信息

用于移動(dòng)性和調(diào)度的測(cè)量和測(cè)量上報(bào)的配置

調(diào)度和傳輸從MME發(fā)起的ETWS（即地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)）消息MME功能 MME是SAE的控制核心，主要負(fù)責(zé)用戶接入控制、業(yè)務(wù)承載控制、尋呼、切換控制等控制信令的處理。 MME功能與網(wǎng)關(guān)功能分離，這種控制平面/用戶平面分離的架構(gòu)，有助于網(wǎng)絡(luò)部署、單個(gè)技術(shù)的演進(jìn)以及全面靈活的擴(kuò)容。 NAS信令 NAS信令安全 AS安全控制 3GPP無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間移動(dòng)信令 idle狀態(tài)UE的可達(dá)性（包括尋呼信號(hào)重傳的控制和執(zhí)行）

跟蹤區(qū)列表管理

二、LTE總體架構(gòu)P-GW和S-GW的選擇

切換中需要改變MME時(shí)的MME選擇

切換到2G或3GPP網(wǎng)絡(luò)時(shí)的SGSN選擇

漫游

鑒權(quán)

包括專用承載建立的承載管理功能

支持ETWS信號(hào)傳輸S-GW功能 S-GW作為本地基站切換時(shí)的錨定點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)以下功能：在基站和公共數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)之間傳輸數(shù)據(jù)信息；為下行數(shù)據(jù)包提供緩存；基于用戶的計(jì)費(fèi)等。 eNB間切換時(shí)，本地的移動(dòng)性錨點(diǎn) 3GPP系統(tǒng)間的移動(dòng)性錨點(diǎn) E-UTRANidle狀態(tài)下，下行包緩沖功能、以及網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)業(yè)務(wù)請(qǐng)求過(guò)程的初始化

二、LTE總體架構(gòu)PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）功能

公共數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)P-GW作為數(shù)據(jù)承載的錨定點(diǎn)，提供以下功能：包轉(zhuǎn)發(fā)、包解析、合法監(jiān)聽、基于業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)、業(yè)務(wù)的QoS控制，以及負(fù)責(zé)和非3GPP網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)等。

基于每用戶的包過(guò)濾（例如借助深度包探測(cè)方法）

合法偵聽 UE的IP地址分配

下行傳輸層包標(biāo)記

上下行業(yè)務(wù)級(jí)計(jì)費(fèi)、門控和速率控制

基于聚合最大比特速率（AMBR）的下行速率控制從上圖中可見，新的LTE架構(gòu)中，沒有了原有的Iu和Iub以及Iur接口，取而代之的是新接口S1和X2。LTE的接入網(wǎng)E-UTRAN由eNodeB組成，提供用戶面和控制面；LTE的核心網(wǎng)EPC(EvolvedPacketCore)由MME，S-GW和P-GW組成；eNodeB間通過(guò)X2接口相互連接，支持?jǐn)?shù)據(jù)和信令的直接傳輸；S1接口連接eNodeB與核心網(wǎng)EPC。其中，S1-MME是eNodeB連接MME的控制面接口，S1-U是eNodeB連接S-GW的用戶面接口；二、LTE總體架構(gòu)LTE支持FDD、TDD兩種雙工方式。同時(shí)LTE還考慮支持半雙工FDD這種特殊的雙工方式。三、LTE關(guān)鍵技術(shù)3.1雙工方式3.2多址方式LTE采用OFDMA（正交頻分多址：OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess）作為下行多址方式。圖LTE下行多址方式LTE采用DFT-S-OFDM（離散傅立葉變換擴(kuò)展OFDM：DiscreteFourierTransformSpreadOFDM）、或者稱為SC-FDMA（單載波FDMA：SingleCarrierFDMA）作為上行多址方式。圖LTE上行多址方式三、LTE關(guān)鍵技術(shù)3.3多天線技術(shù)下行鏈路多天線傳輸：多天線傳輸支持2根或4根天線。碼字最大數(shù)目是2，與天線數(shù)目沒有必然關(guān)系，但是碼字和層之間有著固定的映射關(guān)系。碼字（codeword）、層（layer）和天線口（antennaport）的大致關(guān)系可見下面物理信道處理圖：三、LTE關(guān)鍵技術(shù)多天線技術(shù)包括空分復(fù)用（SDM：Spatialdivisionmultiplexing）、發(fā)射分集（Transmitdiversity）等技術(shù)。SDM支持SU-MIMO和MU-MIMO。當(dāng)一個(gè)MIMO信道都分配給一個(gè)UE時(shí)，稱之為SU-MIMO（單用戶MIMO）；當(dāng)MIMO數(shù)據(jù)流空分復(fù)用給不同的UE時(shí)，稱之為MU-MIMO（多用戶MIMO）。

上行鏈路多天線傳輸：上行鏈路一般采用單發(fā)雙收的1*2天線配置，但是也可以支持MU-MIMO，亦即每個(gè)UE使用一根天線發(fā)射、但是多個(gè)UE組合起來(lái)使用相同的時(shí)頻資源以實(shí)現(xiàn)MU-MIMO。另外FDD還可以支持閉環(huán)類型的自適應(yīng)天線選擇性發(fā)射分集（該功能屬于UE可選功能）。3.4鏈路自適應(yīng)下行鏈路自適應(yīng)：主要指自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC：adaptivemodulationandcoding），通過(guò)各種不同的調(diào)制方式（QPSK、16QAM和64QAM）和不同的信道編碼率來(lái)實(shí)現(xiàn)。上行鏈路自適應(yīng)：包括有三種鏈路自適應(yīng)方法：1.自適應(yīng)發(fā)射帶寬；2.發(fā)射功率控制；3.自適應(yīng)調(diào)制和信道編碼率。三、LTE關(guān)鍵技術(shù)4.1試驗(yàn)的原理依據(jù)下行RS(ReferenceSignal)參考信號(hào)，通常也稱為導(dǎo)頻信號(hào)。和3G中導(dǎo)頻信號(hào)的作用是一樣的，主要包括：1.

下行信道質(zhì)量測(cè)量；2.

下行信道估計(jì)，用于UE端的相干檢測(cè)和解調(diào)；3.

小區(qū)搜索；參考信號(hào)有三種類型：

小區(qū)特定參考信號(hào)，一般不特別說(shuō)明，參考信號(hào)指的都是小區(qū)特定參考信號(hào)。

MBSFN(MultimediaBroadcastSingleFrequencyNetwork)參考信號(hào)，與MBSFN傳輸關(guān)聯(lián)MBSFN參考信號(hào)僅在分配給MBSFN傳輸?shù)淖訋瑐鬏?。MBSFN導(dǎo)頻序列僅用于擴(kuò)展CP的情況。四、模擬加載試驗(yàn)

UE特殊參考信號(hào)。顧名思義，這類參考信號(hào)只針對(duì)特定UE有效。下圖給出了單天線、兩天線及四天線在常規(guī)CP配置情況下的RS信號(hào)分布示意圖。從單天線的情況可以看出，RS是時(shí)域頻域錯(cuò)開分布，這樣更有利于進(jìn)行精確信道估計(jì)。對(duì)于雙天線和四天線來(lái)說(shuō)，每個(gè)天線上的參考信號(hào)圖案都不相同，但各個(gè)天線占用的RE都不能用于數(shù)據(jù)傳輸。例如雙天線情況下，第一個(gè)天線的某些RE正好對(duì)應(yīng)第二個(gè)天線的RS圖案，那么這些RE在實(shí)際中必須空在那里，不能用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，反之亦然。四、模擬加載試驗(yàn)圖RS(ReferenceSignal)參考信號(hào)位置四、模擬加載試驗(yàn)

LTE上行采用SC-FDMA技術(shù)，每個(gè)用戶使用不同的頻帶，因此上行本小區(qū)內(nèi)用戶之間沒有干擾，上行的干擾主要來(lái)自鄰小區(qū)的用戶。實(shí)際中，在建網(wǎng)初期，由于網(wǎng)絡(luò)用戶比較少，所以上行受到的鄰區(qū)干擾會(huì)小一些。單小區(qū)情況下，下行各用戶由于使用不同的RB，在頻域和時(shí)域上是錯(cuò)開的，因此也不存在干擾。多小區(qū)情況下的干擾主要來(lái)自鄰區(qū)，鄰區(qū)的RS、公共信道還有數(shù)據(jù)信道都會(huì)對(duì)鄰區(qū)的RS、公共信道或數(shù)據(jù)信道造成干擾。下圖是一個(gè)站兩個(gè)小區(qū)干擾的示意圖，從中可以看出Sector0子幀0的RS受到了鄰區(qū)Sector1信道PCFICH和BCH的干擾，子幀1～9RS受到鄰區(qū)PCFICH干擾。因此實(shí)際中單小區(qū)情況和多小區(qū)情況相同位置情況下，有實(shí)例表明SINR會(huì)從28dB惡化到18dB，吞吐率從80M左右惡化到30M左右。這只是一個(gè)例子，實(shí)際中不同場(chǎng)景不同位置具體表現(xiàn)會(huì)有所不同，但趨勢(shì)是相同的，也就是有鄰區(qū)影響的情況下比單小區(qū)情況下，下行吞吐率會(huì)有較大的惡化，這是正?，F(xiàn)象。通過(guò)良好的RF優(yōu)化可以減輕這種現(xiàn)象，但無(wú)法避免。四、模擬加載試驗(yàn)圖服務(wù)小區(qū)與鄰小區(qū)干擾圖四、模擬加載試驗(yàn)4.2加載測(cè)試目的

為了評(píng)估LTE網(wǎng)絡(luò)在有用戶使用的情況下網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)加載50%模擬用戶的環(huán)境下進(jìn)行了全網(wǎng)拉網(wǎng)測(cè)試，主要是模擬在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀下，商用放號(hào)后在負(fù)荷情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的影響，對(duì)加載下進(jìn)行測(cè)試并統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)重要指標(biāo)與空載進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)50%負(fù)載下對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響。4.3測(cè)試指標(biāo)分析

通過(guò)與空載指標(biāo)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，主要指標(biāo)平均SINR和平均吞吐率出現(xiàn)明顯下降，下載平均SINR由空載12.56dB下降至5.78dB，下降比例達(dá)53.98%，下載平均吞吐率由空載32.97下降至21.49，下降比例達(dá)34.82%。四、模擬加載試驗(yàn)具體指標(biāo)及變化值見下表：四、模擬加載試驗(yàn)備注：在空載拉網(wǎng)測(cè)試中，上傳由于部分路段測(cè)試終端存在問題，上傳結(jié)果偏低。按照上傳下載各項(xiàng)目指標(biāo)變化的百分比進(jìn)行對(duì)比如下圖：四、模擬加載試驗(yàn)4.4加載后對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響四、模擬加載試驗(yàn)下載RSRP覆蓋變化圖加載后，下載覆蓋較空載出現(xiàn)4.74%的下降。下載平均RSRP提升了1.26dB；上傳覆蓋較空載出現(xiàn)3.62%的下降。下載平均RSRP下降了0.51dB。從平均RSRP的變化上看，影響并不明顯。四、模擬加載試驗(yàn)四、模擬加載試驗(yàn)下載SINR分布變化圖加載后，下載SINR較空載出現(xiàn)6.78dB的下降。下載SINR≥-3db的比例下降了6.51%；上傳SINR較空載出現(xiàn)5.72dB的下降。下載SINR≥-3db的比例下降了2.67%。從SINR的變化上看，加載后對(duì)平均SINR的影響非常大，達(dá)到50%以上。從SINR圖列的變化中可以明顯看出SINR變差。四、