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1、TD-LTE基础无线网络容量规划,授课老师-“个人简介”,基本资料,姓名： 林凤城工作单位：福建移动泉州分公司手机号码：13506030588电子邮箱：,教育及培训经历,毕业院校： 电子科技大学学历： 大学本科专业培训经历：2009年参加参加福建移动TD-SCDMA精英人才培养项目 2013年参加总部组织的LTE定制培训,专业特长,先后从事基站维护、无线网络优化、规划工作。熟悉GSM华为、诺西，TDS中兴、LTE中兴无线设备。具备丰富的2/3/4G无线网络规划优化经验。,规划类课程- TD-LTE基础无线网络容量规划课件简介,课程内容,eNodeB的系统架构：BBU+RRU,eNodeB 硬件
2、系统按照基带、射频分离的分布式基站架构设计，分BBU、RRU两个功能模块，既可以射频模块拉远的方式部署，也可以将射频模块，基带部分放置在同一个机柜内组成宏基站的方式部署。BBU与RRU之间通过CPRI/IR接口连接。,无线资源管理(无线承载控制、准入控制、移动性管理和动态资源分配)无线承载控制包括无线承载的建立、保持、释放，对无线承载相关的资源进行配置。准入控制包括允许和拒绝建立新的无线承载请求移动性管理包括对空闲模式和连接模式下的无线资源进行管理。动态资源分配包括分配和释放控制面和用户面数据包所使用的无线资源，如缓冲区、进程资源数据包压缩与加密(采用压缩和加密算法)用户面数据包路由eNode
3、B 提供到S-GW 的用户面数据包的路由 MME 选择UE 初始接入网络和连接期间，eNodeB 为UE 选择一个MME 进行附着和MME选择。在无路由信息利用时，eNodeB 根据UE 提供的信息来间接确定到达MME 的路径。消息调度和传输接收到来自MME 的寻呼消息、系统广播消息以及OMC 的操作维护消息。l 根据一定的调度原则向Uu 接口发送寻呼消息、系统广播消息和操作维护消息。,BBU功能,BBU 采用模块化设计，包括四个子系统：控制系统、传输系统、基带系统、电源和环境监控系统。,BBU在eNB中的位置,BBU逻辑结构,传输子系统提供与EPC 通信的物理接口，完成eNodeB与EPC
4、之间的信息交互。提供与LMT或M2000 的操作维护通道提供与2G/3G 基站通信的物理接口，实现eNodeB 与2G/3G 基站共享传输资源基带子系统上行处理模块：包括解调和解码模块下行处理模块：包括编码和调制模块，并将信号送至SFP接口模块。控制子系统(集中管理整个分布式基站系统，包括操作维护和信令处理，并提供系统时钟)操作维护功能：包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理、开站等。信令处理功能：如Uu接口的PDCP信令处理时钟模块功能：包括锁相GPS时钟，进行分频、锁相和相位调整，并为整个NodeB提供符合要求的时钟电源模块电源模块将-48V DC转换为单板需要的电源，并提供外部监控接
5、口,BBU功能模块,RRU功能,RRU/RFU设备是集成了数字预失真(DPD)、高效率功放、SDR技术的新型射频收发信机单元RRU/RFU 逻辑结构包括CPRI /IR接口处理单元、TRX、供电单元、PA、LNA、滤波器、收发切换开关等逻辑单元。RFU 是宏基站的射频部分。RFU 主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、功率放大、驻波检测等功能。RRU 是射频拉远单元，是分布式基站的射频部分。RRU 主要完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理、功率放大、驻波检测等功能。,室外RRU模块,室内机柜内的RFU模块,RRU逻辑结构,CPRI 接口处理单元接收来自BBU3900 的下行基带
6、数据。发送上行基带数据到BBU3900。转发级联RRU 数据TRX接收通道的主要功能将接收信号下变频至中频信号，将中频信号进行放大处理，模数转换，数字下变频，匹配滤波，自动增益控制发射通道的主要功能提供CPRI 接口的IQ 信号解帧功能。提供对下行IQ 信号的滤波、D/A 变换、上变频、功率放大、射频滤波功能，提供发射功率上报功能，提供功放的过载保护功能，提供发射通道关断和开启功能，提供闭环功率控制功能，扩频信号的成形滤波。供电单元将输入的直流电源转换为RRU/RFU 需要的电源电压。PA & LNAPA(Power Amplifier)对来自TRX 的小功率射频信号进行放大。LNA(Low
7、Noise Amplifier)将来自天线的接收信号进行放大。滤波器滤波器提供射频通道接收信号和发射信号复用功能，可使接收信号与发射信号共用一个天线通道，并对接收信号和发射信号提供滤波,RRU/RFU功能模块,课程内容,2.1TD-LTE 系统容量计算,系统容量容量控制信道 、业务信道可用的RB资源数目将限制TTI内最大调度用户数目；硬件资源限制将决定小区内的最大激活用户数目；,系统流量（系统频谱效率SE、边缘频谱效率ESE）带宽、时隙配比；干扰载波间干扰、符号间干扰、序列间干扰、小区间同频干扰等干扰都会带来流量的下降，需要考虑规避措施来降低干扰；多天线技术的使用多天线收发分集技术、波束赋形技
8、术、双流空分复用技术的使用将带来系统流量上的增益；调度、功控技术算法优劣将直接影响流量性能,理论容量TD-LTE系统中，多用户调度共享上下行业务信道进行传输，因此对于不要求GBR（保证比特速率）和延迟性能的数据业务，理论上系统所支持的用户数目是不受限制的，受限制的是一个TTI内同时得到调度的用户数目。但VOIP业务由于对GBR和延迟参数的要求，因此系统所能够支持的VOIP用户总数受限。同时能够得到调度的用户数目受限于控制信道的可用资源数目，即PDCCH（包含PHICH、PCFICH）信道可用的CCE（控制信道元）个数。 PHICH，每条占用3个REG，最多复用8个UE，； PCFICH，指明给
9、定带宽和天线配置下可用的PDCCH符号数，固定占用4个REG PDCCH，一个对称业务的用户需要2条PDCCH，传输上下行调度控制信息在实现中，设备硬件资源 、处理能力限制了单小区能够支持的激活用户数。协议要求，在5MHz20MHz的带宽配置下，要求支持激活用户数=400/Sector。,2.1TD-LTE 系统容量计算,最大同时调度用户数设系统最大同时调度的对称业务用户数为N，以2天线、20M带宽为例，解方程可以计算得到N，如下 解方程，取整数得到： N=40个用户；最大40个用户 可以同时得到调度。 最大VOLTE用户数系统支持的VOIP用户数与其占用的RB数目、重传率、激活因子等相关。,
10、2.1TD-LTE 系统容量计算,理论峰值流量估算DL速率=流数*（配置i的下行子帧数*每子帧传输比特数+Dwpts承载的比特数）/ 配置i无线帧长）； 每子帧传输比特数=带宽内RB数 * （每RB子载波数*（14-控制符号数）-RS数）* 调制阶次 * 编码率 Dwpts 承载比特数=带宽内RB数 * （每RB子载波数*（特殊子帧承载的下行符号数 - 控制符号数）-RS数）* 调制阶次 * 编码率UL速率=配置i上行子帧数*（带宽内RB数 * 每RB子载波数 * （14-RS数）* 调制阶次 *编码率）/配置i无线帧长；,说明： 配置i=0，1，6； 调制阶次： 2QPSK 416QAM 6
11、64QAM,2.1TD-LTE 系统容量计算,理论峰值吞吐量计算（以配置1为例）DL 2x2 SM速率=流数x（2x71280+47520）bit/5ms =2x（2x71280+47520）bit/5ms= 76.032Mbps TD-LTE系统不同配置下的峰值吞吐量表格,2.1TD-LTE 系统容量计算,爱尔兰法、坎贝尔法由背包模型衍生出的各种算法,LTE容量估算的方法不能按照R4业务容量估算的方法进行。由于影响容量估算的因素太多，因此不能简单的利用公式来进行计算。,通过系统仿真和实测统计数据，可以得到各种无线场景下、网络和UE各种配置下的小区吞吐量和小区边缘吞吐量；在实际规划时，根据规划
12、地的具体情况，查表确定LTE的容量 。,2.1TD-LTE 系统容量计算-仿真,小区频谱效率、边缘频谱效率 vs 站间距,小区频谱效率、边缘频谱效率 vs 用户数(ISD=500m),2.1TD-LTE 系统容量计算-仿真,干扰随机化技术ICIC技术,BeamForming、分集,调度、HARQ,SM双流传输,高阶调制,功率配置、功控,系统频谱效率,系统流量（频谱效率）性能提升的两个主要方向 第一，降低系统同频干扰；第二，提升传输的信源数据数 两个方向互相联系,2.2TD-LTE 系统容量提升,调度：UE根据收到信号的 SINR 、信道的秩RI、子带/宽带配置来报告 CQI.根据CQI指示选择
13、发送使用的MCS格式，适配信道变化,调度与HARQ过程配合，进行良好的无线链路速率匹配，达到每个瞬时的流量最大化！,2.2TD-LTE 系统容量提升-调度,不同调度算法对系统频谱效率（系统流量）有影响MaxCI算法能使系统频谱效率达到最大化，但会令系统边缘流量为0。PF算法将综合考虑系统流量和边缘流量，实际应用中需要合理配置算法参数，以达到最优性能。根据不同的QOS等级指示（QCI）值，真实的调度算法将引入保证GBR的调度算法，来保证ESE。而PF、MaxCI等基本调度算法可以结合应用场景来设置。,2.2TD-LTE 系统容量提升-调度,eNB采用双极化8天线阵列单流下行UE 2天线接收，上行
14、轮流发射上行eNB 8天线接收，下行采用EBB算法实现波束赋形,方案一 8x2 Beamforming,方案二 2x2 MIMO,同极化的4天线组成某一子阵，即Ant1Ant4和Ant5Ant8分别构成两个子阵子阵内采用广播波束赋形两个子阵间实现MIMO,抗干扰能力强边缘用户速率有保障,BF与 MIMO结合,2.2TD-LTE 系统容量提升-多天线技术,双极化8天线中Ant1/Ant4/Ant5/Ant8 为间距最大的交叉极化4天线4天线实现MIMO,方案三 4x2 MIMO,自适应切换准则：基于吞吐率最大原则根据信道相关性瞬时值、信干比等信息，分别估算BF和多流MIMO传输方式下各自的瞬时吞
15、吐量，并采用瞬时吞吐量较高的一种方式,方案四 Adaptive MIMO / BF,相关性弱有利于实现MIMO,自适应选择，有利于发挥MIMO/BF性能优势,2.2TD-LTE 系统容量提升-多天线技术,Beamforming,小区内部采用MIMO提升用户数据吞吐量,小区边缘采用Beamforming保证业务质量,MIMO,双极化天线,MIMO提高小区内用户吞吐量，Beamforming保证小区边缘用户业务质量,2.2TD-LTE 系统容量提升-多天线技术,多天线技术仿真性能对比2、4天线，单流：闭环precoding，强制单流；双流：闭环precoding，2、4天线实现的2*2MIMO,强
16、制双流；自适应：单双流自适应切换；8天线，单流：Beamforming 单流；自适应：Beamforming单流和8天线2*2MIMO双流之间自适应切换；,2.2TD-LTE 系统容量提升-多天线技术,LTE同频组网时，小区间干扰比较严重，导致位于小区边缘的用户数据吞吐量急剧下降，用户感受差。,LTE同频组网时小区间干扰比较严重,解决LTE同频组网干扰问题的重要研究方向,小区间干扰协调（ICIC） ：通过小区间无线资源的协调使用来控制小区间的干扰。具体而言，小区间协调的方式包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。,LTE同频组网干扰问题,小区间干扰协调（ICIC）,小
17、区边界干扰严重,2.2TD-LTE 系统容量提升-干扰协调,典型的下行链路、上行链路ICIC方案下行链路： 系统带宽等分为三段，内环每子载波发射功率是外环的1/2。上行链路： 系统带宽等分为三段，OC(小区边缘区域)资源首先用于边缘用户的调度，所有边缘用户分配完后，IC资源（小区中心用户）用于中心用户的调度。允许小区边缘用户使用部分IC资源，但对这部分资源的发送功率进行了限制，以降低同频干扰。,2.2TD-LTE 系统容量-干扰协调,规划步骤（1）给定无线场景、网络配置、UE的能力配置下，仿真小区吞吐量和边缘吞吐量，得到该场景下单站的承载能力； 无线场景： 密集城区、一般城区、郊区、农村等典型
18、环境以及基本的环境参数； 网络配置：包括带宽、站型、天线以及一些基本算法与参数的配置； UE能力：包括UE的CAT等级；（2）根据业务模型计算用户业务的吞吐量需求，其中影响因素包括地理分区、用户数量、用户增长预测、吞吐量/用户/BH/地理分区、保证速率等，输出总的等效吞吐量kbit/s ；（3）结合1和2计算基站数量；（4）结合基站负荷控制门限调整基站数目； （5）按照基站数量与给定负荷门限，再次进行容量、流量仿真，考察仿真结果是否满足需求，如果不满足，则调整基站数量，直至满足规划需求。说明TD-LTE是共享资源的一个调度系统，调度原理与HSPA技术比较像，因此，容量、流量规划的过程也是与HS
19、PA系统的规划过程类似的。,2.3TD-LTE 系统容量规划,课程内容,3.1干扰分析-LTE同频组网,小区内干扰LTE特有的OFDMA接入方式，使本小区内的用户信息承载在相互正交的不同载波上小区间干扰（Inter Cell InterferenceICI）所有的干扰来自于其他小区LTE同频组网时，小区间干扰比较严重，导致位于小区边缘的用户数据吞吐量急剧下降。用户感受差。,LTE同频组网时小区间干扰比较严重,小区边界干扰严重,小区间干扰是LTE同频组网面临的现实问题,小区间干扰随机化（ICI Randomization）不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，
20、从而抑制小区间干扰。利用干扰的统计特性对干扰进行抑制，误差较大。小区间干扰消除（ICI Cancellation）通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率。对于带宽较小的业务(如VolP)则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂。小区间干扰协调（ICI CoordinationICIC）通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。是目前研究的一项热门技术，实现简单，可以应用于各种带宽的业务。并对于干扰抑制有很好的效果。,干扰随机化,干扰消除,干扰
21、消除,3.1干扰分析-LTE同频组网,功率分配基本概念,在LTE系统中，使用每资源单元能量（Energy per Resource Element, EPRE）来衡量下行发射功率大小。 而基站RS发射功率是通过高层信令指示且在频域与时域上是恒定的，LTE的功率分配是物理信道相对于小区参考信号(RS)的功率分配。两类下行符号,3.2功率控制,RS功率增强,RS Power Boosting实际上是一种下行功控技术，目的是增强小区的覆盖范围。如下图，根据Pb的不同，RS RE的最大可设置功率也不同。,通过上图得出，可配置的最大RS功率计算公式如下：,3.2功率控制,功率利用率,假设 和 分别为Ty
22、peA和TypeB类OFDM符号的有效RE的能量总和，则两者的比值为：,2，4天线端口,1天线端口,由于两类RE的能量总和最大值是相等的，在各种Pa、Pb的配置下，符号功率的利用率可用右边公式计算,利用率为100%的PA,PB配置：,3.2功率控制,TDL功率配置原则,上下行链路、公共信道和业务信道能够达到平衡； 既能够保证覆盖，又能够降低干扰，保证容量和覆盖平衡； TypeA和TypeB符号上的总功率利用率尽量高； TDS网络升级TDL的场景，保持TDS功率不变。如果TDS网络经过充分优化，则继承TDS功率优化结果来配置TDL功率，且两个制式的载波功率之和不能超出RRU额定输出功率；,3.2
23、功率控制, _ ,说明：1、 用于补偿不同码率下的编码保护差异；2、 _ 、 _ 、 分三种情况分别配置 1 =0,调度； 2 =1,动态调度； 3 =2,授权。, (PH(i), 第i个子帧上的PUSCH功率, _ , ,闭环功控部分（适用于累积模式或绝对模式）,不同格式的补偿参数, , ,路损补偿,第i个子帧上PUSCH占用RB数目的运算,UE-specific部分,10 log 10 , _ ,开环功控部分, 配置的UE最大功率,cell-specific部分,3.2功率控制,路损补偿,参考协议：TS36.213, _ , , , ,10 log 10 , _ , _ ,开环功控部分,e
24、NodeB期望接收功率,信道/信号格式补偿,3.2功率控制,累积式： = + 1,参考协议：TS36.213,绝对式,3.2功率控制, 配置的UE最大功率, 第i个子帧上的PUCCH功率, _, _,g ,闭环功控部分（累积模式）,不同PUCCH格式的补偿参数, _ ,路损补偿,补偿参数,UE-specific部分,cell-specific部分, , , _,说明： 1 _ 列表由高层配置； 2 , 用于补偿PUCCH format 2/2a/2b中不同CQI/PMI/RI和ACK/NACK比特数时的编码保护差异。,开环功控部分,3.2功率控制, 配置的UE最大功率, 第i个子帧上的SRS功
25、率, ,闭环功控部分（累积模式或绝对模式）,高层配置的SRS功率偏移, _, ,路损补偿,UE-specific部分,cell-specific部分,10 log 10 , _ ,说明： SRS的上行发射功率是基于PUSCH的期望接收功率（ _ ）计算得到的，同时沿用PUSCH功控的闭环功控分量 ,开环功控部分,第i个子帧上SRS占用RB数目的对数运算, _ , _ ,3.2功率控制, 配置的UE最大功率, PRACH发射功率,路损补偿,不同preamble类型的补偿参数,(N_pre1)dP_rampup),_preamble,PRACH重传功率抬升量,接收目标功率, _,cell-spec
26、ific部分,P_last_preamble = min(Pcmax, PL + Po_pre + _preamble+(N_pre-1)*dP_rampup),3.2功率控制,课程内容,带宽需求,带宽规划,TD-LTE单站传输带宽需求为： 总传输带宽需求=S1/X2业务带宽需求+S1/X2信令带宽预留+OM带宽预留,42,S1/ X2业务带宽需求=S1/X2业务传输带宽需求*IP传输倍增系数。,传输带宽计算,43,以单站20M单小区为例,如果需要满足测试需求，要求小区达到峰值速率，则:单站总峰值传输带宽（S1业务传输带宽需求+ X2业务传输带宽需求）*1.1+5 （82.916）*1.1+5
27、 102.9 则单站20M单小区时总传输带宽需求为102.9Mbps。单站总平均传输带宽（S1业务传输带宽需求+X2业务传输带宽需求）*1.1+5 （82.91*50%6）*1.1+5 58.25 则单站20M单小区时总平均传输带宽需求为58.25Mbps,注：仿真平均吞吐率：自适应选择调制阶数，最大64QAM，单流，70%负载下,取值理论速率的50%)。,带宽规划,中国移动TD-LTE1期对带宽提出如下要求： LSP属性设置表(Mb/s),Page 44,PTN带宽规划注意点： 1、请提前筛选单站大容量站型：如 S222(D)、S111(F)+S111(D)、S22(E) 2、提前和传输部门
28、进行沟通，对于大容量或 即将扩容站点进行带宽/ CIR/PIR预留,带宽规划,课程内容,每个室内覆盖点都需要通过一根双极化天线或者两个物理位置不同普通吸顶单极化天线进行发射和接收，形成22MIMO组网该方案有完整的MIMO特性，用户峰值速率和系统容量获得提升双通道可更好满足室内对业务速率的需求，缺点是工程复杂度较高,5.1室内系统介绍双通道室分,小区1,小区2,每个室内覆盖的覆盖点只需要一条射频传输链路和一根吸顶天线进行发射和接收通常一个楼层只使用RRU的一个通道本方案适合规模较小的对数据需求不高的场景或难于进行室分改造的多系统合路场景,5.1室内系统介绍单通道室分,小区1,小区2,5.1室内
29、系统介绍单双路室分性能对比,双通道室分单通道室分系统间干扰,多个场景多UE条件下下，双通道室分下行平均吞吐量为单通道室分的1.6倍，双通道室分具有明显的性能优势,挑战,单极化天线布放原则、双极化天线性能、通道电平不平衡单通道室分扩容TD-LTE与WLAN间干扰,与TD-SCDMA共室分环境下的天线改造,与TD-S共用设备,新增设备,改造方式：需新增1条支路及1倍的单极化天线点，天线点间距要求满足隔离度要求,改造方式：需新增1条支路并用双极化吸顶天线替换原单极化吸顶天线,单极化吸顶天线方案,双极化吸顶天线方案,与TD-S共用设备,新增设备,替换设备,5.2室分系统改造,双通道室分单极化天线的布放
30、原则,在办公室和会议室等较为封闭场景，天线相关性较小随着天线间距的变大，相关系数有变小的趋势，建议布放天线间距大于4个波长(50cm)即可在狭长走廊场景，由于key-hole效应的存在，天线相关性较大，随着天线间距的变大，相关系数有变小的趋势，但存在一定的波动。建议布放天线间距大于6个波长(65cm) ，且尽量使天线的排列方向与走廊方向垂直，以降低天线相关性,博瑞琪测试,5.2室分系统改造,双通道室分的通道不平衡问题,随着2路功率不平衡的加剧，系统性能成下降趋势通道功率差异在3dB时，解调性能下降不超过0.5dB；差异在5dB时性能损失接近1dB；通道差异9dB时，解调性能下降超过2dB从系统
31、性能和工程实施角度考虑，通道功率差异应在5dB以内，工程上可采取新建支路增加衰减器的方法，并在工程验收中增加通道电平匹配测试,在已有室分改造场景中，双室分两路无源器件及线缆长度有较大差异，容易造成2路通道的功率不平衡,5.2室分系统改造,单通道室分扩容场景方案对比,单通道改造为双通道方案,载频扩容方案,通过将单通道室分改造为双通道室分，可提高小区下行吞吐量为原来的1.6倍，单用户最大下行吞吐量也可提升,不改变室内分布系统，增加信源载波配置，简单地增加1个RRU可增加1个载频，小区吞吐量提高1倍，但无法提高单用户最大下行吞吐量,5.2室分系统改造,谢谢！,附录：不同PDSCH功率分配方案现场测试
32、结果,某地市现网验证,我们在网格23选择部分站点进行不同组合的PA、PB与RS功率设置，寻找最佳参数配置，测试结果如下:,在空扰的情况下，PA/PB参数设置为（0,0)组合下PDSCH RE与参考信号RS功率平衡，无论好中差点的下行速率均最高。在50%加扰时，PA/PB参数设置为（0，0）在好点与中点的下行速率优于（1，-3）组合，但比空扰时提升幅度下降，而（0，0）组合在差点的下行速率要低于（1，-3）组合在70%加扰时，PA/PB参数设置为（0，0），仅在好点的下行速率略优于（1，-3）组合，而在中、差点时下行速率低于（1，-3）组合 在网络发展初期，建议使用(0,0)组合设置PA/PB，而随着网络发展变化，需要针对不同网络负载情况下对PA/PB参数进行相应调整。,测试方法：1、针对现网参数，进行开闭环速率测试，使用软件分别测试某小区RSRP在-75至-110dBm内开环的上传速率和闭环的上传速率 ；,如上图所示，上行速率随RSRP的降低而降低，同时闭环功控的上行速率优于开环功控。,附录:开闭环上行速率对比探究,如上图所示，上行速率随RSRP的降低而降低，同时开环功控下，=0.8和P0=-87的上行速率有明显优势 。,附录:开环上行速率探究,测试方法：2、选取不同的Alhpa和P0值，进行开环速率测试，使用测试软件分别测试某小区RSRP在-75至-110dBm位置的上行速率,
