TD-LTE外場性能研究

　　一、背景介紹

　　2013年12月4日，國內(nèi)開啟了4G（第四代移動(dòng)通信技術(shù)）即LTE在中國大陸正式商用的大門。本次官方向中國移動(dòng)、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放了TD-LTE牌照。僅中國移動(dòng)而言，其2014年目標(biāo)為建設(shè)50萬個(gè)基站，預(yù)計(jì)明年再加20萬個(gè)站后接近其GSM二十年部署基站數(shù)的90%。

　　技術(shù)層面上，中國移動(dòng)的TD-LTE以八通道雙極化智能天線為主而日本軟銀主要復(fù)用PHS（國內(nèi)又稱小靈通）的八通道圓陣天線，其他LTETDD運(yùn)營商以兩天線部署為主，同時(shí)各家應(yīng)用的頻譜也不盡相同（大多為B41、B38、B40，只有中國移動(dòng)以B39作為室外部署主要頻段），結(jié)合供貨設(shè)備商、采購設(shè)備質(zhì)量、站址條件、應(yīng)用場景及應(yīng)用業(yè)務(wù)等差異將導(dǎo)致TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)存在差異。因此，自2010年初起在中國大陸上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室、小規(guī)模外場、大規(guī)模外場、擴(kuò)大規(guī)模外場、商用后評估等一系列性能研究測試，為TD-LTE全國范圍部署積累商用經(jīng)驗(yàn)。

　　本文以中國移動(dòng)在某省的商用示范片區(qū)為例，針對TD-LTE外場性能方面進(jìn)行驗(yàn)證和探討，以期對未來部署和優(yōu)化提供更為準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

　　二、理論分析與需求

　　3G向4G演進(jìn)的背后驅(qū)動(dòng)力是移動(dòng)設(shè)備新服務(wù)的創(chuàng)新和發(fā)展，并通過可用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步來實(shí)現(xiàn)。從通信技術(shù)本身來看，LTE相對3G標(biāo)準(zhǔn)是革命性的。為支持以數(shù)據(jù)交換類型為核心的新業(yè)務(wù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)的IP業(yè)務(wù)，LTE無線接口的主要底層設(shè)計(jì)參數(shù)有［3］：數(shù)據(jù)速率、延遲、容量等。本文重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)速率。

　　以TD-LTE下行鏈路為例，20MHz系統(tǒng)帶寬、3D:1U時(shí)隙配比、10:2：2特殊時(shí)隙配置下的物理層理論峰值速率約120Mbps。由于TDD系統(tǒng)的上下行鏈路共享頻譜，因此應(yīng)當(dāng)折算為全時(shí)頻譜利用的速率，即120Mbps/（4ms/5ms）=150Mbps，經(jīng)過香農(nóng)公式迭代計(jì)算可得信噪比需求至少為24dB。但從3GPP協(xié)議角度來看，該計(jì)算并不嚴(yán)謹(jǐn)。為獲得Rel-8標(biāo)準(zhǔn)的理論峰值速率，協(xié)議規(guī)定需要選擇的傳輸塊大小TBsize為75376比特，對應(yīng)的MCS需要達(dá)到28［4］。這里的SINR由基站根據(jù)UE的信道質(zhì)量信息CQI反饋計(jì)算得到，并且多高SINR才能影射到MCS28并實(shí)現(xiàn)峰值速率傳輸還與系統(tǒng)廠商實(shí)現(xiàn)算法和終端解調(diào)能力有關(guān)。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，通常需要30dB左右的信噪比才能獲得理論峰值速率。

　　上述速率為物理層傳輸速率，而實(shí)際應(yīng)用通常考慮的是PDCP層速率，假定誤塊率BLER為10%，可簡單折算PDCP層速率為物理層傳輸速率的90%。

　　對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商而言，用戶體驗(yàn)在流量經(jīng)營的時(shí)代是核心競爭能力之一。因此，愛立信結(jié)合全球商用經(jīng)驗(yàn)提出了應(yīng)用覆蓋APPcoverage的概念，如下圖所示。智能手機(jī)及相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)成為移動(dòng)通信的主流，因此如何保障終端用戶獲得主流應(yīng)用的良好體驗(yàn)成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商差異性的重要體現(xiàn)，同時(shí)分組交流類業(yè)務(wù)的接通率、掉線率等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(biāo)KPI也不再像電路交換類業(yè)務(wù)那么敏感。下圖中三個(gè)百分比對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，三個(gè)數(shù)字為各覆蓋百分比下應(yīng)保障的應(yīng)用層速率，單位為Mbps，其值可能因不同運(yùn)營商而不同。但是為了確保主流應(yīng)用的良好用戶體驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)性能競爭優(yōu)勢，愛立信建議值為1、10、30。通常，商用網(wǎng)絡(luò)測試表明：90%點(diǎn)的連續(xù)覆蓋速率約為50%點(diǎn)的平均覆蓋速率的1/3。

　　以LTE發(fā)展最為活躍的美、日、韓為例，PCMagazine測試報(bào)告：北美LTEFDD網(wǎng)絡(luò)中AT&T性能較好（15MHz帶寬），但也只有17Mbps的平均速率和8Mbps的連續(xù)覆蓋速率，仍有一定的優(yōu)化空間。相對而言，SignalsResearch在東京和首爾的測試結(jié)果更為優(yōu)異［5］：東京為軟銀LTETDD商用網(wǎng)絡(luò)，平均速率和連續(xù)覆蓋速率為31Mbps和10Mbps；而LGU+在首爾應(yīng)用3GPPRel-10的載波聚合（10+10MHz帶寬）技術(shù)后達(dá)到了62Mbps的平均速率和20Mbps的連續(xù)覆蓋速率，為業(yè)界樹立了新的性能標(biāo)桿。