TD-LTE下载速率的影响因素和提升措施研究

张思为，柏 杨

（中国移动通信集团设计院有限公司 北京100080）

1 引言

影响TD-LTE 下载速率的因素可主要归纳为网络侧因素、终端侧因素、互联网侧因素以及用户行为因素。其中，网络侧因素主要包括无线空口环境、系统资源分配、天线发射技术、R9 和R10 中新技术等；终端侧因素主要包括终端等级、终端对网络侧主设备功能点支持程度等；互联网侧因素主要包括出口网关带宽、服务网站等；用户行因素为主要包括下载方式、应用软件等。网络侧是无线网络建设、优化的核心，也是影响LTE 下载速率的关键，本文将从理论速率方面入手，结合拉网测试数据对其展开分析。

2 TD-LTE 理论速率计算与分析

TD-LTE 下载峰值速率与以下因素有关。

①网络配置参数：系统带宽、子帧配置比例、特殊时隙中DwPTS 符号数等。

②资源调度参数：MCS 调度（包括Modulation和TBS）。

当前TD-LTE 组网普遍采用20 MHz 系统带宽，子帧配置为SA2（3 下行∶1 上行）。特殊子帧配置，D/E 频段：SSP7（10∶2∶2）；F 频段：SSP5（3∶9∶2）。基于这些条件，以D 频段且空口双流为例计算峰值速率。根据3GPP 协议查找PDSCH的MCS Index，找出对应的Modulation Order 和TBS Index，见表1。

根据表1 可知，MCS 最大为28，对应Modulation Order 为6，即64QAM 调制方式，TBS Index 为26。

根据表2 可知，当最大系统带宽的TBS Index26比特数为75 376，特殊时隙DwPTS≥9 时，其最大承载比特数为常规子帧的0.75 倍，得55 056。

根据表3 可知，双流最大系统带宽最大比特数为149 776（当特殊时隙DwPTS≥9 时，最大比特数为110136）。因此，每半帧（5 ms）峰值速率为109.27 Mbit/s（3个下行子帧峰值速率149776/1024×3/5=87.76Mbit/s，特殊子帧峰值速率110 136/1 024/5=21.51 Mbit/s）。

根据上述计算方法，可以得到不同网络配置的峰值速率，见表4。

表1 MCS Index 对应的Modulation Order 和TBS Index

表4 所得速率为链路层PDCP 峰值吞吐率，已非常接近应用层下载速率，结合表4 可预估计出应用层下载速率的理论值，然而根据现网实测数据应用层的下载速率与理论值相差甚远，后文将根据实测数据围绕网络侧因素对应用层下载速率的影响展开深入分析。

3 现网实测数据

影响下载速率的网络侧因素较多，无线空口环境是其中一个关键因素，主要体现在RSRP、SINR 和MCS 这3 项指标上，这些指标均会影响下载速率。

根据XX 市拉网数据，对下载速率和RSRP、SINR、MCS 进行关联分析，测试场景主要包括密集城区和普通城区，可代表当地TD-LTE 网络现状。针对拉网测试数据设定下载速率门限为35 Mbit/s 以便于分析，采取调整测试终端接收电平（RSRP）和测试终端所处无线环境底噪（SINR）等方法，以达到统计各RSRP、SINR 和MCS 分段所对应下载速率的目的，选取部分典型数据整理后见表5。

根据以上数据，要达到35 Mbit/s 速率，RSRP的均值在-85 dBm 左右，SINR 均值要达到16 dB 以上，下行MCS 均值要达到19 以上。结合全部拉网测试数据，对RSRP、SINR、MCS 与下载速率进行拟合，得到无线空口质量指标与下载速率关系，如图1所示。

表2 TBS_L1

根据图1 不难发现，MCS 与下载速率两者变化更为拟合，结合LTE 相关技术原理，MCS 与众多因素相关，主要为SINR 、CQI 以及厂家自有调度算法。在TD-LTE 建网初期网络空载情况下，可采取优化算法的方式来提升MCS值，但最根本的提升手段还是与无线环境相关，图2 为拉网数据中MCS 与SINR的对应关系。

4 下载速率提升方法

根据以上数据，影响下载速率的网络侧因素主要为覆盖、干扰、MCS。在当前网络空载的情况下，PRB调度数并非是影响下载速率的主要原因，也与主设备所采用的相关调度算法有关（可见后续XX 市室内测试案例分析），具备一定的提升空间。覆盖、干扰、MCS 三者呈因果关系，即在覆盖良好且重叠覆盖度不高、邻区网络架构配置合理的情况下，可达到降低干扰的目的（SINR值高），如此使得终端上报至主设备的信道条件CQI值高，主设备根据CQI值结合相关映射算法为终端配置较好的MCS，促使下载速率提升。因此，SINR 与速率有更直接的正向关系。

表3 TBS_L1~L2

表4 不同网络配置的峰值速率

表5 典型数据整理

图1 无线空口质量指标与下载速率

图2 拉网数据中MCS 与SINR的对应关系

在近期测试中，XX 市室内测试有一典型案例——PRB 调度数极高，但速率偏低。该测试数据可佐证PRB 调度数与速率无直接关系，数据见表6。

根据表6的统计结果，下行每秒PRB 调度数达15 万，已非常接近PRB 调度数理论上限值（16 万），但却只有7.8 Mbit/s的下载速率。虽然PRB 调度数很高，但该室内点覆盖差，干扰强，平均RSRP为-100dBm，SINR 为-5 dB，TM2 占比90%，QPSK 调制方式占比80%，速率偏低属于正常现象。在TM2 下，CAT4 终端理论最高速率在45 Mbit/s 左右，而SINR 为-5 dB的正常速率为理论最高速率的20%左右，因此，即使在PRB 调度接近满调度的情况下，平均速率在10 Mbit/s 左右也基本合理。PRB 调度数主要与主设备所采用的调度算法相关，在该室内点测试中可能为单用户独占小区全部资源，但这些资源使用得不好，其承载效能因覆盖、干扰等短板未能达到最佳。

根据TD-LTE 下载峰值速率计算方法对比分析实测下载速率与峰值速率的差异，以归纳总结提升下载速率的方法。以XX 市近期测试结果为例，MCS计为20（对应传输块序号见表7 中深色单元格），空口最大PRB 数计为100，根据相关3GPP 规范，普通子帧双流情况下传输块大小为78 704 bit（单流传输块大小为表8 中深色单元格，其对应双流传输块大小为表9 中深色单元格），特殊子帧双流情况下传输块大小为59 256 bit（按普通子帧0.75 折算）。

链路层吞吐率理论值为：（78 704/1 024）×3/5+（59 256/1 024）×1/5=57.69 Mbit/s。根据基础理论链路层相对于应用层逐层包头冗余开销（5%），除去因传输块重传带来的开销近似5%，应用层理论速率预估计为52 Mbit/s。综上所述，根据现有实测数据，应用层下载速率最大值与应用层理论速率还有很大差距。根据下载速率与覆盖、干扰、MCS 和PRB调度数之间的关系，为达到提升TD-LTE 下载速率目的，可采取以下手段。

（1）覆盖

合理规划建设覆盖区域，优化网间互操作参数配置，减少各类不必要、不合理的互操作过程，相关案例分析如图3 所示。

表6 FTP 业务KPI 指标

表7 对应传输块序号

在分析XX 市测试数据时发现，当地现网配置了LTE 系统内重定向以实现异频互操作，根据图3在RRC Release LTE 系统内重定向后有短暂的瞬时速率0（实线框），而随后有RRC Reconfiguration LTE 异频切换瞬时速率无明显变化（虚线框）。初步分析：常规切换具备空口资源接力特性，即原小区资源在UE 接入目标小区并分配了相关资源后才释放，并且相关信元中具备较多的目标小区参数，能降低切换时延，提高切换成功率，而重定向则先切断原小区资源，然后指定UE 接入目标小区，在此期间可能会有业务中断现象。

（2）干扰

进行网络结构优化，如通过采用异频组网的方式避免同频干扰，有效遏制干扰，使得终端上报至网络侧的CQI 有明显提升，网络侧可向终端配置更高阶的MCS，并且当地现网可精细化配置A1 闭测门限，使得在单用户独占小区资源时，减少主设备配置不必要的异系统测量GAP，降低对吞吐率的影响。

（3）MCS

优化主设备资源调度算法，如通过优化相关算法实现在终端反馈的CQI 无明显提升情况下，主设备向终端配置高阶MCS，使得终端具备更大传输块以及更高阶调制解调方式，以提升下载速率，并结合相应保障手段减少因提高MCS 阶数对数据传输性能造成的影响。

表8 单流传输块大小

表9 对应双流传输块大小

图3 信令截图

（4）上层协议优化

如TCP 性能优化、高效拨号方式选取等，通过修改TCP 相关参数，如Socket 缓冲区大小，快速重传以及在主设备配置TCP 优化相关功能点，如TCP代理功能等，减少TCP 交互时延，提高TCP 传输性能；或选用更为高效的拨号方式（虚拟网卡拨号方式），避免传统PPP 拨号方式逐字节检测的处理过程，有效降低终端处理器负荷，使得终端快速反馈ACK 至上层，降低传输层交互时延。

5 结束语

目前TD-LTE 网络建设已初具规模，对现网的优化工作变得日益重要，本文将影响TD-LTE 下载速率的各因素进行了归纳总结，并从基础理论和相关协议两方面进行了详细介绍，对拉网测试数据与无线侧各参数进行了关联分析，结合具体案例分析并提出了提升下载速率的措施，涵盖覆盖、干扰、资源调度以及传输层性能等方法，为数据业务质量的改善提出了可优化整改的方向。

1 3GPP TS 36.101 V10.6.0.User Equipment（UE）Radio Transmission and Reception（Release 10）[S].2012.

2 王天顺.互调干扰研究[J].航空电子技术,1997.12.

3 BEHZAD R.RF Microelectronics[M].Prentice Hall,2011.

4 3GPP TS 36.104 V10.6.0.Base Station（BS） Radio Transmission and Reception（Release 10）[S].2012.

5 石鑫俊.LTE 系统信道估计算法的研究与实现[D].北京邮电大学,2011.

6 郭瑞龙.LTE 系统覆盖性能的研究[D].内蒙古大学,2012.