RB传输效率在LTE网络评估中的应用研究

2015-11-18李春明武琳栋万仁辉

互联网天地 2015年4期

马宁，李春明，武琳栋，万仁辉，常静

（中国移动通信集团设计院有限公司北京100080）

1 引言

中国移动全新技术和体系架构的TD-LTE 网络将极大地缓解和分流2G/3G 网络的数据业务承载压力，提高数据业务用户感知和满意度，成为移动互联时代的核心竞争力。在建网初期，由于没有用户或仅有极少的试验用户，针对TD-LTE的网络评估都以业务速率为主要评估指标，基本能反映TD-LTE的网络情况。实际上，TD-LTE 网络的业务速率和用户数量的相关性较强，用户数量越多，用户间的干扰越大，多个用户争抢资源，直接导致业务速率降低。随着各城市TD-LTE 建设进度的加快和逐渐商用，用户数量在急剧增加，现阶段以业务速率为评估指标进行TD-LTE 网络性能的评估已经不能公平、客观地反映网络的真实状况。业务速率可以从客户感知角度进行TD-LTE 网络评估，RB（Resource Block，资源块）传输效率则可以从网络性能角度来评估TD-LTE 网络。本文主要研究应用RB 传输效率进行TD-LTE 网络性能评估的科学性及可行性。

2 RB 传输效率的原理

2.1 RB 结构

RB 是TD-LTE 中资源调度的最小单位。在同等资源调度的情况下，每RB的传输比特数决定了业务速率，每RB的传输比特数即RB 传输效率。

每个RB 内有84个RE（Resource Element，资源元素），RE 是数据传输的最小单元，也是TD-LTE系统中的最小资源粒子。每个RE 时域上占用1个OFDM 符号，频域上占用1个子载波，TD-LTE的RB结构（以下行为例）如图1 所示。

2.2 可用RE 数量

TD-LTE 系统中控制开销都由RE 承载，且不同信道的开销周期不同，所以在计算RB 内可用RE数量时，不仅要考虑控制开销，还要多个RB 同时计算单个RB 内可用RE 数量的平均值。TD-LTE 系统帧结构如图2 所示。

TD-LTE 系统子帧配置类型有7 种，见表1。

中国移动现网子帧配置类型均为2，即上下行子帧配比为UL∶DL=1∶3，上行配置1个子帧（子帧2），下行配置3个子帧（子帧0、子帧3、子帧4），子帧1 为特殊子帧，用于上下行同步。

特殊子帧配置类型有9 种，当DwPTS 符号数为9 或以上时（即特殊子帧配置为6 或7），特殊子帧是可以传输数据的，但F 频段不能采用此种配置，故本文不考虑特殊子帧的可用RE。

表1 TD-LTE 系统子帧配置类型

下面以中国移动现网20 Mbit/s 带宽（即每个时隙内100个RB）、2个天线端口、半帧内RB、上下行子帧配比为UL∶DL=1∶3、下行信道为例，计算平均RB 内可用RE 数量，上行计算方式同理。

TD-LTE 中主要信道有PSCH（主同步信道）、SSCH（辅同步信道）、PBCH（广播信道）、PCFICH（控制格式指示信道）、PHICH（HARQ 指示信道）、PDCCH（下行物理控制信道)、PDSCH（下行物理共享信道）。除了这些信道外，另有参考信号占用固定位置RE，不能用来传送数据。

PSCH 只在每个半帧的特殊子帧出现，不考虑PSCH的RE 占用；SSCH 只在每个半帧的子帧0的第二个时隙中心频率的1.08 MHz的6个RB 内出现，共占用62个RE；PBCH 为广播信道，只在每个半帧的子帧0的第二个时隙中心频率的1.08 MHz的6个RB 内出现，共占用240个RE；PCFICH 为控制格式指示信道，指示PDCCH 占用每个子帧的前2列或前3 列RE。现网配置有自适应算法，用户多的时候PCFICH 为3，即PDCCH 占用每个子帧的前3 列，本文取PCFICH 为3，则每个子帧的前3 列RE 为PDCCH 占用，如图3 中浅灰色RE；在每个时隙的100个RB 中，PCFICH 在每25个RB 中出现，但只在RB的第一列RE 中出现，相当于不额外占用RE，如图3 中黑点RE。PDSCH 为下行物理共享信道，用来传送下行用户数据、RRC 信令、SIB、寻呼消息，如图3 中白色RE。

图3 截取了中心频点1.08 MHz 附近RE 占用情况，子帧0 中RB47～RB52 这12个RB 中RE 占用与其他常规RB 不同，除了这12个RB 外，其他子帧内RE 占用情况和RB46 相同。图3 中黑色RE为参考信号固定位置，不能承载PDSCH 来传送数据。则每个常规子帧内共有120×100=12 000个RE可用，子帧0 中有120×94+64×6=11 664个RE 可用。

综上所述，每个半帧中共有12 000×2+11 664=35 664个下行RE 可用，每半帧中的下行子帧共600个RB，则平均每RB 可用RE 数量为35 664÷600=59.44个。

2.3 RE 可承载比特数

TD-LTE 系统中可用RE 上承载的信道为PDSCH，PDSCH 支持3 种编码方式：QPSK、16QAM 和64QAM，每种编码方式对应每个RE 最多可承载比特数为2（QPSK）、4（16QAM）、6（64QAM）。不考虑Turbo冗余比特，则每个RB 理论最高可承载59.44×6=356.64 bit，也就是RB的传输效率最高为356.64 bit。

3 RB 传输效率应用

3.1 RB 传输效率与速率

影响TD-LTE 速率的因素有很多，如覆盖、干扰、切换等，这些因素同样也影响RB 传输效率。但是TD-LTE 速率还受用户数量的影响，资源一定的情况下，用户数量越多，则业务速率越低。RB 传输效率基本排除了用户数量的影响，只与网络基本情况相关。同等网络条件下，用RB 传输效率评估网络更科学、更公平。

速率与RB 传输效率跟SINR 关联对比如图4所示，从图4的散点图可以看出，高SINR的情况下速率也可以很低，而RB 传输效率在SINR 高的情况下必然高。显然，RB 传输效率更能科学公平地评估网络情况。

3.2 影响RB 传输效率的因素

影响RB 传输效率的关键因素为SINR，同时又和IBLER 设置、MCS、重传乱序情况相关。

不同编码方式需要的信道条件也不同，简单来说，编码方式越高（QPSK＜16QAM＜64QAM），依赖的信道条件越好。由于下行调度是由eNodeB 决定的，而eNodeB 作为发射端，并不清楚信道条件如何，信道质量衡量只能由UE 来完成。eNodeB 要决定编码方式，就需要UE 来反馈信道质量，协议把信道质量量化成0～15的序列（4 bit 数来承载），并定义为CQI（Channel Quality Indicator，信道质量指示）。

UE 根据测量的CRS SINR 映射到CQI，上报给eNodeB。对于UE 上报的CQI，不同厂家设备有自己的算法进行处理，根据当前UE的IBLER值是否在系统设置值（现网一般为10%）范围内等因素，将UE 反馈的4 bit的CQI值换算成一个5 bit的TBS值，范围是0～26，根据TBS 与MCS 对应关系来确定MCS，选择调制阶数。MCS、调制阶数、TBS 对应关系见表2。

如果系统IBLER值设置较高，eNodeB 则会在设置值范围内换算一个最大TBS值，对应的MCS和调制阶数就会较高，RE 承载比特数也就越高，RB传输效率就会提高。但IBLER 设置的值并不是越高越好，设置过高值会出现在信道质量较差情况下仍然用较高的MCS，这样会增加总的误码率，影响网络质量。

重传乱序是指从eNodeB 至PDN 之间的传输乱序，实际上可能是设备出现了问题，必然会影响RB 传输效率。