LTE FDD容量规划研究
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【摘 要】重点分析了影响lte fdd容量的相关因素；在此基础上，分析了LTE FDD系统的CP开销、上下行链路信令开销占比、同时可调度用户数及VoIP用户数，给出了各项指标的具体计算模型及方法；针对15MHz的系统带宽，给出了LTE FDD的计算案例，以帮助LTE FDD无线网络系统容量规划设计。
【关键词】LTE FDD CP开销 信令开销 VoIP
1 前言
在LTE FDD无线网络建设过程中，只有准确地掌握LTE FDD网络的承载能力，才能评估出网络建设规模及市场推广策略，因此LTE FDD的容量规划研究显得极为重要。
与CDMA等3G技术不同，LTE技术采用了OFDM技术和MIMO技术，充分利用了时域、频域、码域和空域的资源，实现比现有3G技术更高的数据速率，提高了频谱效率。研究LTE的信令开销、可调度用户数以及VoIP的最大可容纳用户数，可为LTE FDD的网络规划提供技术参数。
2 LTE FDD信令开销分析
LTE FDD信道开销与系统带宽、MIMO模式、CP长度和调度算法相关。
RB（资源块）对是LTE系统可调度的最小资源单位，1个RB由12个子载波组成（150Hz）。系统带宽配置的RB数直接决定小区的理论峰值速率，系统对用户分配的RB数直接影响用户的数据速率。LTE系统提供了6种不同的带宽，见表1：
表1 LTE系统带宽和RB数
系统带宽/MHz 1.4 3 5 10 15 20
RB数量 6 15 25 50 75 100
LTE系统可以提供多种MIMO模式，实现发射分集、空间复用、波束赋型及空间多址等技术，不同的MIMO模式可以提供不同的小区吞吐量和峰值速率。
循环前缀（CP）使OFDM符号呈现出一定的周期性，可以减少符号间干扰和子载波间干扰，但过长的CP会降低频谱效率。LTE提供两种CP长度，一种采用的是一般循环前缀（Normal CP），一个时隙里可以传7个OFDM；另一种采用的是扩展循环前缀（Extended CP），一个时隙里可以传6个OFDM。
信道开销的大小也直接影响空中接口的传输效率，下文中N为不同带宽所对应的RB数。
（1）Normal CP开销为：（5.21+6*4.69）/500=6.67%（有效传输数据减少6.67%）；
（2）PCFICH：用于承载PDCCH 信道所占的OFDM符号数量（1、2或3）的信息，采用QPSK调制方式，在每个子帧（第一个时隙上）的第一个符号上发送，以4个RE为一组的形式分散占用16个子载波，开销占比为4×4/7/2/（12*N）。
（3）PHICH：承载ACK/NAK比特信息。PHICH信道也是采用QPSK调制方式在每个子帧（第一个时隙上）的第一个OFDM符号上发送，开销占比为12/7/2/（12*N）。
（4）PDCCH：承载下行调度授权及TA等信息， 对于每一个子帧（第一个时隙上），采用QPSK调制方式，通常最多占用头2个OFDM符号，开销占比为14.2%（=2/14）。
（5）PSC/SSC：在时隙0和10的OFDM符号5和6上发送，占用72个子载波，开销占比为2*2*6/7/10/N。
（6）PBCH：占用4个符号，每个符号占用72个子载波，总共占用228个RE（去掉24个RS的RE），开销占比为4*6/7/10/2/N。
（7）RS：主要功能是进行信道估计和终端的相干检测，提供CQI和MIMO测量。单天线每RB需要2个OFDM符号，开销为4.76%；双天线时需要4个OFDM符号，开销为9.52%；4天线时需要6个OFDM符号，开销为14.29%。
LTE FDD 1个子帧为1ms，在15MHz带宽下使用常规CP、调制方式为64QAM，不考虑开销的情况下，下行理想峰值速率=75×12×7×2×6/1ms=75.6Mb/s。理论峰值速率=α（1-β）*编码效率*75.6Mb/s，其中α为天线数，β为信令开销。设编码效率为0.9，在15MHz带宽下，2天线的下行理论峰值速率=2×（1-29%）×0.9×75.6Mb/s=96.62Mb/s。在3GPP 36.213中，定义了不同MCS和RB承载下的数据块数量，相同RB数下MCS越大，LTE峰值速率越大；这是因为MCS越大，对应的系统开销越小，对信道质量要求也越高。
表2给出了15MHz带宽下下行2天线和4天线开销情况，可见4天线虽然比2天线系统开销要高，但系统容量也增加了近一倍，所以参考信号开销的增加是值得的。
表2 15MHz带宽下信令开销
下行2天线 下行4天线
PDCCH所占符号数 2 3 2 3
SCH所占符号数/帧 4 4 4 4
P-BCH所占符号数/帧 4 4 4 4
RS所占资源 1 1 1.33 1.33
15MHz控制开销/% 22 29 24 31
15MHz控制开销+CP开销/% 29 36 31 38
下行理论峰值速率/（Mb·s-1） 96.62 87.09 187.79 168.74
3 LTE FDD可调度用户数
LTE同时能调度的用户数，也就是在一个无线帧中能调度的最大用户数，与三个因素相关：
（1）系统带宽。分配给一个UE的最小PRB数量为1，以15MHz带宽为例，可提供75个PRB，即同时可调度的用户数为75/帧。
（2）可用CCE数量。CCE是构成PDCCH的最小单元，一个PDCCH中可以提供4种CCE等级，见表3：
表3 PDCCH格式与CCE关系表
PDCCH格式 CCE个数
格式0 1
格式1 2
格式2 4
格式3 8
（3）PHICH组数。组数越多可用于上行数传反馈证实信息量越大，即可同时调度的用户越多。以15M系统带宽、Ng=1为例，调度的用户数见表4：
表4 LTE FDD系统可调度最大用户数（15MHz带宽、Ng=1）
带宽 PDCCH占用符号数 PDCCH
格式0 格式1 格式2 格式3
15 1个OFDM符号 64 31 15 7
2个OFDM符号 189 94 46 22
3个OFDM符号 314 156 77 38
在带宽一定的前提下，可调度的用户数主要受限因素是单用户所用CCE的数量；PDCCH占用越多的OFDM符号，同时可调度的用户数越多。在不同的无线环境下，为了充分实现其健壮性，所需的CCE数也不同，PDCCH所使占用的CCE个数越多，可同时调度的用户数就越少。15MHz带宽条件下，一个扇区最多能同时能调度的用户数不超过315个。
4 LTE FDD VoIP用户数
LTE采用了动态共享资源调度方法，优化了系统资源分配。VoIP业务具有多用户、小流量、数据包大小比较固定且数据包之间的时间间隔有规律的特点，制约VoIP业务的系统容量因素不再是带宽，而是控制信道的容量。3GPP采用了半静态调度方式（SPS），系统资源只需通过PDCCH分配或指定一次，而后就可以周期重复使用相同的时频资源，这样VoIP业务可以不考虑控制信道限制。
假设15MHz系统带宽内，共有75个RB，语音编码率为12.2kb/s，HARQ预留20%的系统资源，PUCCH占用2个RB，则在20ms半静态调度周期内可用的RB数为20*（75-2）*（1-20%）=1168个。用户占用RB个数为2、3和4时的用户数分别为40%、40%和20%，平均为2.8个。SSID静默期MAC包大小为144bit，TSID静默期传输周期为160ms；SPacket通话期MAC包大小为328bit，TSCH半静态调度周期20ms。由式（1）可见，VoIP用户容量与用户所在无线环境直接相关，覆盖距离的增加会导致容量减少。
（1）
其中，C为VoIP用户数。
在15MHz系统带宽下，LTE FDD可以承载791个12.2kb/s的VoIP用户。
5 结束语
本文研究了LTE FDD影响系统容量的诸多因素，量化分析了15MHz带宽条件下的信令开销、可同时调度用户数和VoIP容量。对LTE FDD的信令开销和容量性能的研究，有助于给用户提供良好的业务体验，为网络规划建设和市场推广策略提供技术依据。
参考文献：
[1] 3GPP TS 36.306 V9.7.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； User Equipment（UE） radio access capabilities[S/OL].
[2] 3GPP TS G-RAN WG1#49 R1-072261. Summary of UL Performance Evaluation[S/OL].
[3] 3GPP TS G-RAN WG1#49 R1-072444. Summary of Downlink Performance Evaluation[S/OL].
[4] 肖清华，毛卓华，凌文杰，等. TD-LTE容量能力综合分析[J]. 邮电设计技术， 2012（4）： 36-40.
[5] 邓旭，张建国. TD-LTE系统容量分析[J]. 移动通信， 2011（16）.
[6] 张新程. LTE空中接口技术与性能[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.