005 td-lte网络系统性能分析_20101204-p2

1

TD-LTE网络系统性能分析

2

提纲

TD-LTE外场测试情况

TD-LTE设备规范及典型网元

TD-LTE容量性能分析

TD-LTE覆盖性能分析

TD-LTE产业化进展

小结

2

3

移动通信系统技术演进路线

TDMA CDMA OFDM

GPRS/EDGE

3GPP阵营(GSM)

WCDMA

EV-DO Rel. 0

TD-SCDMA

cdma2000

1x

3GPP2阵营(CDMA)

HSPA

TD-HSPA

D0 Rel. A

LTE-FDD

TD-LTE

WiMAX阵营

Mobile WiMAX

802.16e802.16m

LTE-

Advanced

(包括TD-LTE Ad)

ITU（4G)

IMT-Advanced目前，形成了LTE FDD、TD-LTE、WiMAX竞争的新格局

•峰值速率35/75Mbps

•小区吞吐量8.65/16.31Mbps

•峰值速率28/84Mbps


•峰值速率1.8/3.1Mbps


•峰值速率：5.76/14.4Mbps

•小区吞吐量： 1.5/2.5Mbps

•峰值速率：0.55/1.68Mbps

•小区吞吐量：0.36/1Mbps

•峰值速率0.47/0.47Mbps


• 峰值速率500Mbps~1Gbps

• 峰值速率33/75Mbps

• 峰值速率500Mbps~1Gbps

2G 3G 3.9G 4G

4

TD-LTE标准背景

TD-LTE促进了产业融合，得到了国际产业广泛支持，为推动以我为主的TDD技术广泛应用于全球市场、将实现我国移动通信产业“2G跟随、3G突破、LTE引领”的跨越式发展

•条件二：国际电联为新一代

TDD技术划分了全球统一频谱

（如2.3GHz），赢得更多国

际运营商的关注

4

1•条件一：继承了TD-SCDMA的技术和

产业，可充分利用TD-SCDMA产业化

经验和成果，拥有更多自主知识产权2

•条件三：起步较早，基本与FDD

同步发展，且兼顾了与LTE FDD的

协同发展，能够共享全球产业规

模和技术研发成果3

•条件四：得到了国际产业的广泛

支持，产业链有望更加完善、健

壮。

FAN

LTE

LTE

主控&传输

TD-SCDMA

TD-SCDMA

TD-SCDMA

LTE

LTE

主控&传输

LTE

LTE

LTE

共平台共芯片

2G/3G/LTE的终端

HCR TDD

LCR TDD

小规模试验LTE

TDD1

LTE TDD2

中国TD-SCDMA

产业TD-LTE

两种TDD标准不利于规模化发展，且LTE TDD2处于附属地位，TD-S发展存在很大风险

TDD的融合保存了TD-SCDMA的特色，对LTE产业的规模发展起到了重要作用

在政府的决策下，07年12月中国移动、电信研究院、大唐等国内国际二十余家公司推动LTE TDD标准的融合，形成了以我为主、拥有自主知识产权、具有广泛国际支持TD-LTE标准

3

5

LTE产业链相关厂商

传统2G/3G芯片厂商 WiMAX芯片厂商中国芯片厂商

经过中国移动的全力推动，产业

链各环节厂商在TD-LTE上的投入加大，

进展加速，2010年

系统设备商全部推出商用产品

主流芯片厂商也开始启动IOT测试

终端迅速跟进

世博会期间的TD-LTE演示网证明该技

术已经具备组网能力。

6

提纲






小结

4

7

TD-L的覆盖的基本特征

系统帧结构设计支持更大的覆盖极限

TD-S为11.25Km，TD-L可达100Km

覆盖目标的定义的多样性

TD-S速率目标固定，TD-L则依赖于边缘用户速率

灵活的系统带宽配置

TD-SCDMA仅支持固定载波带宽1.6MHz

TD-LTE系统规范定义了6种载波带宽。用户占用的子载波带宽由系统分配，对覆盖有影响

调制编码方式的多样性

与TD-SCDMA HSPA相比，增加了高阶调制64QAM，且编码率更丰富

OFDM、MIMO等新技术带来的影响

呼吸效应

8

链路预算基本流程

5

9

链路预算关键参数分析

所要承载的业务速率

对应为小区边缘用户的流量要求

带宽参数

系统带宽、边缘用户占用的RB个数

天线数及模式

选择不同的发射模式，如发射分集或波束赋型

天线增益

发射功率

接收端的灵敏度

所需SINR

干扰余量

10

所要SINR

一定的边缘速率所需要的目标SNR与用户RB配置、MCS等级、传输模式

、信道模型等有关，在确定相关的系统条件，也确定了相关系统配置之后，通过链路仿真获得该信道的解调门限SINR

所需SINR

6

11

干扰余量的取定（1/2）

干扰干扰余量计算过程：仿真得到不同ISD条件下的单小区（无小区间干扰）、多小区边

缘吞吐率；

得到给定边缘吞吐率对应的单小区半径、多小区半径；

通过空口路损模型，得到单小区半径、多小区半径分别对应的路损，两者的路损差即为干扰余量；

PDSCH PDCCH PBCH PHICH

空载

路损需求146.96 147.58 150.47 147.87

50%负载

路损需求139.36 142.13 148.48 143.07

干扰余量 7.59 5.45 1.99 4.80

12

干扰余量的取定（2/2）

7

13

下行业务信道链路预算示例

LTE Link Budget - DL 95%覆盖率90%覆盖率Data Rate Kbps 2000 2000DL Channel Bandwidth MHz 20 20DL RB Total Num 100 100AssumptionNum. of Tx antenna 8 8Num. of Rx antenna 2 2MiMO double-steam enable N NBeam Forming enable Y YAssign Num of RB 20 20RB Spacing KHz 180 180DL Total Overhead Percent 0.22 0.22 TXTx power per Antenna dBm 36.97 36.97eNB Tx power dBm 46 46Antenna gain dBi 15 15RF Filter + Cable Loss dB 0.5 0.5TX diversity gain dB 0 0TX Beam Forming gain dB 8 8TX EIRP dBm 60.5 60.5TX EIRP per occupied allocation dBm 53.51 53.51

RXThermal noise density dBm/Hz -174 -174RX noise figure dB 9 9RX noise power dB -99.437 -99.437RX antenna gain dBi 0 0RX diversity gain dB 3 3Interference Margin dB 13 13Body Loss dB 0 0Required SINR dB 4.75 4.75Wanted Signal Mean Power

(including RF gain & loss)dBm -84.69 -84.69

Extra LossesPenetration Loss dB 19 19Shadow Fading margin dB 11.6 7.7

Link Budget dB 115.60 119.50

14

下行开销信道链路预算示例

Overhead Channel PBCH PDCCH PCFICH PHICH

DL Channel Bandwidth MHz 20.0 20.0 20.0 20.0

DL RB Total Num 100 100 100 100

Num. of Tx antenna 8 8 8 8

Num. of Rx antenna 2 2 2 2

Assign Num of RB 6 8 CCE NA NA

RB Spacing KHz 180.00 180.00 180.00 180.00

Tx power per Antenna dBm 36.97 36.97 36.97 36.97

eNB Tx power dBm 46.00 46.00 46.00 46.00

Antenna gain dBi 15.00 15.00 15.00 15.00

RF Filter + Cable Loss dB 0.50 0.50 0.50 0.50

TX diversity SFBC gain dB 3.50 3.50 3.50 3.50

TX EIRP dBm 60.50 60.50 60.50 60.50

TX EIRP per occupied

allocationdBm 48.28 40.50 40.50 40.50

Assumption

Thermal noise density dBm/Hz -174 -174 -174 -174

RX noise figure dB 9.00 9.00 9.00 9.00

RX noise power dB -104.67 -112.45 -112.45 -112.45

RX antenna gain dBi 0.00 0.00 0.00 0.00

RX diversity gain dB 3.00 3.00 3.00 3.00

Interference Margin dB 2.00 2.00 2.00 2.00

Body Loss dB 0.00 0.00 0.00 0.00

Required SINR dB -0.50 4.00 -2.30 0.70

Wanted Signal Mean Power

(including RF gain & loss)dBm -106.17 -109.45 -115.75 -112.75

Penetration Loss dB 19.00 19.00 19.00 19.00

Shadow Fading margin dB 11.60 11.60 11.60 11.60

Link Budget dB 127.35 122.85 129.15 126.15

8

15

上行链路预算对比

上行控制信道PUCCH可以采用多种格式发送，采用Format2b格式时覆盖是最近的

即便采用Format2b格式，其覆盖也好于业务信道

上行控制信道是业务信道受限的

16

业务信道覆盖对比

9

17

TD-L覆盖性能小结

上行信道覆盖受限于PUSCH；

下行信道覆盖受限于PDCCH；

上下行业务信道目标速率相同时，PDSCH覆盖优于PUSCH；

对比上下行覆盖范围，LTE系统覆盖受限于PDCCH；

18

TD-L与TD-S上下行业务信道覆盖能力对比

2天线、8天线配置下的覆盖能力优于TD-SCDMA系统；

2天线下的下行链路流量性能略优于TD-SCDMA HSDPA业务，上行链路流量性能稍差于TD-SCDMA系统HSUPA业务；8天线配置下TD-LTE流量性能均大于TD-SCDMA系统。

10

19

提纲






小结

20

TD-L容量基本特征

TD-LTE容量受限因素

系统带宽；

上下行子帧配比；

特殊子帧配比；

控制信道开销；

具体的业务类型；

组网方式；

eNodeB硬件处理能力。

TD-LTE容量衡量指标

单小区VoIP用户数；

小区平均吞吐量；

频谱效率；

边缘吞吐量；

11

21

最大在线用户数

最大在线用户数在线用户数，我们理解为保持RRC连接的用户，包括激活用户（

保持上行同步）和非激活用户（不保持上行同步）；

非激活用户，因为处于上行失步状态，如果需要进行数据传输时，必须重新发起随机接入过程，以建立上行同步；

非激活用户需要在eNB保存UE上下文，并不占用空口资源；因此决定最大非激活用户数的主要因素是eNB的内存大小。

22

激活用户数

激活用户数

指有RRC连接，并且保持上行同步，可以在上下行共享信道进行数据传输的用户

TDD配比：

每个激活用户都需要分配sounding、CQI、SRI资源；上行子帧偏少的配比下，这些资源相对较少，支持的用户也相对较少；

PDCCH只存在于下行子帧和特殊子帧，下行子帧偏少的配比下，PDCCH资源较少，每帧能调度的用户数较少；

eNB处理能力

每个子帧eNB需要完成用户调度、基带处理的全部流程，要求调度、基带处理的时延非常短，限制了小区可以支持的最大激活用户数。

业务QoS

VoIP业务，对实时性要求较高，该类业务过多会影响其他低QoS业务的激活用户数；

GBR业务要求保证带宽，该类业务过多会限制其他低QoS业务的激活用户数。

12

23

最大并发用户数

最大并发用户数，有两种理解方式：

激活用户数

同一TTI内可以同时调度的用户数

24

最大同时调度用户数（1/2）

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个数。

PHICH，每条占用一个CCE，最多复用8个UE，；

PCFICH，指明给定带宽和天线配置下可用的CCE个数

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5MHz~20MHz的带宽配置下，要求支持激活用户数>=400/Sector。

13

25

最大同时调度用户数（2/2）

26

PUSCH信道容量分析

PUSCH信道用于承载业务数据；其信道容量与具体的调度方式（半静态调度、动态调度）、系统带宽、TDD配比、UE能力等因素相关；

对于不同业务类型，在网络中采用的调度方式不同，PUSCH信道容量的衡量方式也不同。例如对VoIP业务采用半静态调度，主要使用小区支持的满意VoIP用户数来衡量；对于数据业务或具有保证速率要求的流类业务，主要使用小区吞吐率等指标来衡量。

14

27

VoIP容量（1/2）

VoIP容量定义：

某用户在使用VoIP进行语音通信过程中，若98%的VoIP数据包的L2时延在50ms以内，则认为该用户是满意的。

如果小区内95%的用户是满意的，则此时该小区中容纳的VoIP用户总数就是该小区的VoIP容量。

由于VoIP用户采用半静态调度，可以不考虑控制信道限制，同时认为系统配置的下行反馈信道数总能满足用户的要求。由此得到下式：

28

VoIP容量（2/2）

15

29

TD-L峰值吞吐量（1/2）

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：• 2——QPSK

• 4——16QAM

• 6——64QAM

30

TD-L峰值吞吐量（2/2）

理论峰值吞吐量计算（以配置1为例）

TD-LTE系统丌同配置下的峰值吞吐量表格 20MHz带宽，特殊子帧配置为：10:2:2

16

31

TD-L平均吞吐量

32

下行信道容量分析（1/5）

PBCH、P/S-SCH

小区中所有用户均需要进行接收广播信道、主/辅同步信道，且这些信道时频域位置是固定的，不会限制到小区容量；

PCFICH信道

PCFICH信道用于指示本子帧PDCCH信道占用的OFDM symbol

数，所有用户都需要接收，不会限制到小区容量；

17

33


PDCCH信道容量分析

PDCCH信道只会限制同一TTI同时调度的用户数，不会限制小区可以接入的用户数。

PDCCH信道对系统容量的影响主要体现在：• 小区中接入绝大部分用户速率都比较低时，会限制到小区峰值速率，进而限制到

小区平均吞吐量；

• PDCCH配置的OFDM symbol数目越多，相应PDSCH信道可用的OFDM symbol数就越少，进而影响到小区峰值速率、小区平均吞吐量、以及频谱效率等。

34


PHICH信道容量分析

18

35



36



19

37

提纲






小结

38

TD-L无线网络基本结构

宏基站与分布式基站

20

39

TD-L无线网络设备规范

•第二阶段（11年Q3-11年Q4）

设备满足中期网络（用户数及业务类型增加、存在手持终端

）部署需求设备具备增强功能，提升优化

网络性能，并支撑开展同频组网、互操作、业务等全面测试，促进网络达到试商用水平

规划目标

•第一阶段(11年Q1-11年Q2)

设备满足初期网络（用户规模较小、业务类型较少、数据卡

终端为主）部署需求设备具备基本功能，满足城区

部署场景需求，并能支撑开展基本功能及性能验证的外场测

试

时间

40

TD-L无线网络设备基本功能（1/4）

无线协议版本

一阶段：• 09年12月 3GPP R8；包含基本小区配置、基本无线过程、基本天线技术以及无线资源管

理、基本SON功能

二阶段：• 10年6月 3GPP R9版本，包含双流波束赋形天线技术、部分SON增强功能

基本配置

一阶段• 带宽：10MHz/20MHz；

• 子帧配比：2D:2U, 3D:1U；

• 特殊子帧配比：10:2:2, 3:9:2；

• Normal CP；

• PRACH格式0和4；

• 支持10ms 0.5次或1次接入；

• 支持所有调制方式（上行64QAM除支持所有调制方式（上行64QAM除外）。

二阶段• 小区带宽：15MHz

• 支持上行64QAM

21

41


基本过程

一阶段

• HARQ过程

• 链路自适应过程

• 上/下行同步过程

• 竞争和非竞争随机接入

• 空闲态DRX（非连续接收）

二阶段

• 连接态长DRX

多天线技术

一阶段• 单端口发射(TM1)

• 两端口发射分集(TM2)

• 下行两端口空间复用(含开环和闭环两种，分别是TM3和TM4)

• 下行8天线单流波束赋形(TM7)

• 上行MRC、IRC分集接收

二阶段• 上行多用户MIMO

• 下行8天线双流波束赋形

42


无线资源管理

一阶段

• 频率选择性调度

• non-GBR以及GBR业务QoS

• 基于业务QoS的调度

• 上行功控、下行功率分配

• 上行跳频

• 导频功率增强导频功率增强

• 交叉时隙干扰规避基本方案二阶段

• 连接态长DRX

二阶段• 同频干扰规避和控制方案

• 交叉时隙干扰规避增强方案

移动性管理

一阶段• 基于RSRP/RSRQ的小区选择和小区重选

• 支持系统内各种测量

• 支持基于S1/X2的同/异频切换

二阶段• 支持基于负载、UE移动速度、业务质量/类型的切换

22

43


S1/X2接口

一阶段

• S1/X2基本信令过程：S1接口管理、E-RAB管理、移动性管理、

• UE上下文管理、NAS消息传递、寻呼

二阶段

• 支持MME负载均衡（S1 Flex）

• 每个eNB至少支持16个S1接口

• 每个eNB至少支持32个X2接口每个eNB至少支持32个X2接口

系统间互操作

一阶段：无

二阶段• 支持异系统测量

• 支持TD LTE与TD SCDMA小区重选和重

• 支持TD-LTE与TD-SCDMA小区重选和重定向

• 支持TD-LTE与TD-SCDMA数据业务切换

• 支持TD-LTE与GSM的重定向/小区重选

• 支持与GSM的语音业务CSFB

后续阶段：• 支持与TD-SCDMA的语音业务CSFB

• 支持与GSM和TD-SCDMA的语音业务SRVCC

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TD-L自组织网络和承载功能规范

自组织网络

一阶段

• 基站自启动

• PCI自配置、自优化

• 自动邻区关系

二阶段• 移动性优化[R9功能]

• 负载均衡优化[R9功能]

• RACH优化[R9功能]

承载功能

一阶段：• 支持GE电口和光口

• 支持VLAN划分

• 支持IPV4

• 支持以太网QoS和Diffserv

• 支持IEEE 1588v2同步方案

二阶段• 支持IPV6

23

45

TD-L室外宏站BBU通用要求和接口要求

46

TD-L室外/内宏站2通道RRU通用要求和接口要求

24

47

TD-L天线技术规范

FAD天线

一阶段要求

• 支持F、A、D频段

• 8阵元双极化天线

• N型天线宽度300~320mm

• 天线长度不大于1400mm

• 单元天线增益: D频段为17dbi，A频段为15dbi F频段为14dbi

• 水平面半功率波束宽度：D频段65，A频段90，F频段100

• 垂直面半功率波束宽度：D频段6.5，A频段6 5 F频段7

二阶段要求：无

单D天线

一阶段要求

• 支持D频段

• 8/2阵元双极化天线

• 天线宽度

• 天线长度不大于1400mm

• 单元天线增益: D频段为16dbi

• 水平面半功率波束宽度 D频段90

• 垂直面半功率波束宽度：D频段6.5

二阶段要求：无

48

TD-L基站产品类型

25

49

TD-L分布式宏基站的硬件规格

50

典型基站设备：ZXSDR B8300

26

51

典型基站设备：ZXSDR R8840

52

提纲






小结

27

53

TD-LTE外场测试情况（1/2）

54

TD-LTE外场测试情况（2/2）

28

55

北京外场测试（1/2）

56

北京外场测试（2/2）

主要测试用例

29

57

上海世博会TD-L演示网背景

建设背景

组网方案

58

世博会TD-L与WLAN干扰测试

30

59

提纲






小结

60

小结

TD-LTE覆盖特性

上下行受限信道、小区覆盖半径

TD-LTE容量特性

VoIP、吞吐量

TD-LTE设备规范

分布式基站


31

61

Thank you for your time and patience!

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