提升LTE室分单通道速率分析V5.docx

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提升LTE室分单通道速率分析V5

提升LTE室分单通道速率分析-V5（总12页）

提升LTE室分单通道速率分析

作者姓名

（中国联通XX分公司200080）

作者简介

XXX大学现工作于中国联通XX分公司网建部

联系方式：

XX市XX区XX路XX号中国联通XX分公司XX局

邮政编码：

XXXX

联系电话：

XXXXX（务必提供）

E-mail：

XXXXXX（务必提供）

摘要

在多用户场景下，双通道LTE室分下行平均吞吐量为单通道室分的倍以上，双通道室分具有明显的性能优势。

而现有室分系统是单通道，而且分布系统施工、天线改造等工程量较大，不是简单的线缆施工改造，很多物业已经不允许再进行线缆施工。

但所在场景对速率要求较高，因此需要一种好的解决方案解决单通道室分且速率要求高的场景。

关键词：

LTE室分MIMOOFDM优化单流室分峰值速率不达标

1.概述

随着智能手机的迅速普及，数据流量需求日益增长导致网络容量出现瓶颈，预计未来5年全球移动数据流量的复合增速高达%，而约有70％左右的业务发生在室内场景，因此室内网络覆盖质量和容量将成为LTE时代竞争的关键。

MIMO需要室分系统具备双通道RRU及两路天馈线，两路单极化吸顶天线间距12λ（左右），两个通道之间的功率不平衡需要<3dB。

而现有室分系统是单通道，而且分布系统施工、天线改造等工程量较大，不是简单的线缆施工改造，很多物业已经不允许再进行线缆施工。

因此需要一种好的解决方案解决单通道室分速率要求高的场景。

2.研究背景

广西联通除新建室分场景外目前现网内有不少老旧室内分布系统都是单通道，如果在现网室内分布系统单通道改建为双通道的话需要重新施工、天线改造工程量较大，施工难度高，成本也比新建室分场景大，不是简单的线缆施工改造，很多物业已经不允许再进行线缆施工。

例如：

广西联通XXX营业厅，该营业厅在商场内，馈线与天线都在天花板内全部已装修好且部分设施已经老旧，稍加动工很容易损坏，并且线槽等等已经不能再容纳新馈线等等，无论从施工方面还是物业协调方面都不允在进行新加一路室分系统。

但在部分原有单通道室内分布系统楼内VIP客户较多，客户对数据需求较高,上下行速率到不到理想的效果。

3.室内分布通道简介

3.1.单通道室分

●每个室内覆盖的覆盖点值需要一条射频传输链路和一根吸顶天线进行发射和接收

●通常一个楼层只使用RRU的一个通道

●本方案适合规模较小的对数据需求不高的场景或难于进行室分改造的多系统合路场景

3.2.双通道室分

●每个室内覆盖点都需要通过一根双极化天线或者两个物理位置不同普通吸顶单极化天线进行发射和接收，形成2*2MIMO组网

●该方案有完整的MIMO特性，用户峰值速率和系统容量获得提升

●双通道可更好满足室内对业务速率的需求，缺点是工程复杂度较高

3.3.老旧室分单通道改造双通道难点

双通道LTE室分下行平均吞吐量为单通道室分的倍以上，双通道室分具有明显的性能优势。

但现网双通道分布系统改造需要重新布放一套室内分布系统通道，因此工作量大、施工难度高、业主阻力大，现阶段LTE室内分布系统改造建设难度较大。

由于分布式室内覆盖系统现网改造中，一部分室分站点因业主坚决抵制、施工难度大等原因室内分布系统无法进入改造为双通道系统，但该站点对数据业务速率要求比较高，因此需要把单通道室分速

率提升至最高点。

如下图：

4.单通道速率提升性能研究

现网有部分单通道室内分布系统因无法改建为双通道室内分布系统，无法更好的实现LTE中MIMO技术优点。

因此，为了给LTE单通道室内分布系统的用户更好的速率体验感受，需要对单通道室分速率提升至最佳效果。

但通过功率参数、覆盖调整等等多种手段反复验证，发现对室分单通道速率均无明显变化。

最后通过CFI参数调整的实验，减小PDCCH信道开销，让更多的RB（radioresource）资源被业务信道PDSCH、PUSCH占用，达到资源最大限度的利用，提升单通道室内分布速率。

4.1.调整PDCCH符号数可提升速率

通过对比测试不同的PDCCH符号数，配合打开及关闭动态调整开关，分别验证：

（符号数3+动态调整开）、（符号数3+动态调整关）、（符号数1+动态调整开）、（符号数1+动态调整关）4种情形下，对应峰值速率值，发现：

（符号数1+动态调整关），峰值速率最高。

4.2.PDCCH信道

PDCCH信道是一组物理资源粒子的集合，其上承载上下行控制信息，根据其作用域不同，PDCCH承载信息区分公共控制信息（公共搜索空间搜索）和专用控制信息（专用搜寻空间），搜索空间定义了盲检的开始位置和信道搜索方式（见PDCCH检测过程章节），PDCCH信道主要承载着PUSCH和PDSCH信道控制信息（DCI），不同终端的PDCCH信息通过其对应的RNTI信息区分，即其DCI的crc由RNTI加扰。

4.3.PDCCH占用的资源

4．PDCCH时域资源

PDCCH占用的时域资源主要是指，PDCCHs信道信息占用的符号数，其占用的OFDM符号由PCFICH信道承载的CFI信息指示，根据CFI信息动态决定一个子帧中PDCCH可以最多占用的OFDM符号个数（PCFICH信道指示的符号个数是指PDCCH,PHICH和PCFICH一起一共占用的符号个数），其配置值可以是（0,1,2,3,4）。

详细如下图所示：

Table:

NumberofOFDMsymbolsusedforPDCCH.（211）

Subframe

NumberofOFDMsymbolsforPDCCHwhen

NumberofOFDMsymbolsforPDCCHwhen

Subframe1and6forframestructuretype2

1,2

2

MBSFNsubframesonacarriersupportingPDSCH,configuredwith1or2cell-specificantennaports

1,2

2

MBSFNsubframesonacarriersupportingPDSCH,configuredwith4cell-specificantennaports

2

2

SubframesonacarriernotsupportingPDSCH

0

0

Non-MBSFNsubframes（exceptsubframe6forframestructuretype2）configuredwithpositioningreferencesignals

1,2,3

2,3

Allothercases

1,2,3

2,3,4

因为PDCCH是解析PDSCH数据的指示信息，因此PDCCH在时域上是在PDSCH（数据域）之前，即占用一个子帧的前几个符号。

PDCCH频域资源

为了有效地配置下行控制信道的时频资源，定义了两个专用的控制信道资源单位：

REG和CCE。

REG是指除RS占用的RE外，连续的4个RE构成的资源粒子组。

CCE是组成PDCCH信道的资源单位，由一组连续REG的构成，即一个CCE由9个REG构成。

一个系统中CCE的个数标示为

，由公式

得出，其编号从0到

，其中

是指除PHICH和PCFICH占用的REG以外的未使用的REG。

根据一个PDCCH使用的资源数量，PDCCH可由1，2，4，8个CCE构成，分别对应PDCCH格式0，1，2，3（如图）。

在一个子帧中可以同时复用多个PDCCH信道。

一个PDCCH的CCE起始位置必须满足

，其中

是CCE的编号，

是构成该PDCCH使用的CCE的个数。

PDCCH时频资源

当带宽、天线数目、PHICH配置等确定以后，系统中CCE的数目由PCFICH的数值动态配置。

下图是以PDCCH占用3个符号举例说明。

4.4.LTE下载速率计算

下面以一个简单的例子，介绍下LTE-FDD下行峰值速率的计算。

首先，大家知道LTE下行可以达到几百Mbps，但需要满足如信道带宽、循环前缀的类型、发射模式、PDCCH的配置等条件才能实现。

下行峰值速率计算首先，以信道带宽20MHz、正常CP、发射模式为2*2MIMO、PDCCH配置3个符号、调制方式为64QAM、编码速率为1为前提，估算结果如下：

20MHz带宽可获得的RE数为：

12子载波（1个PRB）*7个符号*100个资源块*2*10（帧长）=168000个，而每个RE可承载一个调制符号，那么采用64QAM调制方式，一帧中总共有：

168000*6bits/每个调制符号=1008000bits，在编码速率为1的情况下，速率为1008000bits/10ms=，又由于采用2*2MIMO（双发双收模式）会使速率翻倍，按照75%的系统开销，因此在以上条件下可计算到的最大速率为，但这是没有考虑控制信道的开销的，即所有的无线资源均用于承载数据，而实际上配置PDCCH为3个符号，加之PSS\SSS\PBCH\RS等开销，大约占29%左右，那么最终速率为*71%=.计算过程如下图所示：

*75%*（1-29%）=

从以上计算过程可以看出，影响速率的几个因素主要是信道带宽、循环前缀的类型、发射模式、PDCCH的配置等。

循环前缀的类型

应用OFDM的一个重要原因在于它可以有效地对抗多径时延扩展。

通过把输入的数据流串并变换到N个并行的子信道上，使得每个调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低N倍。

为了最大限度地消除符号间干扰（ISI），还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔（GuardInterval,GI）}而且该保护间隔的长度一般要大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。

在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是一段空闲的传输时段。

然而在这种情况下，由于多径传播的影响，会产生信道间干扰（ICI），即子载波间的正交性遭到破坏，不同的子载波之间产生干扰。

为了消除由于多径传播所造成的ICI，一种有效的方法是将原来宽度为T的OFDM符号进行周期扩展，用扩展信号来填充保护间隔。

将保护间隔内（持续时间用Tg表示）的信号称为循环前缀（CyclicPrefix,CP）。

循环前缀中的信号与OFDM符号尾部宽度为Tg的部分相同。

在实际系统中，OFDM符号在送入信道之前，首先要加入循环前缀，然后送入信道进行传送。

在接收端，首先将接收符号开始的宽度为Tg的部分丢弃，然后将剩余的宽度为T的部分进行傅立叶变换，然后进行解调。

在OFDM符号内加入循环前缀可以保证在一个FFT周期内，OFDM符号的时延副本所包含的波形周期个数也是整数，因此此时的时延对于每一个子载波来说只是相当于进行相位的旋转，这个旋转不会在解调过程中产生ICI。

虽然最大限度的应用CP会消除ISI和ICI干扰，但由于会带来更大的系统开销，在信道带宽固定的情况下显然不能成为提升速率明智的方法。

4.5.PDCCH符号数的设置

单通道室内分布系统在PDCCH符号数的设置上，通过调整PDCCH符号数的大小，可以调整控制面占用无线资源大小，从而让PDSCH占用更多资源，获得更大的业务吞吐率。

PDCCH最大所占资源为3个symbol，具体占用多少symbol，每次调度承载何种信令，每个PDCCH占用多少资源由调度器决定，由动态调整开关控制。

具体配置如下表所示：

SupportedPDCCHformats

PDCCHformat

NumberofCCEs

Numberofresource-elementgroups

NumberofPDCCHbits

0

1

9

72

1

2

18

144

2

4

36

288

3

8

72

576

4.6.单流室分峰值速率估算（不同PDCCH符号数对应的峰值速率估算）

利用峰值估算方法，对同一小区，不同PDCCH符号数配置下，对应的峰值速率进行估算。

下行理论峰值速率计算方法：

下行总的峰值速率=下行普通子帧承载的业务峰值速率+特殊子帧承载的业峰值务速率。

其中：

下行普通子帧承载的业务峰值速率=系统带宽的RB总数×每个RB包含的子载波数×（每个普通子帧包含的OFDM符号数-控制信道占用的OFDM符号数）-每个RB内的下行RS个数）×调制阶数×编码速率×每个无线帧中包含的下行普通子帧个数/每个无线帧的时间×最大MIMO层数

特殊子帧承载的业务峰值速率=系统带宽的RB总数×每个RB包含的子载波数×（每个特殊子帧包含的DwPTS的OFDM符号数-控制信道占用的OFDM符号数）-DwPTS内的下行RS个数）×调制阶数×编码速率×每个无线帧中包含的下行特殊子帧个数/每个无线帧的时间×最大MIMO层数。

在LTE网络中，PDCCH（下行物理控制信道）承载特定UE的调度、资源分配信息-DCI，如下行资源分配、上行授权、PRACH接入响应、上行功率控制命令、信令消息（如系统消息、寻呼消息等）的公共调度指配。

  通常，PDCCH信道位于每一个子帧开始的1、2、3个符号内，具体占用几个符号是按照PCFICH指示的值来定的。

（PCFICH位于每一个子帧的第一个符号内，占用16RE资源），那么PDCCH信道需要占用多少个符号呢由于现网中CFI指示是动态自适应调整的，依据厂家eNodeB算法而定，需要考虑在一个TTI中被调度的用户数量（用户数越多，PDCCH承载的DCI越多）、下行无线环境因素（无线线环境越好，所需CCE也越少）。

PDCCH信道占用的符号数也是不确定。

   首先，PDCCH信道的容量用什么来衡量大家都知道PDCCH信道是由CCE构成的，一个CCE包含36（4*9=36）RE资源。

一个PDCCH信道中包含的CCE的数量，叫CCE的聚合等级，可以是1、2、4、8个连续的CCE.在一个子帧中，不同的PDCCH信道可以使用不同的CCE聚合等级（n），也就是包含不同数量的RE资源。

所以说PDCCH的容量是由CCE的数量决定的。

那为什么需要不同的CCE聚合等级呢，一个是要支持不同的DCI格式，提升资源利用率，因为DCI信息量的多少与其格式及信道带宽有着密切的关系。

另一个是，适应不同的无线环境。

DCI信息量大小与PDCCH容量的比例表明了编码效率，如果DCI格式固定，越高的聚合等级将提供编码效率越高，越能对抗较差的无线环境。

对于较好的无线环境，采用较低的聚合等级将能节约资源。

最后，由于控制信息的重要性，更高的聚合等级将能对控制信息提供更强的保护。

通常控制信息（如系统消息、寻呼）都是采用聚合等级4或8.而对特定UE的调度就可以用1、2、4、8.其次，那么PDCCH的容量如何计算以20MHz信道带宽为例，PDCCH分别占用不同数量的符号可提供的CCE数量如下表：

信道带宽（20MHz）

CFI

1

2

3

PRB数

100

100

100

总RE数

1200

2400

3600

1*1MIMO

参考（RS）占用RE数

400

PCFICH占用RE数

16

PHICH占用RE数

156

假设Ng=1，PHICH组为13，那么13*3*4=156RE

PDCCH占用RE数

628

1828

3028

CCE数量

17

50

84

计算CCE数量的公式：

CCE的数量=（总RE数-参考（RS）占用RE数-PCFICH占用RE数-PHICH占用RE数）/36。

   最后，知道了CCE数据就不难算出每一个调度周期（TTI）能调度的用户数是多少，因为调度特定UE的CCE最小聚合等级是1，若以20MHz带宽，3个PDCCH符号为例，可调度84个用户（实际可调度的用户数还受其他因素影响）。

但现网中PDCCH信道不仅承载用户面资源的分配与调度，控制消息也需要占用PDCCH，上面也提到了控制消息包括系统消息、寻呼消息、PRACH接入响应、上行TPC功控命令等。

也就是说实际调度的用户数肯定小于84个（因控制消息的CCE聚合等级为4或者8）。

   PDCCH的容量越大，实际能调度的用户数也就越多，但PDCCH属于控制信道，开销过大将影响实际用户的吞吐率，所以现网中CFI采用自适应算法，可根据需要调度用户数的多少及无线环境调整PDCCH占用符号数的多少，动态调整PDCCH容量，提升资源利用效率。

4.7.可行性

上文着重的介绍了PDCCH配置原理，此处就不再重复了。

PDCCH信道配置作为发送上/下行资源调度信息、功控命令的专用信道，必定是在占用的系统资源的前提下实现的，但就现阶段LTE用户数而言，完全没有必要最大限度配置PDCCH信道资源来承载调度信息、功控命令等信息，可以减少PDCCH信道开销，让业务信道PDSCH/PUSCH占用最大信道资源，达到高速率要求。

5.方案实施

5.1.部分站点参数修改

基于以上理论支撑，对广西南宁部分单通道室分站点PDCCH信道配置进行CFI参数调整，提速率。

5.2.参数修改

（1）修改前参数配置

（2）修改后参数配置

5.3.参数调整后结果验证

（1）数据对比

从以上数据对比结果来看，在调整PDCCH信道CFI参数减小该信道开销后，速率提升较为明显。

6.总结：

在原有分布式室内覆盖系统中只有单路覆盖系统，各种条件都无法满足新建另外一路覆盖系统，且无法实现LTE中MIMO技术最大优势，但该覆盖区域对速率需求较高。

为了获得室分单站最佳的业务体验感受，可对部分控制信道所占资源进行较低配置，随着业务量的增多，为了避免因大量的信令开销需求导致可能的信令丢失问题，后续可动态调整PDCCH的符号数，并灵活配置动态调整开关，以应对不同时期的业务需求。