LTETDD问题定位指导书吞吐量篇剖析Word格式文档下载.docx

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摘要Abstract：

本文描述了下行吞吐率问题的定位流程和优化方法。

缩略语清单Listofabbreviations：

Abbreviations

缩略语

Fullspelling

英文全名

Chineseexplanation

中文解释

BSR

BufferStatusReport

缓存状态报告

CHR

CallHistoryRecord

呼叫历史记录

CRC

CyclicRedundancyCheck

循环校验

CRNTI

CellRadioNetworkTemporaryIdentifier

小区无线网络临时标示

CS

CircuitSwitched

电路域

DCI

DownlinkControlInformation

下行控制信息

DMRS

DemodulationReferenceSignal

调制参考信号

DRX

DiscontinuousReception

非连续接收

DTX

DiscontinuousTransmission

非连续发射

eNB

E-UTRANNodeB

E-UTRAN逻辑结点B

E-UTRAN

EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork

演进通用陆地无线接入网络

ERAB

E-UTRANRadioAccessBearer

E-UTRAN无线接入承载

GPRS

GeneralPacketRadioService

通用分组无线接入

GTPU

GPRSTunnellingProtocolforUserPlane

GPRS用户面隧道协议

IFTS

IntelligentFieldTestSystem

智能路测系统

IMSI

InternationalMobileSubscriberIdentity

国际移动用户标示

KPI

KeyPerformanceIndicator

关键性能指示

LAE

LTEAnalysisExpert

LTE分析专家系统

LMT

LocalMaintenanceTerminal

本地维护台

LongTermEvolution

长期演进系统

MAC

MediumAccessControl（protocollayeringcontext）

媒体接入控制层

MCS

ModulationandCodingScheme

调制编码方案

MME

MobileManagementEntity

移动管理实体

MSG

Message

消息

NACK

NegativeAcknowledgement

非确认

OM

OperationandMaintenance

操作与维护

OMT

OperationManagementTerminal

操作维护台

PDCCH

PhysicalDownlinkControlChannel

物理下行控制信道

PDSCH

PhysicalDownlinkSharedChannel

物理下行共享信道

PHR

PowerHeadroom

功率余量

PRACH

PhysicalRandomAccessChannel

物理随机接入信道

PS

PacketSwitched

分组域

PUCCH

PhysicalUplinkControlChannel

物理上行控制信道

PUSCH

PhysicalUplinkSharedChannel

物理上行共享信道

RACH

RandomAccessChannel

随机接入信道

RAR

RandomAccessResponse

随机接入响应

RA-RNTI

RandomAccessRadioNetworkTemporaryIdentifier

随机接入无线网络临时标示

RRC

RadioResourceControl

无线资源控制

RRU

RadioRemoteUnit

无线拉远单元

RSRP

ReferenceSignalReceivedPower

参考信号接收功率

SI

SchedulingInformation

调度信息

SIB

SystemInformationBlock

系统消息块

SINR

SignalInterferenceNoiseRatio

信号干扰噪声比

SRB

SignallingRadioBearer

信令无线承载

SRI

SchedulingRequestInformation

调度请求信息

SRS

SoundingReferenceSignal

探测接收信号

TA

TimingAdvance

时间提前量

TDD

TimeDivisionDuplex（ing）

时分双工

TMSI

TemporaryMobileSubscriberIdentity

临时移动标示

TRM

TransmissionResourceManagement

传输资源管理

TTI

TransmissionTimingInterval

传输时间间隔

UE

UserEquipment

用户设备

UU

User-to-Use

用户用户间接口

AM

Acknowledgedmode

确认模式

UM

Unacknowledgedmode

非确认模式

1概述

本文中的所提到的M2000在中国区等同于OMC920。

吞吐率异常主要有吞吐率偏低和吞吐率波动（掉坑、裂缝）两种表现，如果存在异常，需要定位。

本文档主要描述MAC层吞吐率问题定位的思路和方法。

E2E数传问题定位中，涉及TCP、IP、PDCP、RLC、MAC等协议层以及S1传输的问题定位，除MAC层问题在本文描述外，其他部分的问题隔离参考《TCP数传问题定位和优化指导书V3.0》。

2基础知识

2.1基本概念

2.1.1吞吐量相关指标定义

吞吐率定义：

单位时间内下载或者上传的数据量。

吞吐率公式：

吞吐率=∑下载上传数据量/统计时长。

吞吐率主要通过如下指标衡量，不同指标的观测方法一致，测试场景选择和限制条件有所不同：

（1）单用户峰值吞吐率：

单用户峰值吞吐率以近点静止测试，信道条件满足达到MCS最高阶以及IBLER为0，进行UDP/TCP灌包，使用RLC层平均吞吐率进行评价。

（2）单用户平均吞吐率：

单用户平均吞吐率以移动测试（DT）时，进行UDP/TCP灌包，使用RLC层平均吞吐率进行评价。

移动区域包含近点、中点、远点区域，移动速度最好30km/h以内。

（3）单用户边缘吞吐率：

单用户边缘吞吐率是指移动测试，进行UDP/TCP灌包，对RLC吞吐率进行地理平均，以两种定义分别记录边缘吞吐率。

Ø

定义1）以CDF曲线（Throughputvs.SINR）5％的点为边缘吞吐率，此一般使用在连续覆盖下路测场景；

定义2）以PL为120定义为小区边缘，此时的吞吐率为边缘吞吐率；

此处只定义RSRP边缘覆盖的场景，假定此时的干扰接近白噪声，此种场景类似于单小区测试。

（4）小区峰值吞吐率：

小区峰值吞吐率测试时，用户均在近点，信道质量满足达到最高阶MCS，IBLER为0，采用UDP/TCP灌包；

通过小区级RLC平均吞吐率观测。

（5）小区平均吞吐率：

小区平均吞吐率测试时，用户分布一般类似1:

2:

1分布（备注：

用户分布根据运营商要求而不同），即近点1UE、中点2UE、远点1UE，其中近点/中点/远点定义为RSRP-85dbm/-95dbm/-105dbm。

采用UDP/TCP灌包，通过M2000跟踪的小区RLC吞吐率观测得到。

2.1.2各层开销分析

从协议栈的不同层上进行定义，相应就体现了不同层的吞吐率，从高层到底层主要的有：

应用层速率、IP层速率、PDCP层速率、RLC层速率、MAC层速率、物理层速率。

高层速率和底层速率之间，主要差别在于头开销、以及重传的差异，比如说TCP层的重传数据不会体现在应用层吞吐率上，但是会体现在底层的如物理层吞吐率上。

用户面的协议栈参考下图：

图表11上行用户面协议栈

上层的数据到了底层之后，都会进行一层封装，从而增加了头开销，而在本层增加的头开销到了更底层的时候就又体现为数据量，应该计算入该层的吞吐量中，其各层吞吐率中包含的开销可以参考下图：

图表13各层吞吐率示意图

显然，头开销的比特数相对固定，头开销的比例和应用层的数据包大小相关的，应用层包字节越大，则头开销比例越小（暂不详细分析RLC层、MAC层都可能存在的分片和级联），另外，在LTE中，MAC层的传输块的大小是由MCS以及所分配的RB个数决定的，其变化的范围非常大，参考TS36.213Table7.1.7.2.1-1，

Applicationpackagesize

X

TCPheadersize

20

IPheadersize

IPpackageSize

X+40

PDCPheadersize

2

2or1

RLCheadersize

2ormore

1or2ormore

MACheadersize

2or3ormore

L1packagesize

X+46（X+47ormore）

X+45（X+47ormore）

Overhead（1-app/L1）

=1-X/（X+46）

=1-X/（X+45）

图表14各层吞吐率示意图

以下表格给出了，当各个协议层的包都是一一对应的情况下的头开销估计，即一个RLCSDU对应一个RLCPDU，一个MACSDU对应一个MACPDU，另外PDCP/RLC/MAC的头部都为2个字节时的开销计算，可以看到当应用层采用最大字节1460的包时，协议栈的开销在3.05%。

当然在峰值测试时，RLC层会做级联，多个RLC包映射为一个MAC包，开销有所降低；

Apppackagesize

IPpackagesize

ProtocolOverhead

Efficiency

L1throughput

60

100

43.40%

56.60%

106

160

200

22.33%

77.67%

206

360

400

11.33%

88.67%

406

560

600

7.59%

92.41%

606

960

1000

4.57%

95.43%

1006

1460

1500

3.05%

96.95%

1506

2.2吞吐量计算

2.2.1峰值吞吐量计算方法

吞吐量取决于MAC层调度选择的TBS，理论峰值吞吐量就是在一定条件下计算可以选择的最大TBS，TBS由RB数和MCS阶数查表得到，具体计算思路如下：

【Step1】计算每个子帧最大可用的RE数

根据协议物理层时频资源分布，扣除每个子帧里PDCCH/PUCCH/PRACH、PBCH，SSS，PSS，CRS（对于BF还有DRS）等开销。

这些开销中，PBCH，SSS，PSS是固定的；

其它的开销要考虑具体的参数设置，比如PDCCH符号数，PUCCH/PRACH占用的RB个数，特殊子帧配比，CRS映射到2端口还是4端口等。

说明：

目前产品实现中，对于单UEBF峰值，在TM7下子帧0（TM8下子帧0/1/5/6）的中间6个RB不能使用，由于采用RBG的分配方式，中间6个RB占用了3个RBG，所以10M带宽时共9个RB不可用，20M带宽时12个RB不可用。

【Step2】计算每个子帧可携带比特（bit）数

计算每个子帧可携带的比特数，可携带比特数＝可用RE×

调制系数（QPSK为2，16QAM为4，64QAM为6）。

【Step3】选择合适的TBS

依据可用的RB数选择满足CR（码率）不超过0.93的最大的TBS，CR=（TBS+CRC）/可携带比特数；

如果CR超过0.93，MCS就要降阶。

根据协议，PHY层会把超过6144bits的TBS进行分块，给每块加上24bits的CRC，最后整个TBS还要加上一个TBCRC。

【Step4】PHY层吞吐量的计算

计算出每个子帧选择的TBS后，根据帧配比和特殊子帧配比累加各个子帧的TBS+CRC，如果是双码字还要乘以2，从而计算出最终PHY层吞吐量。

2.2.2单UE理论峰值吞吐量

（1）上行峰值吞吐量（以CFI=3，2T2R为例）

上行峰值速率

PUCCHRB

Cat3单用户峰值

Cat5单用户峰值

10M小区

配比0

4

14.3864

19.3576

配比1

6

8.3232

11.4304

配比2

8

4.0464

5.5712

配比5

1.908

2.6416

20M小区

28.8496

36.0536

19.0624

24.0024

16

8.4392

11.4312

14

4.3816

5.9256

（2）下行峰值吞吐量

特殊子帧配比7下行理论峰值（Mbps）

UE能力

Cat1

Cat2

Cat3

Cat4

Cat5

带宽

10M

20M

4.118

20.365

25.629

39.165

52.173

6.178

30.547

40.307

59.574

82.323

8.237

40.73

54.986

79.984

112.474

9.266

45.82

64.189

91.016

131.613

特殊子帧配比5下行理论峰值（Mbps）

2.059

10.182

14.678

20.41

30.150

29.357

40.819

29.356

60.301

44.035

61.229

44.036

90.451

58.714

81.638

120.602

2.2.3小区理论峰值吞吐量

（1）上行小区峰值吞吐量理论计算（以CFI=3，2T2R为例）：

Cat3小区峰值

Cat5小区峰值

19.9336

9.168

12.6904

12

4.2

5.6992

30.2008

36.1536

10

19.3696

24.1024

8.772

11.7592

如果要精确计算的话还需要考虑SRS和PRACH的开销，基带只能处理60256TBS的能力，由于TDD目前SRS都是配置在特殊子帧上，所以只需要考虑PRACH的影响。

（2）下行小区峰值吞吐量计算

下行峰值速率

特殊子帧配比

CFI

小区理论峰值（mbps）

10:

2:

2

1

25.62

40.3

54.98

64.18

52.17

82.32

112.47

131.61

2.3影响吞吐量的相关因素

2.3.1呼叫流程中与吞吐率有关的关键信令

2.3.2下行吞吐率基本影响因素

3.2.2.1下行调度基本过程

UE在规定的上行CQI、RI反馈周期时，上报CQI、RI（仅复用模式需上报）、PMI（仅闭环时需上报）。

且在下行有PDSCH时，反馈ACK/NACK。

eNB侧根据实际资源情况和调度算法，给UE分配相应的上行资源，在PDCCH上下发DLGrant和PDSCH给UE。

3.2.2.2影响下行吞吐率的基本因素

（1）系统带宽：

系统的不同带宽决定了系统的总RB数；

ChannelbandwidthBWChannel[MHz]

1.4

3

5

15

TransmissionbandwidthconfigurationNRB

15

25

50

75

（2）数据信道可用带宽：

公共信道的开销进一步决定了用户可以实际使用的资源，其中下行主要包括PDCCH和系统消息；

（3）UE能力限制：

在计算单用户峰值时，在考虑用户可用带宽时，还需要考虑UE能力的限制，不同类型UE具备不同的上下行峰值速率具体参考TS36.306；

UECategory

MaximumnumberofDL-SCHTBsizeswithinaTTI

MaximumnumberaDL-SCHTBsizeswithinaTTI

Totalnumberofsoftchannelbits

MaximumnumberofsupportedlayersforspatialmultiplexinginDL

Category1

10296

250368

Category2

51024

1237248

Category3

102048

75376

Category4

150752

1827072

Category5

302752

151376

3667200

ACsGAO，同时开始上

（4）编码速率限制：

传输块的编码速率不能超过0.93，这一点实际上限制了在某些场景下能够调度的最高MCS阶数，具体参考TS36.213；

（5）信道条件

信道条件主要包含RSRP，AVGSINR，信道相关性等参数，这些都会对实际的信号解调性能造成影响。

如果RSRP过低，则可使用的有用信号的越低；

如果AVGSINR过低，则干扰信号强度较有用信号越大；

而信道相关性会对RANK值计算造成影响：

一般MIMO模式要求信道相关性低，而BF模式则要求信道相关性高，这些都将对解调性能造成较大影响。

2.3.3上行吞吐率基本影响因素

3.2.3.1上行调度基本过程

在初始接入时，UE在PUCCH发送SR（调度请求），用来请求少量数据的上行资源调度。

eNB侧根据实际资源情况和调度算法，给UE分配相应的上行资源，在PDCCH上下发ULGrant通知UE；

在已有上行资源的情况下，UE在PUSCH发送BSR（缓冲区状态报告）进行上行资源调度请求；

eNB侧在PDCCH上下发ULGrant通知UE。

3.2.3.2影响上行吞吐率的基本因素

系统的不同带宽决定了系统的总RB数，TS36.104；

（2）数据信道可用带宽：

公共信道的开销进一步决定了用户可以实际使用的资源，其中下行主要包括P