TD-LTE外场性能研究

　　一、背景介绍

　　2013年12月4日，国内开启了4G（第四代移动通信技术）即LTE在中国大陆正式商用的大门。本次官方向中国移动、中国电信和中国联通发放了TD-LTE牌照。仅中国移动而言，其2014年目标为建设50万个基站，预计明年再加20万个站后接近其GSM二十年部署基站数的90%。

　　技术层面上，中国移动的TD-LTE以八通道双极化智能天线为主而日本软银主要复用PHS（国内又称小灵通）的八通道圆阵天线，其他LTETDD运营商以两天线部署为主，同时各家应用的频谱也不尽相同（大多为B41、B38、B40，只有中国移动以B39作为室外部署主要频段），结合供货设备商、采购设备质量、站址条件、应用场景及应用业务等差异将导致TD-LTE网络性能和用户体验存在差异。因此，自2010年初起在中国大陆上进行实验室、小规模外场、大规模外场、扩大规模外场、商用后评估等一系列性能研究测试，为TD-LTE全国范围部署积累商用经验。

　　本文以中国移动在某省的商用示范片区为例，针对TD-LTE外场性能方面进行验证和探讨，以期对未来部署和优化提供更为准确的参考数据。

　　二、理论分析与需求

　　3G向4G演进的背后驱动力是移动设备新服务的创新和发展，并通过可用于移动通信系统的技术进步来实现。从通信技术本身来看，LTE相对3G标准是革命性的。为支持以数据交换类型为核心的新业务，特别是互联网产业带动的IP业务，LTE无线接口的主要底层设计参数有［3］：数据速率、延迟、容量等。本文重点关注数据速率。

　　以TD-LTE下行链路为例，20MHz系统带宽、3D:1U时隙配比、10:2：2特殊时隙配置下的物理层理论峰值速率约120Mbps。由于TDD系统的上下行链路共享频谱，因此应当折算为全时频谱利用的速率，即120Mbps/（4ms/5ms）=150Mbps，经过香农公式迭代计算可得信噪比需求至少为24dB。但从3GPP协议角度来看，该计算并不严谨。为获得Rel-8标准的理论峰值速率，协议规定需要选择的传输块大小TBsize为75376比特，对应的MCS需要达到28［4］。这里的SINR由基站根据UE的信道质量信息CQI反馈计算得到，并且多高SINR才能影射到MCS28并实现峰值速率传输还与系统厂商实现算法和终端解调能力有关。实际网络中，通常需要30dB左右的信噪比才能获得理论峰值速率。

　　上述速率为物理层传输速率，而实际应用通常考虑的是PDCP层速率，假定误块率BLER为10%，可简单折算PDCP层速率为物理层传输速率的90%。

　　对网络运营商而言，用户体验在流量经营的时代是核心竞争能力之一。因此，爱立信结合全球商用经验提出了应用覆盖APPcoverage的概念，如下图所示。智能手机及相关应用已经成为移动通信的主流，因此如何保障终端用户获得主流应用的良好体验成为网络运营商差异性的重要体现，同时分组交流类业务的接通率、掉线率等传统网络关键性能指标KPI也不再像电路交换类业务那么敏感。下图中三个百分比对应网络覆盖，三个数字为各覆盖百分比下应保障的应用层速率，单位为Mbps，其值可能因不同运营商而不同。但是为了确保主流应用的良好用户体验及网络性能竞争优势，爱立信建议值为1、10、30。通常，商用网络测试表明：90%点的连续覆盖速率约为50%点的平均覆盖速率的1/3。

　　

　　以LTE发展最为活跃的美、日、韩为例，PCMagazine测试报告：北美LTEFDD网络中AT&T性能较好（15MHz带宽），但也只有17Mbps的平均速率和8Mbps的连续覆盖速率，仍有一定的优化空间。相对而言，SignalsResearch在东京和首尔的测试结果更为优异［5］：东京为软银LTETDD商用网络，平均速率和连续覆盖速率为31Mbps和10Mbps；而LGU+在首尔应用3GPPRel-10的载波聚合（10+10MHz带宽）技术后达到了62Mbps的平均速率和20Mbps的连续覆盖速率，为业界树立了新的性能标杆。