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TD-LTE基站传输带宽需求分析

【摘要】：本文根据TD-LTE的网络结构，给出了TD-LTE基站的峰值传输带宽的计算方法，然后在峰值传输带宽的基础上，给出了三种保证带宽的计算方法，对TD-LTE基站的传输带宽需求进行了分析。
【关键词】：TD-LTE传输带宽峰值带宽保证带宽

在北京怀柔以及上海世博的TD-LTE试验网的测试中，TD-LTE的峰值速率均可以达到每小区80Mbps左右的理想传输速率。更高的传输速率决定了无线基站所需要的传输带宽要求更高，而无线基站传输带宽要求的不同，也决定了对传输网络规划建设要求的不同。
本文对TD-LTE峰值带宽以及保证带宽的几种计算方式进行了分析讨论，希望提出合理的TD-LTE基站所需传输带宽需求，为传输网络的规划建设提出合理的要求。
一、TD-LTE的网络架构
TD-LTE网络与2G/3G网络的架构完全不同，去掉了BSC/RNC这个网络设备，只保留了E-NodeB网元，目的是简化网络架构和降低时延。RNC功能被分散到了E-NodeB和接入网关（aGW）中。

图1 GSM/UMTS网络架构向LTE网络架构的演进
E-NodeB与aGW之间的接口称为S1接口。S1接口也分为用户平面和控制平面。其中用户平面接口S1-U将eNB和SGW连接，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。而控制平面接口S1-MME则将eNB和MME相连，主要完成S1接口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能。
E-NodeB之间通过X2接口互相连接，形成了所谓Mesh型网络，这是LTE相对原来的传统移动通信网的重大变化。X2接口也分为用户平面和控制平面。X2用户平面接口X2-U在E-NodeB之间的IP传输层上，采用面向非连接的UDP协议进行用户数据传输，在UDP协议之上承载GTP-U协议，即采用了和S1接口相同的用户平面机制。X2控制平面接口X2-C的协议结构底层也采用了SCTPoverIP的机制，保证信令的可靠传输。

二、峰值传输带宽计算
根据TD-LTE的网络架构可以看到，E-NodeB基站的总传输带宽需求包括S1用户平面的业务数据带宽需求、S1控制平面的信令传输带宽需求、X2用户平面的业务数据带宽需求和X2控制平面的信令传输带宽需求几部分。
具体计算公式为：
E-NodeB总带宽需求=（S1用户平面带宽需求+X2用户平面带宽需求）×扇区数＋S1控制平面带宽需求+X2控制平面带宽需求＋其他开销带宽
其中：
S1用户平面的业务数据带宽需求与小区吞吐量相关，可以用（扇区吞吐量×扇区数）来表示，对于峰值传输带宽计算时，扇区吞吐量采用峰值传输速率进行计算
X2用户平面的业务数据带宽需求与小区中同时切换的用户数及每用户平均需要转发的数据量相关
切换时的X2用户平面流量较少。同时如果用户在切换时，流量从X2接口走，则不占用S1接口，因此总的S1+X2流量不变。
S1控制平面带宽需求约为1Mbps
设一个基站与另一个基站的X2接口信令带宽约64kbps，一个基站与邻近16个基站有X2连接，X2控制平面的带宽需求总共约1Mbps流量
其他开销带宽每个厂家不一样，可以按照5%计算
从上面的公式可知，要计算基站的峰值传输带宽，需要计算单小区的峰值速率。目前，单小区峰值速率计算有两种方法。
方法一是采用单时隙承载的bit数进行计算。首先分别计算一定带宽和调制方式下的子帧时隙和特殊时隙的所能承载的bit数，然后根据时隙配比、MIMO方式计算单小区的峰值速率。
对于20MHz带宽，调制方式为64QAM的情况下，每一个子帧时隙单流承载bit数为：RB总数×[每RB的子载波数×(子帧内符号数-控制符号数)-RS数]×调制阶数×码率=71280bit；
每一个DwPTS时隙单流承载业务bit数为：RB总数×[每RB的子载波数×(DwPTS内符号数-控制符号数)-RS数]×调制阶数*码率=47520bit；
这样，若为2:2时隙配比，2×2MIMO，则下行峰值带宽为76.032Mbps；若3:1时隙配比，2×2MIMO，则下行峰值带宽为104.544Mbps。
方法二是采用最大TBsize的方式进行计算。首先根据RB数量及下行调制阶数确定下行时隙的Tbsize，根据RB数量及上行调制阶数确定上行时隙的Tbsize以及特殊子帧的Tbsize，然后在分别计算上下行的峰值速率。
其中：
下行峰值速率=下行普通子帧最大MCS的TBsize×每个无线帧包含的下行普通子帧数+下行特殊子帧最大MCS的TBsize×每个无线帧包含的特殊子帧数）/每个无线帧的时间
上行峰值速率=上行最大MCS的TBsize×每个无线帧包含的上行子帧数/每个无线帧的时间
对于带宽为20Mhz，RB数量为110，下行调制阶数为6，上行调制阶数为4的双流情况下，2:2时隙配