基于Atoll的LTE網絡吞吐量影響因素研究

王 靜，李盼星

（中國通信建設集團設計院有限公司第一分公司，保定 071000）

基于Atoll的LTE網絡吞吐量影響因素研究

王 靜，李盼星

（中國通信建設集團設計院有限公司第一分公司，保定 071000）

文章主要通過理論分析和仿真研究網絡負荷、用戶分布對LTE網絡小區吞吐量的影響，然后根據分析結果給出網絡規劃建議。

LTE；小區吞吐量；網絡負荷；用戶分布

1 引言

隨著TD-LTE和LTE FDD牌照的相繼發放，LTE網絡建設正如火如荼的進行，據GSA 2015年4月9日發布的最新報告顯示，全球已有393張LTE商用網絡遍布于138個國家[1]。在LTE網絡建設中，容量規劃是關鍵環節，合理的容量規劃可以有效地評估網絡建設規劃，控制網絡成本，網絡吞吐量是容量規劃的兩項關鍵參數之一[2]。

如文獻[2]所述，影響小區吞吐量的因素主要有資源、網絡負荷、用戶分布、調度算法等，文獻[3]通過理論分析和仿真研究了帶寬、幀配置、調制方式對吞吐量的影響，文獻[4]首次量化性地深入分析了TD-LTE系統吞吐量與常規子幀配比、特殊子幀配比，以及不同RB帶寬配置的交互影響。本文將通過ATOLL軟件仿真驗證的方法研究網絡負荷和用戶分布對LTE網絡吞吐量的影響。

2 基于ATOLL的LTE吞吐量影響因素

2.1 仿真場景建立

2.1.1 仿真場景

某密集市區共9個站，站間距大約在580米左右，采用制式為TD-LTE，仿真頻段為1.8GHz，帶寬為20MHz，DL︰UL：2︰2，特殊子幀配置為10︰2︰2，CFI=2，未開啟ICIC，基站側2T4R，UE側1T2R。基站分布情況如圖1所示。

圖1 基站分布圖

2.1.2 定義

本文所研究的吞吐量有小區吞吐量、小區平均吞吐量、小區容量，獲取方法如下：

⊙ 小區吞吐量：所有連接到該小區的UE的吞

吐量之和。用戶的行為、業務各不相同。

⊙ 小區下行平均吞吐量：用戶按照一定規律分布時，整個區域的小區平均吞吐量=所有小區吞吐量之和/小區數。

⊙ 小區容量：在整個預測區域內放置一個探測終端（不會產生干擾的虛擬終端）遍歷所有像素點所得到的，用戶的行為在此次預測中是固定的。

2.2 用戶數對網絡吞吐量的影響

蒙特卡洛仿真設置四種業務類型：High Speed Internet，Mobile Internet Access，Video Conferencing和VoIP，如表1所示。每種業務類型對速率的需求不同。仿真根據每小區用戶數不同共分為12種場景，分別設置每小區每種業務用戶數為10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120，如表1所示。然后對12種場景分別進行蒙特卡洛仿真（圖2為場景一所得用戶撒點分布圖），得到用戶數與上下行小區吞吐量關系如圖3所示。

表1 場景設置表

圖2 場景一用戶分布圖

圖3 用戶數和小區吞吐量關系圖

由圖3可知：隨著用戶數增加，小區上/下行吞吐量和上/下行加載量均呈上升趨勢，這是由于用戶數增多則業務需求增加，調度器會根據每個用戶的鏈路狀況來為用戶分配頻域資源[5]，因此，有助于提升小區吞吐量。而加載量在一定程度上體現了RB利用率的情況，因此，隨著業務需求增大，RB利用率同樣呈上升趨勢。小區上/下行吞吐量上升到一定值，則趨勢變緩，上行吞吐量臨界值約為9Mb/s，下行吞吐量臨界值約為20Mb/s，對應的上/下行加載量為80%左右。這是由于RB資源利用率達到一定程度，吞吐量受到影響，本文通過大量仿真發現，吞吐量受限大致在加載量為65%～85%之間，因此，建議RB資源利用率達到65%以上可考慮擴容。

2.3 用戶業務對網絡吞吐量的影響

本節所設High Speed Internet的下行最大吞吐量需求為1024kb/s，上行最大吞吐量需求為128kb/s，最小吞吐量需求均為0kb/s；VoIP業務吞吐量需求為12.2kb/s。Mobile Internet Access，Video Conferencing業務需求位于High Speed Internet和VoIP之間。

圖4 用戶業務和小區下行吞吐量關系圖

圖5 用戶業務和小區上行吞吐量關系圖

仿真設置三種場景，場景一為蒙特卡洛仿真僅設置High Speed Internet業務；場景二為蒙特卡洛仿真僅設置VoIP業務；場景三維蒙特卡洛仿真設置High Speed Internet，Mobile Internet Access，Video Conferencing和VoIP四種業務類型。分別對單小區用戶數為80，160，240，320，400，480，560時的三種場景進行仿真（場景三設置每種業務用戶數相同），得到結果如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，小區吞吐量受用戶業務的影響較大，高需求業務則對吞吐量貢獻較大，VoIP業務對吞吐量貢獻較小。這是由于在相同的網絡條件下，業務需求大，所分配的PRB數量多，則產生的吞吐量較大。

2.4 鄰區負載對網絡容量的影響

本節所采用的值為蒙特卡洛仿真返回的加載量作為鄰區負載，在不同鄰區負載的條件下對小區容量進行預測得到結果如圖6所示。

圖6 鄰區負載和小區下行容量關系圖

由圖6可知，下行小區容量隨著鄰區負載增加而呈現下降趨勢，這是由于LTE網絡采用同頻組網，對于同頻部署的網絡，鄰區負荷越高，產生的同頻干擾越大。因此，網絡規劃的吞吐量指標要與預期負載相匹配。鄰區下行負載對上行小區容量的影響不大，這是由于LTE網絡上下行隔離度較好，這一結論與文獻[6]一致。

3 結束語

本文主要研究了用戶分布、鄰區負載對小區吞吐量的影響，研究表明業務加載量達到65%～85%之間，小區吞吐量增長會變緩，因此，建議RB資源利用率達到65%可考慮擴容。另外，網絡規劃的吞吐量指標要與預期負載相匹配，下一步工作將通過網絡實測數據對上述結論進行驗證。

參考文獻

[1] GSA. GSA: Operators commit to deploy LTE networks in 150 countries [EB/OL], http://www.gsacom.com/news/gsa_406,2014.5.

[2] 李正茂，王曉云．TD-LTE應用與實踐[M]．北京：人民郵電出版社．2014.1

[3] 石魁，李校林，金渝．TD-LTE系統吞吐量計算方法及其影響因素的研究[J]．移動通信，2013:110-114

[4] 肖清華．TD-LTE系統吞吐量能力定量分析[J]．郵電設計技術，2013.3:16-21

[5] 朱雪田，安曉東，高羽等．TD-LTE無線性能分析與優化[M]．北京：電子工業出版社，2014.5

[6] 寧波移動，大唐移動．TD-LTE單小區性能測試項目報告．2012. http:// www.docin.com/p-758682453.html

Research of LTE Throughput Influencing Factors based on Atoll

Wang Jing, Li Panxing
(The First Branch of China International Telecommunication Construction Group Design Institute Co., Ltd., Baoding, 071000)

Firstly, the paper studies the influence of traffic load and user distribution in LTE throughput through theoretical analysis and simulation, then gives some suggestions on LTE network planning based on the analysis.

LTE cell throughput; traffic load; user distribution

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.09.008

TN92

A

1672-7274（2015）09-0035-04

王靜，女，1986年生，碩士研究生，工程師，主要從事無線通信方面工作。