lte下载速率分析

2013年 9月 LTE 下载 速率 分析 一一 LTE速率分析的基础知识概述速率分析的基础知识概述 二 主要无线参数与速率相关分析 三 下载 速率比较分析 影响下载速率的主要因素 无线环境 网络设备测试设备 终端能力等级 (Cat3/4) 终端射频、基带性 能 测试软件 FTP客户端 服务器设置 覆盖 干扰 资源 切换 空口基本 配置 无线 资源 调度算法 切换参数 天 馈 传输带宽 . LTE帧结构 时域 100X10X14 频域 100 12X X 6 (64QAM) X 2 (MIMO) = 201.6M 决定空口理论速率的基本参数 p 系统带宽 p 子帧配比 p 特殊子帧配比 p TM模式 p CP长度 p 控制信道开销 p UE能力等级 p 各协议层开销 理论速率计算 -子帧配比 p 子帧配置：决定传输下行数据的子帧数 p 特殊子帧配置：决定了特殊子帧是否可以传输下行数据 当 DWPTS符号数 为 9或以上 时（即特殊子帧配置为 7），特殊子帧是可以传输数据的 特殊子帧如果用于传输数据，吞吐量是正常下行子帧的 0.75倍；如果丢失此 0.75倍传 输机会，则损失的吞吐量为 0.75/3.75 = 20%（ 0.75/2.75=27%) TD-S为 4:2的配置，若不改变现网配置， TD-LTE在需要和 TD-S邻频共存的场景下，时 隙配比只能为 3:1+3:9:2 DL-UL Configurat ion Switch-point periodicity Subframe number 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 ms D S U U U D S U U U 1 5 ms D S U U D D S U U D 2 5 ms D S U D D D S U D D 3 10 ms D S U U U D D D D D 4 10 ms D S U U D D D D D D 5 10 ms D S U D D D D D D D 6 5 ms D S U U U D S U U D -6- p TB Size, 一个子帧上一个码流上的数据块大小，由占用的 PRB数量和 MCS共同决定 与 CR（码率）有关；如果 CR超过 0.93， MCS就要降阶。（ CR = (TBS+CRC)/可 携带比特数） 双流时，需要查表得到双流时的 TB Size， 不一定是单流 TB Size的 2倍 p UE能力等级： CAT3损失的吞吐量： 1-102048/149776=31.9% 理论速率计算 -TB Size 常用配置下的最高理论速率 基本 条件（ 2*2MIMO） 下行理论峰值速率（ mbps） 带宽 子帧配置 特殊子帧配 置 CAT3 CAT4 单流 双流 单流 双流 20M 配置 1 （ 2:2） 配置 5 （ 3:9:2） 30.15 40.82 30.15 59.91 配置 7 （ 10:2:2） 41.46 56.13 41.46 82.37 配置 2 （ 1:3） 配置 5 （ 3:9:2） 45.23 61.23 45.23 89.87 配置 7 （ 10:2:2） 56.53 76.54 56.53 112.33 p 20M带宽， RB满调度，双天线端口、选择最高阶的 MCS28，且不考虑信道开销的情 况下，计算得到的理论峰值速率见下表： 理论速率与 MCS关系 p 20M带宽， RB满 调度，子帧配置为 2:2或 1:3，特殊子帧可用于传输下行数据时，理论 速率与 MCS的关系如下图所示： MCS为 10、 15、 20时理论速率分别为 23M、 46M 、 70M 与速率相关的参数 速率相关参数 1. 无线参数 RSRP RSSI RSRQ SINR 2. 终端反馈参数 CQI RI 3. HARQ参数 BLER ACK NACK 4. 资源调度参数： RB MCS TB Size 单双流 5. 功率参数： RS功率 Pa Pb RS信号介绍 RS （ Reference Signal）是下行参考信号，就是常说的 “ 导频 ” 信号，是发送端 提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种已知信号。 RS信号在天线端口 port0,1,2,3上发射 每个 RS信号占用一个 RE资源（一个子载波 X 一个调制符号） 任何一个天线口某个时隙中用来传输参考信号的资源元素 (k,l)，在另外一个天线口 的同一个时隙和时隙零上不能用于任何传输 在频域上，每 6个子载波插入一个参考信号；在时域上，每个时隙插入两行 RS信号 ，如下图所示： 小区搜索 信道估计 调度下行资源 邻区测量（切换） 非 Beamforming模式下的解调 作用 RS信号介绍 p 对 RS信号位置的确定即确定 RE (k， l)的位置： p PCI的规划对 RS信号的影响（ PCI mod 6）： 在时域位置固定的情况下，下行参考信号在频域有 6个 freq shift。如果 PCI mod 6值 相同，服务小区与邻小区的 RS信号位置可能相同，会造成下行 RS的相互干扰（在一个 TX antenna下）。 RSRP （ Reference Signal Receiving Power）： 指在测量带宽内承载 cell-specific reference signals的所有 RE上接收到的信号功率线性平均值 （参见 36.214） 。表征 导频信号的强度，而非质量。 基本无线参数 - RSRP slot0 slot1 RSRP： R0平均值 RSRP测量的局限性 目前终端对 CRS-RSRP的测量，仅测量 中心频率附近 1.08MHz带宽（即 6RB） 范围内的 RSRP，并非 20MHz带宽内的 RSRP RSRP Total为测试终端天线 R0和 R1中的最 大值 注意 RSSI （ Received Signal Strength Indicator）： 指在测量带宽内所有包含参考信 号的 OFDM符号上接收到的信号功率的线性平均值（参见 36.214） ，包括 本小区 和同频 邻 小区在此位置的信号、邻道干扰、热噪声等全部信号量 。 RSSI与测量带宽有关 RSSI 注意 基本无线参数 - RSSI RSRQ （ Reference Signal Received Quality ）：是 RSRP和 RSSI的比值，因为 两者测量所基于的带宽可能不同，会用一个系数来调整，也就是 RSRQ = N*RSRP/RSSI 其中， N为 RSSI测量带宽内的 RB数 RSRQ的分母是接收带宽上的总功率，分子是接收带宽上的参考信号功率，一定程 度上可以认为反映了信道质量。但是分母 RSSI既包含 RS的功率，又包含 PDSCH的 RE的功率，所以事实上 RSRQ并不能准确无误的指示 RS的信号质量。 一定程度上反映信道质量 邻区测量（切换） 在小区选择或重选时，通常使用 RSRP就可以了，在切换时通常需要综合比较 RSRP与 RSRQ，如果仅比较 RSRP可能导致频繁切换，如果仅比较 RSRQ虽然减少切换频率但可 能导致掉话，当然在切换时具体如何使用这两个参数是 eNB实现问题 作用 注意 基本无线参数 - RSRQ RS-SINR：真正的 RS信号质量 RSRP RS-SINR = - RS-RSSI - RSRP 因为 RS-SINR没有在 3GPP进行标准化，所以目前仅在外场测试 中不同 厂家在实现中 可能会有一定偏差 用于确定等效的 SNR阈值，从而确定 CQI 因为 RS在所有 RE资源中均匀分布，所以 RS-SINR一定程度上可以表征 PDSCH（业 务信道）信号质量 作用 注意 基本无线参数 - SINR CQI（ Channel Quality Indication）： 信道质量指示。指满足某种性能（ 10%的 BLER）时对应的信道质量 (包括当前的调 制方式，编码速率及效率等信息 )， CQI索引越大，编码效率越高。 引入原因： eNodeB要决定编码方式，而作为发射端， eNodeB并不清楚信道条件如何，就需 要 UE来反馈这个信道质量，协议把这个信道质量量化成 015的序列（ 4bit数来承 载），并定义为 CQI CQI的计算： 测量 CRS-SINR 确定等效 SNR阈值（ BLER=10%） （小于或等于 SINR的最大 SNR阈值） 查表找到对应的 CQI 不同设备厂家算法可能不同 CQI的作用： 表征下行信道质量 用于确定 MCS 在 PUCCH上发送，如果有上行业务，在 PUSCH上发送 终端反馈 参数 - CQI MIMO基本原理 接收端信号可表示为： 也可表示为矩阵形式： 即： 信道相关性是决定 MIMO的关键条件 RI（ Rank Indication）： RANK为 MIMO方案中天线矩阵中的秩，表示 N个并行的有效的数据流。 由 UE计算并反馈给 eNodeB，但是基站用 RI仅作为选择 Codeword的一个参考，实 际选择的 Codeword值要还考虑其它因素。 RI作用： 决定 Codeword数的条件之一 在 PUCCH上发送，如果有上行业务，在 PUSCH上发送 终端反馈 参数 - RI HARQ = ARQ+FEC，采用 N进程停等协议（ N-process-SAW ） 按照重传发生的时刻来区分，可以将 HARQ可以分为同步和异步两类 如果重传发生在固定的时刻就称作同步 HARQ 如果重传数据发生的时刻未知，则称作异步 HARQ，需要额外的信令携带 HARQ 进程号 根据重传时的数据特征是否发生变化又可将 HARQ分为非自适应和自适应两种，其 中传输的数据特征包括资源块的分配、调制方式、传输块的长度、传输的持续时间 HARQ的重传策略： CC和 IR IR增量冗余：第一次传输发送信息 bit和一部分的冗余 bit，如果第一次传输没有 成功解码，重发送额外的冗余 bit，通过重传更多的冗余 bit降低信道的编码率，从 而实现更高的解码成功率 CC即 Chase合并，可以看做是 IR的一种特殊情况 HARQ简介 HARQ的概念 HARQ简介 LTE DL HARQ 自适应异步 HARQ PDCCH携带 HARQ进程号 重传总是通过 PDCCH调度 UL ACK/NACK在 PUCCH/PUSCH上发送 重传使用 IR DL UL P D C C H P D S C H HARQ=2, RSN=0, NDI=0 P D C C H P D S C H HARQ=2, RSN=1, NDI=0 P D C C H P D S C H HARQ=1, RSN=2, NDI=1 P D C C H P D S C H HARQ=1, RSN=0, NDI=0 TTI 0 TTI 1 TTI 2 TTI 3 TTI 4 TTI 5 TTI 6 TTI 7 TTI 8 TTI 9 TTI 10 TTI 11 TTI 0 TTI 1 TTI 2 TTI 3 TTI 4 TTI 5 TTI 6 TTI 7 TTI 8 TTI 9 TTI 10 TTI 11 P U C C H NACK P U C C H ACK DL HARQ流程 HARQ简介 RSN：传输序号 NDI：翻转指示是否为重传 终端解码子帧头部的 PDCCH确定是否给自己的数据（盲解） 解码 PDSCH内容 在约定位置发送 AckNack信息 DL HARQ流程 PDSCH BLER（ Block Error Rate）： 即误块率，错误的传输块在所有发送的传输块中所占的百分比（只能计算成功解码 PDCCH后的 PDSCH）。 ACK与 NACK： 发送端根据数据块计算出一个 CRC，并随着该数据块一起发送到接收端。接收端根 据收到的数据计算出一个 CRC，并与接收到的 CRC进行比较，如果二者相等，接收 端就认为成功地收到了正确的数据，并向发送端回复一个 “ ACK” ；如果二者不相 等，接收端就认为收到了错误的数据，并向发送端回复一个 “ NACK” ，以要求发 送端重传该块。 HARQ参数 - BLER/ACK/NACK 作用 表征数据传输的准确性 也可以反映信道质量 UE下行传输所需 PRB资源由业务速率和频谱效率共同决定： 其中， Traffic Rate为业务速率，与 UE能力等级，网络侧的调度优先级及调度策略等因 素有关 Frequency Efficiency，频谱效率，由 CQI决定 资源调度参数 - PRB 作用 表征下行频域资源分配的饱和度 注意 下行时域资源分配的饱和度可由 DL Grant Num表征 MCS（ Modulation and Coding Scheme）： UE上报的 CQI只有 015，因此还需要某种算法来将 CQI映射为 MCS（ 028），即 4bit映射为 5bit，这个映射算法由设备厂商提供， 不同设备厂商可能不同 决定有效传输的数据量 影响终端解码成功率 资源调度参数 - MCS . 作用 TB Size大小由 和 决定（参见 36.213） 其中 表示传输所需的 PRB资源， 20M带宽对应的 =100 TB Size与 UE能力等级有关 双流时的 TB Size不一定是单流的 2倍 需要查表得到，参见 36.213 资源调度参数 - TB Size 作用 直接决定了速率的大小 单双流由 Codeword=1 or 2决定 仅体现在物理层 Layer1 单双流切换算法相关的参数： TM模式 频谱效率 RI Counter BLER 资源调度参数 - 单双流 作用 决定 TB Size的大小，进而 影响下行速率 Mode 传输模式 技术描述 应用场景 1 单天线传输 信息通过单天线进行发送 无法布放双通道室分系统的室内站 2 发射分集 同一信息的多个信号副本分别通过多个衰落特性相互独立的信道进行发送 信道质量不好时，如小区边缘 3 开环空间复用 终端仅反馈信道的秩信息，发射端结合该秩信息，按照设定的规则选择码本来发射信号 信道质量高且空间独立性强时 4 闭环空间复用 需要终端反馈信道的秩信息和码本，发射端结合该信息来发送信号 信道质量高且空间独立性强时。终端静止时性能好 5 多用户 MIMO 基站端利用用户间空间信道的独立性，使用相同时频资源给不同用户发送各自的数据， 用户数较多，易于配对调度，信噪比条件比较好 6 单层闭环空间复用 终端反馈 RI=1时，发射端采用单层预编码，使其适应当前的信道 对于信道散射环境相对简 单，或天线间距难以满足 充分的空间隔离 7 单流Beamforming 发射端利用上行信号来估计下行信道信息，以期实现最大比合并发送 获得充分的天线阵列增益 8 双流Beamforming 结合复用和智能天线技术，进行多路波束赋形发送，提高用户的峰值和平均速率 信噪比较高且空间独立性相对较好 基站的发射功率会平均到每个子载波上，因此，每个子载波的发射功率受系统带宽 的影响。同样发射功率下，带宽越大，每个子载波的功率越小。 LTE的功率一般通 过 RS功率， PA， PB三个参数进行调整。 RS功率：表示为一个导频子载波（ RE）上的功率 ，该参数由网络场景、小区半径 以及规划的覆盖率共同决定。默认取值对应基站单天线最大功率平摊到每一个 RE 上。 其它信道的功率是通过配置与参考信号的偏移进行设置 功率 参数 - RS功率 作用 LTE中的基准功率 Pa： Type A符号的发射功率 。功率分配时，要尽量保证下行带宽全部分配的条件下， eNB功率正好用完。 RS功率一定时，增大该参数，增加了小区所有用户的功率，提高 小区所有用户的 MCS，但可能造成功率受限， RB分配不足，反而影响吞吐率。 功率 参数 - Pa与 Pb Pb： Type B符号的发射功率 。 PB=B / A ，表示 PDSCH EPRE（ TypeA）和 PDSCH EPRE（ TypeB）的功率偏置信息（线性值） 。 作用 Pa与 Pb的设置可以决定基站的功率利用率，进而影响 RB的频域调度 功率 参数 - Pa与 Pb 现象： 发现在覆盖较好的路段下载速率较低，小于 40Mbps，不满足 KPI要求 分析过程： 1 、查询基站运行情况，无告警； 2、排查空口信号质量：下行信号 -72dbm， Average SINR为 32.34，传输模式为 TM3，上行发射功率 较小，基本排除干扰的可能，上下行信号质量良好； 3、查看调度阶数， code1调度正常，且 MCS基本都处于较高阶数； 4、观察 PDCCH DL GRANT调度数为 600，调度正常（目前时隙配比每秒最多 600次） 5、观察 RB调度情况，发现多个 RB资源调度不足 6、 检查小区功率参数设置，发现 PA参数设置为 -3， PB参数设置为 3，根据功率利用率分配表可知此时 功率利用率仅为 67 解决方法： 修改 PB参数为 1，该路段 PHY DL THR由 35Mbps 提升至 47Mbps 案例分析 参数小结 与速率相关参数之间的关系 一一 LTE速率分析的基础知识概述速率分析的基础知识概述 二 主要无线参数与速率相关分析 三 下载速率比较分析 3城市测试概况 平均下载速率：城市 A最高，城市 C最低 城市 C上下行子帧配置为 2： 2，因此理论峰值速率应低于城市 A和 B 终端能力等级： Cat4 测试 城市 上 下行 子帧 配比 特殊子帧 配比 理论峰值 速率（ Mbps） 平均 下载 速率 (Mbps) 平均 /理论 速率比 Band3 8占比 Band39 占 比 Band4 0占 比 A 1:3 9:3:2 112 39.25 35% 11.80% 88.20% 0.00% B 1:3 10:2:2 112 30.26 27% 99.99% 0.00% 0.01% C 2:2 10:2:2 82 14.91 18% 99.34% 0.04% 0.62% 典型城市数据概况 从上图可以看出， SINR与 RSRP基本呈现线性关系， 在主要区间内 RSRP每提升 10db， SINR提升约 4-6db 相同 RSRP下不同城市的 SINR均值可能超过 5dB 城市 A的低 RSRP区间段 SINR波动较大。原因：该区间 段内样本点数较少如右图所示 SINR与 RSRP关系 13城市的整体统计结果，相同 RSRP下 ， F频段比 D频段 的 SINR值差 1-2dB 频段对 SINR的影响 小结 业务信道对 SINR的影响 相同 RSRP情况下，业务信道流量会对 RS信号的 SINR产生 (1-3dB)的影响 ，流量越大影响也明显 在同一环境下 CQI与 SINR成正比例， CQI每变化一阶 SINR大约变化 4db SINR高于 18db以上， CQI与 SINR关系曲线基本重合 SINR在 18dB以下，在 SINR相同位置 CQI可能有一个阶数的差距，说明 CQI计算还受到其它条件影响 CQI与 SINR关系 在同一城市测试中 MCS与 CQI基本呈线性关系 不同环境下，相同 CQI下平均 MCS可能相差 4阶 CQI是影响调度算法的重要因素之一 DL MCS 与 CQI关系 BLER 与 SINR关系 SINR在 0至 25区间内比较平稳，体现了调度算法中以 BLER为调控目标 SINR过低时使用低阶编码方式仍然 BLER较高 SINR很好时使用最高阶编码方式仍然可以获得较低的误码率 单用户时调度数量与 SINR相关性不强 多 个用户时高 SINR更易获得较多资源 SINR很差时由于调度优先级低或解码 PDCCH信息失败会导 致调度次数下降 下行调度数量 与 SINR关系 SINR在 0-10区间双流比例增长较快 单双流与 SINR关系 一一 LTE速率分析的基础知识概述速率分析的基础知识概述 二 主要无线参数与速率相关 性 分析 三 下载 速率比较分析 城市 A覆盖明显好于 B、 C，根据前面参数关系，这应该是 A城市比 B速率 高的重要原因 城市 B与 C的覆盖高度近似，因此覆盖不是 B、 C速率差异的主因 城市 平均 RSRP 边缘 RSRP RSRP连续弱覆盖里程占比 RSRP连续无覆盖里程占比 A -79.33 -94.80 0.30% 0.14% B -89.60 -114.10 20.34% 5.44% C -89.04 -114.00 14.34% 3.79% 覆盖指标统计 说明 A比 B的 RSRP均值高 10db，平均 SINR只略高与 B，边缘 SINR明显更好 B与 C的 RSRP相当 ，但 C的 SINR比 B差 3db 干扰指标统计 城市 平均 SINR 边缘 SINR 连续 SINR质差里程占比 A 15.80 3.60 0.89% B 15.51 -2.00 6.03% C 12.53 -1.40 7.14% 问题 BC城市 SINR差异分析 -邻区电平 两城市统计表明邻区信号相对服务小区信号强度对服务小区 SINR影响曲线很一致 城市 C服务小区与 邻 区的 RSRP更接近（ C城市邻小区 RSRP平均值更强），造成 SINR变差 说明 城市 B 城市 C 服务小区与最强 邻区差值的平均 10dB 5dB BC的小区频点对比 城市 38100占用时间 37900占用时间 异频切换比例 B 58% 42% 48.8% C 90.5% 9.5% 8.9% C城市网络以 38100为主，单频点导致干扰电平更高 B城市多频组网干扰控制