LTE基站传输带宽配置分析

1、LTE站传输带宽配置分析随着 4G 网络的快速发展，新建基站、双层网小区以及开通 CA 功能的小区大量入网，更多的小区，更快的速率意味着对传输带宽的要求更高。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。本文主要从江苏现网传输资源配置情况及集团要求的依据出发，分析在现网传输资源配置情况下，小区及用户 LTE 速率能力。一、峰值传输带宽计算根据 TD-LTE 的网络架构，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-

2、NodeB 总带宽需求二（S1 用户平面带宽需求+X2 用户平面带宽需求）X 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 x 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+X 说量不变。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

3、 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 1Mbp 航量其他开销带宽每个厂家不一样，可以按照 5 刈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。对于 20MHzt 宽，调制方式为 64QAM 勺情况下，每一个子帧时隙单流承载 bit 数为：RB总数 X 每 RB 的子载波数 X （子帧内符号数-控制符号数） -RS 数 X 调制阶数 X 码率=71280bit;每一个 DwPTSj隙单流承载业务 bit 数为：RB 总数 X每 RB 的子载波数 X（DwPT 汕符号数-控制符号数）-RS 数X 调制阶数*码率=47520

4、bit;这样，若 3:1 时隙配比，2X2MIMO 则 20MHzt 宽单小区下行峰值带宽为 104.544Mbps。根据如上计算结果，一个 TD-LTE 基站的峰值传输带宽需求可以按照下表计BBU 总容量S1+X2 用户面流量S1 控制面流量X2 控制面流量BBU 总带宽承载带宽（5 加销）3x20MHz 小区（S111）3x104.5443Mbps1Mbps317Mbps332Mbps20Mhz 小区（O1）104.5441Mbps1Mbps107Mbps112Mbps上表所计算的是一个 TD-LTE基站的峰值传输带宽需求， 在实际的传输网络的规划建设中，为了保证传输网络的经济效益，一般不

5、按照峰值传输带宽进行传输网络的建设，而是按照一定的方式来计算基站的保证带宽需求。二、保证传输带宽计算在实际网络中，由于无线传播环境的差异以及用户分布位置不同等原因，用户终端不可能都按照峰值速率工作。如果按照峰值传输带宽进行传输网络的的建设，将会造成很大的传输资源浪费。所以为了保证传输网络的经济效益，一般按照一定的方式来计算基站的保证带宽需求，按照保证带宽需求进行传输网络规划建设。保证带宽的计算有采用多种方式，可以根据峰值带宽按照一定的收敛比计算，也可以按照峰值和平均值进行配比计算，还可以根据网络仿真进行估算。以下采用峰值和平均值配比计算保证传输速率按照峰值和平均值进行配比计算的计算方法，是在实

6、际配置传输接口时根据平均值和峰值配比进行计算。前面所计算白单扇区的 3:1 时隙时用户面的峰值为 104.544Mbps,平均值为 26Mbp，该值为集团提供）。按照 1 个峰值，2 个平均值进行计算，3:1 时隙配置 S111 基站需要的带宽为：(104Mbps+226Mbps+3+11,05=168Mbps三、集团规范传输带宽配置分析集团最新下发的中国移动城域传送网建设指导意见(2016 版)，其中对于接入层的规范如下：城区， PTN 接入环应以单层环或环带短支链结构为主， 单个接入环上的基站站址数建议为6-8 个，最大不超过 10 个；乡镇农村区域，PTN 接入环还可采用 2 级接入环带

7、短支链的结构，单个接入环上的基站站址数建议为 6-10 个，最大不超过 15 个。对于现有 GE 接入环，当环上接入的 4G 站点拟规划采用异频组网或为 S222 站型、或环上接入的集团客户专线较多时，优先考虑升级成 10GE 接入环，当现网设备不支持升级为 10GE 时，可采用叠加环、拆环或跳点组环方式组网。对于承载 4G 基站回传的 GEPTNg 入环，当环上忙时平均流速连续 7 天超过环网带宽的70%连续 2 天超过 80%寸，可考虑升级为 10GE4E 双 GE 环。根据集团规范要求，在城区环境下，若一个 GE入环下挂 10 个 S111 基站，每个 4G 基站规划分配带宽 80Mbp

8、s,剩余 200Mbps 用于承载 2G3G 集客等业务。 单 4G 小区等分配的带宽为(80Mbps/1.05-3-1)/3=24Mbps,约为单小区峰值速率的 23.07%;在乡镇农村环境下，若一个 GE 接入环下挂 15 个 S111 基站，每个 4G 基站规划分配带宽60Mbps, 剩 余 100Mbps 用 于 承 载 2G3G 集 客 等 业 务 。 单 4G 小 区 等 分 配 的 带 宽 为(60Mbps/1.05-3-1)/3=17.7Mbps,约为单小区峰值速率的 17.02%;根据集团规范要求，S222 以及开通 CA 功能的基站应该配置于 10GE入环，因此以上仅讨论

9、S111 基站。 由于无法获取我省接入环下挂基站准确配置情况， 无法评估我省配置情况是否符合集团要求。四、PTN 最高承诺带宽(PIRCIR)配置分析对于 PTN高承诺带宽(PIRCIR)配置要求，集团规范如下：原则上 CIR 按照核心层规划带宽进行配置，PIR 按照 1 个扇区峰值+其他扇区均值的带宽进行配置。鉴于目前 S111 的 4G 基站，CIR/PIR=40M/440M 的配置能够满足载波聚合后 4G 基站的测速要求和用户体验，因此载波聚合后 PTN 带宽配置暂时不做调整。更高载频配置的 4G基站可适当提高 PIR,CIR 在现阶段建议仍维持 40M,后续基站忙时均值流速高于 40M

10、 时可及时根据业务增长预测提高。1）每个基站可以保证的带宽大小是 CIR,各基站的 CIR 之和不会超过接入环汇聚环的物理带宽；2）如果基站没有流量或流量低于 CIR,同时接入汇聚环有富余容量，其他基站可以获得大于 CIR、小于 PIR 的带宽；3）目前集团要求的配置如下：站里场量及配置帚蜜高旗（Mbps）宏蒂站CIR40PIRSL1/S22CIRiOPIR295室内分布标统信源01CIR加（室分取 SOW（室分单器）FIR150室分双路）751 室分单部,做基站.皮地站.超基站篁针 r 室内而盖S1/DLCIR姐m156现网实际采用以上配置的时候，出现了下载速率受限的情况，该问题在 D频段小

11、区以及开启了 CA 功能小区等高下载速率小区中尤其明显。对于此类问题分析如下：由于不同服务器对于发包的机制不一样，部分服务器在发包时会采用离散脉冲的形式，针对这种服务器，通过服务器灌 UDP 包（100Mbps）的同时，使用 WIRESHARK：具在发送端进行抓包进行流量分析，发现了问题所在：1、在服务器发送端抓包，统计 UDP 包的流量。发现以 1S 为统计粒度时，没有突发的流量，速率很平稳：从服务器灌包+抓包的数据分析已经可以得出问题的根因，即服务器在发包的时候不是每个时刻平稳的发包，而是类似离散脉冲形式，每毫秒发送的最大数据可以达到 1000kbit。而传输的限速带宽为 320Mbps

12、即使加上 100K 左右的缓存，每毫秒可以通过的包大小为 320kbit+100bit 约为 420kbit。这个时候服务器发送的包大小已经在瞬时超过了传输限速带宽，因此在传输侧发生了丢包的现象。可以通过增大 PIR 来减少瞬时数据溢出导致的传输丢包，采用不同 PIR 设置后下载速率变化情况如下：PTNPIR 设置(Mb不限速480490500510520530540550560FTP 下载速率（Mb）71535660626368716865参考以上测试结果，对比开启 CA 和未开启 CA 站点采用不同 PIR 设置后下I事nK0M唉*BtdMi3加w.1才丹_，口BF，.惺原附1。一ms.1

13、TOR t.1%事，。/toL kgRj*lQ.Xa.4.1l力足，科:15lQ.li.4%)幅r心也喜TQP）帆啦81*LLLFLOJM串垢，QM1IC*A01由1L”%-1M.一%仇ICTe.glW此印.弧1她力机工IBAkfliiMliMr*.W*to1工上司SI日触UHfJigDjdrt二卬山3奉有6而MF1/nCEC；-EL!7fi-iai：H(ccscnttlJT41m:113.MTSclEWEMtlw-iiffl-A.|PCEEH*IQfiklSM,氟力.MTI*1114nCWPdl一加IMS1，*W:Hrwffi|MClll*)-9*1K以 0.001S 为统

14、计粒度时（即 1ms）,发现服务器发送的包是一个一个类似离散的脉冲，最大的脉冲包长度达到 1000kbit 以上:_j)jiBUtofl.也xCTTWT1融 心峪3IkfiLKkJ1够心他T11GrXhT,1件-M*。 二，10.174-雄一力*依加旧14，弧M19”1弧上孙弧1%M14H5.所型一,制做京1宣.H十！*、：$E/Ti：廿土“写口丁丽讨喘*1诅3FttWMfgru;=*：触；96：1iX：3*U0；0；即Xw：C1*4-vw:PFMteeilIWMEgre-M,*，.*.1(1口.|/，.口口，ME必峰式ctmr41wMc,Ci-K.1也也幡帚U弧QIBMlOulMsflL*u

15、c.aim好*.期1询1*1厘心1工事Q-16,iP4n,1载速率情况，测试结果如下：（闲时测试，均选择无线网络好点）站名保证带宽(CIR)最大带宽(PIR)测试软件测试结果平均速率(Mb下行平均每时隙调度PRB 个数下行子帧调度率未开启 CA 功能小区4044047.9898.36820.216066046.1098.30853.928088052.0898.54801.8640100048.6798.60846.4680100048.2698.52831.73开启CA功能小区4044063.5198.07843.426066099.9698.19853.4780880100.8798.44

16、842.22401000100.8798.21849.538010009998.35852.59所有测试点均是无线好点，调度基本相同的情况下，除开启 CA 小区 40440配置下速率受限外，其他测试点基本均达或接近最大速率。服务器在发包的时候并不知道用户空口情况，都是采用的同样的脉冲发包。在小区开启了 CA 功能后，单用户空口速率提升到了 100Mbps 左右，此时如果 PIR 设置过小，就会出现 PTNg包大于 eNodeM 包，整体速率由于传输受限的情况。当小区未开启 CA 时，单用户空口速率 50Mbps 左右，此时只要保证 eNodeBS 包大于 PTN 丢包，速率空口受限，即使进一步

17、提升 PIR 也无法提升用户感知。考虑到 CIR 定义是承诺带宽，主要体现在网络忙时保证单个基站的最少分配带宽，通过忙时无线好点测试验证不同 CIR 配置下下载速率感知，以下为测试结果:站名保证带宽(CIR)最大带宽(PIR)测试软件测试结果平均速率(Mb下行平均每时隙调度PRB 个数下行子帧调度率测试小区 140100049.3578.86649.1180100067.4098.08806.94测试小区 240100034.5497.37736.3180100037.3397.28699.51测试小区 440100055.4997.33663.8180100060.8396.81731.51

18、在网络整体较忙的情况下，由于服务器脉冲发包机制，即使接入环整体负荷低于 50%也依然可能存在部分业务瞬间占用所有传输容量，导致其他基站只能占用承诺带宽的情况。此时提升基站的 CIR 配置，可以明显提升该基站下用户整体速率感知五、PTN 接入环负荷分析目前我省 PTN 接入环负荷主要通过工具采集传输网管上接入环 15 分钟负荷平均值，集团对于 PTN 接入环扩容标准如下：对于承载 4G 基站回传的 GEPTNS 入环， 当环上忙时平均流速连续 7 天超过环网带宽的 70%连续 2 天超过 80%寸，可考虑升级为 10GEE 双 GE 环。我省各地市接入环整体带宽满足度均已达标，但目前传输网管无法

19、统计单独某个接入环规划带宽满足度情况，各地市整体带宽满足度情况如下:带宽10GEGE4G 传输带宽满足度地市总拓扑数越限总拓扑数越限常州11084980100.00%淮安4674802100.00%连大港6223610100.00%南京19048106100.00%南通11663271100.00%苏98%泰州3202552100.00%无锡25054628699.92%宿迁10592798100.00%徐99%盐城6725739100.00%扬州11203420100.00%镇江9492209100.00%总计14290155894100.

20、00%参考集团标准、我省各地市整体接入环规划满足度及各接入环 15 分钟峰值利用率，可以发现我省各地市基本不存在接入环负荷超标的问题，即不存在传输流量竞争的现象。根据第四节测试结果，可以得知服务器发包存在突发性脉冲的现象，同时绝大部分用户行为是短时间突发流量为主。采用 15 分钟平均方式统计的 GE 环峰值利用率无法明确体现该 GE 环实际峰值负荷。提取徐州两个 GE 环，对比 15 分钟平均利用率与秒级峰值利用率，结果如下：GE环1:传输测网元：市区银湖小区搬迁-65-汇聚，对应端口：市区银湖小区搬迁-65-汇聚带宽利用率峰值(2017.1.1916:00-16:15)15分钟粒度指标:网元

21、名称端口带宽(Mbps)接收流速峰值(Mbps)发送流速峰值(Mbps)带宽利用率峰值(%)带宽繁忙度(%)带宽利用率均值(%)市区银湖小区搬迁-65-汇聚10004.5739.313.9300.63GE环2:传输测网元：市区手机城-65-汇聚，对应端口:市区手机城-65-汇聚-PGEA0-1-8-1:4带宽利用率峰值(2017.1.1912:45-13:00)15分钟粒度指标:网元名称端口带宽(Mbps)接收流速峰值(Mbps)发送流速峰值(Mbps)带宽利用率峰值(%)带宽繁忙度(%)带宽利用率均值(%)市区手机城-65-汇聚100025.37137.4113.7403.78从以上采集数据

22、可以看出，环 1、2 秒级峰值负荷分别为 15min 级平均负荷的 6.23、3.63 倍， 可见如果根据集团标准采用 15 分钟平均负荷 70 犯上才扩容 PTN 专输， 不可避免会出现传输环网瞬时超负荷导致的流量竞争。由于我省暂未实现所有传输网管秒级负荷采集，因此暂无法得到全省传输秒级环网负荷评估结果。 目前仅能初步推断 15min 级平均负荷达到 40 犯上即有可能会出现瞬时负荷超90%但瞬时负荷过高对整体用户感知的影响程度暂未明确，有待联合传输专业进一步研究确定。六、传输带宽配置需求总结综合理论计算结果及实际测试验证，可以得出结论如下：1)根据集团规范及我省规划配置，目前单小区规划传输带宽为城区：24Mbps 农村：17.7Mbps,低于集团规范的单小区平均速率带宽需求 27mbps 远低于 20Mhz 小区最大需求带宽 104.5Mbps；2)由于服务器脉冲发包的特性，为保证 PTNg 包低于 eNodeBg 包，下载速率不受限于传输，接入环至少应该保留 440Mbps 以上的空闲容量；3）在接入环保留 440Mbps 以上空闲容量的情况下，为满足 S111 基站接入环规划带宽 80Mbps 的集团规范要求，单个 GE 环下挂 S111 基站数应该不超过 8 个（即7M0+1M40）,若接入环下挂小基站或室分，