焦燕鴻，趙旭凇

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 概述

隨著TD-LTE網(wǎng)絡建設的逐步展開，網(wǎng)絡用戶數(shù)和話務量將會持續(xù)、快速的增長，對TD-LTE網(wǎng)絡資源的需求也越來越大。為了能夠更好地衡量網(wǎng)絡負載情況，需要指定無線利用率指標，用于有效合理地評估TD-LTE無線網(wǎng)絡資源利用情況。與現(xiàn)有的其他無線通信系統(tǒng)不同，TD-LTE采用了更加高效動態(tài)和復雜的網(wǎng)絡調(diào)度策略，無論控制信道還是業(yè)務信道，甚至控制信道中的某個參數(shù)的資源占用，都是根據(jù)網(wǎng)絡實際接入用戶及其發(fā)起的業(yè)務、信道質(zhì)量等多方面的因素動態(tài)決定。TD-LTE無線利用率的取定需要考慮的內(nèi)容和因素更加復雜。同時，為了維護方便，該指標又必須制定的簡潔、明確、方便統(tǒng)計、易于理解。本文在充分分析TD-LTE物理層資源及其調(diào)度方法的基礎上，提出評估思路，并結(jié)合設備廠家數(shù)據(jù)采集能力提出了無線網(wǎng)絡利用率的評估標準和方法。在此基礎上，討論了以該指標為基礎的擴容標準的制定。

2 TD-LTE技術特點及其無線網(wǎng)絡利用率評估思路

TD-LTE物理層資源如圖1所示，在LTE中定義了最小的時頻資源單位RE（Resource Element），它在頻域上占一個子載波（15 kHz)，時域上占一個OFDM符號。下行物理控制信道向資源映射時，通常以REG（Resource Element Group） 和 CCE（Control Channel Element）為單位，一個REG等于4個RE，一個CCE等于9個RE。上下行業(yè)務信道都以PRB為單位進行調(diào)度，它是LTE系統(tǒng)最常見的調(diào)度單位。在常規(guī)CP配置下，1個RB在頻域上包含12個連續(xù)的子載波，在時域上包含7個連續(xù)的0FDM符號(在ExtendedCP的情況下為6個)，即頻域?qū)挾葹?80 kHz，時間長度為0.5 ms(1個時隙) 的物理資源，即7×12＝84個RE。

圖1 TD-LTE物理層資源

LTE通過設置不同的子載波數(shù)目實現(xiàn)從1.4～20MHz的不同的系統(tǒng)帶寬，更確切地說，可以映射為不同的資源塊(PRB)數(shù)目。表1是LTE系統(tǒng)定義的6種不同的系統(tǒng)帶寬與子載波數(shù)目以及PRB數(shù)目的對應關系。

表1 系統(tǒng)帶寬與資源塊個數(shù)

2.1 控制信道的資源映射

在TD-LTE系統(tǒng)中，規(guī)定了各種控制的資源占用方式，表2為物理層上下行控制信道與信號映射。

2.2 業(yè)務信道的資源調(diào)度

表2 物理層上下行控制信道與信號映射

上下行業(yè)務信道PUSCH和PDSCH位于上下行子幀中不用于傳輸控制信道的資源中。

物理資源的調(diào)研以PRB為單位，為了方便物理信道向空中接口時頻域物理資源的映射，在物理資源塊（PRB）的基礎上，還定義了虛擬資源塊（Virtual Resource Block，VRB）。虛擬資源塊（VRB）的大小與物理資源塊（PRB）是相同的。VRB設計的目的是為了實現(xiàn)在GSM系統(tǒng)中跳頻的類似功能。協(xié)議規(guī)定了2種類型的虛擬資源塊，分為集中式和分布式兩種，VRB可以采用集中或分散方式映射到PRB上。集中方式（Localized VRB）即占用若干相鄰的PRB，這種方式下，系統(tǒng)可以通過頻域調(diào)度獲得多用戶增益。分布方式（Distributed VRB）即占用若干分散的PRB，這種方式下，系統(tǒng)可以獲得頻率分集增益。

圖2為基于VRB的資源分配，通過上述的資源分配方式，用戶業(yè)務被分配到不同的物理資源塊PBR上。在TD-LTE網(wǎng)絡中，資源調(diào)研的TTI周期是1 ms，目前系統(tǒng)網(wǎng)絡監(jiān)控可以采集到每個TTI中PRB占用數(shù)，因此建議使用無線資源（即PRB資源）占用率來評估TD-LTE無線網(wǎng)絡資源利用情況。

根據(jù)TD-LTE網(wǎng)絡特點，可提出無線網(wǎng)絡綜合利用率、PDCCH信道利用率、PDSCH信道利用率和上行信道利用率等共計4個指標用于評估TD-LTE網(wǎng)絡資源利用情況。無線網(wǎng)絡綜合利用率用于考察全網(wǎng)資源的使用情況，為主要考核指標；PDCCH信道利用率用于評估分析下行控制信道使用情況，PDSCH信道利用率用于評估分析下行業(yè)務信道使用情況，上行信道利用率用于評估分析上行信道資源使用情況。

3 TD-LTE無線網(wǎng)絡利用率評估指標與評估方法

3.1 PDSCH下行業(yè)務信道資源利用率計算公式

根據(jù)是否區(qū)分普通時隙和特殊時隙資源的不同，PDSCH存在兩種方案。

圖2 基于VRB的資源分配

方案1：根據(jù)網(wǎng)絡實際占用的資源與全部可用資源的比值來標識無線網(wǎng)絡利用率。PDSCH下行業(yè)務信道資源利用率=下行實際使用的PRB數(shù)/下行可使用的PRB數(shù)×100%

其中以20Mbit/s帶寬為例，每個TTI（1 ms）周期內(nèi)，下行可使用PRB資源為100個PRB對。統(tǒng)計周期以無線子幀（1 ms）為統(tǒng)計周期1 ms。下行實際使用PRB數(shù)：被調(diào)度用于傳輸PDSCH業(yè)務的PRB對個數(shù)。

方案2：由于不同特殊配置下，特殊時隙承載網(wǎng)絡資源是不同的，為了體現(xiàn)公平性，區(qū)分普通時隙和特殊時隙，計算無線資源時，特殊時隙資源按照比例系數(shù)T進行折算，T的取值取決于特殊時隙的格式。

下行資源利用率＝（忙時下行實際占用的普通時隙RB＋特殊時隙RB×T）/（系統(tǒng)普通時隙RB數(shù)＋特殊時隙全部RB×T）

由于特殊子幀以10ms為周期出現(xiàn)，因此統(tǒng)計周期以無線幀（10 ms）為統(tǒng)計周期。

根據(jù)分析，采用方案一作為推薦方案，主要有以下幾方面的原因：

目前各廠家在網(wǎng)管統(tǒng)計利用率時，均無法實現(xiàn)對常規(guī)時隙和特殊時隙的區(qū)分；

無線資源調(diào)度算法設計主要考慮信道質(zhì)量和用戶公平性，無法刻意將無線資源承載在普通時隙或特殊時隙，因此可規(guī)避將數(shù)據(jù)集中在特殊時隙發(fā)送而造成的無線利用率偏高的情況；

方案1的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、計算方法簡便，便于操作和管理。

3.2 PDCCH下行控制信道資源利用率計算公式

下行物理信道采用了“控制在前，數(shù)據(jù)在后”的設計方式，如圖3所示，允許終端先接收和處理控制信令，而后根據(jù)控制信令中包含的調(diào)度信息（例如數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼方式、資源位置等）處理下行數(shù)據(jù)信號，有效地降低了調(diào)度和處理延時。

圖3 下行物理信道分配

PDCCH承載下行控制信息（DCI，Downlink Control Information），包括用于下行和上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度信息和上行功率控制信息等。根據(jù)動態(tài)調(diào)度用戶的需求，每個子幀中控制區(qū)域占用的OFDM符號數(shù)是動態(tài)可變的（1～3個），并由當前子幀中PCFICH信道指示。

PDCCH CCE利用率 ＝ 實際使用的CCE數(shù)/可以使用的CCE數(shù)×100%

其中：下行可使用的CCE數(shù)：根據(jù)實際的網(wǎng)絡配置，單個TTI包含的CCE資源。

可以采用CCE個數(shù)：按照3個OFDM符號取定。統(tǒng)計周期取定為一個無線子幀（1 ms）。

3.3 上行信道資源利用率計算公式

根據(jù)協(xié)議規(guī)定，PUCCH和PRACH信道根據(jù)實際網(wǎng)絡需求分配資源，隨著PUCCH和PRACH資源的增加會減少PUSCH的資源，因此計算上行利用率時則需要綜合統(tǒng)計PUCCHPRACHPUSCH 3者的占用情況，才能客觀的反映資源占用情況。此方法存在的弊端是，在用戶沒有傳輸業(yè)務的情況下，網(wǎng)絡的利用率不為0，但是考慮到PUCCH和PRACH信道占用的資源較少，隨著用戶業(yè)務量的增加，占比也隨之遞減，因此，在評估上行資源利用情況時，仍綜合統(tǒng)計PRACH、PUCCH、PUSCH信道的資源占用情況。PRACH可以在特殊時隙中傳輸也可在普通時隙中傳輸。

根據(jù)目前廠家是否可靈活配置PUCCH和PRACH的資源，可分為兩種方案。

方案1：根據(jù)協(xié)議規(guī)定，PUCCH和PRACH信道根據(jù)實際需求分配資源，隨著PUCCH和PRACH資源的增加會減少PUSCH的資源，因此如果設備已實現(xiàn)資源動態(tài)配置的話，則計算上行利用率時則需要考慮PUCCHPRACHPUSCH 3者的占用情況。

上行利用率＝（PUCCH占用的PRB數(shù)＋PRACH占用的PRB數(shù)＋PUSCH占用的PRB數(shù)）/上行總PRB數(shù)。

其中上下行可用PRB數(shù)：（上/下行）全部可用PRB數(shù)與系統(tǒng)帶寬有關，以20 Mbit/s帶寬為例，每個TTI（1 ms）周期內(nèi)，上/下行可使用PRB資源為100個PRB對。

上行實際使用PRB數(shù)：被調(diào)度傳輸PUCCH、PRACH、PUSCH的PRB對個數(shù)。

統(tǒng)計周期為無線子幀（1 ms）。

方案2：目前設備廠家實現(xiàn)方式不一致，有些廠家對PUCCH/PRACH資源是配死的，因此這種情況下，利用率統(tǒng)計也可只統(tǒng)計PUSCH的利用率。

上行利用率＝（PUSCH占用的PRB數(shù)）/上行總PRB數(shù)統(tǒng)計周期為無線子幀（1 ms）。

建網(wǎng)初期，如果現(xiàn)網(wǎng)設備均統(tǒng)一設置固定的PUCCH和PRACH資源分配方式，則可以采用方案2。 但隨著技術發(fā)展和設備的成熟，當實現(xiàn)PUCCH和PRACH的動態(tài)配置后，為體現(xiàn)公平性，建議采用方案1。

推薦采用方案1，可促進廠家實現(xiàn)信道的動態(tài)配置，提高無線資源利用有效性。

3.4 無線網(wǎng)絡綜合資源利用率

結(jié)合上述信道的評估方法，可以提出無線綜合資源利用率。

無線綜合資源利用率=網(wǎng)絡實際占用PRB資源/總PRB資源

其中網(wǎng)絡實際占用PRB資源包含PDSCH、PUCCH、PRACH、PUSCH信道占用資源：上下行可用PRB數(shù)：（上/下行）全部可用PRB數(shù)與系統(tǒng)帶寬有關，以20 Mbit/s帶寬為例，每個TTI（1ms）周期內(nèi)，上/下行可使用PRB資源為100個PRB對。

4 統(tǒng)計要求

每TTI周期（1 ms）采樣1次；每15 min上報一次占用PRB數(shù)的統(tǒng)計平均值；占用PRB數(shù)每小時的值，對4次15 min的值取平均；占用PRB數(shù)每日平均值指對每小時的值求平均；每日峰值（忙時）指對當日每小時的值取峰值；忙時月均值指對當月每日峰值取平均；忙時月峰值指對當月每日峰值取峰值。

5 TD-LTE無線網(wǎng)絡擴容方案

在分析無線網(wǎng)絡擴容方案中，首先需分析網(wǎng)絡受限因素。無線信道分為受限和不受限兩種情況。

不受限信道包括以下幾種：

（1）PSS/SSS, PBCH, PCFICH：占用固定的時頻位置和資源，屬于廣播性質(zhì)的信道，不需考慮容量問題，也不需要考慮與其他信道的制約關系。

（2）PHICH,PRACH,PUCCH,SRS：可通過信道本身配置實現(xiàn)其容量的增減，因此不存在容量受限情況，但會制約其他信道的可用時頻資源。

受限信道包括以下幾種：

（1）PDCCH：可用的時頻資源來自于PCFICH和PHICH分配后的剩余資源；隨著控制信息和用戶數(shù)的增加，會出現(xiàn)信道容量受限。

（2）PDSCH：傳輸下行業(yè)務信息，隨著業(yè)務量的增加會出現(xiàn)容量受限。

（3）PUSCH：可用的時頻資源來自于PUCCH和PRACH分配后的剩余資源；傳輸上行業(yè)務信息，隨著業(yè)務量的增加會出現(xiàn)容量受限。

根據(jù)上述情況，擴容標準主要基于PDCCH、PDSCH、PUSCH制定：

（1）PDSCH：忙時PDSCH無線利用率超過x%的小區(qū)。

（2）上行無線利用率：忙時無線利用率超過y%的小區(qū)。

x、y的取定：系統(tǒng)在滿足接入成功率，掉話率、擁塞率等網(wǎng)絡考核指標的情況下，可承載的最大無線利用率。該值的取定需通過仿真、實際網(wǎng)絡測試等手段取定。建網(wǎng)初期可暫取定為同頻組網(wǎng)門限為75%，異頻組網(wǎng)門限為80%）。

（3）PDCCH：綜合考慮資源利用和用戶數(shù)情況見表3和表4。

信道資源利用率：占用3個符號情況下， PDCCH CCE利用率大于等于門限值（如同頻組網(wǎng)門限為70%，異頻組網(wǎng)門限為80%）的時候，建議擴容 。

最大可支持用戶數(shù)：取決于可用CCE數(shù)目和網(wǎng)絡實際聚合等級。網(wǎng)絡聚合等級經(jīng)驗值需通過仿真或網(wǎng)絡實測獲得。

表3 不同場景綜合考慮資源利用率和用戶數(shù)情況

表4 PDCCH聚集級別

6 總結(jié)

本文主要探討了TD-LTE無線網(wǎng)絡利用率評估體系，包括評估指標、評估算法及其未來網(wǎng)絡擴容標準等內(nèi)容。目前該評估體系已下發(fā)各設備廠家，共大家交流改進，并促進設備對算法的支持。

[1]3GPP TS 36.201 physical layer; General description[S].

[2]3GPP TS 36.211 Physical channels and modulation[S].

[3]3GPP TS 36.212 Multiplexing and channel coding[S].

[4]3GPP TS 36.213 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical layer procedures(Release 8)[S].

[5]3GPP TS 36.214 Physical layer－Measurements[S].