LTE基站传输带宽配置分析

1、LTE 基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-Nod

2、eB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+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

3、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。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DwPTS时隙单流承载业务bit数为：RB总数X 每RB的子载波数X（DwPTS内符号数-控制符号数）-RS数X调制阶数*码率=47520bit ;这样，若3:1时隙配比，2X2 MIMO ,则20MHz带宽单小区下行

4、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算: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%开 销）3x20MHz 小区（S111）3x104.5443 Mbps1 Mbps317Mbps332Mbps20Mhz 小区（O1）104.5441 Mbps1 Mbps107 Mbps112Mbps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

5、。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。前面所计算的单扇区的3:1

6、时隙时用户面的峰值为104.544Mbps, 平均值为 26Mbps （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 +2 x 26/lbps+3+1 ） 乂 1.5= 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 接入环还可采资料用 2 级接入环带短支链的结构，单个接入环上的基站站址数建议为

7、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GEPTN 接入环，当环上忙时平均流速连续7 天超过环网带宽的70% 或连续 2 天超过 80% 时， 可考虑升级为10GE 或双GE 环。根据集团规范要求，在城区环境下，若一个GE 接入环下挂10 个 S111 基站，每个4G 基站规划分配带宽80Mbps ，剩余 200Mbps 用于承载2G、 3G、集客等业务。单4G

8、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2G、3G、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 接入环，因此以上仅讨论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

9、承诺带宽(PIRCIR )配置分析对于PTN最高承诺带宽(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

10、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:站里场量民配置带宦需版（Mbps）定基站$111/5322CIR40PIR440CIRiOPIS295室内分布福统信 源0LCIR室分取BOW1室分单瞽）PIR150 室分双路）75 1室分单部,装塞站.皮革 站.工基站篁他室内国盖S1/0LCIS40m150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

11、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 WIRE SHARK工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:» a « Pl > 0K 、. *1fE -Hr-jBbb'.ritaM.M仲1 G-MWX:tb> d. g>M4 10-11. 1，弧钟，强”，弧IMr#，k7 dQUW碑 1D.1M.4, 1imo花% a w狗UilDr4.7Q.J. 一).她也如的疗及西51A o.oi lot*

12、»D，加 1川冬检1M.认 MJ寻工&s T/* £*鲍 EtuL 研 ECE >：.|J1：urH> (.片 b1WMfl 九 yr<B <E<c;-S. rTfrrB: H ccEcriSi. T4 pm: ilta ms <f mK frotnl wf l«n «. tnct iaiiNhtij <iiki足弧1 mti MtHlx cawptl 田冰中"IL 尹I ws： E?”ii rul*). W 断C4 mm3. 外“。i同2”CmIjM jgjiltf山f F必岬史”u2F

13、63;* |X以0.001S为统计粒度时（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：1 1J- L*ag才上1工1u>u 甲=u /3T ，* a « 0 a v. a ia ii14k mmIM»3141 KDtiWM杀M仲1$0.XJ4.4ul 10.1741UliXM.fcllhuiai_uiLBfe. (3- 1弧1才 i此配死_:工科10.1 M.S1JId174九，i弧1修TU S,01W>#1«,174-V小h 弧加c讣必乜依酗1%1F*.九，l弧，4* 札。U*It.lFi-tn*

14、1 中，。-鹏?. | kqfi mi iTCFTCP 2：T-*ui、FW两和FWJf.春都早吞口;玄小h展MirfUU bhFthtfMfC ：ET. K； =冲0俎 £U汽畤由W<= ii we prM«bl 2r”*i * v t i 仙*府.>|.| tm*，*-。. nJ, FTC榜 #»，必附 camr/l vH4lia w< wi： i*WT4ri*« CUXIO. mi m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

15、1000kbit 。而传输的限速带宽为320Mbps ,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:PTN PIR 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设置后下载速率情况，测试结果如下：（闲时测试

16、，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4044063.5198.07843.426066099.9698.19853.4780880100.8798.44842.22401000100.8798.21849.538010009998.35852.59所

17、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PTN丢包大于eNodeB丢包，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 eNodeB丢包大于PTN丢包，速率空口受限，即使进一步提升 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

18、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

19、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GEPTN接入环，当环上忙时平均流速连续 7天超过环网带宽的70%或连续2天超过80%时，可考虑升级为10GE或双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46748

20、02100.00%连云港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14290155894100.00%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

21、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-PGEA0-1-9-1:4带宽利用率峰值(2017.1.19 16:00-16:15) 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(%)市区银湖小区搬迁-65-汇聚1000

22、4.5739.313.9300.63GE 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(2017.1.19 12:45-13:00) 15分钟粒度指标：网元名称端口带宽(Mbps)接收流速峰值发送流速峰值带宽利用率峰值(%)带宽繁忙度(%)带宽利用率均值(%)(Mbps)(Mbps)市区手机城-65-汇聚100025.37137.4113.7403.78从以上采集数据可以看出，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%以上才 扩容PTN传输

23、，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%以上即有 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 PTN丢包低于eNodeB丢包,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8