LTE基站传输带宽配置分析.docx

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

2、。 具体计算公式为： E-NodeB 总带宽需求=（S1 用户平面带宽需求+X2 用户平面带宽需求） 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

3、站与另一个基站的 X2 接口信令带宽约 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 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 总数每 RB 的子载波数(子帧内符号数 - 控制符号数) - RS 数 调制阶数 码率=71280bit； 每一个 DwPTS 时隙单流承载业务 bit 数为：RB 总数每 RB 的子载波数 (DwPTS 内符号数 - 控制符

4、号数) - RS 数调制阶数 *码率=47520bit ； 这样，若 3:1 时隙配比，22 MIMO，则 20MHz 带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) 3x104.544 3 Mbps 1 Mbps 317Mbps 332Mbps 20Mhz 小区(O1) 104.544 1 Mbps 1 Mbps 107 Mbps 112Mbps 上表所计算的

5、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。 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

6、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 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+226Mbps+3+1 ） 1.05=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

7、， 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 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

8、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 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/1.0

9、5-3-1）/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

10、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： 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

11、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 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： 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： 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

12、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，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 480 490 500 510 520 530 540 550 560 FTP 下载速率（Mb） 71 53 56 60

13、62 63 68 71 68 65 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，均选择无线网络好点） 测试软件测试结果 站名 保证带宽 (CIR) 最大带宽 （PIR） 平均速率（Mb） 下行平均每时隙调度 PRB 个数 下行子帧调度率 40 440 47.98 98.36 820.21 60 660 46.10 98.30 853.92 80 880 52.08 98.54 801.86 40 1000 48.67 98.60 846.46 未开启 CA 功能小区 80 1000 48.26 98.52 831.73

14、 40 440 63.51 98.07 843.42 60 660 99.96 98.19 853.47 80 880 100.87 98.44 842.22 40 1000 100.87 98.21 849.53 开启 CA 功 能小区 80 1000 99 98.35 852.59 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

15、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，通过忙时无线好点测试验证不同 CIR 配置下下载速率感知，以下为测 试结果： 测试软件测试结果 站名 保证带宽 (CIR) 最大带宽 （PIR） 平均速率（Mb） 下行平均每时隙 调度 PRB 个数 下行子帧调度 率 40 1000 49.35 78.86 649.11 测试小

16、区 1 80 1000 67.40 98.08 806.94 40 1000 34.54 97.37 736.31 测试小区 2 80 1000 37.33 97.28 699.51 40 1000 55.49 97.33 663.81 测试小区 4 80 1000 60.83 96.81 731.51 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 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

17、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 10GE GE 地市 总拓扑数 越限 总拓扑数 越限 4G 传输带宽 满足度 常州 1108 4980 100.00% 淮安 467 4802 100.00% 连云港 622 3610 100.

18、00% 南京 1904 8106 100.00% 南通 1166 3271 100.00% 苏州 1559 1 4834 99.98% 泰州 320 2552 100.00% 无锡 2505 4628 6 99.92% 宿迁 1059 2798 100.00% 徐州 1328 6889 1 99.99% 盐城 672 5739 100.00% 扬州 1120 3420 100.00% 镇江 949 2209 100.00% 总计 14290 1 55894 100.00% 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

19、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- 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

20、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 4.57 39.31 3.93 0 0.63 GE 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 (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 1000 25.37 137.41 13.

21、74 0 3.78 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，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：

22、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 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 780+1440） ，若接入环下挂小基

23、站或室分，则单 个 GE 环下挂 20MHz 带宽小区数量应该不超过 24 个； 4） 由于开启 CA 功能基站以及 S222 或以上配置小区对于传输带宽需求 明显高于 S111 基站，开启 CA 功能基站及 S222 基站应该下挂在 2GE 或 10GE 环下，同时该环至少应该保留 660Mbps 以上的空闲容量； 5） 对于有开启 CA 功能或 6 小区以上基站的接入环，其 PIR 至少应该 设置大于 600Mbps； 6） 对于未开启 CA 功能基站的接入环，其 PIR 至少应该设置大于 440Mbps； 7） 在网络整体很闲的情况下，CIR 配置高低不影响下载速率感知； 8） 根据基站

24、类型区别设置 CIR 配置，对于 S222 基站、开启了 CA 功能 的基站、需要重点保障的基站，需要根据传输带宽余量适当提升 CIR 配 置； 9） 由于秒级峰值负荷明显高于 15min 级平均负荷，即使平均负荷低于 50%，也有可能出现由于 PTN 流量竞争导致的空口速率限速问题。 七、现网传输带宽配置情况 提取徐州市区及铜贾、铜山区域共 259 条接入环，核查各接入环下挂 基站配置情况。 261 条接入环中，20GE 环 3 条、10GE 环 96 条、GE 环 160 条，259 条 接入环总计下挂基站 1599 个，包含小区 3081 个。其中 GE 环下挂小区分布 情况如下： 63 93 35 18 112 1324 2536 37以 上 GE环 下 挂 小 区 数 量 徐 州 市 区 网 格 接 入 环 信 息 -增 加 带 宽 .xlsx 根据第六节中总结的原则，259 个 GE 环中，下挂小区数量大于 24 的共有 53 个，占比 14.76%，下挂小区数量大于 36 的共有 18 个，占比 6.94%。下挂小 区数最多的 GE 环下挂了 81 个小区（ 市区汇聚环 07 接入环 03） 。 目前无法获取准确的全省传输环网配置情况及下挂基站信息，暂未完成全 省传输环网配置情况核查。