LTE系统需求优化方案

针对LTE系统，3GPP的初衷是确保其无线技术在未来十年或更长时间内的竞争力。因此，LTE系统的设计总体目标包括：

1）降低运营商部署成本。

2）扩展业务提供能力。

3）增强空中接口传输能力、简化网络结构。

4）增强频谱使用灵活性。

基于上述总体设计目标，在2006年完成LTE的研究阶段工作后，形成了LTE需求报告TR25.913，对LTE在峰值速率、传输时延、频谱效率、移动性等方面的需求指标进行了说明。下面将结合TR25.913中的内容对LTE系统各方面的需求指标进行阐述。

1.系统容量需求

对于容量相关的需求指标，主要从峰值速率及系统时延两个方面进行分析。

（1）峰值速率

LTE系统最高可支持20MHz的带宽：

1）下行支持最高100Mbit/s、上行支持50Mbit/s的数据传输速率。

2）频谱利用率分别是上行5（bit/s）/Hz，下行2.5（bit/s）/Hz。

（2）系统时延

系统时延分为控制面和用户面时延，并提出了不同的需求指标：

1）控制面时延：从驻留态转移到激活态的时延不高于100ms；从睡眠态转移到激活态的时延不高于50ms。

2）控制面容量：当系统带宽为5MHz时，每个小区至少需要支持200个“激活”用户；当系统配置更高带宽时，每个小区至少需要支持400个“激活”用户。系统应该能够支持更多数量的处于休眠态（Dormant）和驻留态（Camped）的用户。

3）用户面时延：用户面时延是单程传输时延，分为上行时延和下行时延，以下行时延为例，是指一个数据包由RAN的边界节点的IP层传输到UE的IP层所用的时间，而边界节点是指RAN与核心网的接口。LTE系统要求用户面时延不能高于5ms。

2.系统性能需求

在系统性能需求指标方面，LTE系统主要从用户吞吐量、频谱效率、移动性、覆盖、增强型MBMS和网络同步等多个方面进行分析和阐述。

（1）用户吞吐量

1）上行用户吞吐量：在CDF曲线5%处的每兆赫兹用户吞吐量应该为R6 HSUPA的2～3倍；每兆赫兹平均用户吞吐量为R6 HSU-PA的2～3倍；所提到的R6 HSUPA的参考性能是指在UE端使用单天线发射，而在Node B使用2根接收天线。

2）下行用户吞吐量：在CDF曲线5%处的每兆赫兹用户吞吐量应该为R6 HSDPA的2～3倍；每兆赫兹平均用户吞吐量为R6 HSD-PA的2～3倍；所提到的R6的参考性能是指Node B侧采用单天线发射，而UE侧采用第1型（Type 1）天线进行接收，而E-UTRA性能是在Node B处使用2根发射天线，而在UE处使用2根接收天线。

（2）频谱效率

1）上行频谱效率：在一个有效负载的网络中，频谱效率（单位为（bit/s）/Hz）应该是R6 HSUPA的2～3倍。所提到的R6 HSU-PA的参考性能是指在UE端使用单天线发射，而在Node B使用2根接收天线。

2）下行频谱效率：在一个有效负载的网络中，频谱效率（单位（bit/s）/Hz）应该是R6 HSDPA的3～4倍。所提到的R6的参考性能是指Node B侧采用单天线发射，而UE侧采用第1型（Type 1）天线进行接收，而E-UTRA性能是在Node B处使用2根发射天线，而在UE处使用2根接收天线。

（3）移动性

1）LTE应该能够优化低速移动，即0～15km/h时的系统性能；实现高移动速率，即15～120km/h时较高的系统性能；在120～350km/h（在某些频段上甚至高达500km/h）时维持蜂窝系统的移动性。

2）在R6版本CS域所支持的语音和其他实时业务，在E-UT-RAN中通过PS域提供，并且在不同移动速度场景下都能够不低于R6 CS域的服务质量。

（4）覆盖

E-UTRA应该能够在继续使用现有UTRAN站点和载频的基础上，灵活地支持不同的覆盖场景，实现上述所提到的各种性能指标。当C/N受限的场景中（如建筑物室内深处），不应该期望LTE相比R6 HSPA能有较大幅度的性能提升。

在不同的覆盖情况下，E-TRAN应该能够支持如下的部署和性能要求：

1）最大覆盖半径为5km：应满足所提出的用户吞吐量、频谱效率和移动性需求指标。

2）最大半径为30km：用户吞吐量性能略有下降；频谱效率性能可以有明显下降；移动性能指标仍需满足。

3）LTE系统应该支持最大100km的覆盖半径。

（5）增强型MBMS

为降低终端复杂度，增强型MBMS应采用与单播业务相同的调制编码和多址方式，可向用户同时提供MBMS业务和专用语音业务；增强MBMS可用于成对和非成对频谱。具体需求内容可参考TR25.913。

（6）网络同步

前述LTE系统性能需求在网络部署中的实现不应依靠基站间的时间同步。然而，如果基站间同步能够带来明显的增益，则应考虑给予基站时间同步的系统性能优化。

3.部署需求

对于LTE的部署需求，主要从部署场景、频谱灵活性、频谱部署、与其他3GPP系统的共存和互操作等方面进行指标分析。

（1）部署场景

在实际应用中，LTE存在多种部署场景，从系统层面对这些部署场景进行总结归纳后，E-UTRAN应支持如下的两种部署场景：

1）独立部署场景（Standalone）：在该场景中，运营商可以在完全没有无线网络的区域部署E-UTRAN，也可以在已经部署了UT-RAN/GERAN，但不需要进行系统间互操作的区域部署E-UTRAN（如独立的无线宽带应用）。

2）与现有UTRAN或GERAN的混合部署：在该场景中，运营商已经在同一区域部署了UTRAN或GERAN，在这些区域新部署的E-UTRAN需要与现有系统有不同程度的互操作。

（2）频谱灵活性

1）E-UTRA应能支持不同的带宽配置，包括1.4MHz、3.0MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz；此外，LTE还支持在成对和非成对频段部署。

2）E-UTRA应灵活支持广播传输中的两种模式：Downlink-only和Downlink and Uplink，以优化利用可用频谱。

3）E-UTRA应能根据特定需求或运营商策略灵活调整用于广播传输的无线资源分配（如紧急情况、国内外特殊事件等）。(www.xing528.com)

4）当在对称频谱和非对称频谱上进行操作时，应尽量避免不必要的技术差异。此外，应最小化为满足此需求而增加的复杂度。

（3）频谱部署

E-UTRA应能满足下述场景：

1）在相同地理区域和GERAN/3G系统共站址共存、临频共存。

2）多个运营商在相同地理区域临频、共站址共存。

3）在国界两侧重合或相邻频段内共存。

4）E-UTRA应能够独立运营。

5）可在所有可用的频段内进行部署。

（4）与其他3GPP系统的共存和互操作

1）支持UTRAN/GERAN和E-UTRAN的终端应支持对UTRAN和GERAN系统的测量，并能实现E-UTRAN与UTRAN/GERAN系统之间的切换，而所带来的终端复杂度和网络性能影响应控制在可接受范围内。

2）E-UTRAN应能有效支持跨不同无线接入技术的测量。

3）对于实时业务，E-UTRAN与UTRAN之间的切换中断时间应小于300ms。

4）对于非实时业务，E-UTRAN与UTRAN之间的切换中断时间应小于500ms。

5）对于实时业务，E-UTRAN与GERAN之间的切换中断时间应小于300ms。

6）对于非实时业务，E-UTRAN与GERAN之间的切换中断时间应小于500ms。

7）处于非激活状态的支持E-UTRAN和UTRAN/GERAN的终端，只需监听GERAN、UTRAN或E-UTRAN中一个系统的寻呼消息。

8）同一业务在E-UTRA广播流与UTRAN单播流之间切换时的中断时间应满足系统要求。

9）同一业务在E-UTRA广播流与GERAN单播流之间切换时的中断时间应满足系统要求。

10）同一业务在E-UTRAN广播流与UTRAN广播流之间切换时的中断时间应满足系统需求。

4.对E-UTRAN网络构架及其演进的需求

1）应采用统一的E-UTRAN构架。

2）虽然系统需要支持实时和会话类业务，但E-UTRAN网络架构必须是基于分组域的。

3）E-UTRAN架构在不增加额外回程成本的情况下，应尽量避免“单点失败”（Single Points of Failure）。

4）E-UTRAN架构应尽可能简化、减少系统接口数目。

5）在可获得系统性能增益的情况下，应考虑无线网络层（Ra-dio Network Layer，RNL）与传输网络层（Transport Network Layer，TNL）之间的交互性。

6）E-UTRAN架构应能支持端到端的QoS。TNL应该能够根据RNL的请求提供合适的QoS保障。

7）应该能够为已有的不同类型的业务流（“控制面”数据、“用户面”数据和O&M（运行维护）数据）提供不同的QoS机制，以保证带宽利用率。

8）E-UTRAN的设计应尽可能减小抖动，以更好支持TCP/IP类的数据传输。

5.无线资源管理需求

1）提供端到端的QoS保障。

2）应能够在空中接口提供保障机制，保证对上层数据的有效、可靠传输。

3）应支持不同系统间（E-UTRAN与GERAN或UTRAN之间）的负载均衡和管理措施。

6.复杂度需求

（1）对系统整体复杂度的需求

1）最小化功能可选项。

2）避免多余的必选项特性。

3）减少测试的数量，例如，减少协议状态数目、最小化过程数、合适的参数范围和粒度。

（2）对终端复杂度的需求

E-UTRAN系统终端应在提供高性能E-UTRAN业务的同时，尽可能减小终端的尺寸、重量，并尽可能延长电池寿命。

7.成本相关需求

1）应对回程通信的协议进行优化。

2）E-UTRAN系统架构应能够重用现有网络的站址，以减小未来网络部署的成本。

3）应开放所有标准化的接口，以实现多厂商设备间的互操作性。

4）终端的复杂度和耗电量应尽可能最小化。

5）系统的操作维护和配置操作应尽可能简便、高效。

8.业务相关需求

E-UTRAN应能够有效支持多种业务，包括网页浏览、FTP、视频流业务或VoIP及其他基于分组域的先进业务（如实时视频和Push-to-x）；支持VoIP业务，在无线空中接口效率、回程传输效率和时延等方面的性能不低于UMTS CS域的语音业务。