5G网络感知速率提升“三步走”方案研究.pdf

62023.065G天地0 引言目前江苏联通 5G 网络已基本形成连续覆盖，在用户速率受到压抑时，一方面用户使用体验会下降，另一方面也会造成网络流量的损失和用户的流失。因此保障 5G 用户的业务体验是当前网络优化工作中需要研究的重要课题。通过理论和指标角度分析，影响用户感知速率因素归纳起来主要是资源分配、调度、覆盖、RANK质量和网络容量等。基于以上因素，针对性提出基于参数优化、RANK 优化、载波扩容的 5G 感知速率提升“三步走”方案，通过在现网中的验证和应用，取得了良好的优化效果。1 影响感知速率因素分析1.1 理论角度分析结合香农公式分析影响用户感知速率的因素，速率主要与带宽、信噪比、用户数有关，影响因素有资源分配、调度、测量选阶、空分、载波资源等，如图 1 所示。空分：W 越大速率越高，当空口带宽一定时，若等效带宽越大，即空分配对能力越强，收益越大。空分 MU 配对层数依赖 SRS 测量，SRS 干扰或 SRS 功率谱偏低会影响配对成功率；当基站判断为移动用户时，其信道测量性能可能下降，配对成功率也会下降；协议上规定不同 DMRS TYPE 类型无法配对，当类型不配时也会导致空分能力受损。测量选阶：当功率、路损一定时，若 SRS/DMRS 信噪比SINR 越高，收益越大。测量选阶涉及 MCS、CQI、BLER、SINR、RANK 等，用户测量 SINR 越高、选阶越高，则码率Code Rate越高、传输能力越强，能获得更高的数据传输速率。SRS 信号强度不足，就可能导致 SINR 下降，影响用户速率；测量周期较大，测量结果时效性下降，选阶与实际信道不匹配，也会影响速率。调度：X 越少平均速率越高，当待调度用户数一定时，若调度成功率越高，即调度等待时延越小，收益越大。调度涉及调度 RB、GRANT、调度类型等，数传调度过程就是按照用户优先级分配空口资源（CCE、RB）的过程，CCE 分配失败或 RB 分配失败，都会导致数传失败，用户真（2022年江苏省通信学会“华苏杯”论文征集评优二等奖）5G 网络感知速率提升“三步走”方案研究王 卿2 于 洋1 谷俊江1 盛莉莉1 张 笑1 许艳秋31.中国联合网络通信有限公司常州市分公司；2.中国联合网络通信有限公司江苏省分公司；3.中国联合网络通信有限公司南京市分公司摘要：通过对影响 5G 网络速率关键因素的分析，从调度参数、RANK 优化、载波扩容等方面建立了 5G 网络感知速率提升“三步走”优化方案。通过现网验证和应用，取得了良好的优化效果，在进一步推进江苏联通 5G网络技术应用方面起到了良好的导向作用。关键词：感知速率；资源分配；调度；RANK 优化；载波扩容图 1 用户速率影响因素72023.065G天地实体验下降。本文在理论分析的基础上，主要从调度资源、测量选阶、RANK质量优化、多载波扩容等维度进行研究，分析优化方案。1.2 指标角度分析从 指 标 counter 角度 分 析，影响 速 率 的因素 主 要 有RANK、MCS、BLER、Grant/s、RB/Slot。其中 RANK、MCS、BLER 主要与空口因素强相关，而 Grant/s 和 RB/Slot 主要受调度异常或来水不足影响。下行速率计算和涉及因素影响，如图2 所示。根据影响速率因素，在处理前需要了解端到端过程中可能影响用户速率的因素，以及端到端数传影响点和涉及原因分类，如图 3 所示。通常情况下，对于速率峰值比拼，需要重点分析 Grant 和 RB 的影响，对于普通用户使用和日常指标问题，主要原因集中在影响用户 MCS/BLER/RANK 上。需重点关注图 3 中 4）5）6）7）8）项影响 MCS/BLER/RANK 引起的用户低速。2 感知速率提升“三步走”方案2.1 参数优化（1）CCE 调度CCE 分配失败，用户上下行数传即失败，用户感知速率下降。CCE 要分配成功，链路性能、资源分配这两类关键影响因素就需要被研究、提升。图 2 下行速率计算 counter图 3 端到端数传影响和涉及原因分类链路性能：5G PDCCH 信道本身没有测量反馈机制，需要参考其他信道反馈完成自身的聚合级别、功控以及波束权值的自适应调整，所以其他信道的变化都会影响到 PDCCH 的表现。而 PDCCH 链路性能的优劣，会直接影响到 CCE 资源分配的成功与否，进而直接影响用户感知速率的高低。PDCCH 链路关系及 PUSCH、PUCCH、BLER 等输入量，当输入量不准确时，会影响 PDCCH 链路性能，如图 4 所示。当终端处于 DRX 休眠期，如果出现 PUCCH SR 虚检，则到一定会出现 PUSCH DTX，若使用这类 PUSCH DTX用于 PDCCH 外环，则 CCE 聚合级别会误抬升，CCE 分配成功率下降，用户体验速率下降。资源分配：上下行数传均需要 PDCCH 资源指示，存在上下行资源争抢；同时，随着 5G 话务不断抬升，PDCCH 容量诉求越来越高，存在用户间资源争抢，故需要不断提升PDCCH 扩容能力。由于 5G 去掉了 PHICH 信道，导致调整PDCCH 符号数需要通过 RRC 重配指示终端，相对 4G 存在调整迟滞，用户数较多场景调整不及时影响用户速率。优化CCE 候选位置并可借用全带功率，降低 CCE 分配失败率，从而提升用户速率。（2）SR 调度现网上行数传绝大部分由 SR 调度、Happy 调度以及预调度构成。由于 SR 调度优先级高于 Happy，在用户数较多场图 4 CCE 聚合影响因素82023.065G天地景（RB、CCE），Happy 的调度机会往往被 SR 抢夺，导致Happy 调度数传时延增大，用户感知速率下降；研究并提升SR 的调度效率，对抬升用户感知速率价值较大。UE 来包后上报的SR被基站检测到，基站下发DCI通知UE做上行数传，可通过优化以下 4 个方面方案提升速率体验。优先级：由于 SR 只有 1bit 信息，基站不知道 UE 要传递什么信息，故其调度优先级较高，避免重要信息（控制面、语音等）上传失败。数据量：由于基站不知道 UE 要上传多少信息量，故给SR 调度首先分配较少的数据量，但其使用的 CCE 资源却并不能节省，对空口开销较大。无谓争抢：若 SR 是虚警时，本次 SR 调度资源争抢会损害小区内其他真实用户的调度机会，尤其在重载场景，会严重影响用户平均感知速率。无谓重传：由于调度结果晚于调度行为，当 SR 调度 CRC为DTX或DTX Unknow时，是无法确定本次SR是否为虚警，故需要继续重传，导致 RB 资源及 CCE 资源的进一步浪费。（3）SRS 测量相同的调制方式下，MCS 阶数越高，码率越高，能获得更高的数据传输速率。MCS 选阶由测量 SINR 修正量+OLLA外环决定，测量不准、修正偏差、外环累计偏低都会影响最终的选阶，进而影响用户感知速率。研究并提升SRS测量结果，对提升用户感知速率价值较大。用户SRS测量时效性越高，MU配对用户性能损失越小，选阶 MCS 越高；下行权值依赖上行 SRS 测量，当 SRS 干扰或SRS功率谱低下时，影响下行MU增益，从而影响下行速率。（4）调整方案针对上文提到多用户场景下 CCE 分配、SR 调度问题、SRS 测量分析等，梳理 10 个关键参数用于优化提升多用户场景 5G 用户感知速率，如表 1 所示。表 1 10 个优化参数推荐配置参数名称推荐配置OccupiedSymbolNum占用符号数目2SYMUL_DL_CCE_RATIO_ADAPT_SW上下行 CCE 配比自适应开关0A G G _ LV L _ I N I T _SELECT_OPT_SW初始聚合级别优化1UE_PDCCH_SYM_NUM_ADAPT_SWU e-S p e c i f i c PDCCH 符号数自适应开关1参数名称推荐配置SrPeriodSR 周期SLOT160CsiDedicatedRbNumFormat3 CSI 专属RB 个数RB8P U C C H _ R B R E S _ADAPTIVE_SWITCHPUCCH RB 自 适应算法开关1SR_PERIOD_ADAPT_SWITCHSR 周期自适应开关1CSI_REPORT_PERIOD_ADAPT_SWITCHCSI 上报周期自适应开关1AdaptiveEdgeExpEnh Switch下 行 SRS 权 与PMI 权自适应开关ON2.2 RANK 优化（1）单缆覆盖 DAS 室分 RANK 分析终端检测并上报 RANK，基站依据终端上报结果进行下行调度，RANK 虚高会导致下行出现高误码、MCS 降低，最终引起低速率。当前传统 DAS 室分网络使用 NR 2T2R 以上多端口设备，除地铁、隧道等场景外，校园、商业综合体等均采用单缆覆盖（单通道覆盖单楼层），统计分析现网传统 DAS 单缆小区平均 RANK 是 1.56 左右，单路 DAS 理论上不会上报 RANK2。理论分析，主要存在以下三方面因素会导致单路覆盖情况上报 RANK2：另外一路信号没有完全衰减到理论上的0，终端能检测到一定信号；终端侧看到信噪比足够好；RANK1 谱效率已满，终端检测到了另一路的信号，认为RANK2 可能更好。核查发现网管发送和接收模式配置为 2T2R 或以上，室内单楼层实际通道数与小区收发天线不一致，导致终端上报RANK 虚高，调度 RANK 大于实际 RANK，一路高误码导致MCS 降低、速率降低。（2）调整方案对于单通道覆盖单楼层的DAS室分场景出现RANK虚高、低速率等问题，2T2R DAS场景可通过配置下行RANK自适应、固定 RANK1 两种措施提升用户下行速率，4T4R 劈裂的 DAS小区只能通过固定 RANK 1 方式进行提升。2T2R DAS 场景使用固定 RANK1 方案需逐个核查是否为单楼层单通道覆盖，建议优先使用 RANK 自适应方式。2.3 载波扩容（1）容量研究以“保障用户体验良好”和“价值流量不损失”为核心，92023.065G天地通过构建小区用户数与用户体验速率的关系，得出体验不满足需求，可能导致用户流失的扩容拐点 A，如图 5 所示；同时通过构建小区用户数与小区流量的关系，识别流量压抑的拐点B，如图 6 所示。小区平均速率无法反应用户差异性，用户体验满足度更能反映实际体验；单小区速率用户体验速率：小区平均速率是小区内所有用户速率的平均，无法体现用户间差异性，体验满足度是计算分布，统计用户体验速率超过业务要求速率的比例，更能反映实际用户体验，如图 7 所示。80%体验满足度：保障 80%用户 20Mbps（使用 1080P 业务即点即开），小区平均速率需达到 50Mbps。90%体验满足度：保障 90%用户 20Mbps（使用 1080P 业务即点即开），小区平均速率需达到 100Mbps。（2）扩容标准通过分析江苏联通高负荷小区，推演出体验拥塞和流量压抑拐点，来进行 5G 扩容门限探索。体验拥塞：保障 80%用户 20Mbps 体验（使用 1080P 业务即点即开），小区平均速率需不低于 50Mbps 时对应激活用户53 个，RRC 平均用户数 170 个，如图 8 所示；保障 90%用户20Mbps 体验（使用 1080P 业务即点即开），小区平均速率需不低于100Mbps时对应激活用户40个，RRC平均用户数125个。流量压抑：当下行流量达到 67GB 时，小区下行流量基本不再上升，流量压抑，如图 9 所示。扩容标准：江苏联通结合体验拥塞与流量压抑，推演出5G 扩容门限如下：保障 80%用户体验：小区平均 RRC 用户数 170 或小区下行流量 67GB&下行平均速率 50Mbps。保障 90%用户体验：小区平均 RRC 用户数 125 或小区下行流量 67GB&下行平均速率 100Mbps。3 应用案例3.1 参数优化案例选取 50 个低速小区进行 CCE 分配、SR 调度问题、SRS图 5 基于体验保障的扩容图 6 基于流量压抑的扩容图 7 体验满足度与单小区速率关系图 8 保障 80%用户体验速率拐点图 9 流量压抑变化拐点（下转第 15 页）152023.065G天地5袁梦顺，陈谋，邵书义，吴庆宪，闫东.基于改进精英蚁群算法的无人机三维航迹规划 J.火力与指挥控制，2022，47（02）：37-42.6郑弈，谢亚琴.基于 Dijkstra 算法改进的飞行器航迹快速规划算法 J.电子测量技术，2022，45（12）：73-79.DOI：10.19651/ki.emt.2208918.7鲁毅，高永平，龙江腾.A*算法在移动机器人路径规划中的研究 J.湖北师范大学学报（自然科学版），2022，42（02）：59-65.8褚宏悦，易军凯.无人机安全路径规划的混沌粒子群优化研究 J/OL.控制工程：1-82022-07-27.DOI：10.14107/ki.kzgc.20220231.9郑红波，左少华，程燕飞，秦绪佳，张美玉，徐晓刚.三维场景中实时路径规划优化算法 J.小型微型计算机系统，2019，40（03）：660-664.10薛镇涛，陈建，张自超，刘旭赞，苗宪盛，胡贵.基于复杂地块凸划分优化的多无人机覆盖路径规划 J/OL.航空学报：1-152022-07-27.http：/ 5G 天线进行信号传输的方法、装置及无人机系统 P.四川省：CN111629329B，2022-02-15.12王洁文.基于 FPGA 的波束赋形原理与实现 D.北京交通大学，2019.DOI：10.26944/ki.gbfju.作者简介：吴亚晖（1990），男，江苏南京，工程师，硕士；研究方向：5G，工业互联网。（收稿日期：2022-08-10；责任编辑：韩菁菁）（上接第 9 页）测量分析等关键参数优化，优化后上行速率由 1.61Mbps 提升至 2.47Mbps、提升 53.19%，下行速率由 42.61Mbps 提升至57.01Mbps、提升比例 33.8%，接入、调度等其他关键指标保持平稳。3.2 单缆覆盖 DAS 室分 RANK 优化案例选取 104 个配置为 2TRX 的 DAS 室分小区（一周忙时下行速率 100Mbps），使用 RANK 自适应方案优化，优化后下行 RANK 稳定在 1 左右，下行速率由 85.22Mbps 提升至151.2Mbps、提升 77.41%，下行平均 MCS 由 5.58 提升至 7.28、提升 30.41%，接通、调度等其他关键指标保持平稳。3.3 容量提升案例选取校园场景某 5G 小区，该小区忙时下行流量 74.78GB左右，平均用户数 183 个左右，忙时速率 16.64Mbps 左右，符合研究出来的扩容标准。扩容后，扇区忙时流量增加11.94GB、提升 15.97%，忙时下行速率提升 63.49Mbps、提升 3倍以上。容量受限导致低速率问题得到解决。4 结束语本文从理论和指标角度，分析了影响用户感知速率的CCE 资源分配、SR 调度、SRS 测量、覆盖、RANK 质量、容量等多种因素，并针对性提出参数优化配置、室分 RANK 优化、载波扩容等优化方案，在实际应用取得了良好的应用效果。通过参数优化，整体速率提升 33.8%，室分场景 RANK 优化速率提升 77.4%，高负荷场景扩容后速率提升 3 倍以上。5G 网络优化还处于早期阶段，本文从制约 5G 网络感知速率存在的一些问题进行了分析和研究，提出了“三步走”的优化建议，具有一定的参考借鉴作用。作者简介：王卿（1980），男，江苏常州人，高级工程师，硕士；研究方向：移动通信网络规划和优化、5G 技术及行业应用。（收稿日期：2022-08-10；责任编辑：韩菁菁）