lte網(wǎng)絡(luò)無線資源利用率定義研究

1、LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率研究背景1、網(wǎng)絡(luò)的無線資源利用率反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的資源占用情況，無線資源利用率的研究對網(wǎng)絡(luò)資源的監(jiān)控以及下一步網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展部署有很重要的參考意義。2、LTE網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)信道為共享信道，分配方式靈活，容量評估較為復(fù)雜，需要考慮合適的方式來評估無線資源的容量和利用。3、根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)的特性，研究基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。研究出發(fā)點(diǎn)研究出發(fā)點(diǎn)LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率研究思路p LTE網(wǎng)絡(luò)容量受空口資源，設(shè)備資源，用戶數(shù)負(fù)荷，傳輸資源等多種因素共同決定。一般分別統(tǒng)計(jì)各類資源占用情況，目前沒有統(tǒng)一的無線資源利用率計(jì)算評估方法。p 基于用戶體驗(yàn)，確定無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)下的網(wǎng)絡(luò)承載

2、能力。p 研究歸一化的無線資源利用率的定義來評估網(wǎng)絡(luò)整體資源的占用情況。通過實(shí)際用戶達(dá)到業(yè)務(wù)量除以LTE網(wǎng)絡(luò)承載能力，得到無線資源利用率用戶體用戶體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)研究研究無線用戶平均感知速率xMbps無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)基于目標(biāo)速基于目標(biāo)速率的網(wǎng)絡(luò)承率的網(wǎng)絡(luò)承載能力載能力LTE網(wǎng)絡(luò)歸一化無線資源利用率LTE FDD無線資源利用率小區(qū)忙時(shí)總流量/網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力目錄1基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率定義2基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量評估更為復(fù)雜LTE數(shù)據(jù)信道為共享信道，分配方式靈活，需要考慮合適的方式來評估無線資源的容量和利用數(shù)據(jù)信道為共享信道，分配方式

3、靈活，需要考慮合適的方式來評估無線資源的容量和利用語音語音業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)LTELTE擁塞擁塞現(xiàn)象現(xiàn)象利用率高，用戶無法接入利用率高，用戶無法接入用戶數(shù)多、利用率高導(dǎo)致用戶速率低用戶數(shù)多、利用率高導(dǎo)致用戶速率低時(shí)間業(yè)務(wù)速率時(shí)間業(yè)務(wù)速率用戶1用戶2用戶n固定管道承載固定速率業(yè)務(wù)固定管道承載固定速率業(yè)務(wù)動態(tài)管道承載變化速率業(yè)務(wù)動態(tài)管道承載變化速率業(yè)務(wù)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)獲得方法獲得方法接入成功率接入成功率信道利用率信道利用率用戶1用戶2用戶n業(yè)務(wù)需求及資業(yè)務(wù)需求及資源分配特征源分配特征資源利用率資源利用率用戶體驗(yàn)用戶體驗(yàn)無線網(wǎng)要求無線網(wǎng)要求基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)承載標(biāo)準(zhǔn)用戶體驗(yàn)用戶體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)研

4、究目標(biāo)研究用戶感知目標(biāo)用戶感知目標(biāo)無線用戶平均感知速率xMbps無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)無線話統(tǒng)無線話統(tǒng)& &分析方法分析方法1 1、基于目標(biāo)速率的網(wǎng)絡(luò)承、基于目標(biāo)速率的網(wǎng)絡(luò)承載能力載能力2 2、話務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、話務(wù)統(tǒng)計(jì)分析容量分析方法論容量分析方法論STEP1STEP2STEP3關(guān)關(guān)鍵鍵方方法法u從業(yè)務(wù)模型出發(fā)，制定用戶感知基線從業(yè)務(wù)模型出發(fā)，制定用戶感知基線0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20用戶滿意度用戶滿意度業(yè)務(wù)時(shí)延業(yè)務(wù)時(shí)延ExcellentGoodAcceptable302040600%20%40

5、%60%80%100%無線資源利用率無線資源利用率無線資源利用率無線資源利用率vs吞吐率分析吞吐率分析00.5100.20.40.60.81PRB_Usage(15min)5/15分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 PRB_Usage(15min)_10MPRB_Usage(15min)_20MLTE網(wǎng)絡(luò)歸一化無線資源利用率STEP4STEP1：研究表明，當(dāng)前3S打開目標(biāo)內(nèi)容是用戶感知基線要求移動移動4G是微信紅包利器，是微信紅包利器， 100個(gè)紅包個(gè)紅包3秒被搶光秒被搶光網(wǎng)頁加載超網(wǎng)頁加載超4秒，秒，25%人會放棄人會放棄手機(jī)網(wǎng)頁超手機(jī)網(wǎng)頁超10秒，秒，50%用戶會放棄用戶會放棄

6、谷歌搜索結(jié)果慢谷歌搜索結(jié)果慢0.4秒，一秒，一天搜索量減少天搜索量減少800萬次萬次約約40%移動購物者會放移動購物者會放棄加載時(shí)間超棄加載時(shí)間超3秒的網(wǎng)站秒的網(wǎng)站亞馬遜每天銷售額亞馬遜每天銷售額約約6700萬美元，網(wǎng)頁萬美元，網(wǎng)頁延遲延遲1秒，可導(dǎo)致全年秒，可導(dǎo)致全年損失損失16億美元億美元來自來自谷歌谷歌的統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)不同業(yè)務(wù)保證優(yōu)秀體驗(yàn)對應(yīng)不同速率不同業(yè)務(wù)保證優(yōu)秀體驗(yàn)對應(yīng)不同速率業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)類型體驗(yàn)體驗(yàn)無線網(wǎng)絡(luò)要求無線網(wǎng)絡(luò)要求用戶用戶感知感知帶寬帶寬kbpskbps時(shí)延映射時(shí)延映射網(wǎng)頁瀏覽網(wǎng)頁瀏覽優(yōu)250012005000300025001200256128512256100008

7、0005 下載稍有延遲下載稍有延遲 STEP2：基于業(yè)務(wù)模型，推薦用戶保障速率DL/UL=5/0.6Mbps單用戶感知保障速率 = （業(yè)務(wù)i保障速率*業(yè)務(wù)i并發(fā)率）* 單用戶忙時(shí)并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)保障速率計(jì)算示例保障速率計(jì)算示例BenchmarkBenchmark 業(yè)務(wù)占比及保障速率業(yè)務(wù)占比及保障速率 業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)類型 上行速率基線上行速率基線(Mbps) (Mbps) 下行速率基線下行速率基線(Mbps) (Mbps) 單用戶忙時(shí)并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)單用戶忙時(shí)并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù) BJBJ市市 網(wǎng)頁瀏覽網(wǎng)頁瀏覽0.2562.51.3634.63%即時(shí)通信即時(shí)通信0.2560.25611.30%社交網(wǎng)絡(luò)社交網(wǎng)絡(luò)22.51

8、.61%視頻視頻0.256531.06%文件傳輸文件傳輸0.2561011.13%其他其他0.256310.27%上行用戶體驗(yàn)保障速率上行用戶體驗(yàn)保障速率(Mbps)(Mbps)0.38 下行用戶體驗(yàn)保障速率下行用戶體驗(yàn)保障速率(Mbps)(Mbps)5.32 3 3、填充的、填充的PaddingPadding2 2、空閑的、空閑的RBRB1 1、空閑的、空閑的TTITTI系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬STEP3：歸一化的無線資源利用率定義uLTE FDDLTE FDD無線資源利用率無線資源利用率小區(qū)忙時(shí)總流量小區(qū)忙時(shí)總流量/ /網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力。其中：p網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力受到很多

9、具體因素的影響，在不同小區(qū)、不同地市之間會有所區(qū)別：1.各小區(qū)或各地市之間的用戶分布、業(yè)務(wù)分布模型、網(wǎng)絡(luò)覆蓋干擾情況都有區(qū)別，導(dǎo)致各小區(qū)能提供的實(shí)際能力會有差別；2.系統(tǒng)性的開銷會占用一部分的系統(tǒng)能力，比如：HARQ重傳、SRB、Paging、系統(tǒng)消息、L2控制信令（MCE）；3.智能終端場景下，小包較多，比如心跳包、文字聊天、SRB等，導(dǎo)致已分配的RB中也會存在部分RE填充的是Padding；這會導(dǎo)致一部分的能力被隱性損失，不能達(dá)到極限能力；4.LTE的高速率以及的時(shí)隙占用比來評估作為校正因子校正因子，從而來修正系統(tǒng)能提供的能力。業(yè)務(wù)的不均勻性和突發(fā)性，即使在忙時(shí)也存在空閑的TTI和空閑的R

10、B；其中前面3個(gè)因素可以通過采用各小區(qū)的當(dāng)前實(shí)際頻譜效率實(shí)際頻譜效率來適配差異性；第4個(gè)因素則可通過分析網(wǎng)絡(luò)中吞吐率不能滿足要求的小區(qū)p從而網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力可以計(jì)算如下：網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力小區(qū)實(shí)際頻譜效率小區(qū)實(shí)際頻譜效率* *系統(tǒng)帶寬系統(tǒng)帶寬* *統(tǒng)計(jì)周期統(tǒng)計(jì)周期* *校正因子校正因子；STEP3：無線資源利用率的計(jì)算公式推演u 計(jì)算公式推演：基于上頁，我們得到公式：LTE FDD無線資源利用率小區(qū)忙時(shí)總流量/（小區(qū)實(shí)際頻譜效率*系統(tǒng)帶寬*統(tǒng)計(jì)周期*校正因子）。其中：p 小區(qū)實(shí)際頻譜效率 = 小區(qū)忙時(shí)總流量/3600/（實(shí)際使用PRB個(gè)數(shù)*180k），180k指一個(gè)P

11、RB的帶寬為180kHz；p 系統(tǒng)帶寬 = 系統(tǒng)總PRB個(gè)數(shù)*180k代入之后，推演得到：LTE FDD無線資源利用率 = 實(shí)際使用PRB個(gè)數(shù)/（系統(tǒng)總PRB個(gè)數(shù)*校正因子） = PRB利用率 / 校正因子用戶數(shù)和PRB利用率的關(guān)系p 從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律上，等。p會存在個(gè)別小區(qū)用戶數(shù)少的時(shí)候PRB利用率較高。用戶數(shù)和PRB利用率呈正相關(guān)的關(guān)系；1.但其定量系數(shù)關(guān)系與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置會相關(guān)，如不活動定時(shí)器，上行同步定時(shí)器y = 0.0935x + 0.73480204060050100150200250300PRB %用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù) vs PRB 15min- E/y = 0.1135

12、x + 0.50680102030050100150PRB %用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù) vs PRB 15min- NSNy = 0.1044x + 1.22910204060050100150200250300350PRB %用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù) vs PRB 15min- ZTEy = 0.3855x + 2.704010203040020406080100PRB %用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù)用戶數(shù) vs PRB 15min- Huawei短周期話統(tǒng)可以更準(zhǔn)確反映資源占用情況短周期PRB利用率更準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況全球60分鐘統(tǒng)計(jì)周期PRB資源利用率低0400800120016000-10%

13、10%-20%20%-30%30%-40%40%-50%50%-60%60%-70%70%-100%Cell Num15分鐘周期020400%50%100%18:00:0018:15:0018:30:0018:45:0019:00:0019:15:0019:30:0019:45:00020400%50%100%18:00:0018:15:0018:30:0018:45:0019:00:0019:15:0019:30:0019:45:0018:00:0019:00:005分鐘周期60分鐘周期100%50%0%40200PRB利用率低僅個(gè)別數(shù)據(jù)卡占比高網(wǎng)絡(luò)PRB利用率高多時(shí)段PRB利用率高數(shù)據(jù)卡終

14、端占主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)由于終端消耗數(shù)據(jù)量，60分鐘周期PRB利用率可以支撐擴(kuò)容。智能終端占主導(dǎo)的全球大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)，長周期話統(tǒng)結(jié)果普遍輕載，難以支撐網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容分析?，F(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析顯示，智能終端占主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，短周期話統(tǒng)可以更精確反映網(wǎng)絡(luò)資源受限，由于5分鐘周期數(shù)據(jù)量過大，擴(kuò)容分析采用15分鐘周期數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)PRB利用率高時(shí)段長周期低負(fù)載小區(qū)，存在短時(shí)PRB利用率高點(diǎn)基于短周期話統(tǒng)的獲取公式校正因子由于由于LTELTE系統(tǒng)的高速率特征和系統(tǒng)的高速率特征和PSPS業(yè)務(wù)的突發(fā)性，長周期小時(shí)級別的話統(tǒng)很容易業(yè)務(wù)的突發(fā)性，長周期小時(shí)級別的話統(tǒng)很容易 “掩蓋掩蓋”短時(shí)間內(nèi)的短時(shí)間內(nèi)的 受限受限，采用，采用短短周期話周期話統(tǒng)粒度統(tǒng)

15、粒度來分析用戶的實(shí)際受限來分析用戶的實(shí)際受限情況，確定校正因子，修正系統(tǒng)提供的能力。情況，確定校正因子，修正系統(tǒng)提供的能力。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，隨著時(shí)隙占比的升高，用戶感知吞吐率呈下降趨勢，以5分鐘的數(shù)據(jù)粒度來統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)隙占比達(dá)到90%左右時(shí)，用戶感知吞吐率下降到5Mbps左右，因此建議校正因子取值校正因子取值0.90.9。010203040500%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Mbps時(shí)隙占比時(shí)隙占比分析分析5min粒度粒度用戶吞吐率(10MHz)用戶吞吐率(20MHz)基于短周期基于短周期5分鐘粒度話統(tǒng)，校正因子取值為分鐘粒度話統(tǒng)，校正因子取值為0.9?；谡Ｖ?/p>

16、期話統(tǒng)的公式應(yīng)用y = 0.6336x + 0.0116y = 0.6546x + 0.009300.5100.20.40.60.811.2PRB_Usage(15min)PRB_Usage(5min)5/15分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 PRB_Usage(15min)_10MPRB_Usage(15min)_20M線性 (PRB_Usage(15min)_10M)線性 (PRB_Usage(15min)_20M)y = 0.4936x + 0.034y = 0.5448x + 0.025400.5100.20.40.60.811.2PRB_Usage(60min)PRB_

17、Usage(15min)15/60分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 PRB_Usage(60)_10MPRB_Usage(60)_20M線性 (PRB_Usage(60)_10M)線性 (PRB_Usage(60)_20M)p 正常周期話統(tǒng)PRB利用率和短周期的話統(tǒng)PRB利用率的關(guān)系：5min與15min粒度、15min和60min粒度的PRB利用率之間的對應(yīng)關(guān)系，分別約為0.630.65和0.490.54（歸一取整到0.6和0.5）。注：這里的對應(yīng)關(guān)系是指長周期的話統(tǒng)值與對應(yīng)時(shí)間段內(nèi)多個(gè)短周期話統(tǒng)值的最大值之間的關(guān)系。無線資源利用率 = PRB利用率 / 校正因子/ 峰均比系數(shù)

18、； 使用正常周期話統(tǒng)數(shù)據(jù)，需要另外使用正常周期話統(tǒng)數(shù)據(jù)，需要另外引入峰均比引入峰均比系數(shù)。系數(shù)。5min和和15min的的PRB利用率的擬合系數(shù)都在利用率的擬合系數(shù)都在0.6左右左右現(xiàn)網(wǎng)話統(tǒng)數(shù)據(jù)的系數(shù)分析對比p峰均比系數(shù)取值為0.5 ： 1.取值為0.5的依據(jù)：話統(tǒng)分析 ，15min粒度的PRB利用率與60分鐘粒度的PRB利用率之間的線性擬合系數(shù)為0.5左右； 因?yàn)椋?5min為基準(zhǔn)時(shí)，對應(yīng)的60min粒度的峰均比系數(shù)為0.5。y = 0.4936x + 0.034y = 0.5448x + 0.02540100.20.40.60.811.2PRB_Usage(60min)PRB_Usage

19、(15min)15/60分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 - HuaweiPRB_Usage(60)_10MPRB_Usage(60)_20M線性 (PRB_Usage(60)_10M)線性 (PRB_Usage(60)_20M)y = 0.5341x - 0.012-0.500.510%20%40%60%80%100%120%PRB - 60minPRB - 15min15/60分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 - E/y = 0.5281x + 0.019400.5100.20.40.60.811.2PRB 60minPRB 15min15/60分鐘粒度分鐘粒度

20、PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 - ZTEy = 0.5413x - 1.9914-50050100020406080100120PRB 60minPRB 30min15/60分鐘粒度分鐘粒度PRB利用率的關(guān)系利用率的關(guān)系 - NSN從從4個(gè)廠家個(gè)廠家現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，15min和和60min的的PRB利用率的擬合系數(shù)都在利用率的擬合系數(shù)都在0.5左右左右STEP4：無線資源利用率公式定義q 用戶下行保障速率5Mbps的情況下，下行資源利用率的定義為：q 5min粒度統(tǒng)計(jì)：無線資源利用率 = PRB利用率（5min） / 校正因子 = PRB利用率（5min） / 0.9q 15mi

21、n粒度統(tǒng)計(jì)：無線資源利用率= PRB利用率（15min） / 校正因子/峰均比系數(shù) = PRB利用率（15min） / 0.9/0.6q 60min粒度統(tǒng)計(jì)：無線資源利用率= PRB利用率（60min） / 校正因子/峰均比系數(shù) = PRB利用率（60min） / 0.9/0.6/0.5LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率現(xiàn)狀5.2%3.6%5.3%7.9%4.7%4.1%5.0%4.9%5.8%5.4%6.7%4.1%4.6%6.9%4.4%4.0%6.7%8.4%5.2%5.4%0.00%1.00%2.00%3.00%4.00%5.00%6.00%7.00%8.00%9.00%北京福建甘肅廣東廣西貴州海南

22、河北河南湖南吉林江西遼寧寧夏山東山西上海天津浙江重慶現(xiàn)網(wǎng)資源利用率現(xiàn)網(wǎng)資源利用率下行PRB平均利用率資源利用率p 現(xiàn)網(wǎng)各省平均資源利用率不高，資源利用率平均為5%左右。最高的為天津和廣東，資源利用率分別為8.4%和7.9%。p LTE現(xiàn)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不高。部分高負(fù)荷地區(qū)如北京中關(guān)村，國貿(mào)區(qū)域資源利用率為15%左右。早忙時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率現(xiàn)狀p 從資源利用率小區(qū)分布來看，目前絕大部分小區(qū)資源利用率都在20%以下，高負(fù)荷的小區(qū)較少。 北京，上海，廣州，深圳四個(gè)城市，資源利用率小于20%的小區(qū)占比為98%左右。 濟(jì)南資源利用率小于20%的小區(qū)占比為87.4%，資源利用率在20%和50%之

23、間的小區(qū)有10.8%。城市資源利用率20%小區(qū)占比20%資源利用率50%小區(qū)占比50%資源利用率80%小區(qū)占比80%資源利用率90%小區(qū)占比90%資源利用率小區(qū)占比北京97.26%2.44%0.24%0.02%0.04%上海97.54%2.22%0.21%0.00%0.03%廣州98.70%1.25%0.05%0.00%0.00%深圳98.29%1.60%0.07%0.04%0.00%濟(jì)南87.39%10.80%1.17%0.17%0.47%無線資源利用率總結(jié)q 無線資源利用率反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的資源占用情況，對網(wǎng)絡(luò)資源的監(jiān)控以及下一步網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展部署有很重要的參考意義。q 在具體應(yīng)用中，資源利用率中峰均比系數(shù)，和網(wǎng)絡(luò)的忙閑占用有很大的關(guān)系。需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的變化，校準(zhǔn)峰均比系數(shù)。q 可根據(jù)不同的場景進(jìn)行細(xì)化分析應(yīng)用。目錄1基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率定義2基于用戶體驗(yàn)的LTE網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)LTE網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)license資源PRACH資源RRC連接用戶數(shù)PUCCH資源硬件能力基帶板CPU主控板CPUPDCCH資源用戶感知負(fù)荷資源利用率結(jié)合用戶速率和用戶數(shù)分析維度用戶感知負(fù)荷擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)針對用戶實(shí)際感