lte網(wǎng)絡(luò)無線資源利用率定義研究

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)LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率研究思路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。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)承載能力。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驗(yàn)?zāi)繕?biāo)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)基于目標(biāo)速率的網(wǎng)絡(luò)承載能力LTE網(wǎng)絡(luò)歸一化無線資源利用率LTEFDD無線資源利用率＝小區(qū)忙時總流量/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語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)——LTE擁塞現(xiàn)象利用率高，用戶無法接入用戶數(shù)多、利用率高導(dǎo)致用戶速率低時間業(yè)務(wù)速率時間業(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)動態(tài)管道承載變化速率業(yè)務(wù)擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)獲得方法接入成功率信道利用率用戶1用戶2……用戶n業(yè)務(wù)需求及資源分配特征資源利用率用戶體驗(yàn)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)?zāi)繕?biāo)研究用戶感知目標(biāo)無線用戶平均感知速率>xMbps無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃目標(biāo)無線話統(tǒng)&分析方法1、基于目標(biāo)速率的網(wǎng)絡(luò)承載能力2、話務(wù)統(tǒng)計(jì)分析容量分析方法論STEP1STEP2STEP3關(guān)鍵方法從業(yè)務(wù)模型出發(fā)，制定用戶感知基線ExcellentGoodAcceptable3LTE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4G是微信紅包利器，100個紅包3秒被搶光①網(wǎng)頁加載超4秒，25%人會放棄②手機(jī)網(wǎng)頁超10秒，50%用戶會放棄③谷歌搜索結(jié)果慢0.4秒，一天搜索量減少800萬次④約40%移動購物者會放棄加載時間超3秒的網(wǎng)站⑤亞馬遜每天銷售額約6700萬美元，網(wǎng)頁延遲1秒，可導(dǎo)致全年損失16億美元來自谷歌的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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)類型體驗(yàn)無線網(wǎng)絡(luò)要求用戶感知帶寬kbps時延映射網(wǎng)頁瀏覽優(yōu)>2500<3Web瀏覽非常流暢好>1200<5流暢或稍有等待視頻(720P)優(yōu)>5000<3流暢播放好>3000<5基本流暢社交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)>2500<0.5快速，感覺無時延，語音高清好>1200<1稍有等待和延遲，語音質(zhì)量良優(yōu)即時通信優(yōu)>256<3實(shí)時流暢好>128<5流暢或稍有延遲游戲優(yōu)>512<3運(yùn)行流暢好>256<5流暢或稍有延遲文件傳輸優(yōu)>10000<3下載無卡頓好>8000<5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）*單用戶忙時并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)①保障速率計(jì)算示例Benchmark

業(yè)務(wù)占比及保障速率

業(yè)務(wù)類型

上行速率基線(Mbps)

下行速率基線(Mbps)

單用戶忙時并發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)

BJ市

網(wǎng)頁瀏覽0.2562.51.3634.63%即時通信0.2560.25611.30%社交網(wǎng)絡(luò)22.51.61%視頻0.256531.06%文件傳輸0.2561011.13%其他0.256310.27%上行用戶體驗(yàn)保障速率(Mbps)0.38下行用戶體驗(yàn)保障速率(Mbps)5.323、填充的Padding2、空閑的RB1、空閑的TTI系統(tǒng)帶寬STEP3：歸一化的無線資源利用率定義LTEFDD無線資源利用率＝小區(qū)忙時總流量/網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力。其中：網(wǎng)絡(luò)能夠提供業(yè)務(wù)能力受到很多具體因素的影響，在不同小區(qū)、不同地市之間會有所區(qū)別：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；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）；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；LTE的高速率以及的時隙占用比來評估作為校正因子，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，即使在忙時也存在空閑的TTI和空閑的RB；其中前面3個因素可以通過采用各小區(qū)的當(dāng)前實(shí)際頻譜效率來適配差異性；第4個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)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＝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；STEP3：無線資源利用率的計(jì)算公式推演計(jì)算公式推演：基于上頁，我們得到公式：LTEFDD無線資源利用率＝小區(qū)忙時總流量/（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：小區(qū)實(shí)際頻譜效率=小區(qū)忙時總流量/3600/（實(shí)際使用PRB個數(shù)*180k），180k指一個PRB的帶寬為180kHz；系統(tǒng)帶寬=系統(tǒng)總PRB個數(shù)*180k代入之后，推演得到：LTEFDD無線資源利用率

=實(shí)際使用PRB個數(shù)/（系統(tǒng)總PRB個數(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)系從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律上，等。會存在個別小區(qū)用戶數(shù)少的時候PRB利用率較高。用戶數(shù)和PRB利用率呈正相關(guān)的關(guān)系；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)，如不活動定時器，上行同步定時器短周期話統(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15分鐘周期18:00:0019:00:005分鐘周期60分鐘周期100%50%0%40200PRB利用率低僅個別數(shù)據(jù)卡占比高網(wǎng)絡(luò)PRB利用率高多時段PRB利用率高數(shù)據(jù)卡終端占主導(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利用率高時段長周期低負(fù)載小區(qū)，存在短時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LTE系統(tǒng)的高速率特征和PS業(yè)務(wù)的突發(fā)性，長周期小時級別的話統(tǒng)很容易“掩蓋”短時間內(nèi)的受限，采用短周期話統(tǒng)粒度來分析用戶的實(shí)際受限情況，確定校正因子，修正系統(tǒng)提供的能力。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，隨著時隙占比的升高，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)時隙占比達(dá)到90%左右時，用戶感知吞吐率下降到5Mbps左右，因此建議校正因子取值0.9。基于短周期5分鐘粒度話統(tǒng)，校正因子取值為0.9?；谡Ｖ芷谠捊y(tǒng)的公式應(yīng)用正常周期話統(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0.63~0.65和0.49~0.54（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)時間段內(nèi)多個短周期話統(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)；使用正常周期話統(tǒng)數(shù)據(jù)，需要另外引入峰均比系數(shù)。5min和15min的PRB利用率的擬合系數(shù)都在0.6左右現(xiàn)網(wǎng)話統(tǒng)數(shù)據(jù)的系數(shù)分析對比峰均比系數(shù)取值為0.5：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)?，?5min為基準(zhǔn)時，對應(yīng)的60min粒度的峰均比系數(shù)為0.5。從4個廠家現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，15min和60min的PRB利用率的擬合系數(shù)都在0.5左右STEP4：無線資源利用率公式定義用戶下行保障速率5Mbps的情況下，下行資源利用率的定義為：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）/0.915min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）/0.9/0.660min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%。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。早忙時統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)資源利用率現(xiàn)狀從資源利用率小區(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)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。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)?？筛鶕?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)際感知的負(fù)荷過載的判定方法：從資源利用率、單用戶感知吞吐率、用戶數(shù)三個維度進(jìn)行分析和判斷。用戶體驗(yàn)好，不需關(guān)注。用戶體驗(yàn)好，不需關(guān)注。用戶傳輸小包，如微信等。用戶體驗(yàn)良好，不需關(guān)注。如果用戶數(shù)較少，系統(tǒng)干擾較大或覆蓋受限，需要通過RF優(yōu)化解決干擾或覆蓋問題。單用戶感知吞吐率資源利用率如果用戶數(shù)較多，系統(tǒng)干擾較大或負(fù)荷較高，需要增加系統(tǒng)容量或RF