基于校園LTE網(wǎng)絡(luò)容量和感知優(yōu)化的探究

1、【摘要】以XX學(xué)院FDM絡(luò)為例，通過對其用戶行為和網(wǎng)絡(luò)負荷的分析，提出了針對校園LTEFDD系統(tǒng)容量分析、監(jiān)控及感知優(yōu)化的解決建議，為網(wǎng)絡(luò)資源容量的擴容提供數(shù)據(jù)依據(jù)，保障校園LTE網(wǎng)絡(luò)（Wj質(zhì)、Wj效的運行。【關(guān)鍵詞】LTE資源容量空口負荷感知速率擴容1概述1.1 背景校園擁有龐大且特點相對集中的客戶群，是大量話務(wù)的源頭之一，校園網(wǎng)市場是移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的戰(zhàn)略性市場。學(xué)生群體追求時尚，品牌歸屬感強，是未來高端客戶的潛在群體。搶占校園網(wǎng)市場，對于正在大力發(fā)展4G的運營商來說，具有不可估量的戰(zhàn)略意義。運營商在校園網(wǎng)市場的競爭異常激烈。在中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)提前領(lǐng)跑的現(xiàn)實情況下，中國電信則需要建

2、設(shè)和優(yōu)化好自己的校園LTE網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮LTEFDD的性能優(yōu)勢，以高感知度發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢搶占校園市場。要實現(xiàn)以上目標，一張運行穩(wěn)定、高性能的精品LTE網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)。1.2 LTE校園網(wǎng)特點發(fā)展校園網(wǎng)市場，首先要對校園網(wǎng)本身以及校園用戶群的特點有足夠的認識。校園網(wǎng)用戶群的主要特點如下： 用戶多，業(yè)務(wù)量大，高并發(fā)； 以小數(shù)據(jù)包、多連接、高時長業(yè)務(wù)為主，如即時社交軟件（QQ微信、貼吧等）、在線手游、新聞小說閱讀等； 在時間和空間上業(yè)務(wù)分布非常集中，存在明顯的“潮汐”效應(yīng)。以主要承載業(yè)務(wù)類型為依據(jù)可將基站小區(qū)分為：小包小區(qū)、中包小區(qū)、大包小區(qū)，本文將以此為切入點，分析和探索校園網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案。2校園LTE話務(wù)

3、模型分析本章對校園網(wǎng)用戶話務(wù)模型進行分析，為后續(xù)分析提供相關(guān)的數(shù)據(jù)參考和支撐。2.1 校園網(wǎng)話務(wù)模型校園網(wǎng)話務(wù)模型如圖1所示:圖1校園網(wǎng)話務(wù)模型L，區(qū)情任時岬戶的上號召吐信嘮用用戶的下行吞吐學(xué)用戶啊曲員立次限號用戶腳蛾有戲性威比特擎RAW?上MRWkl耳ERAB的下行甘吐，呻?yún)s用戶的EiRABtfi用戶呼比峰小包2141躬S341610418170中芭的1107映1的B0大包14廊93禺111912444闋80表1XX學(xué)院的LTE網(wǎng)絡(luò)模型業(yè)務(wù)模型上行流帚下行流量RRC連接時長被叫次數(shù)主叫次數(shù)上行新邕需耗上行州R速海,整加上行網(wǎng)J時傳r數(shù)；同時崢用戶融PDCCM碰源消在岫名zZ用戶RRC連羲H長

4、螭憶則W蠟上網(wǎng)時正接的用戶數(shù)越多,滔梏PU5H瓷舞跖1WmW；收卜仃加基求北”:詠H良珀.MMl丁.3II''.：ii''.1恃11.'七a9.PDCCH蛀兇:“趙If.：主依次品，4叫+漁用）消ttPRArH礪?',洲；/LTE網(wǎng)絡(luò)資源上行PRB資源卜行同力隹輸用戶PDCCH資源下行PRB資源下行同時激活用戶數(shù)PUCCH貨源RRC連接用戶License尋呼資源PRACH投入資源2.2 校園網(wǎng)有效傳輸比有效傳輸比指在線用戶中傳輸數(shù)據(jù)的比例，反映實際占用業(yè)務(wù)PRBPhysicalResourceBlock,物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源分配的頻域最小單位）資

5、源的用戶情況，有效傳輸比越大則用戶業(yè)務(wù)越多，占用的業(yè)務(wù)資源越多，大包業(yè)務(wù)的有效傳輸比高于小包業(yè)務(wù)。有效傳輸比=激活用戶數(shù)/RRC連接數(shù)隨著小區(qū)承載業(yè)務(wù)越多，用戶速率降低，激活用戶數(shù)增多，但業(yè)務(wù)間等待時間不變，有效傳輸比提升。 “小包小區(qū)”的有效傳輸比在容量門限內(nèi)表現(xiàn)平穩(wěn)，在容量門限內(nèi)約為4% “大包小區(qū)”的有效傳輸比隨著用戶數(shù)增加而持續(xù)提升，在容量門限內(nèi)約為11% “中包小區(qū)”的有效傳輸比隨著用戶數(shù)增加而持續(xù)提升，在容量門限內(nèi)約為7%2.3 校園網(wǎng)用戶均峰比用戶均峰比反映平均RRC（RadioResourceControl,無線資源控制）用戶數(shù)與最大RRC用戶數(shù)的比例，隨著用戶數(shù)的增長，均峰比

6、提升。用戶均峰比可以近似反映用戶激活比，用戶均峰比越大，則用戶激活比越大。 對于“小包小區(qū)”，用戶均峰比在用戶數(shù)提升后，最終達到約為70% 對于“大包小區(qū)”，用戶均峰比在用戶數(shù)提升后，最終達到約為80% 對于“中包小區(qū)”，用戶均峰比在用戶數(shù)提升后，最終達到約為80%3校園LTE網(wǎng)絡(luò)容量分析校園LTE網(wǎng)絡(luò)容量分析的目的是評估網(wǎng)絡(luò)當前的負荷程度，判斷網(wǎng)絡(luò)容量是否存在受限因素，并提供相應(yīng)的優(yōu)化及擴容方案。在具體分析層面上，分為空口資源、設(shè)備資源、傳輸資源等幾大部分，本章主要分析空口資源。空口硬資源評估是對空口各種物理資源利用率的評估，包括PRBPDCCH(PhysicalDownlinkContro

7、lChannel,物理下行鏈路控制信道)、PRACHPhysicalRandomAccessChannel,物理隨機接入信道)、PUCCHPhysicalUplinkControlCHannel,物理上行鏈路控制信道)、空口尋呼資源、RRC用戶數(shù)License等。空口用戶感知評估主要分析用戶感知速率，與業(yè)務(wù)體驗的要求相比較，判斷網(wǎng)絡(luò)容量是否滿足業(yè)務(wù)體驗的要求，以此來評估LTE網(wǎng)絡(luò)容量是否受限。空口用戶感知確定的LTE容量是軟容量。3.1 基于用戶感知的LTE網(wǎng)絡(luò)容量分析用戶感知是衡量網(wǎng)絡(luò)性能好壞的重要標準，所有的優(yōu)化工作都是以用戶感知提升為目標，所以在網(wǎng)絡(luò)容量分析時，用戶感知是重要的參考因素。

8、本章以現(xiàn)網(wǎng)實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，對用戶感知和網(wǎng)絡(luò)容量之間的關(guān)系進行分析討論。(1) “小包小區(qū)”的容量分析小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)用戶感劃逑率用戶可決得艮上通終“小包小區(qū)”的用戶感知速率和平均用戶數(shù)關(guān)系如圖2所示分析“小包小區(qū)”的用戶感知速率與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，在小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)低于102時，用戶感知速率基本保持在2.7Mbps左右，雖然用戶可以從小區(qū)獲得的最大速率遠高于此，但感知速率并不會提升。說明在這些“小包小區(qū)”中，小包業(yè)務(wù)需要的感知速率在2.7Mbps左右。小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)大于102時，用戶感知速率開始下降，由此導(dǎo)致用戶等待的時間變長，同時用戶從小區(qū)可獲得的最大速率也會急劇下降，說明此

9、時用戶體驗已經(jīng)開始受到影響。綜上分析，“小包小區(qū)”保障用戶感知的用戶數(shù)門限為：小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)w102。分析“小包小區(qū)”的PRB占用率與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，小包業(yè)務(wù)小區(qū)PRB占用率都比較低，達到平均用戶數(shù)門限時，下行PRB占用率約為30%分析“小包小區(qū)”的流量與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，小包業(yè)務(wù)小區(qū)的流量相對較低，達到平均用戶數(shù)門限時，小區(qū)的下行流量約為2.5GB,上行流量約為0.22GB。(2) “大包小區(qū)”的容量分析小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)一用戶感知速率用戶對我得心大速率“大包小區(qū)”用戶感知速率和平均用戶數(shù)關(guān)系如圖3所示分析“大包小區(qū)”的用戶感知速率與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，大包業(yè)務(wù)的

10、感知速率是隨用戶數(shù)的增長而下降的，說明對于大包業(yè)務(wù)，負荷低時它可以感知到更高的速率，隨著用戶可獲取的最大速率下降，大包業(yè)務(wù)感知速率也下降，這與小包小區(qū)的特征是不一樣的。結(jié)合平均用戶數(shù)與用戶感知速率的關(guān)系，考慮大包業(yè)務(wù)感知速率要求為5Mbps,“大包小區(qū)”保障用戶感知的用戶數(shù)門限為：小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)w53。分析“大包小區(qū)”的PRB占用率與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，大包業(yè)務(wù)小區(qū)PRB占用率都比較高，達到平均用戶數(shù)門限時，下行PRB占用率約為60%分析“大包小區(qū)”的流量與平均用戶數(shù)的變化關(guān)系可知，大包業(yè)務(wù)小區(qū)的流量相對較高，達到平均用戶數(shù)門限時，小區(qū)的下行流量約為6.8GB,上行流量約為0.5GB

11、。(3)“中包小區(qū)”的容量分析一一一一司ecizEcimenfe小區(qū)內(nèi)的干均用戶數(shù)用戶下行空際速率一用戶感知卜行空口能力“中包小區(qū)”用戶感知速率和平均用戶數(shù)關(guān)系如圖4所示分析“中包小區(qū)”的用戶感知速率與平均用戶數(shù)的關(guān)系可知，中包業(yè)務(wù)的感知速率是隨用戶數(shù)的增長而下降的，但它的速率低于大包業(yè)務(wù)。對于“中包小區(qū)”,考慮業(yè)務(wù)體驗要求取大包業(yè)務(wù)和小包業(yè)務(wù)之間速率約3.8Mbps,“中包小區(qū)”保障用戶感知的用戶數(shù)門限為：小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)w64。分析“中包小區(qū)”的PRB占用率與平均用戶數(shù)的關(guān)系可知，中包業(yè)務(wù)小區(qū)達到平均用戶數(shù)門限時，下行PRB占用率約為45%分析“中包小區(qū)”的流量與平均用戶數(shù)的關(guān)系可知，大

12、包業(yè)務(wù)小區(qū)的流量相對較高，達到平均用戶數(shù)門限時，小區(qū)的下行流量約為3.8GB,上行流量約為0.42GB。(4)小結(jié)通過對用戶感知和網(wǎng)絡(luò)負荷相互關(guān)系的分析，可以得出如下結(jié)論：為保障用戶感知不受明顯的影響，各業(yè)務(wù)特性小區(qū)需滿足表2的條件(即保障用戶感知的小區(qū)擴容標準)：小區(qū)分類容量監(jiān)控指標（小時級話統(tǒng)指標）判斷標準小包小區(qū)（平均每E-RAB流小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)102量M300kB)PRB占用率/%30中包小區(qū)（300平均每小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)64E-RAK充卦1000kB)PRB占用率/%45大包小區(qū)（邛均每E-R/舊流小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)53量N1000kB)PRB占用率/驪60表2保障用戶感知的小

13、區(qū)擴容標準相關(guān)指標說明如表3所示（E-RAB（EvolvedRadioAccessBearer,演進的無線接入承載）；PDCP（PacketDataConvergenceProtocol,分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）。平均每E-RAB流量=小區(qū)PDCPB所發(fā)送的下行數(shù)據(jù)的總吞吐量/8/1024/E-RAB建立成功總次數(shù)下行PRB占用率=下行PR啾使用的平均個數(shù)/下行可用的PRB個數(shù)上行PRB占用率=上行PR啾使用的平均個數(shù)/上行可用的PRB個數(shù)指標ID指標名稱指標描述1526727378L.Traffic.UberAvg小區(qū)內(nèi)的平均用戶數(shù)1526728261L.Thrp.bits.OL小區(qū)PDCP層所發(fā)

14、送的下行數(shù)據(jù)的總吞吐量（比特）1526726740L.OiL*as.PRBCL.LfcedA/g下行PRB被使用的平均個數(shù)1526728433L.Chinas.PRBDL.AvalI下行可用的PRS個數(shù)1526726737L.ChM*as.PRRLLliedA/g上行PRH被使用的平均個散15267284341526727S44L.OiLfeas.PRRUL.AvaiIL.E-RAB.SuccEst上行可用的PRS個數(shù)E-RAB建立成功總次數(shù)指標ID指標名稱指標描述1526727378L.Traffic.User.Avg1526728261L.Thrp.bits.DL表3相關(guān)指標說明小區(qū)內(nèi)的平

15、均用戶數(shù)小區(qū)PDC際所發(fā)送的下行數(shù)據(jù)的總吞吐量（比特）1526726740L.ChMeas.PRB.DL.Used.Avg下行PRB被使用的平均個數(shù)1526728433L.ChMeas.PRB.DL.Avail下行可用的PRB個數(shù)1526726737L.ChMeas.PRB.UL.Used.Avg上行PRB被使用的平均個數(shù)1526728434L.ChMeas.PRB.UL.Avail上行可用的PRB個數(shù)1526727544L.E-RAB.SuccEstE-RAB建立成功總次數(shù)3.2基于空口信道資源負荷的容量分析空口資源受限會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降、KPI（KeyPerformanceIndica

16、tor,關(guān)鍵績效指標法）嚴重惡化，此時無法保證用戶接入的最低要求，用戶感知更是無從談起。鑒于此，對空口信道資源負荷進行關(guān)注顯得尤為重要。（1）RRG1接許可用戶數(shù)使用率“eNodeB（EvolvedNodeB基站）內(nèi)的最大用戶數(shù)”統(tǒng)計了接入（包括接入成功、接入失敗、切換入成功、切換入失敗但已申請到License）該eNodeB的所有UE申請License的最大值，該指標作為是否需要擴容用戶數(shù)License的決策依據(jù)。當eNodeB內(nèi)的最大用戶數(shù)超過License數(shù)目時，新用戶接入將會失敗，影響用戶體驗。根據(jù)優(yōu)化實踐經(jīng)驗，建議“RRC!接許可用戶數(shù)使用率”達到70%寸，即要密切關(guān)注其變化趨勢，并

17、做擴容準備。RRC連接許可用戶數(shù)使用率=eNodeB內(nèi)的最大用戶數(shù)/RRC連接許可用戶License數(shù)x100%RRC1接許可用戶License數(shù)取小區(qū)配置值。（2）平均PDCCK道占用率PDCC源載白是DCI（DownlinkControlInformation,下行鏈路控制信息），包含一個或多個UEUserEquipment,用戶設(shè)備）上的資源分配和其他的控制信息。UE需要首先解調(diào)PDCCH中的DCI（DownlinkControlInformation,下行控制信息），然后才能夠在相應(yīng)的資源位置上解調(diào)屬于UE自己的PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel,物理

18、下行共享信道）（包括廣播消息、尋呼、UE的數(shù)據(jù)等）。因此如果PDCCHT用率受限，將導(dǎo)致用戶接入、業(yè)務(wù)體驗都會受到影響。建議“平均PDCCHPhysicalDownlinkSharedChannel,物理下行共享信道）信道占用率”達到70%寸，即要密切關(guān)注其變化趨勢，并做擴容準備（CCE（ControlChannelElement,控制信道因子）。平均PDCCHt道占用率=（公共信令使用的CCE4"數(shù)+上行調(diào)度使用的CCE個數(shù)+下行調(diào)度使用的CCE數(shù)）/小區(qū)最大CCE個數(shù)X100%（3）平均小區(qū)尋呼信道占用率小區(qū)尋呼負荷一旦超過規(guī)格，尋呼消息就可能被丟棄，導(dǎo)致尋呼成功率下降，進而影響

19、用戶使用感知。當“平均小區(qū)尋呼信道占用率”達到50%寸，即要密切關(guān)注其變化趨勢，達到70%T能出現(xiàn)尋呼消息被丟棄的情況，此時需要擴容。平均小區(qū)尋呼信道占用率=小區(qū)Uu接口尋呼用戶個數(shù)/3600/尋呼容量尋呼容量按1200計算。（4）平均PRACH言道占用率UE通過上行PRACHB達到與LTE系統(tǒng)之間的上行接入和同步。隨機接入過程分為基于競爭的隨機接入和基于非競爭的隨機接入。如果競爭接入次數(shù)超過N次/s（當帶寬為15M/20M時，N取值為100;當帶寬為5M/10M時，N取值為50）,UE發(fā)起隨機接入遇到?jīng)_突的概率增大，接入時延增大。這里N的選擇是產(chǎn)品在Preamble（序文）設(shè)計時考慮碰撞概率

20、小于1%等因素確定的。建議“平均PRACH言道占用率”達到50%寸，即要密切關(guān)注其變化趨勢，達到70%W需要擴容。平均PRACHt道占用率=（忙時競爭Preamble接收次數(shù)（GroupA）+忙時競爭Preamble接收次數(shù)（GroupB）/3600/NX100%N=100,帶寬為15M/20M;或N=50,帶寬為5M/10M（5）平均PUCCK道占用率PUCC腑源指空口可分配的SRI（SchedulingRequestIndication,調(diào)度請求指示）和CQI（ChannelQualityInformation，信道質(zhì)量信息）資源的調(diào)度用戶數(shù)及其使用的資源數(shù)，以及動態(tài)ACK資源數(shù)。PUCC

21、喀量受限，首先將導(dǎo)致準入控制和切換失敗，小區(qū)調(diào)度用戶數(shù)受限，同時影響小區(qū)和用戶吞吐率以及用戶上行調(diào)度時延。小區(qū)RRC1接用戶中只有維持上行同步的用戶是需要使用PUCC腑源的，以此類用戶數(shù)和PUCC赍源支持的最大用戶數(shù)白比例來作為評估PUCC腑源利用情況的依據(jù)。建議“平均小區(qū)尋呼信道占用率”達到70%寸即要密切關(guān)注其變化趨勢，并做擴容準備。PUCC腑源禾1J用率=小區(qū)內(nèi)上行平均同步用戶數(shù)/PUCCHffl戶容量X100%PUCCH1戶容量按1200計算。（6）小結(jié)LTE空口信道容量受限后，會產(chǎn)生相應(yīng)的業(yè)務(wù)和信令擁塞，PRB信道資源主要是感知受限，已包含在基于用戶感知的容量監(jiān)控中，本章主要監(jiān)控的是

22、與控制面相關(guān)的信道資源。通過以上分析得知，空口信道資源負荷需要監(jiān)控的指標及擴容標準如表4所示：容量監(jiān)控指標判斷標準RRCS接許可用戶數(shù)使用率>70%平均PDCCHI言道占用率>70%（5分鐘話統(tǒng)推薦，小時統(tǒng)計推薦50%）平均小區(qū)尋呼信道占用率>70%（5分鐘話統(tǒng)推薦,小時統(tǒng)計推薦50%）平均PRACH盲道占用率>70%（5分鐘話統(tǒng)推薦，小時統(tǒng)計推薦50%）平均PUCCH信道占用率>70%（5分鐘話統(tǒng)推薦，小時統(tǒng)計推薦50%）表4空口信道資源負荷監(jiān)控指標及擴容標準4XX學(xué)院網(wǎng)絡(luò)容量評估上文探討了用戶感知與網(wǎng)絡(luò)負荷之間的關(guān)系，提出了保障用戶感知的網(wǎng)絡(luò)容量監(jiān)控與擴容標準

23、，本章以XX學(xué)院為例，對其現(xiàn)網(wǎng)負荷進行評估分析，并提出優(yōu)化解決方案。4.1 當前容量評估從“感知受限”和“空口資源受限”兩個方面對XX學(xué)院的負荷進行評估。（1）感知受限統(tǒng)計一周小區(qū)級話統(tǒng)指標（7X24小時），根據(jù)各小區(qū)所屬的不同業(yè)務(wù)特征類型（如小、中、大包小區(qū)，根據(jù)小區(qū)每E-RAB流量確定），使用對應(yīng)的評估門限標準進行判斷：小包小區(qū)用戶數(shù)門限>103且上行或下行PRB占用率>30%中包小區(qū)用戶數(shù)門限64且上行或下行PRBRJ用率>45%中包小區(qū)用戶數(shù)門限53且上行或下行PRBRJ用率60%一周內(nèi)任一時段（小時）各小區(qū)符合上述任一條件的記業(yè)務(wù)受限一次，并進行累加。（2）空口資源受限統(tǒng)計一周小區(qū)級空負荷指標（7X24小時），使用對應(yīng)的門限標準進行判斷（1小時話統(tǒng)）：RRG1接許可用戶數(shù)使用率70%平均PDCCK道占用率50%平均小區(qū)尋呼信道占用率50%平均PRACH言道占用率50%;平均PUCCK道占用率50%一周內(nèi)任一時段（小時）各小區(qū)符