（2022 年江蘇省通信學(xué)會“華蘇杯”論文征集評優(yōu)三等獎）基于用戶體驗與流量釋放的5G 網(wǎng)絡(luò)擴容標(biāo)準(zhǔn)研究和應(yīng)用

張 燕 孫 海 徐明達

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司蘇州市分公司

0 引言

5G 用戶持續(xù)增長，流量熱點區(qū)域容量擁塞會導(dǎo)致用戶體驗差，及時地擴容可避免因用戶投訴、攜號轉(zhuǎn)網(wǎng)等帶來的口碑和經(jīng)營效益損失。江蘇聯(lián)通在蘇州進行5G 擴容試點并論證，理論結(jié)合實際，總結(jié)出5G 擴容分析思路和規(guī)定動作，為全省5G 擴容提供指導(dǎo)。

1 5G 容量評估

5G 擴容思路主要考慮用戶體驗和流量，以此來平衡投資收益；容量四要素是用戶數(shù)、資源利用率、用戶體驗速率和小區(qū)容量，彼此相互影響。

1.1 容量發(fā)展三階段

階段一：面向放號。建網(wǎng)初期，根據(jù)小區(qū)容量和體驗需求，規(guī)劃小區(qū)放號容量，評估投資收益。

階段二：面向體驗。在業(yè)務(wù)發(fā)展中期，保障5G 用戶體驗好，建立5G 網(wǎng)絡(luò)口碑，吸引和發(fā)展新用戶，同時遷移4G 用戶。此時用戶體驗開始出現(xiàn)擁塞，可能造成用戶投訴、用戶轉(zhuǎn)網(wǎng)等負(fù)面影響。

階段三：面向流量。隨著流量爆發(fā)期的到來，會造成用戶流失（體驗擁塞）損失和流量損失（流量壓抑）。

1.2 4/5G 容量對比

相同之處：評估量綱相同。5G 資源調(diào)度和信道受限情況與4G 相同，可沿用4G 容量評估量綱（上下行流量、用戶數(shù)、利用率等），針對不同業(yè)務(wù)場景和設(shè)備形態(tài)，使用不同的門限值。

不同之處：

（1）設(shè)備形態(tài)多樣。4G 以2TR 設(shè)備為主，5G 容量評估涉及TDD NR 64T/32T/8T 以及FDD NR 等設(shè)備類型和更多站型，不同設(shè)備建議使用相同量綱和不同門限，便于后端評估。

（2）小區(qū)分類精簡。4G 開創(chuàng)性區(qū)分大中小包業(yè)務(wù)進行擴容，但當(dāng)前大中包小區(qū)占比＞95%，相對初期標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)大中包占比提升明顯，建議精簡大中小包小區(qū)分類。

（3）業(yè)務(wù)需求變化。4G 視頻以720P 為主，5G 逐步往1080P+發(fā)展，同時5G 用戶期望較高，體驗不滿足需求可能導(dǎo)致用戶投訴流失，需要更好的用戶體驗，同時以體驗滿足度的方式評估用戶體驗。

（4）資源利用率變化。5G 引入大規(guī)模天線技術(shù)，空分復(fù)用能力增強，可大幅提升小區(qū)容量，計算5G 資源利用率需考慮空分對小區(qū)容量的增益。

1.3 容量分析維度

5G 容量受限分為接入受限和接入后的業(yè)務(wù)受限兩類，因5G 網(wǎng)絡(luò)硬件能力強大，CPU 利用率較低，所以5G 容量受限主要為業(yè)務(wù)受限，包含體驗受限和流量壓抑，如圖1 所示。本研究擴容主要描述基于業(yè)務(wù)受限的擴容。

圖1 無線容量分類

1.4 業(yè)務(wù)需求分析

5G 時代是全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)時代，不僅僅是人和人的通信，還有人和物的通信、物和物的通信。行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，主要面向垂直行業(yè)和萬物互聯(lián)，支撐更高的速率、更大連接、更低時延。為什么需要5G？主要的原因，還是用戶對于業(yè)務(wù)的需求，要求的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，比如更高清的視頻、AR/VR 3D更逼真、自動駕駛的應(yīng)用、遠程醫(yī)療等。

5G 小區(qū)流量目前主以視頻業(yè)務(wù)為主，視頻逐步由高清轉(zhuǎn)移至1080P+。阿姆赫斯特大學(xué)的教授雷姆沙K.斯塔曼研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)視頻業(yè)務(wù)緩沖2s 之后，緩沖時間每增加1s，就會有6%的人放棄觀看，短視頻（播放時間在30s 以內(nèi)）的緩沖時間每增加1s，放棄觀看的用戶數(shù)量可能會更多。視頻的即點即開和拖曳快速響應(yīng)表現(xiàn)直接影響到用戶感知體驗，對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。為保障在5G 網(wǎng)絡(luò)下運行分辨率為1080P+及以上業(yè)務(wù)時秒開和不卡頓，需保障用戶速率20Mbps 以上。

2 5G 容量特點

5G 引入空域復(fù)用，SU-MIMO（單用戶多入多出技術(shù)）中，空分復(fù)用的數(shù)據(jù)流調(diào)度給一個單獨的用戶，以提升該用戶的傳輸速率和頻譜效率，即分配給該UE 的時頻資源由該UE 獨占；MU-MIMO（多用戶多入多出技術(shù)）中空分復(fù)用的數(shù)據(jù)流調(diào)度給多個用戶，多個用戶通過空分方式共享同一時頻資源，系統(tǒng)可以通過空間維度的多用戶調(diào)度獲得額外的多用戶分集增益。

所以SU-MIMO 可以沿用老的PRB 利用率來評估，但是MU-MIMO 不可以用PRB 利用率來評估，因為有了空分概念，即使某beam 的PRB 利用率達到99%，如果有空分正交的用戶接入，依然可以正常做業(yè)務(wù)。所以當(dāng)前主要使用用戶數(shù)評估負(fù)載，傳統(tǒng)平均PRB 利用率不適合作為承載度量指標(biāo)。

2.1 時域上不均衡

雖然小時級平均PRB 利用率較低，但當(dāng)業(yè)務(wù)突發(fā)時存在階段性PRB 利用率激增，PRB 利用率均值無法反映階段性的業(yè)務(wù)擁塞問題，比如在某一小時內(nèi)的1600 秒至2000 秒期間下行PRB 利用率猛增至100%，但此時小時級的平均PRB 利用率只有30%。

2.2 空域上不均衡

MU-MIMO 通過利用在同一波束方向上的多個用戶之間共享相同的資源，提高小區(qū)吞吐量和頻譜效率，資源復(fù)用越多，配對層數(shù)則越高，在頻域角度，假設(shè)使用1 個RB 資源，復(fù)用次數(shù)就是層數(shù)。受限于波束隔離干擾要求，且在保證正交性能的前提條件下，AAU 64T64R 天線最多只能形成16 個不同方向的覆蓋波束，即16 個流來承載不同數(shù)據(jù)實現(xiàn)空分復(fù)用。如圖2 所示，16 個MU-MIMO 空分復(fù)用層數(shù)小時級平均配對RB 數(shù)為75 個，但是在空域越高層，配對RB 越少，均值無法反映各層配對RB 數(shù)的不均衡問題。

圖2 空分復(fù)用RB 配對

3 5G 擴容思路

3.1 體驗?zāi)繕?biāo)制定

新引入“體驗滿足度”來衡量用戶秒級體驗速率的滿足程度，基于協(xié)議28.552 的體驗速率分布，體驗速率分布話統(tǒng)秒級統(tǒng)計每個用戶的體驗速率，定義體驗速率大于目標(biāo)值的秒次占比，以表征用戶體驗的滿足程度。用戶體驗以滿足度的方式來進行評估，更加能夠反映用戶體驗情況。

通過分析體驗滿足度與小區(qū)平均體驗速率的關(guān)系，當(dāng)體驗滿足度達到一定值（如80%），再提升數(shù)值代價將比較大，此時為了保障80%用戶20Mbps（使用1080P 業(yè)務(wù)即點即開），小區(qū)平均速率需要達到50Mbps，如圖3 所示。

圖3 體驗滿足度與速率對應(yīng)關(guān)系

3.2 現(xiàn)網(wǎng)健康檢查

為保證擴容評估的準(zhǔn)確性，在擴容評估之前，需對評估區(qū)域內(nèi)的小區(qū)進行以下動作，優(yōu)化到位后再擴容，以排除非容量因素的影響。

（1）告警/故障/傳輸排查：重點關(guān)注小區(qū)退服類告警，單板過載，射頻通道故障排查；傳輸帶寬受限、傳輸丟包等問題排查。

（2）參數(shù)核查與優(yōu)化：重點關(guān)注涉及數(shù)傳、MLB 等參數(shù)是否異常，利用OMStar 批量自動核查參數(shù)，保證“核心”參數(shù)配置正確。

（3）PS 數(shù)傳性能優(yōu)化核查：優(yōu)化影響話統(tǒng)速率的關(guān)鍵因素如CQI、MCS、RBG 策略、Rank2 比例、切換等算法，性能惡化的原因分析與定位。

（4）空口質(zhì)差排查：以CQI＜=X 占比大于（1-體驗滿足度）作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，滿足的小區(qū)優(yōu)先做優(yōu)化排查，優(yōu)化后再擴容。

3.3 容量模型搭建

5G 擴容以“保障用戶體驗良好”和“價值流量不損失”為核心，同時兼顧體驗品牌與投資收益，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于用戶體驗的擴容模型和基于流量壓抑的擴容模型（如圖4 所示）。從用戶數(shù)、流量、體驗速率、空間和時間等多個維度預(yù)測業(yè)務(wù)增長。

圖4 容量發(fā)展建模

基于用戶體驗的擴容模型：通過構(gòu)建小區(qū)用戶數(shù)與用戶體驗速率的關(guān)系，即隨著用戶數(shù)增長，用戶體驗速率下降，當(dāng)達到A 點，體驗不滿足需求，可能導(dǎo)致用戶流失，擴容之后能夠保障用戶體驗需求，留住和發(fā)展更多用戶。

基于流量壓抑的擴容模型：通過構(gòu)建小區(qū)用戶數(shù)與小區(qū)流量的關(guān)系，識別流量壓抑拐點（B 點），B 點擴容之后即可釋放輕度壓抑區(qū)的流量，C 點擴容可能已經(jīng)造成用戶流失（體驗擁塞）損失和流量損失（流量壓抑）。

3.4 KPI 話統(tǒng)建模

選取蘇州聯(lián)通TOPN 小區(qū)話務(wù)指標(biāo)進行數(shù)據(jù)建模。隨著用戶數(shù)的增長，小區(qū)下行體驗速率下降，下降至某個臨界點時用戶業(yè)務(wù)需求得不到滿足，此時映射得到的用戶數(shù)即需要擴容的用戶數(shù)門限，如圖5 所示。為保障80%用戶的體驗，對應(yīng)用戶下行體驗速率約50Mbps，映射到激活用戶57 個、RRC平均用戶數(shù)140 個。

圖5 用戶數(shù)與體驗速率建模

隨著用戶數(shù)的增長，當(dāng)自忙時小區(qū)下行流量達到56GB 時，小區(qū)下行流量基本不再上升，并出現(xiàn)拐點，即隨著用戶數(shù)的繼續(xù)增長，小時級的流量呈現(xiàn)下降趨勢，自忙時小區(qū)上行流量在6GB 時飽和不再上升，此時對小時級下行流量到達峰值拐點的小區(qū)進行擴容可獲得最大流量效益，如圖6 所示。

圖6 用戶數(shù)與流量建模

3.5 擴容門限總結(jié)

為平衡投資收益，5G 擴容標(biāo)準(zhǔn)需將基于體驗和基于業(yè)務(wù)受限兩者相結(jié)合，以保障80%用戶體驗為目標(biāo)，總結(jié)出擴容標(biāo)準(zhǔn)建議為：（1）基于用戶數(shù)：自忙時小區(qū)RRC 平均用戶數(shù)＞140；（2）基于流量和速率：自忙時小區(qū)下行流量＞56GB，自忙時下行平均速率＜50Mbps。二者滿足其一即可。

4 5G 擴容實踐

基于擴容標(biāo)準(zhǔn)篩選出滿足擴容條件的有托普學(xué)院和陸家涇新路小區(qū)。

托普學(xué)院小區(qū)主要覆蓋校園，校園由兩個宏站覆蓋，4G和5G 網(wǎng)絡(luò)均無室分，5G 小區(qū)忙時下行流量79GB，平均用戶數(shù)328 個，體驗受限和流量壓抑嚴(yán)重，一周符合80%體驗滿足度擴容標(biāo)準(zhǔn)小時數(shù)123 次；4G 小區(qū)忙時下行流量5.2GB，PRB 利用率58.6%。

陸家涇新路小區(qū)主要覆蓋緯創(chuàng)公司宿舍區(qū)，5G 僅有宏站無室分，4G 室分宏站均有，5G 小區(qū)忙時下行流量76GB，平均用戶數(shù)307 個，體驗受限和流量壓抑嚴(yán)重，一周符合80%體驗滿足度擴容標(biāo)準(zhǔn)小時數(shù)78 次；4G 小區(qū)忙時下行流量12.9GB，PRB 利用率95.7%。

對托普學(xué)院、陸家涇新路共4 個小區(qū)完成擴容后，用戶感知速率、流量效益提升明顯，如圖7、圖8 所示。

圖7 擴容前后流量對比

圖8 擴容前后下行速率對比

5 結(jié)束語

本課題成果包括構(gòu)建多維度業(yè)務(wù)增長預(yù)測模型和基于業(yè)務(wù)分布的資源配置分析，同時還對5G 容量的發(fā)展歷程、4G和5G 網(wǎng)絡(luò)容量差異、5G 容量分析維度和容量特點進行總結(jié)分析，以保障80%用戶20Mbps（使用1080P 業(yè)務(wù)即點即開）為目標(biāo)，構(gòu)建出用戶增長與體驗速率、流量變化的容量模型?；谀Ｐ徒Y(jié)合蘇州TOPN 總結(jié)出適用于蘇州本地的擴容門限：當(dāng)自忙時RRC 平均用戶數(shù)＞140 或者（自忙時下行流量＞56GB，自忙時下行平均速率＜50Mbps），并對流量熱點區(qū)域托普學(xué)院、陸家涇新路擴容試點，擴容后日均總流量增加400GB 左右，改善了用戶體驗并提升了流量效益。

本課題成果適用于大城市和特大型城市的超高流量區(qū)域，包括CBD、高校、大型醫(yī)院、重要交通樞紐和商業(yè)街等，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)的資源投放，提升網(wǎng)絡(luò)容量和質(zhì)量，可以有效釋放壓抑的流量，改善用戶體驗，具有良好的應(yīng)用和推廣價值，可向全國推廣，當(dāng)前已推廣至江蘇全省應(yīng)用。