LTE网络无线资源利用率定义研究

LTE网络资源利用率研究背景1、网络的无线资源利用率反应网络的资源占用情况，无线资源利用率的研究对网络资源的监控以及下一步网络的发展部署有很重要的参考意义。2、LTE网络承载数据业务，数据信道为共享信道，分配方式灵活，容量评估较为复杂，需要考虑合适的方式来评估无线资源的容量和利用。3、根据LTE网络的特性，研究基于用户体验的LTE网络的资源利用率。研究出发点LTE网络资源利用率研究思路LTE网络容量受空口资源，设备资源，用户数负荷，传输资源等多种因素共同决定。一般分别统计各类资源占用情况，目前没有统一的无线资源利用率计算评估方法。基于用户体验，确定无线网络规划目标下的网络承载能力。研究归一化的无线资源利用率的定义来评估网络整体资源的占用情况。通过实际用户达到业务量除以LTE网络承载能力，得到无线资源利用率用户体验目标研究无线用户平均感知速率xMbps无线网络规划目标基于目标速率的网络承载能力LTE网络归一化无线资源利用率LTEFDD无线资源利用率＝小区忙时总流量/网络能够提供业务能力目录1基于用户体验的LTE网络资源利用率定义2基于用户体验的LTE网络扩容标准LTE网络数据业务容量评估更为复杂LTE数据信道为共享信道，分配方式灵活，需要考虑合适的方式来评估无线资源的容量和利用语音业务数据业务——LTE拥塞现象利用率高，用户无法接入用户数多、利用率高导致用户速率低时间业务速率时间业务速率用户1用户2……用户n固定管道承载固定速率业务动态管道承载变化速率业务扩容标准获得方法接入成功率信道利用率用户1用户2……用户n业务需求及资源分配特征资源利用率用户体验无线网要求基于用户体验的LTE网络承载标准用户体验目标研究用户感知目标无线用户平均感知速率xMbps无线网络规划目标无线话统&分析方法1、基于目标速率的网络承载能力2、话务统计分析容量分析方法论STEP1STEP2STEP3关键方法从业务模型出发，制定用户感知基线01234567891011121314151617181920用户满意度业务时延ExcellentGoodAcceptable3010203040500%20%40%60%80%100%无线资源利用率无线资源利用率vs吞吐率分析00.5100.20.40.60.81PRB_Usage(15min)5/15分钟粒度PRB利用率的关系PRB_Usage(15min)_10MPRB_Usage(15min)_20MLTE网络归一化无线资源利用率STEP4STEP1：研究表明，当前3S打开目标内容是用户感知基线要求移动4G是微信红包利器，100个红包3秒被抢光①网页加载超4秒，25%人会放弃②手机网页超10秒，50%用户会放弃③谷歌搜索结果慢0.4秒，一天搜索量减少800万次④约40%移动购物者会放弃加载时间超3秒的网站⑤亚马逊每天销售额约6700万美元，网页延迟1秒，可导致全年损失16亿美元来自谷歌的统计数据不同业务保证优秀体验对应不同速率业务类型体验无线网络要求用户感知带宽kbps时延映射网页浏览优25003Web浏览非常流畅好12005流畅或稍有等待视频(720P)优50003流畅播放好30005基本流畅社交网络优25000.5快速，感觉无时延，语音高清好12001稍有等待和延迟，语音质量良优即时通信优2563实时流畅好1285流畅或稍有延迟游戏优5123运行流畅好2565流畅或稍有延迟文件传输优100003下载无卡顿好80005下载稍有延迟STEP2：基于业务模型，推荐用户保障速率DL/UL=5/0.6Mbps单用户感知保障速率=∑（业务i保障速率*业务i并发率）*单用户忙时并发业务数①保障速率计算示例Benchmark业务占比及保障速率业务类型上行速率基线(Mbps)下行速率基线(Mbps)单用户忙时并发业务数BJ市网页浏览0.2562.51.3634.63%即时通信0.2560.25611.30%社交网络22.51.61%视频0.256531.06%文件传输0.2561011.13%其他0.256310.27%上行用户体验保障速率(Mbps)0.38下行用户体验保障速率(Mbps)5.323、填充的Padding2、空闲的RB1、空闲的TTI系统带宽STEP3：归一化的无线资源利用率定义LTEFDD无线资源利用率＝小区忙时总流量/网络能够提供业务能力。其中：网络能够提供业务能力受到很多具体因素的影响，在不同小区、不同地市之间会有所区别：1.各小区或各地市之间的用户分布、业务分布模型、网络覆盖干扰情况都有区别，导致各小区能提供的实际能力会有差别；2.系统性的开销会占用一部分的系统能力，比如：HARQ重传、SRB、Paging、系统消息、L2控制信令（MCE）；3.智能终端场景下，小包较多，比如心跳包、文字聊天、SRB等，导致已分配的RB中也会存在部分RE填充的是Padding；这会导致一部分的能力被隐性损失，不能达到极限能力；4.LTE的高速率以及的时隙占用比来评估作为校正因子，从而来修正系统能提供的能力。业务的不均匀性和突发性，即使在忙时也存在空闲的TTI和空闲的RB；其中前面3个因素可以通过采用各小区的当前实际频谱效率来适配差异性；第4个因素则可通过分析网络中吞吐率不能满足要求的小区从而网络能够提供业务能力可以计算如下：网络能够提供业务能力＝小区实际频谱效率*系统带宽*统计周期*校正因子；STEP3：无线资源利用率的计算公式推演计算公式推演：基于上页，我们得到公式：LTEFDD无线资源利用率＝小区忙时总流量/（小区实际频谱效率*系统带宽*统计周期*校正因子）。其中：小区实际频谱效率=小区忙时总流量/3600/（实际使用PRB个数*180k），180k指一个PRB的带宽为180kHz；系统带宽=系统总PRB个数*180k代入之后，推演得到：LTEFDD无线资源利用率=实际使用PRB个数/（系统总PRB个数*校正因子）=PRB利用率/校正因子用户数和PRB利用率的关系从网络数据的统计规律上，等。会存在个别小区用户数少的时候PRB利用率较高。用户数和PRB利用率呈正相关的关系；1.但其定量系数关系与网络参数的配置会相关，如不活动定时器，上行同步定时器y=0.0935x+0.73480102030405060050100150200250300PRB%用户数用户数vsPRB@15min-E//y=0.1135x+0.50680102030050100150PRB%用户数用户数vsPRB@15min-NSNy=0.1044x+1.229102040600100200300400PRB%用户数用户数vsPRB@15min-ZTEy=0.3855x+2.704010203040020406080100PRB%用户数用户数vsPRB@15min-Huawei短周期话统可以更准确反映资源占用情况短周期PRB利用率更准确反映网络的真实情况全球60分钟统计周期PRB资源利用率低040080012001600CellNum15分钟周期020400%50%100%020400%50%100%18:00:0019:00:005分钟周期60分钟周期100%50%0%40200PRB利用率低仅个别数据卡占比高网络PRB利用率高多时段PRB利用率高•数据卡终端占主导网络由于终端消耗数据量，60分钟周期PRB利用率可以支撑扩容。•智能终端占主导的全球大多数网络，长周期话统结果普遍轻载，难以支撑网络扩容分析。•现网数据分析显示，智能终端占主导网络，短周期话统可以更精确反映网络资源受限，由于5分钟周期数据量过大，扩容分析采用15分钟周期数据。发现PRB利用率高时段长周期低负载小区，存在短时PRB利用率高点基于短周期话统的获取公式校正因子由于LTE系统的高速率特征和PS业务的突发性，长周期小时级别的话统很容易“掩盖”短时间内的受限，采用短周期话统粒度来分析用户的实际受限情况，确定校正因子，修正系统提供的能力。从统计数据看，随着时隙占比的升高，用户感知吞吐率呈下降趋势，以5分钟的数据粒度来统计，当时隙占比达到90%左右时，用户感知吞吐率下降到5Mbps左右，因此建议校正因子取值0.9。010203040500%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Mbps时隙占比分析@5min粒度用户吞吐率(10MHz)用户吞吐率(20MHz)基于短周期5分钟粒度话统，校正因子取值为0.9。基于正常周期话统的公式应用y=0.6336x+0.0116y=0.6546x+0.009300.5100.20.40.60.811.2PRB_Usage(15min)PRB_Usage(5min)5/15分钟粒度PRB利用率的关系PRB_Usage(15min)_10MPRB_Usage(15min)_20M线性(PRB_Usage(15min)_10M)线性(PRB_Usage(15min)_20M)y=0.4936x+0.034y=0.5448x+0.025400.5100.20.40.60.811.2PRB_Usage(60min)PRB_Usage(15min)15/60分钟粒度PRB利用率的关系PRB_Usage(60)_10MPRB_Usage(60)_20M线性(PRB_Usage(60)_10M)线性(PRB_Usage(60)_20M)正常周期话统PRB利用率和短周期的话统PRB利用率的关系：5min与15min粒度、15min和60min粒度的PRB利用率之间的对应关系，分别约为0.63~0.65和0.49~0.54（归一取整到0.6和0.5）。注：这里的对应关系是指长周期的话统值与对应时间段内多个短周期话统值的最大值之间的关系。无线资源利用率=PRB利用率/校正因子/峰均比系数；使用正常周期话统数据，需要另外引入峰均比系数。5min和15min的PRB利用率的拟合系数都在0.6左右现网话统数据的系数分析对比峰均比系数取值为0.5：1.取值为0.5的依据：话统分析，15min粒度的PRB利用率与60分钟粒度的PRB利用率之间的线性拟合系数为0.5左右；因为，以15min为基准时，对应的60min粒度的峰均比系数为0.5。y=0.4936x+0.034y=0.5448x+0.025400.5100.511.5PRB_Usage(60min)PRB_Usage(15min)15/60分钟粒度PRB利用率的关系----HuaweiPRB_Usage(60)_10MPRB_Usage(60)_20M线性(PRB_Usage(60)_10M)线性(PRB_Usage(60)_20M)y=0.5341x-0.012-0.500.510%50%100%150%PRB-60minPRB-15min15/60分钟粒度PRB利用率的关系----E//y=0.5281x+0.019400.5100.511.5PRB60minPRB15min15/60分钟粒度PRB利用率的关系----ZTEy=0.5413x-1.9914-50050100020406080100120PRB60minPRB30min15/60分钟粒度PRB利用率的关系----NSN从4个厂家现网数据分析，15min和60min的PRB利用率的拟合系数都在0.5左右STEP4：无线资源利用率公式定义用户下行保障速率5Mbps的情况下，下行资源利用率的定义为：5min粒度统计：无线资源利用率=PRB利用率（5min）/校正因子=PRB利用率（5min）/0.915min粒度统计：无线资源利用率=PRB利用率（15min）/校正因子/峰均比系数=PRB利用率（15min）/0.9/0.660min粒度统计：无线资源利用率=PRB利用率（60min）/校正因子/峰均比系数=PRB利用率（60min）/0.9/0.6/0.5LTE网络资源利用率现状5.2%3.6%5.3%7.9%4.7%4.1