lte网络无线资源利用率定义研究

1、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。研究出发点研究出发点LTE网络资源利用率研究思路p 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。p 基于用户体验，确定无线网络规划目标下的网络承载

2、能力。p 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用户体验目标验目标研究研究无线用户平均感知速率xMbps无线网络规划目标无线网络规划目标基于目标速基于目标速率的网络承率的网络承载能力载能力LTE网络归一化无线资源利用率LTE FDD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数据信道为共享信道，分配方式

3、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语音业务业务数据业务数据业务LTELTE拥塞拥塞现象现象利用率高，用户无法接入利用率高，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固定管道承载固定速率业务动态管道承载变化速率业务动态管道承载变化速率业务扩容标准扩容标准获得方法获得方法接入成功率接入成功率信道利用率信道利用率用户1用户2用户n业务需求及资业务需求及资源分配特征源分配特征资源利用率资源利用率用户体验用户体验无线网要求无线网要求基于用户体验的LTE网络承载标准用户体验用户体验目标研

4、究目标研究用户感知目标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网络规划目标无线话统无线话统& &分析方法分析方法1 1、基于目标速率的网络承、基于目标速率的网络承载能力载能力2 2、话务统计分析、话务统计分析容量分析方法论容量分析方法论STEP1STEP2STEP3关关键键方方法法u从业务模型出发，制定用户感知基线从业务模型出发，制定用户感知基线0 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20用户满意度用户满意度业务时延业务时延ExcellentGoodAcceptable302040600%20%40

5、%60%80%100%无线资源利用率无线资源利用率无线资源利用率无线资源利用率vs吞吐率分析吞吐率分析00.5100.20.40.60.81PRB_Usage(15min)5/15分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 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移动4G是微信红包利器，是微信红包利器， 100个红包个红包3秒被抢光秒被抢光网页加载超网页加载超4秒，秒，25%人会放弃人会放弃手机网页超手机网页超10秒，秒，50%用户会放弃用户会放弃

6、谷歌搜索结果慢谷歌搜索结果慢0.4秒，一秒，一天搜索量减少天搜索量减少800万次万次约约40%移动购物者会放移动购物者会放弃加载时间超弃加载时间超3秒的网站秒的网站亚马逊每天销售额亚马逊每天销售额约约6700万美元，网页万美元，网页延迟延迟1秒，可导致全年秒，可导致全年损失损失16亿美元亿美元来自来自谷歌谷歌的统的统计数计数据据不同业务保证优秀体验对应不同速率不同业务保证优秀体验对应不同速率业务类型业务类型体验体验无线网络要求无线网络要求用户用户感知感知带宽带宽kbpskbps时延映射时延映射网页浏览网页浏览优250012005000300025001200256128512256100008

7、0005 下载稍有延迟下载稍有延迟 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保障速率计算示例保障速率计算示例BenchmarkBenchmark 业务占比及保障速率业务占比及保障速率 业务类型业务类型 上行速率基线上行速率基线(Mbps) (Mbps) 下行速率基线下行速率基线(Mbps) (Mbps) 单用户忙时并发业务数单用户忙时并发业务数 BJBJ市市 网页浏览网页浏览0.2562.51.3634.63%即时通信即时通信0.2560.25611.30%社交网络社交网络22.51

8、.61%视频视频0.256531.06%文件传输文件传输0.2561011.13%其他其他0.256310.27%上行用户体验保障速率上行用户体验保障速率(Mbps)(Mbps)0.38 下行用户体验保障速率下行用户体验保障速率(Mbps)(Mbps)5.32 3 3、填充的、填充的PaddingPadding2 2、空闲的、空闲的RBRB1 1、空闲的、空闲的TTITTI系统带宽系统带宽STEP3：归一化的无线资源利用率定义uLTE FDDLTE FDD无线资源利用率无线资源利用率小区忙时总流量小区忙时总流量/ /网络能够提供业务能力网络能够提供业务能力。其中：p网络能够提供业务能力受到很多

9、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R

10、B；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p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网络能够提供业务能力小区实际频谱效率小区实际频谱效率* *系统带宽系统带宽* *统计周期统计周期* *校正因子校正因子；STEP3：无线资源利用率的计算公式推演u 计算公式推演：基于上页，我们得到公式：LTE FDD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：p 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P

11、RB的带宽为180kHz；p 系统带宽 = 系统总PRB个数*180k代入之后，推演得到：LTE FDD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p 从网络数据的统计规律上，等。p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 + 0.73480204060050100150200250300PRB %用户数用户数用户数用户数 vs PRB 15min- E/y = 0.1135

12、x + 0.50680102030050100150PRB %用户数用户数用户数用户数 vs PRB 15min- NSNy = 0.1044x + 1.22910204060050100150200250300350PRB %用户数用户数用户数用户数 vs PRB 15min- ZTEy = 0.3855x + 2.704010203040020406080100PRB %用户数用户数用户数用户数 vs PRB 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0400800120016000-10%

13、10%-20%20%-30%30%-40%40%-50%50%-60%60%-70%70%-100%Cell Num15分钟周期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

14、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由于LTELTE系统的高速率特征和系统的高速率特征和PSPS业务的突发性，长周期小时级别的话统很容易业务的突发性，长周期小时级别的话统很容易 “掩盖掩盖”短时间内的短时间内的 受限受限，采用，采用短短周期话周期话统粒度统

15、粒度来分析用户的实际受限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。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校正因子取值0.90.9。010203040500%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Mbps时隙占比时隙占比分析分析5min粒度粒度用户吞吐率(10MHz)用户吞吐率(20MHz)基于短周期基于短周期5分钟粒度话统，校正因子取值为分钟粒度话统，校正因子取值为0.9。基于正常周

16、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分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 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_

17、Usage(15min)15/60分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 PRB_Usage(60)_10MPRB_Usage(60)_20M线性 (PRB_Usage(60)_10M)线性 (PRB_Usage(60)_20M)p 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0.630.65和0.490.54（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

18、； 使用正常周期话统数据，需要另外使用正常周期话统数据，需要另外引入峰均比引入峰均比系数。系数。5min和和15min的的PRB利用率的拟合系数都在利用率的拟合系数都在0.6左右左右现网话统数据的系数分析对比p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 + 0.02540100.20.40.60.811.2PRB_Usage(60min)PRB_Usage

19、(15min)15/60分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 - 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%20%40%60%80%100%120%PRB - 60minPRB - 15min15/60分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 - E/y = 0.5281x + 0.019400.5100.20.40.60.811.2PRB 60minPRB 15min15/60分钟粒度分钟粒度

20、PRB利用率的关系利用率的关系 - ZTEy = 0.5413x - 1.9914-50050100020406080100120PRB 60minPRB 30min15/60分钟粒度分钟粒度PRB利用率的关系利用率的关系 - NSN从从4个厂家个厂家现网数据分析，现网数据分析，15min和和60min的的PRB利用率的拟合系数都在利用率的拟合系数都在0.5左右左右STEP4：无线资源利用率公式定义q 用户下行保障速率5Mbps的情况下，下行资源利用率的定义为：q 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） / 0.9q 15mi

21、n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） / 0.9/0.6q 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%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%北京福建甘肃广东广西贵州海南

22、河北河南湖南吉林江西辽宁宁夏山东山西上海天津浙江重庆现网资源利用率现网资源利用率下行PRB平均利用率资源利用率p 现网各省平均资源利用率不高，资源利用率平均为5%左右。最高的为天津和广东，资源利用率分别为8.4%和7.9%。p LTE现网整体网络负荷不高。部分高负荷地区如北京中关村，国贸区域资源利用率为15%左右。早忙时统计数据LTE网络资源利用率现状p 从资源利用率小区分布来看，目前绝大部分小区资源利用率都在20%以下，高负荷的小区较少。 北京，上海，广州，深圳四个城市，资源利用率小于20%的小区占比为98%左右。 济南资源利用率小于20%的小区占比为87.4%，资源利用率在20%和50%之

23、间的小区有10.8%。城市资源利用率20%小区占比20%资源利用率50%小区占比50%资源利用率80%小区占比80%资源利用率90%小区占比90%资源利用率小区占比北京97.26%2.44%0.24%0.02%0.04%上海97.54%2.22%0.21%0.00%0.03%广州98.70%1.25%0.05%0.00%0.00%深圳98.29%1.60%0.07%0.04%0.00%济南87.39%10.80%1.17%0.17%0.47%无线资源利用率总结q 无线资源利用率反应网络的资源占用情况，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。q 在具体应用中，资源利用率中峰均比系数，和网络的忙闲占用有很大的关系。需要根据网络负荷的变化，校准峰均比系数。q 可根据不同的场景进行细化分析应用。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网络扩容标准license资源PRACH资源RRC连接用户数PUCCH资源硬件能力基带板CPU主控板CPUPDCCH资源用户感知负荷资源利用率结合用户速率和用户数分析维度用户感知负荷扩容标准针对用户实际感