基于校园LTE网络容量和感知优化的探究

1、【摘要】以XX学院FDM络为例，通过对其用户行为和网络负荷的分析，提出了针对校园LTEFDD系统容量分析、监控及感知优化的解决建议，为网络资源容量的扩容提供数据依据，保障校园LTE网络（Wj质、Wj效的运行。【关键词】LTE资源容量空口负荷感知速率扩容1概述1.1 背景校园拥有庞大且特点相对集中的客户群，是大量话务的源头之一，校园网市场是移动通信网络发展的战略性市场。学生群体追求时尚，品牌归属感强，是未来高端客户的潜在群体。抢占校园网市场，对于正在大力发展4G的运营商来说，具有不可估量的战略意义。运营商在校园网市场的竞争异常激烈。在中国移动TD-LTE网络提前领跑的现实情况下，中国电信则需要建

2、设和优化好自己的校园LTE网络，发挥LTEFDD的性能优势，以高感知度发挥后发优势抢占校园市场。要实现以上目标，一张运行稳定、高性能的精品LTE网络是基础。1.2 LTE校园网特点发展校园网市场，首先要对校园网本身以及校园用户群的特点有足够的认识。校园网用户群的主要特点如下： 用户多，业务量大，高并发； 以小数据包、多连接、高时长业务为主，如即时社交软件（QQ微信、贴吧等）、在线手游、新闻小说阅读等； 在时间和空间上业务分布非常集中，存在明显的“潮汐”效应。以主要承载业务类型为依据可将基站小区分为：小包小区、中包小区、大包小区，本文将以此为切入点，分析和探索校园网络的优化方案。2校园LTE话务

3、模型分析本章对校园网用户话务模型进行分析，为后续分析提供相关的数据参考和支撑。2.1 校园网话务模型校园网话务模型如图1所示:图1校园网话务模型L，区情任时岬户的上号召吐信唠用用户的下行吞吐学用户啊曲员立次限号用户脚蛾有戏性威比特擎RAW?上MRWkl耳ERAB的下行甘吐，呻却用户的EiRABtfi用户呼比峰小包2141躬S341610418170中芭的1107映1的B0大包14廊93禺111912444阕80表1XX学院的LTE网络模型业务模型上行流帚下行流量RRC连接时长被叫次数主叫次数上行新邕需耗上行州R速海,整加上行网J时传r数；同时峥用户融PDCCM碰源消在岫名zZ用户RRC连羲H长

4、螭忆则W蜡上网时正接的用户数越多,滔梏PU5H瓷舞跖1WmW；收卜仃加基求北”:咏H良珀.MMl丁.3II''.：ii''.1恃11.'七a9.PDCCH蛀凶:“赵If.：主依次品，4叫+渔用）消ttPRArH砺?',洲；/LTE网络资源上行PRB资源卜行同力隹输用户PDCCH资源下行PRB资源下行同时激活用户数PUCCH货源RRC连接用户License寻呼资源PRACH投入资源2.2 校园网有效传输比有效传输比指在线用户中传输数据的比例，反映实际占用业务PRBPhysicalResourceBlock,物理层数据传输的资源分配的频域最小单位）资

5、源的用户情况，有效传输比越大则用户业务越多，占用的业务资源越多，大包业务的有效传输比高于小包业务。有效传输比=激活用户数/RRC连接数随着小区承载业务越多，用户速率降低，激活用户数增多，但业务间等待时间不变，有效传输比提升。 “小包小区”的有效传输比在容量门限内表现平稳，在容量门限内约为4% “大包小区”的有效传输比随着用户数增加而持续提升，在容量门限内约为11% “中包小区”的有效传输比随着用户数增加而持续提升，在容量门限内约为7%2.3 校园网用户均峰比用户均峰比反映平均RRC（RadioResourceControl,无线资源控制）用户数与最大RRC用户数的比例，随着用户数的增长，均峰比

6、提升。用户均峰比可以近似反映用户激活比，用户均峰比越大，则用户激活比越大。 对于“小包小区”，用户均峰比在用户数提升后，最终达到约为70% 对于“大包小区”，用户均峰比在用户数提升后，最终达到约为80% 对于“中包小区”，用户均峰比在用户数提升后，最终达到约为80%3校园LTE网络容量分析校园LTE网络容量分析的目的是评估网络当前的负荷程度，判断网络容量是否存在受限因素，并提供相应的优化及扩容方案。在具体分析层面上，分为空口资源、设备资源、传输资源等几大部分，本章主要分析空口资源。空口硬资源评估是对空口各种物理资源利用率的评估，包括PRBPDCCH(PhysicalDownlinkContro

7、lChannel,物理下行链路控制信道)、PRACHPhysicalRandomAccessChannel,物理随机接入信道)、PUCCHPhysicalUplinkControlCHannel,物理上行链路控制信道)、空口寻呼资源、RRC用户数License等。空口用户感知评估主要分析用户感知速率，与业务体验的要求相比较，判断网络容量是否满足业务体验的要求，以此来评估LTE网络容量是否受限。空口用户感知确定的LTE容量是软容量。3.1 基于用户感知的LTE网络容量分析用户感知是衡量网络性能好坏的重要标准，所有的优化工作都是以用户感知提升为目标，所以在网络容量分析时，用户感知是重要的参考因素。

8、本章以现网实际数据为依据，对用户感知和网络容量之间的关系进行分析讨论。(1) “小包小区”的容量分析小区内的平均用户数用户感划逑率用户可决得艮上通终“小包小区”的用户感知速率和平均用户数关系如图2所示分析“小包小区”的用户感知速率与平均用户数的变化关系可知，在小区内的平均用户数低于102时，用户感知速率基本保持在2.7Mbps左右，虽然用户可以从小区获得的最大速率远高于此，但感知速率并不会提升。说明在这些“小包小区”中，小包业务需要的感知速率在2.7Mbps左右。小区内的平均用户数大于102时，用户感知速率开始下降，由此导致用户等待的时间变长，同时用户从小区可获得的最大速率也会急剧下降，说明此

9、时用户体验已经开始受到影响。综上分析，“小包小区”保障用户感知的用户数门限为：小区内的平均用户数w102。分析“小包小区”的PRB占用率与平均用户数的变化关系可知，小包业务小区PRB占用率都比较低，达到平均用户数门限时，下行PRB占用率约为30%分析“小包小区”的流量与平均用户数的变化关系可知，小包业务小区的流量相对较低，达到平均用户数门限时，小区的下行流量约为2.5GB,上行流量约为0.22GB。(2) “大包小区”的容量分析小区内的平均用户数一用户感知速率用户对我得心大速率“大包小区”用户感知速率和平均用户数关系如图3所示分析“大包小区”的用户感知速率与平均用户数的变化关系可知，大包业务的

10、感知速率是随用户数的增长而下降的，说明对于大包业务，负荷低时它可以感知到更高的速率，随着用户可获取的最大速率下降，大包业务感知速率也下降，这与小包小区的特征是不一样的。结合平均用户数与用户感知速率的关系，考虑大包业务感知速率要求为5Mbps,“大包小区”保障用户感知的用户数门限为：小区内的平均用户数w53。分析“大包小区”的PRB占用率与平均用户数的变化关系可知，大包业务小区PRB占用率都比较高，达到平均用户数门限时，下行PRB占用率约为60%分析“大包小区”的流量与平均用户数的变化关系可知，大包业务小区的流量相对较高，达到平均用户数门限时，小区的下行流量约为6.8GB,上行流量约为0.5GB

11、。(3)“中包小区”的容量分析一一一一司ecizEcimenfe小区内的干均用户数用户下行空际速率一用户感知卜行空口能力“中包小区”用户感知速率和平均用户数关系如图4所示分析“中包小区”的用户感知速率与平均用户数的关系可知，中包业务的感知速率是随用户数的增长而下降的，但它的速率低于大包业务。对于“中包小区”,考虑业务体验要求取大包业务和小包业务之间速率约3.8Mbps,“中包小区”保障用户感知的用户数门限为：小区内的平均用户数w64。分析“中包小区”的PRB占用率与平均用户数的关系可知，中包业务小区达到平均用户数门限时，下行PRB占用率约为45%分析“中包小区”的流量与平均用户数的关系可知，大

12、包业务小区的流量相对较高，达到平均用户数门限时，小区的下行流量约为3.8GB,上行流量约为0.42GB。(4)小结通过对用户感知和网络负荷相互关系的分析，可以得出如下结论：为保障用户感知不受明显的影响，各业务特性小区需满足表2的条件(即保障用户感知的小区扩容标准)：小区分类容量监控指标（小时级话统指标）判断标准小包小区（平均每E-RAB流小区内的平均用户数102量M300kB)PRB占用率/%30中包小区（300平均每小区内的平均用户数64E-RAK充卦1000kB)PRB占用率/%45大包小区（邛均每E-R/旧流小区内的平均用户数53量N1000kB)PRB占用率/骊60表2保障用户感知的小

13、区扩容标准相关指标说明如表3所示（E-RAB（EvolvedRadioAccessBearer,演进的无线接入承载）；PDCP（PacketDataConvergenceProtocol,分组数据汇聚协议）。平均每E-RAB流量=小区PDCPB所发送的下行数据的总吞吐量/8/1024/E-RAB建立成功总次数下行PRB占用率=下行PR啾使用的平均个数/下行可用的PRB个数上行PRB占用率=上行PR啾使用的平均个数/上行可用的PRB个数指标ID指标名称指标描述1526727378L.Traffic.UberAvg小区内的平均用户数1526728261L.Thrp.bits.OL小区PDCP层所发

14、送的下行数据的总吞吐量（比特）1526726740L.OiL*as.PRBCL.LfcedA/g下行PRB被使用的平均个数1526728433L.Chinas.PRBDL.AvalI下行可用的PRS个数1526726737L.ChM*as.PRRLLliedA/g上行PRH被使用的平均个散15267284341526727S44L.OiLfeas.PRRUL.AvaiIL.E-RAB.SuccEst上行可用的PRS个数E-RAB建立成功总次数指标ID指标名称指标描述1526727378L.Traffic.User.Avg1526728261L.Thrp.bits.DL表3相关指标说明小区内的平

15、均用户数小区PDC际所发送的下行数据的总吞吐量（比特）1526726740L.ChMeas.PRB.DL.Used.Avg下行PRB被使用的平均个数1526728433L.ChMeas.PRB.DL.Avail下行可用的PRB个数1526726737L.ChMeas.PRB.UL.Used.Avg上行PRB被使用的平均个数1526728434L.ChMeas.PRB.UL.Avail上行可用的PRB个数1526727544L.E-RAB.SuccEstE-RAB建立成功总次数3.2基于空口信道资源负荷的容量分析空口资源受限会导致网络性能急剧下降、KPI（KeyPerformanceIndica

16、tor,关键绩效指标法）严重恶化，此时无法保证用户接入的最低要求，用户感知更是无从谈起。鉴于此，对空口信道资源负荷进行关注显得尤为重要。（1）RRG1接许可用户数使用率“eNodeB（EvolvedNodeB基站）内的最大用户数”统计了接入（包括接入成功、接入失败、切换入成功、切换入失败但已申请到License）该eNodeB的所有UE申请License的最大值，该指标作为是否需要扩容用户数License的决策依据。当eNodeB内的最大用户数超过License数目时，新用户接入将会失败，影响用户体验。根据优化实践经验，建议“RRC!接许可用户数使用率”达到70%寸，即要密切关注其变化趋势，并

17、做扩容准备。RRC连接许可用户数使用率=eNodeB内的最大用户数/RRC连接许可用户License数x100%RRC1接许可用户License数取小区配置值。（2）平均PDCCK道占用率PDCC源载白是DCI（DownlinkControlInformation,下行链路控制信息），包含一个或多个UEUserEquipment,用户设备）上的资源分配和其他的控制信息。UE需要首先解调PDCCH中的DCI（DownlinkControlInformation,下行控制信息），然后才能够在相应的资源位置上解调属于UE自己的PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel,物理

18、下行共享信道）（包括广播消息、寻呼、UE的数据等）。因此如果PDCCHT用率受限，将导致用户接入、业务体验都会受到影响。建议“平均PDCCHPhysicalDownlinkSharedChannel,物理下行共享信道）信道占用率”达到70%寸，即要密切关注其变化趋势，并做扩容准备（CCE（ControlChannelElement,控制信道因子）。平均PDCCHt道占用率=（公共信令使用的CCE4"数+上行调度使用的CCE个数+下行调度使用的CCE数）/小区最大CCE个数X100%（3）平均小区寻呼信道占用率小区寻呼负荷一旦超过规格，寻呼消息就可能被丢弃，导致寻呼成功率下降，进而影响

19、用户使用感知。当“平均小区寻呼信道占用率”达到50%寸，即要密切关注其变化趋势，达到70%T能出现寻呼消息被丢弃的情况，此时需要扩容。平均小区寻呼信道占用率=小区Uu接口寻呼用户个数/3600/寻呼容量寻呼容量按1200计算。（4）平均PRACH言道占用率UE通过上行PRACHB达到与LTE系统之间的上行接入和同步。随机接入过程分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入。如果竞争接入次数超过N次/s（当带宽为15M/20M时，N取值为100;当带宽为5M/10M时，N取值为50）,UE发起随机接入遇到冲突的概率增大，接入时延增大。这里N的选择是产品在Preamble（序文）设计时考虑碰撞概率

20、小于1%等因素确定的。建议“平均PRACH言道占用率”达到50%寸，即要密切关注其变化趋势，达到70%W需要扩容。平均PRACHt道占用率=（忙时竞争Preamble接收次数（GroupA）+忙时竞争Preamble接收次数（GroupB）/3600/NX100%N=100,带宽为15M/20M;或N=50,带宽为5M/10M（5）平均PUCCK道占用率PUCC腑源指空口可分配的SRI（SchedulingRequestIndication,调度请求指示）和CQI（ChannelQualityInformation，信道质量信息）资源的调度用户数及其使用的资源数，以及动态ACK资源数。PUCC

21、喀量受限，首先将导致准入控制和切换失败，小区调度用户数受限，同时影响小区和用户吞吐率以及用户上行调度时延。小区RRC1接用户中只有维持上行同步的用户是需要使用PUCC腑源的，以此类用户数和PUCC赍源支持的最大用户数白比例来作为评估PUCC腑源利用情况的依据。建议“平均小区寻呼信道占用率”达到70%寸即要密切关注其变化趋势，并做扩容准备。PUCC腑源禾1J用率=小区内上行平均同步用户数/PUCCHffl户容量X100%PUCCH1户容量按1200计算。（6）小结LTE空口信道容量受限后，会产生相应的业务和信令拥塞，PRB信道资源主要是感知受限，已包含在基于用户感知的容量监控中，本章主要监控的是

22、与控制面相关的信道资源。通过以上分析得知，空口信道资源负荷需要监控的指标及扩容标准如表4所示：容量监控指标判断标准RRCS接许可用户数使用率>70%平均PDCCHI言道占用率>70%（5分钟话统推荐，小时统计推荐50%）平均小区寻呼信道占用率>70%（5分钟话统推荐,小时统计推荐50%）平均PRACH盲道占用率>70%（5分钟话统推荐，小时统计推荐50%）平均PUCCH信道占用率>70%（5分钟话统推荐，小时统计推荐50%）表4空口信道资源负荷监控指标及扩容标准4XX学院网络容量评估上文探讨了用户感知与网络负荷之间的关系，提出了保障用户感知的网络容量监控与扩容标准

23、，本章以XX学院为例，对其现网负荷进行评估分析，并提出优化解决方案。4.1 当前容量评估从“感知受限”和“空口资源受限”两个方面对XX学院的负荷进行评估。（1）感知受限统计一周小区级话统指标（7X24小时），根据各小区所属的不同业务特征类型（如小、中、大包小区，根据小区每E-RAB流量确定），使用对应的评估门限标准进行判断：小包小区用户数门限>103且上行或下行PRB占用率>30%中包小区用户数门限64且上行或下行PRBRJ用率>45%中包小区用户数门限53且上行或下行PRBRJ用率60%一周内任一时段（小时）各小区符合上述任一条件的记业务受限一次，并进行累加。（2）空口资源受限统计一周小区级空负荷指标（7X24小时），使用对应的门限标准进行判断（1小时话统）：RRG1接许可用户数使用率70%平均PDCCK道占用率50%平均小区寻呼信道占用率50%平均PRACH言道占用率50%;平均PUCCK道占用率50%一周内任一时段（小时）各小区符