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1、基于校园LTE网络容量和感知优化的探究 【摘 要】 中国论文网 http:/ FDD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网络高质、高效的运行。 【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
2、需要建设和优化好自己的校园LTE网络，发挥LTE FDD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、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话务模
3、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 XX学院的LTE网络模型如表1所示。 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PRB资源的用户情况，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
4、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用户数与最大RRC用户数的比例，随着用户数的增长，均峰比提升。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
5、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PRB、PDCCH、PRACH、PUCCH、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
6、是重要的参考因素。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。 “小包小区”的容量分析 “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，说明此时用户体验已经开始受到影响。
7、 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102。 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。 “大包小区”的容量分析 “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
8、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53。 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。 “中包小区”的容量分析 “中包小区”用户感知速率和平均用户数关
9、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64。 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。 小结 通过对用户感知和网络负荷相互关系的分
10、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： 表2 保障用户感知的小区扩容标准 小区分类 容量监控指标 判断标准 小包小区 小区内的平均用户数 102 PRB占用率/% 30 中包小区 小区内的平均用户数4 PRB占用率/% 45 大包小区 小区内的平均用户数 53 PRB占用率/%0 相关指标说明如表3所示；PDCP）。 平均每E-RAB流量=小区PDCP层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PRB被使用的平均个数/ 下行可用的PRB个数 上行PRB占用率=上行PRB被使用的平均个数/ 上行可用的P
11、RB个数 表3 相关指标说明 指标ID 指标名称 指标描述 1526727378 L.Traffic.User.Avg 小区内的平均用户数 1526728261 L.Thrp.bits.DL 小区PDCP层所发送的下行数据的总吞吐量 1526726740 L.ChMeas.PRB.DL.Used.Avg 下行PRB被使用的平均个数 1526728433 L.ChMeas.PRB.DL.Avail 下行可用的PRB个数 1526726737 L.ChMeas.PRB.UL.Used.Avg 上行PRB被使用的平均个数 1526728434 L.ChMeas.PRB.UL.Avail 上行可用的P
12、RB个数 1526727544 L.E-RAB.SuccEst E-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。 RRC连接许可用户数使用率 “eNodeB内的最大用户数”统计了接入该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连接许可用户数使用率
13、”达到70%时，即要密切关注其变化趋势，并做扩容准备。 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100% RRC连接许可用户License数取小区配置值。 平均PDCCH信道占用率 PDCCH承载的是DCI，包含一个或多个UE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，然后才能够在相应的资源位置上解调属于UE自己的PDSCH。因此如果PDCCH占用率受限，将导致用户接入、业务体验都会受到影响。 建议“平均PDCCH信道占用率”达到70%时，即要密切关注其变化趋势，并做扩容准备）。 平均PDCCH信道占用率=/小区最大CC
14、E个数100% 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，进而影响用户使用感知。 当“平均小区寻呼信道占用率”达到50%时，即要密切关注其变化趋势，达到70%可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。 平均PRACH信道占用率 UE通过上行PRACH来达到与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，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Pr
15、eamble设计时考虑碰撞概率小于1%等因素确定的。 建议“平均PRACH信道占用率”达到50%时，即要密切关注其变化趋势，达到70%则需要扩容。 平均PRACH信道占用率=+忙时竞争Preamble接收次数）/3600/N100% N=100，带宽为15M/20M；或N=50，带宽为5M/10M。 平均PUCCH信道占用率 PUCCH资源指空口可分配的SRI和CQI资源的调度用户数及其使用的资源数，以及动态ACK资源数。PUCCH容量受限，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RRC连接用户中只有维持上行同步的用户是需要使用PU
16、CCH资源的，以此类用户数和PUCCH资源支持的最大用户数的比例来作为评估PUCCH资源利用情况的依据。 建议“平均小区寻呼信道占用率”达到70%时即要密切关注其变化趋势，并做扩容准备。 PUCCH资源利用率=小区内上行平均同步用户数/PUCCH用户容量100% PUCCH用户容量按1200计算。 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： 表4 空口信道资源负荷监控指标及扩容标准 容量监控指标 判断标准
17、 RRC连接许可用户数使用率 70% 平均PDCCH信道占用率 70% 平均小区寻呼信道占用率 70% 平均PRACH信道占用率 70% 平均PUCCH信道占用率 70% 4 XX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，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。 感知受限 统计一周小区级话统指标，根据各小区所属的不同业务特征类型，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%；
18、中包小区用户数门限64且上行或下行PRB利用率45%； 中包小区用户数门限53且上行或下行PRB利用率60%。 一周内任一时段各小区符合上述任一条件的记业务受限一次，并进行累加。 空口资源受限 统计一周小区级空口负荷指标，使用对应的门限标准进行判断： RRC连接许可用户数使用率70%；平均PDCCH信道占用率50%；平均小区寻呼信道占用率50%；平均PRACH信道占用率50%；平均PUCCH信道占用率50%。 一周内任一时段各小区符合上述任一条件的记相应指标受限一次，并进行累加；任一时段以上任一指标受限，则表明小区空口资源受限。 评估结果 根据以上原则评估分析可知，当前有8个小区存在感知和空口
19、资源都受限的问题，需要尽快实施扩容。 表5中8个小区一周内业务受限3次，空口资源受限10次以上，需要考虑实施扩容。 4.2 2016年容量预测 2016年容量预测：预计该校园用户将增加一倍，每个用户的流量增加1.5倍，在用户使用时长及连接次数不变的情况下，根据第2章话务模型对资源的影响分析，小区容量受限情况为：47个小区将容量受限，共需要增加127个15MHz的小区，有些小区需要配置多个频点。 5 结束语 随着校园LTE用户的飞速增长，网络负荷突增、用户感知逐渐下降，LTE FDD网络原有的高速度、高感知优势已大打折扣，校园LTE网络的容量、感知优化已经迫在眉睫。但由于缺乏统一、准确的负荷评估
20、标准，校园LTE网络扩容、优化工作无法有效落地执行。本文以XX学院为例，提出了校园LTE网络的容量分析、监控、感知优化解决方案，为校园LTE网络容量和感知优化指明了方向，具有一定的参考意义。 参考文献： 1 元泉. LTE轻松进阶M. 北京： 电子工业出版社， 2012. 2 陈宇恒，肖竹，王洪. LTE协议栈与信令分析M. 北京： 人民邮电出版社， 2013. 3 程鸿雁，朱晨鸣，王太峰，等. LTE FDD网络规划与设计M. 北京： 人民邮电出版社， 2013. 4 袁弋非. LTE/LTE-Advanced关键技术与系统性能M. 北京： 人民邮电出版社， 2013. 5 胡金玲，陈山枝，
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