5G eMBB場景容量評估方法研究

左偉麗 裴壯 堵顥 蘇澤昆

【摘要】? ? 介紹了eMBB場景的應用，詳述了5G的時域、頻域、空域資源等基本概念理論，從基本理論出發，計算5G用戶理論峰值速率，通過eMBB中具有代表性的場景（會展場景），研究5G網絡的業務模型及網絡需求模型，從參會觀眾和展商兩個維度進行會展場景的 5G 業務模型推導及建立，根據模型評估計算會展場景的 5G 網絡容量需求，對eMBB場景容量評估進行總結。

【關鍵詞】? ? eMBB? ? 子載波間隔? ? 峰值速率? ? 場景? ? 容量評估

一、 研究背景

5G應用的三大場景，業務類型極其豐富;各類業務特性不同，對網絡帶寬、時延和可靠性等性能參數要求也不相同。5G時代面對的是大連接、大吞吐率，以及高可靠低時延業務。系統的容量問題，是研究如何在差異化場景下部署5G網絡并優化過程中最主要的一個問題。因此，研究5G在多應用場景下容量的評估方法，為后續5G網絡部署、5G容量規劃打下理論基礎具有重要意義。

目前的國內外容量研究，要么是基于某類技術，如分區信道篩選，致力于對吞吐量進行優化，或針對某類場景，如 D2D，進行資源分配。還有部分學者對 5G 基于容量的切換，或接入控制進行了針對性的研究。而更多的是在工程領域進行分析，對5G系統本身的容量性能均缺乏研究[1]。

本文在此情況下介紹了eMBB場景的應用，通過推演公式計算出了5G用戶理論峰值速率。通過eMBB中具有代表性的場景（會展場景），研究了5G網絡的業務模型及網絡需求模型，從參會觀眾和展商兩個維度進行了會展場景的 5G 業務模型推導及建立，并根據模型評估計算了會展場景的 5G 網絡容量需求，最后對eMBB場景容量評估進行了簡要總結。

二、 5G eMBB場景應用

國際標準化組織3GPP定義了5G的三大應用場景，eMBB場景、uRLLC場景、mMTC場景，eMBB是指增強型移動寬帶主要在于3D超高清視頻等大流量移動寬帶業務，mMTC超可靠和低延遲通信大規模機器類型通信是指大規模物聯網業務，uRLLC是指需要低延遲的業務，如無人駕駛和工業自動化。這三個主要的應用場景指向不同的領域，涵蓋了我們工作和生活的各個方面。

eMBB即增強型移動寬帶，指在現有移動寬帶業務場景的基礎上，進一步提升用戶體驗。這也是最接近我們日常生活的應用場景。5G在這方面帶來的最直觀體驗是網絡速度的大幅提升。即使觀看4K高清視頻，峰值也可以達到10Gbps，體現在以人為中心的應用場景，集中表現為超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的移動性保證等，這是最直觀改善移動網速，未來更多的應用對移動網速的需求都將得到滿足，從eMBB層面上來說，它是原來移動網絡的升級，讓人們體驗到極致的網速。因此，增強移動寬帶（eMBB）將是 5G 發展初期面向個人消費市場的核心應用場景[3]。

超高清視頻直播（流媒體）：以如下兩類5G超高清視頻體驗案例來看：

第一類，即“5G+多屏多視角”應用，如在CBA直播賽事中，可實現多個視角的共同呈現，用戶可以選擇任何一個他想看的視角進行觀看。這樣一來全面改變了傳統的導播視角千篇一律的觀看方式，使得用戶可以在一些預設的視角上面通過遙控器實時做出選擇。

第二類，即“5G+自由視角”，多屏多視角是屬于預設多視角的體驗，自由視角則是全視角，每個用戶都可以選擇不同視角來觀看，未來觀看視頻時每個人都可以是導演，屆時更可實現360度的旋轉觀看。

5G超高清視頻業務仍在發展之中，依靠設備及運營商的構建能力是遠遠不夠的，還需要更多的上下游合作伙伴共同參與，進而為技術創新、網絡創新、架構創新和內容創新發力超高清視頻將是未來很重要的業務承載及交互方式。首先，超高清視頻在觀看內容體驗方面是絕佳的，無論是家庭還是個人場景下都是毋庸置疑的;其次，超高清也能用于媒介溝通;最后，超高清也能應用于未來的行業生產場景。“4G改變生活，5G改變行業”，5G超高清將會帶來一場全新的體驗以及服務的升級。

目前，5G的三大服務場景中最成熟的是eMBB，是最有機會形成規模商用的大場景。不難推斷：VR、AR等及三類直播等各形態的超高清應用會逐步成為其運營商的5G標配業務。 未來5G賦能超高清有三點關鍵價值：

1.新連接促使生產更高效。在家庭端通過改變現有的視頻業務形態，使其形成更大的用戶價值，這個過程中互動將會是一個很重要的前提要素。比如，通過無人機實現5G回傳看直播、通過VR/AR實現空中游園等。國家70周年閱兵典禮中，5G回傳機位、自行車視角及三個花車的5G回傳視角都得到了很好的應用。

2.新架構讓體驗更豐富。重點體現在兩大塊，包括邊緣計算和切片管理，其中切片管理將更多會服務于工業場景。

3.新服務讓生活更精彩。基于5G的大帶寬和低時延的連接下，用戶將有很多的服務可以實現近距離的隨時獲取，并且可以實現彈性擴張。

圍繞5G，許多設備廠家已經做了大量的商業場景構建和實踐。特別是以“5G回傳”、“5G+VR”及“5G+4K/8K”的三大類應用。

對于家庭應用環境，5G也會形成更好的體驗升級，首先對大屏端來說，做到可幫助用戶實現交互式的自由視角、多屏多視角等全新方式觀看直播;

對于VR端來說，如VR“第二現場”觀賽、VR音樂及VR 2D轉3D觀影可使用戶在家庭端享受到有如親臨現場般的沉浸式體驗，用戶還可以進行實時的社交互動;

對于手機端來說，通過自由視角、多屏多視角、自由縮放等，也可以獲得絕佳的觀感體驗，如2019年11月29日在成都舉辦的男子乒乓球世界杯賽上，華為便把這些技術全放在一場賽事中進行應用，并在聯通的“沃視頻”及IPTV端進行了全網直播。

三、5G eMBB場景容量評估

（一）5G理論峰值速率計算

與以往網絡類似，5G的用戶速率，與用戶終端的能力，信道條件等因素有關系，理論下行峰值速率基于 3GPP 38.306給出的定義[4-9]：

Rpeak=Vlayer*Qm*f*Rmax*NRB*12*（1-OH）*Nsys

參數名稱：Rpeak峰值速率;Vlayer最大層數;QmMIMO的階數;F擴展系數;Rmax編碼碼率;NRB資源塊個數;OH資源開銷占比;Nsys每秒符號數。

假設采用FR1<6GHz頻段，30KHz子載波間隔（對應?=1），100MHz載波帶寬，調制方式256QAM（對應Qm=8），單用戶4層MIMO，擴展系數為1，下行開銷為0.14（1個PDCCH符號和1個DMRS符號），則參數表和計算結果如下：

Vlayer MIMO的層數取值4，Qm調制階數取值8，f取值1，本次取值為Rmax編碼碼率取大值0.92578，NRB資源塊個數為273個，OH資源開銷占比0.14，Nsys每秒符號數為14*2^?/10-3=28000符號/s，因此UE理論下行峰值速率為：

Rpeak=4*8*1*0.92578*273*12*（1-0.14）*28000=2.337 Gbps

（二）eMBB場景容量估算

本節將根據eMBB多種應用場景，選取一種特殊的場景會展中心，對此種場景研究5G網絡的業務模型及網絡需求模型;從參會觀眾和展商兩個維度進行了會展場景的 5G 業務模型推導及建立，并根據模型評估計算了會展場景的 5G 網絡容量需求。下面以XX國際會展中心舉辦的中國XX工業裝備博覽會為模型中心進行分析建立模型。

1.會展場景觀眾用戶網絡容量需求業務模型

評估會展場景的觀眾用戶歷史數據（VR、車博等活動的數據），在展會期間，現場觀眾用戶的 76.97%業務主要集中在視頻、網頁瀏覽和即時通訊， 三大類中視頻占全部業務的 31.4%，網頁流量占全部業務的 30.3%[2]。

由此根據觀眾用戶的人流量、業務行為、可以研究得出會展場景的觀眾用戶業務模型，如表1。

以上數據滲透率參考相關調研報告結果取定;上、下行業務占比、業務速率按照業界經驗取定。根據上述業務模型，采用加權平均算法，計算會展場景單觀眾用戶忙時速率如下：

V1=激活因子*（下行速率*下行業務占比+上行業務*上行業務占比）*業務滲透率=369.48Kbps

2.會展場景觀眾用戶數/吞吐量需求

（1）會展場景的展廳面積為：S=7萬平米，假設展館觀眾占用面積為40%;

（2）假設觀眾人員密度為3.5平方米/人;

（3）聯通的用戶占有率：C=22%;

（4）上網觀眾用戶占比： P=85%;

（5）同時在線用戶占比：O=70%。

（6）會展中心展廳區域的 5G 網絡峰均比為β40%。使用以上數據估算場館的容量需求，具體模型如下：

由此可以得出：會展場景觀眾用戶對 5G 網絡吞吐量需求為：

T1=在線用戶數* V1*（1+β峰均比）=（70000*40%/3.5）* 22%*85%*70%*369.48*（1+40%）≈541.687Mbps

3.會展場景展商用戶業務模型

根據各種等展會信息分析，5G展會的展商用戶主要集中在“VR/AR”、“家庭娛樂”、“直播”等eMBB業務場景上，由此根據展商業務行為，研究得出會展場景的展商用戶業務模型[2]，如表2。

會展場景5G業務通信需求指標數據來源于中國信息通信研究院行業內白皮書，采用加權平均算法，計算會展場景商戶忙時速率如下：

V2=50.7Mbps

2.會展場景5G展商用戶數/吞吐量需求

（1）會展場景的展廳面積為：S=7萬平米，假設展館商戶占用面積為60%;

（2）假設展廳商戶密度為28平方米/戶;

（3）聯通展商用戶占有率：C =30%;

（4）展商用戶的 5G 業務數：β展商業務數= 5;

（5）會展中心展廳區域的5G網絡峰均比：β峰均比=40%。

由此可以得出：會展場景觀眾用戶對 5G 網絡吞吐量需求為：

T2=展商聯通業務數* V2*（1+β峰均比） =（70000*60%/28）* 30%*5*50.7*（1+40%）≈159705Mbps

5.會展場景整體的5G網絡容量需求

由此可以得出：會展場景每個展廳的 5G 網絡吞吐量需求：

T=T1+T2=541.687+159705Mbps=160246.687Mbps

四、結束語

通過對會展場景 5G 網絡容量的粗略推導，初步了解了會展場景 5G 網絡容量要求以及和哪些因素相關，因為實際網絡計算小區吞吐率和時隙配置、開銷分配等因素相關，相對較復雜，后期工業應用相對成熟后再進行深入研究。

在容量估算方面，需要考慮不同業務的速率需求，不同業務的承載速率是不同的，eMBB業務可分為Web、Video、VoIP業務、社交網絡、即時消息、云、郵件、文件傳輸、游戲和M2M業務，業務獲得良好用戶體驗對應的速率要求是不一樣的，因此，我們談論峰值速率、吞吐量是很有必要的，是對eMBB場景容量估算的一個方面的重要研究。

作者單位：左偉麗? ? 裴壯? ? 堵顥? ? 蘇澤昆

河南省信息咨詢設計研究有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]湯建東，肖清華.5G容量能力分析[J].無線通信， 2020：50-53.

[2] https：//www.doc88.com/p-99259460065250.html

[3] https：//www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband

insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities

[4] 3GPP TS 38211 NR Physical channels and modulation （Release 15）

[5] 3GPP TS 38213 NR Physical layer procedures for control（Release 15）

[6] 3GPP TS 38214 NR Physical layer procedures for data （Release 15）

[7] 3GPP TR 21905 Technical Specification Group Services and System Aspects; Vocabulary for 3GPP Specifications （Release 16）

[8] 3GPP TS 38101-1 NR User Equipment （UE） radio transmission and reception， Part 1： Range 1 Standalone （Release 16）

[9] https：//blog.csdn.net/shepherdfree/article/details/103364517