（2022 年江蘇省通信學會“華蘇杯”論文征集評優三等獎）基于用戶體驗與流量釋放的5G 網絡擴容標準研究和應用

張 燕 孫 海 徐明達

中國聯合網絡通信有限公司蘇州市分公司

0 引言

5G 用戶持續增長，流量熱點區域容量擁塞會導致用戶體驗差，及時地擴容可避免因用戶投訴、攜號轉網等帶來的口碑和經營效益損失。江蘇聯通在蘇州進行5G 擴容試點并論證，理論結合實際，總結出5G 擴容分析思路和規定動作，為全省5G 擴容提供指導。

1 5G 容量評估

5G 擴容思路主要考慮用戶體驗和流量，以此來平衡投資收益；容量四要素是用戶數、資源利用率、用戶體驗速率和小區容量，彼此相互影響。

1.1 容量發展三階段

階段一：面向放號。建網初期，根據小區容量和體驗需求，規劃小區放號容量，評估投資收益。

階段二：面向體驗。在業務發展中期，保障5G 用戶體驗好，建立5G 網絡口碑，吸引和發展新用戶，同時遷移4G 用戶。此時用戶體驗開始出現擁塞，可能造成用戶投訴、用戶轉網等負面影響。

階段三：面向流量。隨著流量爆發期的到來，會造成用戶流失（體驗擁塞）損失和流量損失（流量壓抑）。

1.2 4/5G 容量對比

相同之處：評估量綱相同。5G 資源調度和信道受限情況與4G 相同，可沿用4G 容量評估量綱（上下行流量、用戶數、利用率等），針對不同業務場景和設備形態，使用不同的門限值。

不同之處：

（1）設備形態多樣。4G 以2TR 設備為主，5G 容量評估涉及TDD NR 64T/32T/8T 以及FDD NR 等設備類型和更多站型，不同設備建議使用相同量綱和不同門限，便于后端評估。

（2）小區分類精簡。4G 開創性區分大中小包業務進行擴容，但當前大中包小區占比＞95%，相對初期標準指標大中包占比提升明顯，建議精簡大中小包小區分類。

（3）業務需求變化。4G 視頻以720P 為主，5G 逐步往1080P+發展，同時5G 用戶期望較高，體驗不滿足需求可能導致用戶投訴流失，需要更好的用戶體驗，同時以體驗滿足度的方式評估用戶體驗。

（4）資源利用率變化。5G 引入大規模天線技術，空分復用能力增強，可大幅提升小區容量，計算5G 資源利用率需考慮空分對小區容量的增益。

1.3 容量分析維度

5G 容量受限分為接入受限和接入后的業務受限兩類，因5G 網絡硬件能力強大，CPU 利用率較低，所以5G 容量受限主要為業務受限，包含體驗受限和流量壓抑，如圖1 所示。本研究擴容主要描述基于業務受限的擴容。

圖1 無線容量分類

1.4 業務需求分析

5G 時代是全業務的網絡時代，不僅僅是人和人的通信，還有人和物的通信、物和物的通信。行業應用非常廣泛，主要面向垂直行業和萬物互聯，支撐更高的速率、更大連接、更低時延。為什么需要5G？主要的原因，還是用戶對于業務的需求，要求的標準越來越高，比如更高清的視頻、AR/VR 3D更逼真、自動駕駛的應用、遠程醫療等。

5G 小區流量目前主以視頻業務為主，視頻逐步由高清轉移至1080P+。阿姆赫斯特大學的教授雷姆沙K.斯塔曼研究發現：當視頻業務緩沖2s 之后，緩沖時間每增加1s，就會有6%的人放棄觀看，短視頻（播放時間在30s 以內）的緩沖時間每增加1s，放棄觀看的用戶數量可能會更多。視頻的即點即開和拖曳快速響應表現直接影響到用戶感知體驗，對網絡提出了更高的要求。為保障在5G 網絡下運行分辨率為1080P+及以上業務時秒開和不卡頓，需保障用戶速率20Mbps 以上。

2 5G 容量特點

5G 引入空域復用，SU-MIMO（單用戶多入多出技術）中，空分復用的數據流調度給一個單獨的用戶，以提升該用戶的傳輸速率和頻譜效率，即分配給該UE 的時頻資源由該UE 獨占；MU-MIMO（多用戶多入多出技術）中空分復用的數據流調度給多個用戶，多個用戶通過空分方式共享同一時頻資源，系統可以通過空間維度的多用戶調度獲得額外的多用戶分集增益。

所以SU-MIMO 可以沿用老的PRB 利用率來評估，但是MU-MIMO 不可以用PRB 利用率來評估，因為有了空分概念，即使某beam 的PRB 利用率達到99%，如果有空分正交的用戶接入，依然可以正常做業務。所以當前主要使用用戶數評估負載，傳統平均PRB 利用率不適合作為承載度量指標。

2.1 時域上不均衡

雖然小時級平均PRB 利用率較低，但當業務突發時存在階段性PRB 利用率激增，PRB 利用率均值無法反映階段性的業務擁塞問題，比如在某一小時內的1600 秒至2000 秒期間下行PRB 利用率猛增至100%，但此時小時級的平均PRB 利用率只有30%。

2.2 空域上不均衡

MU-MIMO 通過利用在同一波束方向上的多個用戶之間共享相同的資源，提高小區吞吐量和頻譜效率，資源復用越多，配對層數則越高，在頻域角度，假設使用1 個RB 資源，復用次數就是層數。受限于波束隔離干擾要求，且在保證正交性能的前提條件下，AAU 64T64R 天線最多只能形成16 個不同方向的覆蓋波束，即16 個流來承載不同數據實現空分復用。如圖2 所示，16 個MU-MIMO 空分復用層數小時級平均配對RB 數為75 個，但是在空域越高層，配對RB 越少，均值無法反映各層配對RB 數的不均衡問題。

圖2 空分復用RB 配對

3 5G 擴容思路

3.1 體驗目標制定

新引入“體驗滿足度”來衡量用戶秒級體驗速率的滿足程度，基于協議28.552 的體驗速率分布，體驗速率分布話統秒級統計每個用戶的體驗速率，定義體驗速率大于目標值的秒次占比，以表征用戶體驗的滿足程度。用戶體驗以滿足度的方式來進行評估，更加能夠反映用戶體驗情況。

通過分析體驗滿足度與小區平均體驗速率的關系，當體驗滿足度達到一定值（如80%），再提升數值代價將比較大，此時為了保障80%用戶20Mbps（使用1080P 業務即點即開），小區平均速率需要達到50Mbps，如圖3 所示。

圖3 體驗滿足度與速率對應關系

3.2 現網健康檢查

為保證擴容評估的準確性，在擴容評估之前，需對評估區域內的小區進行以下動作，優化到位后再擴容，以排除非容量因素的影響。

（1）告警/故障/傳輸排查：重點關注小區退服類告警，單板過載，射頻通道故障排查；傳輸帶寬受限、傳輸丟包等問題排查。

（2）參數核查與優化：重點關注涉及數傳、MLB 等參數是否異常，利用OMStar 批量自動核查參數，保證“核心”參數配置正確。

（3）PS 數傳性能優化核查：優化影響話統速率的關鍵因素如CQI、MCS、RBG 策略、Rank2 比例、切換等算法，性能惡化的原因分析與定位。

（4）空口質差排查：以CQI＜=X 占比大于（1-體驗滿足度）作為判斷標準，滿足的小區優先做優化排查，優化后再擴容。

3.3 容量模型搭建

5G 擴容以“保障用戶體驗良好”和“價值流量不損失”為核心，同時兼顧體驗品牌與投資收益，在此基礎上構建基于用戶體驗的擴容模型和基于流量壓抑的擴容模型（如圖4 所示）。從用戶數、流量、體驗速率、空間和時間等多個維度預測業務增長。

圖4 容量發展建模

基于用戶體驗的擴容模型：通過構建小區用戶數與用戶體驗速率的關系，即隨著用戶數增長，用戶體驗速率下降，當達到A 點，體驗不滿足需求，可能導致用戶流失，擴容之后能夠保障用戶體驗需求，留住和發展更多用戶。

基于流量壓抑的擴容模型：通過構建小區用戶數與小區流量的關系，識別流量壓抑拐點（B 點），B 點擴容之后即可釋放輕度壓抑區的流量，C 點擴容可能已經造成用戶流失（體驗擁塞）損失和流量損失（流量壓抑）。

3.4 KPI 話統建模

選取蘇州聯通TOPN 小區話務指標進行數據建模。隨著用戶數的增長，小區下行體驗速率下降，下降至某個臨界點時用戶業務需求得不到滿足，此時映射得到的用戶數即需要擴容的用戶數門限，如圖5 所示。為保障80%用戶的體驗，對應用戶下行體驗速率約50Mbps，映射到激活用戶57 個、RRC平均用戶數140 個。

圖5 用戶數與體驗速率建模

隨著用戶數的增長，當自忙時小區下行流量達到56GB 時，小區下行流量基本不再上升，并出現拐點，即隨著用戶數的繼續增長，小時級的流量呈現下降趨勢，自忙時小區上行流量在6GB 時飽和不再上升，此時對小時級下行流量到達峰值拐點的小區進行擴容可獲得最大流量效益，如圖6 所示。

圖6 用戶數與流量建模

3.5 擴容門限總結

為平衡投資收益，5G 擴容標準需將基于體驗和基于業務受限兩者相結合，以保障80%用戶體驗為目標，總結出擴容標準建議為：（1）基于用戶數：自忙時小區RRC 平均用戶數＞140；（2）基于流量和速率：自忙時小區下行流量＞56GB，自忙時下行平均速率＜50Mbps。二者滿足其一即可。

4 5G 擴容實踐

基于擴容標準篩選出滿足擴容條件的有托普學院和陸家涇新路小區。

托普學院小區主要覆蓋校園，校園由兩個宏站覆蓋，4G和5G 網絡均無室分，5G 小區忙時下行流量79GB，平均用戶數328 個，體驗受限和流量壓抑嚴重，一周符合80%體驗滿足度擴容標準小時數123 次；4G 小區忙時下行流量5.2GB，PRB 利用率58.6%。

陸家涇新路小區主要覆蓋緯創公司宿舍區，5G 僅有宏站無室分，4G 室分宏站均有，5G 小區忙時下行流量76GB，平均用戶數307 個，體驗受限和流量壓抑嚴重，一周符合80%體驗滿足度擴容標準小時數78 次；4G 小區忙時下行流量12.9GB，PRB 利用率95.7%。

對托普學院、陸家涇新路共4 個小區完成擴容后，用戶感知速率、流量效益提升明顯，如圖7、圖8 所示。

圖7 擴容前后流量對比

圖8 擴容前后下行速率對比

5 結束語

本課題成果包括構建多維度業務增長預測模型和基于業務分布的資源配置分析，同時還對5G 容量的發展歷程、4G和5G 網絡容量差異、5G 容量分析維度和容量特點進行總結分析，以保障80%用戶20Mbps（使用1080P 業務即點即開）為目標，構建出用戶增長與體驗速率、流量變化的容量模型。基于模型結合蘇州TOPN 總結出適用于蘇州本地的擴容門限：當自忙時RRC 平均用戶數＞140 或者（自忙時下行流量＞56GB，自忙時下行平均速率＜50Mbps），并對流量熱點區域托普學院、陸家涇新路擴容試點，擴容后日均總流量增加400GB 左右，改善了用戶體驗并提升了流量效益。

本課題成果適用于大城市和特大型城市的超高流量區域，包括CBD、高校、大型醫院、重要交通樞紐和商業街等，可以實現精準的資源投放，提升網絡容量和質量，可以有效釋放壓抑的流量，改善用戶體驗，具有良好的應用和推廣價值，可向全國推廣，當前已推廣至江蘇全省應用。