5GNR速率优化的方法和实践—5G移动通信网络优化(重点推荐)

5G NR速率优化的方法和实践5G移动通信网络优化 摘要：随着工业4.0等国家战略的部署，5G网络大带宽、高时延、海量连接的特征具有非常大的应用空间，5G是面向2020年以后移动通讯需求而发展的新一代移动通信技术，目前已经成为全球研究的热点。 苏州作为中国电信第一批5G试验网络，已经完成了第一阶段的网络功能验证和测试，正进入第二阶段规模组网测试。为了更好地发挥在本地5G网络的先发优势，苏州电信组织自有力量和厂家人员对5G NR的速率优化方法进行研究和探索，通过参数、射频等多种优化手段尝试了提升网络峰值速率的，更好地发挥5G超高频谱。 1、概述 5G移动网络较2G、3G、4G网络而言最大的优势在于为用户提供更高速率。小区峰值吞吐量是5G网络的一个基本性能指标，因此小区下行速率测试或演示是众多局点客户的一个普遍需求。 因各种原因，在速率测试演示中，外场频现速率低下的问题。本文根据不同局点不同需求，全面分析导致速率问题的原因，制定科学的速率问题排查和优化流程，以便外场出现速率故障时快速参考定位解决。 2、理论峰值速率计算 NR 1.0帧结构如下图。2ms DSDU周期内，由2个全下行slot，1个上下行转换slot，1个全上行slot组成。 2.1下行峰值速率计算 按帧结构可知，slot0下行符号数12个，slot1下行符号数9个，slot2下行符号数12个。 时域上，2ms周期内共占用12+9+12=33个Symbol，symbN=33。 频域上，下行100M带宽272RB，PRBn=272；每RB 12个子载波，RBscN=12。 考虑调制方式：下行采用64QAM，每符号携带6比特数据，mQ=6。 考虑空分复用：CPE终端支持2T4R，下行4流峰值速率，v=4。 考虑编码效率：按最高阶MCS=28计算，对应码率C=948/1024?0.92578。 峰值速率=RBscN*PRBn*symbN*mQ*v*C 计算单用户，64QAM，下行4流峰值速率如下： 即DL ThroughPut =12*272*33*6*4*0.92578/1024/1024*500 =1141.17Mbps 注：帧结构是2ms周期，1s调度500个周期。计算中除以两次1024，是将速率单位转换成Mbps。 2.2上行峰值速率计算 上行峰值速率计算跟下行计算思路一致。 按帧结构可知，DSDU配置，上行slot3上行符号数11个。 时域上，2ms周期内占用11个Symbol，symbN=11。 频域上，PUCCH和PRACH占用16RB ，实际可供PUSCH使用的RB数是272-16=256， 即PRBn=256；每RB 12个子载波，RBscN=12。 考虑调制方式：上行采用64QAM，每符号携带6比特数据，mQ=6。 考虑空分复用：CPE终端支持2T4R，上行2流峰值速率，v=2。 考虑编码效率：按最高阶MCS=28计算，对应码率C=948/1024?0.92578。 峰值速率=RBscN*PRBn*symbN*mQ*v*C 计算单用户，64QAM，上行2流峰值速率如下： 即UL ThroughPut =12*256*11*6*2*0.92578/1024/1024*500 =179.00Mbps 3、峰值速率优化方法介绍 3.1 通过参数优化实现PDSCH和PDCCH同传 单用户测试中，为了追求极限速率，可将slot0-2中的第一个符号同传PDCCH和PDSCH。 其中PDCCH占用24RB，PDSCH占用248RB。帧结构如下： 考虑同传情况下，slot0、slot1、slot2的第一个符号传输下行数据，symbN=3，PRBn=248。 下行四流提升速率 =RBscN*PRBn*symbN*mQ* v*C =12*248*3*6*4*0.92578/1024/1024*500 =94.59Mbps 即DL ThroughPut =1141.17+94.59 =1235.76Mbps 通过PDSCH和PDCCH同传，下行四流速率能提升94.59Mbps，峰值速率可达1235.76Mbps。 3.2 选择多径环境 下行速率的成倍提升，主要在于MIMO通信系统实现，将相同的时频资源分配给同一个UE，并用于发送多个并行的传输。由于发射端和接收端同时存在多根天线，并加上发射机和接收机的信号处理，组合在一起以抑制不同层间干扰。 SU-MIMO通常要求相对高的SINR，通常在15dB或更高。在CPE 2T4R配置下，每天线接收不同层数据流，可以通过找点和摆天线，降低空间复用数据流之间的干扰。 在近点位置，RSRP/SINR相近的情况下，丰富的多径环境可以降低信道间的相关性，使信道矩阵的秩RANK较高，适合数据多流传输，容易测出高速率。如城西测试点位A，处于基站NLOS环境下，周边的办公大楼玻璃外墙提供了丰富的信号反射路径，信道条件比较理想，该点位可测出下行8流峰值速率。 相对而言，测试点位B，处于基站LOS环境下，虽然RSRP/SINR较高，但反射径相对较少，流间干扰较大，只能测试出下行4流峰值速率。 3.3 调整终端接收天线的位置 天线的摆放会影响终端解调性能。如下图扎堆摆放的情况下，天线的相关性较高，流间干扰比较大，导致误码率上升。 建议按照下图交叉极化的方式摆放天线，使接收天线的极化方式垂直，降低天线间的相关性，减少流间干扰。 A B 下行8流 下行4流 3.4 移动性影响 目前下行峰值速率一般在静止状态下测得。在低速移动的场景下，终端能够保持下行四流，但是因信道快衰落和多普勒频移的影响，终端解调过程中容易出现Bler抬升，MCS降低，从而下行速率下降。如组网测试过程中（20Km/h），MCS基本下降到20左右，速率维持在600Mbps波动。在高速移动的场景下，下行四流误码率大幅上升，此时两流的性能表现更优。 3.5无线环境问题处理方法 ? 无线弱场 可通过调整周围小区方位角、下倾角、功率等相关参数来改善该区域覆盖，如果附近无合适小区则建议局方在该区域增站。 ? 系统站间干扰 比较典型的例子就是导频污染，在确定了主服务小区后，通过调整其他小区方位角、下倾角、功率等相关参数来减小该区域的干扰问题。 ? 异常干扰源 在非忙时段闭站进行清频测试找出并处理干扰源。 ? 其他情况 在某些切换设置不合理区域也会影响流量指标，比如切换较晚，那么在切换带源服务小区信噪比已经很差，导致流量较低，此时通过合理切换优化也可改善该区域的流量问题。 4、外场典型案例 4.1测试电脑问题引起的流量异常 ? 故障现象 在近期测试中，发现无论是定点强场测试还是移动中测试，业务速率始终未超过900Mbps，我们以室内测试为例。 该站点为新开室分站点，周围无任何干扰，测试点的无线环境测量如下： 频点：3450 带宽：100M 测试点环境：RSRP为-82dBm、SINR为32dB、CQI为15 在该测试点分别进行了内、外网FTP下载，灌包业务，上行基本没有问题，可达到180Mbps左右，下载基本都在850Mbps左右，且比较稳定，后更换了测试终端，测试结果一致。 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 10:27:10:27:10:27:10:27:10:27:10:28:10:28:10 10:28:16 10:29:16 10:29:22 10:29:28 10:29:34 10:29:40 10:29:46 10:29:52 10:29:58 10:30:04 10:30:10 10:30:16 10:30:22 10:30:28 10:30:34 10:30:40 10:30:46 10:30:52 10:30:58 10:31:04 10:31:10 10:31:16 NR_DL_Rate_PDCP/SSB RSRP vs Time NR_DL_Rate_PDCP NR_SSBAvgRsrp 图 4-1 故障现象 ? 故障排查 1. 我们测试过程中分别使用了内、外网FTP、灌包等业务，测试结果一致，那么基本排除掉了服务器问题，而之前其他测试速率是没有问题的，也就说明整个网络的带宽也不存在异常。 2. 测试分别使用了不同终端，测试结果一致，排除了终端问题。 3. 在排除了服务器及终端问题后，我们进行了SPA灌包测试，测试结果如下，使用SPA灌包后层1流量可接近1420Mbps，但高层流量依然是850多Mbps，关闭SPA灌包后层1流量恢复到850多Mbps，这说明实际上空口质量是支持大流量业务的，问题就出在业务包数上，而我们分别进行的内、外网、灌包等业务又排除掉了服务器问题，所以最终需要检查接收端即测试笔记本是否存在问题 图 4-2 SPA灌包测试结果 4. 在更换笔记本后发现问题解决。 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 10:52:10:52:10:52:10:52:10:52:10:52:10:53:00 10:53:08 10:53:16 10:53:24 10:53:32 10:53:40 10:53:48 10:53:56 10:54:04 10:54:12 10:54:20 10:54:28 10:54:36 10:54:44 10:54:52 10:55:00 10:55:08 10:55:16 10:55:24 NR_DL_Rate_PDCP/PHY_1/SSB RSRP vs Time NR_DL_Rate_PHY_1 NR_DL_Rate_PDCP NR_SSBAvgRsrp 图 4-3 更换笔记本后测试结果 更换测试电脑后，下行FTP业务速率177.29MB/s，1Byte=8bit，折合1418Mbps。查看CPE侧log，PHY和PDCP层速率也接近1420Mbps，基本达到峰值。 -100-95-90-85-80-75-70-65-60100010501100115012001250130NR_DL_Rate_PDCP/PHY_1/SSB RSRP vs Time NR_DL_Rate_PHY_1 NR_DL_Rate_PDCP NR_SSBAvgRsrp ? 经验总结 在处理流量类问题时，如果信令、告警、参数配置没有错误的情况下尽量多用替换法进行充分的数据测试，由于LTE是一个高速的数据网络，无论服务器、基站、终端、测试笔记本哪一个环节出现问题都会影响到测试结果，在定位这类问题时优先进行服务器、终端、笔记本验证。 4.2 异频测量设置引起的流量异常 ? 故障现象 在某区域进行移动下载测试时发现整体覆盖率较好，RSRP>-110&SINR>-3约有98%左右，但测试下载速率较低，平均下载速率只有17.122Mbps，远远达不到应有的30