基于用户感知的NR网络扩容标准研究

张 斌，吴晓乐，陈任翔，王 森（中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007）

1 概述

5G 网络经过多期建设，目前在国内已经规模部署。5G 网络以大带宽、低时延、海量连接的优势越来越得到公众用户和行业用户的青睐。随着用户和业务逐步向5G 的迁转，5G 网络流量将会进入快速增长期，高校、交通枢纽等热点区域将会出现网络拥塞和用户感知下降的问题，因此制定5G 扩容标准、做好5G容量保障是运营商需要提前考虑的问题。

本文首先对NR 网络容量评估维度进行探讨，对影响NR 小区容量的因素进行分析，选定关键网络指标，然后确定容量评估方法，通过现网数据建模及理论计算给出各指标的合理门限，最后制定出TDD NR小区扩容标准。

2 NR 网络容量评估维度及评估方法

2.1 影响NR网络容量的因素

NR 网络的容量由NR 网络的资源决定，根据NR网络资源可以分为设备资源、传输资源、License 资源和空口资源。设备资源主要指基带板、主控板的处理能力，随着技术的发展，CPU 处理能力越来越强，设备资源一般不是容量限制因素。目前5G BBU 设备要求支持至少2 个25GE 回传光接口，且光纤容量充裕，传输资源一般也不受限。根据中国电信和中国联通的集采技术规范，RRC License须以省为单位进行动态共享，省内激活态用户规模超过已购买的RRC License总规模时，厂家不得采取任何措施限制业务使用，因此RRC的License资源也不是受限因素。

同LTE 一样，受限于频谱资源和频谱效率，NR 的空口资源仍然是网络瓶颈，因此扩容应重点考虑空口资源的使用情况，关注相关指标。且根据现网数据统计，NR 仍然以下行业务为主，上行流量占比不超过10%，在容量方面，NR 仍然是下行受限的系统，扩容指标的选取应以下行指标为主。

2.2 NR小区容量评估模型

NR相对于LTE有一些技术上的升级，如更高阶的调制、Massive MIMO、更灵活的帧结构，但是本质上NR与LTE 的空口都是基于MIMO 和OFDM 技术的，因此NR 的容量评估可以延续4G 评估量纲，即小区流量、RRC 用户数和PRB 利用率，此外，随着运营商越来越重视用户体验，用户体验速率也可以作为一个评估指标。PRB 利用率、接入用户数与用户体验速率及小区流量密切相关，NR小区容量评估模型如图1所示。

图1 NR小区容量评估模型

大带宽、高速率是5G 最大的特色，高清视频、AR/VR 等高流量业务对速率需求越来越高，单用户速率直接影响用户的业务体验，不同的用户体验速率要求对应的负荷门限也不同。

网络负荷可以从PRB利用率和用户数2个维度来评估，5G 时代，PRB 利用率仍然是反映网络负荷的重要指标，对于高并发场景，随着PRB 利用率的升高，用户体验将下降；用户数也是影响5G 容量的重要因素，当接入用户数过高时，单用户配置资源随之下降，单用户速率将降低，将无法满足高速率用户需求。

小区流量与接入用户数、用户业务类型、信道质量等因素密切相关，当小区流量达到一定门限后会出现网络拥塞、流量压抑，小区流量无法随PRB 利用率或用户数增加而增加。

2.3 NR小区扩容评价方法

NR 小区扩容评价，应坚持先优化后扩容原则，根据小区类型，确定高并发、高流量2类小区的负荷评价方法，以用户体验为导向，建立基于用户体验的5G 网络扩容标准。

NR 小区扩容评价流程如图2 所示，在获取网络参数后，首先判断网络质量是否达标，如果网络质量低于网优部门标准，首先考虑网络调优；然后根据RRC连接数多少将小区分为高并发和高流量2类场景，2类场景对应的扩容门限是不同的，对于高流量场景需要判断网络流量是否超过阈值且PRB 利用率是否超过阈值，对于高并发场景因流量压抑明显，因此只关注连接用户数是否超过阈值，PRB 利用率是否超过阈值；最后判断用户平均速率是否低于阈值，如果低于阈值则网络不能满足用户需求，需要考虑扩容。

图2 NR小区扩容评价流程

3 NR扩容标准取定

3.1 用户感知速率取定

从某城市SEQ 平台统计的5G 业务类型来看，视频业务贡献了近6 成的5G 网络流量，在视频业务中2K 及以上占比3%，1080P 占比16%，720P 占比25%，480P占比26%，360P及以下占比30%，如图3所示。

图3 某市5G网络业务占比情况

5G 时代，用户对视频业务的要求从不卡顿升级到即点即开，不卡顿的业务体验要求网络速率是视频码率的2 倍，而即点即开体验要求的网络速率是视频码率的5 倍，各类视频业务不同体验要求下对网络速率的要求如表1所示。由于视频业务对网络速率要求较高，满足1080P 的即点即开业务体验速率（10 Mbit/s）即可满足97%以上的视频用户需求，同时其他业务包括网页浏览、即时通信、社交等也可以得到满足。

表1 视频业务对网络速率要求

用户速率是一个瞬时采样速率，在counter 上可以提取，在实际扩容工作中为了便于操作，需将其转化为KPI 指标，即用户平均速率。根据从现网counter 数据统计可知，在TDD NR 100M 64TR 网络中为保证用户速率大于10 Mbit/s（1080P 业务即点即开）的概率≥85%，小区用户平均速率应满足≥50 Mbit/s。

3.2 RRC连接数阈值的取定

RRC 连接数指标反映了小区接入用户数的多少，一定程度上反映了小区的负荷程度，一般情况下小区流量随着RRC 连接数增加而增长，用户感知速率随RRC连接数增加而减小。

根据现网（TDD NR 100M 64TR）KPI 数据建模分析，RRC 连接数与用户平均速率＜50 Mbit/s 占比存在如下关系：RRC 连接数＜100，用户平均速率＜50 Mbit/s占比可以忽略不计；RRC 连接数≥300 后，用户平均速率＜50 Mbit/s 占比明显提升，如图4 所示。为确保用户感知，取定RRC 连接数阈值RRCT1=100，RRCT2=300，即RRC 连接数＜100 时不考虑扩容，RRC 连接数≥300 时认为小区为高并发场景，100≤RRC 连接数＜300时认为小区可能存在因流量过载而产生扩容，即高流量场景。

图4 用户平均速率50 Mbit/s与RRC连接数关系

3.3 PRB利用率阈值取定

PRB 利用率是反映网络负荷的重要指标，5G 时代，虽然有MU-MIMO 的影响，但是基站调度一般按照先频域后空域的方式，PRB 利用率仍然可以反映RB资源的占用情况。

根据现网（TDD NR 100M 64TR）KPI 数据的统计，RRC 连接数＞100的条件下，用户平均速率50 Mbit/s 对应的下行PRB 利用率为55%～60%，如图5 所示，考虑一定的感知余量，取定PRB利用率阈值PRBT=55%。

图5 用户平均速率与PRB利用率关系（RRC＞100）

3.4 PDCP层流量阈值取定

对于流量过载产生的扩容，PDCP 层流量是一个重要的判断指标，PDCP 层流量门限可以通过理论计算得出。首先设定用户分布模型，然后给出不同位置不同信道环境下单用户的理论速率，然后加权得出小区吞吐率〔式（1）〕，由小区吞吐率再考虑占空比，可以得出小区忙时的空口流量〔式（2）〕，再考虑层间开销，可以得出PDCP层流量阈值。

式中：

R小区——小区吞吐率

Pi——i类用户占比

R用户i——i类用户的理论速率

TH小区——小区忙时流量

按照终端在极好、好、中、差点为1∶2∶4∶3 的比例分布，64TR 100M NR 小区忙时速率为415 Mbit/s，具体计算过程见表2，从现网数据（取RRC 连接数100～300，64TR 100M）统计得出占空比为0.438，计算得出64TR 100M NR 的小区容量为79.9 GB，考虑层间开销，PDCP层流量门限取定为72 GB。

表2 小区吞吐率计算过程表

3.5 建议的NR小区扩容标准

根据前面章节给出的NR 小区的扩容评价维度、评价方法及各指标的阈值取定，可以给出NR 小区扩容的量化标准，但是在实际扩容工作中，还应该考虑小区的“稳定达标”，避免因突发情况产生的虚假扩容需求。

综上所述，对于64TR 100M NR 小区，当小区忙时连续7天（单周的周一至周日）中有4天或者周末2天，满足如表3所示扩容标准，则小区进入扩容考虑范围。

表3 NR小区扩容标准

4 结束语

打造感知领先的5G 网络一直是运营商追求的目标，网络容量受限会严重影响用户体验，为此，本文提出了基于用户感知的NR 网络扩容标准，在研究影响NR 网络容量因素的基础上，给出了扩容评价维度，并确定高并发、高流量2类小区的负荷评价方法，通过现网数据建模及理论计算给出了各项指标的阈值。此标准可以为运营商5G 网络扩容提供理论依据和方法指导。受限于目前的网络热点多分布在TDD 64TR 设备部署区域，32TR/8TR 及FDD 2.1 GHz 设备相对轻载，本文只给出TDD 64TR 设备的扩容标准，其他类型设备的扩容标准还需要随着业务的发展和网络负荷的提升来逐步确定。