基于用户体验和流量抑制的5G网络扩容策略研究_秦璐.pdf

51 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护基于用户体验和流量抑制的5G网络扩容策略研究秦璐，方东旭（中国移动通信集团重庆有限公司，重庆 401121）摘 要 4G时代扩容主要根据基站用户数及无线资源利用率作为承载度量指标进行扩容条件判定。但5G时代，传统的平均无线资源利用率与体验关联性弱，平均无线资源利用率不再完全适合作为承载度量指标。因此，本文以5G基站业务承载满足度和流量压抑门限研究成果为基础，拟合了一种5G扩容新标准。该标准综合考虑了实际业务体验、基站用户数和流量压抑情况，以业务承载满足度及流量压抑作为5G扩容承载度量指标，制定扩容门限。旨在切实保障用户的上网体验，为后续研究提供参考。关键词 5G扩容;用户体验;流量压抑中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2023）02-0051-06收稿日期：2022-04-24根据工信部统计，截至 2022 年底，5G 移动电话用户达 5.61 亿户，占移动电话用户总数的 33.3%，比上年末提高 11.7 个百分点。2022 年移动互联网接入流量达 2.6181011 GB，比上年增长 18.1%。每月户均移动互联网接入流量（DOU）达到 15.2 GB，较上年提高1.84 GB。随着 5G 用户数及 5G 业务量均持续高速增长，对 5G 无线网络容量规划提出了更高的要求。为了更好地为用户提供持续可靠的 5G 连接服务，5G 基站扩容已成为当下 5G 无线网络优化必须考虑的重点工作。4G 网络下，基站扩容主要根据基站用户数及无线资源利用率作为承载度量指标进行扩容条件判定。但是5G 网络引入了空域复用，平均无线资源利用率与体验相关性随无线利用率提升，相关性逐渐减弱，传统平均无线资源利用率不再完全适合作为承载度量指标。本文以业务承载满足度及流量压抑作为 5G 扩容承载度量指标，综合考虑 5G 技术特性及用户实际网络体验，制定5G 扩容判定条件和扩容策略，切实保障用户实际 5G 网络使用体验。1 5G 网络扩容要素5G 基站容量反映了基站的业务承载能力，与用户实际网络体验息息相关。5G 基站扩容必须以用户体验为中心，确保扩容后用户网络体验不低于扩容前。传统的 4G 网络扩容策略主要是以流量压抑、无线资源利用率和用户体验进行组合。但是空分复用技术作为 5G 的关键技术部署后，传统平均无线利用率时间上具有突发性的特点，已经不适合作为承载度量指标，需要使用皮尔逊相关系数衡量无线资源利用率与体验速率两者相关性。皮尔逊相关系数用来衡量两个数据集合是否在一条线上面，以及衡量定距变量间的线性相关关系。相关系数的绝对值越大，相关系数越接近于 1 或-1，相关度DOI:10.13992/ki.tetas.2023.02.01452 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护越强。相关系数越接近于 0，相关度越弱。如图 1 所示，5G 平均无线资源利用率与体验相关性随无线资源利用率提升，相关性逐渐减弱。表明当无线资源利用率达到一定高度时，无线资源利用率与体验速率已不再存在强相关关系，也不再完全适合作为承载度量指标。本文引入“5G 业务承载满足度”用户感知评估新要素，结合 5G 网络流量压抑门限，制定 5G 扩容判定条件和扩容策略，切实保障用户实际 5G 网络使用体验。2 业务承载满足度评估2.1 5G 网络业务分布随着视频拍摄制作技术和电信网络技术的不断发展，视频媒体的制作和传播成本不断降低，更高清视频的在线传播成为可能，极致清晰、流畅的超高清视频成为人们新的需求，由此催生了视频业务急剧发展。受限于移动网络空口，高清视频业务的用户体验与空口承载速率强相关，足够快的大业务承载速率是良好用户体验的保障，需要根据目标业务的用户实际体验进行制定实际扩容标准和门限，对网络业务应用进行分析，确定目标业务应用，从而为后续目标业务体验门限评估研究提供准确的评估对象。根据某地不同网络业务比例统计，上行业务主要集中在流媒体、短视频等业务，其次是即时消息、网页浏览上行交互流量。下行业务量主要集中在短视频、网页浏览、流媒体，其次为 IP 语音和即时消息等，详见表 1。2.2 5G 业务体验门限基于上述评估得到的 5G 主流业务应用，对目标业务用户体验门限通过不同业务在不同速率带宽组合下进行评估验证，结果见表 2。当上行体验速率大于等于 2 Mbit/s 时，即时聊天实时视频感知良好，对于其它主流 APP 也能提供良好体验；当上行体验速率低于2 Mbit/s 之后存在投诉风险。当下行体验速率大于等于10 Mbit/s，对于短视频及 1080 P 视频点播可实现秒播，对于网页浏览可实现秒开，对于其它 APP 均能保持良好感知。故而可以初步确定用户实际业务体验门限必须保证上行体验速率大于等于 2 Mbit/s 与下行体验速率大于等于 10 Mbit/s。2.3 评估业务承载满足度研究表明，视频业务进行 2 s 之后，缓冲时间每增加 1 s，就会有 6%的人放弃观看；短视频业务（播放时间在 30 s 以内）的缓冲时间每增加 1 s，放弃观看的用户数量可能会更多。通过业务体验评估结果，5G 基站上行业务应用业务量占比下行业务应用业务量占比流媒体 131.26%某短视频29.52%某短视频9.05%网页浏览9.34%即时消息6.90%流媒体 18.22%网页浏览 15.52%流媒体 23.95%实时流式传输3.47%IP 语音3.38%流媒体 22.50%即时消息3.27%网页浏览 22.41%流媒体 32.62%IP 语音2.09%流媒体 42.01%网页浏览 31.85%网页浏览 21.83%网页浏览 41.53%网页浏览 31.31%表1 主流上下行应用业务量占比统计图1 5G体验速率和无线资源利用率的皮尔逊系数与利用率区间关系53 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护只要能持续满足上行体验速率大于等于 2 Mbit/s 与下行体验速率大于等于 10 Mbit/s，用户业务体验将持续保持高位水平。但是 5G 基站统计的用户体验速率是基于所有用户小时粒度体验速率均值进行统计，无法评估反映出特定用户在特定时刻的实际业务速率。故而需要应用秒级体验速率采样进行评估，在基站设备性能状态良好的情况下，结合业务体验评估结果来评估基站业务承载满足度，见表 3。满足度评估标准根据当地网络状况自行拟定。秒级速率采样是对用户速率进行秒级监控。小区内秒级用户速率达到目标速率的秒次占比，表征整体的体上行业务不同速率带宽感知验证评估业务/带宽（Mbit/s）0.5123456810短视频上传感知（s）4524.513.39.27.67.25.95.14.9某竞技类手游时延（ms）564857594554535359某射击类手游时延（ms）484036404044484448社交媒体发布图片时延（s）51.0 28.119.5 17.8 14.1 12.8 12.2 6.8 5.3 社交媒体发布视频时延（s）失败56.6 37.9 32.1 25.9 19.2 17.4 14.2 11.6 即时聊天发送原图时延（s）36.3 21.2 9.2 7.5 6.3 5.9 5.4 4.2 3.5 即时聊天发送图片时延（s）2.2 2.0 1.8 1.6 1.5 1.5 1.4 1.4 0.9 即时聊天发送录制视频时延（s）55.0 30.3 15.9 9.8 8.1 7.2 6.3 4.8 3.5 即时聊天实时视频差中好好好好好好好即时聊天发送图片时延（s）44.0 23.0 12.5 8.2 7.8 7.2 6.8 6.5 4.8 下行业务不同速率带宽感知验证评估业务/带宽（Mbit/s）0.5123456810短视频感知差差差差差中中中好短视频直播感知差差差差差中中中好下载短视频时延（s）54.1 30.1 36.2 24.5 18.9 14.2 12.2 10.5 7.7 短视频切换时延（s）13.1 7.2 5.6 5.6 5.4 4.5 4.3 2.2 1.5 720P 视频缓冲时延（s）12.1 7.2 2.5 2.5 2.5 1.3 0.4 0.1 0.1 1080P 视频首帧响应时延（s）13.3 13.5 5.4 2.2 2.5 2.7 0.7 0.6 0.7 经济类手游卡顿感知（ms）差中好好好好好好好射击类手游卡顿感知（ms）差中好好好好好好好网购页面开启时延（s）41.5 6.5 3.8 3.2 2.9 2.6 2.6 2.5 2.4 网页页面搜索时延（s）20.1 7.2 4.5 4.3 3.7 3.5 1.4 1.4 1.3 网页页面点击时延（s）11.7 2.6 2.5 1.5 1.3 1.2 1.3 1.3 1.3 今日头条页面点击时延（s）13.0 7.4 3.4 2.2 2.0 1.7 1.6 1.2 1.4 即时聊天接收原图时延（s）110.9 50.1 28.9 19.2 17.6 12.7 10.2 9.0 8.9 即时聊天接收录制视频时延（s）34.8 15.6 8.3 5.1 3.6 2.2 2.1 1.8 1.7 即时聊天实时视频差中好好好好好好好即时聊天接收图片时延（s）90.3 41.3 31.8 25.2 18.4 13.8 10.6 8.3 7.1 表2 上下行业务不同速率带宽感知验证评估54 2023年2月 第 2 期（第36卷 总第307期）月刊电信工程技术与标准化运 营 与 维 护验满足程度，秒级监控用户体验速率分布可通过 5G 基站网管指标获取。3 5G 网络流量压抑门限5G 基站用户及流量持续增长情况下，将逐渐加重基站承载负荷，最终造成基站出现高负荷。基站处于高负荷状态下，为保障用户间的公平调度，势必会减少单用户调度次数，从而引起用户感知出现体验下降问题，上行业务承载满足度（上行业务大于2 Mbit/s 采样占比）小区数（个）下行业务承载满足度（下行业务大于10 Mbit/s 采样占比）小区数（个）0%,10%)70%,10%)410%,20%)510%,20%)020%,30%)820%,30%)030%,40%)2930%,40%)340%,50%)7340%,50%)750%,60%)20450%,60%)1660%,70%)61860%,70%)1570%,80%)2 04370%,80%)10280%,90%)4 38580%,90%)99790%,100%)3 60390%,100%)9 831表3 上下行业务承载满足度评估示例同时基站侧实际通过流量增长放缓。随着基站侧用户的继续增长，用户实际上网体验将会越来越差，而基站经过流量将不再持续增长。构建小区用户数与小区流量的关系模型，如图 2 所示。B 点为流量压抑拐点，当流量增长经过拐点 B 后，即进入轻度压抑区（A 点），此时扩容可释放轻度压抑区的流量，改善用户体验。但当流量持续增长，进入重度压抑区 C 点后再进行网络扩容，此时已经在扩容前造成用户体验下降及流量损失。不同覆盖场景的 5G 站型天线配置不同，其中宏站以 64T64R 和 32T32R 的天线为主，室分基站以 4T4R和 2T2R 的天线为主。将该模型实际应用到某地市 5G网络进行验证，挑选不同站型中激活用户数最多的TOP 小区进行分析。将各类型小区的激活用户数、下行10 Mbit/s体验速率承载满足度和下行流量进行拟合，得到散点如图 3 和图 4 所示。通过图 3 和图 4 的拟合，可得到 90%的业务采样点满足 10Mbit/s 体验速率条件，各基站类型的流量和激活用户数扩容门限见表 4。其中 4T4R 的新型室分搭配分布式 MIMO 等新技术，不仅降低了用户间干扰，还能在多个信号源之间进行协作通信，在容量上相比传统用户需求流量增长趋势体验小区流量小区实际流量