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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