5G优化案例：5G空口质量优化专题.docx

5G 空口质量优化专题 【摘要】当前 5G 建设如火如荼，5G 空口速率是网络性能的重要体现，无线侧仍然是 5G 网络能力最容易受限的环节，无线网络技术的应用将最终决定 5G 网络能力的木桶深度。本文依据 5G 关键技术，对影响空口速率因素逐一罗列分析，并对不同因素定位方法进行研究， 为后期 5G 空口速率优化提供了基础。 【关键字】5G 空口速率 五大因素 【业务类别】优化方法 5G 空口技术简介 5GNR 在继承了 LTE 原有部分技术基础上，采用了一些技术演进和新技术创新。比如 NR 继承了LTE 的OFDM 和SC-FDM，但又将OFDM 升级为F-OFDM，NR 继承了LTE 的多天线技术， 但MIMO 天线的数目、用户容量以及用户的流数比 LTE 更多。调制技术上，支持更高的调制 阶数—256QAM。NR 又在 LTE 的基础上进一步提升了系统带宽，当前最大可以支持到 400Mhz。技术的演进和新技术的创新使得 5G 的峰值速率达到了 Gbps 的高度。因此 5G 空口速率影响因素可参考 4G 因素进行分析。 5G 空口速率影响因素 根据 5G 空口技术，影响 5G 峰值速率的因素总结起来有 PDCCH Grant（时隙调度数）、RB（频域资源调度数）、MCS（调制与编码）、Rank（秩）、BLER（误码率）等。 PDCCH Grant（时隙调度数） PDCCH grant 是指时隙调度，即同时间点UE 能调度的时隙数，能调度越多，资源越充足，UE 空口速率越高。 RB（频域资源调度数） RB 是业务信道的资源单位，定义为频域上连续的 12 个子载波，暂对 RB 的时域进行定义。故 RB 数越高资源越足，UE 空口速率越高。 MCS（调制与编码） MCS 意思为调制编码方案/调制编码策略，编码调制效率越高数据传输速度越快，表现为空口速率越高，反之亦然，其内涵可分为两个部分： Modulation 和Coding。在基带的信号处理流程中，一般先进行编码（信道编码），再进行调制。 Coding MCS 里的Coding 特指信道编码，信道编码的目的是改善信号传输质量、降低误码率等。当前有多种信道编码方法，应用在 LTE 中的就有Turbo 码和LDPC 码等，5G 中更是引入了Polar 码。不同的编码方案性能各不相同，通信协议在选择编码方案时往往需要在复杂度和性能上做出权衡。信道编码需要在原始比特信息上加上冗余信息实现检错、纠错功能， 码率指的就是编码前后的比特数量比： 码率（rate）= 编码前比特数/编码后比特数；例如 256bits 的信息经过 1/2Turbo 编码后生成的是 512 个bits。 Modulation 调制的真实意义是：信号源控制载波的某些特征以方便在信道传输。载波包含频率、相位、幅度等信息，针对不同的特征进行调制的方法就是众所周知的 FSK、PSK、AM 等，之所以要调制到载波上是为了满足天线的限制。 MCS 的Modulation 是特指调制过程中的映射过程，严谨的说法：调制包含了符号映射和载波调制的过程。将调制简单得理解为映射关系是不全面的。 基带信号处理因为还不触及到载波调制过程，所以一般说的调制其实是指符号映射。LTE 中的调制方法包括 QPSK、16Qam 和 64Qam，5G 引入了 256Qam。 3GPP 对CQI 和MCS 分别定义了两个表格，表格 1 与LTE 相一致，表格 2 为NR 在LTE 基 础上新增的。这主要考虑到UE 能力是否能够支持 256QAM 的调制方式，如果最高只能支持到 64QAM 则采用和 LTE 完全一致的 CQI、MCS 映射关系，如果能支持 256QAM 则采用新增 CQI、MCS 映射。这里给出基于 QPSK、16QAM、64QAM 以及 256QAM 的CQI 和MCS 映射关系。 图 2.2：5GCQI 和 MCS 映射关系 5G 中速率的配置同样通过 MCS 索引值实现。MCS 将所关注的影响通讯速率的因素作为表的列，将MCS 索引作为行，形成一张速率表。所以，每一个 MCS 索引其实对应了一组参数下的物理传输速率。 表 2.1：5G MCS 和速率映射关系 Rank（秩） RI=rank indication，秩指示；用来指示PDSCH 的有效的数据层数，用来告诉gNB，U E 现在可以支持的CW 数。简单来说，就是可以在空间区分出的相互独立互不相关的信道的数量，可以支持的数据流的数量。比如说 RI=4，表示接收端能够识别 4 个信道的数据，可以支持 4 组数据并发。 Rank 最大值主要取决于gNB 和UE 端最小天线数，一般基站的天线远大于UE 的天线数， 因而主要取决于 UE 端的天线数。 图 2.3：gNB 和UE 端天