5G优化案例5G下载速率优化方案探究.docx
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5G优化案例5G下载速率优化方案探究
5G下载速率优化方案探究
XX
5G下载速率优化案例
XX
【摘要】基于5G网络建设初期对于整个网络系统粗浅了解，XX分公司尝试对5G网络速率优化进行摸索，不断寻找当前5G系统存在的种种影响网络速率的因素并通过尝试各种方法让问题最终得以解决，通过对各种问题优化过程的经验总结，给出有效的优化方法，为后续5G网络速率优化提供参考。
【关键字】5G、速率、无线参数、空口资源、应用层。
15GNR数传业务基础原理
1.1基本概念
5GNR系统在LTE原有技术的基础上，采用了一些新的技术和架构。
在多址方式上，NR继承了LTE的OFDMA和SC-FDMA，并且继承了LTE的多天线技术，MIMO流数比LTE更多。
调制方式上，支持根据空口质量自适应选择QPSK、16QAM、64QAM和256M等调制方式。
NR系统跟LTE系统一样通过频分复用和时分复用可以灵活的分配带宽内的时频资源，但与LTE不同的是NR支持低频和和高频，并且NR的子载波带宽支持多种格式如15kHz、30Khz、60kHz、120kHz、240kHz，载波所能支持的最大频域带宽大于LTE，如下表所示
（3GPPTR38.211）；
NR子带波格式
f215[kHz]
Nslot
symb
Nframe,slot
Nsubframe,slot
Nmin,RB,DL
Nmax,RB,DL
Nmin,RB,UL
Nmax,RB,UL
0
15
14
10
1
24
275
24
275
1
30
14
20
2
24
275
24
275
2
60
14
40
4
24
275
24
275
3
120
14
80
8
24
275
24
275
4
240
14
160
16
24
138
24
138
5GRAN2.0版本低频默认采用格式1，即子载波带宽为30kHz。
1.2NR总统架构
NR总统架构
Naf
N3N6
其中控制面的协议栈如0所示：
控制面协议栈
用户面协议栈如0所示：
用户面协议栈
5GNSA架构，Option3:
LTEPDCP分流，Option3x：
NRPDCP分流
Option3
Option3x
1.3NR吞吐量理论计算
NR理论吞吐率计算与带宽、调制方式、MIMO模式及具体参数配置有关。
以100M带宽小区为例，进行理论计算时需要考虑PDCCH在每个子帧占用符号数，同步信道占用符号
数，参考信号占用符号数，广播信道、同步信道占用符号数。
实际的吞吐量还要考虑空口
BLER的影响。
可以通过3GPP38.2145.1.3通过RE数、调制方式、MCS、编码效率计算MAC层
TBS。
从MAC层的TBS选择来看，100M带宽时单用户UE最大可以使用273RB，256QAM，
27阶，4流单码字平均约为TBS＝112000，TTI＝0.5ms，按照4:
1子帧配比，则每秒中传输的bit数约为112000*8*1600，约为1.4Gbps。
按此方法计算的得到的理论吞吐率为协议规定的MAC层理论值，实际能达到的应用层吞吐率受E2E网络节点的影响
不同的空口条件对应不同CQI、调制方式和MCS，对应不同的空口速率，参见38.214协议定义表格
Table1:
CQItable
CQI
index
modulation
coderatex1024
efficiency
0
outofrange
1
QPSK
78
0.1523
2
QPSK
193
0.3770
3
QPSK
449
0.8770
4
16QAM
378
1.4766
5
16QAM
490
1.9141
6
16QAM
616
2.4063
7
64QAM
466
2.7305
8
64QAM
567
3.3223
9
64QAM
666
3.9023
10
64QAM
772
4.5234
11
64QAM
873
5.1152
12
256QAM
711
5.5547
13
256QAM
797
6.2266
14
256QAM
885
6.9141
15
256QAM
948
7.4063
Table2:
MCSindextable2forPDSCH
MCSIndex
IMCS
ModulationOrder
Qm
TargetcodeRatex[1024]
R
Spectral
efficiency
0
2
120
0.2344
1
2
193
0.3770
2
2
308
0.6016
3
2
449
0.8770
4
2
602
1.1758
5
4
378
1.4766
6
4
434
1.6953
7
4
490
1.9141
8
4
553
2.1602
9
4
616
2.4063
10
4
658
2.5703
11
6
466
2.7305
12
6
517
3.0293
13
6
567
3.3223
14
6
616
3.6094
15
6
666
3.9023
16
6
719
4.2129
17
6
772
4.5234
18
6
822
4.8164
19
6
873
5.1152
20
8
682.5
5.3320
21
8
711
5.5547
22
8
754
5.8906
23
8
797
6.2266
24
8
841
6.5703
25
8
885
6.9141
26
8
916.5
7.1602
27
8
948
7.4063
28
2
reserved
29
4
reserved
30
6
reserved
31
8
reserved
实际峰值除了与带宽等因素有关外，还与UE能力有关，不同UE能力下的下行和上行最大吞吐量，目前协议还未确定（38.306-4.1.3）
2数传路测速率定位总体思路
峰值速率测试流程主要有如下四个步骤，如下图：
Step1：
峰值速率调测准备及基础排查Step2：
无线参数优化
Step3：
空口性能优化，建议可以先使用UDP测试进行测试
Step4：
TCP性能优化
3速率调测思路
3.1
下行速率排查思路
4无线参数优化
4.1下行峰值调优
//基站修改MIMO模式，适用于4T4R小区
MODNRDUCELLPDSCH:
NrDuCellId=0,MaxMimoLayerNum=LAYER_4;
//打开下行256QAM
MODNRDUCELLALGOSWITCH:
NrDuCellId=0,Dl256QamSwitch=ON;
//打开TRS/CSI-RS/SSBRateMatch开关
MODNRDUCELLPDSCH:
NrDuCellId=0,RateMatchSwitch=SSB_RATEMATCH_SW-1&CSIRS_RATEMATCH_SW-1&TRS_RATEMATCH_SW-1;
//PDCCH占用1个符号
MODNRDUCELLPDCCH:
NrDuCellId=0,OccupiedSymbolNum=1SYM;
//DMRSType2单符号
MODNRDUCELLPDSCH:
NrDuCellId=0,DlDmrsConfigType=TYPE2,DlDmrsMaxLength=1SYMBOL;
//无附加导频
MODNRDUCELLPDSCH:
NrDuCellId=0,DlAdditionalDmrsPos=NOT_CONFIG;
//PMI权
MODNRDUCELLPDSCH:
NrDuCellId=0,FixedWeightType=PMI_WEIGHT;
//TRS周期：
40ms，CSI周期：
20ms
MODNRDUCELLCSIRS:
NrDuCellId=0,TrsPeriod=MS40,CsiPeriod=SLOT20;
//子帧配比
MODNRDUCELL:
NrDuCellId=0,DuplexMode=CELL_TDD,FrequencyBand=N77,SubcarrierSpacing=30KHZ,SlotAssignment=4_1_DDDSU,SlotStructure=SS2;
//压缩比2:
1
MODNRDUCELLTRP:
NrDuCellTrpId=0,CpriCompression=2_COMPRESSION,BranchCpriCompression=2_COMPRESSION;
//配置发射功率210
MODNRDUCELLTRP:
NrDuCellTrpId=0,MaxTransmitPower=210;
4.2修改AM模式
在做实际业务时（如视频点播，FTP下载），AM模式有数据包的确认机制，速率会比
UM模式更稳定。
调试实际业务时建议配为AM模式。
//LTE：
NSA组网，PDCP窗口推荐设置为18bits，AM模式
MODRLCPDCPPARAGROUP:
RlcPdcpParaGroupId=5,RlcMode=RlcMode_AM,AmPdcpSnSize=AmPdcpSnsize_18bits;
//NR:
修改QCI9对应的NRCELL小区RLC模式为AM/UM模式，与LTE侧保持一致，否则无法接入
MODNRCELLQCIBEARER:
NrCellId=0,Qci=9,RlcMode=AM;
//修改对应PDCP参数组中的PDCP序列号长度为18bit，与LTE侧保持一致，否则无法接入
MODGNBPDCPPARAMGROUP:
PdcpParamGroupId=5,DlPdcpSnSize=BITS18,UlPdcpSnSize=BITS18;
5空口及资源原因分析与优化
数传问题分析是一个端到端的处理过程。
从用户终端到基站到服务器端，中间任何一个网元出现问题，都会导致用户体验速率的下降。
本章节重点关注空口及以下部分。
具体如何区分问题是空口之上还是空口之下的，有一个简单的原则：
在基站侧使用UDP灌包，如果速率正常而访问服务器速率不正常，则直接转TCP问题分析；如果调度次数是满的，则进入一下空口及资源原因分析。
5.1下行速率分析方法
5G下行单用户（2T4R）峰值达成条件：
RANK稳定在4流，MCS稳定在27阶（使能256QAM），无误码，且DLGrant次数稳定在1600次（商用4:
1配置），100M带宽下行调度RB数最大为273个（部分调度TTI会预留部分给公共信道使用）。
上述条件可以分为两个维度：
空口信道质量和资源调度。
1）空口信道质量是影响速率最明显的因素，可以通过RSRP、SINR、MCS、BLER、
RANK等指标来衡量。
这些指标对速率的影响作用如下：
常见的空口信道质量有如下问题：
1）MCS低问题
2）IBLER高问题
3）RANK调度问题
2）资源调度问题可分为RB不足或Grant不足。
资源调度不足也可以通过基站UDP灌包的方法隔离定界是TCP问题还是空口问题。
本章节只关注空口调度的问题，上游来水不足的情形在第6章介绍。
5.1.1MCS低问题
峰值测试中如果要使得实际峰值接近理论峰值，则一般CSIRSRP在-75dBm以上，DMRSSINR在30dB以上。
以此保证MCS都集中在27阶，且IBLER接近0%（IBLER为x%，则损失x%的吞吐率）。
在OMT工具的DownlinkRSRP、DRSSINR视图观察RSRP（CSIRSRP）和SINR（DM-RSSINR）信息：
在OMT工具的DownlinkMCS视图观察MCS信息：
SINR差是导致MCS低的直接原因，通常可以通过测试选点方式，选择SINR高于30dB
的点进行测试。
如果始终不能获取高SINR测试点则考虑如下几个原因：
1.NR系统内邻区干扰影响
在OMT工具的小区测量视图观察服务小区和邻区的RSRP情况，服务小区的SINR要达到30dB以上，要求不能检测到邻区信号或者邻区的RSRP比服务小区RSRP低10dB以上。
如果测试中发现有邻区信号同时邻区信号较强，为了满足演示测试要求，可以通过关闭邻小区或者降低邻小区的发射功率的方式来提升SINR。
2.外部干扰影响
在排除NR系统内邻区干扰等因素后，如果仍不能获取到高SINR点，则需要考虑外部干扰的影响，可以通过扫频仪器进行测试，排除外部干扰源。
3.RSRP过高的影响
在峰值测试中，虽然要求测试地点的RSRP与SINR要尽可能的好，但是也并不是说
RSRP就没有了限制。
通常我们规定的“近点”的RSRP要在-80dBm以上，但也不要超过-
65dBm。
这是因为终端接收到的功率过高的话会引起接收器件的削波，导致下行SINR降低，反
而只会使得速率下降。
如果在SINR较好、误码收敛的情况下，MCS仍然较差，则有可能是MCS选阶算法的问题。
5.1.2IBLER高问题
定点峰值测试过程中，要求BLER尽可能接近0，外场移动性测试一般收敛在10%。
在
OMT上的LFBLER视图可以观察IBLER信息。
IBLER高排查思路和MCS低问题类似，重点关注空口的变化，如果SINR异常，包括陡降、波动等，则说明误码的原因是信道条件的不稳定；如果SINR正常，则说明当前系统无线条件稳定，高误码可能是MCS选阶算法有问题，MCS选阶太高导致误码不收敛。
如下图所示，在BLER不为0的情况下，物理层流量和MAC层流量可能会有较大差异。
原因是物理层流量仅仅是通过物理层的数据量，而不是有效的数据量，当码率不同时，真正解调出来的MAC数据量和物理层数据量是有差别的，而且CRC错时物理层有流量但是
MAC层是没有流量统计的。
我们实际关心的是MAC层流量，也就是经过物理层传输的能够解调正确的有效数据量。
5.1.3RANK低问题
下行单用户最大支持2T4R的天线硬件配置模式，OMT或者Probe工具可以观察TUE终端RANK调度的情况；
在OMT工具的LFDLMIMO视图可以观察RANK调度信息：
Rank值不符合预期需要查看UE能力支持的天线数、Probe可以查看UE上报的Rank值，如下图所示CQI14~15，MCS大部分在27，但是RANK一直在Rank2。
首先检查配置，查看CSI-RS类型及下行DMRStype类型、占用符号数及附加导频个数，这3个参数决定能使用的端口数及应用场景，详细参见（无线参数优化章节）。
其次查看一下CSI-RSRP信号质量，如下图所示，RSRP还是比较好的，说明不是覆盖差导致。
如果是移动性场景，看看RANK低的点是否在LTE切换或者NR小区变更区域，进行切换性能优化，如是否存在频繁切换，通过优化切换参数来解决。
如果室内空旷，则有可能因为空旷缺少反射无法提供多径的信号反射。
配置为Rank2和Rank3，并且比较吞吐量效果。
如果Rank3的吞吐量比Rank2还低，则说明当前的空间信道不能支持Rank3。
//打桩成rank2会更稳定
MODNRDUCELLRSVDPARAM:
NrDuCellId=3,RsvdU8Param67=2;
//CPE的RB自适应，RANK2或者2T2R时可以调度更多RB
MODNRDUCELLRSVDOPTPARAM:
NrDuCellId=3,ParamId=164,Param1=3;
5.1.4资源调度不足问题
Probe中能看到Dlgrant（每秒钟下行调度次数）和每秒钟平均RB个数，如下图所示，在峰值速率高时，下行是满调度的，Dlgrant为1600，每秒钟平均RB个数是267。
出现Dlgrant不足时，可以跟踪U2000小区在线用户数，分析是否有背景用户如下图.
另一方面，可以查看一下CSI-RSRP，是否是覆盖比较差导致DCI漏检，可以检查配置查看PDCCH聚合级别，提示聚合级别（NRLoCellRsvdParam.RsvdU8Param7=3）。
出现RB使用不足时，Probe跟踪可以看到各个频域位置RB使用情况，如下图
同样可以跟踪U2000小区在线用户数分析是否有背景用户，RB调度不足深入的分析联系研发分析。
5.1.5传输带宽受限
如果灌包服务器灌包到达基站端口速率不足，则原因多是由于链路中间某个环节传输带宽不够造成的，排查思路如下：
1、检查传输链路带宽设置，确保整个链路中的所有网元及接口全部为千兆级，包括但不限于服务器网口、组网中的全部交换机、路由设备，速率协商模式设为自协商;
2、若传输侧有用微波等其它介质来传输数据，需要与传输人员或客户咨询确认，保证
其传输带宽大于峰值；
如果是从服务器下行iperf灌包，使用传输端口性能跟踪，可以查看到基站的流量是否稳定，来水量是否足够。
使用DSPETHPORT命令查看基站的传输端口速率
5.1.6开户AMBR受限
1.SA组网时进行NG接口跟踪，查看NR用户接入时的NGAP_INIT_CONTEXT_SETUP_REQ消息，AMBR需要大于峰值。
如果不对需要重新开户。
2.NSA组网时进行LTE的S1接口跟踪，查看NSA用户接入时的IntialContextSetup
Request消息，AMBR需要大于峰值。
如果不对需要重新开户。
6应用层分析优化
6.1TCP性能优化
6.1.1网卡性能优化
选择需要优化的网卡，右键——>属性——>配置——>高级/链路速率
序号
参数名称
默认
建议值
1
链路速度
自动协商
自动协商
2
高级-RSS处理器的最大数
目
16
16
3
高级-TCP/IP分载选项
启用
除Ipsec分载不勾选外其他都勾选
4
高级-大型发送分载V2
启用
启用
5
高级-接收方调整
启用
启用
6
高级-接收方调整队列
2
16
7
高级-巨帧数据包
禁用
禁用（TCP灌打包下无影响）
8
高级-RSSCPU
0
0（网卡挂的CPU）
9
高级-性能选项-传输缓冲区
512
16384（最大）
10
高级-性能选项-接收缓冲区
512
4094（最大）
11
高级-性能选项-流量控制
禁用
启用
12
高级-中断节流
启用
启用
13
高级-性能选项-中断节流率
中
中
6.1.2注册表优化
1.点击开始，输入“regedit”进入注册表，
2.点击“HEEY_LOCAL_MACHINE”——>SYSTEM，如下图所示。
对于“ControlSet001”,“ControlSet002”和“ControlSetSet”三处都要做相同的修改。
3.点击Service,进入AFD的Parameters，新增两个文件，如下图所示。
4.点击Service,进入Tcpip的Parameters，新增4个文件，如下图所示。
序号
类别
建议值（十六进制）
1
AFD-DefaultSendWindow
3f0000
2
AFD-TransmitIoLength
1f0000
3
TCPIP-TcpWindowSize
3f0000
4
TCPIP-GlobalMaxTcpWindowSize
3f0000
5
TCPIP-Tcp1323Opts
1
6
TCPIP-SackOpts
1
6.1.3TCP参数优化
直接在dos命令窗口对收发两端按照如下说明进行优化
收发两端网卡MTU值优化
序
号
步骤
命令
1
查看对应的端口号
netshinterfaceipv4showsubinterfaces
2
修改MTU
netshinterfaceipv4setsubinterface"本地连接"
mtu=1400store=persistent
3
确认修改成功
netshinterfaceipv4showsubinterfaces
注：
重启电脑后生效
收发端TCP自动调谐功能优化
序
号
步骤
命令
1
关闭heuristics功能
netshinttcpsetheuristicsdisabled
2
优化TCPautotuning
netshinttcpsetglobalautotuninglevel=normal
3
确认修改成功
netshinttcpshowglobal
注：
修改成功后立即生效。
6.1.4TCP参数不匹配
TCP速率取决于发送端的发送窗口和接收端的接收窗口大小。
下载时，要保证服务器发送窗口和客户端接收窗口足够大；上传时要保证客户端发送窗口和服务器的接收窗口足够大。
接收窗口确认方法，在客户端或者服务器端wireshark抓包（注意一定要先打开抓包，再启动业务，这样能抓到TCP建链过程）。
选择源IP为客户端IP的报文，通过Statistic->TCPStreamgraph->WindowsScalegraph，作出客户端接收窗口图。
发送端窗口确认方法，发送窗口没法直接获取，一把通过观测发送端发送未确认的字节数（Bytesinflight）来确认。
在服务器端或者最靠近服务器端wireshark抓包（注意一定要先打开抓包，再启动业务，这样能抓到TCP建链过程）。
选择源IP为服务器IP的数据报文展开，找到By
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