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精品文档QCI权重及最小保障速率验证研究
QCI权重及最小保障速率验证研究案例
QCI权重及最小保障速率验证研究案例
【摘要】随着不限流量套餐的引入,手游、视频、直播等业务的发展,4G网络负荷越来越重,在特定时段和场景,已经无法满足所有用户的全部业务需求。
5G目前虽处于建网初期,根据话务流量增长模型,5G在不久的将来也将面临此类问题,为了保障用户体验和提升网络竞争力,结合当前网络的业务模型和后续演进策略,提前验证储备网络QoS精细化管理方案,保障VIP在使用网络时的用户感知,计划通过修改QOS参数使VIP用户具有优先调度的权限。
在给用户放号的时候,会赋予QCI等级,可以给少数重要的用户或者特殊的UE设置单独的QCI,从而实现调度策略上的差异。
按照系统的设计,QCI=6、7、8、9,其优先级原本就是在逐步降低的,在资源调度的时候,就会优先调度高优先级的QCI,系统默认配置的情况下,高优先级的QCI=6的卡会消耗掉绝大多数小区资源。
其次,随着5G网络发展及在相关垂直行业布局,如何保障特定业务最小速率也成为重要课题,在当前5G版本下,中兴支持针对固定QCI配置最小保障速率,从而保证特定业务或用户感知。
本文将对QCI权重及最小保障速率验证研究,对流量进行优化配置,提升频谱效率,保障用户感知。
【关键字】QCI权重最小保障速率
【业务类别】5G
一、问题描述
5G建网初期,用户容量需求一般,主要考虑树立品牌竞争力,会通过技术与营销手段识别并聚焦高价值用户,赋予其更高的优先级接入与分配网络资源,但对于不限量套餐用户也会产生一些不必要的资源浪费,如何在5G放号后,对其进行适当管控,将网络资源向普通用户倾斜,提升资源利用效率,促进整体价值流量释放。
同理,如何保障特定场景下业务最小速率的需求也是我们需要研究的课题。
二、分析过程
CQI的定义
下行链路自适应算法基于UE上报的CQI(信道质量指示)来进行。
UE对无线信道质量如SINR进行测量,并上报信道相关的CQI信息,用以为分组调度和链路适配等无线资源管理算法提供信道质量信息,链路适配算法则基于CQI来选择最有效的调制和编码机制(MCS)。
CQI是在预定义的观察周期下满足特定BLER需求时所推荐的频谱效率。
UE上报CQI的目的是为了让系统侧根据无线状况选择合适的下行传输参数。
特定BLER目标值要求下,UE测量每个PRB上接收功率以及干扰来获取SINR,并根据频谱效率需求,将SINR映射到相应的CQI,随后将CQI上报给gNB。
gNB根据UE上报的CQI来选择当前信道状况下的最合适的MCS,以满足特定比特错误率和分组误帧率下的频谱效率,确保数据速率最大化。
比如,如果无线条件较好,则在物理层上使用较高的MCS和码率,以增加系统吞吐量;反之,如果无线环境较差,则需要使用较低的MCS和码率,以增加传送可靠性。
系统根据CQI与MCS的对应关系以及相关的传输块大小(即TBS),为PDSCH选择合适的调制方式和传输块大小的组合,进行上/下行传送工作。
这种调制方式和传输块大小的组合应当使得有效信道码率与CQI索引所指示的码率最为接近。
如果有多个组合都产生相同的有效码率,且都与CQI索引指示值相接近,则只选择传输块最小的那种组合。
CQI反馈可以是周期性的,也可以是非周期性的,具体采用哪种方式由gNB进行控制。
非周期性CQI反馈只在需要的时候才进行发送,它比周期性反馈中所包含的频域信道状态信息更为精确,从而便于调度器获取频率分集。
CQI表的设计
CQI参考资源为一组下行物理资源块,用于进行下行信道质量测量。
LTE中,CQI表有2个,每个表中有16个取值,可以采用4比特来表示。
最高调制阶数为64QAM所对应的表用于宏覆盖,而最高调制阶数为256QAM所对应的表则用于低功率的微小区。
256QAM可以提供较好的接收性能和较高的频谱效率,因此适于微小区,反过来讲,宏覆盖难以保证256QAM所需的接收性能如EVM指标。
另外,如果在宏覆盖表中引入256QAM,采用4比特则CQI的量化精度有所降低,从容导致性能损失。
因此,不同的场景需要设置不同的CQI表。
LTE中,256QAM的表的制作方法是,从64QAM的表中除去一个较低调制方式如QPSK相关的值,并增加几个256QAM相关的值。
由于适用场景不同,所以256QAM表中较低调制方式的CQI的量化精度可以与64QAM对应表有所不同。
降低256QAM表中低调制方式下的CQI量化精度有助于采用4比特来表示256QAM的最终开销。
2个表中的公共部分还有助于降低规范的工作量和UE实现的复杂度。
5G系统中CQI表采用了与LTE的设计原则,即不同场景下设计多张CQI表。
CSI-ReportConfig中的高层参数cqi-Table用以表示采用哪个CQI表来计算CQI,其取值为table1、table2和table3。
相对于占用一组下行PRB的CSI参考资源来说,如果所接收到的单个PDSCH传输块的误块率满足以下的BLER要求,则基于无限制的观察时间间隔,针对在上行链路时隙n中报告的每个CQI,UE会导出满足以下条件的最大的CQI索引值。
即:
1) cqi-Table配置为'table1'和'table2'时,误块率不应该超过0.1。
a.cqi-Table配置为'table1'时,采用表025所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-2),该表适用于eMBB业务,支持QPSK、16QAM和64QAM调制方式,不支持256QAM。
b.cqi-Table配置为'table2'时,采用表表025所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-3),该表适用于eMBB业务,支持QPSK、16QAM和64QAM调制方式,同时支持256QAM。
2) cqi-Table配置为'table3'时,误块率不应该超过0.00001。
这种情况下,采用表1所示4比特CQI信息(对应TS38.214的表5.2.2.1-4)。
该表适用于URLLC业务,支持QPSK、16QAM和64QAM调制方式,不支持256QAM。
表14位CQI表(对应TS38.214表5.2.2.1-2)
CQI编号
调制方式
码率*1024
效率
0
超出范围
1
QPSK
78
0.1523
2
QPSK
120
0.2344
3
QPSK
193
0.377
4
QPSK
308
0.6016
5
QPSK
449
0.877
6
QPSK
602
1.1758
7
16QAM
378
1.4766
8
16QAM
490
1.9141
9
16QAM
616
2.4063
10
64QAM
466
2.7305
11
64QAM
567
3.3223
12
64QAM
666
3.9023
13
64QAM
772
4.5234
14
64QAM
873
5.1152
15
64QAM
948
5.5547
表2用于eMBB业务,描述了QPSK,16QAM和64QAM所对应的CQI索引及含义。
此表复用了LTE中64QAM对应的表。
表2 4位CQI表2(对应TS38.214表5.2.2.1-3)
CQI编号
调制方式
码率*1024
效率
0
超出范围
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
7.1028
表2用于eMBB业务,除了QPSK,16QAM和64QAM之外,还增加了256QAM。
此表复用了LTE中256QAM对应的表。
根据R1-1719771,RAN1#90会议上一些公司提供了仿真结果。
可以看到,LDPC和Turbo的性能差异不是很明显,相对于原始表来说,码率抖动约为25/1024≈0.02。
考虑到实际网络中干扰测量不准确、SNR与BLER间的关系曲线物理提取方法不满意、传输块大小导致的BLER的差异等,这些因素对抖动的影响几乎可以忽略。
实际上,为了补偿CQI的不可靠性,gNB还使用基于ACK/NACK反馈的Euler外环算法,根据初始BLER(即IBLER)来调整步伐,以选择所需的MCS。
因此,再重新设计一个略为不同的256QAM的表不会带来性能增益,只会增加工作量。
表3 4位CQI表3(对应TS38.214表5.2.2.1-4)
CQI编号
调制方式
码率*1024
效率
0
超出范围
1
QPSK
30
0.0586
2
QPSK
50
0.0977
3
QPSK
78
0.1523
4
QPSK
120
0.2344
5
QPSK
193
0.3770
6
QPSK
308
0.6016
7
QPSK
449
0.8770
8
QPSK
602
1.1758
9
16QAM
378
1.4766
10
16QAM
490
1.9141
11
16QAM
616
2.4063
12
64QAM
466
2.7305
13
64QAM
567
3.3223
14
64QAM
666
3.9023
15
64QAM
772
4.5234
表3为5G新增,用于URLLC业务,它只包含QPSK,16QAM和64QAM。
根据R1-1719584,URLLC要求数据包为32比特下的BLER为10-5,用户面时延为1ms。
传统的LTE的CQI表对应的BLER目标值为10%,因此无法达到URLLC的可靠性的要求。
HARQ可以提高可靠性,但是增加了时延。
在CQI表增加较低码率虽然可以满足可靠性和时延的要求,但是会增加UE上报CQI所需的比特数。
因此考虑URLLC采用独立的CQI表,并使用不同的BLER目标值。
另外,由于URLLC对峰值速率的要求不高,因此没有必要采用较高的调制阶数。
不同CQI索引值意味着特定调制方式和特定码率的组合,从而对应于不同的传输效率。
表中码率为信息比特与总比特数的比值,而效率为信息比特数与总符号数的比值。
由于总比特数是总符号数与调制阶数的乘积,所以效率等于码率乘以调制阶数。
表示为:
码率=信息比特数/物理信道总比特数
=信息比特数/(物理信道总符号数*调制阶数)
=效率/调制阶数
为了表示的方便性,表中码率取值是乘以1024之后的结果,因此,对于每种CQI索引,目标码率为表中的码率取值除以1024。
举例来讲,对于表1中的CQI索引5,目标码率=449/1024=0.4385,由于调制阶数为2,故效率=0.4385*2=0.8770。
CQI的类别
QCI:
QoSClassIdentifier,即QoS的等级指示,同时应用于GBR和Non-GBR承载。
QCI是从类别的角度将无线承载业务进行归类,划分成9种类型,每一种业务类别中,还细分了若干种业务。
一个QCI是一个值,用于指定访问节点内定义的控制承载级分组转发方式(如调度权重、接纳门限、队列管理门限、链路层协议配置等),这些都由运营商预先配置到接入网节点中。
根据QoS的不同,EPSBear可以划分为两大类:
GBR(GuranteedBitRate)和Non-GBR。
所谓GBR,是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配,即使在网络资源紧张的情况下,相应的比特速率也能够保持。
相反的,Non-GBR指的是在网络拥挤的情况下,业务(或者承载)需要承受降低速率的要求,由于Non-GBR承载不需要占用固定的网络资源,因而可以长时间地建立。
而GBR承载一般只是在需要时才建立。
对用户进行区分QOS保障,源头的配置来自核心网配置的用户信息,但是对于具体如何使用这些信息,基本都是基站来决定的。
默认的QOS的配置的情况下UE是QCI=6的速率会远远大于UE是QCI=8的速率的情况,因为默认配置的QCI=6的队列优先级别远高于QCI=8的队列。
QoS业务类型(QoSSrvClass):
QoS业务类型本质表述的是不同业务对时延要求的delay指标水平。
该参数和基本优先级(qosBasicPrio)关联,每个基本优先级对应确定的QCI。
QoS业务类型(QoSSrvClass)对应参数配置时,需要参考确定的QCI协议约束Delay值所在的范围匹配。
9种QCI类别
QCI
ResourceType
Priority
PacketDelayBudget
PacketErrorLossRate
ExampleServices
1
GBR
2
100ms
10-2
ConversationalVoice
2
4
150ms
10-3
ConversationalVideo(LiveStreaming)
3
3
50ms
10-3
RealTimeGaming
4
5
300ms
10-6
Non-ConversationalVideo(BufferedStreaming)
5
Non-GBR
1
100ms
10-6
IMSSignaling
6
6
300ms
10-6
Video(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)
7
7
100ms
10-3
Voice,Video(LiveStreaming)InteractiveGaming
8
8
300ms
10-6
Video(BufferedStreaming)TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)
9
9
300ms
10-6
三、解决措施
3.1解决方案
对5G站点QCI6、QCI9分配不同权值比例,验证是否达到预期管控效果。
1、QCI权重参数配置
gNB侧QCI权重配置主要涉及功能开关及权重配置,以QCI9和QCI6为例子,具体如下:
参数中文名称
参数详解
取值范围
测试配置值
QCI6
QCI9
扣除PBR的EPF算法开关
本参数为应对中移测试基于5QI权值调度(EPF算法因子)用例的功能开关。
1表示功能启动,0表示功能关闭。
功能开关打开时,对于NGBR承载,先按照PBR来分配资源,剩下的资源再按照5QI权值比例来分配。
[0..1]
1
调度算法
描述排序使用的调度算法。
PF算法[PF];RR算法[RR];SPS算法[SPS];EPF算法[EPF]
EPF算法[EPF]
等效MLP索引
等效的MLP,可以将多个QCI映射到一个eMLP上。
[1..256]
9
9
LCH业务的5QI权重
该参数表示EPF算法中5QI因子的权值,默认为1。
5QI因子的权值越大,在EPF算法的优先级排序中,其带来的影响就越大。
[0..255]
按测试需求配置
2、不同权重比例验证
在QCI9权重取值固定,QCI6权重取值逐渐变小的配置下;QCI6和QCI9测试终端同时进行FTP下载及上传测试。
经验证测试可知:
(1)在QCI9权重取值固定,QCI6权重比例逐渐减小时,QCI6的速率逐渐下降,QCI9的速率逐渐上升;速率比例与权重比例基本保持一致;
(2)权重比例大于10:
1后,速率比值趋于平缓,且实际权值相比不一致;
QCI权重配置
下载业务
上传业务
QCI9权重
QCI6权重
权重分配比例(QCI9:
QCI6)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
速率倍数(QCI9:
QCI6)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
速率倍数(QCI9:
QCI6)
160
160
1:
1
431
424
1.0
35
36
1.0
160
80
2:
1
570
300
1.9
47
26
1.8
160
40
4:
1
822
205
4.0
57
15
3.7
160
27
6:
1
812
134
5.9
65
10
6.4
160
20
8:
1
926
117
7.9
68
8
8.1
160
16
10:
1
939
95
9.9
68
6
10.6
160
8
20:
1
981
55
17.8
71
5
14.1
160
4
40:
1
997
52
19.3
70
4
16.5
下载业务速率情况:
上传业务速率情况:
3、权重比例相同,取值不同验证
在权重比例相同,但权重取值不同的配置下;QCI6和QCI9测试终端同时进行FTP下载及上传测试。
经验证测试可知:
(1)权重比例相同,但权重取值不同验证时,速率未出现明显差异,基本保持一致;且速率比例与权重比例基本保持一致;
(2)权重比例大于10:
1后,速率比值趋于平缓,且实际权值相比不一致;
QCI权重配置
下载业务
上传业务
QCI9权重
QCI6权重
权重分配比例(QCI9:
QCI6)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
速率倍数(QCI9:
QCI6)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
速率倍数(QCI9:
QCI6)
100
100
1:
1
437
437
1.0
35
38
0.9
10
10
1:
1
443
451
1.0
35
35
1.0
100
10
10:
1
936
100
9.4
67
6
10.9
10
1
10:
1
941
94
10.0
67
7
10.1
100
1
100:
1
817
19
42.1
71
2
37.3
10
200
1:
20
58
985
0.06
5
72
0.07
下载业务速率情况:
上传业务速率情况:
2、最小保障速率验证
优先级比特速率(kbps),用于MAC调度和承载接入时预估使用资源,通过配置该参数可实现最小保障速率。
通俗讲就是给某个QCI设置最小速率,从资源分配及调度上保障该QCI的速率不低于保障速率设置;
该参可针对特定的QCI进行配置,对其他QCI业务不会造成影响;采用QCI6进行测试验证。
参数表名称
参数中文名称
参数英文名称
逻辑信道方向
参数详解
取值范围
QCI6默认值
QCI6测试配置值
LTE与NR双连接PBR配置
优先级比特速率
pbr
上行
该参数表示优先级比特速率,用于调度和承载接入时预估使用资源。
单位kbps
[0..1000000]
8
8000
下行
8
102400
2、验证测试效果
功能开启后可以实现基于最小保障速率对扩展QCI128用户的速率控制。
测试流程如下:
(1)本次功能验证采用FTP进行功能验证;
(2)QCI6的上行最小保障速率设置为8Mbps,下行最小保障速率设置为100Mbps;
(3)引入QCI9用户,预置条件为QCI权重配比为QCI9:
200,QCI6:
5;同时测试进而控制QCI6的上行和下行的速率最大值;该配比下同时测试QCI6的上传4Mbps左右,下载38Mbps左右;
测试方案
QCI权重配置
下载业务
上传业务
QCI9权重
QCI6权重
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
无PBR保障
200
1
964
38
70
4
(4)开启优先级比特速率最低保障功能后,QCI6的上行最小保障速率设置为8Mbps,下行最小保障速率设置为100Mbps;QCI9和QCI6同时测试时,QCI6的上传业务可以保障到
8Mbps左右,下载为112Mbps左右,均达到保障标准。
测试方案
QCI权重配置
下载业务
上传业务
QCI9权重
QCI6权重
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
QCI9平均速率(Mbps)
QCI6平均速率(Mbps)
无PBR保障
200
1
964
38
70
4
开启PBR保障
200
1
956
112
66
8
上行测试情况:
功能开启前后,QCI6的速率为8Mbps左右,QCI9的速率为66Mbps左右;
功能关闭时,QCI6的速率为4Mbps左右,QCI9的速率为70Mbps左右;
测试速率图如下:
下载业务测试情况:
功能开启时,QCI6的速率为112Mbps左右,QCI9的速率为956Mbps左右;
功能关闭时,QCI6的速率为37.75Mbps左右,QCI9的速率为964Mbps左右;测试速率图如下:
3.2效果验证
最小保障速率验证效果
开启优先级比特速率最低保障功能后,QCI6的上行最小保障速率设置为8Mbps,下行最小保障速率设置为100Mbps;QCI9和QCI6同时测试时,QCI6的上传业务可以保障到8Mbps左右,下载为112Mbps左右,均达到保障标准。
权重比例验证效果
不同权重比例验证:
在QCI9权重取值固定,QCI6权重比例逐渐减小时,QCI6的速率逐渐下降,QCI9的速率逐渐上升;速率比例与权重比例基本保持一致;权重比例大于10:
1后,速率比值趋于平缓,且实际权值相比不一致。
权重比例相同,取值不同验证:
权重比例相同,但权重取值不同验证时,速率未出现明显差异,基本保持一致;且速率比例与权重比例基本保持一致;权重比例大于10:
1后,速率比值趋于平缓,且实际权值相比不一致。
四、经验总结
通过对5G侧QCI权重验证及速率对比分析可得出以下结论:
在不同权重比例下
(1)在QCI9权重取值固定,QCI6权重比例逐渐减小时,QCI6的速率逐渐下降,QCI9的速率逐渐上升;速率比例与权重比例基本保持一致;
(2)权重比例大于10:
1后,速率比值趋于平缓,与实际权值相比不一致;
权重比例相同,取值不同时
(3)相同权重比例的速率无明显差异,基本保持一致;且速率比例与权重比例基本保持一致,权重比例大于10:
1后,速率与实际权值相比不一致;
最小保障速率验证评估结论:
当QCI6的上行最小保
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