精品案例5G用户下行HARQ进程数设置研究报告.docx
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精品案例5G用户下行HARQ进程数设置研究报告
5G用户下行HARQ进程数设置研究报告
5G用户下行HARQ进程数设置研究报告
【摘要】第五代移动通信技术（5thgenerationmobilenetworks或5thgenerationwirelesssystems、5th-Generation）是最新一代蜂窝移动通信技术，相比4GLTE，5G的HARQ参数有同步、调度方式等多处不同。
本文从重点对5G中HARQ参数配置进行研究，通过现场测试验证评估不同HARQ值对5G上下行速率、时延、调度RB数等指标影响，以对后续优化工作有借鉴意义。
【关键字】5G、HARQ、速率、时延、调度RB数
【业务类别】优化方法、参数优化、5G性能
一、研究背景
5G是第五代移动通信技术，随着5G牌照的发放，电信正式开始5G网络布局，目前在合肥、芜湖已经有较大规模网络建设，而安徽其它各城市也逐步开通了试点网络，5G网络优化工作也迫在眉睫。
HARQ即为混合自动请求重传，作为通信网络重要技术一直沿用发展，在5G时代更赋予了这个技术更加重要的意义，在针对5G高带宽、低时延、大连接特点下，如何发挥出HARQ各参数最佳性能是本课题的研究重点，通过设置不同HARQ进程数并反复测试验证对速率、时延等指标影响，确定参数设置的适用场景，供后期优化参考。
二、理论基础
2.15G调度概念
NR系统采用共享信道传输，时频资源在UE之间是动态共享的，gNodeB通过调度特性实现上下行链路时频资源的分配，除了能保证系统吞吐率和用户资源公平外，还可以提升系统容量和网络性能。
3.1.1调度器原理
NR系统采用共享信道传输，时频资源在UE之间是动态共享的，gNodeB通过调度特性实现上下行链路时频资源的分配，除了能保证系统吞吐率和用户资源公平外，还可以提升系统容量和网络性能。
用户数据请求会作为调度器的输入，用户调度结果会作为调度器的输出，详细请参见3GPPTS38.214V15.4.0中的5Physicaldownlinksharedchannelrelatedprocedures。
下行调度的基本流程如下图所示。
图1调度器处理过程
调度器的基本功能是每个时隙为小区中的UE分配合适的系统资源用于发送和接收数据。
下行调度器位于NR系统的MAC层，主要为UE分配物理共享信道PDSCH上的资源，并选择合适的MCS用于系统消息或用户数据的传输。
3.1.2下行调度的输入
图2下行调度的输入
CSI（ChannelStatusIndicator），信道状态指示
1）CSI包括RI/PMI/CQI，它们都是UE基于瞬时的下行信道质量估计的。
2）RI（RankIndication）在空间复用传输模式下，由UE上报给gNodeB，它为gNodeB提供信的秩信息（最优的空间传输层数），供下行调度器使用。
3）PMI（PrecodingMatrixIndication）在闭环空分复用传输模式下，由UE上报给gNodeB，它为gNodeB提供建议使用的预编码矩阵，供下行调度器使用。
4）CQI（ChannelQualityIndicator）由UE上报给gNodeB，它为gNodeB提供下行的信道质量信息，供下行调度器做链路自适应使用。
它是一个索引指示，建议UE采用合适的MCS用于下行传输。
5）CSI仅支持非周期上报
3.1.3下行调度流程
图3下行调度流程
调度的基本过程：
1）优先级计算:
优先级计算是根据调度输入的因素，确定承载的调度优先级和选定调度的用户。
2）保证用户公平性同时，最大化系统吞吐量。
3）MCS选择：
根据调度输入的信息，确定每一个选定用户的MCS。
4）资源分配：
根据用户数据量和确定的MCS，确定用户分配的RB数和RB位置。
5）调度的输出：
调度器主要决定被调度的UE、分配的RB数、RB的位置、MCS、TB大小等。
3.1.4
下行业务调度优先级
图4调度优先级
广播消息、寻呼和随机接入响应等公共控制消息在每个slot中具有最高优先级，因此不存在下行调度资源不足的情况。
在完成公共控制消息的调度后，下行调度首先获取可调度资源，然后按照HARQ等待时间的长短进行重传数据的调度和初传数据的调度，最后针对MU-MIMO配对用户进行调度。
3.1.5重传调度流程
图5重传调度流程
HARQ重传包含以下流程
1）判断是否满足HARQ重传条件：
重传调度模块通过判断当前用户是否已经进行初传调度，判断是否将重传用户加入当前的重传调度队列。
2）挑选重传调度用户：
重传调度模块通过计算重传用户的HARQ等待时间，按等待时间从长到短的顺序给用户进行重传排序，挑选用户。
3）判断重传次数：
如果重传次数小于最大次数，则进入下一步，否则结束流程。
4）判断重传资源：
NR采用自适应重传，需要重新计算调度相关资源。
3.1HARQ解析
2
3
3.1
3.1.1特性介绍
1）HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）,即混合自动请求重传,是一种物理层的重传技术,接收方在解码失败的情况下,保存接收到的数据,并要求发送方重传数据,接收方将重传数据和之前收到的数据进行合并后再解码,提高了数据传输速率,减小了数据传输时延。
2）HARQ使用stop-and-waitprotocol（停等协议）来发送数据。
在停等协议中,发送端发送个TB（TransportBlock,传输块）后,就停下来等待确认信息（ACK/NACK）,这样会导致吞吐量很低。
因此,NR使用多个并行的stop-and-waitprocess（进程）:
当-个HARQ进程在等待确认信息时,发送端可以使用另一个HARQ进程来继续发送数据。
UE支持的下行最大HARQ进程数为16,UE支持的上行最大HARQ进程数为8或者16。
3）HARQ协议在时域上分为同步和异步两类,NR只实现异步HARQ。
异步HARQ是指重传和新传的时间间隔并不固定,通过DCI中的HARQ进程号来指示某一HARQ程的传输。
异步HARQ相对于同步HARQ的好处是重传调度更加灵活。
4）HARQ（HybridAutomaticRepeatRequest）反馈状态：
HARQ反馈状态包括ACK（Acknowledgement）、NACK（NegativeAcknowledgement）和DTX（DiscontinuousTransmission），指示用户初传数据和重传数据的传输正确性。
3.1.25G与4G差异
5G空口中HARQ机制类似于LTE的HARQ技术。
其大的不同点总结于下：
1.上行HARQ机制与下行相同，均为非同步HARQ。
这种变化给空口带来的变化会有如下几方面。
1）调度时机更加灵活，尤其在TDD制式下，资源分配会更加灵活。
2）数据缓存压力会加大，与LTE的上行同步HARQ不同，异步HARQ可能会有更长的重传间隔，这个时间内，UE必须将未ACK的数据进行缓存，这样会导致缓存压力的增加。
3）DCI0的变化。
在同步HARQ中，harqID是固定的，比如1/7配比（DSUUDDSUUD），2，3，7，8子帧对应的HARQID会固定为1，2，3，4（可以使用其他组合，但都是固定的）。
因此调度器下发的DCI0中无需加入HARQID这个字段，UE根据时序即可计算出重传数据是针对哪一包。
但是在非同步HARQ中，DCI0必须下发HARQID字段，来告诉UE重传调度的是哪包数据。
因此，在NR的DCI0_0和DCI0_1中均可以看到如下字段：
“HARQprocessnumber4”
2.HARQ反馈时间可配置，LTE中无论FDD还是TDD，HARQ反馈与数据传输在空口上的时间差是固定的。
TDD的机制稍复杂一些，但是这个时间针对某一上下行配比而言，是无法更改的。
但是NR中这个值（以下用K值表示）是可配置的。
（配置范围为dl-DataToUL-ACKSEQUENCE（SIZE（1..8））OFINTEGER （0..15））。
在K值最小配置为1时，NR基站与UE的数据处理压力会极大提高，而配置为15后，数据缓存压力也会相应加大。
因此，实际应用中需要综合考虑K的取值。
三、启动测试
3.1测试准备
1、测试对象：
中兴5GRRUNR小区。
DT：
选取火车站广场北基站至万达广场金街基站之间5G连续覆盖路段，长约3KM。
CQT：
选点四处，分别进行好点（RSRP＞-80、SINR＞15）、差点测试（-95＞RSRP、15＞SINR），单小区好差点同时测试，如下：
好点1处：
WH-市区-火车站广场南-ZNRTA-7077906-0，PCI93，经度118.388919，纬度31.346834。
差点1处：
WH-市区-华亿南楼楼顶-ZNRTA-7077913-3,PCI141,经度118.364853，纬度31.332021。
单小区好差点同时测试：
WH-市区-电信微波楼-ZNRTA-7077888-0,PCI为0，经度118.363429，纬度31.333319。
2、小区性能参数核对：
详情见下表1。
3、测试分析软件：
Spark1.1.1906.1
。
4、测试硬件：
千兆网卡端口电脑&中兴天机10&SBU-353GPS，如图6。
5、测试人员：
杨进，如图十七。
图6测试硬件截图
类别
参数
现网值
中兴V9200系列NR小区配置
NR频谱
100MHz@3.5G
版本
V2.00.22.01P01R07
AAU天线形态
64T64R
上下行配比
DL:
UL=7:
3
时隙结构
S102
子载波间隔
30kHz
最大发射功率
178
下行BLER目标值
10%
下行DMRS符号数
len1[len1]
切换参数
同频A3偏置分贝（0.5分贝）
3
A3切换幅度迟滞（0.5分贝）
3
小区偏移量（分贝
0
同频切换的A3时间迟滞（毫秒）
320
PSCellA2事件RSRP门限（毫瓦分贝）
-120
异系统切换A1A2幅度迟滞（0.5分贝
3
异系统切换A1A2时间迟滞（毫秒）
320
表1测试小区重要参数
图7现场测试图
3.2操作参数指示及网管命令
修改“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数，按照2/4/8/16这四种参数值分别进行设置，中兴指导网管操作如图十八。
图8网管参数位置
图9通过前台信令查看
3.3DT位置及测试项目
挑选5G连续覆盖区域，并尽量避开弱覆盖区域，确保测试路段信号稳定。
选取火车站广场北基站至万达广场金街基站之间路段，长约3KM，涉及5个基站、13个小区。
图10DT路线图
制定DT测试计划：
DT测试计划
测试项目
FTP下载
FTP上传
测试模式
不间断测试
不间断测试
表2DT测试计划
3.4CQT位置及测试项目
WH-市区-火车站广场南-ZNRTA-7077906-0，PCI为93，经度118.388919，纬度31.346834，位于火车站广场南侧，方位角60度，主要覆盖进火车站广场南侧道路。
WH-市区-华亿南楼楼顶-ZNRTA-7077913-3,PCI141,经度118.364853，纬度31.332021，位于华亿南楼楼顶，方位角345度，主要覆盖步行街闹市区。
WH-市区-电信微波楼-ZNRTA-7077888-0,PCI为0,进度118.363429，纬度31.333319，位于电信微波楼楼顶，方位角25度，主要覆盖电信大楼与周边街道住宅。
图11基站位置图
图12基站现场图
测试人员分别选择好点和差点（保证差异性选择不同BBU的不同小区），以及同一小区好差点，进行CQT测试，分别选择2、4、8、16四档HARQ进程数进行5G业务测试，评估5G上下行速率、时延、调度RB数、误包率等指标，测试时长为60s/次，线程数设置为100。
好差点定义：
好点（RSRP＞-80dbm、SINR＞15db）
差点（RSRP＜-95dbm、SINR＜15db）
CQT测试计划
测试项目
FTP下载
FTP上传
Ping32
Ping1400
测试时长/次数
60秒
60秒
50次
50次
备注：
WH-市区-火车站广场南-ZNRTA-7077906-0，PCI为93，采用好点测试
WH-市区-华亿南楼楼顶-ZNRTA-7077913-3,PCI为141，采用差点测试
WH-市区-电信微波楼-ZNRTA-7077888-0,PCI为0,采用好差点同时测试
表3CQT测试计划
CQI位置见如下卫星截图：
图13卫星地图下的CQT位置点
四、性能验证
4.1RSRP
测试人员分别选取好点、差点、同小区好差点，进行CQT测试。
CQT详情如表三。
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
-87.8
-98
-70.1
-80.2
-104.5
4
-88.5
-97.9
-71.1
-79.7
-104.5
8
-87.4
-98
-69.7
-80.4
-103.5
16
-87.2
-98.1
-69.1
-79
-103
表4RSRP测试结果
根据规划好的线路，进行DT测试验证，下图为DT图层。
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
2
4
6
8
图14RSRP测试图层
测试结果及结论：
通过表格及图层可以看出，更改“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数后，RSRP值无明显变化，总体处于同一水平。
由于该参数主要是针对业务信道进行数据重传，因此对RS功率无影响，与理论相符。
4.2SINR
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
11.3
10.2
20.8
20.1
11.9
4
10.4
10.5
20.7
20.3
11.7
8
11.9
10.2
20.6
19.9
11.9
16
10.9
10.5
22.3
19.8
10.6
表格1SINR测试结果
下图为DT图层
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
2
4
6
8
图15SINR测试图层
测试结果及结论：
通过表格及图层可以看出，更改“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数后，SINR值无明显变化。
4.3上行速率
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
86.2
31.5
116.4
58.5
13.9
4
85.9
31.5
116.4
56.9
13.4
8
86.6
31.4
116.4
57.1
13.5
16
86.1
31.4
115.3
58.3
13.8
表5上行速率测试结果
下图为DT图层
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
2
4
6
8
图16上行速率测试图层
测试结果及结论：
通过表格及图层可以看出，更改“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数后，上行PDCP速率值无明显变化。
4.4下行速率
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
420.1
643.9
1280.2
748
85.1
4
430.7
647.4
1282.8
740.8
87.4
8
435.6
648.4
1296.3
737.6
107.6
16
439.5
651.3
1296.7
720
112.7
表6上行速率测试结果
DT图层
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
2
4
6
8
图17下行速率测试图层
重点分析好差点同时测试速率变化趋势情况：
图18下载速率对比趋势图
测试结果及结论：
1、通过表格下行PDCP速率可以看出，在单独的好点与差点测试中，随着进程数设置值增大，下行速率略微改善。
同时在单小区好差点同时测试中，出现速率波动，由于随着“nrofHARQProcessesForPDSCH”值增大后，HARQ调度线程数也增加，差点由于需要更多的进程数和资源进行调度，因此速率提升，而好点速率存在下降情况。
4.5时延
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
Ping32平均时延（ms）
Ping1400平均时延（ms）
独立测试
合并测试
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
19.9
19.3
19.3
23.7
30.9
23.9
30.5
30.5
4
18.9
18.3
18.2
21.9
29.4
23.8
23.7
27.9
8
17.9
16.8
18.1
20.4
29.2
22.6
23
24.9
16
17.7
16.4
17.3
20.1
28.6
21.2
23
22.5
表7时延测试结果
下图为时延变化趋势图：
图19时延变化趋势图
测试结果及结论：
1、通过测试结果判断，在ping32及ping1400测试中，时延均有一定程度改善，分析原因为HARQ进程数提高后,增加了重传效率，提高了数据传输速率,减小了数据传输时延。
4.6调度RB数
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
266.3
269.6
271.6
258.2
264.2
4
269.8
269.7
271.5
261.4
267.1
8
269.4
269.4
271.6
258.9
264.5
16
268.3
269.4
271.3
261.1
268.5
表8调度RB数测试结果
测试结果及结论：
1、调度RB数未有明显区别。
4.7误包率
nrofHARQProcessesForPDSCH设置值
DT
CQT
独立测试
合并测试
华亿南楼楼顶-差点
火车站广场南-好点
电信微波楼-好点
电信微波楼-差点
2
9.8
9.4
0.4
9.2
9.5
4
9.9
9.4
0.9
8.6
9.6
8
9.3
9.4
0.4
8.9
9.6
16
9.4
9.5
0.6
9.6
9.4
表9误包率测试结果
测试结果及结论：
1、误包率未有明显区别。
4.8场景应用
根据上述测试情况分析，目前现网“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数默认为最大进程数16，在目前5G低负荷情况，可以改善下载速率及时延水平，但通过好差点同时测试可以发现，如果进程数设置过大，差点区域终端会占用过多的资源已进行重传，虽然可以提高差点的速率，但好点的速率相应会产生波动，因此针对这种情况需要对参数进行差别化设置。
低负荷场景：
如目前现网处于低负荷状态，可将参数设置为最大值16，同时针对后期如山区农村等广覆盖低负荷场景，也可以考虑将参数调至最大，以尽量保证弱场区域用户感知。
高负荷场景：
随着5G商用，5G终端不断增多，可将参数适当减小，避免弱场区域用户占用过多资源进行重传，以保证资源的更有效利用。
五、研究成果及经验
基于对HARQ理论知识的充分学习理解，并通过对“nrofHARQProcessesForPDSCH”参数的现场调整，确定了该参数的实际作用意义。
目前5G还处于一个摸索阶段，对各种参数性能均在研究阶段，对参数的充分认识及灵活运用可充分发挥出5G的最大效能，同时本次验证次数尚且较少，后续可再进行大量的多终端测试及数据采集以得到更深度的结论。
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