在5G中,计算空口流量通常指的是测量和估算**无线接口(Uu接口)上的数据传输速率(吞吐量)**。这既包括网络侧对实际流量的统计,也包括通过公式对理论峰值速率的估算。
📊 网络侧:如何统计实际空口流量?
在运维和管理层面,5G网络通过标准化的**性能测量(Performance Measurements)** 来统计空口实际承载的数据量。这些测量通常由基站(gNB)的**集中单元(CU)** 或**分布单元(DU)** 完成。
关键的测量点位于**PDCP(分组数据汇聚协议)层**。该层位于RLC和SDAP层之上,是无线协议栈中处理用户面数据的关键层。
* **核心测量指标**:
* **DL/UL PDCP PDU Data Volume**:这是最直接的空口流量指标,统计在**下行**(DL)或**上行**(UL)方向成功传输的PDCP PDU(协议数据单元)的比特数。
* **单位**:测量结果通常以**Mbit**(1 Mbit = 1,000,000 bits)为单位进行记录。
* **测量维度**:
为了精细化运营,这些流量统计可以按多种维度进行细分,例如:
* **PLMN ID**:不同运营商网络的流量。
* **QoS等级(5QI)**:不同业务类型(如eMBB、URLLC)的流量。
* **网络切片(S-NSSAI)**:不同网络切片的流量。
* **相关KPI**:
除了流量总量,网络还会计算**平均UE吞吐量(Average UE Throughput)**。其计算公式基于一段时间内传输的数据量(`ThpVolDl`)和传输时间(`ThpTimeDl`)得出,单位为kbit/s,用于评估用户的实际体验速率。
📝 理论侧:如何估算峰值速率?
在规划或测试阶段,常使用3GPP标准(如**TS 38.306**)中的公式来估算空口的理论峰值速率。这个速率是指在理想无线环境下,所有资源都分配给单个用户时能达到的最大速率。
一个常用的简化公式如下:
\[
\text{Data Rate (Mbps)} = 10^{-6} \sum_{j=1}^{J} \left( v_{\text{Layers}}^{(j)} \cdot Q_{m}^{(j)} \cdot f^{(j)} \cdot R_{\text{max}} \cdot \frac{N_{\text{PRB}}^{BW(j),\mu} \cdot 12}{T_{s}^{\mu}} \cdot (1 - OH^{(j)}) \right)
\]
**公式中各参数的含义**:
* **J**:聚合的载波数量(Carrier Aggregation)。
* **\(v_{\text{Layers}}^{(j)}\)**:MIMO层数(即空间流数量)。
* **\(Q_{m}^{(j)}\)**:调制阶数,取决于调制方式(如QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM)。
* **\(f^{(j)}\)**:缩放因子,通常为1。
* **\(R_{\text{max}}\)**:最大编码速率(Code Rate)。
* **\(N_{\text{PRB}}^{BW(j),\mu}\)**:带宽内可用的物理资源块(PRB)数量,取决于带宽和子载波间隔(Numerology)。
* **\(T_{s}^{\mu}\)**:一个时隙的平均OFDM符号持续时间。
* **\(OH^{(j)}\)**:控制信道等带来的开销比例(Overhead)。
🧮 计算示例:一步步估算下行峰值速率
我们以一个具体的配置为例,演示如何计算下行物理层峰值速率。
**1. 确定配置参数**
* **带宽**:273个PRB
* **子载波间隔(SCS)**:30 kHz
* **MIMO层数**:4层
* **调制与编码**:256QAM,MCS 27
* **频谱效率(SE)**:对应MCS 27,查表可知为 **7.4063 bps/Hz**
* **时隙结构**:1个帧(20个时隙)中有11个时隙用于数据传输
* **符号结构**:1个时隙的14个符号中有13个用于数据传输(1个用于DM-RS)
* **前向纠错(FEC)码率**:7/8
**2. 计算有效带宽**
\ \\text{带宽 (Hz)} = 273 \\times 12 \\times 30,000 = 98.28 \\text{ MHz} \\
**3. 套用简化公式计算**
`吞吐量 = 带宽 × 频谱效率 × 符号因子 × 时隙因子 × 层数 × 码率`
\[
\begin{align*}
\text{TP} &= 98.28 \times 10^6 \text{ Hz} \times 7.4063 \text{ bps/Hz} \times \left(\frac{13}{14}\right) \times \left(\frac{11}{20}\right) \times 4 \times \left(\frac{7}{8}\right) \\
&\approx 1.3 \text{ Gbps}
\end{align*}
\]
这个计算出的 **1.3 Gbps** 就是在这种配置下的理论下行物理层峰值速率。实际网络中,由于用户共享资源、信道条件变化等因素,用户体验到的速率会低于这个峰值。