解读 | 5G如何保障服务质量?

为什么在人多的时候，我的速率会降低，时延会增加呢？

一  5G时频资源

首先要给大家介绍一下5G时频资源的概念：

我们所传输的数据都是承载在这一个个小格子上的，每个小格子根据调制阶级的不同，可以携带2~8bit的信息（QPSK:2bit, 16QAM:4bit, 64QAM:6bit, 256QAM:8bit）。横坐标是时域，每个小格子是1个OFDM符号，15kHz子载波间隔时，持续1/14毫秒。纵坐标是频域，一个小格子是一个子载波，在15kHz子载波间隔下占据时域上的15kHz（看上去是句废话，但是与LTE不同，NR的物理层结构是按照子载波间隔变化的，所以这里需要限定子载波间隔即SC）。

因为在一个小区（即同一个运营商的一定覆盖范围内）下，所有用户是资源共享的，所以你的速率取决于你能被分配多少个小格子，你的空口时延取决于你什么时候能被分配上小格子，以及调制策略是否合适，是否产生误码和重传。

基站的调度顺序通常是先时域再频域，即先选出可以在这个子帧上传输数据的用户，再决定给这些用户每人分配多少资源（不同厂家的实现机制会有所不同）。

二  Quality of Service

那么基站的时频域用户选择的input是什么呢？给大家介绍一个新的概念：QoS（Quality of Service）。5G有一套标准化的QoS保障制度，用户的每个PDU session都对应一个或多个QoS流（QoS Flow），每个QoS flow都有一个标识符QFI（QoS Flow Identifier），然后基站会将QoS流映射到一个无线承载上并进行相应的调度。相比于4G时代，QoS的最小区分颗粒度为无线承载，5G时代的最小颗粒度要小得多，为QoS Flow。一个PDU会话可以对应多个无线承载，一个无线承载又可以对应多个QoS Flow。一个PDU会话中具有相同QFI的用户面数据会获得相同的转发和调度策略，这就使5G的调度比4G灵活得多。具体的映射关系见下图，不过看不懂也没关系，你只需要了解，网络内的转发和调度节点有办法很精确地知道你的业务需求就可以了。

每个QoS流会有一个QoS配置，里边会包含：

• 5QI：即QoS特性索引。标准的5QI与QoS对应参数见下图。

• ARP：接入优先级，在资源拥塞时，通常使用该优先级判断是拒绝你的请求还是将别人的资源释放出来给你用。

• GFBR: 保证流比特率，就是即使在拥塞环境下，依然保障你能拿到这个速率。

• MFBR：最大流比特率，为了防止一个用户占用过多资源，限制了该用户的最大速率。比如我们购买运营商的不限流量套餐时，有时会被提醒当你每个月的流量超过多少时会被限速，会用到这个参数。

• Maximum packet loss rate:最大丢包率，顾名思义。

• 等等

图源：https://blog.csdn.net/u010178611

三  保障功能

有了上面这些信息之后，基站就知道每个用户的QoS需求啦，然后基站会通过一系列的功能来尽量保障每个用户的业务需求，我们挑几个重点的来说：

高速率

• 简单粗暴，多分资源。

• 信号质量好的客户调度更高的调制阶级，相同的资源可以携带更多bit信息。

• MIMO，不管是单用户MIMO还是多用户MIMO，都能显著提高速率。

• 载波聚合，一个小区的资源不够，将两个甚至多个小区的资源聚合起来分配给一个用户。

• 子帧配比：封闭环境可以调整小区的上下行子帧配比来改变系统上下行容量。注意一定要是封闭环境哦，不然会给其他小区带来很严重的干扰。

低时延

• 更大的子载波间隔：与之对应的是时域上每个OFDM symbol占据更短的时间，相当通过增加频域资源减少时域资源，传输相同数据的时延就变短了。

• 抢占：本来基站已经把资源分配给其他用户了，但是突然有一个紧急且重要的业务请求，那只能把已经分配给别人的资源抢过来给你啦。有两种方法：

1. 告知被抢占的用户取消原定的数据传输，等待资源重新分配。

2. 两个用户同时发送，但是你的发射功率更高，强行将另一个用户的数据当成干扰处理。

• 免调度请求或预调度：通常一个用户想要发送数据，需要先向基站发送调度请求，基站收到后回复该用户被分配的资源，用户再在被分配的资源上传输用户数据。免调度请求或预调度都是通过预先给用户分配资源的方式节省调度请求的时间，也就是我不管你用不用，资源先分给你了，有钱任性！

高可靠

• 低码率传输：即使用户的信号环境很好，也降低调制阶级和MCS来传输，确保一次传成功。

• 重复传输：与重传不同，重传是指第一次传输失败后，基站重新分配资源做再次传输。重复传输是指，初始调度的时候就将相同的数据重复传输N次。在信号环境不好的情况下，重复传输可以有效地在保障可靠性的同时降低时延。

• PDCP复制：与重复传输类似，都是通过牺牲容量提高可靠性的方法，只不过重复传输是发生在物理层，PDCP复制发生在PDCP层。

• Multiple TRP：多点收发。如果多点传输的是相同的内容，就可以增加可靠性，如果多点传输不同内容，就可以增加速率。

怎么样，是不是聪明又缜密的设计？

四  XG QoS平台

那么问题来了，这么多高科技的功能要如何为我服务呢？我要怎么把我的业务需求告诉给运营商呢？我不懂通信，不知道该下发怎样的QoS参数怎么办？阿里巴巴达摩院XG实验室急你所急，我们开发了一个云网融合XG QoS平台，对接运营商的能开接口，同时将复杂的通信参数翻译成了简单的语言，没有通信背景的同学也可以通过调用我们的平台轻松保障你的业务质量。并且，借助ENS边缘云属地化的分布式部署，就近接入，智能计算，能够为业务应用提供真正的5G网络+边缘云的端到端质量保证。这样的云网融合服务架构，可以更好的赋能5G“低时延，大带宽，高可靠，广连接，分布式，属地化”的场景应用。

我们可以提供2项基础服务：

• 开通：开通客户应用对平台QoS能力的使用，统一界面，屏蔽平台间差异化。

• 执行：基于应用需求和云网能力，下发静态QoS 参数，提供云网端到端QoS保障。

同时，借助强大的边缘云算力资源和调度能力，可以提供预测和动态调整等增值服务：

• 链路预测及最优5G链路选择综合5G链路实时状态、用户行为模型等多维度关键因素，执行QoS预测算法，推导给定时间窗口下的用户5G端到端系统链路变化模型，结合XG QoS平台智能算法，执行用户准入控制， 或者将用户重定向到最佳5G服务通道，获取最优服务。

• 动态QoS参数下发通过大数据与AI识别相同应用不同用户/业务/操作等因素引起的QoS需求变化，实现千人千面的QoS参数预测与下发。相比于静态QoS保障，可以更好的应对突发的高网络质量要求，满足用户顺畅体验的同时节省资源。

• 面向群体业务的负载均衡调度预测业务的群用户QoS的变化趋势，设计5G网络负载均衡算法，提升用户群QoS水平。

我们已经与中国电信，ENS 和6DoF一起，就视频业务成功验证了云网能开平台的QoS保障效果。结果显示，在保障带宽场景下，被保障用户可实现自由视角（6 DoF）流畅播放，没有卡顿。没有被保障的用户在弱网环境下出现明显卡顿。

除了保障单个用户的体验之外，XG QoS平台也可以提高应用的可用性。对于一些对网络质量有较高要求的应用，以云游戏为例，高质量的游戏体验对速率，端到端时延，抖动，丢包等指标均有非常高的要求。在未经保障的网络里，可以满足此要求的覆盖比例较少，成为应用普及的绊脚石。通过QoS保障机制，可以大幅度提升高质量游戏体验的覆盖范围，使玩家可以随时随地的享受顺滑的游戏体验。

QoS作为5G的一大亮点功能，所能做到的还远远不止于此。如果你的业务也对服务质量有很高的要求，想要通过QoS保障来提高服务的可用性和客户体验，甚至拓展新的应用场景，欢迎联系XG实验室，我们一起探讨，一起突破！

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