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[LTE] LTE无线网络优化思路探讨 [复制链接]

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发表于 2015-12-29 22:27:31 |显示全部楼层
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主要内容:
1 引言
  2014年是我国LTE网络通信元年,随着TDD LTE商用牌照及FDD LTE试商用牌照的发放,国内三大运营商开始了如火如荼的LTE网络建设。中国移动计划在2014年建设50万个LTE基站,覆盖区域扩大到乡镇,迅速抢占4G运营的制高点;中国联通则继续推行“3G+4G一体化”的建设目标,计划新增4G和3G基站8.4万个,总数达到49.1万个,网络下载峰值速率在LTE覆盖区域最高达到150Mbps,多载波区域达到42Mbps,全网达到21Mbps;中国电信在获得16个城市的FDD LTE试商用牌照后,为了给用户提供优质的4G体验,仅在2014年计划投入的资金就将超过400亿元,未来两三年还将持续投入建设资金,打造一张无处不在的天翼4G网络。
  从技术规范上来看,三家运营商的4G LTE网络技术差别很小,在移动互联网时代,运营商拼的是网络实际体验和用户使用满意度。因此,如何在4G网络达到一定规模后有效地开展无线网络优化,提升用户使用感知,是摆在运营商面前急需解决的问题。
  2 LTE网络优化面临的挑战
  由于国内LTE网络所用的频率处于高频段,传播损耗更大,相对于2G、3G网络需要规划建设更多的基站来满足覆盖,网络规模势必越来越大。另一方面,4G网络架构趋于扁平化,形成多制式、多厂商、多层网络并存的局面,同时LTE网络的性能对系统内外干扰高度敏感。因此,4G LTE网络优化面临不小的困难与挑战。
  首先,在无线参数规划方面,多网共存互操作相关参数设置比较复杂;其次,在射频优化方面,由于LTE网络存在模三干扰,因此要求工程信息更加严格准确,天馈调整的手段更少;再次,需要建立准确的用户感知评估体系,用好SON功能,以减少日常维护工作量和难度,其用户话单数据量更大,海量数据处理的效率需要得到有效提升;最后,在参数优化方面,切换参数调整更加细腻,个性化要求更多,功率参数设置更加复杂,在无线侧无法获取用户IMSI,影响投诉处理和问题分析。
  虽然4G LTE无线网络优化的挑战客观存在,但是理清工作思路,仍然有相应的技术手段予以解决。
  3 LTE无线网络优化思路
  3.1 建立网络质量评估体系
  无论是当前LTE建网初期,还是网络建设完成之后的正式的网络维护过程中,均需要对全网站点的健康状况做整体的监控。健康状态可以定义为日常的站点告警检查、传输质量、KPI分析与监控分析。通过建立LTE网络的质量评估体系,加强对网络健康度的监控,可以快速发现网络问题,提升网络质量,改善用户满意度。
  如何建立评估体系,首先是告警信息收集。LTE网络的告警信息众多,哪些告警信息是对网络性能直接产生影响的?影响的范围有多大?这些都需要在网络优化中不断积累和总结。告警信息可以按等级进行梳理,一般分为严重影响网络性能的告警、对网络性能有影响的告警、对网络性能影响不大的告警这3个等级。同时,不同站点的业务负荷和传输配置也对网络产生影响,针对不同业务站点进行分级管理,对于业务负荷大的核心站点优先处理,将对用户使用感知有明显的益处。
  其次,网络运行状况是由KPI指标来反映的。对于新建的LTE网络,哪些是对业务有关键影响的KPI?该如何去甄别和监控这些KPI指标?是评估体系需要关注和解决的问题。建议从覆盖、接入、保持、移动以及容量等方面对网络性能进行监控。在评估体系中,需要明确监控指标以及监控的粒度,总结评判KPI指标优劣的评判标准。通过网管工具实现对覆盖、性能指标等方面的全面监控,减轻工作强度,提升工作效率。通常将性能指标分为网络覆盖性能、网络接入性能、网络保持性能、网络移动性能及网络容量。其中,覆盖性能主要从DT、CQT、测量报告等数据来分析;接入性能主要从接入成功率、接入时延等方面进行分析;保持性能主要从全网掉线指标、掉线TOPN小区、掉线TOPN用户等方面进行分析;移动性能主要从X2切换、S1切换、3G/4G切换等相关指标进行分析;同时,还要对网络的空口容量、传输容量、CPU负荷等进行监控和分析。
3.2 网络性能提升
  (1)覆盖性能优化
  什么样的网络覆盖是优良的?该如何去衡量网络覆盖质量呢?从网络规划层面来看,影响覆盖质量的主要因素有组网形态、频率使用策略、站点分布、高站比例等;网络优化层面影响网络覆盖的主要因素有天线选型、天线挂高、天线方位角、天线下倾角、参考信号功率等。国内三大运营商的室外覆盖优化目标差别不大,以城区覆盖为例,一般要求在城区覆盖区域内LTE无线网络覆盖率应满足采样点RSRP> -105dBm,且RS-SINR>-3dB(空载测试)的比例不小于95%。
  LTE网络覆盖优化的两大关键任务是:消除弱覆盖(保证RSRP覆盖);消除非必要的交叉覆盖(即交叉覆盖满足切换带需求即可,否则会对邻小区造成干扰)。覆盖优化手段通常有:天馈调整(天线方位角、天线下倾角和天线挂高的调整);参数优化(功率参数优化、邻区优化、切换参数);网络结构调整(增加站点、站点位置调整)。
  LTE网络覆盖优化原则:
  ◆先优化RSRP,后优化RS-SINR。
  ◆先优化弱覆盖、越区覆盖,再优化导频污染。
  ◆先调整天线的下倾角、方位角和天线挂高,再调整RS的发射功率和波瓣宽度,最后考虑迁站及加站。
  LTE网络建网初期,首先要合理规划基站站高,基站高度规划特别注意避免越区覆盖。基站越高,需要越大的下倾角控制覆盖和干扰。在城区,建议站高控制在30~40m,郊区控制在50m以内。
  以图1为例,PCI 152小区(站高45m,周围站点在20~30m)最远覆盖至约1.5km的区域。在打开和关闭PCI 152小区时,路测发现RSRP基本无变化。但在打开152小区时,平均下载速率为21.6Mbps;而关闭152小区后,平均下载速率提升至36.06Mbps。由此可知,PCI 152小区由于站址高,从而形成了主干扰小区,影响周边区域的网络质量。
  图1 高站址对LTE网络的干扰
  在LTE网络覆盖优化过程中,天馈的射频调整是主要手段,因此天馈调整中必须注意如下:
  ◆做实簇优化,连片建设保证覆盖优化调整,奠定网络性能基础。
  ◆要选择合适的天线型号,机械下倾超过8°的天线,需要降低站高或更换更大电下倾天线。同时,注意美化天线罩要保证足够空间,以便天线可调。
  ◆天线方位角夹角要控制在90°以上,天线主波瓣方向必须无明显阻挡,规避阻拦物,以保证信号传播路径可靠。
  ◆严格控制下倾角,理想情况下天线上3dB的重叠区域宽度仅满足最高车速要求的切换带大小,实现干扰和移动性能之间的最佳平衡。
  (2)接入性能优化
  接入性能优化主要关注随机接入成功率和接入时延这2个方面。随机接入是接入问题产生的高发区,与随机接入成功率相关主要有上行干扰、下行覆盖、PRACH功率设置、PDCCH聚合度、DCI格式、MSG3功率设置等原因。
  接入失败常见原因及优化思路如表1所示:
  表1 接入失败常见原因及优化思路
  常见原因        优化思路
  弱覆盖区域起呼        进行RF优化消除覆盖空洞、过覆盖等。
  在TAU过程导致的
  寻呼失败        优化TA边界以减少不必要的频繁位置更新,如果可能尽量将边界规划在低密度区域。
  小区重选不及时        优化问题小区的小区重选参数,保证UE能尽快选择较优小区起呼。
  接入功率不足        优化随机接入参数以及功率分配参数,如PRACH、PCCH、PDCCH、PDSCH、MSG3的功率偏置等。
  拥塞问题        优化PUCCH相关资源参数。
  来自UE侧的拒绝        UE异常导致的拒绝,升级HW/SW版本。
  来自MME侧的拒绝        MME侧的接入拒绝,排除无线信号覆盖质量问题和S1链路失败等问题后,由核心网团队进行故障排查。
  与接入时延相关的问题分析,需要从无线侧和核心侧这2方面入手。通常无线侧影响接入时延主要有上行干扰、下行覆盖、PRACH功率设置、PRACH发送间隔、PDCCH聚合度等原因。接入时延问题一般需要同时关注与核心网交互过程,核心网侧影响接入时延的主要原因有传输时延、核心网处理时延等。
  (3)切换性能优化
  切换性能是无线网络基础接续性能的体现,关系到用户业务的持续性,直接影响用户使用感知。出现切换异常时,首先需要检查基站、传输、终端等状态是否异常,排查基站、传输、终端等问题;然后再从下行覆盖、上行干扰、邻区漏配、切换参数、目标小区接入参数等方面进行分析。一般来说,LTE网络切换优化流程如图2所示:
  图2 LTE网络切换优化流程
  切换优化工作中,邻区分析是重中之重,LTE与2G/3G的邻区并无差异,都是基于网络拓扑结构和扇区朝向进行邻区配置。LTE网络的邻区优化原则是:室外邻区的优先级要高于室分邻区;由于邻区数目有限,故不建议“无条件地互配邻区”;邻区关系会影响到X2口的配置。LTE网络具有SON ANR的功能,可以根据UE上报的实际MR,自动发现漏配邻区,当达到一定次数门限后,自动添加到正式邻区列表中,删除冗余邻区,以达到邻区关系自动优化的目标。ANR能够自动维护邻区关系的完整性和有效性,可提高UE在移动中的切换成功率,降低掉话率,同时还减少了人工操作,节约了网优运维成本。
  由于LTE网络采用硬切换,所以对链路健壮性和速率影响都较大,需要精细优化切换参数。LTE网络切换涉及到的参数较多,建网初期可采用默认值,后期优化时再做精细化、个性化调整。LTE网络能够做到对每个邻区的切换门限进行特色优化,每个邻区可设置切换偏置,以适应城市内复杂的传播环境。例如,发现切换过晚问题,则降低切换门限;反之,发现切换过早或者乒乓切换的问题,则可以相应地升高切换门限。
(4)掉线优化
  LTE网络掉线是指在UE完成“RRC Connection Reconfiguration Complete”,处于连接态后,由于干扰、弱覆盖或其他原因导致的UE上下行失步,触发重建未果或者被拒的过程。只要不是终端主动发起的释放,都统称为掉线。
  LTE网络掉线的主要原因有定时器设置不合理、上行干扰、下行干扰、切换异常等。针对LTE网络掉线原因,其优化分析思路如下:
  ◆检查定时器设置是否合理,通常涉及到的定时器如表2所示:
  表2 LTE网络掉线相关定时器
  字段名称        优化建议值        字段含义
  byT310_Ue        2 000ms        UE监测无线链路失败的定时器
  byT311_Ue        30 000ms        UE监测无线链路失败后转入idle态的时长
  byT300        2 000ms        UE等待RRC连接响应的定时器
  byT301        2 000ms        UE等待RRC重建响应的定时器
  byT302        1s        UE收到RRC连接拒绝后等待RRC请求重试时长
  byT304        1 000ms        UE等待切换成功的定时器
  byT320        5min        小区重选优先级定时器
  byN310        6        UE接收下行失步指示的最大个数
  byN311        1        UE接收下行同步指示的最大个数
  ◆核查是否存在上行干扰,上行干扰包括用户间的上行干扰、设备自身异常处理的上行干扰以及频段的干扰导致。通常上行干扰主要表现为切换失败、重建失败,发生掉线。可通过检查RRU的上行RSSI来确定干扰程度。
  ◆系统内的下行干扰也是产生掉线原因之一,通常表现为无主覆盖小区。服务小区及邻区RSRP较好,数值基本接近,但SINR较差,导致解调信号变弱,易失步、产生掉线。建议按“先天馈调整,再调整覆盖和切换类参数,最后调整功率”的步骤进行优化。
  ◆切换准备不足也容易导致掉线。如UE上报MR时机不佳,伴随着服务小区信号衰减抖动过快,导致掉线。这类原因需合理设置A3_offset、TTT、Hysteresis等切换参数。
  ◆有MR上报但无重配消息,是指未配置合理正确的邻区关系时,信令表现在UE上报多个MR后,但无切换命令,无线链路超时导致掉线。这种情况应检查邻区关系的合理性。
  4 结束语
  据GSA统计,截止2014年5月,全球已经建设完成了288个LTE网络,LTE用户数已达2.4亿。目前中国移动计划建成全球最大的TDD LTE网络,中国电信和中国联通的LTE网络也正在建设中。基于此,LTE无线网络优化工作已经提上日程,同时对网络优化技术的要求也会越来越高,需要在后续的实践运用中不断摸索和完善。
  参考文献:
  [1] 陈宇恒,肖竹,王洪. LTE协议栈与信令分析[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.
  [2] 易睿得. LTE系统原理及应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2012.
  [3] 程鸿雁,朱晨鸣,王太峰,等. LTE FDD网络规划与设计[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013.
  [4] 华为技术有限公司. LTE网络规划优化技术[Z]. 2014.
  [5] 3GPP TS 36.201 V11.1.0. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); LTE physical layer; General description(Release 11)[S]. 2012.
  作者简介
  金志坚:工程师,学士毕业于西安电子科技大学,硕士毕业于武汉大学经济与管理学院,现任中国电信股份有限公司广西分公司无线网络优化中心高级主管,主要负责无线网络优化和维护技术管理工作以及新技术的研究。
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发表于 2016-5-27 15:32:39 |显示全部楼层
全部看完了,学习学习,对优化整体思路有帮助,谢谢!

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