LTE无线网络优化思路探讨

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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。

Jeff_J

全部看完了，学习学习，对优化整体思路有帮助，谢谢！