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        LTE網(wǎng)絡(luò)低下載速率問(wèn)題分析方法的研究

        2015-07-03 09:44:10孫琛李春明武琳棟
        關(guān)鍵詞:移動(dòng)性鄰區(qū)終端

        孫琛, 李春明, 武琳棟

        (中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司,北京 100080)

        1 引言

        在2G和3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中,網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量更多關(guān)注話(huà)音質(zhì)量,在LTE網(wǎng)絡(luò)中,由于全I(xiàn)P化,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化關(guān)注焦點(diǎn)為下載速率,包括單小區(qū)下載速率和單用戶(hù)的下載速率。下載速率的高低直接決定了用戶(hù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗(yàn),因此是直接反映LTE網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)感知的一個(gè)重要指標(biāo)。低下載速率是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析的主線(xiàn),網(wǎng)絡(luò)中的所有問(wèn)題和影響因素,最后都會(huì)對(duì)下載速率產(chǎn)生影響,所以對(duì)于低下載速率問(wèn)題的分析方法研究,是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的關(guān)鍵。

        下載速率與下行信道質(zhì)量密切相關(guān)。終端通過(guò)測(cè)量下行信道的SINR,將其映射為CQI并反饋給網(wǎng)絡(luò)側(cè),網(wǎng)絡(luò)根據(jù)下行信道條件質(zhì)量來(lái)選擇合適的傳輸模式和調(diào)制編碼方案,當(dāng)信道條件不好時(shí)采用較低階的調(diào)制編碼方式來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃?,在信道條件好的時(shí)候采用較高階的調(diào)制編碼方式來(lái)提供最大的傳輸效率。

        弱覆蓋會(huì)導(dǎo)致下行SINR低,屬于導(dǎo)致低SINR的一個(gè)原因,但由于覆蓋是保證網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ),因此將弱覆蓋作為一個(gè)導(dǎo)致低下載速率的重要原因進(jìn)行單獨(dú)研究,其他非弱覆蓋類(lèi)而導(dǎo)致低SINR的原因歸為一類(lèi)。

        影響速率的主要原因除了弱覆蓋、低SINR之外,還有PRB調(diào)度率低等原因。下面從低下載速率出發(fā),追根溯源找出下載速率低的各種原因,對(duì)這些原因做進(jìn)一步的分析和說(shuō)明,并結(jié)合實(shí)際案例分析各類(lèi)原因?qū)ο螺d速率的影響。

        2 LTE網(wǎng)絡(luò)下載速率低分析思路

        低速率問(wèn)題具體的表征有兩方面,一是每RB的傳輸效率低,二是PRB的調(diào)度率低。這兩方面的因素可以單獨(dú)影響下載速率,也可以同時(shí)作用。其中每RB傳輸效率低大多是由網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題所導(dǎo)致,因此是我們網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化關(guān)注的重點(diǎn)。PRB調(diào)度率低,與調(diào)度算法、并發(fā)用戶(hù)等因素有關(guān),這些問(wèn)題通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提升的空間不大,因此我們適當(dāng)簡(jiǎn)述這部分的內(nèi)容。

        圖1是LTE網(wǎng)絡(luò)低下載速率問(wèn)題分析思路,從低下載速率出發(fā),將導(dǎo)致低下載速率的原因分為每RB傳輸效率低和低PRB調(diào)度率兩大類(lèi)原因,并進(jìn)行逐級(jí)細(xì)化分析,重點(diǎn)關(guān)注影響無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量的弱覆蓋、低SINR問(wèn)題,最終找出導(dǎo)致低速率的根本原因。

        圖1 低下載速率問(wèn)題分析方法

        2.1 每RB傳輸效率低導(dǎo)致的低下載速率

        網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端反饋的信道質(zhì)量信息RI、CQI等信息來(lái)決定和配置傳輸模式TM和調(diào)制編碼方案MCS等,并通過(guò)RRC信令通知終端,因此傳輸模式和調(diào)制編碼方案的選擇是無(wú)線(xiàn)鏈路條件對(duì)每RB傳輸效率影響的表征。雙流占比低、MCS級(jí)別低,會(huì)導(dǎo)致每RB傳輸效率低,同時(shí)意味著此時(shí)的無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量不佳。此時(shí)應(yīng)考慮優(yōu)化下行信道質(zhì)量來(lái)提升下載速率,具體的分為弱覆蓋、低SINR和其它原因。下面就結(jié)合具體案例,對(duì)這一大類(lèi)導(dǎo)致RB傳輸效率低的原因進(jìn)行詳細(xì)分析和說(shuō)明。

        2.1.1 覆蓋問(wèn)題導(dǎo)致的低下載速率

        良好的覆蓋是保證網(wǎng)絡(luò)性能的基本,覆蓋強(qiáng)度通過(guò)RSRP來(lái)衡量。RSRP(Reference Signal Received Power,參考信號(hào)接收功率)是在考慮的測(cè)量頻率帶寬內(nèi),某個(gè)Symbol內(nèi)承載Reference Signal的所有RE上接收到的信號(hào)功率的平均值。RSRP能夠有效反映網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況,當(dāng)RSRP低于某一個(gè)門(mén)限值時(shí)定義為弱覆蓋。RSRP低會(huì)直接導(dǎo)致SINR低,進(jìn)而影響TM和MCS的選擇,拉低下載速率,所以弱覆蓋是導(dǎo)致下載速率低的主要原因。因此要提升下載速率,覆蓋是首先要提升的指標(biāo)。導(dǎo)致弱覆蓋發(fā)生的原因有很多,基站覆蓋問(wèn)題是目前最常見(jiàn)的原因之一。

        除了常見(jiàn)的站址分布過(guò)于稀疏、基站故障或退服、天面被遮擋等原因外,在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期還存在另外一種較為普遍的原因,即移動(dòng)性問(wèn)題。具體地說(shuō),包括了切換不及時(shí)和漏配鄰區(qū)兩類(lèi)主要原因。移動(dòng)參數(shù)設(shè)置不合理,會(huì)導(dǎo)致終端在移動(dòng)過(guò)程中不能及時(shí)重選或切換,延長(zhǎng)終端處于弱覆蓋狀態(tài)下的時(shí)間。而漏配鄰區(qū)則是移動(dòng)性管理參數(shù)設(shè)置不合理的一種極端情況,即終端在進(jìn)入某小區(qū)的覆蓋區(qū)域后,由于該小區(qū)和當(dāng)前服務(wù)小區(qū)未配置鄰區(qū)關(guān)系,導(dǎo)致終端無(wú)法占用到該小區(qū)而長(zhǎng)期處于弱覆蓋狀態(tài)。圖2是未配置鄰區(qū)導(dǎo)致弱覆蓋的案例,在沿秀川路由南向北測(cè)試過(guò)程中,終端駐留到了1.5 km外的美食城-HLH站,并且已處于弱覆蓋狀態(tài)。此時(shí)終端測(cè)量到陽(yáng)光100 FZL1_1小區(qū)(PCI為372)RSRP為-80 dBm,開(kāi)始不停上報(bào)A3事件,但美食城-HLH并未配置陽(yáng)光100 FZL1_1小區(qū)為鄰區(qū),導(dǎo)致持續(xù)弱覆蓋的發(fā)生。

        此外,還有室分外泄導(dǎo)致的弱覆蓋,即終端在弱覆蓋甚至無(wú)覆蓋情況下接入外泄的室分信號(hào)后,由于室分小區(qū)與室外小區(qū)未配置鄰區(qū)關(guān)系,導(dǎo)致終端在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都無(wú)法及時(shí)切換到合理的室外小區(qū),而是始終處于室分小區(qū)的弱覆蓋狀態(tài)下。

        圖2 未配鄰區(qū)導(dǎo)致弱覆蓋

        2.1.2 干擾問(wèn)題導(dǎo)致的低下載速率

        下行SINR是有效信號(hào)功率和干擾信號(hào)以及噪聲功率的比值,該指標(biāo)能有效反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的干擾情況。終端側(cè)下行SINR被映射為CQI,并反饋給網(wǎng)絡(luò)側(cè),網(wǎng)絡(luò)側(cè)參考CQI根據(jù)自有算法來(lái)決定傳輸模式和MCS等級(jí),從而決定了下載速率。因此SINR值的高低與下載速率有十分緊密的關(guān)系。

        圖3是通過(guò)分析某城市路測(cè)數(shù)據(jù),分析得到下行SINR值與平均下載速率之間的關(guān)系曲線(xiàn)。從結(jié)果可以看出,低SINR采樣點(diǎn)的平均下載速率也很低,隨著SINR值的提高,平均下載速率逐步提升,兩者之間整體呈現(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系。因此,要提升下載速率,改善低速率路段的SINR是最主要考慮的內(nèi)容。

        對(duì)于低SINR這一類(lèi)原因的分析屬于對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的干擾分析。導(dǎo)致低SINR的原因除了弱覆蓋之外,還有重疊覆蓋、冗余覆蓋、移動(dòng)性問(wèn)題和外部干擾等其它原因。因?yàn)樯弦还?jié)已經(jīng)詳細(xì)闡述過(guò)弱覆蓋的各類(lèi)成因,所以本節(jié)中不再贅述由弱覆蓋導(dǎo)致的低SINR的情況。

        重疊覆蓋是導(dǎo)致低SINR的一個(gè)重要原因,超高站、超近站、基站分布疏密不均、天線(xiàn)下傾角不合理以及發(fā)射功率設(shè)置問(wèn)題等均會(huì)導(dǎo)致重疊覆蓋。除了重疊覆蓋,有部分區(qū)域雖然覆蓋的信號(hào)數(shù)不多,未達(dá)到重疊覆蓋度嚴(yán)重的程度,但服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度與鄰區(qū)信號(hào)強(qiáng)度非常接近,鄰小區(qū)對(duì)服務(wù)小區(qū)構(gòu)成了十分嚴(yán)重的干擾,此時(shí)該區(qū)域的SINR也會(huì)嚴(yán)重惡化。

        圖3中也繪制了通過(guò)某城市的路測(cè)數(shù)據(jù)分析匯總得到的重疊覆蓋度與下載速率之間的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖中可以看出,重疊覆蓋度低于3的時(shí)候,下載速率保持在15 Mbit/s以上,當(dāng)重疊覆蓋度繼續(xù)惡化,對(duì)應(yīng)的平均速率也開(kāi)始下降,兩者之間呈反比關(guān)系。

        圖3 SINR、重疊覆蓋度與下載速率關(guān)系

        移動(dòng)性問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致低SINR。移動(dòng)性管理參數(shù)設(shè)置不合理,會(huì)影響終端及時(shí)切換到最優(yōu)小區(qū),此時(shí),即使服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度保持在良好水平,但由于此時(shí)最優(yōu)小區(qū)的信號(hào)對(duì)服務(wù)小區(qū)是嚴(yán)重的干擾,會(huì)嚴(yán)重影響當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的SINR,因此也會(huì)導(dǎo)致下載速率的降低。與上一節(jié)類(lèi)似,這里的移動(dòng)性問(wèn)題也分為切換不及時(shí)和漏配鄰區(qū)兩類(lèi)具體原因。需針對(duì)實(shí)際情況的不同優(yōu)化移動(dòng)性管理參數(shù)或者鄰區(qū)配置。

        對(duì)于低SINR內(nèi)容的干擾分析,也可以借助服務(wù)小區(qū)RSRP與最強(qiáng)鄰區(qū)RSRP之間的差值,與SINR的聯(lián)合分布來(lái)分析。圖4是某城市部分區(qū)域的路測(cè)數(shù)據(jù)為例作出的SINR與RSRP差值的聯(lián)合分布圖。第一象限和第四象限是SINR較好的采樣點(diǎn),其中位于第一象限的采樣點(diǎn)所占比例越大越好。第二象限的采樣點(diǎn)表示服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)于鄰區(qū),但SINR較差。如果位于第二象限的采樣點(diǎn)占比較高,說(shuō)明導(dǎo)致SINR較低的干擾可能來(lái)自外部系統(tǒng),或者雖然服務(wù)小區(qū)信號(hào)較強(qiáng),但區(qū)分度不足,鄰區(qū)信號(hào)對(duì)服務(wù)小區(qū)構(gòu)成干擾,可能存在重疊覆蓋。第三象限的采樣點(diǎn)表示服務(wù)小區(qū)信號(hào)弱于鄰區(qū),且SINR較差。這部分采樣點(diǎn)又可以分為兩部分,即服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度弱于最強(qiáng)鄰區(qū)其差值在一定范圍內(nèi)和服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度弱于最強(qiáng)鄰區(qū)其差值在若干值以上。信號(hào)強(qiáng)度差值在一定范圍內(nèi),有可能是處于切換前的測(cè)量階段,即終端測(cè)量到了優(yōu)于服務(wù)小區(qū)的信號(hào),正在切換的準(zhǔn)備過(guò)程中。如果這部分采樣點(diǎn)占比較大,說(shuō)明要考慮優(yōu)化切換參數(shù)。如果信號(hào)強(qiáng)度差值在一定值以外,說(shuō)明終端雖然測(cè)量到了優(yōu)于服務(wù)小區(qū)的鄰區(qū),但在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有完成切換,如果這一部分的采樣點(diǎn)占比較多,要考慮優(yōu)化鄰區(qū)配置。

        圖4 SINR和RSRP差值的聯(lián)合分布統(tǒng)計(jì)

        2.2 PRB低調(diào)度率導(dǎo)致的低下載速率

        PRB(Physical Resource Bloc,物理資源模塊)是下行物理資源分配的基本單位,基站根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量、并發(fā)用戶(hù)數(shù)和用戶(hù)業(yè)務(wù)量等信息,通過(guò)一定的算法為不同用戶(hù)分配物理資源。無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致PRB調(diào)度率低,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致RB傳輸效率低。

        3 低下載速率分析方法的應(yīng)用

        從上述討論和分析可以看出,弱覆蓋、低SINR和PRB調(diào)度低是影響下載速率的主要原因,其中前兩者是衡量無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量的重要指標(biāo)。下面我們以某城市的路測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用上述分析方法進(jìn)行了采樣點(diǎn)級(jí)別的統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖5所示。

        低速率采樣點(diǎn)原因分類(lèi)中,弱覆蓋占比達(dá)到了27.9%,是影響下載速率最大因素。在弱覆蓋的成因分析中,缺站問(wèn)題占比為15.76%,建議通過(guò)加開(kāi)站點(diǎn)、調(diào)整天饋方位角等手段提升基站覆蓋。移動(dòng)性問(wèn)題占比為7.3%,接入室分占比為4.83%。

        導(dǎo)致低速率采樣點(diǎn)的第二大類(lèi)原因是低SINR,占比達(dá)到了24.52%。在低SINR的成因分析中,重疊覆蓋占比為11.69%,冗余覆蓋占比為1.47%,建議通過(guò)優(yōu)化覆蓋區(qū)域,調(diào)整發(fā)射功率等手段改善這兩類(lèi)問(wèn)題。移動(dòng)性問(wèn)題占比為7.66%,其他導(dǎo)致低SINR的原因占比為3.69%。

        此外PRB調(diào)度低和每RB傳輸效率低也是導(dǎo)致低速率的重要原因,占比分別達(dá)到了39.48%和5.82%。另有2.13%的采樣點(diǎn)為其他原因。

        圖5 采樣點(diǎn)級(jí)別的統(tǒng)計(jì)分析

        從以上結(jié)果可以看出,通過(guò)上一章提出的分析方法,將該城市的所有低速率采樣點(diǎn)進(jìn)行了歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析,并給出具體占比,根據(jù)各類(lèi)原因采樣點(diǎn)所占比例,可以清晰地找到導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)下載速率低的主要原因。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        下載速率是衡量LTE網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)感知的重要指標(biāo),目前LTE網(wǎng)絡(luò)還處于整體負(fù)載較小的狀態(tài),隨著用戶(hù)規(guī)模的進(jìn)一步發(fā)展,LTE承載的業(yè)務(wù)量會(huì)急劇上升,下載速率還會(huì)受到更顯著的影響。本文提供了一種分析LTE網(wǎng)絡(luò)低下載速率問(wèn)題的方法和思路,并通過(guò)分析大量路測(cè)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了這種方法的有效性。在今后的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中,可以從低下載速率問(wèn)題點(diǎn)著手,找出導(dǎo)致低速率背后本質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)原因,從根本上改善網(wǎng)絡(luò)性能,提高用戶(hù)感知。

        [1]肖清華, 汪丁鼎.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M].北京:人民郵電出版社,2013.

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