王希++李昌新

【摘 要】基于路測和CQT的覆蓋評估方法時(shí)間和人力成本高，且無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的全面覆蓋評估；而基于MR的覆蓋評估也存在缺乏用戶級數(shù)據(jù)和無法評估覆蓋盲區(qū)的缺點(diǎn)，為解決上述問題，提出了一種全新的基于S1-MME接口信令的LTE覆蓋評估方法，并將該方法部署到福建移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對LTE網(wǎng)絡(luò)用戶級數(shù)據(jù)的深入分析和覆蓋盲區(qū)的評估，對現(xiàn)網(wǎng)LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整和規(guī)劃建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】LTE 信令 覆蓋評估

1 引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的推進(jìn)，當(dāng)前各大運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)已經(jīng)從建網(wǎng)初期的廣度覆蓋轉(zhuǎn)向深度覆蓋。且從用戶投訴數(shù)據(jù)來看，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱覆蓋或無覆蓋是用戶投訴最主要的問題[1]。因此，如何有效地評估發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題區(qū)域，對于運(yùn)營商精確開展基站規(guī)劃和建設(shè)工作、提升用戶使用感知尤為重要。目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估通常通過道路測試（DT）和呼叫質(zhì)量測試（CQT）、用戶投訴數(shù)據(jù)分析、基于仿真的覆蓋評估以及基于測量報(bào)告（MR）等方式開展[2-4]。

DT和CQT需要投入大量人力、時(shí)間及測試設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場測試，且很多場所因業(yè)主方原因也難以協(xié)調(diào)進(jìn)入測試，因此無法全面評估區(qū)域性的覆蓋情況。通過對用戶投訴數(shù)據(jù)分析可以直接獲取弱覆蓋或無覆蓋問題點(diǎn)，但投訴數(shù)據(jù)是用戶使用遇到問題后才反饋，存在時(shí)效性不足和不夠客觀的缺點(diǎn)?；诜抡娴母采w評估受限于傳播模型準(zhǔn)確性和地圖等相關(guān)數(shù)據(jù)的精確性，且無法區(qū)分用戶級的信息，也較難準(zhǔn)確定位覆蓋問題點(diǎn)。目前MR被越來越多地應(yīng)用于LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋評估中[5-7]。文獻(xiàn)[6]對基于MR的覆蓋評估方法進(jìn)行了較全面的介紹。文獻(xiàn)[8]也應(yīng)用MR數(shù)據(jù)分別針對萬州宏站和室分的弱覆蓋情況進(jìn)行了評估分析。MR數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、分析，且具有信息較全面、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可彌補(bǔ)前面幾種覆蓋評估方法的缺點(diǎn)。但由于覆蓋盲區(qū)終端無法上報(bào)MR數(shù)據(jù)，因此基于MR數(shù)據(jù)僅能評估LTE弱覆蓋問題，依然無法對LTE無覆蓋區(qū)域進(jìn)行評估。文獻(xiàn)[9]提出了一種將CQI作為覆蓋評估的方法，但仍然無法對LTE覆蓋盲區(qū)進(jìn)行評估。針對上述問題，文獻(xiàn)[2]提出了一種基于信令軟采和信令硬采兩種數(shù)據(jù)相結(jié)合的LTE覆蓋盲區(qū)識(shí)別算法。該算法在LTE終端處于連接態(tài)時(shí)通過軟采的A2盲重定向信令，而在LTE終端處于空閑態(tài)時(shí)通過硬采的TAU信令，以此綜合識(shí)別覆蓋盲區(qū)。

基于上述背景，本文基于3GPP LTE相關(guān)協(xié)議，結(jié)合LTE終端系統(tǒng)間互操作信令表現(xiàn)，提出了基于S1-MME接口軟采信令數(shù)據(jù)同時(shí)評估空閑態(tài)和連接態(tài)下LTE覆蓋盲區(qū)的評估方法。該方法在現(xiàn)有覆蓋評估方法的基礎(chǔ)上完善了覆蓋盲區(qū)的問題發(fā)現(xiàn)，并實(shí)際應(yīng)用于福建省各地市移動(dòng)LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋評估中，有利于網(wǎng)優(yōu)人員更為準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)。

2 基于信令的LTE覆蓋評估方法

2.1 LTE連接態(tài)脫網(wǎng)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)福建移動(dòng)當(dāng)前LTE系統(tǒng)間互操作參數(shù)策略，當(dāng)終端處于LTE連接態(tài)時(shí)，若終端測得的RSRP低于一定的門限（現(xiàn)網(wǎng)典型配置值為-122 dBm）時(shí)，則會(huì)觸發(fā)A2盲重定向事件并向eNodeB上報(bào)。eNodeB收到該測量報(bào)告后，會(huì)觸發(fā)UE上下文釋放信令流程，在S1-MME接口向MME發(fā)送UE Context Release Request消息，該消息攜帶的原因值（cause）為28，即Inter-RAT redirection。MME進(jìn)而通過S11接口向SGW發(fā)送Delete session Request消息，具體流程如圖1所示[10]：

因此，對LTE連接態(tài)的脫網(wǎng)可按照如下條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：當(dāng)S1-MME接口存在Ue context release request（cause=28）消息，則認(rèn)為該LTE用戶將發(fā)生連接態(tài)脫網(wǎng)行為。

2.2 LTE空閑態(tài)脫網(wǎng)統(tǒng)計(jì)

當(dāng)LTE eNodeB檢測到LTE終端DRB上下行都沒有數(shù)據(jù)接收或發(fā)送之后，將啟動(dòng)RRC不活動(dòng)定時(shí)器，當(dāng)該定時(shí)器達(dá)到所配置的值后（福建移動(dòng)該參數(shù)一般設(shè)置為10 s），則eNodeB會(huì)在S1-MME接口向MME發(fā)送Ue context release request，此時(shí)該消息攜帶的原因值為20（case=20），即User inactivity。隨后，MME將在S1-MME接口向eNodeB回復(fù)UE Context Release Command（cause=20）。接著eNodeB會(huì)在Uu接口向UE發(fā)送RRC Connection Release消息。終端收到該消息后，將從RRC連接態(tài)進(jìn)入空閑態(tài)。若終端在LTE空閑態(tài)時(shí)發(fā)生脫網(wǎng)，則會(huì)搜索2G/3G網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)終端成功駐留2G/3G網(wǎng)絡(luò)后，完成位置區(qū)或路由區(qū)更新，之后2G/3G核心側(cè)與LTE核心網(wǎng)完成信令交互，LTE核心側(cè)將獲悉LTE終端已駐留在2G/3G網(wǎng)絡(luò)，由此MME在S11接口向SGW發(fā)送delete session Request消息刪除會(huì)話。基于上述流程，對LTE終端在空閑態(tài)下的脫網(wǎng)采用如下條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：1）S1-MME接口存在Ue context release request（cause=20，User inactivity）消息且之后S11接口存在delete session Request消息；2）同時(shí)在這兩條信令消息之間的時(shí)間段內(nèi)沒有除Paging以外的其他S1-MME接口消息交互。

2.3 基于信令的覆蓋率定義

LTE終端在LTE網(wǎng)絡(luò)的駐留能力可以有效地評估LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平，在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化中，我們希望LTE用戶盡可能地駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)，即盡可能地減少脫網(wǎng)至2G/3G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)長?；谶@種考慮，結(jié)合前面所述的LTE連接態(tài)和空閑態(tài)的脫網(wǎng)統(tǒng)計(jì)方法，通過對每個(gè)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的占網(wǎng)時(shí)長進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，提出了一種全新的基于信令的覆蓋率指標(biāo)，用于輔助和完善覆蓋問題點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)基于MR覆蓋率無法將脫網(wǎng)和空閑態(tài)用戶納入統(tǒng)計(jì)的缺點(diǎn)。endprint

在一個(gè)給定的LTE小區(qū)中，假設(shè)觀測時(shí)間內(nèi)所有用戶都全程駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)，即統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)都沒有發(fā)生LTE脫網(wǎng)現(xiàn)象，則該小區(qū)中所有用戶的LTE在網(wǎng)時(shí)長占比為100%，相應(yīng)的我們將該小區(qū)基于信令的覆蓋率定義為100%。若在某個(gè)設(shè)定的取數(shù)時(shí)間段中，該小區(qū)中部分用戶發(fā)生了脫網(wǎng)，將該小區(qū)取數(shù)時(shí)段內(nèi)所有用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際駐留時(shí)長之和，與所有用戶開始使用LTE網(wǎng)絡(luò)至取數(shù)終止時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)長總和的比值，定義為該小區(qū)基于信令的覆蓋率。即若某小區(qū)用戶脫網(wǎng)時(shí)長越短，則表明其基于信令的覆蓋率越高。由此，將基于信令的覆蓋率指標(biāo)用公式（1）表示如下：

基于信令的覆蓋率=1-脫網(wǎng)用戶占比×脫網(wǎng)用戶平均脫網(wǎng)時(shí)長占比=1-脫網(wǎng)用戶占比×（1-脫網(wǎng)用戶平均在網(wǎng)時(shí)長占比） （1）

該定義中，各計(jì)算項(xiàng)的說明如下：

（1）脫網(wǎng)用戶占比=在觀測時(shí)段內(nèi)發(fā)生過連接態(tài)脫網(wǎng)或空閑態(tài)脫網(wǎng)的用戶數(shù)占所有S1-MME接口上統(tǒng)計(jì)有效的用戶總數(shù)的比重。也就是說，不論某個(gè)用戶在給定的小區(qū)發(fā)生過連接態(tài)或空閑態(tài)任意一種情形下的脫網(wǎng)行為，都將該用戶計(jì)為脫網(wǎng)用戶。此外，為提高計(jì)算的合理性和準(zhǔn)確性，在觀測時(shí)段內(nèi)只要某個(gè)用戶在S1-MME接口有信令交互，即認(rèn)為該用戶為S1-MME接口上的有效用戶。

（2）脫網(wǎng)用戶的LTE在網(wǎng)時(shí)長占比=[觀察時(shí)間點(diǎn)-（用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)間點(diǎn)-用戶連接態(tài)脫網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)）-（用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)間點(diǎn)-用戶空閑態(tài)脫網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)）-t0時(shí)間]/（觀察時(shí)間點(diǎn)-t0時(shí)間），各分項(xiàng)解釋如下：

1）t0時(shí)間表示用戶在取數(shù)觀測時(shí)段內(nèi)，在S1-MME接口進(jìn)行第一次信令交互的時(shí)間點(diǎn)，需排除下線的S1-MME接口信令流程類型，即detach和Ue context release request。在脫網(wǎng)用戶的LTE在網(wǎng)時(shí)長占比計(jì)算中，引入t0時(shí)間點(diǎn)主要是考慮到在同一個(gè)LTE小區(qū)中不同的用戶開始發(fā)起LTE業(yè)務(wù)的時(shí)間點(diǎn)是不一樣的。因此，針對不同的用戶無法用統(tǒng)一的取數(shù)開始時(shí)間點(diǎn)納入在網(wǎng)時(shí)長的計(jì)算。

2）用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)間點(diǎn)為用戶發(fā)送Attach Request或TAU Request（帶LAC信息）的時(shí)間點(diǎn)。這是因?yàn)長TE用戶從覆蓋盲區(qū)返回LTE覆蓋區(qū)時(shí)將發(fā)起Attach流程，若脫網(wǎng)至2G/3G網(wǎng)絡(luò)后再返回LTE網(wǎng)絡(luò)，則將觸發(fā)TAU流程接入LTE網(wǎng)絡(luò)。

3）用戶連接態(tài)脫網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)為S1-MME接口存在Ue context release request（cause=28，Inter-RAT redirection）的時(shí)間點(diǎn)。

4）用戶空閑態(tài)脫網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)為用戶S1-MME接口存在Ue context release request（cause=20，User inactivity）的時(shí)間點(diǎn)，且隨后S11接口存在delete session信令，同時(shí)滿足delete session與Ue context release request（cause=20，User inactivity）兩條信令點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)，不能有除Paging消息以外的任何S1-MME接口消息交互。

3 實(shí)際應(yīng)用與性能評估

3.1 數(shù)據(jù)來源及采集

LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及接口如圖2所示[10]，其中Uu接口和X2接口的信令數(shù)據(jù)可通過信令軟采集方式獲取，而EPC側(cè)各網(wǎng)元接口的信令數(shù)據(jù)可通過硬采集方式獲取。根據(jù)前面的闡述，本文提出的基于信令的覆蓋能力評估方法所需的數(shù)據(jù)源主要涉及S1和S11兩個(gè)接口。目前，通過在這兩個(gè)接口采用分光、鏡像的方式已可實(shí)現(xiàn)信令數(shù)據(jù)的全量采集。由此，可實(shí)現(xiàn)對海量用戶的大數(shù)據(jù)信令的關(guān)聯(lián)分析，評估結(jié)果可更全面地反映全量用戶的真實(shí)使用感知。

3.2 應(yīng)用開發(fā)及部署

本文介紹的基于信令的覆蓋率評估方法，可以實(shí)現(xiàn)對用戶級的統(tǒng)計(jì)分析，適合于全網(wǎng)各種場景的覆蓋評估。目前，福建移動(dòng)已基于該方法開發(fā)了大數(shù)據(jù)的LTE覆蓋能力評估模塊，并集成、部署到福建移動(dòng)集中優(yōu)化管理平臺(tái)，系統(tǒng)界面如圖3所示。

通過該平臺(tái)模塊，可實(shí)現(xiàn)對全省各地市分網(wǎng)格或規(guī)劃區(qū)域的脫網(wǎng)情況、用戶脫網(wǎng)時(shí)長占比等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，也可根據(jù)覆蓋場景屬性對各地市按主城區(qū)、縣城和農(nóng)村等場景匯總分析。

3.3 應(yīng)用效果與分析

目前，福建移動(dòng)移動(dòng)已將基于信令的覆蓋率納入日常網(wǎng)絡(luò)考核中，使用效果良好。以2月份為例，分別統(tǒng)計(jì)了福建移動(dòng)各地市基于信令的覆蓋評估數(shù)據(jù)和MR覆蓋率數(shù)據(jù)，結(jié)果對比如表1所示，其中MR覆蓋率采用通常的定義，即MR RSRP采樣點(diǎn)大等于-110 dBm的占比。

從上述數(shù)據(jù)對比可知，以莆田、泉州、三明三個(gè)地市的數(shù)據(jù)為例，它們的MR覆蓋率分別為91.63%、91.79%和91.8%，但根據(jù)基于信令的覆蓋評估方法，它們的脫網(wǎng)用戶占比分別為7.41%、9.91%和9.24%，脫網(wǎng)用戶平均脫網(wǎng)時(shí)長占比分別為9.87%、7%和10.27%。這表明這三個(gè)地市雖然MR覆蓋率很接近，但是其LTE脫網(wǎng)用戶數(shù)和脫網(wǎng)用戶的脫網(wǎng)時(shí)長都是不一樣的，即它們的脫網(wǎng)問題嚴(yán)重程度不同。類似的，福州市2月份的MR覆蓋率位居全省第一，為92.7%，但其脫網(wǎng)用戶占比也是全省最高，為10.47%?？梢姡Ｖ蓦m然MR覆蓋率較好但脫網(wǎng)問題也較為嚴(yán)重。

基于信令的覆蓋評估方法除可實(shí)現(xiàn)不同地市之間的橫向指標(biāo)對比外，還可對特定地市的小區(qū)級指標(biāo)進(jìn)行評估。根據(jù)該評估方法，提取了2月16日廈門脫網(wǎng)用戶占比TOP 10的小區(qū)清單及指標(biāo)，同時(shí)也統(tǒng)計(jì)了這些小區(qū)的MR弱覆蓋（MR RSRP小于-110 dBm）采樣點(diǎn)占比，相關(guān)數(shù)據(jù)對比如表2所示。可知，這TOP 10小區(qū)中，廈門思明華龍大廈室內(nèi)NLX1-40、廈門思明大陸商廈FNLH1-145和廈門湖里神山FNLH1-145這三個(gè)小區(qū)MR弱覆蓋占比分別為4.55%、7.13%和5.77%，按照通常的MR覆蓋評估標(biāo)準(zhǔn)，均屬于覆蓋良好的小區(qū)。然而，這三個(gè)小區(qū)的脫網(wǎng)用戶占比分別為15.31%、13.87%和8.98%，這表明這三個(gè)小區(qū)均存在較嚴(yán)重的覆蓋空洞。endprint

綜上所述，通過引入基于信令的覆蓋評估方法，能在傳統(tǒng)的基于MR覆蓋率的覆蓋評估方法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評估脫網(wǎng)問題的嚴(yán)重程度，更全面、客觀地對LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平做出評估，也使得對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整及規(guī)劃建設(shè)更有指導(dǎo)意義。

4 結(jié)束語

本文通過對LTE用戶在連接態(tài)和空閑態(tài)下發(fā)生脫網(wǎng)時(shí)的信令特征進(jìn)行梳理、分析，提出了一種全新的基于S1-MME接口信令的LTE覆蓋評估方法，并將評估方法通過IT實(shí)現(xiàn)集成部署到福建移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化IT支撐平臺(tái)。目前，該評估方法已作為一項(xiàng)考核指標(biāo)全面應(yīng)用到福建移動(dòng)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估中，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的基于MR的覆蓋評估方法缺乏用戶級數(shù)據(jù)和無法對覆蓋盲區(qū)的用戶進(jìn)行評估的缺點(diǎn)，對LTE現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整和規(guī)劃建設(shè)具有很好的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許勇，李浩，費(fèi)強(qiáng)，等. TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題精確化定位評估方法研究[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2016（8）： 62-65.

[2] 張振剛，金瑞. 基于MR和信令數(shù)據(jù)的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估及盲區(qū)識(shí)別[J]. 山東通信技術(shù)， 2016，36（3）： 23-25.

[3] 林世明，高志斌，高鳳連，等. 基于路測的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2015，440（9）： 12-15.

[4] 商亮，劉瑋，池剛毅，等. 深度覆蓋評估算法研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2016，29（3）： 6-10.

[5] 秦文麗，王剛，劉桓，等. 基于MRO數(shù)據(jù)的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估優(yōu)化[C]//2014信息通信網(wǎng)技術(shù)業(yè)務(wù)發(fā)展研討會(huì). 2014.

[6] 魏巍，郭寶，張陽. TD-LTE系統(tǒng)基于測量報(bào)告的覆蓋評估[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2015，28（8）： 21-25.

[7] 李昶，華志超，劉猛. 基于MR大數(shù)據(jù)的LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估方法[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2015（11）： 17-21.

[8] 付航. 基于全量測量報(bào)告的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2015，28（8）： 34-38.

[9] 吳潔. LTE覆蓋評估新思路[J]. 電信技術(shù)， 2015（3）： 10-13.

[10] 3GPP. General Packet Radio Service （GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestria Radio Access Network （E-UTRAN） access[S]. 2009. ★endprint