LTE網(wǎng)絡低下載速率問題分析方法的研究

孫琛, 李春明, 武琳棟

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 引言

在2G和3G網(wǎng)絡優(yōu)化中，網(wǎng)絡質(zhì)量更多關注話音質(zhì)量，在LTE網(wǎng)絡中，由于全IP化，網(wǎng)絡優(yōu)化關注焦點為下載速率，包括單小區(qū)下載速率和單用戶的下載速率。下載速率的高低直接決定了用戶數(shù)據(jù)業(yè)務的體驗，因此是直接反映LTE網(wǎng)絡用戶感知的一個重要指標。低下載速率是網(wǎng)絡優(yōu)化分析的主線，網(wǎng)絡中的所有問題和影響因素，最后都會對下載速率產(chǎn)生影響，所以對于低下載速率問題的分析方法研究，是網(wǎng)絡優(yōu)化的關鍵。

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

弱覆蓋會導致下行SINR低，屬于導致低SINR的一個原因，但由于覆蓋是保證網(wǎng)絡性能的基礎，因此將弱覆蓋作為一個導致低下載速率的重要原因進行單獨研究，其他非弱覆蓋類而導致低SINR的原因歸為一類。

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，對這些原因做進一步的分析和說明，并結(jié)合實際案例分析各類原因?qū)ο螺d速率的影響。

2 LTE網(wǎng)絡下載速率低分析思路

低速率問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影響下載速率，也可以同時作用。其中每RB傳輸效率低大多是由網(wǎng)絡問題所導致，因此是我們網(wǎng)絡優(yōu)化關注的重點。PRB調(diào)度率低，與調(diào)度算法、并發(fā)用戶等因素有關，這些問題通過網(wǎng)絡優(yōu)化提升的空間不大，因此我們適當簡述這部分的內(nèi)容。

圖1是LTE網(wǎng)絡低下載速率問題分析思路，從低下載速率出發(fā)，將導致低下載速率的原因分為每RB傳輸效率低和低PRB調(diào)度率兩大類原因，并進行逐級細化分析，重點關注影響無線鏈路質(zhì)量的弱覆蓋、低SINR問題，最終找出導致低速率的根本原因。

圖1 低下載速率問題分析方法

2.1 每RB傳輸效率低導致的低下載速率

網(wǎng)絡根據(jù)終端反饋的信道質(zhì)量信息RI、CQI等信息來決定和配置傳輸模式TM和調(diào)制編碼方案MCS等，并通過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線鏈路條件對每RB傳輸效率影響的表征。雙流占比低、MCS級別低，會導致每RB傳輸效率低，同時意味著此時的無線鏈路質(zhì)量不佳。此時應考慮優(yōu)化下行信道質(zhì)量來提升下載速率，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，對這一大類導致RB傳輸效率低的原因進行詳細分析和說明。

2.1.1 覆蓋問題導致的低下載速率

良好的覆蓋是保證網(wǎng)絡性能的基本，覆蓋強度通過RSRP來衡量。RSRP（Reference Signal Received Power，參考信號接收功率)是在考慮的測量頻率帶寬內(nèi)，某個Symbol內(nèi)承載Reference Signal的所有RE上接收到的信號功率的平均值。RSRP能夠有效反映網(wǎng)絡的覆蓋情況，當RSRP低于某一個門限值時定義為弱覆蓋。RSRP低會直接導致SINR低，進而影響TM和MCS的選擇，拉低下載速率，所以弱覆蓋是導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。導致弱覆蓋發(fā)生的原因有很多，基站覆蓋問題是目前最常見的原因之一。

除了常見的站址分布過于稀疏、基站故障或退服、天面被遮擋等原因外，在LTE網(wǎng)絡建設初期還存在另外一種較為普遍的原因，即移動性問題。具體地說，包括了切換不及時和漏配鄰區(qū)兩類主要原因。移動參數(shù)設置不合理，會導致終端在移動過程中不能及時重選或切換，延長終端處于弱覆蓋狀態(tài)下的時間。而漏配鄰區(qū)則是移動性管理參數(shù)設置不合理的一種極端情況，即終端在進入某小區(qū)的覆蓋區(qū)域后，由于該小區(qū)和當前服務小區(qū)未配置鄰區(qū)關系，導致終端無法占用到該小區(qū)而長期處于弱覆蓋狀態(tài)。圖2是未配置鄰區(qū)導致弱覆蓋的案例，在沿秀川路由南向北測試過程中，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)。此時終端測量到陽光100 FZL1_1小區(qū)（PCI為372）RSRP為-80 dBm，開始不停上報A3事件，但美食城-HLH并未配置陽光100 FZL1_1小區(qū)為鄰區(qū)，導致持續(xù)弱覆蓋的發(fā)生。

此外，還有室分外泄導致的弱覆蓋，即終端在弱覆蓋甚至無覆蓋情況下接入外泄的室分信號后，由于室分小區(qū)與室外小區(qū)未配置鄰區(qū)關系，導致終端在較長一段時間內(nèi)都無法及時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)導致弱覆蓋

2.1.2 干擾問題導致的低下載速率

下行SINR是有效信號功率和干擾信號以及噪聲功率的比值，該指標能有效反映當前網(wǎng)絡的干擾情況。終端側(cè)下行SINR被映射為CQI，并反饋給網(wǎng)絡側(cè)，網(wǎng)絡側(cè)參考CQI根據(jù)自有算法來決定傳輸模式和MCS等級，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系。

圖3是通過分析某城市路測數(shù)據(jù)，分析得到下行SINR值與平均下載速率之間的關系曲線。從結(jié)果可以看出，低SINR采樣點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)線性關系。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。

對于低SINR這一類原因的分析屬于對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的干擾分析。導致低SINR的原因除了弱覆蓋之外，還有重疊覆蓋、冗余覆蓋、移動性問題和外部干擾等其它原因。因為上一節(jié)已經(jīng)詳細闡述過弱覆蓋的各類成因，所以本節(jié)中不再贅述由弱覆蓋導致的低SINR的情況。

重疊覆蓋是導致低SINR的一個重要原因，超高站、超近站、基站分布疏密不均、天線下傾角不合理以及發(fā)射功率設置問題等均會導致重疊覆蓋。除了重疊覆蓋，有部分區(qū)域雖然覆蓋的信號數(shù)不多，未達到重疊覆蓋度嚴重的程度，但服務小區(qū)信號強度與鄰區(qū)信號強度非常接近，鄰小區(qū)對服務小區(qū)構(gòu)成了十分嚴重的干擾，此時該區(qū)域的SINR也會嚴重惡化。

圖3中也繪制了通過某城市的路測數(shù)據(jù)分析匯總得到的重疊覆蓋度與下載速率之間的關系曲線。從圖中可以看出，重疊覆蓋度低于3的時候，下載速率保持在15 Mbit/s以上，當重疊覆蓋度繼續(xù)惡化，對應的平均速率也開始下降，兩者之間呈反比關系。

圖3 SINR、重疊覆蓋度與下載速率關系

移動性問題也會導致低SINR。移動性管理參數(shù)設置不合理，會影響終端及時切換到最優(yōu)小區(qū)，此時，即使服務小區(qū)信號強度保持在良好水平，但由于此時最優(yōu)小區(qū)的信號對服務小區(qū)是嚴重的干擾，會嚴重影響當前服務小區(qū)的SINR，因此也會導致下載速率的降低。與上一節(jié)類似，這里的移動性問題也分為切換不及時和漏配鄰區(qū)兩類具體原因。需針對實際情況的不同優(yōu)化移動性管理參數(shù)或者鄰區(qū)配置。

對于低SINR內(nèi)容的干擾分析，也可以借助服務小區(qū)RSRP與最強鄰區(qū)RSRP之間的差值，與SINR的聯(lián)合分布來分析。圖4是某城市部分區(qū)域的路測數(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，其中位于第一象限的采樣點所占比例越大越好。第二象限的采樣點表示服務小區(qū)信號強于鄰區(qū)，但SINR較差。如果位于第二象限的采樣點占比較高，說明導致SINR較低的干擾可能來自外部系統(tǒng)，或者雖然服務小區(qū)信號較強，但區(qū)分度不足，鄰區(qū)信號對服務小區(qū)構(gòu)成干擾，可能存在重疊覆蓋。第三象限的采樣點表示服務小區(qū)信號弱于鄰區(qū)，且SINR較差。這部分采樣點又可以分為兩部分，即服務小區(qū)信號強度弱于最強鄰區(qū)其差值在一定范圍內(nèi)和服務小區(qū)信號強度弱于最強鄰區(qū)其差值在若干值以上。信號強度差值在一定范圍內(nèi)，有可能是處于切換前的測量階段，即終端測量到了優(yōu)于服務小區(qū)的信號，正在切換的準備過程中。如果這部分采樣點占比較大，說明要考慮優(yōu)化切換參數(shù)。如果信號強度差值在一定值以外，說明終端雖然測量到了優(yōu)于服務小區(qū)的鄰區(qū)，但在較長時間內(nèi)都沒有完成切換，如果這一部分的采樣點占比較多，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

2.2 PRB低調(diào)度率導致的低下載速率

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)務優(yōu)先級、無線鏈路質(zhì)量、并發(fā)用戶數(shù)和用戶業(yè)務量等信息，通過一定的算法為不同用戶分配物理資源。無線鏈路質(zhì)量會導致PRB調(diào)度率低，同時也會導致RB傳輸效率低。

3 低下載速率分析方法的應用

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線鏈路質(zhì)量的重要指標。下面我們以某城市的路測數(shù)據(jù)為基礎，利用上述分析方法進行了采樣點級別的統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖5所示。

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

導致低速率采樣點的第二大類原因是低SINR，占比達到了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%，建議通過優(yōu)化覆蓋區(qū)域，調(diào)整發(fā)射功率等手段改善這兩類問題。移動性問題占比為7.66%，其他導致低SINR的原因占比為3.69%。

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

圖5 采樣點級別的統(tǒng)計分析

從以上結(jié)果可以看出，通過上一章提出的分析方法，將該城市的所有低速率采樣點進行了歸類統(tǒng)計分析，并給出具體占比，根據(jù)各類原因采樣點所占比例，可以清晰地找到導致網(wǎng)絡下載速率低的主要原因。

4 結(jié)束語

下載速率是衡量LTE網(wǎng)絡用戶感知的重要指標，目前LTE網(wǎng)絡還處于整體負載較小的狀態(tài)，隨著用戶規(guī)模的進一步發(fā)展，LTE承載的業(yè)務量會急劇上升，下載速率還會受到更顯著的影響。本文提供了一種分析LTE網(wǎng)絡低下載速率問題的方法和思路，并通過分析大量路測數(shù)據(jù)，驗證了這種方法的有效性。在今后的網(wǎng)絡優(yōu)化中，可以從低下載速率問題點著手，找出導致低速率背后本質(zhì)的網(wǎng)絡原因，從根本上改善網(wǎng)絡性能,提高用戶感知。

[1]肖清華, 汪丁鼎.TD-LTE網(wǎng)絡規(guī)劃設計與優(yōu)化[M].北京：人民郵電出版社，2013.