5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判及網(wǎng)絡(luò)支撐前置策略研究

孟現(xiàn)鋒，顧玉生，王星星，賈少博

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司鄭州市分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以KPI為中心開展[1-4]，而面向用戶需求、用戶感知而展開的5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略的研究還較少，主要原因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)及智能評(píng)估手段尚未完善，無法獲取豐富的5G實(shí)際數(shù)據(jù)，比如5G網(wǎng)絡(luò)MR數(shù)據(jù)，因此無法獲知5G用戶分布密集區(qū)域，無法掌握5G用戶分布密集區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，以至于無法開展5G基站天饋的精細(xì)優(yōu)化，造成部分5G用戶開卡激活后，因信號(hào)差、網(wǎng)速慢等諸多原因投訴網(wǎng)絡(luò)問題甚至導(dǎo)致用戶離網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)口碑造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，如何實(shí)現(xiàn)5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判，如何深挖4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)價(jià)值，并基于4G現(xiàn)網(wǎng)MR數(shù)據(jù)開展5G網(wǎng)絡(luò)支撐前置，使4G/5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)同，確保5G用戶的體驗(yàn)，提升用戶口碑，是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員都非常關(guān)心且亟待解決的問題。

手機(jī)終端（UE）在開機(jī)附著流程以及TAU更新過程中，會(huì)包含UE能力查詢及上報(bào)。通過在S1接口布放探針，即可獲取獲得手機(jī)終端識(shí)別碼軟件版本（IMEISV），與信令平臺(tái)終端類型庫進(jìn)行匹配可獲得終端類型及是否支持5G能力。在獲取到用戶的終端類型后，再利用信令平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的LTE常駐小區(qū)標(biāo)識(shí)字段進(jìn)行匯聚，獲取每個(gè)LTE小區(qū)下的5G終端分布及數(shù)量信息。

基于以上分析，本文開展5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判，并提出了基于LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的5G用戶網(wǎng)絡(luò)支撐前置策略。實(shí)踐表明，該策略能夠快速有效地預(yù)判5G用戶常駐區(qū)域，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)優(yōu)化，提升5G用戶感知。

1 策略解析

信令大數(shù)據(jù)平臺(tái)通過在S1接口布放探針，即可獲取獲得手機(jī)終端識(shí)別碼軟件版本（IMEISV），與信令平臺(tái)終端類型庫進(jìn)行匹配可獲得終端類型及是否支持5G能力。在獲取到用戶的終端類型后，再利用信令平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的LTE常駐小區(qū)標(biāo)識(shí)字段進(jìn)行匯聚，獲取每個(gè)LTE小區(qū)下的5G終端分布及數(shù)量信息，獲得5G用戶常駐的TOP小區(qū)，即實(shí)現(xiàn)5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判。

隨后針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）組網(wǎng)[5]為主，以及4G/5G基站1:1建站的實(shí)際，挖掘LTE網(wǎng)絡(luò)的MR數(shù)據(jù)[6-10]，基于高斯分布的最佳方向角解決方案來精準(zhǔn)調(diào)整4G/5G天饋[11]，提升用戶熱點(diǎn)分布區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判及網(wǎng)絡(luò)支撐前置策略流程如圖1所示：

圖1 5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判及網(wǎng)絡(luò)支撐前置策略流程

2 5G終端分布獲取原理

NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）結(jié)構(gòu)中，5G終端信令面信息需要接入LTE網(wǎng)元，通過布放在S1接口的信令探針，可實(shí)時(shí)獲得終端IMEI，進(jìn)而獲得終端接入能力信息，通過LTE信令大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫可精確識(shí)別5G終端數(shù)量與分布。

IMEI碼具有唯一性，能夠識(shí)別手機(jī)終端能力[12]。LTE新協(xié)議中，變更IMEI為Masked-IMEISV，核心網(wǎng)將Masked-IMEISV發(fā)送給基站，基站通過解析Masked IMEISV獲知UE類型。其中IMEISV是International Mobile station Equipment Identity and Software Version Number的縮寫[13]。IMEISV的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 IMEISV結(jié)構(gòu)

IMEISV由16位數(shù)字組成，每位數(shù)字僅使用0-9的數(shù)字，其組成為：TAC是Type Approval Code縮寫，是IMEISV結(jié)構(gòu)前8位數(shù)字，能夠獨(dú)立識(shí)別手機(jī)終端型號(hào)。

SNR是Serial Number的縮寫，是IMEISV結(jié)構(gòu)中間6位數(shù)字，序列號(hào)，表示生產(chǎn)的順序號(hào)。

SVN是Software Version Number的縮寫，是IMEISV結(jié)構(gòu)最后2位數(shù)字，代表軟件版本。

運(yùn)營商可以根據(jù)需求，在S1接口布放探針，如圖3所示：

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及信令探針布放位置

同時(shí)制定IMEISV上報(bào)策略，指定某個(gè)階段檢查手機(jī)的IMEI或者IMEISV，可以指定IMEISV的階段有：開機(jī)注冊網(wǎng)絡(luò)時(shí)、周期性位置更新時(shí)（TAU）、進(jìn)行接打電話、收發(fā)短信、上網(wǎng)等業(yè)務(wù)時(shí)。比如TAU執(zhí)行時(shí)，在安全模式請(qǐng)求命令security mode command中，攜帶IMEISV request信息，隨后，手機(jī)終端通過基站上報(bào)IMEISV信息，執(zhí)行security mode complete消息時(shí)攜帶IMEISV信息。如圖4所示。信令探針即可獲取該手機(jī)終端IMEISV，通過比對(duì)信令大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的終端能力信息，即可判斷該終端是否為5G終端。

圖4 IMEISV請(qǐng)求及響應(yīng)流程

在獲取到用戶的終端類型后，再利用信令大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的ECI字段進(jìn)行匯聚，獲取每個(gè)LTE小區(qū)下的終端類型分布及數(shù)量信息。如表1所示。

表1 5G終端分布信息表（樣表）

結(jié)合場景信息，可確定5G終端接入TOP場景，確定優(yōu)先級(jí)，開展針對(duì)性優(yōu)化。如圖5所示，針對(duì)Z市5G終端分布熱點(diǎn)區(qū)域地理化呈現(xiàn)，5G終端分布熱點(diǎn)區(qū)域前十大場景分別為住宅、學(xué)校、商業(yè)街區(qū)、政企單位、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、商務(wù)辦公區(qū)、交通樞紐、黨政機(jī)關(guān)、工業(yè)園區(qū)、賓館酒店。對(duì)5G基站規(guī)劃同樣具有參考價(jià)值。5G用戶分布熱點(diǎn)區(qū)域及場景如圖5所示。

圖5 5G用戶分布熱點(diǎn)區(qū)域及場景

3 基于高斯分布的天饋調(diào)整方案

基于高斯分布的天饋調(diào)整方案包含以下步驟。步驟一，從網(wǎng)管平臺(tái)提取原始MR數(shù)據(jù)。步驟二，利用MR專業(yè)解析平臺(tái)解析原始數(shù)據(jù)，解析后的數(shù)據(jù)為柵格級(jí)MR數(shù)據(jù)。步驟三，結(jié)合柵格主服務(wù)小區(qū)算法，獲得小區(qū)級(jí)MR數(shù)據(jù)。步驟四，計(jì)算小區(qū)內(nèi)MR柵格與基站位置的距離及方向角。步驟四，設(shè)定方向角步長，逐步計(jì)算每個(gè)方向角區(qū)間內(nèi)的MR柵格數(shù)量與占比。步驟五，數(shù)據(jù)符合高斯分布特點(diǎn)，取MR柵格數(shù)量占比最大的方向角區(qū)間為最佳方向角區(qū)間。最后，將最佳方向角區(qū)間的中位數(shù)記為該扇區(qū)的最佳方向角。

最佳方位角確定后，比對(duì)5G基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)庫以及4G基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)庫，對(duì)于基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)庫中方位角與最佳方位角不一致的基站扇區(qū)，開展天饋調(diào)整，并進(jìn)行道路拉網(wǎng)測試以及網(wǎng)管KPI指標(biāo)提取驗(yàn)證?；诟咚狗植嫉奶祓佌{(diào)整方案流程如圖6所示。

圖6 基于高斯分布的天饋調(diào)整方案流程

3.1 小區(qū)MR數(shù)據(jù)制作過程

LTE網(wǎng)管平臺(tái)數(shù)據(jù)庫提取MR原始數(shù)據(jù)后，通過MR解析平臺(tái)建立任務(wù)，完成解析。解析后的文件為柵格級(jí)MR數(shù)據(jù)，文件的關(guān)鍵字段包含柵格編號(hào)、基站小區(qū)名稱、小區(qū)MR采樣點(diǎn)數(shù)量，經(jīng)度、緯度等。

柵格MR數(shù)據(jù)包含了柵格內(nèi)的所采樣到的MR數(shù)量及對(duì)應(yīng)的不同小區(qū)。針對(duì)同一柵格，存在多個(gè)小區(qū)的MR采樣點(diǎn)，規(guī)定采樣點(diǎn)數(shù)最大所對(duì)應(yīng)的小區(qū)為該柵格主服務(wù)小區(qū)，如表2所示，該柵格中采樣了15個(gè)小區(qū)的MR，其中采樣點(diǎn)最大774，對(duì)應(yīng)小區(qū)ID為xxx49，且與其他小區(qū)的采樣點(diǎn)數(shù)量差別較大，則該小區(qū)為其柵格主服務(wù)小區(qū)。

表2 柵格內(nèi)服務(wù)小區(qū)樣例

確定柵格主服務(wù)小區(qū)后，反向處理，獲得小區(qū)下的MR柵格編號(hào)，批量操作后獲得小區(qū)級(jí)的MR數(shù)據(jù)。包含小區(qū)編號(hào)、柵格編號(hào)、采樣點(diǎn)數(shù)量 采樣點(diǎn)電平、經(jīng)度、緯度等。小區(qū)級(jí)MR數(shù)據(jù)地理化如圖7所示：

圖7 小區(qū)級(jí)MR數(shù)據(jù)地理化

3.2 基于高斯分布計(jì)算最佳方位角

基于高斯分布計(jì)算最佳方位角算法步驟包括：首先計(jì)算MR點(diǎn)至基站位置的距離和方位角，然后以基站小區(qū)為對(duì)象，從方向計(jì)算，引入水平波瓣寬度60°，則可計(jì)算該范圍內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)量，以10°步長，逐個(gè)統(tǒng)計(jì)0°-60°、10°-70°、20°-80°、30°-90°……等區(qū)間采樣點(diǎn)數(shù)量及占比，采樣點(diǎn)數(shù)量最大的區(qū)間為最優(yōu)區(qū)間，并確定區(qū)間中間值為最佳方位角。包含最優(yōu)方位角的小區(qū)MR數(shù)據(jù)服從高斯分布，如圖8所示：

圖8 MR采樣點(diǎn)高斯分布圖

4 實(shí)例驗(yàn)證

5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，主要存在以下優(yōu)化場景：

場景1：5G天線方位角與最佳方位角不一致，4G天線方位角與最佳方位角不一致。

場景2：5G天線方位角與最佳方位角一致，4G天線方位角與最佳方位角不一致。

場景3：5G天線方位角與最佳方位角不一致，4G天線方位角與最佳方位角一致。

針對(duì)場景1，4G和5G天線方位角均需調(diào)整至最佳方位角，針對(duì)場景2，僅需調(diào)整4G天線方向角，針對(duì)場景3，僅需調(diào)整5G方向角。

Z市5G用戶常駐區(qū)域TOP小區(qū)專項(xiàng)優(yōu)化過程中，遇到場景3，即5G天線方位角與最佳方位角不一致，4G天線方位角與最佳方位角一致?，F(xiàn)場環(huán)境如圖9所示：

圖9 5G天線方位角與最佳方位角不一致現(xiàn)場示意圖

利用小區(qū)級(jí)MR數(shù)據(jù)，基于高斯分布計(jì)算最佳方位角，該站址LTE基站第2扇區(qū)最佳方位角140°，與實(shí)際工參基本一致，但共站址的5G基站第2扇區(qū)方位角為100°，與MR數(shù)據(jù)顯示的用戶熱點(diǎn)分布區(qū)域的方向偏差較大。如圖10所示，同時(shí)，查詢5G網(wǎng)管后臺(tái)數(shù)據(jù)，第2扇區(qū)5G接入用戶數(shù)明顯偏少。

圖10 基站2扇區(qū)MR分布圖

隨后現(xiàn)場調(diào)整5G基站第2扇區(qū)方位角，由原100°調(diào)整至140°（最佳方位角），對(duì)用戶熱點(diǎn)分布區(qū)域進(jìn)行道路拉網(wǎng)驗(yàn)證，并提取5G基站第2扇區(qū)后臺(tái)指標(biāo)驗(yàn)證調(diào)整效果。

道路拉網(wǎng)數(shù)據(jù)地理化后如圖11所示。從圖11看出，覆蓋區(qū)域的電平值改善明顯，電平值[-80，-70]占比由50.73%提升至83.05%。

圖11 道路拉網(wǎng)數(shù)據(jù)地理化

道路拉網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 道路拉網(wǎng)數(shù)據(jù)指標(biāo)

5G基站天饋方向角調(diào)整后，提取5G基站第2扇區(qū)后臺(tái)指標(biāo)驗(yàn)證調(diào)整效果，網(wǎng)管指標(biāo)見表4所示，調(diào)整后該扇區(qū)下數(shù)據(jù)吞吐量明顯增加，上下行數(shù)據(jù)總吞吐量增加一倍，5G用戶數(shù)相較于調(diào)整前，同樣提升明顯，符合預(yù)期。

表4 5G基站方位角調(diào)整前后網(wǎng)管指標(biāo)

5 結(jié)論

隨著5G基站的快速入網(wǎng)以及5G用戶數(shù)量的持續(xù)增加，5G用戶業(yè)務(wù)感知將成為無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員的又一重大挑戰(zhàn)，而5G網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)及智能評(píng)估手段尚未完善，挖掘現(xiàn)有大數(shù)據(jù)平臺(tái)及海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)支撐5G發(fā)展是短期內(nèi)的有效手段?；谠摤F(xiàn)狀，本文提出了一種5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判及網(wǎng)絡(luò)支撐前置策略。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，該策略能夠基于現(xiàn)有信令大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)5G用戶常駐區(qū)域預(yù)判，并基于LTE網(wǎng)絡(luò)海量MR數(shù)據(jù)，開展基于5G用戶熱點(diǎn)分布區(qū)域的精準(zhǔn)優(yōu)化，有效提升用戶熱點(diǎn)分布區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量以及5G基站小區(qū)的業(yè)務(wù)量。該方法為5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期提供了新的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路。