基于MR大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的無(wú)源分布系統(tǒng)隱性故障分析方法研究

陸 璐 錢國(guó)寶 吳兆俊

1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司鹽城分公司；2.杭州東信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司

0 引言

為了更好地實(shí)現(xiàn)資源復(fù)用，避免投資浪費(fèi)，現(xiàn)網(wǎng)5G（5th Generation，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)）室分部署方案大部分在存量4G（4th Generation，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)）室分無(wú)源分布系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入地改造與升級(jí)，并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)量進(jìn)行分類方案部署。5G室分部署方案主要包含三類：第一類是基于4G室分的雙路改造方案；第二類是新建5G傳統(tǒng)室分系統(tǒng)方案；第三類是新型室分部署方案。這三類方案的投資成本呈現(xiàn)逐級(jí)成倍上升，就投資成本而言，基于4G室分的雙路改造方案相對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改動(dòng)最小，造價(jià)最經(jīng)濟(jì)，且適用于政府、企事業(yè)單位等VIP（Very Important Person，貴賓）場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求，因而第一類方案在現(xiàn)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著5G傳統(tǒng)室分的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，第一類方案在現(xiàn)網(wǎng)中的占比也逐漸擴(kuò)大，達(dá)到了90%以上。隨之而來(lái)的新建5G室分信號(hào)輸出異常等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，為了避免因存量4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問(wèn)題而影響新建5G信號(hào)覆蓋，對(duì)無(wú)源分布系統(tǒng)性能的跟蹤與監(jiān)控十分必要，只有這樣才能及時(shí)有效地解決無(wú)源分布系統(tǒng)中存在的隱患。本文針對(duì)頻段差異、系統(tǒng)差異進(jìn)行了深入研究分析，提出了一種基于MR（Measurement Report，測(cè)量報(bào)告）大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的無(wú)源分布系統(tǒng)隱性故障分析方法。該方法有助于對(duì)傳統(tǒng)室分無(wú)源分布系統(tǒng)隱性問(wèn)題的識(shí)別與定位，降低隱性故障造成的用戶滿意度下降風(fēng)險(xiǎn)，支撐用戶滿意度目標(biāo)的提升。

1 數(shù)據(jù)源

本文所用數(shù)據(jù)源來(lái)自O(shè)MC（Operation and Maintenance Center，操作維護(hù)中心），圖1為數(shù)據(jù)收集的整體流程圖。這些數(shù)據(jù)由運(yùn)營(yíng)商提供，數(shù)據(jù)共包含10000多個(gè)5G小區(qū)。

圖1 數(shù)據(jù)收集的整體流程圖

如圖1所示，MRO（Measurement Report Original，測(cè)量報(bào)告原件）從OMC中收集，提供諸如TA（Timing Adavance，時(shí)間提前量）、RSRP（Reference Signal Received Power，參考信號(hào)接收功率）、SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信號(hào)與干擾加噪聲比）等UE（User Equipment，用戶設(shè)備）側(cè)測(cè)量上報(bào)的信息。該數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，UE每5秒上報(bào)一條數(shù)據(jù)記錄，所采集的數(shù)據(jù)量與用戶規(guī)模關(guān)系密切，每一條都可實(shí)際反映出用戶的真實(shí)電磁環(huán)境。某運(yùn)營(yíng)商YC市現(xiàn)有5G用戶約90萬(wàn)，MR數(shù)據(jù)每小時(shí)預(yù)計(jì)32.4億條，平均每天約777.6億條。

配置數(shù)據(jù)同樣從OMC中收集，提供諸如4G小區(qū)的頻點(diǎn)、帶寬、參考信號(hào)功率、發(fā)射通道數(shù)、PB（4G的一個(gè)固定參數(shù)，指有PBCH信道的符號(hào)功率相對(duì)于無(wú)PBCH信道的符號(hào)功率偏置，該參數(shù)值越大其覆蓋能力越好）等參數(shù)信息；5G小區(qū)的頻點(diǎn)、帶寬、子載波間隔、發(fā)射通道數(shù)、最大發(fā)射功率等參數(shù)信息。該數(shù)據(jù)為小區(qū)的配置數(shù)據(jù)，每個(gè)小區(qū)有一個(gè)參數(shù)集合。某運(yùn)營(yíng)商YC市現(xiàn)有4G小區(qū)配置數(shù)據(jù)4萬(wàn)多條、5G小區(qū)配置數(shù)據(jù)1萬(wàn)多條，合計(jì)數(shù)據(jù)量約5萬(wàn)多條。

2 基本原理

本文提出的基于MR大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的無(wú)源分布系統(tǒng)隱性故障分析方法，其基本原理是電磁波在自由空間中的傳播損耗。該方法的基本假設(shè)是在同一個(gè)傳輸系統(tǒng)這一基本框架中，不同頻率的電磁波傳播損耗差異只與頻率有關(guān)，因此能夠僅通過(guò)對(duì)比不同頻率下的損耗差異定位系統(tǒng)的隱性故障。

電磁波在穿透任何介質(zhì)的時(shí)候都會(huì)有損耗，而自由空間損耗則描述了電磁波在空氣中傳播時(shí)的能量損耗。自由空間損耗L，如公式1：

其中，L為路損，F(xiàn)為頻率，D為距離。

為了描述兩個(gè)頻率的路損差異，設(shè)頻率1為f1、頻率2為f2，則f1和f2的路損差為，如公式2：

在4G網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)際路損為小區(qū)實(shí)際配置的參考信號(hào)功率和UE測(cè)量的平均RSRP功率之差，同時(shí)考慮發(fā)射通道數(shù)、子載波數(shù)等的限制。如公式3：

其中，RSpower4g為參考信號(hào)功率，Txnum為發(fā)射通道數(shù)，UE RSRP為用戶終端測(cè)量到的參考信號(hào)接收功率，L4g為4G路損。

在5G網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)際路損為該參考信號(hào)基準(zhǔn)功率和UE測(cè)量的平均RSRP功率之差，同時(shí)需要考慮發(fā)射通道數(shù)、子載波數(shù)等的限制。與4G不同的是，5G小區(qū)配置的最大發(fā)射功率需轉(zhuǎn)換后，獲得參考信號(hào)基準(zhǔn)功率。如公式4：

其中，MaxTransmitPower為最大發(fā)射功率，RB為無(wú)線資源塊數(shù)，Txnum為發(fā)射通道數(shù)，UE RSRP為用戶終端測(cè)量到的參考信號(hào)接收功率，L5g為5G路損。

如圖2所示，描述4/5G小區(qū)的無(wú)源分布系統(tǒng)組成，以及可能信號(hào)輸入、輸出的參考點(diǎn)。

圖2 射頻信號(hào)傳播損耗示意圖

無(wú)源分布系統(tǒng)由合路器、饋線、耦合器、功分器、天線構(gòu)成，相對(duì)于宏站天面組成更為復(fù)雜，可能的故障點(diǎn)也相對(duì)較多，故障幾率更大。表1針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的4/5G共覆蓋情況做了詳細(xì)的路損計(jì)算，即4/5G小區(qū)間的自由空間損耗的總差異應(yīng)保持在總計(jì)路損范圍內(nèi)。

表1 4/5G各頻段間路損差異表

序號(hào) 網(wǎng)絡(luò) 頻段 中心頻率GHz頻率差異dB發(fā)射通道數(shù)發(fā)射差異dB接收通道數(shù)接收差異dB差異余量dB總計(jì)路損dB 2 4G B40 2.33 0.83 1 3 2 3 3 9.83 5G n41 2.565 2 4 3 4G B40 2.33 6.37 2 0 2 3 3 12.37 5G n49 4.85 2 4 4 4G B40 2.33 6.37 1 3 2 3 3 15.37 5G n49 4.85 2 4

如表1所示，序號(hào)1為現(xiàn)網(wǎng)常規(guī)配置，為B40+n41組合（均為2Tx模式），總計(jì)損耗差異約6.83dB，即理論允許路損差異為6.83dB。其余組合為非常規(guī)配置。

3 方案設(shè)計(jì)

參考基本原理，利用Python語(yǔ)言快速開發(fā)能力，開發(fā)數(shù)據(jù)挖掘與分析程序。程序流程。如圖3所示，該隱患識(shí)別流程首先完成4/5G共覆蓋小區(qū)對(duì)的路損計(jì)算，然后根據(jù)樣本點(diǎn)數(shù)、4/5G路損差和4/5G路損進(jìn)行判斷分析，可以識(shí)別出分布式系統(tǒng)存在的頻率選擇性衰落、損耗過(guò)大的問(wèn)題。最后根據(jù)分析的原因給出排查思路，并對(duì)分布式系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估，判斷問(wèn)題是否得到解決。詳細(xì)步驟如下：

圖3 4/5G共分布系統(tǒng)隱性故障識(shí)別流程圖

（1）MR數(shù)據(jù)挖掘

通過(guò)編寫Python程序，首先完成MR原始數(shù)據(jù)的自動(dòng)下載，解析獲取格式化數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的清洗，得到MR解析后數(shù)據(jù)。然后結(jié)合工參數(shù)據(jù)，完成4/5G共覆蓋關(guān)系數(shù)據(jù)的挖掘，由此得到共覆蓋小區(qū)的平均覆蓋電平強(qiáng)度，為路損計(jì)算提供數(shù)據(jù)參考。

圖4是對(duì)MR解析后數(shù)據(jù)和工參數(shù)據(jù)的協(xié)同數(shù)據(jù)挖掘流程的詳細(xì)描述。其中，MR解析后數(shù)據(jù)是由FTP（File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議）平臺(tái)的MR原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)解析、清洗后獲得；工參數(shù)據(jù)是從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護(hù)中記錄的數(shù)據(jù)表中獲得；最后輸出數(shù)據(jù)為共覆蓋數(shù)據(jù)和電平差異數(shù)據(jù)兩項(xiàng)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。

圖4 MR數(shù)據(jù)挖掘流程圖

（2）MML配置分析

從OMC獲取MML查詢數(shù)據(jù)，并利用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而獲取4/5G小區(qū)的參考信號(hào)功率，為路損計(jì)算提供數(shù)據(jù)參考。

從OMC中提取的4G原始數(shù)據(jù)表有CELLOP、CNOPERATORTA、CELL、CELLPHYTOPO、ENODEBFUNCTION、存量數(shù)據(jù)表。經(jīng)過(guò)4G MML數(shù)據(jù)解析，得到小區(qū)eCGI、eARFCN、PCI、關(guān)聯(lián)RRU、小區(qū)發(fā)射功率等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

從OMC中提取的5G原始數(shù)據(jù)表有NRDUCELL、GNBTRACKINGAREA、NRCELL、NRDUCELLANTENNA、GNODEBFUNCTION、存量數(shù)據(jù)表。經(jīng)過(guò)5G MML數(shù)據(jù)解析，得到小區(qū)nCGI、nARFCN、PCI、關(guān)聯(lián)RRU、小區(qū)發(fā)射功率等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

（3）隱患識(shí)別

隱患識(shí)別參照基本原理設(shè)計(jì)，根據(jù)4/5G共覆蓋數(shù)據(jù)、MR挖掘數(shù)據(jù)、MML解析數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析處理，從而識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)隱性故障。

如圖5所示，4G路損為4G RRU輸出功率與4G UE測(cè)量電平值的差值；5G路損為5G RRU輸出功率與5G UE測(cè)量電平值的差值。當(dāng)4G路損和5G路損差值超過(guò)門限值時(shí)（參見表1），識(shí)別為分布系統(tǒng)頻率選擇性衰落——造成這種衰落的原因主要為器件老化、超過(guò)器件頻率范圍使用。當(dāng)4G路損和5G路損都大于門限值時(shí)（MAPL=112.24dB[3], Maximum Allowed Path Loss，最大允許路損），識(shí)別為分布系統(tǒng)衰減過(guò)大——造成這種衰落的原因主要為器件老化、接口松動(dòng)、饋線破損、接口進(jìn)水等。

圖5 隱患識(shí)別圖

4 方案驗(yàn)證

（1）鴻基玄武飯店傳統(tǒng)室分4/5G路損差異大

根據(jù)采集到的真實(shí)MR數(shù)據(jù)和網(wǎng)管配置數(shù)據(jù)，計(jì)算得到如下信息：

如表2所示，4/5G的路損差異較大，達(dá)到17.51dB，疑似存在頻率選擇性衰落問(wèn)題。

表2 路損差異數(shù)據(jù)表

經(jīng)核實(shí)，4G小區(qū)為RRU3161-fae、5G小區(qū)為RRU5150-d，均采用錯(cuò)層覆蓋、2Tx配置方式。頻率損耗差異，E、D差異20*log10(2.575/2.33)≈0.9dB；發(fā)射增益，均為雙通道，4/5G差異為0dB；接收增益，4G為2Rx、5G為4Rx，4/5G接收損耗差異為3dB；器件、接頭等物理特性匹配方面，允許損耗差異3dB（預(yù)估），總計(jì)分布系統(tǒng)允許損耗差異應(yīng)不超過(guò)0.9+3+3=6.9dB。

現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)鹽城-亭湖-鴻基玄武飯店傳統(tǒng)室分-H5M-2661小區(qū)僅覆蓋3、4層客房部，其內(nèi)部客流量較少。5G信號(hào)相對(duì)4G信號(hào)強(qiáng)10dB左右，未發(fā)現(xiàn)信號(hào)差異更大的區(qū)域位置，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況如下：

如圖6所示，5G SS_RSRP = -71dBm、4G CRS_RSRP = -88dBm，現(xiàn)場(chǎng)損耗差異17dB。MR路損差異17.51dB，分布系統(tǒng)允許損耗的6.9dB，超額路損10.61dB，方案判定結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)損耗差異（10dB）基本一致。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試截圖

（2）八佰伴傳統(tǒng)室分4/5G覆蓋能力偏弱

根據(jù)采集到的真實(shí)MR數(shù)據(jù)和網(wǎng)管配置數(shù)據(jù)，計(jì)算得到如下信息：

如表3所示，4/5G的路損差異4.39dB，狀態(tài)良好，但總路損在110dB左右，疑似存在末端弱覆蓋問(wèn)題。

表3 路損差異數(shù)據(jù)表

經(jīng)核實(shí)，4/5G小區(qū)共RRU，均為RRU5152-fad，采用錯(cuò)層覆蓋、2Tx配置方式。頻率損耗差異，均為D頻段，差異0dB；發(fā)射增益，均為雙通道，4/5G差異為0dB；接收增益，4G為2Rx、5G為4Rx，4/5G接收損耗差異為3dB；器件、接頭等物理特性匹配方面，允許損耗差異3dB（預(yù)估），總計(jì)分布系統(tǒng)允許損耗差異應(yīng)不超過(guò)0+0+3=3dB。

現(xiàn)場(chǎng)鹽城-亭湖-先鋒島八佰伴-H5M-H5M-2661小區(qū)僅覆蓋2、3層?xùn)|部區(qū)域，其內(nèi)部客流量較小，4/5G覆蓋信號(hào)偏弱（均在室分弱覆蓋門限附近），中庭、衛(wèi)生間附近存在信號(hào)弱覆蓋情況。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況如圖7所示，5G SS_RSRP = -98dBm、4G CRS_RSRP = -99dBm，現(xiàn)場(chǎng)損耗差異1dB，小于預(yù)估損耗的3dB，邊緣覆蓋能力弱，現(xiàn)場(chǎng)情況和方案判定結(jié)果基本一致。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試截圖

（3）小結(jié)

通過(guò)上述方案驗(yàn)證，該方法的結(jié)果和實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果一致，可以識(shí)別出無(wú)源分布系統(tǒng)的頻率選擇性衰落、覆蓋弱的隱性故障。對(duì)于室內(nèi)信號(hào)覆蓋能力具有檢測(cè)、監(jiān)視和預(yù)測(cè)能力，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的一種基于MR大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的無(wú)源分布系統(tǒng)隱性故障分析方法，通過(guò)分析制式間的無(wú)源分布系統(tǒng)中的路損大小和差異，可以有效發(fā)現(xiàn)4/5G共室分場(chǎng)景中的隱性故障。對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)能力、服務(wù)質(zhì)量具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，對(duì)高價(jià)值場(chǎng)景的用戶滿意度下降具有一定的預(yù)防性。