以用戶為導向的5G無線基站維護與管理

吳 超

（湖北移動網(wǎng)優(yōu)中心，湖北 武漢 430023）

0 引言

5G技術(shù)的興起和應用不僅是一場通信行業(yè)的技術(shù)革命，同時也是一場國家之間的戰(zhàn)略競爭，因此從國家層面到各個地方都十分重視對5G技術(shù)的普及和應用。5G技術(shù)的部署不僅是各大運營商完成“國家信息化”建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是提升市場核心競爭力和推動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要措施。和4G無線通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擁有高速率、大容量、低延遲以及大連接等優(yōu)點，能夠做到在提升通信性能的同時夠降低建設(shè)和使用成本。作為5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一，5G基站是連接有線通信網(wǎng)絡(luò)和無線通信端的重要傳輸設(shè)備。因此，5G無線基站的架構(gòu)和形態(tài)將會直接影響5G網(wǎng)絡(luò)的整體部署情況。由5G技術(shù)標準可以得知，5G網(wǎng)絡(luò)頻段要遠遠高于4G網(wǎng)絡(luò)，而各大開發(fā)商所使用的5G網(wǎng)絡(luò)頻段則主要集中于2 600 MHz～5 000 MHz。由于5G網(wǎng)絡(luò)的頻段較高，因此5G網(wǎng)絡(luò)信號在傳輸過程中的衰減就越嚴重，為了解決這一問題，就需要建設(shè)密度更高的5G基站群，并同時確保5G基站運行情況的穩(wěn)定性。5G無線基站融合了多天線Massive MIMO、新型編碼LDPC/Poalr等先進的5G技術(shù)，具備超大帶寬、超低延時以及超大連接特性等優(yōu)點。但與此同時，5G+X模式的快速應用也使各個應用場景的業(yè)務對5G網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。因此切實維護5G網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量穩(wěn)定運行，強化5G基站的管理，提升5G基站的維護效率具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 5G無線基站維護面臨的挑戰(zhàn)

5G基站是為5G網(wǎng)絡(luò)提供無線信號覆蓋的一種重要基礎(chǔ)設(shè)施?，F(xiàn)階段，國內(nèi)5G通信網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率主要集中于2.6 GHz～4.9 GHz，比大部分的4G頻段要高出很多。而頻率越高，相對應的蜂窩基站的覆蓋半徑就會越小，其電磁波的衰減也會變得越大，進而導致了覆蓋同等面積區(qū)域所需要的5G基站數(shù)量要比4G基站數(shù)量多很多。此外，由于5G基站建設(shè)采用的是規(guī)?；奶炀€陣列技術(shù)，這種技術(shù)的功耗較大，因此5G基站的耗電量要遠遠高于4G基站，這無疑增加了5G系統(tǒng)的成本支出。要想實現(xiàn)5G無線通信技術(shù)的高穩(wěn)定性、可靠性和低延時等，就需要確保5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，而這就需要具備一個穩(wěn)定、可靠的5G基站。因此降低5G基站的故障率，提升對5G基站的維護效率，對5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

現(xiàn)階段的5G無線通信網(wǎng)絡(luò)主要包括獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)2種不同方式。其中，獨立組網(wǎng)是一種真正意義上的5G網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有業(yè)務性強的優(yōu)點，能夠根據(jù)客戶的使用需求進行定制，并能夠做到在運營過程中進行參數(shù)的調(diào)整。而非獨立組網(wǎng)是一種在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上接入的5G網(wǎng)絡(luò)，該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對運行商的資質(zhì)要求相對較低。

為了確保5G網(wǎng)絡(luò)運行的高可靠性、低延時性，還需要對5G網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)不斷進行服務化的架構(gòu)模式調(diào)整[1]。但由于現(xiàn)階段我國市場內(nèi)現(xiàn)有的5G核心網(wǎng)技術(shù)無法做到和5G信息之間的完全匹配，導致5G設(shè)備之間的統(tǒng)一管理存在一定的難度，設(shè)備出現(xiàn)故障時也就無法在第一時間找出產(chǎn)生故障的原因，進而導致邊界之間的模糊型規(guī)劃，對整個5G網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運行造成了威脅，因此提升5G基站的維護效率對保障整個5G網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運行都具有十分重要的意義。

2 用戶導向

傳統(tǒng)的5G無線基站維護方法在基站的分級管理、集中運營等方面積累了豐富的經(jīng)驗，并構(gòu)建起了成熟的基站維護體系，日常的基站巡檢、故障處理等方面的流程也越來越為完善。但隨著社會的不斷發(fā)展，以用戶為中心的運營商流量經(jīng)營方法一直處于不停變化中，因此在當今重視用戶使用體驗的大環(huán)境下，構(gòu)建起以用戶為導向的5G經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)是擺在各大運營商面前的當務之急。

通過對中國移動某市分公司2021年9月和10月份的5G基站流量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算可以得出全網(wǎng)40%的5G基站貢獻了該公司超過80%的業(yè)務收入，如圖1所示[2]。由此可知該市移動分公司80%的用戶長時間在40%的5G基站信號覆蓋范圍之內(nèi)使用5G網(wǎng)絡(luò)，用戶每天都在移動狀態(tài)下使用5G網(wǎng)絡(luò)，但其正常的工作和生活范圍卻仍處于這40%的5G基站通信信號覆蓋范圍之內(nèi)，即便是在節(jié)假日人流量較大期間，例如國慶節(jié)以及春節(jié)期間，40%的5G基站也貢獻了全網(wǎng)75%的流量業(yè)務。由此可以認為該市移動分公司80%的用戶會長時間停留在這40%的基站下來使用5G移動網(wǎng)絡(luò)。從整體上看，雖說這些用戶每天都處于移動狀態(tài)下，但該市的常駐人口的日常生活、工作的地點都處于這40%基站的覆蓋范圍之內(nèi)，對此可將這40%的5G基站定義為高價值基站，其是5G基站維護保養(yǎng)過程中需要重點關(guān)注的對象。

圖1 5G基站流量貢獻情況

3 以用戶為導向的5G無線基站維護效率提升策略

3.1 以用戶為導向的5G基站分級管理

無論是站在提升用戶使用滿意度的角度，還是站在5G網(wǎng)絡(luò)運營回報效益的角度，針對高價值5G基站進行更高效、級別更高的維護都具有重要意義。結(jié)合上文所做的分析，對基站流量貢獻程度根據(jù)一定的規(guī)則進行等級劃分，具體的等級劃分標準見表1?？梢钥闯?，40%的5G無線基站完成了80%的流量業(yè)務，而TOP10%的5G無線基站則完成了40%的流量業(yè)務。

結(jié)合表1對5G基站流量業(yè)務的等級劃分，提升高價值5G基站的維護等級以及維護效率能夠在最大程度上確保5G基站可以貢獻更多的運營收入，并提升用戶的使用滿意度[3]。因此，在5G無線基站的維護過程中應結(jié)合5G基站的建設(shè)規(guī)模和實際使用情況制定出5G基站的維護等級，并重點維護等級較高的5G基站，提升等級更高5G基站的維護和搶修效率。

表1 5G無線基站維護等級劃分

3.2 以用戶為導向的精細化運維

以用戶為導向的5G基站維護是對傳統(tǒng)基站維護方式的一種補充和優(yōu)化，是面向用戶，針對具有較高價值基站的一種精細化運行維護，其主要目的是提升5G基站的維護效率，進而提升用戶使用5G無線網(wǎng)絡(luò)的滿意程度。以用戶為導向的5G無線基站精細化運維如圖2所示。由圖2可以看出，5G基站的全專業(yè)化精細運維的主要目的是為了提升用戶的體驗感和通信公司的盈利能力，實現(xiàn)這一目標的主要途徑就是采取資源投放、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、提升傳輸響應速率以及強化電源保證等方式來構(gòu)建全專業(yè)支撐的運維體系，并本著以用戶為導向的維護理念，對具有較高價值的基站進行分級管理，以此來實現(xiàn)對5G網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸、動環(huán)以及優(yōu)化完善等方面的專業(yè)化、精細化運行維護。

圖2 5G無線基站的全專業(yè)精細化運維

結(jié)合對5G無線基站進行維護保養(yǎng)的經(jīng)驗可知，造成5G無線基站服務斷網(wǎng)的主要原因有5G基站電源故障以及信號傳輸故障2個類型。一般情況下，在市電中斷之后，5G基站自帶的蓄電池可以自動為基站進行供電，并維持其在一段時間內(nèi)不會受到斷電的影響。因此，對5G基站的蓄電池來講，應在對5G基站能耗情況進行充分計算以及對蓄電池續(xù)航能力有充分了解的基礎(chǔ)之上，對5G基站的電源資源進行科學、合理的投放和優(yōu)化，以便將有限的電源資源更精準、高效地投放到高價值基站中[4]。例如，通過對某市移動通信公司的5G基站蓄電池日常使用進行監(jiān)測可知，該公司的5G基站內(nèi)有將近一半的蓄電池續(xù)航時長是低于2 h的，而在這中TOP10%的高價值5G基站蓄電池續(xù)航時長低于2 h的占比也高達52%，這反映出該市移動公司的高價值5G無線基站的電源保障能力較薄弱，其中的高價值基站正是5G無線基站維護過程中需要重點關(guān)注的對象，只有有針對性地進行5G基站維護保養(yǎng)，才能切實提升維護保養(yǎng)效率。

3.3 優(yōu)化以用戶為導向的業(yè)務完好性指標

通常來講，對5G基站業(yè)務完好性的統(tǒng)計是利用基站小區(qū)的完好率（以天為單位）進行計算的，如公式（1）所示。

該方法雖具有統(tǒng)計方便快捷的優(yōu)點，但也存在在用戶以及業(yè)務層面無法全面體現(xiàn)出5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋小區(qū)整體業(yè)務情況的問題，因此該文站在用戶的角度，以5G無線基站為單位，對上述方法進行了優(yōu)化和完善，具體計算如公式（2）所示。

式中：影響業(yè)務量為全網(wǎng)在一天之內(nèi)退服的5G基站所影響的5G總流量，影響的5G總流量數(shù)據(jù)通過對最近一周的5G每日平均流量計算得出；實際業(yè)務量為全網(wǎng)在一天之內(nèi)所吸納的5G流量；業(yè)務完好性為估算指標。

利用該公式計算得出的指標可以真實映出5G基站業(yè)務的完好情況，通過對5G基站業(yè)務完好的管控，可以在最大程度上降低5G基站運行中出現(xiàn)故障的概率，進而提升5G基站的維護效率。

3.4 以用戶為導向的5G基站網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在5G基站的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面，也應該將更多的精力放在關(guān)注高價值基站的網(wǎng)絡(luò)負荷方面，對具有高頻次、超負荷運載的高價值基站及時進行容量擴充，以便降低其出現(xiàn)故障的概率，提升維護保養(yǎng)的效率，并同時提升用戶的使用滿意度[5]。在對5G無線基站進行網(wǎng)絡(luò)運維的集中管理過程中，運營公司應做到在5G基站的告警傳報以及分級管理方面構(gòu)建起完善的自動化管理平臺，以此為基礎(chǔ)對5G無線基站，尤其是高價值基站進行能耗、負載、蓄電池續(xù)航能力以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴臄?shù)據(jù)分析和監(jiān)控，進而做到對5G基站的專業(yè)化、精細化管理，為5G無線基站的維護提供數(shù)據(jù)方面的支撐，切實提升5G無線基站的維護效率。

4 5G無線基站維護案例

4.1 問題描述

在已經(jīng)開通5GNSA站點的情況下，技術(shù)人員對某5G網(wǎng)絡(luò)營業(yè)廳進行測試時發(fā)現(xiàn)，用戶使用5G網(wǎng)絡(luò)的下載速率只有900Mbit/s，距離運營商所宣稱的1200 Mbit/s有較大差距[6]。該站點為新開室分站點，周圍無任何干擾，測試點的無線環(huán)境測量如下。頻點：3450；帶寬：100M；測試點環(huán)境：RSRP為-82dBm、SINR為32dB、CQI為15。在該測試點分別進行了內(nèi)、外網(wǎng)FTP下載、灌包業(yè)務，上行基本沒有問題，可達到180 Mbit/s左右，下載基本都在900Mbit/s左右，且比較穩(wěn)定，后更換了測試終端，測試結(jié)果一致。測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 營業(yè)廳測試結(jié)果

在對相關(guān)流程和參數(shù)進行分析之后，技術(shù)人員對L1800/L2100、CA和5G這3種組合的分流方式進行了研究，采用最佳方案來提升用戶感知速率。

4.2 分析過程

首先，MasterCellGroup，主小區(qū)組，是NSADC終端在LTE側(cè)配置的LTE小區(qū)組。其次，SecondaryCellGroup，輔小區(qū)組，是NSADC終端在NR側(cè)配置的NR小區(qū)組。再次，Option3架構(gòu)中，數(shù)據(jù)分流錨點在enodeb，用戶面數(shù)據(jù)通過eNodeB分流，一部分到gNodeB上承載，其余繼續(xù)在eNodeB上承載，即MCGSplitBearer。Option3x架構(gòu)中，數(shù)據(jù)分流錨點在gNodeB。支持用戶面數(shù)據(jù)通過gNodeB分流，一部分到eNodeB上承載，其余繼續(xù)在gNodeB上承載，即SCGSplitBearer。

4.3 故障排查

首先，在測試過程中先后采用了內(nèi)、外網(wǎng)FTP和灌包等業(yè)務，測試結(jié)果均一致，由此可以排除服務器問題，再加上采用其他測試結(jié)果也正常，足以說明整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬是完全正常的。其次，在測試時分別使用了不同終端，測試結(jié)果顯示一致，因此也可以排除終端出現(xiàn)問題。最后，在排除了服務器及終端問題后，進行了SPA灌包測試，測試結(jié)果如下：使用SPA灌包后層1流量可接近1 420 Mbit/s，但高層流量依然是850 Mbit/s；關(guān)閉SPA灌包后層1流量恢復到850 Mbit/s，這說明實際上空口質(zhì)量是支持大流量業(yè)務的，問題就出在業(yè)務包數(shù)上。而分別進行的內(nèi)、外網(wǎng)和灌包等業(yè)務又排除了服務器問題，所以最終需要檢查接收端即測試筆記本是否存在問題[7]。在更換筆記本之后發(fā)現(xiàn)問題解決。由此可以看出，在更換測試筆記本之后，下行FTP業(yè)務速率177.29 MB/s，折合1 418 Mbit/s。查看CPE側(cè)log，PHY和PDCP層速率也接近1 420 Mbit/s，基本達到峰值。

綜上所述，對5G基站的運行速率問題進行處理時，在系統(tǒng)的信令、告警以及相關(guān)參數(shù)配置未出現(xiàn)錯誤的情況下，優(yōu)先考慮采用替換的方法來對數(shù)據(jù)進行反復測試，這主要是因為5GNR是一個時刻處于高速傳輸狀態(tài)下的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中無論是哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，都會對最終的測試結(jié)果產(chǎn)生直接影響[8]。在此過程中還應注意5G運行速率測試對所使用計算機有較高要求，因此在實際故障檢測過程中，可先對計算機的性能進行驗證，以保證其能夠滿足使用要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在當今5G技術(shù)快速發(fā)展和應用的大環(huán)境下，5G基站的運行質(zhì)量成為確保5G網(wǎng)絡(luò)高穩(wěn)定性、低延時性運行的一個重要因素。該文針對5G無線基站的維護，站在用戶的角度，提出了高價值基站的理念，通過對5G基站的分級管理和精細化運行維護提升5G基站的維護效率，以便能在最大程度上提升用戶的使用體驗，助推我國5G網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展。