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摘要

电信技术业务移动化、宽带化和IP化的趋势日益明显，移动通信技术处于网络技术演进的关键时期，也就在此时，LTE（LongTermEvolution，长期演进）应运而生。

LTE作为下一代移动通信的统一标准，具有高频谱效率、高峰值速率、高移动性和网络架构扁平化等多种优势。

LTE作为3GPP组织的重要阶段性研究成果，华为在LTE商用化过程中起到了非常关键的作用，华为作为NGMN的发起人，积极参与NGMN的一些关键项目的研究，比如网络自优化、系统架构和网络性能评估等。

本文主要介绍了当前LTE网络覆盖优化中遇到的问题，以及我在青岛LTE项目组的遇到的实际问题，并进行了分析解决，同时我详细论述了LTE网络优化流程。

关键词：

LTE、网络优化、4G、路测覆盖

ABSTRACT

Telecommunicationstechnologybusinessmobility、BroadbandandIPtrendisincreasinglyevident，Mobilecommunicationtechnologyisacriticalperiodoftheevolutionofnetworktechnology，Itwasatthistime，LTE（LongTermEvolution,LongTermEvolution）cameintobeing。

LTEasthenextgenerationofmobilecommunicationsuniformstandards,withhighspectralefficiency,highpeakrate,highmobilityandaflatnetworkarchitectureandotheradvantages.

LTE3GPPasanimportantinitialresearchorganization,HuaweiLTEcommercializationprocessplaysinaverycrucialroleinHuaweiasapromoterofNGMN,NGMNactivelyinvolvedinsomeofthekeyresearchprojects,suchasnetworkself-optimization,systemarchitectureandnetworkperformanceassessment.

ThispaperdescribesthecurrentLTEnetworkcoverageoptimizationproblemsencountered,aswellasmypracticalproblemsencounteredinQingdaoLTEprojectteamandanalyzedtosolve,andIdiscussedindetailtheLTEnetworkoptimizationprocesses.

KEYWORDS:

LTE,networkoptimization,4G,roadtest

绪论

1.1选题背景：

随着移动通信技术的飞速发展和用户对无线业务需求的不断增长变化，支持更高的数据传输速率、提供更多类型的业务和更高的系统稳定性已经成为移动通信系统的发展方向。

LSTI即3gppLTE/SAE试验联盟，英文全称LongTermEvolution/SystemArchitectureEvolutionTrialInitiative。

LSTI联盟是当前LTE业界最重要的组织，由几家电信设备大厂及电信营运商在2007年5月份成立，创始成员包括阿尔卡特朗讯、爱立信、法国电信/Orange、诺基亚、诺基亚西门子通信、北电、T-Mobile及Vodafone，几乎都是泛欧系的厂商。

LTE/SAE试验联盟致力于验证LTE的能力，推动其达到所需的性能，从而在移动设备上提供真正的宽带体验。

验证分三个主要阶段：

概念验证、互通性验证和测试。

2010年前该联盟将不断发布对所取得成果的联合测试结果和报告，计划在2010年开始部署初步的LTE系统。

所谓网络优化，一是要对网络运行中存在的诸如覆盖不好、话音质量差、掉话、网络拥塞、切换成功率低和数据业务性能不佳等质量问题予以解决，使网络达到最佳运行状态；二是要通过优化资源配置，对整个网络资源进行合理调配和运用，以适应需求和发展的情况最大发挥设备潜能，从而获得最大的投资效益。

1.2研究目标：

本文主要基于青岛联通LTE建网初期的无线网络优化，从堪站到路测覆盖优化，通过对PING时延、CSFB、下载、上传等参数的采集，进行后台分析，发现站点存在的问题，采取相应的措施进行优化。

1.3研究内容：

本文比较详细地阐述了LTE网络的系统基本原理组成，LTE中使用的先进技术，简单的介绍了在网络优化工作中使用的华为公司提供的专业软件；继而从工程角度出发阐述了怎么在建网初期对一个4G网络（LTE）进行预商用网络优化，以及在LTE网络优化过程中存在的主要问题和性能分析，及解决方案。

第二章LTE原理简介

2.1LTE系统概况

2．1.1概述

移动通信系统的演进路线：

从图中可以看出LTE是作为3.9G存在，是界于3G和4G之间的演进型网络。

LTE设计目标：

1、保持3GPP在移动通讯领域的技术及标准优势

2、填补第三代移动通讯系统与第四代移动通讯系统之间存在的巨大技术差距

3、希望使用已分配给第三代移动通信系统的频谱，保持无线频谱资源的优势

4、解决第三代移动通讯系统存在的专利过分集中的问题

2.2LTE存在两种标准：

频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。

在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz的载波，在TDD模式下只使用一个5MH载波，这个载波在上下行链路之间分时共享。

TDD模式在很大程度上是基于FDD模式的概念和思想的，加入它是为了弥补WCDMA系统的不足，也是为了能够使用ITU为IMT-2000分配的那些不成对频谱。

LTE具体在性能指标上的实现目标是：

峰值速率：

下行峰值100Mbps，上行峰值50Mbps

时延：

控制面空闲状态（IDLE）—〉活跃状态（ACTIVE）:

<100ms

用户面单向传输:

<5ms

移动性：

350km/h（在某些频段甚至支持500km/h）

频谱灵活性：

带宽从1.4MHz~20MHz（1.4、3、5、10、15、20），支持全球2G/3G主流频段，同时支持一些新增频段

2.3LTE关键技术：

高阶调制、AMC、HARQ

2.3.1高阶调制对吞吐量的改善：

PA3Channel（64QAMvs16QAM）：

小区边缘:

0%增益；小区中心:

0%~10%增益；靠近基站:

30%~50%增益。

PB3Channel（64QAMvs16QAM）：

小区边缘:

0%增益；小区中心:

0%增益；靠近基站:

10%~20%增益

PA3或PB3是协议设计的某种信道环境。

PA是：

Pedestrian（步行）A；PB是PedestrianB；3指UE移动速度3km/h。

PB3比PA3时延更长，干扰更大。

2.3.2自适应调制和编码（AMC）

信道质量的信息反馈，即ChannelQualityIndicator（CQI）

UE测量信道质量，并报告（每1ms或者是更长的周期）给eNodeB（演进型NodeB）

eNodeB基于CQI来选择调制方式，数据块的大小和数据速率

2.3.3HARQ:

HARQ模型1

HARQ有两种运行方式：

⑴跟踪（Chase）或软合并（SoftCombining）方式－即数据在重传时，与初次发射时的数据相同；

⑵递增冗余（IncrementalRedundancy）方式－即重传时的数据与发射的数据有所不同。

后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端需要更大的内存。

终端的缺省内存容量是根据终端所能支持的最大数据速率和软合并方式设计的，因而在最大数据速率时，只可能使用软合并方式。

而在使用较低的数据速率传输数据时，两种方式都可以使用。

2.4LTE/SAE网络总体架构

网络架构更趋扁平化和简单化；减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延；减小网络部署和维护成本

2.4.1SAE基本网元：

MME：

移动性管理、会话管理、用户鉴权和密钥管理、NAS层信令的加密和完整性保护、TALIST管理、P-GW、S-GW选择

S-GW：

分组路由和转发功能、IP头压缩、IDLE状态终结点、下行数据缓存、E-nodeB间切换的锚点、基于用户和承载的计费、路由优化和用户漫游时QoS和计费策略的实现功能

P-GW:

分组路由和转发、3GPP和非3GPP间的ANCHOR功能、UEIP地址分配，接入外部PDN的网关功能

2.4.2LTE多址方式：

LTE的多址方式

下行多址OFDM:

OFDM技术优势：

频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频域调度和自适应、实现MIMO技术较为简单

OFDM技术存在的不足：

峰均比高、对频率偏移特别敏感、多小区多址和干扰抑制

MIMO技术：

广义定义：

多进多出（Multiple-InputMultiple-Output）

多个输入和多个输出既可以来自于多个数据流，也可以来自于一个数据流的多个版本。

按照这个定义，各种多天线技术都可以算作MIMO技术

狭义定义：

多流MIMO——提高峰值速率

多个信号流在空中并行传输

按照这个定义，只有空间复用和空分多址可以算作MIM

从MIMO的效果分类：

传输分集（TransmitDiversity）

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，发射或接收一个数据流，避免单个信道衰落对整个链路的影响。

波束赋形（Beamforming）

利用较小间距的天线阵元之间的相关性，通过阵元发射的波之间形成干涉，集中能量于某个（或某些）特定方向上，形成波束，从而实现更大的覆盖和干扰抑制效果。

空间复用（SpatialMultiplexing）

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向一个终端/基站并行发射多个数据流，以提高链路容量（峰值速率）。

空分多址（SDMA）

利用较大间距的天线阵元之间或赋形波束之间的不相关性，向多个终端并向发射数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。

SON（自组织网络）

优势：

实现快速组网，缩短网络规划时间，简化网络维护和调整，降低对维护人员技术要求

自配置：

ANR（自动邻区规划）、MRO（切换自优化）

ANR-自动邻区规划

通过UE的测量报告自动的配置邻区，当网络拓扑发生变化时，邻区列表也会动态的调整

MRO-切换优化

功能：

通过不同切换情况的识别，并进行统计，根据异常切换统计结果对切换参数进行优化，改善网络性能

常见的异常切换如下：

乒乓切换、切换过早、切换过晚

2.4.3LTE物理层介绍：

信道带宽：

支持的信道带宽（ChannelBandwidth）：

1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHz

LTE系统上下行的信道带宽可以不同，下行信道带宽大小通过主广播信息（MIB）进行广播，上行信道带宽大小通过系统信息（SIB）进行广播

帧结构：

FDD帧结构---帧结构类型1，适用于FDD与H-FDD，一个长度为10ms的无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；每个子帧由两个长度为0.5ms的时隙构成。

TDD帧结构---帧结构类型2，适用于TDD

一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成，每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成

常规子帧：

由两个长度为0.5ms的时隙构成

特殊子帧：

由DwPTS、GP以及UpPTS构成，支持5ms和10msDLUL切换点周期

物理资源概念

一个PRB在时域上包含7（6）个连续的OFDM符号，在频域上包含12个连续的子载波。

RE：

1个符号X1个子载波，PRB的大小和下行数据的最小载荷相匹配。

PRB的时域大小为一个时隙，即0.5ms

2.4.4物理资源概念

资源单元组（REG）：

控制区域中RE集合，用于映射下行控制信道，每个REG中包含4个数据RE

控制信道单元（CCE）：

36RE，9REG组成

2.4.4.1下行物理信道：

下行物理信道功能概述

物理下行控制信道（PDCCH）：

用于指示PDSCH相关的传输格式，资源分配，HARQ信息等

物理下行共享信道（PDSCH）:

传输数据块

物理广播信道（PBCH）:

传递UE接入系统所必需的系统信息，如带宽，天线数目等

物理控制格式指示信道（PCFICH）:

一个子帧中用于PDCCH的OFDM符号数目

物理HARQ指示信道（PHICH）:

用于NodB向UE反馈和PUSCH相关的ACK/NACK信息

物理多播信道（PMCH）:

传递MBMS相关的数据

2.4.5移动性管理

跟踪区（TrackingArea）是LTE/SAE系统为UE的位置管理新设立的概念。

多个TA组成一个TA列表，同时分配给一个UE，UE在该TA列表内移动时不需要执行TA更新。

当UE进入不在其所注册的TA列表中的新TA区域时，需要执行TA更新，MME给UE重新分配一组TA，新分配的TA也可包含原有TA列表中的一些TA。

每个小区只属于一个TA.

UE的RRC状态及迁移

2.4.6LTE测量

RSRP:

参考信号接收功率（对应TD-SCDMA/WCDMA的RSCP）,每个RB上RS的接收功率,提供了小区RS信号强度度量,根据RSRP对LTE候选小区排序，作为切换和小区重选的输入

RSSI:

载波接收信号强度指示,UE对所有信号来源观测到的总接收带宽功率

RSRQ:

参考信号接收质量（对应WCDMA的Ec/No）,RSRQ=N*RSRP/RSSI，N为RSSI测量带宽的RB个数,反映了小区RS信号的质量,当仅根据RSRP不能提供足够的信息来执行可靠的移动性管理时，根据RSRQ对LTE候选小区排序，作为切换和小区重选的输入

移动性管理

移动性包括空闲状态下的移动性和连接状态下的移动性。

1、小区选择、重选属于空闲状态下的移动性。

基本沿用UMTS系统的原则，仅修改了测量属性、小区选择/重选的准则等。

PLMN选择的原则基于UMTS的PLMN选择原则。

2、切换属于连接状态下的移动性。

LTE系统内的切换采用网络控制、UE协助的方式。

3、LTE的切换属于后向切换：

由源基站发起的切换过程，其特征是源基站主动将UE上下文（context）发送给目标基站。

2.4.7小区重选

1、小区重选时机：

开机驻留到合适小区即开始小区重选

处于RRC_IDLE状态下UE移动

2、小区重选的原则：

UE通过测量服务小区和邻小区的属性来使能小区重选过程，服务小区的系统信息指示UE搜索和测量邻小区的信息，

小区重选准则涉及服务小区和邻小区的测量，小区重选参数可以适用于小区中的所有UE，但有可能对某个UE或UE组配置特定的重选参数。

3、连接状态：

连接状态指ECM-CONNECTED状态，其主要特征如下：

UE和网络之间有信令连接，这个信令连接包括RRC连接和S1-MME连接两部分，网络对UE位置所知精度为小区级；UE移动性管理由切换过程控制；S1释放过程将使UE从ECM-CONNECTED状态迁移到ECM-IDLE状态。

4、切换的目的：

基于当前网络服务质量的切换：

切换的基本目标

指示UE可与比当前服务小区信道质量更好的小区通信，为UE提供连续的无中断的通信服务

同频切换和异频切换：

基于当前网络覆盖的切换：

UE失去当前RAT的覆盖，异系统切换，基于当前网络负荷的切换，覆盖当前区域小区负载不平衡时资源共享，同频/异频/异系统切换

第三章LTE网络优化工具及环境

3.1优化工具简介

GenexProbe3.6系列软件（2.3、3.5、3.6）功能概述

GENEXProbe3.6是一款性能优异的GSM/GPRS/EDGE、WCDMA/HSPA空中接口测试工具，用于采集无线网络空中接口测试数据，评估网络性能，指导网络的优化调整，帮助排除故障。

GENEXProbe结合测试用户设备（UE，UserEquipment）、扫频仪（Scanner）和GPS（GlobalPositioningSystem）终端，采集无线网络空中接口测试数据，主要具备以下功能：

1.支持4G无线网络环境下的移动性测试，收集L1的无线参数，全面解码GSM网络（L2、L3）、GPRS网络、LTE网络和HSDPA/HSUPA网络的L1、L2、L3的空中接口消息。

2.支持CW连续波测试，对测试所得数据进行地理平均运算。

将处理后的传播模型数据导出，作为网络规划软件的输入。

3.支持多业务并发测试，并可设定各测试项。

4.可以保存、导出、合并以及回放测试数据，重现测试过程，并为其他后台或网络规划软件提供原始数据。

5.支持自动判断关键事件，进行语音提示，并具有其他图形界面提示功能。

3.1.2GenexAssistant3.6功能概述

Assistant是一款优秀的4G路测后台分析软件，通过分析路测所收集的数据，可以使用户：

1．全面了解网络性能状况，定位网络问题，优化网络质量；

2．验证无线网络规划和优化后的效果。

3.1.3其他辅助软件：

Mapinfo&Googlearth在LTE优化中的作用概述

表3.1

序号

软件名称

作用

1

Mapinfo

地图数字化显示，制作分类地图，区域划分，测试路线描绘，站点分布制作等；

2

Googlearth

基站地理位置以及相关站点参数信息显示，周边环境显示，海拔高度显示等；

第四章LTE无线网络优化之单站优化

中国联通无线网络优化工作包括三部分内容，单站验证，簇优化和全网优化。

工程优化内容：

工程优化主要以基站站点核查，单站验证，簇优化以及全网优化为主。

宏站核查主要考虑基站硬件设备核查，具体核查包括BBU安装核查，RRU安装核查，线缆安装核查，防雷箱/电源箱安装核查。

其中天面检查将做为核查的中点。

宏站单站优化

单小区性能测试项目如下：

测试项目

测试内容

测试说明

单用户多点吞吐量和小区平均吞吐量

单用户多点吞吐量

测试单用户多点吞吐量

小区平均吞吐量

测试小区平均吞吐量

单用户峰值吞吐量

单用户峰值吞吐量

测试单用户峰值吞吐量

单用户Ping包时延

单用户Ping包时延

测试单用户在好/中/差点的Ping包时延

单用户Ping包成功率

测试用户在好/中/差点的Ping包成功率

控制面时延

接入时延

测试用户在好/中/差点的控制面接入时延

寻呼时延

测试用户在好/中/差点的控制面寻呼时延

室外宏站覆盖的优化目标：

RSRP：

在覆盖区域内，TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRP>-105dBm的概率大于95％

RSRQ：

在覆盖区域内，TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRQ>-13.8dB的概率大于95％

RS-CINR：

在覆盖区域内，TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRQ>0dB的概率大于95％；

PDCCHSINR>-1.6dB，采样概率大于95%

当测试天线放在车顶时，要求RSRP>－95dBm的概率大于95％

其他指标无论天线放在车内还是车外都要求负荷上述要求

覆盖优化的工具分为覆盖测试工具、分析工具以及优化调整工具

覆盖测试工具

在单站、簇覆盖优化时，采用CNT+LMT+UE在IDLE或业务状态下进行覆盖测试

在开展片区覆盖优化时，测试的工具优先采用反向覆盖测试系统，其次选择scanner，并且天线放在车内

解决覆盖的四种问题

覆盖空洞、弱覆盖、越区覆盖、导频污染（或弱覆盖和交叉覆盖）有如下几种手段：

调整天线下倾角；调整天线方位角；调整RS的功率；升高或降低天线挂高；站点搬迁；新增站点或RRU

覆盖优化的原则

原则1：

先优化RSRP，后优化PDCCHSINR；

原则2：

覆盖优化的两大关键任务：

消除弱覆盖（保证RSRP覆盖）；净化切换带、消除交叉覆盖（保证PDCCHSINR，切换带要尽量清楚，尽量使两个相邻小区间只发生一次切换）；

原则3：

优先优化弱覆盖、越区覆盖、再优化导频污染；

原则4：

优先调整天线的下倾角、方位角、天线挂高和迁站及加站，最后考虑调整RS的发射功率和波瓣宽度；

覆盖优化流程：

覆盖路测的准备

确定测试路线，准备好站点信息，准备所需要的电子地图，确定路测设备和软件运行正常

确认覆盖测试区域内没有故障站点

后台核查测试区域站点的邻区配置、功率参数、切换参数、重选参数无误，添加所有可能的邻区关系

覆盖路测

尽可能的同时使用UE（UE可以处于话音长保状态）和scanner，便于找出遗漏的邻区和分析时定位问题确定测试路线，遍历簇内所有能走车的道路，测试天线尽量放置车内

路测数据分析

统计RSRP和PDCCHSINR是否满足指标要求。

若不满足指标要求，按照优先级根据前面覆盖问题的定义以及判断方法找出弱覆盖（即覆盖空洞和弱覆盖）、交叉覆盖（即包含越区覆盖和导频污染）的区域，并逐点编号，逐点给出初步解决方案，并输出《路测日志与参数调整记录》

逐点按照预定方案测试解决

问题点解决以后，进行覆盖复测，若KPI不满足，继续对问题进行分析编号、路测调整，直到覆盖指标满足要求后，才进入业务测试优化

路测优化

在路测优化时，重点借助小区服务范围图（PCI显示图和服务小区全网拉线图），优先解决弱覆盖的问题点

对于导频污染点、越区覆盖和SINR差的区域通过规划每个小区的服务范围，控制和消除交叉覆盖区域来完成

弱覆盖点和交叉覆盖区域解决完之后，返回优化流程步骤1，按照相同的路线进行测试对比

覆盖问题和判断方法：

覆盖空洞

覆盖空洞是指在连片站点中间出现的完全没有TD-LTE信号的区域。

UE终端的灵敏度一般为-124dBm，考虑部分商用终端与测试终端灵敏度的差异，预留5dB余量，覆盖空洞定义为RSRP<－119dBm的区域

利用测试UE测试数据：

UE显示无网络或RSRP低于-119dBm，呼通率几乎为0，UE采集的RSRP数据，在CNT的导航栏Map中，地理化显示RSRP路测场强分布情况，根据RSRP的色标查看覆盖空洞的区域

利用反向覆盖测试数据：

在CNA的导航栏Menu列表中选择NES，根据PCCPCHRSCP的色标查看覆盖空洞的区域

利用scanner测试数据：

在CNA的导航栏Menu列表中选择Scanner1，根据RSRP的色标查看覆盖空洞的区域弱覆盖点和交叉覆盖区域解决完之后，返回优化流程步骤1，按照相同的路线进行测试对比

一般的覆盖空洞都是由于规划的站点未开通、站点布局不合理或新建建筑导致。

最佳的解决方案是增加站点或使用RRU，其次是调整周边基站的工程参数和功率来尽可能的解决覆盖空洞

弱覆盖

弱覆盖一般是指有信号，但信号强度不能够保证网络能够稳定的达到要求的