4G优化案例RSRQ在VoLTE用户感知提升的应用.docx
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4G优化案例RSRQ在VoLTE用户感知提升的应用
RSRQ在VoLTE用户感知提升的应用
XX
RSRQ在VoLTE用户感知提升的应用
【摘要】LTE技术改进了现有3G系统的网络结构和无线接入方式，网络发展的重要目的是提高网络性能，由此满足用户对网络性能越来越高的要求。
切换作为无线资源管理的重要组成部分，对网络性能有着重大的影响，因此切换技术的好与差直接影响着网络性能的优劣，从而严重影响用户满意度和服务质量。
所以针对切换策略的研究对提高用户满意度及用户感知是必要的。
现行基于RSRP覆盖的切换策略，仅仅考虑目标小区的信号强度，无法确保目标小区的信道质量，存在明显弊端。
对LTE的传统切换算法进行改进，改进的新算法综合考虑小区信号强度（RSRP）及小区信号质量（RSRQ），并将目标小区负载作为切换目标小区选择的关键因素。
引入基于RSRQ的切换策略，可综合考虑小区信号强度（RSRP）及小区信号质量（RSRQ），能有效避免切换后的质差，保障用户网络体验。
本案例同时结合MDT栅格数据中的RSRQ值，同时基于多频段的RSRQ覆盖评估，使用户尽量占用RSRQ最优频段，提升用户感知。
【关键字】切换；RSRP；RSRQ
【业务类别】优化方法、资源优化
一、概述
LTE作为3G系统的长期演进，近年来在世界各地得到了广泛的发展。
LTE作为演进技术，改进并增强了3G的空中接入技术，改善了小区边缘用户的性能并提高了小区容量和系统延迟。
LTE的主要目标就是在严格的延迟要求下提供无缝语音和多媒体接人技术，这个目标的实现就需要从源小区到目标小区的切换支持。
切换失败或过于频繁的切换会导致业务的中断，引起用户的反感，因此切换性能对于评估无线资源管理机制的优劣以及整个移动通信系统的性能具有非常重要的意义。
如果只单一的考虑当前小区的信号情况进行切换触发，而不考虑目标小区的信号接收及负载情况，则有可能造成目标小区拥塞从而导致切换失败；如果只考虑目标小区信号接收情况适合切换条件，而不考虑当前小区已满足用户的性能需求，那么就可能造成乒乓效应，从而切换就会引起资源的浪费。
所以本文在传统切换算法的基础上，综合当前小区及目标小区的RSRP，RSRQ及目标小区的负载情况，建立改进的算法模型，通过参数试点得出改进的算法在切换失败率及切换次数上都有所减少，从而提高了系统性能。
二、RSRP&RSRQ相关研究
2.1RSRP概念
RSRP（ReferenceSignalReceivingPower）：
在3GPP的协议中，参考信号接收功率（RSRP），定义为在考虑测量频带上，承载小区专属参考信号的资源粒子的功率贡献（以W为单位）的线性平均值。
通俗的理解，可以认为RSRP的功率值就是代表了每个子载波的功率值。
2.2RSSI概念
RSS（IReceivedSignalStrengthIndicator）：
在3GPPS的协议中，接收信号强度指标（RSSI）
定义为，接收宽带功率，包括在接收机脉冲成形滤波器定义的带宽内的热噪声和接收机产生的噪声。
测量的参考点为UE的天线端口，即RSSI（ReceivedSignalStrengthIndicator）是在这个接收到Symbol内的所有信号（包括导频信号和数据信号，邻区干扰信号，噪音信号等）功率的平均值。
虽然也是平均值，但是这里还包含了来自外部其他的干扰信号，因此通常测量的平均值要比带内真正有用信号的平均值要高。
2.3RSRQ概念
RSRQ（ReferenceSignalReceivingQuality）：
在3GPP中有该参数的介绍，参考信号接收质量（RSRQ）定义为比值N*RSRP/（E-UTRAcarrierRSSI），其中N表示E-UTRAcarrierRSSI测量带宽中的RB的数量，分子和分母应该在相同的资源块上获得。
E-UTRA载波接收信号场强指标（E-UTRACarrierRSSI），由UE从所有源上观察到的总的接收功率（以W为单位）的线性平均，包括公共信道服务和非服务小区、邻近信道干扰、热噪声等。
如果UE使用接收分集，那么报告值应该不低于任一独立分集分支的相应RSRQ值。
从公式上推断，该数值用对数表示时，大部分情况是负值。
即使为平自外部的干扰为0
或忽略不计，极限情况数值也是趋近于0的。
公式为：
RSRQ=10∗log10（RB）+RSRP−RSSI（dB）注：
对于目前电信15MHz带宽来说，RB为75。
3GPP协议中规定终端上报测量RSRP的范围是[-140dBm，-44dBm]；RSSI的范围是[-
90dBm，-25dBm]；RSRQ的范围是[-19.5dB，-3dB]。
2.4相关性研究
1）RSRQ与SINR关系分析
随着RSRQ上升SINR呈上升趋势，具体关系如下图所示：
图1RSRQ与SINR值关系图
2）RSRQ与RSRP关系分析
通过RSRP与RSRQ四象限分析发现：
1、如果RSRP大而RSRQ小，则可以认为该小区覆盖区域信号重叠覆盖、小区负荷高或干扰较严重；
2、如果RSRP小而RSRQ大，则认为该小区覆盖区域弱覆盖，但信号较纯；
3、如果RSRP小且RSRQ也小则说明存在弱覆盖，信号较杂；
4、如果RSRP大且RSRQ也大则说明该区域质量较好。
目前选取门限分别是RSRP为-95dBm，RSRQ为-12dB。
图2RSRQ与RSRP关系图
3）RSRQ与下行速率关系分析
当RSRQ上升时，下行速率呈上升趋势，当RSRQ[-6,0）dB时，下行速率可以超过60Mbps；当RSRQ在[-12,-6）dB时，下行速率可以超过20Mbps；当RSRQ在[-30，-12）dB时，速率在20Mbps以下。
具体如下图：
图3下行速率与RSRQ关系图
4）RSRQ与负荷关系分析
以校园宿舍楼PRB利用率与RSRQ关系分析发现，关系如下：
（1）当PRB利用率大于30%时，RSRQ主要集中在-13dB；同时查看RSRQ-13dB时的用户体验速率在5Mbps以下。
（2）当PRB利用率在10%~20%时，RSRQ主要集中在-10~-12dB；同时查看RSRQ-10~-12dB时的用户体验速率在10Mbps以下。
具体如下图所示：
图4PRB利用率与RSRQ关系&RSRQ与用户体验速率关系图
5）RSRQ与PDCP层时延分析
通过RSRQ与PDCP层时延分析发现，当RSRQ小于等于-8dB时，PDCP层时延可能大于
50ms，此时用户感知可能变差。
其具体关系如下图所示：
图5RSRQ与时延的关系图
三、切换原理及改进
切换（handover）：
又称越区切换或过区切换，是指移动台在通话过程中从一个小区移动到另一个小区，或是由于外界干扰而切换到另一条话音信道上的过程。
切换大致分为硬切换和软切换：
硬切换是先中断与源小区的连接，再与新小区建立连接，即“先断后通”，这时通话会产生“缝隙”，所以通常会导致通话短暂中断；软切换是先建立与目的小区的连接，再中断与源小区的连接，即“先通后断”，这样会避免“缝隙”，从而提高切换成功率，但比硬切换占用更多的网络资源。
3.1切换基本原理
LTE的切换是UE辅助网络控制的硬切换，以实现不同频段之间及各系统之间的切换，从而更好地实现地域覆盖和无缝切换，并且实现与现有3GPP和非3GPP的兼容。
切换的过程大致分为4个步骤：
1）切换测量：
切换测量在切换算法中占据重要地位，UE的测量报告对ENodeB的切换决策具有关键作用。
本文的切换测量参数包括：
（1）RSRP（参考信号接收功率）：
是在Symbol内承载参考信号的所有RE（资源粒子）上接收到的信号功率的平均值，即RSRP衡量了某个小区参考信号的强度。
RSRP是LTE网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一。
（2）RSRQ（参考信号接收质量）：
判断信号质量的一个测量值。
公式RSRQ=N·RSRP
／RSSI，其中N为系数，RSSI为Symbol内接收到的所有信号（包括导频信号和数据信号、干扰信号、噪音信号等）功率的平均值，RSRQ也可由UE直接测量得出。
在切换时需要综合比
较RSRP与RSRQ，如果仅比较RSRP可能导致频繁切换，因为即使RSRP较大，如果信号质量不好也会导致通话在小区之间来回切换；而如果仅比较RSRQ，虽然可减少切换频率但可能导致掉话，因为RSRQ严重的依赖当前系统负载量和测量策略，所以我们将二者进行综合以达到需求。
2）切换上报：
是指UE在当前ENodeB的控制下，进行相关参数的测量后，当满足切换上报触发条件时，UE将测量报告上报给当前ENodeB。
3）切换判决：
是指E-NodeB利用UE的上报结果，根据相应的切换策略决定是否进行切换以及切换到哪个小区。
4）切换执行：
是指ENodeB切换判决完成后，UE在ENodeB的控制下，完成从当前小区向目标小区的切换
3.2切换流程示意
为了更好地展现切换的过程，将切换流程在图1中表示出来。
为了简便起见，我们仅考虑MME内部不同ENodeB之间的切换。
图6切换流程图
3.3切换算法改进
本文在传统的切换算法基础上，考虑信号强度及信号质量，并在目标小区的选择上，将小区负载作为选择因素之一，综合三者得到改进的切换算法，改进的切换算法流程图如图2所示。
A表示切换触发条件，RSRPn—RSRPs>Hn=1，2，...，mRSRPs式
（1）中：
m表示邻区的总数；RSRPn表示邻区的RSRP值；RSRPs表示当前小区的RSRP
值；H表示滞后余量值，即在一定时间t内满足该条件；T表示当前小区的信号强度门限值。
B表示添加列表条件，
RSRQn>Tn=1，2，…，m
式
（2）中：
m表示邻区的总数；RSRQn表示邻区的RSRQ值；T表示邻区的信号质量门限值。
只有在满足A的情况下才进行上报，减轻了频繁上报引起的网络信令交互复杂性；只有满足B并且不过载的情况下，才将小区加入列表作为候选目的小区，减轻了只考虑信号强度而引起的乒乓效应。
而将RSRP，RSRQ及小区负载综合考虑并对小区排序，最后选择最优小区增加了切换的成功率，减小了切换失败引起的业务中断概率。
图7改进的切换算法流程图
1）小区布局
小区布局如图3所示，为了简便起见，采用7小区结构且所有小区为正六边形，ENodeB处于每个小区中心。
其中：
ENBi分别表示小区中心的ENodeB，ENBi分别对应小区i（i=1，2，…，7）。
2）参数设置
所有小区内的UE均匀分布且以匀速运动进行随机方向的移动；参数及由当前UE所处的传播模型、与基站之间距离等因素决定；H选择太小，会增大不必要切换发生的概率，而过大则会使正常和必要的切换受阻；对于时间延迟t的选择，则主要考虑避免乒乓效应，取值过小效果不明显，而若取值过大则可能导致UE的掉话。
四、参数试点及效果评估
4.1参数原理及试点情况
4.1.1参数原理
A4测量触发类型（InterFreqHoA4TrigQuan）
1）含义：
该参数表示A4/A5事件的测量报告的触发类型，分为RSRP和RSRQ。
2）界面取值范围：
RSRP（参考信号接收功率）,RSRQ（参考信号接收质量）,BOTH（两者）
3）对无线网络性能的影响：
该参数设置为RSRP时，因RSRP相对稳定但不能完全表征信号质量，相比较设置为其它值，切换次数更少但小区吞吐率无法达到最优；该参数设置为RSRQ时，因RSRQ和负载有关波动较大，相比较设置为RSRP，切换次数多但在网络负载较高时可优化小区吞吐率；该参数设置为Both时，则需要同时下发两组事件A4/A5，分别对应RSRP，RSRQ；相比较设置为RSRQ，切换次数更多但小区吞吐率可得到进一步优化。
A4测量报告上报类型（InterFreqHoA4RprtQuan）
1）含义：
该参数表示异频切换事件报告的上报类型，分为RSRP和RSRQ。
2）界面取值范围：
SAME_AS_TRIG_QUAN（与触发量相同）,BOTH（两者）
3）对无线网络性能的影响：
RSRP测量值比较平稳，随负载变化不大，信号波动小；RSRQ随负载变化较大，但更能实时跟踪当前小区的质量好坏。
该参数选择“BOTH（两者）”时，表示A4/A5事件的报告量为RSRP和RSRQ，eNodeB在RSRP和RSRQ测量结果都满足门限要求时才触发切换，能够防止一部分不必要的切换。
该参数选择“SAME_AS_TRIG_QUAN（与触发量相同）”时，表示A4/A5事件的报告量与A4/A5事件触发量相同。
基于A4A5异频A1RSRQ触发门限（0.5分
贝）
基于A4A5异频A2RSRQ触发门限（0.5分
贝）
基于覆盖的异频RSRQ触发门限（0.5分贝）
基于A4A5异频A1RSRP触发门限
基于A4A5异频A2RSRP触发门限
基于覆盖的异频RSRP触发门限
-24
-28
-24
保持现网配置
4.1.2试点情况
本次试点选在金融城，楼宇共11幢，分覆盖场景进行摸查测试。
共涉及覆盖扇区有39个，其中：
1.8G覆盖扇区18个、800M覆盖扇区4个和2.1G覆盖扇区17个。
居民区内扇区30个、周边相关覆盖扇区9个。
其网络拓扑如下：
（注：
浅蓝色为1.8G扇区、红色为800M扇区、蓝色为2.1G扇区）
该试点区域共涉及11幢商务楼宇，目前，各楼宇基本已达全覆盖，共涉及覆盖扇区有
39个，其中：
1.8G覆盖扇区18个、800M覆盖扇区4个和2.1G覆盖扇区17个。
居民区内
扇区30个、周边相关覆盖扇区9个。
详单如下：
其网络拓扑结构如下：
金融城楼宇分布
L1.8G网络拓扑结构
L800M网络拓扑结构
L2.1G网络拓扑结构
4.1.3DT测试情况
1）自由模式测试
从居民区VOLTE业务DT测试来看，该区域北部主要占用L800M信号，南部主要占用
L1.8G信号，偶尔占用L2.1G信号。
小区内道路内覆盖如下：
商务楼宇SINR覆盖图
商务楼宇频点覆盖图
商务楼宇RSRP覆盖图
商务楼宇RSRQ覆盖图
2）锁频模式测试
基于锁定测试分析，800M.SINR较好区域主要集中在金融城北部，由迎宾南路800M基站覆盖。
金融城南部800M覆盖较差，主要由金融城10楼1.8G基站覆盖；具体如下：
800M商务楼宇SINR覆盖图
1.8G商务楼宇SINR覆盖图
800M商务楼宇RSRP覆盖图
1.8G商务楼宇RSRP覆盖图
4.1.4CQT测试情况
（1）4G问题区域：
从测试指标来看，金融城7号楼1层LTE覆盖率仅88.64%，覆盖率低的原因主要由于占用宏站L800M进行室内切换较慢导致。
具体指标如下表：
金融城详细位置
平均RSRP
平均SINR
LTE覆
盖率
PBM下行速率（mbps）
PBM下
行优良比>=12
mbps
PBM上行速率（mbps）
PBM上
行优良比>=5mbps
MainPCI
金融城1号楼1层
-86.67
7.82
90.74
17.86
61.56
18.24
93.71
335
金融城2号楼11层
-97.47
13.06
93.9
29.73
98.85
6.06
45.1
403
金融城4号楼23层
-95.26
11.11
94.59
16.53
62.07
5.51
41.63
407
金融城5号楼12层
-92.75
13.42
90.46
28.28
69.12
13.93
82.92
355
金融城5号楼21层
-94.17
11.54
92.57
25.52
64.64
15.12
75.74
321
金融城7号楼1层
-90.78
9.48
88.64
18.78
27.75
8.06
37.05
1
金融城7号楼15层
-90.95
10.22
93.85
27.13
40.25
11.32
33.96
417
金融城7号楼31层
-73.32
22.43
91.56
83.18
89.2
37.23
91.5
417
（2）VoLTE问题区域：
从测试指标来看，金融城7号楼15层和31层LTE覆盖率分别为：
69.13%、88.9%，覆盖率低的原因主要由于占用宏站L800M进行室内切换较慢导致。
具体指标如下表：
金融城详细位置
平均RSRP
平均SINR
LTE覆盖率
MainPCI
VoLTECallDropNum
（MOS_POLQA
>=3.5）（%）
MosO金融城1号楼28层
-81.88
24.74
100
335
1
98.57
MosO金融城1号楼29层
-101.56
17.18
91.81
335
0
98.65
MosT金融城5号楼21层
-94.48
10.86
91.34
321
0
MosO金融城6号楼1层
-97.76
10.45
93.13
345
0
62.86
MosT金融城6号楼1层
-98.31
9.89
93.64
345
0
MosO金融城8号楼15层
-89.17
11.33
93.48
252
0
85.71
MosT金融城8号楼15层
-89.86
11.04
94.84
252
0
MosT金融城7号楼1层
-90.74
8.79
92.34
1
0
MosO金融城7号楼15层
-90.12
9.67
69.13
417
0
100
MosO金融城7号楼31层
-72.07
22.74
88.90
417
0
97.26
MosT金融城7号楼31层
-73.89
23.97
93.95
417
0
4.2效果评估
引入RSRP+RSRQ切换策略，当用户占用室外信号向室内切换，当RSRQ劣化时可以快速切换到室内，由于RSRQ与SINR值强相关，该策略提升了覆盖率的同时，也提升了用户感知，对于VoLTE用户，也提升了MOS值。
优化后指标变化如下：
PBM指标前后变化情况：
优化时段
金融城详细位置
平均RSRP
平均SINR
LTE覆
盖率
PBM下行速率（mbps）
PBM下行优良
比>=12mbps
PBM上行速率（mbps）
PBM上行优良
比>=5mbps
优化前
金融城7号楼1层
-90.78
9.48
88.64
18.78
27.75
8.06
37.05
优化后
金融城7号楼1层
-87.32
12.7
27.13
73.45
15.64
51.53
VoLTE指标前后变化情况：
优化时段
详细位置
平均RSRP
平均SINR
LTE覆盖率
VoLTECallDropNum
（MOS_POLQA>
=3.5）（%）
优化前
金融城7号楼15层
-90.12
9.67
69.13
0
100
优化后
金融城7号楼15层
-85.34
14.87
0
100
优化前
金融城7号楼31层
-72.07
22.74
88.91
0
97.26
优化后
金融城7号楼31层
-70.12
22.74
0
对于室内有覆盖，当占用室外宏站进行异频切换时容易产生由于切换慢导致的覆盖率低问题，如：
响水及滨海汽车站等，此类问题也可以通过上述方法解决，如下：
区域
位置
覆盖率
（95%）
接通率
（98%）
MOS优良比
（90%）
掉话率
（0.5%）
问题分析
1
滨海汽车站
91.15%
100.00%
70.77%
0.00%
在1楼占用室外L800M信号“885105_17_YCLAHTB滨海_滨河湾小区8#楼2单元楼顶电梯机房17、238806_17_YCLAHOB滨海_滨海明达中学_17”信号切入室内慢导致RSRQ低。
2
响水汽车站
92.53%
100.00%
87.50%
0.00%
在1楼占用室外L800M信号“241209_17_YCLAHOA响水_东方加油站_17”信号切入室内慢导致RSRQ低。
优化后覆盖率及MOS值提升较为明显，如下：
区域
位置
覆盖率
（95%）
接通率
（98%）
MOS优良比
（90%）
掉话率
（0.5%）
优化前
滨海汽车站
91.15%
100.00%
70.77%
0.00%
优化后
滨海汽车站
96.43%
100.00%
93.52%
0.00%
优化前
响水汽车站
92.53%
100.00%
87.50%
0.00%
优化后
响水汽车站
97.82%
100.00%
95.61%
0.00%
五、基于MDT栅格数据应用
基于08月10日~08月16日RSRQ差栅格（avg_rsrq<-12dB）分析
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