您现在的位置是:主页 > 5G通信 >


5G无线优化面临的挑战及应对

2020-02-14 23:275G通信 人已围观

简介随着 5G 牌照的正式发放,5G 网络已正式商用,5G 将成为数字社会经济增长的新引擎,是新一轮信息科技革命的主角。但是 5G 网络建设并非一蹴而就,5G 建网初期采用 NSA 架构,5G 与4G...

  随着 5G 牌照的正式发放,5G 网络已正式商用,5G 将成为数字社会经济增长的新引擎,是新一轮信息科技革命的主角。但是 5G 网络建设并非一蹴而就,5G 建网初期采用 NSA 架构,5G 与4G 紧耦合,带来异厂商互通难、互操作配置复杂等问题,后续向 SA 演进还需多次网络大规模调整,同时高密集组网、应用场景多、业务需求差异大带来网络架构的空前复杂,无线网络将出现多制式、多频段、多频点共存的局面。因此开展5G 无线网络优化方法的研究,做好 4G/5G 协同优化,是确保 5G 网络质量领先的关键。
  

  一、5G 无线网络优化面临的挑战

  
  5G 无线优化工作涉及 4G 退频、锚点优选、4G/5G 协同、参数继承、天面规整、室内外同频干扰等一系列问题,因此保障网络稳定、减少对现网影响是 5G 网络优化工作面临的新任务和新挑战。
  
  1.1 网络结构进入前所未有的复杂期
  
  5G 商用是一个基于现有系统重耕、升级和演进的过程。无线网经过 2G 至 5G 的 4 代演进,多厂商、多站型并存,网络结构将前所未有的复杂, 5G 部署将对现网产生影响,需要相互兼顾,优化工作难度将成倍增加。分层异构网的实现需要依靠大量的互操作参数的设置,这对无线优化工作提出了非常高的要求,涉及精准驻留、不同优先级的重选和切换、业务均衡等多种优化算法。另外终端能力也不尽相同,终端与网络协同也是无线优化中需要考虑的因素。无线接入网全景演进策略示意如图 1 所示。
  图 1 无线接入网全景演进策略示意
  图 1 无线接入网全景演进策略示意
  
  1.2  2.6 GHz 频段重耕面临较大挑战
  
  5G NR 与 4G LTE 共享 2.6 GHz 的 160 MHz带宽,开通 5G NR 100 MHz 需要 LTE 现网 D 频段退频 40  MHz(D1+D2),D 频段重耕“牵一发而动全身”,需要有序开展,如图 2 所示。
  图 2  D频段重耕示意图
  图 2  D频段重耕示意图
  
  2.6 GHz 频段是 4G 现网主要的容量承载及局部打底资源,D1+D2 承载了全网 30%、城区 45% 的流量,40 MHz 退频将对 4G 现网带来容量压力。同时 D 频段小微站和 D 频段 3D-MIMO 站,在D1、D2 退频后仅能使用 D3 频点,承载能力将受到较大影响。
  
  部分D 频段打底且F 频段未形成连续覆盖的城市问题更加突出。考虑现网存在不支持 D3 频点RRU 和终端的情况,这些城市在 D 频段重耕后面临 4G 覆盖不连续风险。
  
  D 频段退频涉及 4G 邻区、移动性、负载均衡等多项参数配置调整,大范围调整需要过程和优化沉积,退频及设备替换过程将对 4G 网络性能带来冲击。
  
  1.3 异厂商组网将影响 5G 网络性能
  
  NSA 组网场景,异厂商 4G/5G 间采用 3a 接口方案,4G 分流 5G 业务的能力不具备或性能差,上下行速率损失分别约为 30%和 10%。同厂商/ 异厂商 NSA 组网架构如图 3 所示。
  图 3  同厂商/异厂商 NSA 组网架构
  图 3  同厂商/异厂商 NSA 组网架构
  
  5G 与现网 TDD 异厂商,也将对现网带来较大网络结构问题。5G 采用 160 MHz AAU 设备, 反向开启 60 MHz LTE 具备天然 3D-MIMO 能力, 与 TDD 异厂商不利于 4G/5G 协同,同时带来 4G 容量极大损失。
  
  1.4 4G/5G 协同要求高、难度大
  
  2.6 GHz NSA 组网 5G 与 4G 频段和设备深度耦合,需要更加全面兼顾 4G 网络性能,优化难度大幅增加。NSA 组网协同优化要求见表 1。
  表 1 NSA 组网协同优化要求
  表 1 NSA 组网协同优化要求
  
  为实现 4G 和 5G NR 上下行转换点对齐,避免上下行时隙干扰,2.6 GHz 子帧配比要求 5G NR 帧头需向后偏移 3 ms,并采用 5 ms 周期。2.6 GHz NR 与 LTE 帧结构对齐示意如图 4 所示。
  图 4  2.6 GHz NR 与 LTE 帧结构对齐示意
  图 4  2.6 GHz NR 与 LTE 帧结构对齐示意
  
  1.5 5G 室内外同频干扰
  
  据估计 5G 将有超过 70%的数据业务发生在室内场景,高价值商务客户 80%时间都位于室内,室内覆盖是 5G 网络建设的重点,也是 5G 的新痛点。
  
  与 4G 室内外采用异频组网方式不同,5G 采用同频组网,同频干扰不可避免。因此避免室外强信号进入室内,防止室分信号外泄,是解决同频干扰的根本,这对 5G 宏基站和 5G 室分建设提出了更高的要求。5G 需要针对室内外同频干扰采取一系列的手段,包括综合利用参数、Blanking 时隙配置(如图 5 所示)、室内外错频等手段,抑制室内外同频干扰,保障室内覆盖性能。
  图 5  5G 室内外 Blanking 时隙配置
  图 5  5G 室内外 Blanking 时隙配置
  
  1.6天面改造影响现网质量
  
  与 4G 宏基站“RRU+天线”的安装方式不同,5G 宏基站通常采用 AAU  形态,即 RRU 与天线集成在一起,内含 192 根或 128 根天线阵子, 组成二维平面阵列有源天线。
  
  由于 5G AAU 中 RRU 与天线不可拆分,且不兼容 1.8 GHz/2.1 GHz 等其他频段,与现网无源天线相互独立部署,一个三扇区的 5G 宏基站需要增加 3 副体积庞大的 AAU,尤其是 3 家运营商共享的站址,很容易出现天面空间不足而导致站点不可用的情况,这极大地增加了 5G 网络选址和建设难度。运营商的调研结果显示,28%的站点有天面整合的需求。5G 天面整合示意如图 7 所示。
  图 7   5G 天面整合示意图
  图 7   5G 天面整合示意图
  
  工程上可以考虑天面改造,比如采用多端口天线整合 2G/3G/4G 天线。天线改造除了导致成本上升,还由于 2G/3G/4G 多制式网络的紧耦合,天线方向角不再能够独立可调,在 2G/3G/4G 网络拓扑差异较大的情况下,必然会难以协调各网的覆盖,导致多网覆盖质量下降。
  

  二、5G 网络优化相关技术变化、影响及对策

  
  5G 业务多元,系统架构多样(SA+NSA), 采用大规模天线技术,组网更加复杂,5G 网络优化工作将面临更大挑战。
  
  2.1 5G 大规模 MIMO
  
  大规模 MIMO(massive MIMO,大规模天线技术)是 5G 提高系统容量和频谱利用率的关键技术。与 4G 广播信道单一波束的覆盖方案相比,5G 提供了广播信道波束成形/扫描手段,水平和垂直维度均提供了动态窄波束。5G 广播波束水平垂直扫描图如图 8 所示。
图 8  5G 广播波束水平垂直扫描图
  图 8  5G 广播波束水平垂直扫描图
 
  广播多波束可以精准强覆盖,通过不同权值生成不同成形波束,满足更精准的覆盖要求, 大幅降低广播信道干扰;同时方位角、下倾角可以通过权值优化来调整,为后续天馈自优化打下基础。
  
  5G 大规模 MIMO 广播权值灵活度更高、数量更多,给 5G 无线优化工作带来了新内容。建议通过人工智能算法进行权值优化,以提高优化效率。
  
  2.2 5G RSRP/ SINR 的测量
  
  LTE 测量是基于 CRS 进行的,NR 不再有CRS,取而代之的是 SSB 和 CSI。SSB 和 CSI-RS 用于 RSRP/SINR 测量比较见表 2。
  表 2 SSB 和 CSI-RS 用于 RSRP/SINR 测量比较
  表 2 SSB 和 CSI-RS 用于 RSRP/SINR 测量比较
  
  SSB 测量主要用来反映网络接入和驻留能力,CSI-RS 测量可作为业务性能评价指标。
  
  2.3 SA/NSA 不同架构对网络优化的影响
  
  NSA 和 SA 应采用不同的网络优化策略。
  
  NSA 覆盖性能由 4G 锚点和 5G 共同决定。NSA 架构 5G 网络连续覆盖不是必须的,可以不涉及切换,因此优化时可以缩小重叠覆盖区,减少邻区干扰,提升用户边缘速率,保障用户感知。NSA 优化需要重点关注 4G/5G 协同,做好 4G 锚点的连续覆盖及 5G 载频的合理添加、删除。
  
  SA 组网应保证 5G 连续覆盖,需要一定的 5G 重叠覆盖区域保证切换成功率,同时尽可能减少4G/5G 互操作。5G 优化以覆盖为优先,在能够保证 5G 覆盖的基础上进行业务性能优化。
  

  三、5G 优化方法

  
  3.1 5G 建网初期的优化思路
  
  5G 建网初期,继承 4G 网络的优化思路、方法和成果,可以快速地开展 5G 优化,同时积累5G 优化经验。
  
  工程参数方面,可以继承原有 LTE-D 频段天线方位角和下倾角,确保覆盖连续性和网络的稳定性;无线参数方面,邻区、测量配置、切换参数、功率控制参数可以考虑继承;NR 的初始广播权值,可参考 3D-MIMO 最优化权值设置;4G 网络问题点和热点区域也将是 5G 重点关注的对象。
  
  基于 4G/5G 协同的 5G 网络优化工作包括以下几点。
  
  ●基础优化:包括覆盖优化、干扰优化、容量优化。
  
  ●多层网联合优化:包括双连接、互操作方面的优化。
  
  ●算法优化:实现自动计算最优权值,波束对准价值用户分布。
  
  ●AI 智能优化:通过 AI 开展网络性能优化(天馈调整/网络预警/载波调度等)。
  
  3.2 基于 4G 开展 5G 网络预评估
  
  LTE 现网有大量的运行数据可以采集和分析,LTE-D  与 5G  共频段(甚至共 AAU),运用 LTE 现网的 MR 数据,通过全量因素分析和修正算法,可以精准地预测 5G 小区建成后的覆盖情况,开展 5G 的最优覆盖规划和部署。
  
  基于 4G 工程参数的分析,可以进行 5G 不合理站址的过滤,最佳配置 5G 工程参数;基于 4G 现网的网管和业务统计数据,可以开展 5G 流量预估和高价值区域识别;基于 MR 数据的定位和分析,结合 RS 功率配置、波束增益、传播路损、穿透损耗差异,可以开展 5G 覆盖预测,在 5G 建网前就能准确评估建成后的网络覆盖和质量,指导后续的 5G 建设和优化工作。基于 4G MR 进行 5G 覆盖预评估如图 9 所示。
  图 9  基于 4G MR 进行 5G 覆盖预评估
  图 9  基于 4G MR 进行 5G 覆盖预评估
  
  3.3  5G RF 优化
  
  覆盖是 5G 网络质量保障的基础和关键,而RF 优化是覆盖优化的重要抓手。5G RF 优化应该充分利用 5G MM 广播权值灵活度高的优势,通过对每个子波束的合理配置,以适应不同场景对水平、垂直覆盖的要求,达到最佳的覆盖效果。
  
  为充分发挥 MM 的性能优势,通过 DOA(direction of arrival)的用户分布统计评估,确定用户集中方向,然后通过现场 RF 优化调整或后台权值优化调整,使 AAU 对准用户集中方向,以提升用户感知。5G 广播权值场景优化如图 10 所示。
  图 10 5G 广播权值场景优化
  图 10 5G 广播权值场景优化
  
  3.4  5G 移动性优化
  
  移动性优化包括邻区优化和移动性参数优化。由于架构不同,因此 NSA/SA 应采用不同的移动性优化策略。
  
  对于邻区优化,在 NSA 组网下,需要合理配置 NR-NR、LTE-LTE 邻区,4G 根据锚点关系添加 NR 邻区,而 NR 则无需添加 4G 邻区关系。对于 SA 组网,则需同时考虑系统内及系统间的邻区配置,系统内邻区添加以最大化为原则,根据重叠区域内实际小区进行邻区添加,如超出范围则根据实际覆盖强度进行排序添加;系统间邻区以重叠覆盖为准则,综合考虑终端的测量能力, 合理添加对象频点。
  
  对于移动性参数优化,在 NSA 组网下,空闲态仅需进行 4G 的重选配置;连接态则重点关注 4G 锚点的切换成功率并抑制乒乓切换,对于 SN 添加/删除策略,SN 添加门限对标 NR 最小接收电平,SN 变更点与 LTE 切换点尽量一致。对于 SA 组网,5G 空闲态配置的重选参数尽量满足重选点与切换一致,配置合理的起测门限用于终端节电; 连接态则配置合理的移动性测量事件,保障切换成功率。
  
  3.5  5G 锚点优化
  
  NSA 组网下,5G 网络质量的好坏首先取决于锚点的性能,因此 5G 优化要从锚点优化开始。
  
  锚点配置的基本要求是尽量使用单一频点单层网,考虑到 FDD 1 800 MHz 在覆盖和上行方面的优势,优选 FDD 1 800 MHz 作为锚点,保证锚点的连续覆盖。
  
  锚点优化主要从 4 个方面着手,首先要开启锚点优选功能,确保 NSA 用户及时驻留锚点; 其次基于网管统计和网络拓扑结构合理配置锚点邻区和 X2,保证 4G/5G 邻区的完备性;另外优化 SCG 增删门限,保障占用 5G 感知优于 4G; 最后要精准 ULI 功能的开启,最大程度规避“假5G”风险。
  
  3.6  5G 工程优化
  
  5G 网络已正式投入商用,需要形成一套规范的 5G 网络工程优化方法,确保建网质量、用户感知和 5G 网络性能领先,5G 工程优化关键节点如图 11 所示。
  图 11 5G 工程优化关键节点
  图 11  5G 工程优化关键节点
  
  站点开通及验证包括:站点建设及开通、单站验证(基础业务验证和移动性验证)、簇优化、分区优化。
  
  基础参数核查包括:LTE 参数核查、NR 参数核查、互操作参数核查。
  
  LTE 锚点优化包括:锚点配置及优化、LTE切换优化、互操作参数优化。
  
  NR 覆盖优化:场景化波束优化、覆盖及 RF优化、覆盖增强功能应用。
  
  NR 速率提升:参数调优、5G 占网时长优化、RANK 优化、终端网络适配、性能调优。
  
  案例:同时进行 5G 扫频测试和路测发现,全程扫频测试 5G 覆盖良好,5G 扫频覆盖率达到100%,但同车路测的 5G 终端占网时长仅为72.43%,路测明显存在 3 个路段未占用 5G 信号。
  
  5G 路测与 5G 扫频结果对比分析如图 12 所示,5G路测信令分析如图 13 所示。
  图 12 5G 路测与 5G 扫频结果对比分析
  图 12 5G 路测与 5G 扫频结果对比分析
  图 13 5G 路测信令分析
  图 13 5G 路测信令分析
  
  分析:异常脱网时间 19:31:06—19:31:24,脱网时长 18 s。发生跨基站的 NR 小区变更,源小区 PCI:153,RSRP=112 dBm,测量报告显示, 目标小区应为 PCI:649,RSRP=76 dBm,切换本应指向 649 小区,怀疑漏配 NR649 邻区,导致变更指向同站的 647 小区,且当时该小区 RSRP 低于100 dBm,并在 647 小区下发起 5G 随机接入时发生失败,后续触发 A4 切入非 4G 锚点小区,导致脱网。
  
  结论:NR 邻区漏配及 LTE 锚点邻区漏配, 异常原因归属 NR 问题和 LTE 问题。
 

Tags:

标签云