基于時域的覆蓋能力評估方法

王希

摘 要 本文介紹了一種基于3GPP LTE的S1AP協(xié)議，結(jié)合終端多網(wǎng)互操作，創(chuàng)新采用時域大數(shù)據(jù)信令算法來評估LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方法。

【關(guān)鍵詞】TD-LTES1AP協(xié)議 互操作 信令算法

LTE網(wǎng)絡(luò)未能完全覆蓋的情況下，仍然存在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞，傳統(tǒng)方法依靠采集大量的路面測試數(shù)據(jù)和MR覆蓋信號采樣點，通過對這兩種數(shù)據(jù)的分析，對網(wǎng)絡(luò)進行覆蓋評估，路面測試數(shù)據(jù)需要大量的人力、物力才能得到評估有效數(shù)據(jù)，而MR測試報告數(shù)據(jù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)批量自動化處理，但僅能評估4G網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋區(qū)域，無法對LTE無覆蓋區(qū)域進行評估，兩種方式的評估都是采用空域的評估方式，導致評估的結(jié)果與真實的客戶感知存在偏差。

本文基于3GPP LTE的S1-AP應用協(xié)議，結(jié)合終端多網(wǎng)互操作，創(chuàng)新采用時域大數(shù)據(jù)信令算法，總結(jié)一種基于時域的方法來評估LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，可有效改善傳統(tǒng)覆蓋評估中“采用空域評估的方式，導致與真實客戶感知偏差”的問題。

1 分析思路

1.1 覆蓋評估傳統(tǒng)方法及優(yōu)缺點

傳統(tǒng)覆蓋評估采用以下2種方式：

1.1.1 路面測試

采用自動路測儀表（ATU）或CDS等測試軟件，進行GPS覆蓋軌跡打點，并設(shè)置弱覆蓋電平門限，來進行路面覆蓋能力評估，測試評估結(jié)果符合單個用戶的實際感知，近似等效各個地市和各個網(wǎng)格的路面覆蓋情況。對于室內(nèi)情況，經(jīng)常使用CQT的定點測試，評估定點的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；

路測覆蓋率=（RSRP>=-100且SINR>=0的采樣點）/總的采樣點數(shù)

測試軟件按照每秒進行采樣點采集；上述標準為福建移動標準，不同省份要求可能不同；

【缺點】以偏概全，評估不客觀，評估大部分只針對主干道，熱點的會展中心、火車站、汽車站等區(qū)域，而高層樓宇、農(nóng)村道路等區(qū)域一般很難進行測試評估，對于深度覆蓋評估不足，同時無法確定現(xiàn)網(wǎng)用戶分布位置，現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果也受用戶影響；

1.1.2 測量報告（MR）評估

LTE測量報告數(shù)據(jù)（MR）涵蓋了小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況、業(yè)務質(zhì)量、上/下行鏈路干擾水平、小區(qū)或載波發(fā)射功能等方面。可以通過采集全網(wǎng)的MR，獲得用戶通話過程中的空口測量值，通過采集、分析測量報告數(shù)據(jù)，可以便利地發(fā)現(xiàn)當前用戶的分布狀況，解決網(wǎng)絡(luò)中如覆蓋漏洞、用戶掉話等常見的網(wǎng)優(yōu)問題

現(xiàn)網(wǎng)中采用MR中的參考信號接收電平RSRP<-110dBm進行弱覆蓋評估，對用戶MR進行訂閱，周期性上報RSRP，通過北向數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)采集已實現(xiàn)平臺自動化采集，近似表征各個地市和各個網(wǎng)格的覆蓋情況。

一維MR覆蓋率=（RSRP>=-110的樣本數(shù)）/總的樣本數(shù)

上述標準為福建移動標準，不同省份要求可能不同。

【缺點】MR測量報告的采樣前提是終端滿足LTE網(wǎng)絡(luò)側(cè)最小接入電平，并且未觸發(fā)異系統(tǒng)互操作。因而，在網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋區(qū)域終端發(fā)生異系統(tǒng)互操作離開LTE網(wǎng)絡(luò)進入無覆蓋區(qū)域時，就無法通過MR測量報告獲取該部分終端的情況，也無法統(tǒng)計該部分終端的時長和比例。

傳統(tǒng)的覆蓋評估技術(shù)都采用空域評估的方式，與用戶時域真實感知存在差異。

1.2 基于時域的覆蓋能力評估思路

“基于時域的覆蓋能力評估”采用大數(shù)據(jù)平臺S1-MME信令進行用戶感知評估，計算全網(wǎng)用戶的LTE脫網(wǎng)次數(shù)和LTE脫網(wǎng)時長，采用“基于時域的覆蓋率公式”計算各地市和各網(wǎng)格的覆蓋感知情況，能夠?qū)TE網(wǎng)絡(luò)無覆蓋和弱覆蓋進行綜合評估。基于時域的覆蓋能力評估技術(shù)解決傳統(tǒng)覆蓋評估中“采用空域評估的方式，導致與真實客戶感知偏差”的問題。新技術(shù)解決兩種傳統(tǒng)技術(shù)缺點，并能夠從單用戶大數(shù)據(jù)信令關(guān)聯(lián)，評估數(shù)據(jù)量更大，數(shù)據(jù)更為精細，網(wǎng)絡(luò)評估效果更貼近用戶感知，評估呈現(xiàn)自動化。

基于時域的覆蓋能力評估主要核心是根據(jù)S1口信令信元判斷用戶行為，包含進入4G網(wǎng)絡(luò)，連接態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)，空閑態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)，因為協(xié)議規(guī)定，現(xiàn)網(wǎng)所有廠家設(shè)備均可實現(xiàn)，具有可行性及推廣性。

從36.413-980（3GPP協(xié)議，S1應用協(xié)議，S1AP）的UE Context Release Request procedure相關(guān)描述可知，在S1-AP邏輯連接釋放過程中的“UE CONTEXT RELEASE REQUEST”消息中攜帶了不同的原因值，而其中Cause26（User inactivity）、Cause28（Inter-RAT Redirection）分別表征了用戶在4G網(wǎng)絡(luò)下“去激活定時器超時”、“網(wǎng)間重定向”原因的S1口Context釋放，關(guān)聯(lián)S11接口的“delete session”信令用來判斷用戶在4G網(wǎng)絡(luò)下空閑態(tài)和連接態(tài)至2/3G網(wǎng)路事件。

2 方法實現(xiàn)

基于4G小區(qū)S1口接口信令，采用基于NAS的信令統(tǒng)計可以將終端附著上LTE網(wǎng)絡(luò)的時間點和終端離開LTE網(wǎng)絡(luò)的時間點準確記錄，利用海量用戶在4G網(wǎng)絡(luò)上的時間占比，評估網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況.

信令算法公式如下：

基于時域的覆蓋率=1-脫網(wǎng)用戶占比-脫網(wǎng)用戶占比*脫網(wǎng)用戶平均占網(wǎng)時長=1-脫網(wǎng)用戶占比*（1-脫網(wǎng)用戶平均占網(wǎng)時長）。

便于理解，我們將介紹算法中的每一個因子，并標出在信令流程圖中的位置；

2.1 脫網(wǎng)用戶占比

定義：發(fā)生過“連接態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)”或者“空閑態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)”的用戶/S1接口有效用戶數(shù)

其中：

（1）S1接口有效用戶：含有在線狀態(tài)的用戶。

（2）發(fā)生過“連接態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)”或者“空閑態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)”的用戶在S1口信令體現(xiàn)為：

發(fā)生用戶連接態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)時間點判斷：S1接口存在Ue context release request（cause=28）且S11接口30秒內(nèi)存在delete session 及delete session與 cause 時間間隔內(nèi)不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息；（見圖1中2、3和4）。

發(fā)生用戶空閑態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)時間點判斷：S1接口存在Ue context release request（cause=20）且S11接口30秒內(nèi)存在delete session 及delete session與 cause 時間間隔內(nèi)不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息。（見圖1中2、3和4）。

2.2 脫網(wǎng)用戶的占網(wǎng)時長占比

定義：[觀察時間點-（用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時間點-用戶連接態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)時間點）-（用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時間點- 用戶空閑態(tài)至2/3G網(wǎng)絡(luò)時間點）-t0時間]/（觀察時間點-t0時間）。

各個時間點對應的S1口信令如下：

用戶開始使用4G網(wǎng)絡(luò)時間點（t0時間）：排除下線的流程類型：detach和Ue context release request的時間點取第一個時間點（見圖1中1）。

用戶返回4G網(wǎng)絡(luò)時間點判斷：發(fā)送Attach或TAU（帶LAC信息）時間（見圖1中5）。

流程進行說明：

（1）UE發(fā)送RRCConnnectionSetupComplete消息，包含NAS層Attach request信息記為T0時間點，即是UE進入4G網(wǎng)絡(luò)的時間點；之后UE與MME完成如下流程圖5條信令的交付，完成UE在4G網(wǎng)絡(luò)側(cè)的初始上下文建立，并開始在4G網(wǎng)絡(luò)上做業(yè)務。

（2）eNodeB發(fā)送Ue context release request（cause=28）且S11接口30秒內(nèi)存在delete session 及delete session與 cause 時間間隔內(nèi)不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息，該點表示空閑態(tài)的UE離開LTE網(wǎng)絡(luò)到2/3G網(wǎng)絡(luò)。

（3）UE利用ATU或者ATTACH重新返回4G網(wǎng)絡(luò)。

3 應用實例

基于時域的覆蓋能力評估方法適用于用戶級、小區(qū)級，實際應用中已評估多類場景，適合全網(wǎng)各種（全網(wǎng)、主城區(qū)、農(nóng)村、室分、高速高鐵、校園、旅游點等）場景。目前該功能完成開發(fā)部署于網(wǎng)優(yōu)平臺，使用效果良好，已經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)應用于全省覆蓋能力評估，評估指標加入網(wǎng)絡(luò)考核指標。

4 相關(guān)結(jié)論

基于空域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估算法運用用戶大數(shù)據(jù)信令關(guān)聯(lián)，較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)源更為精細，數(shù)據(jù)量更為全面，且節(jié)省大量的人力、物力，解決海量問題數(shù)據(jù)來源。評估算法更接近真實用戶感知，可基于平臺化開發(fā)，評估結(jié)果自動呈現(xiàn)，自動化程度高，較傳統(tǒng)的分析統(tǒng)計更有效率。

現(xiàn)網(wǎng)應用效果良好，與傳統(tǒng)方式有如下優(yōu)勢：

4.1 新評估方案與路面測試評估方法對比

現(xiàn)有方案采用自動路測儀表（ATU）進行路面覆蓋能力評估，近似等效各個地市和各個網(wǎng)格的覆蓋情況。評估方案數(shù)據(jù)來與需要大量的測試數(shù)據(jù)，消耗大量的測試成本，所得評估數(shù)據(jù)源較為近似，數(shù)據(jù)存在一定的偶然性，新的評估方案基于單個用戶業(yè)務信令關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)源更為全面，數(shù)據(jù)盲點幾乎沒有。

4.2 新評估方法與測量報告（MR）評估方法對比

現(xiàn)有方案采用MR中的參考信號接收電平RSRP<-110dBm進行弱覆蓋評估，近似表征各個地市和各個網(wǎng)格的覆蓋情況。現(xiàn)網(wǎng)評估數(shù)據(jù)不能表征單個用戶的感知，評估算法未考慮因素較多，新的評估算法采用創(chuàng)新的評估算法，關(guān)聯(lián)用戶相關(guān)業(yè)務信令，算法更為精細、準確且能夠接近用戶正式感知。

參考文獻

[1]王映民.TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京： 人民郵電出版社，2010.

[2]沈嘉.3GPP長期演進（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3]36413-980（3GPP協(xié)議，S1應用協(xié)議，S1AP）.