基于用戶感知關聯LTE網絡接入性能的分析與研究

1 引言

通過將網絡日常考核指標（接通、掉線、切換）與投訴進行關聯分析，發現LTE考核指標與投訴無明顯相關；存在大量投訴的小區，其網絡考核指標依然良好，無法正常反應用戶感知。

針對無線接通率深入分析，網管統計的無線接通率算法為RRC建立成功率＊ERAB建立成功率，但實際上，用戶在接入網絡時，會先進行隨機接入（MSG消息建立），網絡的接通率指標直接從RRC連接開始統計，無法有效反映用戶隨機接入信令部分，導致對用戶接入感知的考量失真。

將MSG消息建立成功率和無線接通率指標分別與投訴情況進行關聯匹配，發現不管是否存在投訴無線接通率一直保持良好，指標保持在99%以上。經統計廣州中興LTE全網64 000多個小區，無線接通率≤10%有0個，≤50%有4個，≤70%有13個，≤90%有63個，壞小區比例極低，與客戶投訴情況極不匹配。

通過對隨機接入&無線接通率與投訴用戶常駐小區的關系（具體內容如圖1所示）發現，當出現有15天以上的投訴用戶常駐小區，MSG成功率指標值直線下降，指標值僅為約53%；當出現有9天以上的投訴用戶常駐小區，隨機接入成功率明顯下降，指標值僅為約36%。從數據分析得出，無線接通率優劣與用戶投訴無明顯關系，MSG成功率優劣與用戶投訴有明顯關系。

圖1 隨機接入&接通率與投訴用戶常駐小區的關系圖

2 隨機接入與無線接通過程分析

2.1 隨機接入數據統計分析

提取隨機接入MSG1總次數、eNodeB發送的MSG2次數、MSG3檢測成功次數、MSG4檢測成功次數共4個字段分析（具體內容如圖2所示），從統計數據看，MSG3次數遠小于MSG2次數，MSG3次數包含RRC連接請求。

圖2 中興全網隨機接入和RRC連接請求5個指標字段統計

2.2 隨機接入指標過程分析

基于競爭隨機接入流程情況（具體內容如圖3所示）：（1）MSG1：UE在RACH上發送隨機接入前綴，攜帶preamble碼；（2）MSG2：eNB側接收到MSG1后，在DL-SCH上發送在MAC層產生隨機接入響應（RAR），RAR響應中攜帶了TA調整和上行授權指令以及T-CRNTI（臨時CRNTI）；（3）MSG3（連接建立請求）：UE收到MSG2后，判斷是否屬于自己的RAR消息（利用preamble ID核對），并發送MSG3消息，攜帶UE-ID。UE的RRC層產生RRC Connection Request并映射到UL -SCH上的CCCH邏輯信道上發送；（4）MSG4(RRC連接建立)：RRC Contention Resolution 由eNB的RRC層產生，并在映射到DL -SCH上的CCCH or DCCH(FFS)邏輯信道上發送，UE正確接收MSG4完成競爭解決。

圖3 基于競爭的隨機接入流程圖

MSG成功率計算公式：MSG3/MSG2= MSG3檢測成功次數/ eNodeB發送的MSG2次數

隨機接入成功率計算公式：MSG4/MSG1= MSG4檢測成功次數/MSG1總次數

2.3 無線接通指標過程分析

無線接通率指標定義：無線接通率=RRC連接建立成功率＊E-RAB建立成功率=（RRC連接建立完成次數/RRC連接請求次數（不包括重發））＊（E-RAB建立成功總次數/E-RAB建立嘗試總次數）＊100%。

RRC連接建立過程分析如圖4所示。

圖4 RRC連接建立過程圖

【A點】eNodeB接收到RRC Connection Request消息，指標次數加1，不統計重發的次數。

【B點】當eNodeB下小區接收到UE發送的RRC Connection Request消息并下發RRC Connection Setup消息給UE時，指標次數加1。

【C點】當eNodeB收到UE返回的RRC Connection Setup Complete消息時，指標次數加1。

RRC連接建立成功率計算公式=RRC連接建立完成次數/RRC連接請求次數（不包括重發）＊100%。

E-RAB建立過程分析如圖5所示。

圖5 E-RAB連接建立過程圖

【A點】當eNodeB收到來自MME的E-RAB SETUP REQUEST或者INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息時統計該指標。如果E-RAB SETUP REQUEST或者INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中要求同時建立多個E-RAB，則相應指標按各個業務的QCI分別進行累加。

【B點】當MME收到來自eNodeB的E-RAB SETUP RESPONSE或 者INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE消息時E-RAB建立成功次數累加。

E-RAB連接建立成功率計算公式= E-RAB建立成功總次數/E-RAB建立嘗試總次數＊100%。

對隨機接入、無線接通詳細的信令拆解分析，在用戶從接入網絡到上網做業務的整個過程中，無線接通率（包含RRC連接建立成功、E-RAB連接建立成功）完全沒有體現MSG1、MSG2的信令接入過程，無法真實反映用戶體驗。下面將重點對MSG成功率進行詳細分析。

3 MSG成功率指標現網狀況

統計中興全網MSG成功率指標分析（見圖6），全網MSG成功率約為80%（天/粒度），其中有480個小區≤10%，占比為0.77%；有2529個小區≤30%，占比為4.04%，從統計數據看，因無法正常接入網絡影響用戶感知的劣化問題小區非常多。

針對MSG成功率≤10%的480個小區統計MSG1接入次數，其中MSG1接入次數≥50萬次有96個，占比為20%；小區MSG1接入次數極高，但MSG成功率極低，用戶無法接入正常網絡，極可能導致用戶投訴，影響客戶感知。

圖6 中興全網MSG成功率指標統計

4 隨機接入問題小區測試驗證

4.1 選取問題小區現場測試

選取MSG1總次數≥50萬次，且MSG成功率低10%的6個小區進行現場測試，進一步定位是否能正常接入網絡。挑選的6個小區無線接通率、無線掉線率及切換成功率指標均非常好。具體如表1、表2所示。

表1 隨機接入指標統計（天/粒度）

表2 關鍵性能指標統計（天/粒度）

4.2 現場測試數據分析及結論

4.2.1 正常接入流程

終端占用正常小區時，會先在該小區進行隨機接入，隨后建立RRC連接和E-RAB承載。正常情況下，RRC連接會一直存在，很難被釋放掉，當終端去附著或斷開所有的網絡連接時，網絡側會釋放掉RRC連接，如圖7所示。

圖7 隨機接入測試正常

4.2.2 強行鎖定，終端無法正常占用小區

現場測試廣州華南影都F-ZLH-3小區信號強度在-85 dBm左右，測試終端很難對問題小區進行鎖定，強行鎖定小區后，軟件顯示“網絡選擇”鎖定其它小區正常，如圖8所示。

圖8 測試顯示“網絡選擇”

4.2.3 頻繁發送MS1消息，終端占用問題小區無法正常接入

現場測試廣州華南影都F-ZLH-3小區信號強度在-85 dBm左右，測試終端鎖定問題小區后，頻繁發送MSGI1消息申請接入，始終未收到網絡側回復的MSG2消息，導致隨機接入失敗，終端無法正常接入小區，現場占用其它小區測試正常，如圖9所示。

圖9 測試顯示“接入失敗”

4.2.4 終端占用問題小區接入后立即釋放RRC連接，無法正常進行業務

現場測試廣州華南影都F-ZLH-3小區信號強度在-90 dBm左右，測試終端鎖定問題小區接入網絡后，立即收到RRC連接釋放，隨后終端重新進行網絡搜索。終端在占用問題小區期間，反復出現該問題，無法正常進行業務，如圖10所示。

圖10 測試顯示“脫網”

4.2.5 擴大測試小區范圍

根據上述現場測試的分析結果，深入擴大測試范圍，選取存在MSG成功率低的問題小區進行測試（篩選條件：MSG1接入次數≥50萬次，MSG成功率在0-50%之間），如表3統計結果，共計測試22個小區，其中有3個存在無法接入問題，主要集中在MSG成功率低于10%的小區。

表3 擴大測試小區統計

4.2.6 結論

經過現場測試，可以肯定MSG成功率低且MSG1接入次數較高的小區對現網用戶感知影響非常大，極可能導致用戶體驗差，造成用戶投訴。

5 問題原因分析及調整效果

5.1 隨機接入問題原因分析

5.1.1 故障定位流程圖（圖11）

圖11 故障定位流程圖

5.1.2 原因分析

通過對指標篩選及現場測試數據分析，主要從以下幾方面入手：（1）對存在問題的小區查詢是否有故障告警信息，如無顯性故障再對小區進行隱性故障排查，含小區RRU及天饋系統等，判斷是否存在硬件問題；（2）對該小區MR覆蓋率、RSRP平均電平等進行分析及現場撥測信號，判斷是否存在弱覆蓋問題；（3）核查小區同頻同PCI以及查詢本小區和周邊小區上行干擾情況，判斷是否存在信號干擾問題；（4）對存在問題的小區參數配置進行核查，確定參數更改情況以及更改日期。

按照以上幾個方面進行逐步排查，后臺參數配置核查發現“產生64個前綴序列的邏輯根序列的起始索引號（rootSequenceIndex）”存在規劃或設置不當問題。PRACH配置索引用于指示PRACH的頻域資源索引、時域的無線幀、半幀、子幀的資源占用情況。該參數確定后，小區PRACH的時、頻資源即可確定。相鄰小區的PRACH配置索引相同時，則會引起相鄰小區內用戶在隨機接入時選則相同的時頻位置，從而造成干擾，影響隨機接入效果。根序列索引用于計算小區的前導碼，當相鄰小區的根序列索引和NCS配置相同時，則小區內產生的前導碼相同，增大了前導碼沖突的概率，影響用戶的隨機接入。

5.2 參數調整前后效果對比

對“64個前綴序列的邏輯根序列的起始索引號（rootSequenceIndex）”參數一共調整5個小區，具體調整值如表4所示。

表4 參數調整記錄表

參數調整效果評估

根序列參數調整后（調整日期：12月19日），隨機接入指標：MSG1總次數、eNodeB發送的MSG2次數、MSG3檢測成功次數、MSG4檢測成功次數，4個字段申請次數和成功次數恢復正常狀態，不再出現“虛高”情況；MSG成功率、隨機接入成功率均恢復到較好狀態，達到全網平均水平之上。

（1）廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-1隨機接入指標調整前后走勢分析（如圖12所示）

圖12 廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-1

（2）廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-2隨機接入指標調整前后走勢分析（如圖13所示）

圖13 廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-2

（3）廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-3隨機接入指標調整前后走勢分析（如圖14所示）

圖14 廣州番禺區南站東廣場F-ZLH-3

（4）廣州天河區火爐山北F-ZLH-2隨機接入指標調整前后走勢分析（如圖15所示）

圖15 廣州天河區火爐山北F-ZLH-2

（5）廣州天河區駿景花園東F-ZLH-6隨機接入指標調整前后走勢分析（如圖16所示）

圖16 天河區駿景花園東F-ZLH-6

5.3 同頻同PRACH統計及主因分析

5.3.1 中興同頻同PRACH指標分類統計

以中興全網工參數據為基礎，核查同頻同PRACH小區，設置距離≤1公里作為篩選門限，統計結果共計有12 080個小區存在“相互干擾”情況。如圖17和圖18所示。

圖17 中興全網小區分類統計

圖18 中興全網MSG1總次數≥100萬次分類統計圖

從圖17、圖18可以看出，存在同頻同PRACH小區，MSG成功率、隨機接入成功率指標明顯低于無同頻同PRACH小區的指標統計值，即存在該情況的小區對指標影響甚大。

MSG成功率指標分段統計

從表5可以看出，當MSG1總次數≥1萬次，MSG成功率低于30%的情況下，主要是因同頻同PRACH干擾，即相鄰小區的PRACH配置根序列相同導致，占比均在40%以上，是MSG成功率低的主因。

表5 MSG成功率分段統計表（MSG1總次數≥1萬次）

從表6可以看出，當MSG1總次數≥50萬次，MSG成功率低于50%的情況下，主要是因同頻同PRACH干擾，即相鄰小區的PRACH配置根序列相同導致，占比均在40%以上，是MSG成功率低的主因。

表6 MSG成功率分段統計表（MSG1總次數≥50萬次）

5.4 PRACH網絡配置方法

5.4.1 PRACH信道的配置參數

LTE中PRACH信道的配置參數主要有五個，都是小區級參數分別是：PRACH配置索引（prach-Configura tionIndex）、零相關配置（zeroCorrelationZoneConfig）、根序列索引（rootSequenceIndex）、是否為高速狀態（highSpeedFlag）、頻率偏移（prach-FrequencyOffset）。

5.4.2 PRACH信道的參數的配置方法

（1）PRACH信道參數的配置步驟

① 根據規劃的小區半徑選擇前導格式。

② 然后根據小區接入負載容量確定合適的RACH密度，根據相鄰小區綜合考慮時頻域分布，確定時頻位置，最終確定 “PRACH配置索引”的取值。

③ 確定小區是否為高速小區，確定“是否為高速狀態（highSpeedFlag）”的配置。

④ 根據所選擇的前導格式、規劃的小區半徑和“是否為高速狀態（highSpeedFlag）”來確定Ncs的大小。

⑤ 選擇根序列。

注：高速低速情況下，需要根據Ncs選擇根序列。低速情況下根序列配置和Ncs的配置沒有很直接的關系，即不同的Ncs可以對應不同的根序列；

注：相鄰小區PRACH配置時需要考慮步驟6。

⑥ 根據Ncs的大小計算出生成64個前導碼需要的根序列數N，即為本小區需要占用的根序列數，即第5步選則的根序列及隨后的N-1個根序列都屬于本小區使用的根序列。

（2）鄰小區的PRACH信道的配置

防止相鄰小區之間相互干擾，相鄰小區之間PRACH信道的配置需要考慮的配置參數有：

① PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）及頻率偏移（prach-FrequencyOffset）相鄰小區間的PRACH信道的時域或頻域位置盡可能錯開。

② 根序列索引（rootSequenceIndex）

鄰小區在進行根序列的配置時，應該避開其相鄰小區已占用的根序列。

6 結束語

（1）用戶感知與網管性能指標的關系

將網絡日常考核指標（接通、掉線、切換）與投訴進行關聯分析，發現LTE考核指標與投訴無明顯相關；存在大量投訴的小區，其網絡考核指標依然良好，無法正常反應用戶感知。

對隨機接入、無線接通詳細的信令拆解分析，網管統計的無線接通率算法為RRC建立成功率＊ERAB建立成功率，但實際上，用戶在接入網絡時，會先進行隨機接入（MSG消息建立），接通率指標直接從RRC連接開始統計，無法有效反映用戶隨機接入信令部分，導致對用戶接入感知的考量失真。與此同時，將隨機接入與無線接通率指標關聯投訴常駐小區數據分析得出，無線接通率優劣與用戶投訴無明顯關系，MSG成功率優劣與用戶投訴有明顯關系。

（2）隨機接入差問題小區影響用戶感知

經過對隨機接入差問題小區的現場測試驗證，確認存在手機脫網、接入失敗（含頻繁發送MS1消息）等現象，對現網用戶感知影響非常大，極可能導致用戶體驗差而直接上升為網絡投訴。

（3）隨機接入差問題小區主因要素

從隨機接入過程分析可知，MSG成功率更直接有效反映無線側網絡質量情況，通過對現網數據統計分析，MSG成功率低主要是因同頻同PRACH干擾，即相鄰小區的PRACH配置根序列相同導致，篩選問題小區中占比大于40%以上，是MSG成功率低的主因。

（4）網絡參數規劃及建議將隨機接入指標納入考核范圍

LTE用戶駐留網絡后，如需發起業務，首先要進行隨機接入，隨機接入成功后方可正常進行RRC連接和ERAB連接流程，因此隨機接入的成功與否會影響用戶的實際業務感知。因此建議在網絡規劃時將涉及隨機接入的相關參數（PRACH索引、根序列索引、NCS、頻率偏移）等進行規劃，避免隨機接入沖突，提升隨機接入的成功率；同時將隨機接入成功率納入考核指標，以監控用戶的實際業務接入質量。