打造基于NSA組網(wǎng)的千兆5G樣板區(qū)優(yōu)化方法探索*

田上力

（中國移動通信集團浙江有限公司溫州分公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

自2019 年以來，隨著中國移動5G 工程建設(shè)的推進，越來越多的城市具備了較好的5G 信號覆蓋水平。而在5G 建設(shè)初期如何快速打造一張1 Gb/s下載速率的連續(xù)覆蓋的NSA 網(wǎng)絡(luò)，無疑會形成良好的口碑，品牌效應(yīng)凸顯，且對其它區(qū)域的5G 規(guī)劃、建設(shè)和優(yōu)化形成標(biāo)桿示范效應(yīng)，快速進行復(fù)制。甌海區(qū)府是本地網(wǎng)中如何實現(xiàn)連續(xù)覆蓋的超高速5G精品網(wǎng)的首個試驗地。該區(qū)域是以甌海區(qū)府為中心、面積約5 km2的長方形城區(qū)場景，是甌海行政區(qū)的市政和商業(yè)中心，包含眾多市政機構(gòu)和商業(yè)大樓。同時，十多個大型高層住宅區(qū)遍布整個區(qū)域，其中又穿插著廣場、大型購物中心以及城中村等場景。加上城市主高架公路橫穿其間，并且緊鄰高鐵沿線，無線信號環(huán)境復(fù)雜多變。如何在該區(qū)域打造一張無縫覆蓋且極致體驗的超高速5G 樣板區(qū)是一個巨大的挑戰(zhàn)。該區(qū)域目前規(guī)劃43 個5G 宏站，規(guī)劃站點如圖1 所示。

1 如何實現(xiàn)室外99.9%的5G 覆蓋率

1.1 推動規(guī)劃站點建設(shè)，控制站間距

當(dāng)前非獨立組網(wǎng)架構(gòu)（Non Standalone Access Architecture，NSA）以option 3x 為主流方案，充分利用當(dāng)前LTE 的連續(xù)覆蓋優(yōu)勢，通過LTE 站點升級以支持作為NSA 的信令錨點，而NR 小區(qū)作為用戶面分流節(jié)點提供5G 服務(wù)[1]。因此，NSA 組網(wǎng)模式下5G 覆蓋的前提是LTE 錨點站的良好覆蓋。通過錨點站建設(shè)和覆蓋優(yōu)化，該區(qū)LTE 錨點信號覆蓋率已超過98%，基本已經(jīng)具備錨點層的完全覆蓋。其次，推動5G 一期、二期的工程建設(shè)。截至2020 年3 月已完成40 個5G 站點開通，開通率93.02%，使得平均站間距控制到337 m，平均站高24.35 m（如表1 所示）。

圖1 甌海區(qū)府5G 站點分布

表1 甌海區(qū)府基本工參

經(jīng)過前期簇優(yōu)化，該區(qū)域已經(jīng)具備相對較好的覆蓋率和速率體驗，選為樣板區(qū)后的第一輪測試平均下載速率為649 Mb/s，綜合覆蓋率為97.75%，為實現(xiàn)連續(xù)覆蓋的1Gb/s 極致體驗網(wǎng)絡(luò)打下了良好的基礎(chǔ)。

1.2 通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化5G 信號覆蓋

5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對5G 覆蓋率影響較大，而傳統(tǒng)的天饋方向角、下傾角的調(diào)整仍然是5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化不可或缺的手段。

比如，東一條路與東四路交叉口弱覆蓋問題路段占用甌海東一條路與東四路交叉口NR_3，距離問題路段200m 左右，掛高19m，方位角320°，下傾角18°，導(dǎo)致對西面道路覆蓋不足，如圖2 所示。

優(yōu)化調(diào)整方案如下：

（1）甌海東一條路與東四路交叉口NR_3 方位角320°調(diào)整至280°，下傾角18°調(diào)整至7°，加強西面覆蓋。

（2）甌海平天路與東四路交叉口NR_2 方位角250°調(diào)整至240°，下傾角10°調(diào)整至6°，加強西面和西南面覆蓋。

天饋調(diào)整后復(fù)測，結(jié)果顯示已顯著改善該區(qū)域的弱覆蓋情況，如圖3 所示。

到2020 年3 月中旬，已經(jīng)完成13 個站點的天饋調(diào)整，解決了其中10 個弱覆蓋問題，功率優(yōu)化抬升調(diào)整涉及6 個站點13 個小區(qū)，解決重疊覆蓋問題6 個。該區(qū)域弱覆蓋問題的改善，大幅減少了覆蓋空洞區(qū)域，從而使得綜合覆蓋率從96%提升到99%以上。

1.3 利用SSB 窄波束增強信號覆蓋能力

NR 系統(tǒng)往往引入波束掃描技術(shù)來解決小區(qū)覆蓋問題[2]，而采用SSB 8 波速掃描技術(shù)的覆蓋能力顯著好于SSB 單波束技術(shù)。從前期驗證結(jié)果來看，SSB 8 波束相對單波束的覆蓋率增加近10pp（如表2 所示）。雖然這是前期總體覆蓋不足情況下的測試結(jié)果，但是具有重要的參考價值。

圖2 東一條路與東四路交叉口弱覆蓋問題點路測

圖3 東一條路與東四路交叉口弱覆蓋問題點復(fù)測打點

表2 甌海區(qū)府SSB 寬波束、窄波束測試對比

在第二輪測試優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，在SSB 單波束下覆蓋率很難突破99%。因此，盡管該區(qū)域基礎(chǔ)覆蓋相對較好,仍然進行了SSB 8 波束掃描方式的試點。但從資源利用率上看，SSB 單波束相對于8 波束多增加1.8%的RE 資源（如表3 所示）。

表3 SSB 單波束、8 波束RE 資源對比

在該區(qū)域進行SSB 8 波束、單波束、1/3 8 波束+2/3 單波束的對比試點，結(jié)果如表4 所示。

可見，采用SSB 8 波束的覆蓋率表現(xiàn)最好，到第5 和第6 輪，采用8 波束的覆蓋率甚至穩(wěn)定在99.8%以上。

表4 SSB 寬波束、窄波束覆蓋對比

2 實現(xiàn)室外連續(xù)的1Gb/s 高速網(wǎng)絡(luò)的途徑

2.1 借助高密度路測，持續(xù)快速開展低速率路段深入分析和優(yōu)化

該區(qū)域均按照平均下載速率低于500Mb/s 作為門限界定低速率問題路段，然后統(tǒng)計分析高密度路測的log 數(shù)據(jù)，建立低速率路段數(shù)據(jù)動態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)庫。通過5 輪測試和分析，發(fā)現(xiàn)目前的低速率問題路段除了缺站、工參規(guī)劃不合理等原因之外，也存在重疊覆蓋、干擾、信令異常導(dǎo)致的低速率問題點。因此，需要采納更多元化、更多非常規(guī)的處理手段。比如以下幾個比較典型低速率問題路段就分別采用了不同的解決方案。如表5 所示。

表5 典型低速率問題路段原因及解決方案

優(yōu)化后，問題路段2、4、6 的平均下載速率已經(jīng)顯著改善，結(jié)果對比如圖4 和圖5 所示。

圖4 優(yōu)化前低速率路段分布

圖5 優(yōu)化后低速率路段分布

在此基礎(chǔ)上針對前5 輪測試數(shù)據(jù)建立的低速率問題點數(shù)據(jù)庫，分解到采樣點級粒度開展精細(xì)優(yōu)化，解決低速率問題點。截至2020 年3 月中旬，已經(jīng)完成10 個主要低速率路段優(yōu)化，低速率路段減少了8 個。

2.2 切換優(yōu)化

對NSA 網(wǎng)絡(luò)進行切換優(yōu)化，特別要注意4G/5G鄰區(qū)協(xié)同優(yōu)化[3]，需要分別對LTE-LTE、LTENR、NR-NR 之間的鄰區(qū)關(guān)系進行綜合分析，協(xié)同優(yōu)化，減少乒乓切換。并通過LTE 錨點站和NR 的切換序列的聯(lián)合梳理，給出切換序列上最優(yōu)小區(qū)列表，并進行切換帶優(yōu)化（如基于具體的路段的無線信號統(tǒng)計設(shè)置提前切換或延遲切換參數(shù)策略），使其盡量占用最優(yōu)小區(qū)，減少乒乓切換。為評估乒乓切換的優(yōu)化效果，引入了切換次數(shù)/占用小區(qū)數(shù)作為評估指標(biāo)。優(yōu)化后，LTE 切換次數(shù)/LTE 占用小區(qū)數(shù)從6.4 改善至5.58，NR 切換次數(shù)/NR 占用小區(qū)數(shù)從7.5 改善至6.6，乒乓切換問題得到改善，如圖6 所示。

2.3 實施提升頻譜效率的參數(shù)策略

完成兩輪LTE 基線參數(shù)核查，共涉及21 類121 項參數(shù)。完成三輪NR 基線參數(shù)核查，共涉及8 類75 項參數(shù)，NR 主要基線參數(shù)如表6 所示。

圖6 切換優(yōu)化前后切換次數(shù)/占用小區(qū)數(shù)對比

表6 NR 基線參數(shù)策略配置

其中，較重要的是下行SRS 權(quán)與PMI 權(quán)自適應(yīng)開關(guān)（建議固定為SRS 權(quán)值方案）、下行初始RANK（建議設(shè)置為2）、下行初始MCS（建議為10）、下行切換后初始RANK（建議為2）、下行切換后初始MCS（建議為10）、OccupiedRbNum（建議設(shè)置為8）以及上行256QAM 開關(guān)（建議打開）等參數(shù)。這些參數(shù)的組合實施均有利于提升頻譜效率，從而提高下載速率。

2.4 清退LTE D 頻段頻譜，抑制干擾

NR 2.6G 100MHz 載波組網(wǎng)必須考慮其和LTE D1、D2 頻段載波的相互干擾問題[4]。具體實施分為移頻、直接退頻和先補充容量再退頻三種方式。甌海區(qū)府樣板區(qū)及其周邊共計退頻99 個D 頻段載波，有效抑制了NR 受干擾水平，但仍遺留一定數(shù)量的LTE D1、D2 載波，這些載波須在補充其它頻段后方可退頻。全部清退后，預(yù)計干擾水平將得到進一步改善。

2.5 探索多徑傳播環(huán)境，提升無線信道RANK 值

無線信道RANK 值和多流傳輸能力直接相關(guān)。在64T64R 天線為主的NSA 網(wǎng)絡(luò)中，用戶的峰值速率、體驗速率和用戶在通信過程中獲取的RANK 值高度相關(guān)。如何提高無線信道中的RANK 值，不僅取決于設(shè)備的處理能力，也依靠無線信號的傳播環(huán)境。而無線信號傳播環(huán)境的改善首先歸功于前期有效的覆蓋補充、干擾抑制和減少重疊覆蓋等優(yōu)化手段，使得平均RANK 值從3.26 提升到3.6，相應(yīng)的速率提升趨勢體現(xiàn)出和RANK 值的高度相關(guān)性，如表7 所示。

但仍有部分路段在無線環(huán)境較理想的情況下RANK 值依然偏低。從MCS 和RANK 值的路測統(tǒng)計（如圖7 所示）來看，部分低RANK 值（RANK ≤3）采樣點的MCS 其實很高（比如MCS ＞25），顯然這些路段的低RANK 原因值得進一步研究，統(tǒng)計如表8 所示。

表7 下行平均RANK 對比

圖7 MCS 和RANK 路測統(tǒng)計

表8 下行平均RANK 和MCS 對比

值得注意的是，對于LOW_RANK 的采樣點而言，其主要分布在HIGH_MCS 和MID_MCS 類型中，兩者占了94.1%，尤其是HIGH_MCS,也占32.4%，需另作分析。依據(jù)Massive MIMO 的優(yōu)化經(jīng)驗，道路周邊的建筑和植被可能形成更豐富的反射徑和繞射徑，有可能比空曠道路生成更多的RANK 數(shù)量。在本區(qū)域內(nèi)也發(fā)現(xiàn)若干視野較好、周邊較空闊的道路，在覆蓋良好的情況下，平均RANK 值偏低，因此也進行了改變多徑傳播環(huán)境的試點，具體選擇甌海便民服務(wù)中心宏站NR 完成RANK 相關(guān)驗證。現(xiàn)場環(huán)境：調(diào)整前方位角200°，下傾角6°，調(diào)整后方位角210°，下傾角9°。試圖增加地面和周邊建筑物的反射路徑來形成更豐富的多徑傳播場景，如圖8 所示。

圖8 便民服務(wù)中心宏站NR 覆蓋環(huán)境

兩個路段的平均RANK 值調(diào)整前是3.0，調(diào)整后為3.1，基本維持不變。但北側(cè)路段（洲洋路）RANK 值從2.07 提升至2.71（由于同時增加了下傾角，天線主瓣雖然靠近該路段，但是在平均電平和PDSCH DMRS SINR 均降低的情況下，RANK 數(shù)量卻有較大提升）。同時，東側(cè)南北走向的云飛路段平均RANK 從3.67 降低至3.16（天饋調(diào)整后天線主瓣更加遠(yuǎn)離該路段，路段信號電平降低，DMRS SINR 下降，RANK 數(shù)量也顯著降低），如圖9、圖10 和表9 所示。

圖9 便民服務(wù)中心宏站NR_3 調(diào)整前RANK 分布

圖10 便民服務(wù)中心宏站NR_3 調(diào)整后RANK 分布

表9 便民服務(wù)中心宏站NR_3 天線調(diào)整前后平均RANK 對比

該結(jié)果初步驗證了在較空曠場景下通過調(diào)整天線方位角、下傾角使Massive MIMO 天線主瓣方向有效覆蓋道路可以提升RANK。

2.6 下行速率優(yōu)化效果

經(jīng)過5 輪持續(xù)優(yōu)化，該區(qū)域路測各項指標(biāo)得到顯著提升。綜合覆蓋率99.94%，LTE 錨點信號覆蓋率99.11%，平均下載速率1005 Mb/s，平均上行速率95.37Mb/s。測試環(huán)境如表10 所示，測試結(jié)果如表11 所示，該區(qū)域覆蓋率和下載速率走勢如圖11 所示。

表10 甌海區(qū)府樣板區(qū)測試環(huán)境

表11 甌海區(qū)府樣板區(qū)測試結(jié)果

圖11 甌海區(qū)府樣板區(qū)綜合覆蓋率和下行速率測試結(jié)果

3 實現(xiàn)上行100Mb/s 傳輸速率的途徑

針對上行低速率路段開展精細(xì)優(yōu)化，同時探索上行信道質(zhì)量提升手段。基于前期的測試數(shù)據(jù)分析，主要從覆蓋優(yōu)化和干擾排查兩方面提升上行速率。

3.1 覆蓋優(yōu)化

在一定的小區(qū)邊緣速率要求下，NSA 網(wǎng)絡(luò)屬于上行受限系統(tǒng)，因此上行速率對信號電平的要求相對下行更高、更敏感[5]。綜合多次路測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SSB-RSRP ＞-80dBm 時，更有機會實現(xiàn)高于100 Mb/s 的上行速率，如圖12 所示。

通過8 個站點的RF 優(yōu)化調(diào)整，7 個路段的覆蓋水平得到顯著提升（如圖13 所示）。上行速率隨之明顯提升，如圖14 所示。

圖13 優(yōu)化前后覆蓋SSB-RSRP 對比

圖14 優(yōu)化前后上行速率對比

3.2 干擾排查

測試時發(fā)現(xiàn)，UE 占用到H11554918 甌海便民服務(wù)中心宏站NR 時上行速率下降明顯，尤其是占用到甌海便民服務(wù)中心宏站NR_2&3 小區(qū)（PCI=535&536）時，下降更加明顯，但是從鄰區(qū)電平分布來看并未形成強重疊覆蓋現(xiàn)象，懷疑是外部干擾導(dǎo)致。

通過干擾指標(biāo)監(jiān)控和CellDT 跟蹤顯示，甌海便民服務(wù)中心NR 一帶存在D1 頻段5MHz 帶寬內(nèi)的強干擾信號，初步懷疑是偽基站引起，如圖15所示。

圖15 甌海便民服務(wù)中心NR 站點干擾底噪

進一步通過現(xiàn)場掃頻，發(fā)現(xiàn)干擾信號的波形、頻段、帶寬和OMC 統(tǒng)計到的干擾特征一致（如圖16 所示），從而證明確實存在偽基站干擾信號。通過定位偽基站具體位置，與廠家核查后發(fā)現(xiàn)該偽基站誤打開了D1 頻點發(fā)射端口，從而對周邊的NR基站形成了強干擾。通過協(xié)商已關(guān)閉該偽基站，如圖17 所示。

偽基站關(guān)閉后上行RB 級干擾平均值降低至-110 dBm 以下，上行測試速率有效提升，如圖18 所示。

經(jīng)過上述優(yōu)化措施落地，該區(qū)域平均上行速率提升至101.42Mb/s，如表12 所示。

圖16 甌海便民服務(wù)中心NR 站點頻譜儀掃頻結(jié)果

圖17 甌海便民服務(wù)中心NR 站點偽基站

圖18 關(guān)閉偽基站前后上行速率對比

表12 甌海區(qū)府樣板區(qū)上行測試結(jié)果

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，如何實現(xiàn)兼具無縫覆蓋和高速體驗速率的5G 網(wǎng)絡(luò)是運營商的主要目標(biāo)，但是這對于任何的一個本地網(wǎng)而言都是巨大的挑戰(zhàn)。首先需要通過推動工程建設(shè)實現(xiàn)至少超過90%的5G 站點規(guī)劃達成率，從而實現(xiàn)較小的平均站間距，這是實現(xiàn)室外無縫覆蓋的重要前提。甌海區(qū)府樣板區(qū)337m 的平均站間距無疑為實現(xiàn)該區(qū)域NSA 信號無縫覆蓋奠定了基礎(chǔ)。進而，通過天饋調(diào)優(yōu)和波束策略優(yōu)化實現(xiàn)了室外99.9%的測試覆蓋率。通過清退LTE D 頻段頻率解決了最主要的干擾問題，然后基于高密度路測數(shù)據(jù)的分析優(yōu)化逐個解決低速率問題路段，同時實施有利于增加吞吐率的參數(shù)策略組合等手段，最終實現(xiàn)了高于1Gb/s 的平均下載速率。最后，通過覆蓋優(yōu)化和干擾排查，進一步將上行速率提升到100 Mb/s 以上。該案例為在一般城區(qū)場景下如何實現(xiàn)全覆蓋、超高速NSA 網(wǎng)絡(luò)提供了示范模板。