5G網絡路測分析及應用

黃毅華，陳秀敏，陳相旭，盧洪濤

（1.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630；2.珠海世紀鼎利科技股份有限公司，廣東 珠海 519085）

0 引言

國家工業和信息化部近期頒發了5G 商用牌照，我國5G 網絡進入規模部署階段。5G 網絡建設及優化面臨著更寬的頻譜、靈活的空口技術、復雜的網絡架構及多樣的應用場景等新技術及新挑戰，涉及芯片、終端、無線、承載網、核心網等端到端的互操作測試[1]。

針對當前5G 網絡建設關注的基本性能及關鍵技術，本文基于5G SA（Stand Alone，獨立組網）網絡典型的路測數據及工參等信息，圍繞網絡覆蓋能力、移動性、業務QoS 等基礎性能，分析如何系統測試及評估5G 網絡整體質量，探討路測在5G 網絡精細化規劃、規模化部署、高效優化、異常問題定位等多方面的應用及分析。

1 5G網絡及路測儀表現狀

5G NR 在網絡發展過程中包含兩種組網架構：NSA（Non-Stand Alone）非獨立組網模式與SA（Stand Alone）獨立組網模式。NSA 錨定LTE 網絡上，將eNB作為主節點，NR 基站gNB 作為輔節點，在5G 核心網及終端發展不成熟的階段，NSA 是一種快速提供5G 能力的方案，是現階段5G 網絡規模化建設的主要架構；SA獨立組網模式則完全脫離了在LTE 基站側的錨定，核心網也從4G EPC 轉換為5GC，是5G 發展的最終形態。

目前5G 測試終端主要以滿足eMBB 場景為主，終端產品形態主要包括TUE、CPE 及手機等。其中基于高通X50 芯片的終端僅支持NSA，受限于芯片和網絡設備廠家IODT（Interoperability Development）進展，國外部分設備廠家僅能通過TUE 或工程機終端進行網絡測試，終端體積較大，使用不便捷，所支持測試功能有限。而國內基于海思Balong5000 芯片的商用智能終端可同時支持NSA 及SA 方案。路測儀表采用電腦連接5G 智能終端的方式進行5G 網絡測試，同時支持SA 及NSA 網絡的測試，支持功能比較完善，通過自動控制業務測試，采集、記錄、實時呈現5G 網絡無線信息及GIS 信息，并支持對測試數據進行統計分析等功能。當前路測儀表主要適用于設備廠商及運營商5G 網絡建設及優化驗證測試、端到端互連互通測試、異常問題定位測試等。

2 5G路測分析

國內某城市重點建設5G 網絡，采用SA 組網架構，無線網絡包括室內站點覆蓋、室外連片站點覆蓋、標桿路線覆蓋等典型場景。在5G 網絡基礎性能評估方面，重點關注終端接入、覆蓋能力、峰值及邊緣速率、網絡時延、移動性、互連互通、終端芯片能力等方面。圍繞這些關注點，本節主要通過介紹路測儀表在網絡覆蓋、業務測試、移動性等幾方面的測試及分析應用，呈現如何綜合評估5G 網絡整體質量，所有統計分析均基于該5G 網絡的測試數據及配置信息。

2.1 覆蓋分析

該5G 網絡部署在3.5 GHz 頻段上，受終端發射功率限制等因素，5G 網絡覆蓋能力取決于上行鏈路。以上行邊緣速率1 Mbit/s 為覆蓋目標，通過鏈路預算進行評估，在城區要求基站覆蓋半徑為188 m[2]。

選取主城區某網絡連續覆蓋的區域進行分析，通過將5G 基站站點信息導入路測工具中計算該區域站點之間距離，統計信息如表1，該區域5G 基站的平均間距為321 m，最大間距為669 m。

同時考慮切換所需的重疊區，站間距平均值321 m基本能滿足鏈路預算評估的要求，而站間距最大值669 m無法滿足上行邊緣速的覆蓋目標，將影響5G 連續覆蓋和用戶感知，尤其是在城區復雜環境下。

表1 5G基站站間距 m

5G 路測通過測量SSB 的信號評估5G 網絡的覆蓋[3]，終端在業務態下進行室外遍歷測試，采集電平值SSRSRP 及信干比SS-SINR，并定義一定的SS-RSRP 及SS-SINR 范圍作為網絡覆蓋門限。采用路測工具對該區域5G 網絡進行大規模、多輪DT 測試（Drive Test），基于測試數據評估網絡整體覆蓋能力，包括無線信號平均值、覆蓋率和邊緣覆蓋等。

該區域5G 網絡當前覆蓋情況如表2 所示，其中SSSINR 平均值整體較高，而SS-RSRP ≥-100 dBm 占比接近覆蓋率，該區域影響覆蓋率的主要因素是弱覆蓋。

表2 5G覆蓋情況

對測試的弱覆蓋采樣點（SS-RSRP<-100 dBm）與基站距離分布關系進行分析，如圖1 所示，其中有44%的弱覆蓋點與基站的距離在200 m 以內，這部分采樣點基本都處于非視距（NLOS）環境中，繞射損耗及穿透損耗較大，可通過調整天線工參（俯仰角、方位角、高度等）、站點位置或鄰區關系進行優化；有48%的弱覆蓋采樣點距離基站超過400 m，這部分采樣點主要是由于傳播損耗較大，影響因素包括站點規劃及部署不合理、越區覆蓋、切換不及時等。

圖1 SS-RSRP<-100 dBm采樣點與基站距離的分布

以上主要從整體定量地分析5G 網絡覆蓋情況，為詳細呈現異常覆蓋區域，將遍歷測試的SS-RSRP 及SSSINR 軌跡打印在地圖上，如圖2 所示。以圖2 右下角紅色路段為例，該路段同時存在5G 網絡弱覆蓋和強干擾情況，結合基站工參信息、地理環境、網絡側后臺信息對路測結果進行深入分析，可判斷該區域原規劃的5G 基站被高樓遮擋住導致弱覆蓋，同時存在共MOD 干擾，建議進行針對性調整優 化。在城區密集區域，影響5G 網絡覆蓋的因素較多。本節基于實際網絡測試數據，從站間距、整體無線指標、弱覆蓋點與基站的距離分布統計、軌跡地理化呈現等多角度分析5G 網絡的覆蓋情況，可提高5G 網絡規劃驗證、5G 網絡建設與優化的效率。

圖2 DT測試無線信號覆蓋圖

2.2 業務測試

除了覆蓋能力，業務測試也是對5G 網絡質量的重要評估手段之一。目前5G 路測主要采用UDP 灌包、FTP 及Ping等測試業務類型驗證端到端的網絡業務性能。在該5G SA 網絡下，選擇室外無線環境良好區域進行定點測試，從核心網向終端進行UDP 灌包測試，即時速率可穩定在1.4 Gbit/s 以上，下行高速率曲線如圖3 所示，整個5G 網絡從空口、傳輸到核心網等端到端表現出良好的業務性能支撐能力。

圖3 UDP下行高速率

測試過程中無線網絡CQI、MCS、256QAM 高階調制、PRB/Slot、調度次數、RANK、BLER 均達到比較理想狀態，最終綜合反映為比較穩定的數據傳輸高速率，實時測量無線參數如圖4 所示：

圖4 實時無線信息

空口下載速率受業務模型、無線資源、無線環境等因素的綜合影響，通過對無線參數和業務指標進綜合分析，可定位和解決復雜的無線問題。

以本測試數據為例，在個別采樣點出現即時速率降至1 Gbit/s 左右（圖3 曲線的波谷），經分析發現這些采樣點的RANK 從4 降至3。由于5G 網絡多徑效應比較明顯，測試過程中當有大型車輛從測試終端附件經過時，無線環境變化導致下行信道特性發生改變。為提高5G NR MIMO 多天線陣列增益，基站可根據無線環境為終端選擇合適的下行波束賦形權重，支持PMI 權、SRS 權及自適應調整。相對LTE 網絡，終端上報5G CSI（Channel State Information）內容更為復雜，可包括CQI（Channel Qulity Information）、CRI（CSI-RS Resource Indicator）、RI（Rank Indicator）、PMI（Precoding Matrix Indicator）等[4]；基站還可基于上下行信道的互易性采用SRS 估計下行信道特性[5]。實際測試表明，不同權重選擇算法對RANK 的影響較大。

對5G 網絡的測試及分析可結合整體指標統計、每秒參數詳情以及TTI 級別的無線調度信息，對業務性能從宏觀統計到微觀分析。表3 是業務過程每秒的無線參數統計，圖5 是PDSCH 信道每個Slot 的詳細信息。

5G SA 網絡應用面向更多的垂直行業。路測的業務模型需要更貼近真實用戶感知，更真實模擬實際應用場景，包括視頻直播、V2X、工業控制等；無線層面涉及網絡切片的測試及分析，這些均是后續5G 網絡業務測試需要關注的重點。

表3 每秒無線信息統計

圖5 PDSCH信道每個Slot的詳細信息

2.3 移動性測試

5G 網絡采用新的頻譜、MIMO 等技術，要求支持的移動性可高于500 km/h 的時速[6]，同時，涉及到4G/5G網絡協同，在移動性方面的測試更加復雜。

基于2.1 節的測試數據，對該5G 網絡覆蓋區域的移動性進行分析，包括切換成功率、信令面延時及用戶面延時，其中5G SA 網絡采用A3 事件觸發系統內切換，通過NR->RRCReconf iguration 及NR->RRCReconfigurationComplete信令完成小區切換[7]；用戶面延時定義為小區切換前收到最后一個數據包到切換后收到第一個數據包之間的時間差。該區域遍歷測試切換指標統計結果如表4 所示，總共發生切換9 次，均成功完成。切換的用戶面時延接近信令面的兩倍。

表4 NR切換統計

5G 小區之間的切換帶要保持合適的距離，太小容易導致切換失敗，太大容易導致過遠覆蓋；切換設置參數應該根據部署場景進行細分設置，在該5G 網絡下，室外小區切換到室內小區，由于A3 測量門限定義過高，容易導致切換失敗，通過降低A3 測量門限，保證切換有足夠的時間從而提高切換的成功率。另一方面，NR 切換用戶面時延如果過大，將影響對延時敏感業務的指標及實際感知，如語音業務等。

未來5G 大規模部署之后，移動性還涉及全網遍歷測試、EPS Fallback[9]、4G/5G 互操作、高鐵等特殊場景[8]等測試，路測對網絡移動性測試需要結合用戶感知業務構建新的評估體系。

3 異常案例分析

第2 節通過大規模的拉網測試多角度分析5G 網絡整體性能，適用于網絡規模化部署后的高效優化。本節通過5G 網絡與終端芯片的兼容性測試，介紹5G 測試中異常問題的分析定位，適用于網元之間的互聯互通測試。

如圖6 所示，通過路測工具完整采集終端的無線信息，終端SS-RSRP 及SS-SINR 都非常好，網絡分配給終端的無資源基本是滿配，但CQI 一直為0，下載速率測試只有11.536 Mbit/s。無線信令中終端上報的RI、CQI 等參數一直為0，與網絡側確認發現終端上報的CSI 格式與基站所支持的不一致，基站無法通過CSI 估算下行信道質量，因此選擇最保守的調制方式及最低RANK，導致速率異常。

圖6 終端上報CSI異常

將以上采集信息及存在問題分別反饋給芯片廠家和網絡廠家，促使基站及終端所支持的CSI 格式協商一致后，終端上報RI、CQI 等參數正常，PDSCH 信道動態采用高階調制方式及較高的RANK，下行數據明顯提升，終端上報CSI 正常如圖7 所示：

圖7 終端上報CSI正常

目前不同芯片平臺在各設備廠商的5G 網絡下功能及性能表現差異較大，5G 終端芯片物理層及高層協議的基本功能、無線鏈路自適應及調度、多天線技術、Beam 管理等關鍵技術和性能需要在外場進行充分驗證[10]。

路測儀表在5G 網絡與終端的IODT 測試中可充分發揮作用，起到橋梁作用。

4 結束語

當前5G 網絡建設整體進入加速階段，協議標準制定、產品研發、網絡部署、測試驗證各環節幾乎并行進行。5G網絡路測面臨產業鏈局部發展不均衡、5G 端到端互聯互通測試壓力大、新的技術測試及評估體系缺乏標準等挑戰。

本文基于近期中國國內5G SA 網絡路測的實際情況，分析無線覆蓋、業務測試、移動性等網絡基礎性能，以點帶面，結合目前5G 測試的進展及后續網絡發展的方向，探索5G 路測分析的方法及應用。

5G SA 網絡面向復雜多樣的垂直行業應用，5G 路測針對高速率、低時延、大容量等應用場景，圍繞運營商、設備廠商乃至垂直行業的測試需求，需要在產品形態、業務模型、信息采集及評估體系、統計分析的方法方式等方面突破傳統模式，不斷創新，為5G 網絡建設及優化，為全產業鏈的成熟發展提供有力的工具支撐。