第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上行覆蓋受限分析及解決方案研究

李 岑 丁克琴

中郵建技術(shù)有限公司

0 引言

移動(dòng)通信從2G、3G、4G發(fā)展到第五代移動(dòng)通信5G，3GPP標(biāo)準(zhǔn)下終端最大發(fā)射功率為2G時(shí)期的33dbm，目前5G下終端最大發(fā)射功率為26dbm，綜合考慮續(xù)航能力，終端發(fā)射功率通常不會(huì)較大，目前2T2R天線的終端最大發(fā)射功率為 26dBm（0.4W）。相反，在下行方向，5G基站側(cè)發(fā)射功率可達(dá) 53dBm（200W），遠(yuǎn)大于上行方向終端的發(fā)射功率。如圖1所示，小區(qū)邊緣區(qū)域遠(yuǎn)點(diǎn)位置雖然能夠接收到下行信號(hào)，但其發(fā)起的上行傳輸信號(hào)在基站側(cè)無法被解調(diào)，此時(shí)出現(xiàn)上行受限，用戶會(huì)出現(xiàn)無法接打電話、上網(wǎng)速率降低等問題，使用感知會(huì)明顯下降，因此有必要研究上行受限的感知門限，找出用戶感知的覆蓋參數(shù)邊界，從而制定對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施。

圖1 上行受限示意圖

1 用戶體驗(yàn)速率感知差門限研究

上行覆蓋受限固然存在，但是受限到什么程度需要進(jìn)行量化，上行覆蓋受限最終體現(xiàn)在用戶感知上，因此需要研究用戶體驗(yàn)速率的忍耐極限。與用戶感知相關(guān)的指標(biāo)最直接的就是上下行體驗(yàn)速率，系統(tǒng)Uu口上、下行用戶體驗(yàn)速率大小反映的是終端側(cè)、基站側(cè)數(shù)據(jù)緩存消失時(shí)間的快慢，緩存釋放越快，速率越大。

根據(jù)用戶體驗(yàn)速率的定義，各個(gè)通信設(shè)備廠家均可以實(shí)現(xiàn)具體指標(biāo)的提取，但是體驗(yàn)速率最低多少是用戶的忍耐極限均未指明，本研究通過實(shí)驗(yàn)選取多個(gè)熱門App（微信視頻、王者榮耀、抖音視頻、新浪微博）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證測(cè)試，把話統(tǒng)數(shù)據(jù)中上下行用戶體驗(yàn)速率與現(xiàn)場(chǎng)感知測(cè)試結(jié)果進(jìn)行大數(shù)據(jù)模擬比較分析，總結(jié)出最終感知速率門限邊界值，也就是說體驗(yàn)速率小于臨界值時(shí)為感知較差。

實(shí)驗(yàn)：不同終端類型測(cè)試分析。選取8部手機(jī)終端（iPhone 12三部，HUAWEI MATE30三部，HUAWEI MATE40兩部），選取多個(gè)場(chǎng)景（重載、輕載、好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)）同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行App業(yè)務(wù)，并對(duì)體驗(yàn)速率大數(shù)據(jù)進(jìn)行散點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析。如圖2所示，縱軸為感知測(cè)試結(jié)果次數(shù)，橫軸為網(wǎng)管用戶體驗(yàn)速率指標(biāo)，可以看出體驗(yàn)速率越低，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試感知較差的比例越大；體驗(yàn)速率越高，良好的比例越大。

圖2 下行體驗(yàn)速率與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)比圖

經(jīng)過分析對(duì)比，下行用戶平均體驗(yàn)速率小于3M，現(xiàn)場(chǎng)感知較差的比例高于80%以上，下行體驗(yàn)速率網(wǎng)管指標(biāo)臨界值為3Mbps，如圖3所示。

圖3 上行體驗(yàn)速率與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)比圖

同樣將現(xiàn)場(chǎng)上傳測(cè)試的結(jié)果與網(wǎng)管指標(biāo)對(duì)比分析，上行用戶平均體驗(yàn)速率小于1M時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試感知較差的比例高于80%以上，上行體驗(yàn)速率網(wǎng)管臨界值為1Mbps。

小結(jié)：基于當(dāng)前的熱門App測(cè)試大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，上行體驗(yàn)速率1Mbps、下行體驗(yàn)速率3Mbps為感知差卡頓門限，即上行覆蓋受限的感知最差門限。

2 上行覆蓋受限參數(shù)門限研究

一些物理層算法如切換、功率控制等均以RSRP、SINR等為判決依據(jù)，因此獲取合適的邊緣覆蓋RSRP、SINR參數(shù)門限顯得格外重要，在上行受限感知最差門限時(shí)，根據(jù)覆蓋參數(shù)，設(shè)置合理的門限可以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

2.1 上行邊緣覆蓋測(cè)試驗(yàn)證

結(jié)合體驗(yàn)速率感知1Mbps門限，以測(cè)試軟件上行1Mbps為上行受限感知速率界限，選取5G不同站型進(jìn)行鎖站邊緣覆蓋測(cè)試，后臺(tái)監(jiān)測(cè)1Mbps時(shí)上行RSRP、SINR參數(shù)。

（1）64T64R站型

下行SSB RSRP衰落至-120dbm、SSB SINR-3db左右，上行業(yè)務(wù)有卡頓，此時(shí)上行平均吞吐率約1Mbps，如圖4所示。

圖4 64T64R上行RSRP、上行SINR與上行速率

根據(jù)上下行覆蓋對(duì)比分析，在邊緣覆蓋點(diǎn)附近，由于64天線上行分集接收增益較好，覆蓋邊緣上下行RSRP、SINR差值約為0，如圖5所示。

圖5 64T64R上下行RSRP、SINR對(duì)比

小結(jié)：64T64R站點(diǎn)在上行SRS RSRP低于-120dbm或SRS SINR低于-3db時(shí)出現(xiàn)上行覆蓋受限。

（2）32T32R站型

下行SSB RSRP衰落至-118dbm、SSB SINR-3db左右，上行業(yè)務(wù)出現(xiàn)影響，有卡頓，此時(shí)上行平均吞吐率約1Mbps，如圖6所示。

圖6 32T32R上行RSRP、上行SINR與上行速率

根據(jù)上下行覆蓋對(duì)比分析，在邊緣覆蓋點(diǎn)附近，當(dāng)上行出現(xiàn)受限時(shí)，上下行RSRP差值約4dB，上下行SINR差值約為3dB，如圖7所示。

圖7 32T32R上下行RSRP、SINR對(duì)比

小結(jié)：32T32R站點(diǎn)上行SRS RSRP低于-122dbm或SRS SINR低于0db時(shí)出現(xiàn)上行受限。

結(jié)論：不同站型，天線陣子數(shù)越大，上下行覆蓋能力越強(qiáng)；上行覆蓋受限門限越小，覆蓋范圍越大，具體如表1所示。

表1 邊緣覆蓋驗(yàn)證結(jié)果

3 上行覆蓋受限應(yīng)對(duì)措施

3.1 上行覆蓋受限處理流程

3.2 功率優(yōu)化

5G基站功率配置應(yīng)遵循等功率譜密度原則，即根據(jù)小區(qū)帶寬進(jìn)行功率滿配。

3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（1）波束優(yōu)化。根據(jù)不同的覆蓋場(chǎng)景，制定不同的波束覆蓋策略，如當(dāng)水平覆蓋要求比較高時(shí)，推薦配置為廣場(chǎng)場(chǎng)景，提升遠(yuǎn)點(diǎn)覆蓋。當(dāng)垂直覆蓋要求較高時(shí)，推薦配置為高樓場(chǎng)景。

圖8 上行覆蓋受限處理流程

（2）天線下傾角優(yōu)化。針對(duì)上行受限小區(qū)可以調(diào)整對(duì)應(yīng)的電子下傾角，收縮覆蓋范圍，減少過遠(yuǎn)覆蓋和重疊覆蓋。

（3）天線方位角優(yōu)化。4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋相對(duì)成熟，可以根據(jù)共站4G覆蓋來指導(dǎo)5G扇區(qū)的覆蓋方向。

3.4 互操作策略優(yōu)化

互操作策略門限涉及的是下行RSRP，根據(jù)前述的上行受限判定方法，識(shí)別出上行受限小區(qū)，針對(duì)不同的站點(diǎn)類型，對(duì)于上行受限明顯的小區(qū)設(shè)置對(duì)應(yīng)的互操作門限。

3.5 功能特性輔助開啟

（1）非獨(dú)立組網(wǎng)情況下上行Fall back to LTE。在LTE-NR高低頻共站場(chǎng)景下，可通過上行回落LTE特性進(jìn)行上行速率提升，從而在特定場(chǎng)景下提升整體上行速率并部分解決小區(qū)邊緣上行覆蓋受限問題。在覆蓋邊緣場(chǎng)景下，錨點(diǎn)同頻切換造成LTE切至覆蓋較好小區(qū)但5G依然停留在原小區(qū)。在此類場(chǎng)景下NR上行回落LTE后，用戶的上行速率可獲得明顯改善，可部分解決上行受限問題，如圖9所示。

圖9 上行Fall back to LTE示意圖

（2）獨(dú)立組網(wǎng)情況下開啟基于質(zhì)量切換。基于質(zhì)量切換功能識(shí)別終端處于上行弱覆蓋受限情況時(shí)，及時(shí)切換或重定向到4G小區(qū)。

（3）上下行解耦。上下行解耦定義了新的頻譜配對(duì)方式，使下行數(shù)據(jù)在C-band傳輸，而上行數(shù)據(jù)在Sub-3G上傳輸，從而提升上行覆蓋，從根本上解決5G上行受限問題。

4 實(shí)施及效果驗(yàn)證

根據(jù)上行用戶體驗(yàn)速率選取上行受限小區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，實(shí)施優(yōu)化后，從上行速率、5G分流比、5G無線掉線率三個(gè)維度進(jìn)行效果驗(yàn)證。

在NSA組網(wǎng)下，結(jié)合上行受限判決標(biāo)準(zhǔn)，選取114個(gè)上行受限小區(qū)進(jìn)行上行Fall back to LTE功能特性分場(chǎng)景調(diào)優(yōu)推廣試點(diǎn)，方案實(shí)施后，上行用戶平均速率提升約1.5Mbps，5G無線掉線率由2.3%下降到1.6%，改善0.7個(gè)百分點(diǎn)，5G分流比由12%提升至18%，提升6個(gè)百分點(diǎn)，效果驗(yàn)證如圖10所示。

圖10 上行速率提升對(duì)比圖

在SA組網(wǎng)下，結(jié)合上行受限判決標(biāo)準(zhǔn)，選取96個(gè)上行受限小區(qū)開啟基于質(zhì)量切換功能特性推廣試點(diǎn)，方案實(shí)施后，上行用戶平均速率提升約1.69Mbps，5G無線掉線率由2.5%下降到1.6%，改善0.9個(gè)百分點(diǎn)，5G分流比由12%提升至18%，提升5個(gè)百分點(diǎn)，效果驗(yàn)證如如圖11所示。

圖11 上行速率提升對(duì)比圖

5 結(jié)束語

本研究通過多個(gè)終端進(jìn)行熱門App試驗(yàn)得出用戶感知差忍耐門限，并進(jìn)行邊緣測(cè)試找出上行受限感知差時(shí)對(duì)應(yīng)的RSRP、SINR邊界參數(shù)門限，從而得出上行受限的覆蓋門限。結(jié)合覆蓋門限、上行受限的原理，制定對(duì)應(yīng)的上行受限舉措并進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證，經(jīng)過驗(yàn)證，措施實(shí)施后，在上行速率、5G分流比、無線掉線率三個(gè)方面效果顯著。