基于大數(shù)據(jù)分析的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化識(shí)別隱性故障探討

朱偉 石霄飛 馬傳項(xiàng)

中郵建技術(shù)有限公司

0 引言

對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，利用網(wǎng)管中的性能指標(biāo)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，精確定位由于天線問(wèn)題導(dǎo)致的隱性故障，能夠快速有效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，降低人力成本，提高優(yōu)化效率，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

1 概述

空分復(fù)用是LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。它是指讓同一個(gè)頻段在不同的空間內(nèi)得到重復(fù)利用，在移動(dòng)通信中，其基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線實(shí)現(xiàn)空間分割，在不同的用戶方向上形成不同的波束，每個(gè)波束可提供一個(gè)無(wú)其他用戶干擾的唯一信道，以此達(dá)到提高速率的目的。

1.1 原理介紹

依據(jù)MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多路輸入多路輸出）技術(shù)原理，UE（用戶設(shè)備）測(cè)量的秩是主要影響因素。Rank（秩）即天線傳輸矩陣的秩，無(wú)線信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑衰落，表示能夠傳送獨(dú)立數(shù)據(jù)流的數(shù)量。當(dāng)衰落增加，多徑信號(hào)相關(guān)性變大，接收端無(wú)法通過(guò)相干檢測(cè)分離出不同的信號(hào)，此時(shí)Rank將發(fā)生降階，相反的，則可以升階。RI（Rank Indicator）為1，則表示多條傳輸通路完全相關(guān)，所傳送信號(hào)之間互相干擾概率較大，使得接收端難以準(zhǔn)確解碼。如果RI大于1，則表示有多條獨(dú)立不相關(guān)信道，UE可以接收多個(gè)不同通路上的信號(hào)，并根據(jù)預(yù)編碼規(guī)則獨(dú)立或者聯(lián)合解碼，從而增加傳輸可靠性，提高信道容量。

1.1.1 秩的自適應(yīng)性

在發(fā)射分集模式下，采用單碼字進(jìn)行發(fā)送，秩固定為1，層數(shù)與天線端口數(shù)相等。在空間復(fù)用模式下，信道的秩與層數(shù)相等，秩數(shù)不能超過(guò)收發(fā)側(cè)最大天線端口數(shù)。例如4T2R（4 transmit 2 receive）系統(tǒng)中，發(fā)射端天線端口數(shù)為4個(gè)，接收端天線端口數(shù)為2個(gè)，則秩和層數(shù)最大只能為2。

3GPP（3rd Generation Partnerships Project） R8規(guī)范中定義的最大天線端口數(shù)為4，意味著層數(shù)不能大于4，因此2個(gè)碼字可以映射到1～4個(gè)層上進(jìn)行傳輸。R9規(guī)范中定義最大天線端口數(shù)為8，則層數(shù)不能大于8，因此2個(gè)碼字可以映射到1～8個(gè)層上傳輸。

1.1.2 RI在下行調(diào)度中的應(yīng)用

UE對(duì)下行傳輸信道進(jìn)行測(cè)量，確定傳輸信道的秩，并上報(bào)給基站，用以輔助基站進(jìn)行下行調(diào)度。同時(shí)，在任何傳輸模式下，UE都要上報(bào)CQI（信道質(zhì)量指示），閉環(huán)空間分集模式下，UE還需要發(fā)送預(yù)編碼矩陣索引（PMI）信息。

通常，空間復(fù)用模式下，基站根據(jù)UE上報(bào)的RI數(shù)來(lái)決定下行碼字的數(shù)目，從而觸發(fā)模式內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程。以2T2R為例，收發(fā)天線端口數(shù)都是2，則傳輸信道的最大秩不超過(guò)2。開環(huán)空間復(fù)用模式下，如果UE上報(bào)的RI為1，則表示信道相關(guān)性強(qiáng)，無(wú)法采用雙流傳輸，因此只能使用發(fā)射分集方式，采用單碼字進(jìn)行發(fā)送。如果UE上報(bào)的RI為2，則表示信道相關(guān)性弱，可以采用雙流傳輸，可以使用空間復(fù)用方式，提高系統(tǒng)容量。

1.1.3 RI的限制條件

UE上報(bào)的RI表示信道的秩，但是RI的上報(bào)和使用受一些條件的限制。某些條件下，信道間相關(guān)度低，UE測(cè)量到的RI為2，但是UE仍然只能上報(bào)1。

（1）UE類別為1時(shí)，UE上報(bào)的RI只能為1。

UE class 1所支持的最大層數(shù)為1，也即UE上報(bào)的RI只能為1，因此基站也只能發(fā)送一個(gè)碼字，這意味著class1終端只能使用空間分集，無(wú)法使用空間復(fù)用。

（2）天線數(shù)小于2時(shí)，UE上報(bào)的RI只能為1。

如果物理天線損壞，導(dǎo)致可用天線數(shù)為1，則意味著只能采用單天線發(fā)送，此時(shí)相當(dāng)于1T1R或者1T2R模式，因此傳輸信道的秩只能為1，UE上報(bào)的RI也只能為1。

（3）受碼數(shù)限制而無(wú)法使用RI=2時(shí)，則只能使用RI=1。

對(duì)于傳輸模式TM3（傳輸模式3）、TM4、TM5與TM6，系統(tǒng)通過(guò)高層參數(shù)來(lái)限定UE所能使用的碼數(shù)，通過(guò)比特位標(biāo)定特定傳輸模式下的預(yù)編碼碼數(shù)是否能夠使用。

4G網(wǎng)絡(luò)除部分滴灌和室分外打，宏站均采用雙流及以上天線，在無(wú)線環(huán)境良好的情況下，下行能夠?qū)崿F(xiàn)雙流傳輸。廣覆蓋場(chǎng)景大都使用2T2R天線，部分農(nóng)村場(chǎng)景使用2T4R天線。在無(wú)線環(huán)境良好的情況下，若天線存在問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙流，則用戶業(yè)務(wù)速率較雙流傳輸時(shí)會(huì)有明顯下降。

1.2 算法設(shè)計(jì)

UE根據(jù)測(cè)量下行信號(hào)上報(bào)不同的Rank值，上報(bào)Rank 1說(shuō)明下行只能為單流傳輸，上報(bào)Rank 2說(shuō)明可以使用雙流傳輸。一個(gè)配置2T2R/2T4R的小區(qū)，如果收到的Rank2比例過(guò)低，可能存在兩種情況：一是天線存在發(fā)射性能下降、鴛鴦接反、正負(fù)45°線序接錯(cuò)等問(wèn)題，導(dǎo)致2路Tx（發(fā)射）無(wú)法同時(shí)發(fā)揮效能；二是小區(qū)邊緣用戶較多，大部分用戶處于無(wú)線環(huán)境較差的區(qū)域，可能是弱覆蓋或者重疊覆蓋導(dǎo)致；三是基站參數(shù)配置錯(cuò)誤，導(dǎo)致無(wú)法使用雙流。

Tx分析方法的主要思路，是通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，定義合理的算法和判決門限，精確篩選出可能存在問(wèn)題天線的小區(qū)。需要說(shuō)明的是2T2R的天線配置，每路Tx和Rx在物理上是合一的，定位出Tx存在問(wèn)題，往往在排查過(guò)程中也能順利發(fā)現(xiàn)Rx的問(wèn)題。

（1）關(guān)鍵指標(biāo)

提取某地市4G網(wǎng)絡(luò)天級(jí)連續(xù)一周的RANK上報(bào)指標(biāo)，如下表所示：

表1 某地市RANK指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

每天UE上報(bào)RANK1的上報(bào)次數(shù)達(dá)到110億次，每天UE上報(bào)RANK2的上報(bào)次數(shù)達(dá)到440億次，信息采集量非常大，更能準(zhǔn)確地反映出網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。如該指標(biāo)出現(xiàn)異常，則網(wǎng)絡(luò)存在問(wèn)題的概率將會(huì)較高，但是也不排除是特殊無(wú)線環(huán)境導(dǎo)致該指標(biāo)異常。

統(tǒng)計(jì)某地市連續(xù)半個(gè)月UE上報(bào)RANK2占比情況，如下表所示：

表2 某地市連續(xù)半月RANK占比統(tǒng)計(jì)

全網(wǎng)UE上報(bào)RANK2占比的平均值在80%左右，如低于該值需分析是否存在性能下降問(wèn)題，進(jìn)而制定優(yōu)化方案。

（2）RANK2占比過(guò)低判定規(guī)則

RANK2占比=RANK2的上報(bào)次數(shù)÷（RANK1的上報(bào)次數(shù)+ RANK2的上報(bào)次數(shù)）

全網(wǎng)RANK2占比基本保持在80%以內(nèi)，RANK2占比劣化門限暫定為80%，當(dāng)連續(xù)7天RANK2占比小于80%，即定義為RANK劣化小區(qū)，需展開優(yōu)化工作，提升RANK2占比。

統(tǒng)計(jì)分析大量的DT數(shù)據(jù)，RSRP（參考信號(hào)接收功率）以5db分段，SINR（信號(hào)干擾噪聲比）以3db分段，參考統(tǒng)計(jì)結(jié)果制定出RANK2占比門限值。

RSRP各分段對(duì)應(yīng)TM2（傳輸分集模式）和TM3（開環(huán)空分復(fù)用模式）占比情況如下表：

表3 RSRP分段TM2/3占比統(tǒng)計(jì)情況

由于采用的是DT數(shù)據(jù)，小于-105dbm的采樣點(diǎn)數(shù)較少，所以可能會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，建議剔除。通過(guò)上表可知，當(dāng)RSRP小于-95dbm時(shí)，TM3的占比明顯下降，也即會(huì)導(dǎo)致RANK2的占比明顯下降。根據(jù)MR中考核大于-110dbm的占比，以大于-110dbm為參考點(diǎn)，此時(shí)TM3的占比為44.6%，也即RANK2的占比也是44.6%，故建議把RANK2占比門限設(shè)置為45%。

SINR各分段對(duì)應(yīng)TM2和TM3占比情況如下表：

表4 SINR分段TM2/3占比統(tǒng)計(jì)情況

24～27 503 10889 4.42% 95.58%21～24 1256 16367 7.13% 92.87%18～21 2564 20045 11.34% 88.66%15～18 4817 19530 19.78% 80.22%12～15 5594 15804 26.14% 73.86%9～12 5309 10945 32.66% 67.34%6～9 4327 6770 38.99% 61.01%3～6 2923 3428 46.02% 53.98%0～3 1533 1472 51.01% 48.99%-3～，0 620 496 55.56% 44.44%-6～-3 188 145 56.46% 43.54%-9～-6 69 49 58.47% 41.53%-12～-9 12 15 44.44% 55.56%-15～-12 1 1 50.00% 50.00%

由于采用的是路測(cè)數(shù)據(jù)，小于-6db的采樣點(diǎn)數(shù)較少，所以可能會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，建議剔除。通過(guò)上表可知，當(dāng)SINR小于6db時(shí)，TM3的占比明顯下降，也即會(huì)導(dǎo)致RANK2的占比明顯下降。日常優(yōu)化中一般要求SINR大于-3db，此時(shí)TM3的占比為44.44%，也即RANK2的占比也是44.44%，故建議把RANK2占比門限設(shè)置為45%。

綜合以上分析，RANK2占比的門限建議設(shè)置為45%，同時(shí)為防止采樣數(shù)較少導(dǎo)致誤判，需同時(shí)也滿足每天的采樣數(shù)大于10000。即滿足硬件至少是2T2R，每天采樣點(diǎn)數(shù)大于10000，且RANK2占比小于45%的小區(qū)定義為RANK2占比較低，建議進(jìn)行隱性故障排查，同時(shí)提升RANK2占比。

2 效果驗(yàn)證

測(cè)試驗(yàn)證問(wèn)題139個(gè)，主要分為6大類：駐波告警、鴛鴦接反、極化接錯(cuò)、電子下傾角不一致、天線接反、參數(shù)配置錯(cuò)誤。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表：

表5 問(wèn)題分類統(tǒng)計(jì)情況

2.1 駐波告警實(shí)例

分析發(fā)現(xiàn)“湖山路_50”小區(qū)的RANK2占比明顯較低，僅1.8%，而且該小區(qū)支持兩發(fā)兩收，也即支持雙流。分析話務(wù)量等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)該小區(qū)用戶數(shù)較少，且全天流量?jī)H200MB，明顯也較少。

分析周邊無(wú)線，該小區(qū)位于城郊結(jié)合部，用戶相對(duì)較少，結(jié)合周邊站點(diǎn)分布情況，發(fā)現(xiàn)該小區(qū)主覆蓋方向存在一片水面，推斷可能存在水面反射，導(dǎo)致覆蓋過(guò)遠(yuǎn)。提取MR（測(cè)量報(bào)告）指標(biāo)分析，未發(fā)現(xiàn)覆蓋過(guò)遠(yuǎn)問(wèn)題，總體覆蓋率也比較正常。

（1）告警分析

查詢當(dāng)前告警，發(fā)現(xiàn)從2017年6月20日開始，出現(xiàn)駐波告警。但是通過(guò)分析流量和用戶數(shù)，發(fā)現(xiàn)雖然存在駐波告警，但是該小區(qū)還是能做業(yè)務(wù)，只是覆蓋性能有所下降，推斷是由于駐波告警導(dǎo)致該小區(qū)2個(gè)通道出現(xiàn)不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致UE無(wú)法上報(bào)RANK2。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在無(wú)線環(huán)境（RSRP=-81dbm，SINR=18）較好的情況下，占用的卻是TM2。此時(shí)UE上報(bào)的RANK為2，那么傳輸模式應(yīng)為TM3。

統(tǒng)計(jì)2個(gè)天線之間的電平差值，如下表：

表6 手機(jī)2天線接收電平平均差值

兩個(gè)天線之間電平的平均差值達(dá)到2.84db，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷2個(gè)通道RSRP相差3db以上，會(huì)導(dǎo)致占用的TM3的比例下降，相差5db以上基本上就無(wú)法占用TM3。

對(duì)差值進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)，如下表：

表7 手機(jī)2天線接收電平分段差值

兩個(gè)天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度相差在5db以上的比例在26.76%以上，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，雙通道相差5db以上會(huì)導(dǎo)致無(wú)法占用雙流。

圖1 通道0/通道1覆蓋能力對(duì)比

綜合以上分析，建議排查兩個(gè)通道的平衡性。

該小區(qū)當(dāng)前配置為2T2R，計(jì)劃輪流閉塞2個(gè)通道，對(duì)比在同一地點(diǎn)收到的2個(gè)通道的電平差值，以確定是否真的存在雙通道不平衡問(wèn)題。

分析發(fā)現(xiàn)在相同地點(diǎn)UE接收到2個(gè)通道的電平相差6db，基本可以確定該小區(qū)存在雙通道不平衡問(wèn)題，導(dǎo)致RANK2占比較低。

（3）問(wèn)題解決

通過(guò)監(jiān)控告警信息，發(fā)現(xiàn)7月24日出現(xiàn)駐波告警，駐波告警在7月24日當(dāng)天恢復(fù)。向維護(hù)人員詢問(wèn)，被告知當(dāng)天進(jìn)行了更換天線的操作。同時(shí)觀察RANK2占比指標(biāo)，7月24日后該指標(biāo)基本恢復(fù)正常，由之前的2.8%提升到80%以上。

表8 告警恢復(fù)前后指標(biāo)對(duì)比

2.2 鴛鴦接反實(shí)例

鴛鴦接反多見于RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）安裝在機(jī)房的站點(diǎn)，由于與天線距離較遠(yuǎn)，在跳線的布放過(guò)程中，施工人員容易操作失誤，將某一小區(qū)的兩路Tx跳線接在不同的天線上，導(dǎo)致在同一個(gè)覆蓋方向，UE只能接收到一路Tx信號(hào)。

分析RANK2占比低小區(qū)，“御馬汽車的2、3”小區(qū)的RANK2占比僅有23%，“御馬汽車的1”小區(qū)的RANK2占比89%，明顯優(yōu)于其他2個(gè)小區(qū)。核查告警和常見參數(shù)等，未發(fā)現(xiàn)異常，推斷存在鴛鴦接反問(wèn)題。

圖2 鴛鴦接反影響速率的示意圖

鴛鴦接反影響速率的原因如下圖所示：

在“御馬汽車的2、3”扇區(qū)主瓣方向分別測(cè)試，能同時(shí)接收到2、3扇區(qū)的信號(hào)，并且RSRP相近，下行傳輸存在單流，因此判斷該小區(qū)的2、3扇區(qū)天線鴛鴦接反。

2.3 極化接錯(cuò)實(shí)例

現(xiàn)網(wǎng)中正負(fù)45°線序接錯(cuò)的情況可能會(huì)較多，這一類問(wèn)題出現(xiàn)在2T4R天線上，需要上塔解決。

圖3 2T4R天線端口

兩副發(fā)射天線，必須一路接+45°接口，一路接-45°接口，才能最大程度減少2路TX的相關(guān)性，避免互相干擾。施工過(guò)程中如果誤將2副發(fā)射天線接在相同極化的端口，會(huì)導(dǎo)致單流問(wèn)題。

2.4 電子下傾角不一致實(shí)例

2T4R天線內(nèi)置2副天線，因此需要配置2副電調(diào)，如果2副電調(diào)的下傾角設(shè)置不一致，使2副天線覆蓋范圍不一致，那么在小區(qū)的覆蓋邊緣區(qū)域就容易出現(xiàn)單流的情況。導(dǎo)致電子下傾角不一致的，除了人工操作的因素之外，2副電調(diào)中的1副電調(diào)出現(xiàn)故障，對(duì)應(yīng)天線的電子下傾角將會(huì)自動(dòng)設(shè)置到最大值，也會(huì)造成單流。

此外，2T4R天線的電調(diào)配置錯(cuò)誤或配置不完整，也會(huì)導(dǎo)致單流。2副電調(diào)設(shè)備只有1副接線，另外一副閑置，造成兩幅天線的電子下傾角出現(xiàn)差異。

對(duì)“大豐電信支局”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該站的3個(gè)扇區(qū)在CQT（定點(diǎn)測(cè)試）測(cè)試時(shí)正常，但在DT（路測(cè)）測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著距離的增加，開始逐漸出現(xiàn)單流問(wèn)題。

登錄網(wǎng)管查看，發(fā)現(xiàn)“大豐電信支局_1”扇區(qū)配置2副電調(diào)天線，但電子下傾角設(shè)置不一致。電子下傾角調(diào)整為一致，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試正常，跟蹤觀察RANK2占比情況也恢復(fù)正常。

圖4 近距離測(cè)試正常

圖5 遠(yuǎn)距離測(cè)試異常

2.5 天線接反實(shí)例

天線接反是指兩個(gè)扇區(qū)間的RRU，兩個(gè)T/R共用口與相鄰扇區(qū)天線全部錯(cuò)接。

分析發(fā)現(xiàn)“通州正場(chǎng)農(nóng)校北2、3”小區(qū)的RANK2占比僅為35%，明顯存在問(wèn)題。對(duì)“通州正場(chǎng)農(nóng)校北2、3”扇區(qū)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在該站2扇區(qū)的主覆蓋方向收到的信號(hào)為3扇區(qū)信號(hào)，而3扇區(qū)的主覆蓋方向收到的信號(hào)為2扇區(qū)信號(hào)。

導(dǎo)致這種情況的原因主要有兩個(gè)：（1）天線接反；（2）PCI實(shí)際配置與工參不一致。登錄基站網(wǎng)管進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)PCI的實(shí)際配置與工參吻合，因此可推斷原因較大可能為天線接反。

上塔排查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)為天線接反。整改后復(fù)測(cè)，扇區(qū)覆蓋方向已修正。

2.6 參數(shù)配置錯(cuò)誤實(shí)例

分析發(fā)現(xiàn)“無(wú)錫中醫(yī)醫(yī)院（中南路）_52”小區(qū)的RANK2占比為零，明顯存在問(wèn)題。分析用戶數(shù)和流量等指標(biāo)，未發(fā)現(xiàn)異常。同時(shí)對(duì)比同站其他小區(qū)，其他小區(qū)RANK2占比指標(biāo)正常。而且該小區(qū)配置為兩發(fā)兩收，可以支持RANK2。查詢歷史告警和當(dāng)前告警，未發(fā)現(xiàn)異常。

（1）發(fā)射通道狀態(tài)核查

通過(guò)核查該小區(qū)2個(gè)通道的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)發(fā)射通道1的“發(fā)射通道物理開關(guān)”處于關(guān)閉狀態(tài)，也即該小區(qū)雖然配置了雙通道，但是目前只能正常使用1個(gè)通道。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證

8月11日現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，在無(wú)線環(huán)境極好（RSRP=-79dbm，SINR=28dbm）的情況下，UE只上報(bào)RANK1，傳輸模式只能使用TM1，說(shuō)明確實(shí)只有一個(gè)通道可以正常使用，下載速率僅41Mbps。

現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系維護(hù)工程師打開發(fā)射通道2，UE可以正常上報(bào)RANK2，占用TM3模式，下載速率達(dá)到85Mbps。

3 總結(jié)

本方法直接采集現(xiàn)網(wǎng)性能數(shù)據(jù)，無(wú)需增加額外成本。利用大數(shù)據(jù)分析精確定位低速率小區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證準(zhǔn)確率86.73%。天線隱患如無(wú)告警，原先只能通過(guò)用戶申告或DT/CQT被動(dòng)發(fā)現(xiàn)，此方法可主動(dòng)發(fā)現(xiàn)天線隱患，改善用戶感知，提升運(yùn)營(yíng)商品牌形象。能夠縮短優(yōu)化流程及隱患發(fā)現(xiàn)周期，減少人力成本，提升優(yōu)化效率。