基于大數據分析的無線網絡優化識別隱性故障探討

朱偉 石霄飛 馬傳項

中郵建技術有限公司

0 引言

對于無線網絡優化，利用網管中的性能指標，結合大數據分析，精確定位由于天線問題導致的隱性故障，能夠快速有效地發現問題，降低人力成本，提高優化效率，提升網絡服務質量。

1 概述

空分復用是LTE（Long Term Evolution，長期演進）網絡關鍵技術之一。它是指讓同一個頻段在不同的空間內得到重復利用，在移動通信中，其基本技術就是采用自適應陣列天線實現空間分割，在不同的用戶方向上形成不同的波束，每個波束可提供一個無其他用戶干擾的唯一信道，以此達到提高速率的目的。

1.1 原理介紹

依據MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多路輸入多路輸出）技術原理，UE（用戶設備）測量的秩是主要影響因素。Rank（秩）即天線傳輸矩陣的秩，無線信號經過多徑衰落，表示能夠傳送獨立數據流的數量。當衰落增加，多徑信號相關性變大，接收端無法通過相干檢測分離出不同的信號，此時Rank將發生降階，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，所傳送信號之間互相干擾概率較大，使得接收端難以準確解碼。如果RI大于1，則表示有多條獨立不相關信道，UE可以接收多個不同通路上的信號，并根據預編碼規則獨立或者聯合解碼，從而增加傳輸可靠性，提高信道容量。

1.1.1 秩的自適應性

在發射分集模式下，采用單碼字進行發送，秩固定為1，層數與天線端口數相等。在空間復用模式下，信道的秩與層數相等，秩數不能超過收發側最大天線端口數。例如4T2R（4 transmit 2 receive）系統中，發射端天線端口數為4個，接收端天線端口數為2個，則秩和層數最大只能為2。

3GPP（3rd Generation Partnerships Project） R8規范中定義的最大天線端口數為4，意味著層數不能大于4，因此2個碼字可以映射到1～4個層上進行傳輸。R9規范中定義最大天線端口數為8，則層數不能大于8，因此2個碼字可以映射到1～8個層上傳輸。

1.1.2 RI在下行調度中的應用

UE對下行傳輸信道進行測量，確定傳輸信道的秩，并上報給基站，用以輔助基站進行下行調度。同時，在任何傳輸模式下，UE都要上報CQI（信道質量指示），閉環空間分集模式下，UE還需要發送預編碼矩陣索引（PMI）信息。

通常，空間復用模式下，基站根據UE上報的RI數來決定下行碼字的數目，從而觸發模式內轉換過程。以2T2R為例，收發天線端口數都是2，則傳輸信道的最大秩不超過2。開環空間復用模式下，如果UE上報的RI為1，則表示信道相關性強，無法采用雙流傳輸，因此只能使用發射分集方式，采用單碼字進行發送。如果UE上報的RI為2，則表示信道相關性弱，可以采用雙流傳輸，可以使用空間復用方式，提高系統容量。

1.1.3 RI的限制條件

UE上報的RI表示信道的秩，但是RI的上報和使用受一些條件的限制。某些條件下，信道間相關度低，UE測量到的RI為2，但是UE仍然只能上報1。

（1）UE類別為1時，UE上報的RI只能為1。

UE class 1所支持的最大層數為1，也即UE上報的RI只能為1，因此基站也只能發送一個碼字，這意味著class1終端只能使用空間分集，無法使用空間復用。

（2）天線數小于2時，UE上報的RI只能為1。

如果物理天線損壞，導致可用天線數為1，則意味著只能采用單天線發送，此時相當于1T1R或者1T2R模式，因此傳輸信道的秩只能為1，UE上報的RI也只能為1。

（3）受碼數限制而無法使用RI=2時，則只能使用RI=1。

對于傳輸模式TM3（傳輸模式3）、TM4、TM5與TM6，系統通過高層參數來限定UE所能使用的碼數，通過比特位標定特定傳輸模式下的預編碼碼數是否能夠使用。

4G網絡除部分滴灌和室分外打，宏站均采用雙流及以上天線，在無線環境良好的情況下，下行能夠實現雙流傳輸。廣覆蓋場景大都使用2T2R天線，部分農村場景使用2T4R天線。在無線環境良好的情況下，若天線存在問題，無法實現雙流，則用戶業務速率較雙流傳輸時會有明顯下降。

1.2 算法設計

UE根據測量下行信號上報不同的Rank值，上報Rank 1說明下行只能為單流傳輸，上報Rank 2說明可以使用雙流傳輸。一個配置2T2R/2T4R的小區，如果收到的Rank2比例過低，可能存在兩種情況：一是天線存在發射性能下降、鴛鴦接反、正負45°線序接錯等問題，導致2路Tx（發射）無法同時發揮效能；二是小區邊緣用戶較多，大部分用戶處于無線環境較差的區域，可能是弱覆蓋或者重疊覆蓋導致；三是基站參數配置錯誤，導致無法使用雙流。

Tx分析方法的主要思路，是通過大數據分析，定義合理的算法和判決門限，精確篩選出可能存在問題天線的小區。需要說明的是2T2R的天線配置，每路Tx和Rx在物理上是合一的，定位出Tx存在問題，往往在排查過程中也能順利發現Rx的問題。

（1）關鍵指標

提取某地市4G網絡天級連續一周的RANK上報指標，如下表所示：

表1 某地市RANK指標統計

每天UE上報RANK1的上報次數達到110億次，每天UE上報RANK2的上報次數達到440億次，信息采集量非常大，更能準確地反映出網絡的工作狀態。如該指標出現異常，則網絡存在問題的概率將會較高，但是也不排除是特殊無線環境導致該指標異常。

統計某地市連續半個月UE上報RANK2占比情況，如下表所示：

表2 某地市連續半月RANK占比統計

全網UE上報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題，進而制定優化方案。

（2）RANK2占比過低判定規則

RANK2占比=RANK2的上報次數÷（RANK1的上報次數+ RANK2的上報次數）

全網RANK2占比基本保持在80%以內，RANK2占比劣化門限暫定為80%，當連續7天RANK2占比小于80%，即定義為RANK劣化小區，需展開優化工作，提升RANK2占比。

統計分析大量的DT數據，RSRP（參考信號接收功率）以5db分段，SINR（信號干擾噪聲比）以3db分段，參考統計結果制定出RANK2占比門限值。

RSRP各分段對應TM2（傳輸分集模式）和TM3（開環空分復用模式）占比情況如下表：

表3 RSRP分段TM2/3占比統計情況

由于采用的是DT數據，小于-105dbm的采樣點數較少，所以可能會影響分析結果的準確性，建議剔除。通過上表可知，當RSRP小于-95dbm時，TM3的占比明顯下降，也即會導致RANK2的占比明顯下降。根據MR中考核大于-110dbm的占比，以大于-110dbm為參考點，此時TM3的占比為44.6%，也即RANK2的占比也是44.6%，故建議把RANK2占比門限設置為45%。

SINR各分段對應TM2和TM3占比情況如下表：

表4 SINR分段TM2/3占比統計情況

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%

由于采用的是路測數據，小于-6db的采樣點數較少，所以可能會影響分析結果的準確性，建議剔除。通過上表可知，當SINR小于6db時，TM3的占比明顯下降，也即會導致RANK2的占比明顯下降。日常優化中一般要求SINR大于-3db，此時TM3的占比為44.44%，也即RANK2的占比也是44.44%，故建議把RANK2占比門限設置為45%。

綜合以上分析，RANK2占比的門限建議設置為45%，同時為防止采樣數較少導致誤判，需同時也滿足每天的采樣數大于10000。即滿足硬件至少是2T2R，每天采樣點數大于10000，且RANK2占比小于45%的小區定義為RANK2占比較低，建議進行隱性故障排查，同時提升RANK2占比。

2 效果驗證

測試驗證問題139個，主要分為6大類：駐波告警、鴛鴦接反、極化接錯、電子下傾角不一致、天線接反、參數配置錯誤。

統計結果如下表：

表5 問題分類統計情況

2.1 駐波告警實例

分析發現“湖山路_50”小區的RANK2占比明顯較低，僅1.8%，而且該小區支持兩發兩收，也即支持雙流。分析話務量等指標，發現該小區用戶數較少，且全天流量僅200MB，明顯也較少。

分析周邊無線，該小區位于城郊結合部，用戶相對較少，結合周邊站點分布情況，發現該小區主覆蓋方向存在一片水面，推斷可能存在水面反射，導致覆蓋過遠。提取MR（測量報告）指標分析，未發現覆蓋過遠問題，總體覆蓋率也比較正常。

（1）告警分析

查詢當前告警，發現從2017年6月20日開始，出現駐波告警。但是通過分析流量和用戶數，發現雖然存在駐波告警，但是該小區還是能做業務，只是覆蓋性能有所下降，推斷是由于駐波告警導致該小區2個通道出現不平衡，進而導致UE無法上報RANK2。

（2）現場測試

現場測試，在無線環境（RSRP=-81dbm，SINR=18）較好的情況下，占用的卻是TM2。此時UE上報的RANK為2，那么傳輸模式應為TM3。

統計2個天線之間的電平差值，如下表：

表6 手機2天線接收電平平均差值

兩個天線之間電平的平均差值達到2.84db，根據經驗判斷2個通道RSRP相差3db以上，會導致占用的TM3的比例下降，相差5db以上基本上就無法占用TM3。

對差值進行分段統計，如下表：

表7 手機2天線接收電平分段差值

兩個天線接收到的信號強度相差在5db以上的比例在26.76%以上，根據以往經驗，雙通道相差5db以上會導致無法占用雙流。

圖1 通道0/通道1覆蓋能力對比

綜合以上分析，建議排查兩個通道的平衡性。

該小區當前配置為2T2R，計劃輪流閉塞2個通道，對比在同一地點收到的2個通道的電平差值，以確定是否真的存在雙通道不平衡問題。

分析發現在相同地點UE接收到2個通道的電平相差6db，基本可以確定該小區存在雙通道不平衡問題，導致RANK2占比較低。

（3）問題解決

通過監控告警信息，發現7月24日出現駐波告警，駐波告警在7月24日當天恢復。向維護人員詢問，被告知當天進行了更換天線的操作。同時觀察RANK2占比指標，7月24日后該指標基本恢復正常，由之前的2.8%提升到80%以上。

表8 告警恢復前后指標對比

2.2 鴛鴦接反實例

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

分析RANK2占比低小區，“御馬汽車的2、3”小區的RANK2占比僅有23%，“御馬汽車的1”小區的RANK2占比89%，明顯優于其他2個小區。核查告警和常見參數等，未發現異常，推斷存在鴛鴦接反問題。

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”扇區主瓣方向分別測試，能同時接收到2、3扇區的信號，并且RSRP相近，下行傳輸存在單流，因此判斷該小區的2、3扇區天線鴛鴦接反。

2.3 極化接錯實例

現網中正負45°線序接錯的情況可能會較多，這一類問題出現在2T4R天線上，需要上塔解決。

圖3 2T4R天線端口

兩副發射天線，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的相關性，避免互相干擾。施工過程中如果誤將2副發射天線接在相同極化的端口，會導致單流問題。

2.4 電子下傾角不一致實例

2T4R天線內置2副天線，因此需要配置2副電調，如果2副電調的下傾角設置不一致，使2副天線覆蓋范圍不一致，那么在小區的覆蓋邊緣區域就容易出現單流的情況。導致電子下傾角不一致的，除了人工操作的因素之外，2副電調中的1副電調出現故障，對應天線的電子下傾角將會自動設置到最大值，也會造成單流。

此外，2T4R天線的電調配置錯誤或配置不完整，也會導致單流。2副電調設備只有1副接線，另外一副閑置，造成兩幅天線的電子下傾角出現差異。

對“大豐電信支局”進行現場測試，該站的3個扇區在CQT（定點測試）測試時正常，但在DT（路測）測試時發現隨著距離的增加，開始逐漸出現單流問題。

登錄網管查看，發現“大豐電信支局_1”扇區配置2副電調天線，但電子下傾角設置不一致。電子下傾角調整為一致，現場測試正常，跟蹤觀察RANK2占比情況也恢復正常。

圖4 近距離測試正常

圖5 遠距離測試異常

2.5 天線接反實例

天線接反是指兩個扇區間的RRU，兩個T/R共用口與相鄰扇區天線全部錯接。

分析發現“通州正場農校北2、3”小區的RANK2占比僅為35%，明顯存在問題。對“通州正場農校北2、3”扇區測試發現，在該站2扇區的主覆蓋方向收到的信號為3扇區信號，而3扇區的主覆蓋方向收到的信號為2扇區信號。

導致這種情況的原因主要有兩個：（1）天線接反；（2）PCI實際配置與工參不一致。登錄基站網管進行確認，發現PCI的實際配置與工參吻合，因此可推斷原因較大可能為天線接反。

上塔排查，發現確實為天線接反。整改后復測，扇區覆蓋方向已修正。

2.6 參數配置錯誤實例

分析發現“無錫中醫醫院（中南路）_52”小區的RANK2占比為零，明顯存在問題。分析用戶數和流量等指標，未發現異常。同時對比同站其他小區，其他小區RANK2占比指標正常。而且該小區配置為兩發兩收，可以支持RANK2。查詢歷史告警和當前告警，未發現異常。

（1）發射通道狀態核查

通過核查該小區2個通道的狀態，發現發射通道1的“發射通道物理開關”處于關閉狀態，也即該小區雖然配置了雙通道，但是目前只能正常使用1個通道。

（2）現場測試驗證

8月11日現場測試情況，在無線環境極好（RSRP=-79dbm，SINR=28dbm）的情況下，UE只上報RANK1，傳輸模式只能使用TM1，說明確實只有一個通道可以正常使用，下載速率僅41Mbps。

現場聯系維護工程師打開發射通道2，UE可以正常上報RANK2，占用TM3模式，下載速率達到85Mbps。

3 總結

本方法直接采集現網性能數據，無需增加額外成本。利用大數據分析精確定位低速率小區，現場驗證準確率86.73%。天線隱患如無告警，原先只能通過用戶申告或DT/CQT被動發現，此方法可主動發現天線隱患，改善用戶感知，提升運營商品牌形象。能夠縮短優化流程及隱患發現周期，減少人力成本，提升優化效率。