基于时域的覆盖能力评估方法

王希

摘 要 本文介绍了一种基于3GPP LTE的S1AP协议，结合终端多网互操作，创新采用时域大数据信令算法来评估LTE网络覆盖的方法。

【关键词】TD-LTES1AP协议 互操作 信令算法

LTE网络未能完全覆盖的情况下，仍然存在LTE网络覆盖空洞，传统方法依靠采集大量的路面测试数据和MR覆盖信号采样点，通过对这两种数据的分析，对网络进行覆盖评估，路面测试数据需要大量的人力、物力才能得到评估有效数据，而MR测试报告数据虽然能够实现批量自动化处理，但仅能评估4G网络弱覆盖区域，无法对LTE无覆盖区域进行评估，两种方式的评估都是采用空域的评估方式，导致评估的结果与真实的客户感知存在偏差。

本文基于3GPP LTE的S1-AP应用协议，结合终端多网互操作，创新采用时域大数据信令算法，总结一种基于时域的方法来评估LTE网络覆盖情况，可有效改善传统覆盖评估中“采用空域评估的方式，导致与真实客户感知偏差”的问题。

1 分析思路

1.1 覆盖评估传统方法及优缺点

传统覆盖评估采用以下2种方式：

1.1.1 路面测试

采用自动路测仪表（ATU）或CDS等测试软件，进行GPS覆盖轨迹打点，并设置弱覆盖电平门限，来进行路面覆盖能力评估，测试评估结果符合单个用户的实际感知，近似等效各个地市和各个网格的路面覆盖情况。对于室内情况，经常使用CQT的定点测试，评估定点的网络质量；

路测覆盖率=（RSRP>=-100且SINR>=0的采样点）/总的采样点数

测试软件按照每秒进行采样点采集；上述标准为福建移动标准，不同省份要求可能不同；

【缺点】以偏概全，评估不客观，评估大部分只针对主干道，热点的会展中心、火车站、汽车站等区域，而高层楼宇、农村道路等区域一般很难进行测试评估，对于深度覆盖评估不足，同时无法确定现网用户分布位置，现网测试结果也受用户影响；

1.1.2 测量报告（MR）评估

LTE测量报告数据（MR）涵盖了小区的网络覆盖情况、业务质量、上/下行链路干扰水平、小区或载波发射功能等方面。可以通过采集全网的MR，获得用户通话过程中的空口测量值，通过采集、分析测量报告数据，可以便利地发现当前用户的分布状况，解决网络中如覆盖漏洞、用户掉话等常见的网优问题

现网中采用MR中的参考信号接收电平RSRP<-110dBm进行弱覆盖评估，对用户MR进行订阅，周期性上报RSRP，通过北向数据接口，数据采集已实现平台自动化采集，近似表征各个地市和各个网格的覆盖情况。

一维MR覆盖率=（RSRP>=-110的样本数）/总的样本数

上述标准为福建移动標准，不同省份要求可能不同。

【缺点】MR测量报告的采样前提是终端满足LTE网络侧最小接入电平，并且未触发异系统互操作。因而，在网络弱覆盖区域终端发生异系统互操作离开LTE网络进入无覆盖区域时，就无法通过MR测量报告获取该部分终端的情况，也无法统计该部分终端的时长和比例。

传统的覆盖评估技术都采用空域评估的方式，与用户时域真实感知存在差异。

1.2 基于时域的覆盖能力评估思路

“基于时域的覆盖能力评估”采用大数据平台S1-MME信令进行用户感知评估，计算全网用户的LTE脱网次数和LTE脱网时长，采用“基于时域的覆盖率公式”计算各地市和各网格的覆盖感知情况，能够对LTE网络无覆盖和弱覆盖进行综合评估。基于时域的覆盖能力评估技术解决传统覆盖评估中“采用空域评估的方式，导致与真实客户感知偏差”的问题。新技术解决两种传统技术缺点，并能够从单用户大数据信令关联，评估数据量更大，数据更为精细，网络评估效果更贴近用户感知，评估呈现自动化。

基于时域的覆盖能力评估主要核心是根据S1口信令信元判断用户行为，包含进入4G网络，连接态至2/3G网络，空闲态至2/3G网络，因为协议规定，现网所有厂家设备均可实现，具有可行性及推广性。

从36.413-980（3GPP协议，S1应用协议，S1AP）的UE Context Release Request procedure相关描述可知，在S1-AP逻辑连接释放过程中的“UE CONTEXT RELEASE REQUEST”消息中携带了不同的原因值，而其中Cause26（User inactivity）、Cause28（Inter-RAT Redirection）分别表征了用户在4G网络下“去激活定时器超时”、“网间重定向”原因的S1口Context释放，关联S11接口的“delete session”信令用来判断用户在4G网络下空闲态和连接态至2/3G网路事件。

2 方法实现

基于4G小区S1口接口信令，采用基于NAS的信令统计可以将终端附着上LTE网络的时间点和终端离开LTE网络的时间点准确记录，利用海量用户在4G网络上的时间占比，评估网络的覆盖情况.

信令算法公式如下：

基于时域的覆盖率=1-脱网用户占比-脱网用户占比*脱网用户平均占网时长=1-脱网用户占比*（1-脱网用户平均占网时长）。

便于理解，我们将介绍算法中的每一个因子，并标出在信令流程图中的位置；

2.1 脱网用户占比

定义：发生过“连接态至2/3G网络”或者“空闲态至2/3G网络”的用户/S1接口有效用户数

其中：

（1）S1接口有效用户：含有在线状态的用户。

（2）发生过“连接态至2/3G网络”或者“空闲态至2/3G网络”的用户在S1口信令体现为：

发生用户连接态至2/3G网络时间点判断：S1接口存在Ue context release request（cause=28）且S11接口30秒内存在delete session 及delete session与 cause 时间间隔内不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息；（见图1中2、3和4）。

发生用户空闲态至2/3G网络时间点判断：S1接口存在Ue context release request（cause=20）且S11接口30秒内存在delete session 及delete session与 cause 时间间隔内不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息。（见图1中2、3和4）。

2.2 脱网用户的占网时长占比

定义：[观察时间点-（用户返回4G网络时间点-用户连接态至2/3G网络时间点）-（用户返回4G网络时间点- 用户空闲态至2/3G网络时间点）-t0时间]/（观察时间点-t0时间）。

各个时间点对应的S1口信令如下：

用户开始使用4G网络时间点（t0时间）：排除下线的流程类型：detach和Ue context release request的时间点取第一个时间点（见图1中1）。

用户返回4G网络时间点判断：发送Attach或TAU（带LAC信息）时间（见图1中5）。

流程进行说明：

（1）UE发送RRCConnnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attach request信息记为T0时间点，即是UE进入4G网络的时间点；之后UE与MME完成如下流程图5条信令的交付，完成UE在4G网络侧的初始上下文建立，并开始在4G网络上做业务。

（2）eNodeB发送Ue context release request（cause=28）且S11接口30秒内存在delete session 及delete session与 cause 时间间隔内不能有除Paging（Procedure Type=4）的任何S1消息，该点表示空闲态的UE离开LTE网络到2/3G网络。

（3）UE利用ATU或者ATTACH重新返回4G网络。

3 应用实例

基于时域的覆盖能力评估方法适用于用户级、小区级，实际应用中已评估多类场景，适合全网各种（全网、主城区、农村、室分、高速高铁、校园、旅游点等）场景。目前该功能完成开发部署于网优平台，使用效果良好，已经现网应用于全省覆盖能力评估，评估指标加入网络考核指标。

4 相关结论

基于空域的网络覆盖评估算法运用用户大数据信令关联，较传统的数据源更为精细，数据量更为全面，且节省大量的人力、物力，解决海量问题数据来源。评估算法更接近真实用户感知，可基于平台化开发，评估结果自动呈现，自动化程度高，较传统的分析统计更有效率。

现网应用效果良好，与传统方式有如下优势：

4.1 新评估方案与路面测试评估方法对比

现有方案采用自动路测仪表（ATU）进行路面覆盖能力评估，近似等效各个地市和各个网格的覆盖情况。评估方案数据来与需要大量的测试数据，消耗大量的测试成本，所得评估数据源较为近似，数据存在一定的偶然性，新的评估方案基于单个用户业务信令关联，数据源更为全面，数据盲点几乎没有。

4.2 新评估方法与测量报告（MR）评估方法对比

現有方案采用MR中的参考信号接收电平RSRP<-110dBm进行弱覆盖评估，近似表征各个地市和各个网格的覆盖情况。现网评估数据不能表征单个用户的感知，评估算法未考虑因素较多，新的评估算法采用创新的评估算法，关联用户相关业务信令，算法更为精细、准确且能够接近用户正式感知。

参考文献

[1]王映民.TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社，2010.

[2]沈嘉.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[3]36413-980（3GPP协议，S1应用协议，S1AP）.