校园场景下LTE网络感知优化提升

邓志勇 中国电信惠州分公司无线网络助理工程师

罗石灶 中国电信惠州分公司无线网络助理工程师

郑锦鹏 中国电信惠州分公司无线网络助理工程师

1 引言

校园网市场因学生用户群体和话务流量的稳定且庞大，一直是三大运营商的战略发展重地。相较2G/3G时代，4G数据业务的需求已呈爆发式增长，对4G网络容量及优化提出了更高的要求。如何打造一张稳定的、可维的和规划合理的精品4G网络，提供高感知度的差异化竞争是三大运营商面临的挑战。

2 校园场景特点

（1）场景特点：根据校园建筑物的功能特点主要分为教学楼、宿舍楼、行政楼及室外道路四大类。其中，教学楼和宿舍楼由于用户群体的集中且数据业务量大，容易引发话务负荷重和容量资源拥塞，移动业务的差异化竞争体现在室内。

（2）用户特点：用户数多，业务量庞大且高度并发；以微信、浏览网页等小数据包、多连接和高时长的业务为主，同时也有在线视频、APP应用和在线手游等大数据包业务需求；用户在空间和时间上具有“潮汐”效应。早上主要集中在教学楼区域，晚上主要集中宿舍楼区域；根据2G/3G话务模型，室内用户高度集中，容量和覆盖需要兼顾；室外用户较少，满足覆盖为主。

3 校园场景立体森林覆盖

纵观各大院校，校园内面积大，楼宇建筑比较密集，特别是宿舍楼规则排列，无线信号容易被阻挡，产生覆盖盲区或盲点。目前，4G网络建设均采用3G+4G共站址的方式进行组网，由于4G网络的高频特性，在网络覆盖的广度和深度上相较原有3G存在缺陷。因此，需要采用“宏小区+微小区”、“宏小区+微微小区”或“宏小区+微小区+微微小区”的立体式森林覆盖方式，实际解决4G校园覆盖盲区及热区问题（见图1）。

图1 立体森林覆盖方式

3.1 宏小区

即现网中的室外基站小区，利旧原来3G站址，天线高度基本可覆盖周边300m内的楼宇。信号源主要采用BBU+RRU方式，下行平均吞吐量可达35Mbit/s。

3.2 微小区

一般指挖潜路边的灯杆站、监控杆和传统的DAS（Distributed Antenna System）等，覆盖半径在百米以内。主要用于密集楼宇间的道路覆盖补盲，传统的DAS主要是指室内微小区，使用RRU信号源，通过天线拉远覆盖1个或多个楼层。下行平均吞吐量可达35Mbit/s。

3.3 微微小区

目前，微微小区主要指采用Lampsite和Smallcell等。传统的室内覆盖DAS系统只支持单天线，不支持MIMO多天线技术；若要做DAS双向改造，需再增加一套线路，会增加物业协调难、进场费高、工程量大和楼宇美观等问题。若在室内覆盖中引入微微小区技术，因为支持MIMO，可以极大地增加室内覆盖的容量。微微小区技术可以直接部署在办公区内或安装在走廊，通过内置或外接天线对室内区域进行覆盖，传输可使用五类线、DSL或光纤网络，方便灵活。因此，微微小区覆盖场景适用于流量高度集中和超大数据业务的宿舍楼内，旨在快速解决室内的深度覆盖和容量问题。

4 校园场景感知优化分析

用户感知是衡量网络性能优劣的重要标准，是用户对品牌效应和归属感的第一体验。所有的优化维护工作都是以提升用户感知为目标。本文主要从覆盖优化、容量优化、参数优化等三大举措入手，优化提升用户感知。

4.1 覆盖优化

校园LTE网络的建设，以宏小区+微小区或宏小区+微微小区方式进行覆盖。覆盖优化的主要工作是对覆盖区域内小区的PCI主导性进行优化，避免受相邻小区的模3干扰等，通过使用ACP仿真射频优化、ASFN和eICIC技术等解决。

●ASFN（Adaptive Single Frequence Network）技术：自适应SFN（ASFN）根据RSRP或SINR区分独立调度用户和联合调度用户，并且对独立调度用户进行独立调度，对联合调度用户进行联合调度。实际效果是物理小区交叠区域UE使用联合调度，物理小区中心用户使用独立调度可以解决普通SFN不能用于高负荷小区的问题，提升小区容量，同时也可以避免微微小区过多造成的PCI冲突，加强精确覆盖率。

●eICIC（Enhancedinter-CellInterferenceCoordination）技术：eICIC是在ICIC频域和功率控制的基础上增加了对时间维度的划分，使得不同小区的信号在时域上针对某些用户是正交。不仅可以降低业务信道间的干扰，还能降低控制信道间的干扰。

●ACP（Auto Cell Planning）仿真射频优化：借助Aircom软件ACP优化模块仿真，直观体现校园网络覆盖情况，ACP自动进行射频优化，减少覆盖重叠干扰，优化人员工作量。

4.2 容量优化

LTE网络容量优化的目的是评估当前网络的负荷程度，是否存在空口资源和传输资源的受限，最终影响用户的感知速率。

空口资源主要是指空口各种物理资源，包括PRB、PRACH（PhysicalRandomAccessChannel，物理随机接入信道）、PDCCH（PhysicalDownlinkControlChannel，物理下行链路控制信道）、PUCCH（PhysicalUplink ControlChannel，物理上行链路控制信道）、RRC用户数License和寻呼资源等。空口资源受限会导致LTE网络性能急剧下降、KPI指标严重恶化，此时无法保证用户接入的最低要求，影响用户感知。

（1）RRC连接许可用户数使用率

“eNodeB内的最大用户数”统计接入（包括接入失败、接入成功、切换成功、切换失败但申请到License）该eNodeB的所有UE用户申请License数的最大值。当eNodeB内最大用户数超过License数时，新用户接入时会失败，影响用户感知体验。

当此值达到50%时，每日密切监控关注；当达到70%时，立即进行扩容操作。

（2）平均PRACH信道占用率

UE通过上行PRACH来与LTE系统进行上行接入和同步。随机接入过程分为基于非竞争和竞争的随机接入。如果竞争接入的次数超过N次/s（当带宽=15/20M，N取100；当带宽=5/10M，N取50），会增大UE发起随机接入冲突的概率和接入时延。这里N是产品在Preamble设计时考虑碰撞概率＜1%等因素确定的。

当此值达到50%时，每日密切监控关注；当达到70%时，立即进行扩容操作。

（3）平均PDCCH信道占用率

PDCCH承载DCI（DownlinkControlInformation，下行链路控制信息）消息，包含一个或多个UE上的资源分配和其他控制信息。UE需要先解调DCI消息，接着才能在相应资源位置上解调属于自己的PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel，物理下行共享信道）（包括寻呼、UE的数据、广播消息等）。因此，PDCCH占用率受限会使用户接入、业务体验都受到影响。

当此值达到50%时，每日密切监控关注；当达到70%时，需立即进行扩容操作。

平均PDCCH信道占用率=(公共信令使用的CCE个数+上行调度使用的CCE个数+下行调度使用的CCE个数)/小区最大CCE个数×100%

（4）平均小区寻呼信道占用率

SMPT-1000设备是一个完整的、基于实验室环境的对工业现场在线化的半实物锅炉仿真系统[9]。在SMPT-1000上包含汽包水位对象的实验项目总貌如图5所示，与汽包水位系统相关的检测仪表与执行机构变量有： 锅炉给水质量流量(FI1101)，过热蒸汽质量流量(FI1105)，汽包水位(LI1102)，锅炉上水管线控制阀(FV1101)，过热蒸汽出口管线控制阀(FV1105)，锅炉上水管线控制阀旁路阀(HV1101)。

小区寻呼信道负荷一旦超过规格，系统就可能丢弃寻呼消息，导致寻呼成功率下降，恶化用户使用感知。

当此值达到50%时，需每日密切监控关注；当达到70%时，需立即进行扩容操作。

平均小区寻呼信道占用率=小区Uu接口寻呼用户个数/寻呼容量/3600。

4.3 参数优化

针对上述的覆盖和容量分析的内容，可以从接入过程、保持过程和切换过程等参数方面着手，开展参数配置优化。

4.3.1 接入优化

LTE网络接入过程一般包括随机接入过程、RRC建立过程及RRC重建立过程，通过E-RAB建立成功率、RRC连接建立成功率、RRC连接重建成功率等性能指标来判断小区的接入性能是否存在问题。

RRC建立失败的主要原因包括：终端、设备硬件问题及告警引起的RRC建立失败；无线环境差、小区选择与重选参数或功率设置不合理造成定时器超时引起接入失败；传输资源、SRS资源或PUCCH资源不足引起的RRC建立失败。其中，资源不足导致的失败原因主要核查SRS带宽、配置指示、配置方式和SRSACK/NACK设置是否合理，PUCCH信道相关参数和CQI RB数配置是否合理等。

（1）SRS相关参数

SRS参数配置通过高层配置周期和传输偏移可以确定小区SRS子帧的时间位置，通过子帧周期和偏移量确定该用户的发送时间。SRS配置分为小区级配置和用户级配置。通过修改用户级的SRS配置参数调整SRS周期配置，SRS周期配置越大，支持的用户个数越多；也可通过设置小区级的SRS参数配置，设置小区是否分配SRS资源以及调整SRS的子帧配置以提高UE的接入性能。打开小区级子帧树重配开关（SrsAlgo-Switch），动态调整SRS的子帧配置。设置SRS配置指示（SrsCfgInd），将SRS资源配置方式修改为接入优先。

随着校园用户的增多，为加大小区用户的接入数，可通过修改PUCCH配置参数，如增大ACK/SRI码道数、CQIRB个数等，小区能够支持更大的用户数规格和支持更多配置周期性CQI资源的用户，但是却增大了上行控制信令的开销。

（3）RRC连接数

RRC连接数主要受限于设备处理能力，20M带宽单载扇最大可支持1200个RRC连接用户数。RRC的连接用户数与PDCCH的OFDM符号数相关，通过对PDCCH占用OFDM个数的相关参数配置，可调整最大RRC连接用户数，提升用户接入数。

4.3.2 负荷优化

校园网用户的高度集中及并发特性，特别是在宿舍区内部分小区负荷特别重，严重影响用户的使用速率。针对负荷问题主要以开通CA小区和载波间负荷均衡进行解决。

（1）CA小区利用800M、1.8G、2.1G和2.6G多个频段开通双载波或三载波进行容量扩容，部分热点区域增加TD-LTE小区。

（2）载波间负荷均衡通过配置多个载波，通过判断本小区不同载波间负载高低，进行不同载波间负载信息交互，通过载波间切换将话务从高负荷的载波分流到低负荷载波上，从而实现多载波负荷均衡。

在小区的选择阶段和连接态时，可以通过调整空闲态的驻留策略和连接态时的负荷均衡、切换门限参数来实现载波间话务负荷分流。包括小区重选优先级、重选迟滞值、测量启动门限、异频负载平衡开关、负载均衡触发模式等相关参数。涉及的操作命令如下等：修改小区重选信息：MODCELLRESEL；打开异频负荷均衡算法开关：MODCELLALGOSWITCH；修改对应触发模式的触发参数：MODCELLMLB；异频频点设置是否允许进行负载切换：MODEUTRANINTERNFREQ

4.3.3 切换优化

目前，校园网内站点密集，为了尽量减少小区间的干扰，室内外采用异频组网策略。切换成功率的高低也直接影响用户感知，因此控制好切换带区域是保证校园网用户感知良好的必要手段。

（1）同频切换优化

同频切换基本通过A3事件触发。A3事件的触发，即邻区质量高于服务小区一定偏置值。参照3GPP协议36.331规定事件A3的判决公式如下：

触发条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Ms+Ofs+Ocs+Off。

取消条件：Mn+Ofn+Ocn+Hys＜Ms+Ofs+Ocs+Off。

通过调整频率特定偏置Ofn和Ofs；小区特定偏置Ocn和Ocs；事件迟滞Hys；A3事件偏置Off等参数，可以控制宏小区之间的切换带和切换快慢程度。

（2）异频切换优化

校园内室内外异频组网方式，在切换方式上基本采用A2+A4事件的异频切换。对于室内外的异频切换，未避免异频信号之间产生干扰，当终端从室外进入室内时，应遵循适度的“慢进”原则，避免终端在室外经过时重选到室内泄露的信号上；而终端经过进出口从室内到室外时，为避免快衰落，应遵循适度“快出”原则。而当终端处于切换带时，应通过调高RSRP测量门限值，尽早开启测量，完成切换。

A2事件用于触发异频测量，表示服务小区质量低于一定门限值。判决公式如下：

触发条件：Ms+Hys＜Thresh；取消条件：Ms-Hys＞Thresh。

A4事件用于触发异频切换，表示邻区质量高于一定门限值。判决公式如下：

触发条件：Mn+Ofn+Ocn-Hys＞Thresh；取消条件：Mn+Ofn+Ocn+Hys＜Thresh。

（3）异频切换优化实例验证

某学校用户反映，4G手机经常出现速率慢，甚至掉线情况。该学校采用的是室外1.8G+室内2.1G组网方式，现场测试发现当由宿舍内向宿舍外移动时，服务小区信号RSRP值由-72.5dBm降低至-89.93dBm，并且SINR值降低至-12.1dB，切换慢，最后发生掉线。查询后台参数，异频参数切换均是基于A2A4策略，现网参数设置如图2所示。

图2 基站异频参数门限现网值

初步判断，切换带服务小区的RSRP约-80dBm左右，显然切换门限（-99）设置过低，导致移动过程中，未能触发测量门限，不能及时发生切换。

解决方法：将切换门限值提高，提前触发测量和切换，解决了速率慢和掉线问题。

5 结束语

随着LTE网络的部署，校园网络特殊场景的“用户数量大、小区数量多、数据业务并发性高和话务潮汐效应”等特点，对深度覆盖及容量需求提出更高的要求。通过对用户行为和网络负荷分析，依托新技术产品立体森林覆盖组网，对校园FDD-LTE系统容量及用户感知优化提出了宝贵的意见，确保了校园网络的质量优化和用户感知提升，促进校园网络核心竞争力，为未来校园信息化建设产生积极影响。