基于用户感知关联LTE网络接入性能的分析与研究

1 引言

通过将网络日常考核指标（接通、掉线、切换）与投诉进行关联分析，发现LTE考核指标与投诉无明显相关；存在大量投诉的小区，其网络考核指标依然良好，无法正常反应用户感知。

针对无线接通率深入分析，网管统计的无线接通率算法为RRC建立成功率＊ERAB建立成功率，但实际上，用户在接入网络时，会先进行随机接入（MSG消息建立），网络的接通率指标直接从RRC连接开始统计，无法有效反映用户随机接入信令部分，导致对用户接入感知的考量失真。

将MSG消息建立成功率和无线接通率指标分别与投诉情况进行关联匹配，发现不管是否存在投诉无线接通率一直保持良好，指标保持在99%以上。经统计广州中兴LTE全网64 000多个小区，无线接通率≤10%有0个，≤50%有4个，≤70%有13个，≤90%有63个，坏小区比例极低，与客户投诉情况极不匹配。

通过对随机接入&无线接通率与投诉用户常驻小区的关系（具体内容如图1所示）发现，当出现有15天以上的投诉用户常驻小区，MSG成功率指标值直线下降，指标值仅为约53%；当出现有9天以上的投诉用户常驻小区，随机接入成功率明显下降，指标值仅为约36%。从数据分析得出，无线接通率优劣与用户投诉无明显关系，MSG成功率优劣与用户投诉有明显关系。

图1 随机接入&接通率与投诉用户常驻小区的关系图

2 随机接入与无线接通过程分析

2.1 随机接入数据统计分析

提取随机接入MSG1总次数、eNodeB发送的MSG2次数、MSG3检测成功次数、MSG4检测成功次数共4个字段分析（具体内容如图2所示），从统计数据看，MSG3次数远小于MSG2次数，MSG3次数包含RRC连接请求。

图2 中兴全网随机接入和RRC连接请求5个指标字段统计

2.2 随机接入指标过程分析

基于竞争随机接入流程情况（具体内容如图3所示）：（1）MSG1：UE在RACH上发送随机接入前缀，携带preamble码；（2）MSG2：eNB侧接收到MSG1后，在DL-SCH上发送在MAC层产生随机接入响应（RAR），RAR响应中携带了TA调整和上行授权指令以及T-CRNTI（临时CRNTI）；（3）MSG3（连接建立请求）：UE收到MSG2后，判断是否属于自己的RAR消息（利用preamble ID核对），并发送MSG3消息，携带UE-ID。UE的RRC层产生RRC Connection Request并映射到UL -SCH上的CCCH逻辑信道上发送；（4）MSG4(RRC连接建立)：RRC Contention Resolution 由eNB的RRC层产生，并在映射到DL -SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送，UE正确接收MSG4完成竞争解决。

图3 基于竞争的随机接入流程图

MSG成功率计算公式：MSG3/MSG2= MSG3检测成功次数/ eNodeB发送的MSG2次数

随机接入成功率计算公式：MSG4/MSG1= MSG4检测成功次数/MSG1总次数

2.3 无线接通指标过程分析

无线接通率指标定义：无线接通率=RRC连接建立成功率＊E-RAB建立成功率=（RRC连接建立完成次数/RRC连接请求次数（不包括重发））＊（E-RAB建立成功总次数/E-RAB建立尝试总次数）＊100%。

RRC连接建立过程分析如图4所示。

图4 RRC连接建立过程图

【A点】eNodeB接收到RRC Connection Request消息，指标次数加1，不统计重发的次数。

【B点】当eNodeB下小区接收到UE发送的RRC Connection Request消息并下发RRC Connection Setup消息给UE时，指标次数加1。

【C点】当eNodeB收到UE返回的RRC Connection Setup Complete消息时，指标次数加1。

RRC连接建立成功率计算公式=RRC连接建立完成次数/RRC连接请求次数（不包括重发）＊100%。

E-RAB建立过程分析如图5所示。

图5 E-RAB连接建立过程图

【A点】当eNodeB收到来自MME的E-RAB SETUP REQUEST或者INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息时统计该指标。如果E-RAB SETUP REQUEST或者INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中要求同时建立多个E-RAB，则相应指标按各个业务的QCI分别进行累加。

【B点】当MME收到来自eNodeB的E-RAB SETUP RESPONSE或 者INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE消息时E-RAB建立成功次数累加。

E-RAB连接建立成功率计算公式= E-RAB建立成功总次数/E-RAB建立尝试总次数＊100%。

对随机接入、无线接通详细的信令拆解分析，在用户从接入网络到上网做业务的整个过程中，无线接通率（包含RRC连接建立成功、E-RAB连接建立成功）完全没有体现MSG1、MSG2的信令接入过程，无法真实反映用户体验。下面将重点对MSG成功率进行详细分析。

3 MSG成功率指标现网状况

统计中兴全网MSG成功率指标分析（见图6），全网MSG成功率约为80%（天/粒度），其中有480个小区≤10%，占比为0.77%；有2529个小区≤30%，占比为4.04%，从统计数据看，因无法正常接入网络影响用户感知的劣化问题小区非常多。

针对MSG成功率≤10%的480个小区统计MSG1接入次数，其中MSG1接入次数≥50万次有96个，占比为20%；小区MSG1接入次数极高，但MSG成功率极低，用户无法接入正常网络，极可能导致用户投诉，影响客户感知。

图6 中兴全网MSG成功率指标统计

4 随机接入问题小区测试验证

4.1 选取问题小区现场测试

选取MSG1总次数≥50万次，且MSG成功率低10%的6个小区进行现场测试，进一步定位是否能正常接入网络。挑选的6个小区无线接通率、无线掉线率及切换成功率指标均非常好。具体如表1、表2所示。

表1 随机接入指标统计（天/粒度）

表2 关键性能指标统计（天/粒度）

4.2 现场测试数据分析及结论

4.2.1 正常接入流程

终端占用正常小区时，会先在该小区进行随机接入，随后建立RRC连接和E-RAB承载。正常情况下，RRC连接会一直存在，很难被释放掉，当终端去附着或断开所有的网络连接时，网络侧会释放掉RRC连接，如图7所示。

图7 随机接入测试正常

4.2.2 强行锁定，终端无法正常占用小区

现场测试广州华南影都F-ZLH-3小区信号强度在-85 dBm左右，测试终端很难对问题小区进行锁定，强行锁定小区后，软件显示“网络选择”锁定其它小区正常，如图8所示。

图8 测试显示“网络选择”

4.2.3 频繁发送MS1消息，终端占用问题小区无法正常接入

现场测试广州华南影都F-ZLH-3小区信号强度在-85 dBm左右，测试终端锁定问题小区后，频繁发送MSGI1消息申请接入，始终未收到网络侧回复的MSG2消息，导致随机接入失败，终端无法正常接入小区，现场占用其它小区测试正常，如图9所示。

图9 测试显示“接入失败”

4.2.4 终端占用问题小区接入后立即释放RRC连接，无法正常进行业务

现场测试广州华南影都F-ZLH-3小区信号强度在-90 dBm左右，测试终端锁定问题小区接入网络后，立即收到RRC连接释放，随后终端重新进行网络搜索。终端在占用问题小区期间，反复出现该问题，无法正常进行业务，如图10所示。

图10 测试显示“脱网”

4.2.5 扩大测试小区范围

根据上述现场测试的分析结果，深入扩大测试范围，选取存在MSG成功率低的问题小区进行测试（筛选条件：MSG1接入次数≥50万次，MSG成功率在0-50%之间），如表3统计结果，共计测试22个小区，其中有3个存在无法接入问题，主要集中在MSG成功率低于10%的小区。

表3 扩大测试小区统计

4.2.6 结论

经过现场测试，可以肯定MSG成功率低且MSG1接入次数较高的小区对现网用户感知影响非常大，极可能导致用户体验差，造成用户投诉。

5 问题原因分析及调整效果

5.1 随机接入问题原因分析

5.1.1 故障定位流程图（图11）

图11 故障定位流程图

5.1.2 原因分析

通过对指标筛选及现场测试数据分析，主要从以下几方面入手：（1）对存在问题的小区查询是否有故障告警信息，如无显性故障再对小区进行隐性故障排查，含小区RRU及天馈系统等，判断是否存在硬件问题；（2）对该小区MR覆盖率、RSRP平均电平等进行分析及现场拨测信号，判断是否存在弱覆盖问题；（3）核查小区同频同PCI以及查询本小区和周边小区上行干扰情况，判断是否存在信号干扰问题；（4）对存在问题的小区参数配置进行核查，确定参数更改情况以及更改日期。

按照以上几个方面进行逐步排查，后台参数配置核查发现“产生64个前缀序列的逻辑根序列的起始索引号（rootSequenceIndex）”存在规划或设置不当问题。PRACH配置索引用于指示PRACH的频域资源索引、时域的无线帧、半帧、子帧的资源占用情况。该参数确定后，小区PRACH的时、频资源即可确定。相邻小区的PRACH配置索引相同时，则会引起相邻小区内用户在随机接入时选则相同的时频位置，从而造成干扰，影响随机接入效果。根序列索引用于计算小区的前导码，当相邻小区的根序列索引和NCS配置相同时，则小区内产生的前导码相同，增大了前导码冲突的概率，影响用户的随机接入。

5.2 参数调整前后效果对比

对“64个前缀序列的逻辑根序列的起始索引号（rootSequenceIndex）”参数一共调整5个小区，具体调整值如表4所示。

表4 参数调整记录表

参数调整效果评估

根序列参数调整后（调整日期：12月19日），随机接入指标：MSG1总次数、eNodeB发送的MSG2次数、MSG3检测成功次数、MSG4检测成功次数，4个字段申请次数和成功次数恢复正常状态，不再出现“虚高”情况；MSG成功率、随机接入成功率均恢复到较好状态，达到全网平均水平之上。

（1）广州番禺区南站东广场F-ZLH-1随机接入指标调整前后走势分析（如图12所示）

图12 广州番禺区南站东广场F-ZLH-1

（2）广州番禺区南站东广场F-ZLH-2随机接入指标调整前后走势分析（如图13所示）

图13 广州番禺区南站东广场F-ZLH-2

（3）广州番禺区南站东广场F-ZLH-3随机接入指标调整前后走势分析（如图14所示）

图14 广州番禺区南站东广场F-ZLH-3

（4）广州天河区火炉山北F-ZLH-2随机接入指标调整前后走势分析（如图15所示）

图15 广州天河区火炉山北F-ZLH-2

（5）广州天河区骏景花园东F-ZLH-6随机接入指标调整前后走势分析（如图16所示）

图16 天河区骏景花园东F-ZLH-6

5.3 同频同PRACH统计及主因分析

5.3.1 中兴同频同PRACH指标分类统计

以中兴全网工参数据为基础，核查同频同PRACH小区，设置距离≤1公里作为筛选门限，统计结果共计有12 080个小区存在“相互干扰”情况。如图17和图18所示。

图17 中兴全网小区分类统计

图18 中兴全网MSG1总次数≥100万次分类统计图

从图17、图18可以看出，存在同频同PRACH小区，MSG成功率、随机接入成功率指标明显低于无同频同PRACH小区的指标统计值，即存在该情况的小区对指标影响甚大。

MSG成功率指标分段统计

从表5可以看出，当MSG1总次数≥1万次，MSG成功率低于30%的情况下，主要是因同频同PRACH干扰，即相邻小区的PRACH配置根序列相同导致，占比均在40%以上，是MSG成功率低的主因。

表5 MSG成功率分段统计表（MSG1总次数≥1万次）

从表6可以看出，当MSG1总次数≥50万次，MSG成功率低于50%的情况下，主要是因同频同PRACH干扰，即相邻小区的PRACH配置根序列相同导致，占比均在40%以上，是MSG成功率低的主因。

表6 MSG成功率分段统计表（MSG1总次数≥50万次）

5.4 PRACH网络配置方法

5.4.1 PRACH信道的配置参数

LTE中PRACH信道的配置参数主要有五个，都是小区级参数分别是：PRACH配置索引（prach-Configura tionIndex）、零相关配置（zeroCorrelationZoneConfig）、根序列索引（rootSequenceIndex）、是否为高速状态（highSpeedFlag）、频率偏移（prach-FrequencyOffset）。

5.4.2 PRACH信道的参数的配置方法

（1）PRACH信道参数的配置步骤

① 根据规划的小区半径选择前导格式。

② 然后根据小区接入负载容量确定合适的RACH密度，根据相邻小区综合考虑时频域分布，确定时频位置，最终确定 “PRACH配置索引”的取值。

③ 确定小区是否为高速小区，确定“是否为高速状态（highSpeedFlag）”的配置。

④ 根据所选择的前导格式、规划的小区半径和“是否为高速状态（highSpeedFlag）”来确定Ncs的大小。

⑤ 选择根序列。

注：高速低速情况下，需要根据Ncs选择根序列。低速情况下根序列配置和Ncs的配置没有很直接的关系，即不同的Ncs可以对应不同的根序列；

注：相邻小区PRACH配置时需要考虑步骤6。

⑥ 根据Ncs的大小计算出生成64个前导码需要的根序列数N，即为本小区需要占用的根序列数，即第5步选则的根序列及随后的N-1个根序列都属于本小区使用的根序列。

（2）邻小区的PRACH信道的配置

防止相邻小区之间相互干扰，相邻小区之间PRACH信道的配置需要考虑的配置参数有：

① PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）及频率偏移（prach-FrequencyOffset）相邻小区间的PRACH信道的时域或频域位置尽可能错开。

② 根序列索引（rootSequenceIndex）

邻小区在进行根序列的配置时，应该避开其相邻小区已占用的根序列。

6 结束语

（1）用户感知与网管性能指标的关系

将网络日常考核指标（接通、掉线、切换）与投诉进行关联分析，发现LTE考核指标与投诉无明显相关；存在大量投诉的小区，其网络考核指标依然良好，无法正常反应用户感知。

对随机接入、无线接通详细的信令拆解分析，网管统计的无线接通率算法为RRC建立成功率＊ERAB建立成功率，但实际上，用户在接入网络时，会先进行随机接入（MSG消息建立），接通率指标直接从RRC连接开始统计，无法有效反映用户随机接入信令部分，导致对用户接入感知的考量失真。与此同时，将随机接入与无线接通率指标关联投诉常驻小区数据分析得出，无线接通率优劣与用户投诉无明显关系，MSG成功率优劣与用户投诉有明显关系。

（2）随机接入差问题小区影响用户感知

经过对随机接入差问题小区的现场测试验证，确认存在手机脱网、接入失败（含频繁发送MS1消息）等现象，对现网用户感知影响非常大，极可能导致用户体验差而直接上升为网络投诉。

（3）随机接入差问题小区主因要素

从随机接入过程分析可知，MSG成功率更直接有效反映无线侧网络质量情况，通过对现网数据统计分析，MSG成功率低主要是因同频同PRACH干扰，即相邻小区的PRACH配置根序列相同导致，筛选问题小区中占比大于40%以上，是MSG成功率低的主因。

（4）网络参数规划及建议将随机接入指标纳入考核范围

LTE用户驻留网络后，如需发起业务，首先要进行随机接入，随机接入成功后方可正常进行RRC连接和ERAB连接流程，因此随机接入的成功与否会影响用户的实际业务感知。因此建议在网络规划时将涉及随机接入的相关参数（PRACH索引、根序列索引、NCS、频率偏移）等进行规划，避免随机接入冲突，提升随机接入的成功率；同时将随机接入成功率纳入考核指标，以监控用户的实际业务接入质量。