高职移动通信无线优化教学的疆与界

俞兴明 周 燕 戴桂平 陶文林

苏州市职业大学电子信息学院通信技术系

0 引言

在信息通信技术的发展中，移动通信技术是技术发展最快的领域之一，短短四十多年，移动通信技术从1G发展到现在的5G。在移动通信网络中，除了核心网和承载网，其最主要的部分就是无线接入网。从1G到5G，都是由地面大量的基站发射和接收无线信号而构成的蜂窝式无线接入网。从1G时的低频段大区制到5G频段的厘米波宏基站乃至毫米波微基站皮基站，移动通信无线网络正向越来越高的频段、越来越小的基站覆盖、越来越大的用户容量等方向发展，无线网络优化技术也越来越复杂、越来越精细。

移动通信无线网络的质量最直接地影响着用户的感知和体验，一个片区的移动通信基站开通调测完成之后，无线网络优化质量的好坏对用户的体验效果有巨大的差别。因此，移动通信各大营运商都分片区雇佣大量的优化队伍从事无线网络的全生命周期优化工作，由于该工作理论性和技术实践性都较强，且经常要去野外测量，因此非常适合高等职业院校毕业生从事该工作。由于1G~3G移动通信网络已经几乎被淘汰，本研究就从高职院校教学的角度讨论正在大量使用的4G/5G移动通信网络优化工作，以及学生所需做所需掌握的技能。

1 4G和5G移动通信网络的构成

移动通信技术从4G开始就成为一个全数字域IP通信的网络。相比于前面几代移动通信，从4G开始，为了提高传输速率和降低时延，网络架构趋向于扁平化。5G更是一个全面云化的IT化网络。图1、图2分别是4G移动通信典型的网络架构。

图1 4G移动通信系统架构图

图2 5G网络结构

2 4G/5G移动通信无线优化涉及的内容

移动通信无线优化的实质是对基站和用户终端发送/接收的空中无线信号的性能进行改善，使无线网络在覆盖、容量、质量间取得最佳平衡点。传统无线优化的具体工作是通过数据采集（包括路测DT和拨打测试CQT）、性能分析、优化方案制定、优化方案实施等一系列步骤来完成。路测（DT）是最基础性的工作，是刚学习无线网优后的高职学生首先要学会的技能，其具体工作包括：乘坐小汽车，打开笔记本电脑（或路测智能终端）中的路测软件；路测手机、GPS、软件加密狗等外围设备的软硬件连接；路测参数设置；路测脚本命令文件的编写；启动、记录路测日志（log文件）等。在路测过程中除了专业路测软件会把各种无线参数记录在日志文件中之外，路测人员还需要随时用纸和笔记下路测中发现的明显异常情况。路测数据采集完成后，优化人员要从路测软件中导出并在专业分析软件中回放日志文件，找出无线网络存在的各类问题和发生的区域，分析造成问题的原因，写成优化分析报告，提出解决问题的方案，实施优化调整，最后进行复测验收。上述优化的过程是循环的工作，直到对无线网络的各项指标满意为止。路测、分析、报告形成、方案实施等步骤可以是同一批人员进行，也可以由不同的人员执行，其中路测（DT）的技术含量比较低，高职通信专业毕业生稍加培训即可胜任；日志文件分析、问题查找、优化方案提出及实施等工作，涉及到移动通信原理、信令分析、话务统计分析及配置参数修改等知识技能，一般需要有几年实践经验的高职毕业生或本科及以上毕业生来完成。

移动通信无线优化工作中涉及到的优化问题大体有以下几个方面。

（1）覆盖优化。由于4G/5G都属于地面覆盖的蜂窝式移动通信技术，无线信号覆盖是移动通信服务的最基本前提，因此覆盖优化是移动通信无线网络优化中最基础的优化。除正常信号强度覆盖外，无线覆盖的问题有空洞覆盖、弱覆盖、越区覆盖、超远覆盖、无主覆盖等问题。因此要求学生不仅要掌握4G和5G正常覆盖的信号强度指标，还能在实际路测结果中发现上述覆盖问题，并能分析原因，提出优化措施。

（2）信干噪比（SINR）优化。在移动通信中，良好的无线信号强度覆盖只是用户体验好的必要条件而非充分条件。在4G和5G移动通信中，要用户下载速率高、用户体验好、网络吞吐量大，还必须使接收信号中的有用信号功率与干扰和噪声功率之和的比（信干噪比SINR）要高。因此要求学生明白信干噪比（SINR）的定义，信号中干扰的原因和噪声的来源。4G和5G的每个无线小区都有CPI码，要让高职学生明白PCI码与小区参考信号（RS）之间或同步信号块（SSB）的关系，懂得如何配置各个相邻小区的PCI码才能使相邻小区间的RS信号或SSB信号干扰最小。需要会分析系统内干扰、不同制式移动系统之间干扰和系统外干扰。碰到疑难干扰问题时还要借助路测扫频测试结果和后台话务统计进行分析。

（3）接入优化。用户有时会碰到信息发不出去或很慢发出去的情况，这就是接入成功率低的问题。接入成功率低，涉及到用户终端（UE）发射信号功率低、无线环境复杂、干扰大、基站无线资源不足等原因。作为高职学生学习移动通信无线优化，必须要了解用户终端随机接入移动通信网络的信令流程，能通过专业的测试软件捕捉和分析信令流程走到哪一步时出错，中高级分析人员还要会分析信令中包含的各种参数，从中找到随机接入设备的根本原因。

（4）切换优化。移动通信与固定无线通信（如WiFi等）的根本区别是前者能够切换，即UE在移动的过程中无线接入点能从一个无线小区切换到相邻的无线小区，而保持通信的连续性。移动通信的切换是一个复杂的转接过程，涉及到用户终端和基站之间的信令交互流程，也可能涉及到核心网（EPC或NGC）。4G和5G都属于硬切换，即“先断后接”，接的过程是非竞争性随机接入。一次成功的切换要经过在源基站和目标基站甚至核心网之间几十条无线信令的交互，其中某一条信令接收解码的差错就会导致切换的失败。因此，要查找切换成功率低的原因，高职学生必须了解切换的信令流程，会运用专业软件分析信令流程，会查找并分析信令中包含的各种参数。

（5）掉话优化。在移动数据网络中，掉话又称掉线。无线掉线率等于（基站请求释放上下文数-正常的基站请求释放上下文数）/初始上下文建立成功次数，它反映了系统的业务通讯保持能力，也反映了系统的稳定性和可靠性，是用户直接感受的重要性能指标之一。掉线的原因可能是由于无线信号弱、无线干扰、切换的不成功、基站过载、小区阻塞、甚至与核心网的S1链路失败等原因。掉话分析要从信令上着手逐步检查关键原因。

（6）速率优化。理论上4G用户的速率最大可达100Mbps，5G用户的最大速率可达1Gbps，但实际有很多地方达不到上述速率，甚至相差甚远，这就需要进行专门的速率优化。速率优化不同于前面三者的优化，接入、切换和掉线本质上都属于信令面的问题，而业务速率低属于用户面的问题，因此，传统的指标监控、信令跟踪等数据在分析速率问题时作用就很有限，所以在分析低速率问题时，需要前台测试结合数据包抓包等多种手段综合分析。由于从业务服务器到用户终端（UE）要经过很多网元设备，不仅仅是无线空口，因此，要从事速率优化，高职学生必须懂得4G/5G端到端数传架构及整体处理思路，懂得基本的数据网络通信TCP/IP协议原理，会使用一些软件工具如FTP下载和TCP灌包抓包工具软件，并具有对数据包进行分析的能力。

对于上述移动通信中无线网络优化的问题，涉及到很多无线参数的设置和实测数据的问题，表1以4G（LTE）系统为例列出了上述无线优化问题的一些主要关注的参数。5G基本参数与4G类似，但由于有NSA和SA组网两种方式，NSA中又有多种架构，还涉及到4G与5G之间的互操作问题，情况更加复杂。

表1 4G无线优化问题有关主要参数

3 高职学校学生需掌握的无线网络优化技能

为了适应移动通信无线网络优化工作，高职院校通信技术专业的应届毕业生应具有一定的移动通信网络理论知识，并具有较好的无线优化实际操作技能，具体体现在以下两个方面。

一是熟悉移动通信系统的原理。包括：（1）熟悉4G/5G移动通信系统的网络架构组成，包括各个网元设备的功能、设备接口及连接关系。（2）熟悉各网元设备接口通信的协议原理，特别是无线空口的协议原理。（3）初步熟悉无线空口的各类事件的高层信令流程，包括能解析和分析信令中主要参数的含义。这部分知识学生掌握的好坏，将决定着学生能在无线网络优化的岗位走到那一层次。（4）熟悉4G/5G移动通信网络常见的一些KPI指标的含义及要求。（5）了解数据通信TCP/IP协议原理，能对端到端数据传输问题进行分析。

二是掌握移动通信无线优化常用的软硬件工具使用方法。包括：（1）熟练掌握无线路测软件，如华为Probe、中兴Axon10 Pro、珠海鼎利Pioneer、或大唐Outum、ETG等路测软件的操作方法。（2）熟练掌握专业分析软件的操作方法，能通过对路测日志文件的回放发现无线网络存在的各种问题，能提出优化方法和措施。（3）初步能读懂路测软件捕捉到的无线信令，并能判断其中的参数设置是否合理。（4）掌握射频优化的方法，如借助罗盘、方位仪等工具，对天线高度、方位角、下倾角等做出调整。（5）初步能对基站设置的无线参数进行分析和优化。

移动通信无线网络优化的技能可分为初级、中级和高级技能，各级技能的要求如表2所示。对于高职院校通信技术专业的新毕业生，大部分应该要求具备移动通信无线优化的初级技能，少数优秀的学生掌握中级技能。高职学生经过几年实践工作的学习和锻炼，力争达到中级甚至高级的技能水平。

表2 移动通信无线优化技能等级要求

针对上述技能要求，高职通信技术专业应首先设置简化版的“信号与系统”和“通信原理”专业基础课程，使学生首先理解通信信号的带宽、频谱、时频关系互换的概念，了解数字信号的各种载波调制方式、香农公式、传输可靠性与有效性的关系、基本的检错纠错原理、HARQ的基本知识等。然后开设“移动通信原理”课程，主要讲授4G/5G移动通信网络架构组成、简要介绍OFDM和MIMO等关键技术原理、主要接口、协议原理、无线帧结构、主要过程的信令流程等；针对现代移动通信网络实际上是一个有线和无线混合的IP化数据通信网络的特点，高职通信技术专业还应开设“数据通信基础”或“计算机网络基础”课程，使学生懂得OSI、TCP/IP协议基本原理、IP数据包传输基本原理，掌握规划设置网络通信设备IP地址等基本技能；接下来要开设“移动通信基站的安装与调测”课程，使学生懂得基站设备的硬件安装要求、基站设备的开通流程、要设置哪些参数等；最后开设“移动通信无线网络优化技术”课程，重点讲授移动通信的无线频段分配、无线信号传播模型、天线辐射特性、无线网络KPI指标、路测（DT）技能、RF覆盖优化、干扰优化、接入优化、切换优化、速率优化等专题优化的工作技能。学生对这些课程的理解和掌握程度，决定了他能达到的从事移动通信无线优化的技能等级。

这里需要指出的是，5G的无线信号由于频率比4G高得多，覆盖半径比4G小很多，无线环境更复杂，还有宏基站、微基站、皮基站、飞基站等多类型基站覆盖，5G的无线优化技术要比

4G复杂得多。随着无线优化技术的发展，5G无线优化正向采用大数据、智能化、自动化方向发展。对于5G移动无线网络来说，以智能运营平台为依托，将来可做到NSA优化、SA优化、联合优化三位一体；以质量数据为反馈，可以以网络质量的变化证明方案的优劣和对错，进行试错调优；以KPI、MR、全信令等全量端到端的网络数据为依据，产生精细优化方案；以专项优化为维度，从网络质量和技术研究角度迭代开展场景差异化优化工作；对重点场景，要进行覆盖评估、质量分析、指标监控、参数优化、多网协同优化。因此，为了迎接未来的技术发展，高职通信技术专业也要开设大数据和人工智能类专业拓展课程。

4 结束语

对于高等职业院校通信专业的毕业生来讲，毕业后常见的岗位有移动通信基站安装调测、无线优化、工程督导、数通网络、光纤网络、宽带接入等。随着5G建设的不断推进，需要大量的无线优化人才。然而，移动通信无线优化岗位技术入门容易但学精难。高职院校通信专业的毕业生，只有经过前面安装到调测等岗位的锻炼，坚持相应新技术的学习，再转到无线优化岗位，才有学好学精无线优化技术、从初级到中级到高级岗位的潜力。