LTE基站上下行速率优化方案
LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
毕业论文
题目：LTE基站上下行速率优化方案
学生姓名
学号
专业班级
指导教师
学院计算机与通信学院
答辩日期2014年6月17日
LTE基站上下行速率优化方案
LTE Base Station Downlink Rate Optimization Program
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摘要
LTE(Long Term Evolution)是指3GPP组织推行的蜂窝技术在无线接入方面的最新演进，对应核心网的演进就是SAE（System Architecture Evolution）。由于移动用户数目的惊人发展和用户的高要求，如何使网络达到最佳的运行状态，如何提高通信质量，提高网络的平均服务水平以及提高系统设备利用率，已经成为网络运营商的首要任务。特别是我国LTE网络在扩容时普遍存在周期短，速度快的情况，导致工程中留下很多质量问题，需要在后期的网络优化中解决。
本文主要针对LTE基站优化进行说明，包括单站优化，分簇优化，分区优化，全网优化，全网的高质量是优化目的，而单站的高质量优化是基础，只有做好每一个站点的优化，才能保证全网的网络质量，所以单站优化很重要，单站验证能发现其问题所在，然后分析原因以及提出解决办法。
关键词：LTE；速率；网络优化
Abstract
LTE (Long Term Evolution) is the latest evolution of the 3GPP cellular organization implementing the wireless access technology, the core network is evolved corresponding to SAE (System Architecture Evolution). Due to the amazing growth and high demand for the number of users of mobile users, and how to make the network to achieve the best run state, how to improve communication quality, raising the average level of service networks and improve system utilization, network operators have become the primary task. Especially in the expansion of LTE networks ubiquitous cycle is short, fast, the lead project left many quality issues need to be addressed in the latter part of network optimization.
This paper mainly explains the LTE station optimization, including single station optimization, optimization clustering, partitioning to optimize the whole network optimization, optimization of the whole network quality is the goal, while the single-station quality optimization is the foundation, only to every site optimization, in order to ensure the quality of the whole network of networks, it is very important to optimize the single-station, single station can be found to verify the problem, and then analyze the causes and propose solutions.
Key words: LTE，speed，network optimization
目录
第一章前言 (1)
第二章系统网络结构 (2)
2.1网络结构 (2)
2.2核心网（EPC）主要逻辑网络实体 (2)
2.3 UE的状态 (2)
2.4 LTE的关键技术 (4)
第三章LTE网络优化工作流程 (6)
3.1单站优化 (6)
3.2分簇优化 (6)
3.3分区优化 (8)
3.4全网优化 (8)
第四章单站验证 (9)
4.1宏站的单站验证步骤 (9)
4.1.1上下行速率测试 (9)
4.1.2覆盖测试 (13)
4.1.3站内切换测试: (13)
4.2室分系统的单站验证步骤 (14)
4.3单站验证主要测试指标 (16)
4.4网络性能优化目标 (18)
4.5单站验证注意事项 (19)
第五章单站验证问题定位与优化 (21)
5.1覆盖问题 (21)
5.1.1 RSRP异常 (21)
5.1.2 SINR异常 (21)
5.2传输模式异常 (22)
5.3调度不足 (22)
5.4MCS与IBLER异常 (23)
5.5通道不平衡 (23)
5.6 Ping业务功能测试 (24)
5.7接反现象 (25)
总结 (27)
参考文献 (28)
附录一外文文献原文 (29)
附录二外文文献译文 (38)
致谢 (51)
第一章前言
LTE是Long Term Evolution（长期演进）的缩写。3GPP标准化组织最初制定LTE标准时，定位为3G技术的演进升级。后来LTE技术的发展远远超出了最初的预期，无论是系统架构还是传输技术，相对原来的3G系统均有较大的革新。严格来说，LTE基础版本Release8/9仅属于3G增强范畴，也称为3.9G；按照国际电联的定义，LTE后续演进版本Release10/11（即LTE—Advanced）才是真正意义的4G。但从市场推广的角度说，目前全球运营商已普遍将LTE各种版本通称为“4G”。
LTE标准由国际标准化组织3GPP（third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）制定，包括TD—LTE和LTE FDD两种制式。根据频率使用方式（双工方式）不同，LTE可分为LTE TDD和LTE FDD两种，其中LTE TDD又被称为TD—LTE。TD—LTE由中国企业主导并被全球广泛认可。TD—LTE是TD—SCDMA的后续演进技术，可大幅提升上网速率，增强用户的数据业务体验。
TD—LTE的设计目标可以概括为三大特点：
（1）“高速率”：更高的频率带宽和更先进的技术，提供真正的移动宽带业务。TD—LTE 系统设计要求20MHz带宽内实现下行峰值速率超过100Mbps，上行峰值速率超过50Mbps。
（2）“低时延”：大幅降低接入时延和端到端业务时延，以支持实时交互类业务。TD—LTE 系统要求其业务传输的单向时延低于5ms，接入时延低于50ms，从空闲状态到激活状态的迁移时间小于100ms。
（3）“永远在线”：用户注册后，核心网一直保持连接，用户感觉“永远在线”，业务体验更好。
第二章系统网络结构
2.1网络结构
LTE系统的总体网络包括三个部分，UE（用户设备）、eNodeB（演进型接入网）、EPC（演进型核心网），总体结构图2-1所示：
图2-1 LTE系统网络结构
2.2核心网（EPC）主要逻辑网络实体
核心网主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF四种网络实体，每种实体对应不同的功能和业务类型：
MME：是一个信令实体，主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴权认证、SGW和PGW的选择等功能。
S-GW：主要负责用户面处理，负责数据包的路由和转发等功能，支持3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锚点。
PDN-GW：EPS锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点，负责管理数据路由，管理接入间的移动，还负责DHCP、策略执行、计费等功能。
HSS(归属用户服务器)：核心网主要数据库，包括用户相关信息；HLR(归属位置寄存器) ，是HSS的一部分。
PCRF(策略和计费规则功能) ：业务流检测、策略实施、基于流付费的功能实体。
2.3 UE的状态
UE有两种基本运行模式：空闲模式与连接模式。UE开机后停留在空闲模式下，通过非接入层表示，如IMSI,P-TMSI,TMSI等标识来区分。UTRAN不保留空闲模式下的UE信息，
仅能够寻呼LAC区中的所有UE或同一寻呼时刻的所有UE。当UE完成RRC连接建立后，才会从空闲模式转移到连接模式，当RRC连接释放后UE从连接模式转移到空闲模式。UE 连接模式下共有四种状态：CELL_PCH,URA_PCH,CELL_FACH,CELL_DCH。四种状态转移如图2-2所示：
图2-2 UE状态转移
NAS层的终端也有三种状态，LTE-DETACHED、LTE-IDLE、LTE-ACTIVE。
LTE-DETACHED：网络和UE侧均没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着、UE开机但没有向网络注册，可能因为没注册或无适合可用的网络下注册失败等状态；
LTE-IDLE：对应RRC的IDLE状态，UE已注册到网络，但未激活，处于低功耗模式下。分组核心域已经了解到UE的位置，如有服务建立，UE能在非常短时间内切换到ACTIVE模式，继续先前激活的数据会话；
LTE-ACTIVE：对应RRC的connected状态，UE和网络实际交换数据和信令的惟一一个激活状态；
网络可以向空闲状态和连接状态的UE发送寻呼，寻呼过程可以由核心网触发，用于通知某个UE接收寻呼请求，或者由eNodeB触发，用于通知系统信息更新，以及通知UE接收ETWS以及CMAS等信息。
2.4 LTE的关键技术
(1)采用OFDM技术
OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）属于调制复用技术，它把系统带宽分成多个的相互正交的子载波，在多个子载波上并行数据传输。
各个子载波的正交性是由基带IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)实现的。由于子载波带宽较小（15kHz），多径时延将导致符号间干扰ISI，破坏子载波之间的正交性。为此，在OFDM 符号间插入保护间隔，通常采用循环前缀CP来实现。
下行多址接入技术OFDMA，上行多址接入技术SC-FDMA(Single Carrier-FDMA)。
(2)采用MIMO(Multiple-Input Multiple Output)技术
LTE下行支持MIMO技术进行空间维度的复用。空间复用支持单用户SU-MIMO (Single-U ser-MIMO)模式或者多用户MU-MIMO (Multiple-User-MIMO)模式。SU-MIMO和MU-MIMO都支持通过Pre-coding的方法来降低或者控制空间复用数据流之间的干扰，从而改善MIMO技术的性能。SU-MIMO中，空间复用的数据流调度给一个单独的用户，提升该用户的传输速率和频谱效率。MU-MIMO中，空间复用的数据流调度给多个用户，多个用户通过空分方式共享同一时频资源，系统可以通过空间维度的多用户调度获得额外的多用户分集增益。
受限于终端的成本和功耗，实现单个终端上行多路射频发射和功放的难度较大。因此，LTE正研究在上行采用多个单天线用户联合进行MIMO传输的方法，称为Virtual-MIMO。调度器将相同的时频资源调度给若干个不同的用户，每个用户都采用单天线方式发送数据，系统采用一定的MIMO解调方法进行数据分离。采用Virtual-MIMO方式能同时获得MIMO增益以及功率增益（相同的时频资源允许更高的功率发送），而且调度器可以控制多用户数据之间的干扰。同时，通过用户选择可以获得多用户分集增益。
(3)调度和链路自适应
LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。
功率控制在CDMA系统中是一项重要的链路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。
(4)小区干扰控制
LTE系统中，系统中各小区采用相同的频率进行发送和接收。与CDMA系统不同的是，LTE系统并不能通过合并不同小区的信号来降低邻小区信号的影响。因此必将在小区间产生
干扰，小区边缘干扰尤为严重。
为了改善小区边缘的性能，系统上下行都需要采用一定的方法进行小区干扰控制。目前正在研究方法有：
干扰随机化：被动的干扰控制方法。目的是使系统在时频域受到的干扰尽可能平均，可通过加扰，交织，跳频等方法实现。
干扰对消：终端解调邻小区信息，对消邻小区信息后再解调本小区信息；或利用交织多址IDMA进行多小区信息联合解调。
干扰抑制：通过终端多个天线对空间有色干扰特性进行估计和抑制，可以分为空间维度和频率维度进行抑制。系统复杂度较大，可通过上下行的干扰抑制合并IRC实现。
干扰协调：主动的干扰控制技术。对小区边缘可用的时频资源做一定的限制。这是一种比较常见的小区干扰抑制方法。
第三章LTE网络优化工作流程
为了保障无线网络设备开通、入网及覆盖性能而进行的优化测试活动。室外宏站初始调整服务可分为四个阶段：单站优化、分簇优化、分区优化和全网优化。室内站点初始网络优化服务为：信源测试优化、切换带的设置及优化。网络优化流程如图3-1所示：
图3-1 LTE网络优化工作流程
3.1单站优化
单站优化主要针对新开站点进行工程网络参数一致性检查、单站优化测试（含室内站点信源测试）、RF问题处理（含室内站点切换带设置及优化）。
网络参数一致性检查：检查开通站点的频点、邻区、功率、切换等网络参数与规划参数是否一致，对不一致的参数进行修正。对开通站点采取随机抽查5%的站点，进行工程参数实际安装与规划的工程参数进行的检查，对不合理的地方结合单站验证环节提出整改建议。
TD-LTE单站点优化测试：采用DT或CQT测试对TD-LTE站点覆盖进行测试，对站点的覆盖性能问题提出调整建议。
RF问题处理：对单站点优化测试过程中的发现的问题，制定调整措施，调整完成后进行验证。以及对室内站点切换带设置及优化。
3.2分簇优化
对于簇的划分需根据市区、街道实际情况，结合跟踪区划分、基站地理位置、基站建设进度进行分簇；测试路线选择以及测试计划根据覆盖区域的主要道路制定。当一个簇内站点开通完成后，应立即开始簇优化工作（簇优化可以开始进行的标准是一个簇内80％的站点已完成割接并通过单站验证）。
如兰州地区站点主要分布在城关、七里河、安宁三个区域，宏站规模总共为653个。
图3-2 兰州LTE基站分布
簇优化阶段推荐采用LTE单模测试，尽可能发现LTE网内存在的问题。簇优化阶段的调整手段主要是天馈参数调整，小区发射功率调整和邻区优化调整。按照公司的簇划分原则兰州地区总共划分了成了22个簇，具体的包含城关区13个簇，七里河区5个簇，安宁区4个簇。
图3-3 全网簇划分
簇优化阶段需要解决重叠覆盖导致的同频干扰问题，重叠覆盖是指存在两个或两个以上的小区的电平强度均在边缘场强以上的区域，该区域的吞吐率由于同频干扰的影响而下降。重叠覆盖区是一定存在的，它可以保证网络的无缝覆盖，移动用户可以进行正常的切换和重选；但是，过度的重叠覆盖会带来危害，如越区覆盖、交叉覆盖等问题，重叠覆盖区域内的干扰，是TDL吞吐率下降的主要原因。
对于重叠覆盖的优化主要包括：前期规划网络结构的保证和后期RF优化保证。
3.3分区优化
分区优化在分簇优化的基础上，主要解决簇间的边界遗留问题，并进行精细优化。簇间的边界区域应作为优化的重点，优化的目标是保证簇边界切换带控制合理，通过DT测试，网络配置、网络性能数据的分析，提出相关参数优化建议，监控验证实施效果，保障/提升区域内无线网络性能。
在这一阶段的主要工作内容包括：覆盖调整、PCI优化、邻区优化、切换参数优化、硬件故障排除等。
分区优化按照行政区城关区、七里河区、安宁三个区开展。
图3-4 全网区划分
3.4全网优化
全网优化在分区优化的基础上，主要解决区间的边界遗留问题，并进行精细优化，主要关注全网的无线网络的性能指标，通过DT、CQT测试，网络配置、网络性能数据的分析，提出相关优化建议，监控验证实施效果，保障/提升全网的网络性能。
在这一阶段的主要工作内容包括：覆盖调整、PCI优化、邻区优化、切换参数优化、硬件故障排除、干扰排查等。
如本地网内由多厂家共同承建，全网优化由移动公司统一协调负责。
第四章单站验证
单站验证的目的是检查实际的工程参数、网络参数是否与规划一致，每站点业务功能是否正常，覆盖是否正常，天馈安装是否正常。
单站验证分为宏站的单站验证和室分系统的单站验证。宏站的单验项目包括下载测试、上传测试、覆盖测试和小区间切换测试；室分系统的单验项目包括下载测试、上传测试、覆盖测试、外泄测试、室内小区间切换测试、一楼室内外进出口切换测试、地下停车场进出口切换测试和上下楼切换测试。
单站验证的主要分为以下几大步骤：（1）连接PC和MIFI、GPS；（2）在Probe中新建项目；（3）导入地图；（4）导入工参；（5）在Probe添加设备；（6）打开FTP软件；（7）进行单验项目。
4.1宏站的单站验证步骤
4.1.1上下行速率测试
（1）连接MIFI和GPS至PC
将MIFI和GPS插入PC，打开MIFI和GPS驱动，待任务栏显示如下时则表示MIFI和GPS连接成功：
图4-1 成功连接MIFI/GPS
（2）在Probe中新建项目
打开Probe，在菜单栏中依次点击【Project】—【New】—【LTE New Template】（以LTE 的单站验证为例）。
（3）导入地图
在工具栏中，点击【地球图标】，弹出地图窗口，再点击地图窗口中的【文件夹图标】，选择需要导入的地图，点击【打开】
（4）导入工参
在工具栏中，点击【工参图标】，接着会弹出工参管理窗口（Engineering Parameter Management）。在工参管理窗口中点击【文件夹图标】（Import），弹出匹配参数窗口（Match Parameters），选择System和工参路径，点击【Next】进入匹配参数界面，匹配好参数后，点击【Finish】。（注：参数匹配中Mandatory为必填项，Optional为选填项）回到工参管理窗口（Engineering Parameter Management），在窗口中点击【Apply】图标。
图4-2 Probe主窗口
（5）在Probe中添加设备
在工具栏中，点击【Device Cofigure】图标，弹出设备配置窗口（Device Configure）。在窗口中点击【Add】图标，弹出添加设备窗口（Add Device），在窗口中添加MS（MIFI）和GPS。点击【Connect】图标。
图4-3 添加设备完成后的Probe主窗口
（6）打开FTP软件
FTP主窗口如图4-4所示：
图4-4 FileZilla主窗口
登录FTP服务器：输入主机IP、用户名、密码和端口号，点击【快速连接】即可连上服务器。
（7）下载测试
下载测试和上传测试的目的是验证站点业务功能是否正常，下载测试要求找到一个信号好的点：SINR >20dB、RSRP> —80dBm，不同客户对下载速率要求不一样，请根据客户要求找到好点完成测试。
打开FileZilla，在【本地站点】窗口中选择好本地文件存放路径，在【远程站点】窗口中选择下载目录，双击容量大的文件即可开始下载。
图4-5任务准备状态
图4-6任务下载状态
开始记录log：在Probe主窗口的工具栏中，点击【Start Record】图标，在弹出的窗口中选择log文件存放路径，点击【确定】即开始记录log。（可选：可按测试需要对log文件进行重命名）
（8）速率统计
打开速率统计软件DU Meter，选择要监视的端口：在窗口中【右键】—【选项】，在【常规】标签页的【要监视的网络设备】中选择MIFI对应的端口，点击【确定】。
图4-7 DU Meter计时表
关闭下载任务和停止记录log：截图完成后，在FileZilla软件的下载状态窗口中点击【右键】，选择【停止并删除所有】以关闭下载任务。关闭下载任务后，在Probe主窗口的工具栏中，点击【Stop Record】图标即可以停止记录log。
（9）上传测试
下载测试和上传测试的目的是验证站点业务功能是否正常。
上传测试的步骤和下载测试步骤相似，只需在FileZilla中将下载改为上传即可，操作为：在【本地站点】窗口中选择好本地文件存放路径，双击要上传的大容量文件即可开始上传。
4.1.2覆盖测试
覆盖测试的目的测试站点的覆盖情况，同时通过绕站测试可以测试天馈是否安装正常；切换测试的目的是测试站点切换是否正常。覆盖测试和切换测试往往可以同时测试。
覆盖测试和切换测试的步骤和下载测试的步骤相似，不同之处在于测试过程中需要开车围绕站点（一个或者所有站点）行驶一周，Probe软件会根据GPS在地图打点记录行驶路线上每个点测试值。
图4-8为以一个绕站测试的打点图：
图4-8 DT打点图
测试所得到的Log文件可以通过Probe的回放功能重现测试过程。
4.1.3站内切换测试:
测试目的：验证站内的切换是否正常。
测试方法：在业务态下按照1－2－3－1和1－3－2－1的扇区顺速进行绕站DT测试，
验证切换是否正常。验证准则：可以通过OMT上命令和Probe中的L3 Message查看是否切换成功。
图4-9 站点覆盖图
4.2室分系统的单站验证步骤
（1）.连接MMIFI至PC
（2）.在Probe中新建项目
（3）.导入室内地图
（4）.在Probe中添加设备
（5）.打开FTP软件
（6）.下载测试
（7）.上传测试
（8）.覆盖测试，外泄测试
a.与宏站的对应步骤相似，不同在点由于没有GPS定位，需手动在地图上打点，打点操作如下：在【Indoor Map】窗口中，选择打点工具【Locate】，边走动边在室内地图上对应的点打点。
图4-10 室分打点工具
图4-11 室分覆盖测试打点图
室分覆盖测试的打点图如上图所示，同样的，可由记录的log在Probe回放打点过程。
b.外泄测试：
外泄测试的目的是测试室分信号的外泄情况。室内覆盖信号应尽可能少地泄漏到室外，要求室外10米处应满足RSRP≤-110dBm或室内小区外泄的RSRP比室外主小区RSRP低10dB，如果目标区域的深度覆盖与外泄信号强度存在矛盾，因遵循外泄控制原则，确保主要道路不会因为外泄而掉话。对于外放天线，如果道路上可连续占用外泄信号并顺利切入切出，则可保留。
外泄测试和覆盖测试相似，也需要手动打点。不同点在于外泄测试要求在主建筑10米外环绕主建筑进行测试。测试的室外打点图如图4-12所示。
同样的，可由记录的log在Probe回放打点过程。
室内小区切换测试
当室内有多小区需要测试小区间切换情况，使用业务进行拨打测试，双向切换次数必须在3次以上，测试步骤参考覆盖测试。
c.一楼进出口切换测试
一楼进出口切换测试主要测试进出时的室分系统和宏站之间的切换是否及时，双向切换测试次数在3次以上，测试步骤参考覆盖测试。
d.地下停车场进出口切换测试
对于有地下停车场的区域需要进行地下停车场进出口切换测试，主要测试进出时的室分
系统和宏站之间的切换是否及时，双向切换测试次数在3次以上，测试步骤参考覆盖测试。