TDLTE网络优化指导书接入优化.docx
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TDLTE网络优化指导书接入优化
TD-LTE网络优化指导书
接入优化
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审核:
批准:
2013-08发布2013-09实施
大唐移动通信设备有限公司发布
1引言
本文的目的是为了满足现场无线网优工程师在网络优化中解决接入问题的工作需求。
介绍网络接入性能的评估和测试方法、数据分析方法、常见问题和处理方法。
本文通常可以用于网络KPI指标优化以及网络运行维护过程中,指导工程师定位和解决接入类问题。
2接入流程的基本原理
接入相关流程,以UE在IDLE模式下,需要发送业务数据时发起servicerequest过程作为例子,流程如图2-1所示。
下面描述分为三部分展开:
随机接入过程、RRC连接建立、RRC连接重配置等。
图21UE在IDLE模式下的接入流程
2.1随机接入过程
随机接入是终端在开始和网络通信之前的接入过程,是保证通信建立的决定性环节,随机接入过程直接影响到系统的性能。
2.1.1概述
随机接入过程的目的是为数据传输分配资源或者取得上行同步。
随机接入过程分为两种类型:
同步随机接入过程和非同步接入。
当UE已经和系统取得上行同步时,UE的随机接入过程称为非同步随机接人;当UE没有和系统取得上行同步,或者在丢失上行同步的情况下称为非同步随机接入。
LTE随机接入过程有两种模式:
竞争接入和非竞争接入。
UE初始化一个基于竞争的随机接入过程。
在这个过程中,随机接入前导序列由UE随机选择,这样就会导致有可能多于一个UE同时传输同一个前导序列,所以需要一个解决竞争的过程。
eNodeB可以通过给UE分配一个专用的前导序列来避免竞争的发生,这就是非竞争模式。
由于省去了选择前导这个过程,非竞争模式快于竞争模式。
2.1.2LTE中随机接入过程的类型
在LTE中,有5种情况将会触发随机接入过程:
(1)从RRC_IDLE状态开始初始接入;
(2)RRC连接重建立过程;
(3)切换;
(4)UE处于RRC_CONNECTED状态,UE要接收新的下行数据,但是上行非同步,需要随机接入过程建立同步;
(5)UE处于RRC_CONNECTED状态,UE要接收新的上行数据,但是上行非同步或者是没有PUCCH资源可以传输SR信息,此时需要随机接入过程。
LTE系统的随机接入作用包括:
1)对于以上5个场景,随机接入的主要作用是获取上行同步。
2)在建立初始网络接入的时候,例如从RRC_IDLE状态过渡到RRC_CONNECTED状态,随机接入还起到给UE分配一个小区唯一的标示符C-RNTI的作用。
LTE系统的随机接入过程有两种方式:
1)基于竞争
对于前面提到的随机接入应用的前5种场景,都可以触发基于竞争的随机接入过程。
在这个过程中,UE随机的选择一个前导序列,可能导致多个UE同时选择相同的前导序列发送,结果发生碰撞,接下来需要一个竞争解决过程来处理。
图22竞争随机接入流程
2)基于非竞争
对于前面提到的随机接入应用的场景(4)(新的下行数据)和(3)(切换),eNodeB可以通过分配一个特定的前导序列给UE,来避免竞争。
图23非竞争随机接入流程
正常的下行链路或者上行链路的数据传输出现在随机接入过程之后。
LTE的RACH的设计必须能够满足LTE需求中的低延时(在LTE需求中规定从空闲状态向连接状态转换必须在100ms内完成),同时要保证在低信噪比环境(在小区边缘UE的切换)下有良好的检出率。
其中基于竞争的模式适用于以上5种情况,具有普遍适用性,而基于非竞争的模式只适用于切换和下行链路数据到达的情况,鉴于这种情况,本文主要介绍竞争模式下的随机接入过程。
2.1.3随机接入过程
竞争模式下的随机接入过程如图2-2所示。
基于竞争的随机接入过程分为4个步骤:
1)通过上行链路PRACH,承载随机接入前导;
2)在下行链路PDSCH中,承载随机接入响应,UE通过PDCCH中的RA-RNTI,找出承载该响应的PDSCH,响应中的信息至少要有随机前导标识符、时间校准信息、初始的UL授权和临时C-RNTI信息;
3)UE传输消息3,该消息在PUSCH上承载,传输块的大小取决于步骤2中的UL授权,至少需要80bit/s,这个过程中要使用HARQ进程;
4)根据C-RNTI或者临时C-RNTI,把竞争解决消息发送到UE,其中也包含消息3中的UE标示,并且支持HARQ。
UE检测到随机接入成功,但是此时没有C-RNTI,那么将TC-RNTI作为C-RNTI,然而对于该竞争过程的其他UE,该竞争过程不成功。
一个UE检测到随机接入成功而且已经具有C-RNTI,则继续使用这个C-RNTI。
2.2RRC连接建立
RRC连接建立包括SRB1的建立和初始上行NAS信息的传输。
NAS信息触发S1连接的建立。
如图2-4所示,说明了RRC连接建立过程,包括随后的初始安全激活和无线承载的建立。
图24RRC连接建立
这个进程的目的是建立一个RRC连接。
RRC连接建立涉及到SRB1建立。
这个进程也是用于从UE传送初始NAS专用信息/消息到E-UTRAN。
在UE是处于RRC_IDLE状态时,当高层请求一个RRC连接建立的时候,例如响应寻呼消息或是UE发起呼叫,UE初始化这个进程。
在RRC连接建立过程中,首先判断是否允许接入,如果允许接入,UE的RRC子层在上行CCCH使用TMRLC模式发送RRCConnectionRequest消息。
RRC判断接入允许的过程,通过高层传给RRC的连接建立原因和相关定时器的工作情况以及保存在USIM卡中的接入类(AC)中和系统广播消息中的对应的AC映射情况来判定。
RRC子层发送RRC连接建立请求的消息内容,包括UE的初始标识(S-TMSI)、连接建立原因等子消息单元。
其中连接建立的原因由上层决定,并且选取UE初始标识的优先级如下:
(1)如果高层提供一个S-TMSI,选择S-TMSI作为UE的初始标识。
(2)否则,产生一个在0..240-1之间的随机数,并将此值作为UE的初始标识。
eNodeB在经过接入控制算法后允许UE的接入,则在下行CCCH上采用TMRLC模式发送RRCConnectionSetup消息。
UE端接收到RRC连接建立消息后,根据消息中的无线资源配置专用信息,配置MAC层,同时物理层进行收发同步。
在收到物理层的同步指示后,配置RLC建立层2信令连接,同时通过在DCCH上采用AMRLC模式发送RRCConnectionSetupComplete消息,消息的内容是由高层配置的。
该过程主要是建立SRB1。
网络端接收到UE端发来的连接建立完成消息,就要初始化安全性激活进程,eNodeB通过DCCH,采用AMRLC模式发送SecurityModeCommand消息,UE接收到该消息,利用该消息中的加密算法和完整性保护算法以及从EMM来的KeNB密钥来推导出RRC层的加密密钥、KRRCenc完整性保护密钥KRRCint、用户平面的加密密钥KUPenc。
当请求底层进行加密和完整性保护的时候,将这些密钥和相关参数传送给底层。
2.3RRC连接重配置
完成了初始安全性激活,UE端要进行RRC连接重配置过程,这个过程主要是建立SRB2和一个或若干个DRBs、进行MAC-mainConfig、物理信道的配置以及任何相关的专用NAS信息和安全性配置。
图25RRC连接重配置
这个进程的目的是修改一个RRC连接,比方说,建立/修改/释放RBs,来执行切换,来建立/修改/释放测量。
作为该进程的一部分,NAS专用信息将从E-UTRAN传送到UE。
UE端进行连接建立(建立SRB1),完成初始安全性激活以及执行连接重配置后,就可以进入正常通信。
3如何评价接入性能
接入性能包含两方面内容:
可接入性和系统可用性。
具体的接入性能衡量指标可以通过路测和话统获得。
3.1可接入性
可接入性相关指标以及参考值如表3-1所示:
表3-1可接入性相关指标及参考值
初始E-RAB建立成功率
PS
DT/CQT
97%
RRC建立成功率
PS
Stat.
96%
E-RAB建立成功率
PS
Stat.
97%
此处给出的取值仅供参考,具体指标取值应该根据项目具体要求或者商用网合同要求确定。
3.2系统可用性
系统可用性相关指标以及参考值如表3-2所示:
表3-2系统可用性相关指标及参考值
小区可用率
PS
Stat.
99%
E-RAB建立阻塞率
PS
Stat.
1%
寻呼拥塞率
PS
Stat.
1%
此处给出的取值仅供参考,具体指标取值应该根据项目具体要求或者商用网合同要求确定。
4DT/CQT数据分析
4.1数据分析工具
路测/CQT数据分析需要使用的软件包括:
-路测数据后处理软件:
OUTUM
-信令跟踪工具:
ATP,CDL
-OMC/LMT工具:
OMT,LMT
4.2接入失败的定义
业务没有能够正常建立,就称为接入失败。
在路测中,常见的接入失败问题包括RRC连接建立失败和E-RAB建立失败等。
通常,路测数据分析工具能够根据预先设定的判断条件,自动判断测试中的接入失败问题。
LTEFDD初始业务激活流程如图4-1所示:
图41TheProcedureofInitialServiceforLTE
4.2.1呼叫失败的定义
呼叫失败的定义,简单来说就是UE发送了RRCConnectionRequest消息后,最终没有发送AttachComplete或者ActivateDefaultEPSBearerContextAccept消息。
具体来说,接入失败包含以下场景:
1)随机接入失败:
拨号后RRCConnectionRequest消息没有发送;
2)RRCConnectionSetup消息没有收到:
UE发送了RRCConnectionRequest消息后没有收到RRCConnectionSetup消息;
3)RRCConnectionComplete消息没有发出:
UE在接收到RRCConnectionSetup消息后,没有发出RRCConnectionSetupComplete消息;
4)UE收到消息RRCConnectionReject:
UE收到RRCConnectionReject消息并且没有重发RRCConnectionRequest进行尝试;
5)UE收到attachreject消息:
UE在NAS层的鉴权加密阶段,收到attachreject消息;
6)UE没有收到RRCConnectionReconfiguration消息;
7)UE没有发出RRCConnectionReconfigurationComplete消息:
UE在接收到RRCConnectionReconfiguration消息后,没有发出RRCConnectionReconfigurationComplete消息;
8)UE没有发出AttachComplete消息:
UE发出RRCConnectionReconfigurationComplete消息后,没有发出AttachComplete消息。
4.3接入失败问题分析流程和方法
4.3.1呼叫失败问题分析总体流程
呼叫失败问题分析流程如图4-2所示:
图42DT/CQT呼叫失败问题分析流程
通过路测数据分析软件,确定发生接入失败的时间,并获得接入失败前后的相关导频信息以及信令流程。
通过消息对齐UE采集的信令和ATP信令跟踪的时间,同时找到ATP信令跟踪中相应出问题的时间点。
另外,通过OMC工具查看出问题接入小区对应时段有否硬件告警或异常信息上报。
结合ATP信令跟踪和UE的信令流程,按照上图的排查流程确定在哪一处出现失败。
然后按照后续的各个子流程分析和解决问题,主要包括RRC建立问题、鉴权加密问题、E-RAB建立问题和设备异常问题等。
4.3.2RRC建立问题
RRC连接建立失败的问题通过UE的信令流程和ATP信令跟踪工具的单用户跟踪可以获得。
对RRC连接建立的问题,按照如图4-3进行排查。
图43RRC连接建立问题排查流程
RRC连接建立失败一般有下面几类典型原因:
-在信号覆盖弱区起呼导致呼叫信令流程未能完成;
-上行RACH的问题;
-在TAU过程导致的寻呼失败;
-小区重选参数问题:
小区重选不够及时以致未能在最好小区上起呼;
-RS功率及功率分配参数问题;
-拥塞问题;
-设备异常问题
在这些问题中尤其下行弱覆盖问题、上行RACH的问题、小区重选参数问题、设备异常问题出现的概率比较高。
相应的解决措施如下:
-进行RF优化消除覆盖空洞、过覆盖等
-优化TA边界以减少不必要的频繁位置更新,如果可能尽量将边界规划在低密度区域
-优化问题小区的小区重选参数,保证UE能尽快选择较优小区起呼
-如果需要可以修改随机接入参数以及功率分配参数,譬如PRACH/PCCH/PDCCH/PDSCH/Msg3的功率偏置等
-修改RS功率以确保其满足预期的小区覆盖半径
1.UE发出RRCConnectionRequest消息,eNodeB没有收到,可能的原因是什么?
如果此时下行RSRP较低,则是覆盖的问题;如果此时的下行RSRP不是太低(比如大于-105dBm),一般都是RACH的问题。
通常有以下可能的原因:
1)Preamble的功率攀升不够;2)UE的输出功率比要求值偏低;3)eNodeB设备问题,譬如存在驻波比过高等;4)小区半径设置参数不合理。
2.eNodeB收到UE发的RRC建立请求消息后,下发了RRCConnectionSetup消息而UE没有收到。
该问题的可能原因有以下几种:
-覆盖差
-小区选择与重选参数不合理
解决方法如下:
1)覆盖差
如果有条件,通过增强覆盖的方法解决覆盖问题,如增加站点补盲、天馈优化调整等。
在无法增强覆盖的情况下,可以适当提高RS功率;调整功率分配参数等。
2)小区选择与重选
通过调整小区选择与重选参数,加快小区选择与重选的速度,可以解决小区选择与重选参数不合理造成的RRC连接建立失败问题。
3.eNodeB收到UE发的RRC建立请求消息后,下发了RRCConnectionReject消息
当出现RRCConnectionRreject消息时,需要检查具体的拒绝原因值。
RRCConnectionReject中拒绝原因值包含2种:
congestion和unspecified。
对于congestion,说明网络发生了拥塞。
需要检查网络负载情况。
对于unspecified,则需要察看相关日志信息,确定故障原因。
4.UE收到RRCConnectionSetup消息而没有发出SetupComplete消息
如果此时下行的信号质量正常,那么可能是手机异常。
5.UE发出RRCSetupComplete消息而eNodeB没有收到
由于上行初始功控会让UE的发射功率上升,这种问题出现的概率很小,目前暂无很好的解决手段。
4.3.3鉴权加密问题
当出现鉴权失败时,需要根据UE回复给网络的鉴权失败消息中给出的原因值进行分析。
常见的原因值包括MACFailure和Synchfailure两种。
1)MACFailure
手机终端在对网络鉴权时,检查由网络侧下发的鉴权请求消息中的AUTN参数,如果其中的MAC信息错误,终端会上报鉴权失败消息,如图4-4所示:
图44鉴权失败(失败原因为MACFailure)
造成该问题的主要原因包括:
-非法用户;
-USIM卡和HLR中给该用户设置不同的Ki或OPc导致鉴权失败。
2)Synchfailure
手机终端检测到AUTN消息中的SQN的序列号错误,引起鉴权失败,原因值为:
Synchfailure(同步失败),如图4-5所示:
图45鉴权失败(原因值为Synchfailure)
造成该问题的主要原因包括:
-非法用户;
-设备问题。
4.3.4E-RAB建立问题
从路测数据的角度分析,初始E-RAB建立成功率的定义为从UE发出PDNconnectivityrequest消息开始,到UE回复ActivateDefaultEPSBearerContextAccept消息。
E-RAB建立问题,最常见的原因包括弱信号起呼、来自UE/MME侧的拒绝、参数配置不合理、拐角效应以及设备异常等。
4.3.4.1弱信号起呼
弱覆盖、覆盖盲区是影响UE接入LTE网络的重要因素,尤其是在移动状态、无线环境剧烈变化的场景。
当UE处于移动状态下,尤其是在RSRP小于-110dBm或者SINR小于-3dB的情况下(意味着UE处于高路损或者低SNR的无线环境下),三星UE的下行无法正确解调以致接入失败。
但对处于孤岛小区的静止UE,UE在RSRP小于-120dBm的情况下仍然可以接入LTE网络。
1.造成信号弱的原因有两种情况,一种是覆盖不好,另一种是UE没有驻留在最优小区发起接入。
Ø覆盖不好
覆盖不好造成初始E-RAB建立失败分为上行和下行质量(包括RSRP和SINR)不满足两种情况。
上行覆盖引起的情况表现为eNodeB无法收到或解调UE的响应消息,这种情况有可能是上行干扰造成的,可以通过检查RSSI确定;下行覆盖质量不满足部分原因是UE的解调性能不佳造成,部分原因是需要RF优化来解决的。
优化措施:
Ø针对上行覆盖差,排查是否存在上行干扰;
Ø针对下行覆盖差,排除UE解调性能不佳的因素,可以通过新增基站、进行RF优化,调整天馈系统、RS功率优化等手段,改善弱覆盖区域的问题,提高无线信号的覆盖质量。
2.UE没有驻留在最优小区发起接入
UE没有驻留在最优小区发起接入,如果信号快速变化导致驻留小区信号快速下降,驻留小区的更新只能等待E-RAB建立完成后进行,导致E-RAB建立过程在弱信号小区进行,容易出现失败。
优化措施:
对于这种情况需要提高同频小区重选的启动门限和速度,使得UE尽快驻留在最优小区,在最优小区发起接入。
4.3.4.2来自UE/MME侧的拒绝
来自UE侧的拒绝,包括
(1)激活默认EPS承载上下文拒绝;
(2)NAS层安全模式拒绝等。
来自核心网侧的拒绝,主要是ATTACHREJECT,其中原因值包括NETWORKFAILURE、EPSSERVICESNOTALLOWEDINTHISPLMN、ESMFAILURE、NOEPSBEARERCONTEXTACTIVATED等。
优化措施:
Ø针对UE设备异常导致的UE拒绝,可以通过升级HW/SW版本或者替换其他UE予以解决。
Ø针对MME侧的接入拒绝,通过分析eNodeB侧STS的信令跟踪数据,排除无线信号覆盖质量问题和S1链路失败等问题后,对MME自身异常导致的其他问题需要提交给核心网侧进行故障排查。
4.3.4.3参数配置不合理
对于接入类失败,我们首先应该检查参数配置,通过比较正常接入小区与接入异常小区的参数配置,确认两者是否有不同;如有不同,确认是否会影响到UE的接入。
譬如:
小区重选参数,建议加快开启同频测量和小区重选。
优化措施:
根据具体的场景设置合理的参数。
4.3.4.4拐角效应
拐角效应主要表现在原小区信号快速下降,目标小区信号很快上升(譬如:
原小区的信号可以在1s左右的时间内突然下降10dB,而目标小区的信号上升10dB左右)。
不仅仅在掉话中出现,在起呼过程中也可能发生,尤其在密集城区之间,但对于接入来说,手段更为有限。
解决建议:
简单来说就是RF优化。
调整天线或者RS功率等,使得目标小区的天线覆盖能够越过拐角,在拐角之前就能发生小区重选,或者使当前小区的天线覆盖越过拐角,从而避免拐角带来的信号快速变化过程,来降低呼叫失败。
4.3.4.5设备异常
由于eNodeB的内部异常故障,导致上行消息无法被正确解调、资源调度异常或者其他异常等,导致UE无法正常接入。
典型的场景是无线信号覆盖质量良好,但是eNodeB发送“UE能力查询”或者“安全模式命令”消息后,没有收到UE返回的状态报告SR,反馈ACK/NACK等,达到RLC最大重传次数最终导致接入失败。
优化措施:
解决eNodeB设备的内部故障,重启、更换BPL或其他单板;如果仍无改善,需要将问题提交给研发团队处理。
5话统数据分析
话务统计数据分析通常用于以下两种场景:
Ø衡量网络性能,针对不满足网络性能要求的指标进行分析定位,找到问题的根源,提高网络性能。
Ø网络性能预警,提前发现有可能造成网络性能恶化的因素,防止网络性能恶化。
本文着重介绍第一种场景下,如何进行话统数据分析。
首先给出分析话统数据的一般流程,然后介绍主要指标的常用分析思路和方法。
5.1话统数据分析的一般方法
不同的网络问题有不同的性能分析方法,在掌握现网运行情况和存在的问题后,选择合适的一种或多种分析方法,常用的性能分析方法有:
TOPN最坏小区法:
按照所关注的话务统计指标,根据需要取忙时平均值或全天平均值,找出最差的N个小区,作为故障分析和优化的重点,也可以据此排定优化工作的优先顺序。
时间趋势图法:
指标统计的趋势图是性能分析的常用方法,分析工程师可以按小时、天或周作出全网、Cluster或者单个小区的单个或多个指标的变化趋势图,从中发现性能统计指标的变化规律。
区域定位法:
网络性能指标的变化往往发生在部分区域,由于话务量增长、话务模型变化、无线环境改变、少数基站故障或上下行干扰造成了这些区域的指标变差,从而影响到全网的性能指标,可以对比变化前后的网络性能指标,在电子地图上标出网络性能变化最大的基站或扇区,围绕问题区域重点分析。
对比法:
一项话务统计指标往往受多方面因素的影响,某些方面改变,其他方面可能没有变化,可以适当选择比较对象,证实问题的存在,并分析问题产生的原因。
看指标时,不能只关注指标的绝对数值是高是低,关心的应该是指标的相对高低情况。
由于在实际的话统分析中,首先是评估整网指标,然后是小区级问题定位。
因此,在OMC话统中,对于失败原因类的计数器基本上都是小区级的。
在本文后续问题分析定位中,也以小区级的指标为主。
5.1.1小区级数据分析流程
小区级数据分析流程图如图5-1所示:
图51小区级话统数据分析流程
首先需要检查是否存在不满足指标要求的小区,如果不存在则结束分析。
如果存在,则需要对细化的原因值进行分析,找到造成指标恶化的主要原因,然后给出合适的解决方案。
方案实施后需要继续观察分析新的话统数据,直到指标满足要求。
5.2可接入性
5.2.1寻呼成功率
待补充。
5.2.2RRC连接建立成功率
RRC连接建立成功率是RRC连接建立成功次数和RRC连接建立尝试次数的比值。
该指标体现了eNodeB或者小区的UE接纳能力,是衡量呼叫接通率的一个重要指标。
图53RRC连接建立流程
本流程图概要表述了RRC连接建立的过
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