5G无线技术基础自学系列 | RF优化原理

Posted 2022-12-21 COCOgsta

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素材来源：《5G无线网络规划与优化》

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RF优化主要是依据各种收集到的数据，进行一系列的优化工作，包括覆盖优化、干扰优化、速率优化等。

12.2.1 5G网络优化目标

5G侧RF优化的目标主要有以下3个。

(1) 优化信号覆盖，保证目标区域的RSRP/SINR满足建网的覆盖标准。

(2)解决路测过程中发现的RF问题，如前面提到的弱覆盖、越区覆盖、重叠覆盖等问题。

(3)结合吞吐率情况，优化覆盖区域和切换带。传统的RF优化还需要考虑负载均衡问题，但5G建网初期，如果网络负载不高，这一部分的优化可以暂不考虑。

对于目标(1) ，首先需要明确5G建网的覆盖标准。以精品路线随时随地实现100Mbit/s的演示目标为例，反映到覆盖上就是对应的RSRP和SINR。需要使用理论公式建立用户速率需求与无线网络覆盖、容量的映射。输出对目标区域RSRP/SINR满足率的要求，后续的覆盖优化以此为标准进行。

对于目标(2)和目标(3)，主要是为了避免出现RF问题导致的用户体验差、速率掉坑和掉话等问题，保证演示目标的达成。在此基础上，结合演示路线的吞吐率情况，合理地调整NR小区的覆盖区域和切换带，通过RF调整可以有效地提升路测性能。

和LTE一样， 5G中覆盖类的关键指标主要是RSRP和SINR。但是5G中RSRP/SINR的种类和LTE不同。具体来说， LTE中的CRS功能被剥离为两种测量量——SSB和CSI-RS。相应的， SSB RSRP/SINR体现了广播信道的覆盖与可接入能力； CSI RSRP/SINR体现了业务信道的能力。5G中定义的覆盖相关测量指标如表12-2所示，不同的指标用于不同信道及场景下的评估。

网络质量评估作为RF优化的一个重要环节，需要根据采集数据进行细致的网络质量分析。重点考核指RSRP和SINR，具体如表12-3所示。由于波束定义的差别，相同覆盖点位下， SSB RSRP/SINR ，CSI RSRP/SINR、PDSCH RSRP/SINR可能美别很大。根据每个信道特点的不同，当前5G网络一般只采用SSB的RSRP和SINR作为覆盖评估的主要指标。在下文中，如无特别说明， RSRP和SINR均指SSB的PSRP和SINR。

12.2.2 5G不同组网架构下的RF优化差异

前面提到，5G的组网架构分为非独立组网架构和独立组网架构两类。在非独立组网架构下，由于网络信令面的锚点在4G侧，5G侧仅仅提供用户面的连接，因此，5G侧主要的优化指标是覆盖、干扰以及速率的优化，切换性能主要还是和4G网络相关。如果是独立组网架构，则信令面和用户面都是5G侧的空中接口，因此在RF优化时需要关注所有的指标。

12.2.3 数据分析与优化

前面介绍了5G空中接口的典型问题，接下来介绍这些问题主要的解决思路。

1.弱覆盖优化

弱覆盖/覆盖漏洞：若小区的信号低于优化基线，导致终端接收到的信号强度很不稳定，通话质量很差或者下载速度很慢，容易掉网，则认为其是弱覆盖区域；若信号强度更低或者根本无法检测到信号，终端无法入网，则认为其是覆盖漏洞区域，如图12-1所示。具体判断可以利用测试得到最强小区的RSRP与设定的门限进行比较，如弱覆盖门限一般为-120~-110dBm，覆盖空洞门限参考协议设置为-124dBm。弱覆盖门限并不是基线，每个运营商都会有自己的覆盖要求。

通常，弱覆盖/覆盖漏洞产生的原因主要是建筑物等障碍物的遮挡或者不合理的规划。处于弱覆盖/覆盖漏洞的UE下载速率低，用户体验差。

弱覆盖与覆盖漏洞的场景一样，只是信号强度强于覆盖漏洞但是又不足够强，低于弱覆盖的门限。关于弱覆盖及覆盖漏洞的解决方法如下。

(1)确保问题区域周边的小区都正常工作，若周边有最近的站点未建设完成或者小区未激活，则不需要调整RF解决。

(2) 对该区域内检测到的PCI与工程参数表中的PCI进行匹配，根据拓扑和方位角等选定目标的主服务小区，此时可能不止一个，并确保天线没有出现接反的现象。

(3)如果各个基站均工作正常且工程安装正常，则需要从现有的工程参数表中分析并确定调整哪一个或者多个小区来增强此区域信号强度。如果离站点位置较远，则考虑抬升发射功率和下倾角；如果明显不在天线主瓣方向，则考虑调整天线方位角；如果距离站点较近出现弱覆盖而远处的信号强度较强，则考虑下压下倾角。

(4)如果弱覆盖或者覆盖漏洞的区域较大，通过调整功率、方位角、下倾角难以完全解决的，则考虑通过新增基站或者改变天线高度来解决。

(5)对于电梯井、隧道、地下车库或地下室、高大建筑物内部的信号盲区，可以利用室内分布系统、泄漏电缆、定向天线等解决。

此外，还需要注意分析场景和地形对覆盖的影响，如弱覆盖区域周围是否有严重的山体或建筑物阻挡，弱覆盖区域是否需要特殊覆盖解决方案等。

2.越区覆盖的优化

越区覆盖一般是指某些基站的覆盖区域超过了规划的范围，在其他基站的覆盖区域内形成不连续的主导区域。例如，某些大大超过周围建筑物平均高度的站点，发射信号沿丘陵地形或道路可以传播很远，在其他基站的覆盖区域内形成了主导覆盖，产生“岛”的现象。因此，当呼叫接入到远离某基站而仍由该基站服务的“岛”形区域上，并且在小区切换参数设置时，“岛”周围的小区没有设置为该小区的邻近小区，一旦移动台离开该“岛”，就会立即发生掉话。即便配置了邻区，由于“岛"的区域过小，也容易造成切换不及时而掉话。此外，类似于港湾的两边区域，如果不对海边基站规划做特别的设计，就会很容易因港湾两边距离过近造成这两部分区域的互相越区覆盖，形成干扰。如图12-2所示， Cell A为越区覆盖小区。

越区覆盖的解决方法如下。

(1)对于高站的情况，降低天线高度即可。

(2)避免扇区天线的主瓣方向正对道路传播。对于此种情况，应当适当调整扇区天线的方位角，使天线主瓣方向与街道方向稍微形成斜角，利用周边建筑物的遮挡效应减少电波因街道两边的建筑反射而覆盖过远的情况。

(3)在天线方位角基本合理的情况下，调整扇区天线下倾角，或更换电子下倾角更大的天线。调整下倾角是最为有效的控制覆盖区域的手段。下倾角的调整包括电子下倾角调整和机械下倾角调整两种方法，如果条件，则允许优先考虑调整电子下倾角，再调整机械下倾角。

(4)在不影响小区业务性能的前提下，降低载频发射功率。

3.重叠覆盖及干扰优化

由于5G属于同频网络，因此同频干扰问题是5G RF优化关注的重点对象。在进行RF优化时，需要针对同频干扰进行识别，其主要表现为重叠覆盖。

重叠覆盖是指多个小区存在深度交叠， RSRP比较好，但是SINR比较差，或者多个小区之间乒乓切换，用户体验差。如图12-3所示，重叠覆盖主要是多个基站共同作用的结果，因此，重叠覆盖主要发生在基站比较密集的城市环境中。正常情况下，在城市中容易发生重叠覆盖的几种典型的区域为高楼、宽的街道、高架桥、十字路口、水域周围的区域。

一般通过设置SINR的门限和根据以下方式来判断是否有重叠覆盖区域：与最强小区RSRP相差在一定门限(一般为5dB)范围以内的邻区个数在两个以上。此种方式的使用前提是排除了弱覆盖，因为弱覆盖也会导致SINR比较差的情况出现。

重叠覆盖一般带来的用户体验非常差，会出现接入困难、频繁切换、掉话、业务速率不高等现象。处理干扰可根据具体的原因采取不同的改善措施。

(1)小区拓扑结构不合理。

由于站址选择的限制和复杂的地理环境，可能出现小区布局不合理的情况。不合理的小区布局可能导致部分区域出现弱覆盖，而部分区域出现多个参考信号强覆盖。此问题可以通过更换站址来解决，但是现网操作会比较困难，在有困难的情况下，可以通过调整方位角、下倾角来改善重叠覆盖情况。

(2)天线挂高较高。

当一个基站选址太高时，相对周围的地物而言，周围的大部分区域都在天线的视距范围内，使得信号在很大范围内传播。站址过高会导致不容易控制越区覆盖，容易产生重叠覆盖。此问题主要通过降低天线挂高来解决，但是很多5G站点与4G共站，受天面的限制难以调整天线挂高，在此情况下，可以通过调整方位角、下倾角、参考信号功率等改善重叠覆盖情况。

(3)天线方位角设置不合理。

在一个多基站的网络中，天线的方位角应该根据全网的基站布局、覆盖需求、话务量分布等合理设置。一般来说，各扇区天线之间的方位角的设计应该是互为补充的。若没有合理设计，则可能会导致部分扇区同时覆盖相同的区域，形成过多的参考信号覆盖；或者其他区域覆盖较弱，没有主导参考信号。这些都可能造成重叠覆盖，需要根据信号分布和站点的位置关系进行天线方位的调整。

(4)天线下倾角设置不合理。

天线的倾角设置是根据天线挂高相对周围地物的相对高度、覆盖范围要求、天线型号等来确定的。当天线下倾角设置不合理时，在不应该覆盖的地方也能收到其较强的覆盖信号，造成了对其他区域的干扰，这样就会造成重叠覆盖，严重时会引起掉话。此种情况下，可以根据信号的分布和站点的位置关系来调整下倾角至合理取值。

(5) SSB信号功率设置不合理。

当基站密集分布时，若规划的覆盖范围小，而设置的参考信号功率过大，则当小区覆盖范围大于规划的覆盖范围时，也可能导致重叠覆盖问题。在不影响室内覆盖的情况下，可以考虑降低部分小区的SSB信号功率。

(6)覆盖区域周边环境影响。

由于无线环境的复杂性，包括地形地貌、建筑物分布、街道分布、水域等各方面的影响，使得参考信号难以控制，无法达到预期状况。

周边环境对重叠覆盖的影响包括以下3个方面。

高大建筑物/山体对信号的阻挡。如果目标区域预定由某基站覆盖，而该基站在此传播方向上遇到建筑物/山体的阻拦导致覆盖较弱，则目标区域可能由于没有主导参考信号而造成重叠覆盖。

街道/水域对信号的传播。当天线方向沿街道/水域时，其覆盖范围会沿街道/水域延伸过远，在沿街道水域的其他基站的覆盖范围内，可能会造成重叠覆盖。

高大建筑物对信号的反射。当基站近处存在高大玻璃建筑物时，信号可能反射到其他基站覆盖范围内，造成重叠覆盖。

针对以上问题，可以通过调整方位角、下倾角来调整小区之间的较低区域的信号覆盖范围，减少街道效应和反射带来的影响。

4.针对负载问题的优化(可选)

通过话务统计数据发现某些小区资源利用率过高，导致本小区内出现拥塞、无法入网、掉话等问题，用户体验差，同时对邻区的干扰较大，影响邻区用户体验。

此类问题可以通过KPI的监控设置来解决，设置一定的负载门限，当小区的覆盖高出此门限时将会进行提示。一般会因为用户的增加或者特殊业务的需求导致一片区域的资源需求增加，负载变大；或者因为用户分布不均匀，而导致某些小区下面用户数偏多，资源不够，而周边一些小区的用户数较少，资源利用率低。

通过分析问题小区和周边邻区的拓扑及覆盖关系，如果此区域内小区的负载都比较高，则可以考虑通过加基站扩容来解决。如果只是某些小区负载较高，而周边有邻区负载较低，则可以根据用户分布通过调整轻载小区的方位角和下倾角来吸收用户，缓解高负载小区的压力。同时，也可以调整高负载小区的方位角、下倾角和功率来进行配合。如果无法获取用户分布，则可以根据覆盖分布来适当提升空载小区的覆盖范围，降低高负载小区的覆盖范围。

5.空中接口速率优化

通常，上述弱覆盖、重叠覆盖、高负载等问题都会影响到小区的吞吐量，解决这些问题后都会提升小区的吞吐量。这里主要是指通过DT数据测试发现小区的平均CSI-SINR较低或者通过话务统计发现小区的频谱效率较低，需要对整个小区或者整网进行RF调整，以提升全网的平均SINR和频谱效率，如表12-4所示。