《5GNR网络技术发展现状及优化对策》8400字（论文）

GNR网络技术发展现状及优化对策摘要现阶段的5G技术算得上是最新一代的商用移动通信技术了，其具有大带宽、低延迟、大容量等远超4G的优越性能，因此从发布以来便一直是世界热点之一。本文以5G网络中的NSA网络架构为主要研究对象，对现阶段5G网络建设优化中面临的挑战进行分析，针对5G网路问题点给予优化方案及应对策略。本文首先了解网络架构的变动，继而深入探究5G网络2.6GHz频段的重耕、5G同频段干扰和4/5G协同优化难点的问题，此外5G网络的发展所带来的的新技术中的大规模MIMO和双架构模式也是优化的难点，针对这些难点制定应对的策略有覆盖优化、切换优化、锚点优化和工程优化。因此，做好5G无线网络优化方法的研究是保证5G网络质量的关键。关键词：5G；无线优化；NSA；锚点目录TOC\o"1-3"\h\u16810摘要 19926目录 311082第1章引言 423783第2章5G网络的发展 5149762.15G网络简述 5313852.35G网络的发展 7243352.45G网络优化出现的问题 7299802.4.1网络结构变动使优化难度加大 750192.4.25G网络频段重耕面临挑战 8218512.4.35G室内外同频干扰 8150562.4.44/5G协同优化难度大 9171502.55G网络相关技术变化带来的影响及对策 1058222.5.1大规模天线技术（MIMO） 10217142.5.2SA/NSA双模架构优化的不同 1013327第3章5G优化对策 12147523.15G初期工程建设优化 12122943.25G优化对策 1293983.2.15G波束优化 12141893.2.25G切换优化 139353.2.35G锚点优化 1319917第4章5G工程优化案例 1428426第5章结论 2010164参考文献 21第1章引言自上世纪八十年代后期起，我国通信技术产业开始发展，1987年1G-第一代移动通信技术从国外引入，其代表的产品为大哥大和BB机，皆由摩托罗拉公司生产制造。这一时代的1G基本上都是语音通信，行业标准在各国并不统一。1994年中国进入2G时代，由此形成了以通信业为主的移动通信企业，采用欧洲的GSM表准--TDMA技术（时分多址）。在从2G到3G的时间里，国内从1998年6月宣布推出TD-SCDMA的标准，并在2000年5月成为国内外移动通信标准之一。直至2009年，中国终于颁发了商用3G移动通信的牌照，此时中国在TD的标准上努力的研发4G-LTE。2014年我国发放量4G牌照，中国移动以3G养4G，成功使得TD-LTE网络覆盖全国。时至今日5G技术发展越来越快，中国商用的5G牌照在2019年6月宣布发放，同年10月末，中国三大通信公司正式公布5G商用方案，5G时代正式来临。第2章5G网络的发展2.15G网络简述第五代移动通信技术（5thgenerationmobilenetworks或5thgenerationwirelesssystems、5th-Generation）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系统之后的延伸[1]。和以前的移动网络一样，5G移动网络也是数字蜂窝网络。所有5G无线设备都在蜂窝区域通过无线电波连接到本区域的本地天线阵列（发射器）和低功耗自动收发器（接收器），由公共频率池中指定的频率信道通过收发器进行通信，这些信道可以在不同的蜂窝区域中重复使用[2]。2.25G技术特性与此同时，5G技术也带来了与4G不同的特性：高速传输、广泛覆盖、低时延等。（1）高速传输在分析5G技术的时候，不能只单独谈论5G，还要结合之前的移动通信技术，如此才能突出5G技术的优势所在，也可以明确显现出5G技术的诸多特征，提出的部署方案也行之有效。5G技术即为第五代移动通信，它的传输速度高，低延迟，相较于传统的通信技术，5G技术的诸多特征可以满足很多特殊的要求，例如在航空航天、万物互联和自动驾驶等方面能提供强大助力，充分发挥出5G技术的优势，5G技术绝对可以成为各方面的核心技术之一。所以在分析5G技术时，首先要对5G高速传输的特性进行深入研究，分析其传输速度的上限及稳定性，由此才能发挥出5G技术的优势。探索过程中，要和4G技术做对比，这样才能明确5G高速传输的特点，在实验室进行测试时发现，5G移动通信最高传输速度可达每秒726mbps，而4G通信在相同的条件下只能达到每秒62.2mbps，这可以说明5G移动传输速度是4G通信的10倍左右[3]。正因为这样的特点，5G技术才能给人们带来更好的生活体验，当然在实验室测试的结果趋于理想化，在外界使用时会受使用的数量和各类干扰因素的影响等而受到限速，但是5G技术经过不断的发展，其受限的地方将逐步解决，发展空间仍然广阔，前景明亮，人们的使用体验会越来越高。（2）广泛覆盖既然5G技术有如此良好的传输速率，那么在实际使用过程中，必然会给人们的生活带来巨大的便利。应用过程中如何实现5G网络的广泛覆盖就成了网络建设者考虑的重点之一，这也是5G通信技术的另一大特征之一。广泛覆盖包含了两个方面的概念，一个是横向覆盖，另一个就是纵深覆盖[3]。首先横向覆盖这一概念可以理解为5G信号网覆盖，其中覆盖范围涉及地球表面或者人类主要活动范围等，接收到5G信号的用户可以进行导航、查阅资料等，并且因5G传输速度快的特点，使用5G网络会有更好的体验。同时世界上一些地方因地形原因难以进行5G信号覆盖，但对于这些地区的5G建设不能落下，需要在5G建设过程中努力攻克重难点，进一步扩大覆盖范围，信号覆盖全球是网络建设者的目标之一。在这些偏远地区实现全面覆盖，对于一些科技活动可以提供很好的帮助，对于环境检测、空气质量检测和地形地貌变化、地震检测等等有巨大的价值，可以为科研人员提供实时的检测数据和资料，以便于日后的分析。而纵深覆盖则是指人们日常生活中，一些地下室或者是建筑物较为高大的低层区域，可能受到外界的干扰较多等，导致信号不良、网络速度慢等等，甚至个别区域会出现无信号覆盖等现象，无论是上网还是进行通话呼入呼出等都不能实现。因此，第五代移动通信广泛覆盖的特征就很好的解决了这些问题，即使在较深的地下停车场等等，也能很好的实现移动通信，充分满足了人们生活中的各种需要，让人们体验更好的生活。（3）低延迟在5G技术的使用中，5G的技术的传输速率远高于以往的通信技术，并且时延也比较低，无论是日常生活还是科学设备的使用研究都有着巨大的进步空间，而且如今的5G技术还处于初级的阶段，未来或许还能达到更高速率、更低延迟的。现在5G技术的使用最直观的感觉就是日常的游戏娱乐延迟更低，画面更流畅；影音播放速度更快，不用再耗费时间等待加载网络资源，这样实时的通信能够很好的提高用户的体验，也是用户享受到的5G技术一系列特征的具体表现。而5G技术的部署过程中有着较低的时延，是为了万物互联而准备的，这也是物联网发展过程中，5G技术有着举足轻重的地位的重要原因之一[4]。例如，日常生活中不时接触到的无人驾驶汽车和各类的新自动化产品等等，这些新技术或产品要正常使用首先要连接到5G网络中，所以5G信号大范围覆盖是必须得，并且无人驾驶还要在网络稳定且时延较低的条件下才能安全行驶，从汽车行业角度看，这就是一个全新的改革，也是未来汽车发展的主要方向之一。假如5G技术的阀盖面积不足，其延迟性能出现一定的问题，这对于汽车无人驾驶行业来说就是一次重大的打击，无人驾驶技术在发展过程中，能过快速根据外界的情况作出反应并行动是其技术的重要根基，这样才能避免行驶中的一些危险。就目前来看，无人驾驶技术还是存在诸多缺陷的，既面临这移动通信技术方面的问题，同时技术层面不足，还有一些社会因素影响。在未来发展中，5G技术的低延迟性能将会应用到社会行业的方方面面，并能够充分运用，无人驾驶只是其中的小部分而已，相信在未来各行各业都离不开5G技术的应用。2.35G网络的发展目前，全球移动通信领域中，5G移动通信技术犹如一颗新星，令所有人都为之着迷，竭尽全力去研究。而随着通信研究的步伐加快，支撑5G的关键技术也逐渐明了，技术研究有了新的突破，进入了新阶段。同时5G系统扩容，通过进一步优化网络结构、开发利用新频谱等等进行扩容提升容量。为了跟上快速发展的移动网络并提供各方面的基本业务服务，5G移动通信技术结合其他各类无线通信技术优化自身的能力。从全球各国来看，移动通信技术对5G网络服务能力的提升主要体现在三个方面：一是国外先进通信技术的引进，让5G网络有着比4G网络更高的资源利用效率；二是引入新的网络结构，在智能化的作用下，5G网络系统对比4G，网络带宽提高25倍左右[5]；三是深入挖掘可见光、毫米波、高频等先进频谱资源，使未来通信资源比4G时代增长4倍。而网络技术和无线传输技术有更新突破，可以使得5G通信有长足的发展，业务支撑能力便越强[6]。因此，就网络技术而言，将使用更先进的组网方式和网络架构，并更新无线资源的转发方式，异构超密集技术的灵活运用等。对于无线传输技术来说[8]，其目标将是实现更高的频谱资源利用率，以及多天线、D2D（Device—to—DeviceCommunication）、新型多址等技术挖掘频谱资源的潜力的利用。2.45G网络优化出现的问题2.4.1网络结构变动使优化难度加大5g商业模式就是基于传统系统的再耕化、升级与演进。无线网络已经历了2g到5g的4代发展演进,多个厂家、多个站型共同并存,网络架构将空前复杂[7],5g网络建设也会对现有的网络造成影响,需要彼此协调,优化的工作会成倍地增加困难。层次化异构网络的设计与实现主要依赖于设置大量交互参数，导致无线优化的标准也大大地提高，涉及到精确驻留小区、不同小区优先级的重选择与切换、业务平衡等多种算法的优化。此外，终端容量不同，无线优化过程中终端和网络的协同作用也需考虑在其中。2.4.25G网络频段重耕面临挑战5GNR与4GLTE共享2.6GHz的160MHz带宽，5GNR100MHz的开通需要LTE现网D频段退频40MHz(D1+D2),D频段重新耕耘"牵一发而动全身"，需要有序开展[7]，如图2.1所示。图2.1频谱重耕示意图当前4G网络建设主要是在2.6G频段上进行的，该频段作为4G网络容量的基本承载体以及进行网络资源的流通，D1+D2占整个网络流量的30%，40MHz带宽的退频会导致网络容量不足，使4G现网处于高负荷运转。当DI、D2退频后，D频段的容量缩小，其MIMO站只能使用D3频点，严重影响了现网的承载能力。其中以一部分D频段为基础，且F频段连续覆盖不足的城市问题尤为严重。因为已有网络不支持D3频点RRU和终端，D频段重新开发后，这些城市将面临4G覆盖不足的问题。D频段退频需要调整多个参数配置，大规模的调整需要充足的经验和时间的累积，而更换和升级4G网络设备的过程会直接造成4G网络性能的不稳定。2.4.35G室内外同频干扰有研究表明，室内场景占5G网络数据业务的70%以上，商务网络数据业务有80%以上发生在室内，室内覆盖是5G网络建设的一个重难点。不同于4G的室内外异频组网，5G是避免不了同频网络的干扰这类问题的。而想要从源头上解决5G同频干扰在于“一进一出”，阻止室外信号进入，防止室内信号泄出，因此需要严格划分5G宏基站和5G室分的建设区域。在5G系统中，需要更多的举措对室内外同频干扰进行抑制，包括综合利用各种参数，Blanking时隙配置，室内外错频等，降低室内外同频干扰的程度，保证室内覆盖效果良好[7]。2.4.44/5G协同优化难度大2.6GHzNSA组网5G与4G频段和设备深度耦合，5G网络运行将影响4G网络稳定性，优化工作需将4G网络考虑进去，优化难度大幅增加[7]。NSA组网协同优化内容如图：图2.2协同优化内容为实现4G和5GNR上下行转换点对齐，避免上下行时隙干扰，2.6GHz子帧配比要求5GNR帧头需向后偏移3ms，并釆用5ms周期[7]。2.6GHzNR与LTE帧结构对齐示意如图2.3所示。图2.32.6GHzNR与LTE帧结构对齐示意图2.4.5天面改造影响网络质量不像4G宏基站安装RRU+天线，5G宏基站通常是RRU（射频拉远单元）与天线馈线结合在一起，变成了AAU（有源天线单元）的形式，包含192个或128个天线阵子，组成二维平面阵列有源天线[7]。在5GAAU中，RRU与天线不可分离，且不兼容1.8GHz/2.1GHz等其它频段，与无源天线各自独立安装，三扇区的5G宏基站安装时需要增加3副大体积的AAU，这容易造成基站的发射面空间不足，信号发射受干扰而无法使用，在一定程度上加大了5G网络的规划和建设难度[8]。建议在基站建设的同时进行天面改造，如将2G/3G/4G天线集成多端口天线。此外，由于2G/3G/4G多制式网络的紧密耦合，整合天线的方向角难以自由调整，当2G/3G/4G网络拓扑结构相差较大时，多网覆盖必然会出现协调困难，信号覆盖质量下降[7]。2.55G网络相关技术变化带来的影响及对策2.5.1大规模天线技术（MIMO）大规模MIMO(massiveMIMO,大规模天线技术)是5G提高系统容量和频谱利用率的关键技术[9]。相对于单波束覆盖4G广播信道，5G拥有多波束的形成和扫描手段，并可同时发射横向和纵向动态窄波束。5G系统后台通过不同权值可以产生不同形状的广播多波束对人群密集的地方进行精确的强覆盖，满足更精确的覆盖要求，大大减少广播信道干扰，同时通过权值优化调整天面方位角和下倾角，为后续天馈自优化奠定基础[7]。因此优化5GMIMO的广播权值可以看为优化网络的一项新内容，相比于4G的人工权值优化，人工智能算法更适合优化具有高灵活度、大数据量的5GMIMO广播权值，以提高优化效率。2.5.2SA/NSA双模架构优化的不同（1）独立组网（Standalone，SA）模式，指的是新的5G网络包括新的基站，回程链路和核心网。在引入全新的网元和接口的同时，还将大规模采用诸如网络虚拟化、软件定义网络等新技术，并与5GNR相结合，其协议开发、网络计划部署和互操作方面的技术挑战将超越3G和4G系统[10]。（2）非独立组网（Non-Standalone，NSA）这种架构通过连接4G锚点站连接5G网络，并进行信令控制交互，实现4G与5G的双链接。这样组网方式虽然满足了5G增强的数据业务功能，提高了网络数据业务能力，但不能满足5GeMTC的业务需求。在以后的发展中，手机通过5G基站与5G核心网控制交互信号，4G作为5G的补充基站，能够满足5GeMTC的需求[11]。（3）SA和NSA优化策略不同。4G和5G共同决定了NSA的覆盖性能。在NSA体系下，5G网络连续覆盖无需进行覆盖切换，这样在优化过程中可以缩小重叠区域，降低邻区干扰，保证用户的有良好的的网络体验。NSA优化需要关注的点有许多，如：载频合理的删减、4G/5G协同以及4G锚点是否连续等。在尽量减少4G/5G互操作的同时，SA组网首先要确保5G网络能够连续覆盖，覆盖重叠的区域要确保切换成功率在90%以上。在5G优化过程中，覆盖的优化占首位，在此基础上优化5G业务性能、上下行速率等等。

第3章5G优化对策3.15G初期工程建设优化5G网络建设将使用高频段的频谱资源，其具有高速率、大带宽等优良特点，但发射高频载波意味着覆盖范围会变小，5G基站数量要远多于4G基站。因此，想要快速建设5G网络，就要从三方面入手：一、选择合理的5G网络覆盖区域。优先覆盖人口密集的地方、交通要道、著名景点等；二、进行站址资源储备[12]。优先进行原有4G基站升级改造，降低成本，其次推荐共享塔杆资源，让各类塔杆成为通信塔，同时还要获取政府支持，将通信基础设施纳入发展规划，提前做好站址储备；三、进行基站配套改造，如根据5G网络负载耗电情况，提前安排好电网改造[12]。3.25G优化对策3.2.15G波束优化1.扩大覆盖范围。通过波束赋形调节波束发射时得宽窄，形成窄度合适的发射波束，将能量集中对准目标地点，从而提高信号的强度[13]。当用户处于空旷地带时，天面发射窄波束，信号覆盖范围可以扩大多倍，便于终端接收到良好的信号；当处于高楼时，可以形成宽波束覆盖各个楼层；以此为基础，当采用水平和垂直两个覆盖角度较大的波束时，可以同时满足既有高楼又有广场的场景的覆盖要求。2.降低各类干扰。降低各类干扰。常规网络规划中，基站通常会安装3副天面以保证用户终端能够接入网络中，但在一些基站较多的地方，天面发射的波束很可能就会互相干扰，导致信号差，质量低的情况，严重影响客户使用。为此，5G利用波束赋形技术，在小区间干扰较大的地区，利用水平扫描范围较窄的波束，实时将波束对向用户，减少与邻近信号的接触，避免强干扰源，提高用户(特别是小区边缘用户)的SINR(信号干扰噪声比)[13]。3.提升网络速率。通过波束赋形技术，形成宽窄合适的波束，能够有效提升覆盖范围、降低同频干扰，从而达到提高速率的效果。而5G波束优化则是利用窄波束轮询扫描机制覆盖整个小区，精确地定位用户的位置，可以把能量向目标用户发送，使用户接收到的网络服务更加集中[13]，从而有效地提高用户端的感知率。3.2.25G切换优化5G切换优化分为站间切换优化和切换流程优化。在站间切换优化方面，失败站点分布、邻区关系核查、共建共享策略核查等均是优化内容，如TOP问题的分析，即着重解决切换失败次数位于全网切换次数前100的小区，以提高全网站间切换成功率；同时核查配置接口状态，定时进行X2/邻区核查、TOP小区状态核查、NR异频频点插花组网核查等。在切换流程优化方面，更新切换流程的协议：3GPPR16协议。该协议对NR到EN-DC的切换场景进行了改进和优化。UE能力新增了SA切换至NSA的指示袁gNB根据SA至NSA的能力指示袁在切换准备消息中携带支持NSA的NR候选小区给eNB[14]。使得切换流程中SA/NSA的互切换更加简便。3.2.35G锚点优化在NSA组网环境下，4G锚点越稳定，5G网络的质量越好，所以锚点优化是5G优化工作的重点。锚点优化分为三个方面：结构优化、驻留优化，配置优化[7]。首先结构优化，保证5G驻留能力的同时实现锚点连续覆盖的目标，使覆盖率接近4G[15]，同时在建设网络初期尽可能选择单一频点，以FDD1800为优先选用频点，可以降低网络结构和参数配置的优化难度；选定锚点小区时，优先满足连续覆盖，之后降低小区数量，减少锚点与锚点间的切换，提升网络稳定性；二是锚点驻留能力，需要配置专门的优先级和参数供锚点进行切换，保证驻留能力，但在锚点质量差时需及时回落到非锚点承载业务；三是对照集团参数进行全网参数核查，满足基础的配置要求，再优化SCG增删阈值，保证占用5G感知优于4G，最后要精准配置上层指示开关，最大限度地避免“假5G”风险。

第4章5G工程优化案例现阶段的5G网络已经正式进入商业运营阶段，因此在工程建设工程中需要制定一套相对完整的网络工程建设优化的方案，保证网络工程的建设质量、用户体验和网络具备较高性能，5G工程网络优化的流程如下。站点开通及验证——基础参数核查——LTE锚点优化——NR覆盖优化——NR速率提升。具体案例如下。【覆盖案例】UE从福州向宁德方向行驶，在福安市山顶岩隧道12号洞室隧道出现弱覆盖。UE占用福安市天池山隧道DK183+630_C1WNND3（PCI=425）行驶，信号衰弱后一直未能占用福安市山顶岩隧道12号洞室DK179+391（代维）_C5WJYD3（PCI=402），最终切换至福安市山顶岩隧道8号洞室DK178+391（代维）_C0WNND3（PCI=403），切换过程中信号一直处于弱覆盖。查询告警及指标，福安市山顶岩隧道12号洞室DK179+391（代维）_C5WJYD3（PCI=402）指标整体正常，站点无告警。过程如图4.1所示。图4.1测试线路图图4.2测试数据图图4.3站点分布图【优化方案】核查添加福安市天池山隧道DK183+630_C1WNND3（PCI=425）（联通共享站点）与福安市山顶岩隧道12号洞室DK179+391(代维)_C5WJYD3（PCI=402）的邻区关系。【效果评估】调整后，成功切换至福安市山顶岩隧道12号洞室DK179+391小区，问题区域覆盖改善明显。改善后的状态如图4.3所示。图4.4改善后信号数据图【切换案例】蕉城区三都礁头部队对面山上18米大抱杆_C2WNND3小区，由于与部分远距离邻区存在切换关系，切换性能欠佳。基于邻区对切换统计可知，切换失败主要发生往393300-54/55/56（沿海站点）3个小区上:表4.5邻区切换记录表基于网络拓扑分析可知，蕉城区三都礁头部队对面山上18米大抱杆_C2WNND3与393300的距离长达9.64公里：图4.6站点分布图2、解决方案：拟将蕉城区三都礁头部队对面山上18米大抱杆_C2WNND3小区邻区表中393300-54/55/56三个邻区的【邻区能够被删除】、【支持X2切换】、【支持切换】全部设置为“否”。3、效果验证：2019年5月30日实施上述措施后，蕉城区三都礁头部队对面山上18米大抱杆_C2WNND3小区的系统内切换成功率指标提升到99.9%以上。图4.7切换数据图在切换优化中，如果目标基站的RSSI非常高，且运营商短期内又难以解决的“硬骨头”站点切换，可以考虑临时将这些高RSSI邻区的切换属性设置为禁止切换,待RSSI恢复正常值后，再还原。霞浦县海岛西洋岛陆军部队_D1WNYT3（393528-49）小区的切换就属于这种情况，根据网管切换数据统计可知：切换失败主要发生往霞浦县西洋岛陆军部队_D1WNND1（395671-17）小区上，失败原因主要为其他原因及等待UECONTEXTRELEASE消息超时等:图4.8邻区切换记录表切换目标邻小区395671-17小区的平均RSSI值高达-78dBm左右：图4.9接收信号强度指示表临时解决措施：将霞浦县海岛西洋岛陆军部队_D1WNYT3（393528-49）邻区中395671-17的邻区属性设置为禁止切换：结果验证：将霞浦县海岛西洋岛陆军部队_D1WNYT3（393528-49）邻区中395671-17的邻区