LTE网络低下载速率问题分析方法的研究

孙琛, 李春明, 武琳栋

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

在2G和3G网络优化中，网络质量更多关注话音质量，在LTE网络中，由于全IP化，网络优化关注焦点为下载速率，包括单小区下载速率和单用户的下载速率。下载速率的高低直接决定了用户数据业务的体验，因此是直接反映LTE网络用户感知的一个重要指标。低下载速率是网络优化分析的主线，网络中的所有问题和影响因素，最后都会对下载速率产生影响，所以对于低下载速率问题的分析方法研究，是网络优化的关键。

下载速率与下行信道质量密切相关。终端通过测量下行信道的SINR，将其映射为CQI并反馈给网络侧，网络根据下行信道条件质量来选择合适的传输模式和调制编码方案，当信道条件不好时采用较低阶的调制编码方式来保证传输的可靠性，在信道条件好的时候采用较高阶的调制编码方式来提供最大的传输效率。

弱覆盖会导致下行SINR低，属于导致低SINR的一个原因，但由于覆盖是保证网络性能的基础，因此将弱覆盖作为一个导致低下载速率的重要原因进行单独研究，其他非弱覆盖类而导致低SINR的原因归为一类。

影响速率的主要原因除了弱覆盖、低SINR之外，还有PRB调度率低等原因。下面从低下载速率出发，追根溯源找出下载速率低的各种原因，对这些原因做进一步的分析和说明，并结合实际案例分析各类原因对下载速率的影响。

2 LTE网络下载速率低分析思路

低速率问题具体的表征有两方面，一是每RB的传输效率低，二是PRB的调度率低。这两方面的因素可以单独影响下载速率，也可以同时作用。其中每RB传输效率低大多是由网络问题所导致，因此是我们网络优化关注的重点。PRB调度率低，与调度算法、并发用户等因素有关，这些问题通过网络优化提升的空间不大，因此我们适当简述这部分的内容。

图1是LTE网络低下载速率问题分析思路，从低下载速率出发，将导致低下载速率的原因分为每RB传输效率低和低PRB调度率两大类原因，并进行逐级细化分析，重点关注影响无线链路质量的弱覆盖、低SINR问题，最终找出导致低速率的根本原因。

图1 低下载速率问题分析方法

2.1 每RB传输效率低导致的低下载速率

网络根据终端反馈的信道质量信息RI、CQI等信息来决定和配置传输模式TM和调制编码方案MCS等，并通过RRC信令通知终端，因此传输模式和调制编码方案的选择是无线链路条件对每RB传输效率影响的表征。双流占比低、MCS级别低，会导致每RB传输效率低，同时意味着此时的无线链路质量不佳。此时应考虑优化下行信道质量来提升下载速率，具体的分为弱覆盖、低SINR和其它原因。下面就结合具体案例，对这一大类导致RB传输效率低的原因进行详细分析和说明。

2.1.1 覆盖问题导致的低下载速率

良好的覆盖是保证网络性能的基本，覆盖强度通过RSRP来衡量。RSRP（Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)是在考虑的测量频率带宽内，某个Symbol内承载Reference Signal的所有RE上接收到的信号功率的平均值。RSRP能够有效反映网络的覆盖情况，当RSRP低于某一个门限值时定义为弱覆盖。RSRP低会直接导致SINR低，进而影响TM和MCS的选择，拉低下载速率，所以弱覆盖是导致下载速率低的主要原因。因此要提升下载速率，覆盖是首先要提升的指标。导致弱覆盖发生的原因有很多，基站覆盖问题是目前最常见的原因之一。

除了常见的站址分布过于稀疏、基站故障或退服、天面被遮挡等原因外，在LTE网络建设初期还存在另外一种较为普遍的原因，即移动性问题。具体地说，包括了切换不及时和漏配邻区两类主要原因。移动参数设置不合理，会导致终端在移动过程中不能及时重选或切换，延长终端处于弱覆盖状态下的时间。而漏配邻区则是移动性管理参数设置不合理的一种极端情况，即终端在进入某小区的覆盖区域后，由于该小区和当前服务小区未配置邻区关系，导致终端无法占用到该小区而长期处于弱覆盖状态。图2是未配置邻区导致弱覆盖的案例，在沿秀川路由南向北测试过程中，终端驻留到了1.5 km外的美食城-HLH站，并且已处于弱覆盖状态。此时终端测量到阳光100 FZL1_1小区（PCI为372）RSRP为-80 dBm，开始不停上报A3事件，但美食城-HLH并未配置阳光100 FZL1_1小区为邻区，导致持续弱覆盖的发生。

此外，还有室分外泄导致的弱覆盖，即终端在弱覆盖甚至无覆盖情况下接入外泄的室分信号后，由于室分小区与室外小区未配置邻区关系，导致终端在较长一段时间内都无法及时切换到合理的室外小区，而是始终处于室分小区的弱覆盖状态下。

图2 未配邻区导致弱覆盖

2.1.2 干扰问题导致的低下载速率

下行SINR是有效信号功率和干扰信号以及噪声功率的比值，该指标能有效反映当前网络的干扰情况。终端侧下行SINR被映射为CQI，并反馈给网络侧，网络侧参考CQI根据自有算法来决定传输模式和MCS等级，从而决定了下载速率。因此SINR值的高低与下载速率有十分紧密的关系。

图3是通过分析某城市路测数据，分析得到下行SINR值与平均下载速率之间的关系曲线。从结果可以看出，低SINR采样点的平均下载速率也很低，随着SINR值的提高，平均下载速率逐步提升，两者之间整体呈现线性关系。因此，要提升下载速率，改善低速率路段的SINR是最主要考虑的内容。

对于低SINR这一类原因的分析属于对网络结构的干扰分析。导致低SINR的原因除了弱覆盖之外，还有重叠覆盖、冗余覆盖、移动性问题和外部干扰等其它原因。因为上一节已经详细阐述过弱覆盖的各类成因，所以本节中不再赘述由弱覆盖导致的低SINR的情况。

重叠覆盖是导致低SINR的一个重要原因，超高站、超近站、基站分布疏密不均、天线下倾角不合理以及发射功率设置问题等均会导致重叠覆盖。除了重叠覆盖，有部分区域虽然覆盖的信号数不多，未达到重叠覆盖度严重的程度，但服务小区信号强度与邻区信号强度非常接近，邻小区对服务小区构成了十分严重的干扰，此时该区域的SINR也会严重恶化。

图3中也绘制了通过某城市的路测数据分析汇总得到的重叠覆盖度与下载速率之间的关系曲线。从图中可以看出，重叠覆盖度低于3的时候，下载速率保持在15 Mbit/s以上，当重叠覆盖度继续恶化，对应的平均速率也开始下降，两者之间呈反比关系。

图3 SINR、重叠覆盖度与下载速率关系

移动性问题也会导致低SINR。移动性管理参数设置不合理，会影响终端及时切换到最优小区，此时，即使服务小区信号强度保持在良好水平，但由于此时最优小区的信号对服务小区是严重的干扰，会严重影响当前服务小区的SINR，因此也会导致下载速率的降低。与上一节类似，这里的移动性问题也分为切换不及时和漏配邻区两类具体原因。需针对实际情况的不同优化移动性管理参数或者邻区配置。

对于低SINR内容的干扰分析，也可以借助服务小区RSRP与最强邻区RSRP之间的差值，与SINR的联合分布来分析。图4是某城市部分区域的路测数据为例作出的SINR与RSRP差值的联合分布图。第一象限和第四象限是SINR较好的采样点，其中位于第一象限的采样点所占比例越大越好。第二象限的采样点表示服务小区信号强于邻区，但SINR较差。如果位于第二象限的采样点占比较高，说明导致SINR较低的干扰可能来自外部系统，或者虽然服务小区信号较强，但区分度不足，邻区信号对服务小区构成干扰，可能存在重叠覆盖。第三象限的采样点表示服务小区信号弱于邻区，且SINR较差。这部分采样点又可以分为两部分，即服务小区信号强度弱于最强邻区其差值在一定范围内和服务小区信号强度弱于最强邻区其差值在若干值以上。信号强度差值在一定范围内，有可能是处于切换前的测量阶段，即终端测量到了优于服务小区的信号，正在切换的准备过程中。如果这部分采样点占比较大，说明要考虑优化切换参数。如果信号强度差值在一定值以外，说明终端虽然测量到了优于服务小区的邻区，但在较长时间内都没有完成切换，如果这一部分的采样点占比较多，要考虑优化邻区配置。

图4 SINR和RSRP差值的联合分布统计

2.2 PRB低调度率导致的低下载速率

PRB（Physical Resource Bloc,物理资源模块)是下行物理资源分配的基本单位，基站根据业务优先级、无线链路质量、并发用户数和用户业务量等信息，通过一定的算法为不同用户分配物理资源。无线链路质量会导致PRB调度率低，同时也会导致RB传输效率低。

3 低下载速率分析方法的应用

从上述讨论和分析可以看出，弱覆盖、低SINR和PRB调度低是影响下载速率的主要原因，其中前两者是衡量无线链路质量的重要指标。下面我们以某城市的路测数据为基础，利用上述分析方法进行了采样点级别的统计分析，结果如图5所示。

低速率采样点原因分类中，弱覆盖占比达到了27.9%，是影响下载速率最大因素。在弱覆盖的成因分析中，缺站问题占比为15.76%，建议通过加开站点、调整天馈方位角等手段提升基站覆盖。移动性问题占比为7.3%，接入室分占比为4.83%。

导致低速率采样点的第二大类原因是低SINR，占比达到了24.52%。在低SINR的成因分析中，重叠覆盖占比为11.69%，冗余覆盖占比为1.47%，建议通过优化覆盖区域，调整发射功率等手段改善这两类问题。移动性问题占比为7.66%，其他导致低SINR的原因占比为3.69%。

此外PRB调度低和每RB传输效率低也是导致低速率的重要原因，占比分别达到了39.48%和5.82%。另有2.13%的采样点为其他原因。

图5 采样点级别的统计分析

从以上结果可以看出，通过上一章提出的分析方法，将该城市的所有低速率采样点进行了归类统计分析，并给出具体占比，根据各类原因采样点所占比例，可以清晰地找到导致网络下载速率低的主要原因。

4 结束语

下载速率是衡量LTE网络用户感知的重要指标，目前LTE网络还处于整体负载较小的状态，随着用户规模的进一步发展，LTE承载的业务量会急剧上升，下载速率还会受到更显著的影响。本文提供了一种分析LTE网络低下载速率问题的方法和思路，并通过分析大量路测数据，验证了这种方法的有效性。在今后的网络优化中，可以从低下载速率问题点着手，找出导致低速率背后本质的网络原因，从根本上改善网络性能,提高用户感知。

[1]肖清华, 汪丁鼎.TD-LTE网络规划设计与优化[M].北京：人民邮电出版社，2013.