5G网络路测分析及应用

黄毅华，陈秀敏，陈相旭，卢洪涛

（1.中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630；2.珠海世纪鼎利科技股份有限公司，广东 珠海 519085）

0 引言

国家工业和信息化部近期颁发了5G 商用牌照，我国5G 网络进入规模部署阶段。5G 网络建设及优化面临着更宽的频谱、灵活的空口技术、复杂的网络架构及多样的应用场景等新技术及新挑战，涉及芯片、终端、无线、承载网、核心网等端到端的互操作测试[1]。

针对当前5G 网络建设关注的基本性能及关键技术，本文基于5G SA（Stand Alone，独立组网）网络典型的路测数据及工参等信息，围绕网络覆盖能力、移动性、业务QoS 等基础性能，分析如何系统测试及评估5G 网络整体质量，探讨路测在5G 网络精细化规划、规模化部署、高效优化、异常问题定位等多方面的应用及分析。

1 5G网络及路测仪表现状

5G NR 在网络发展过程中包含两种组网架构：NSA（Non-Stand Alone）非独立组网模式与SA（Stand Alone）独立组网模式。NSA 锚定LTE 网络上，将eNB作为主节点，NR 基站gNB 作为辅节点，在5G 核心网及终端发展不成熟的阶段，NSA 是一种快速提供5G 能力的方案，是现阶段5G 网络规模化建设的主要架构；SA独立组网模式则完全脱离了在LTE 基站侧的锚定，核心网也从4G EPC 转换为5GC，是5G 发展的最终形态。

目前5G 测试终端主要以满足eMBB 场景为主，终端产品形态主要包括TUE、CPE 及手机等。其中基于高通X50 芯片的终端仅支持NSA，受限于芯片和网络设备厂家IODT（Interoperability Development）进展，国外部分设备厂家仅能通过TUE 或工程机终端进行网络测试，终端体积较大，使用不便捷，所支持测试功能有限。而国内基于海思Balong5000 芯片的商用智能终端可同时支持NSA 及SA 方案。路测仪表采用电脑连接5G 智能终端的方式进行5G 网络测试，同时支持SA 及NSA 网络的测试，支持功能比较完善，通过自动控制业务测试，采集、记录、实时呈现5G 网络无线信息及GIS 信息，并支持对测试数据进行统计分析等功能。当前路测仪表主要适用于设备厂商及运营商5G 网络建设及优化验证测试、端到端互连互通测试、异常问题定位测试等。

2 5G路测分析

国内某城市重点建设5G 网络，采用SA 组网架构，无线网络包括室内站点覆盖、室外连片站点覆盖、标杆路线覆盖等典型场景。在5G 网络基础性能评估方面，重点关注终端接入、覆盖能力、峰值及边缘速率、网络时延、移动性、互连互通、终端芯片能力等方面。围绕这些关注点，本节主要通过介绍路测仪表在网络覆盖、业务测试、移动性等几方面的测试及分析应用，呈现如何综合评估5G 网络整体质量，所有统计分析均基于该5G 网络的测试数据及配置信息。

2.1 覆盖分析

该5G 网络部署在3.5 GHz 频段上，受终端发射功率限制等因素，5G 网络覆盖能力取决于上行链路。以上行边缘速率1 Mbit/s 为覆盖目标，通过链路预算进行评估，在城区要求基站覆盖半径为188 m[2]。

选取主城区某网络连续覆盖的区域进行分析，通过将5G 基站站点信息导入路测工具中计算该区域站点之间距离，统计信息如表1，该区域5G 基站的平均间距为321 m，最大间距为669 m。

同时考虑切换所需的重叠区，站间距平均值321 m基本能满足链路预算评估的要求，而站间距最大值669 m无法满足上行边缘速的覆盖目标，将影响5G 连续覆盖和用户感知，尤其是在城区复杂环境下。

表1 5G基站站间距 m

5G 路测通过测量SSB 的信号评估5G 网络的覆盖[3]，终端在业务态下进行室外遍历测试，采集电平值SSRSRP 及信干比SS-SINR，并定义一定的SS-RSRP 及SS-SINR 范围作为网络覆盖门限。采用路测工具对该区域5G 网络进行大规模、多轮DT 测试（Drive Test），基于测试数据评估网络整体覆盖能力，包括无线信号平均值、覆盖率和边缘覆盖等。

该区域5G 网络当前覆盖情况如表2 所示，其中SSSINR 平均值整体较高，而SS-RSRP ≥-100 dBm 占比接近覆盖率，该区域影响覆盖率的主要因素是弱覆盖。

表2 5G覆盖情况

对测试的弱覆盖采样点（SS-RSRP<-100 dBm）与基站距离分布关系进行分析，如图1 所示，其中有44%的弱覆盖点与基站的距离在200 m 以内，这部分采样点基本都处于非视距（NLOS）环境中，绕射损耗及穿透损耗较大，可通过调整天线工参（俯仰角、方位角、高度等）、站点位置或邻区关系进行优化；有48%的弱覆盖采样点距离基站超过400 m，这部分采样点主要是由于传播损耗较大，影响因素包括站点规划及部署不合理、越区覆盖、切换不及时等。

图1 SS-RSRP<-100 dBm采样点与基站距离的分布

以上主要从整体定量地分析5G 网络覆盖情况，为详细呈现异常覆盖区域，将遍历测试的SS-RSRP 及SSSINR 轨迹打印在地图上，如图2 所示。以图2 右下角红色路段为例，该路段同时存在5G 网络弱覆盖和强干扰情况，结合基站工参信息、地理环境、网络侧后台信息对路测结果进行深入分析，可判断该区域原规划的5G 基站被高楼遮挡住导致弱覆盖，同时存在共MOD 干扰，建议进行针对性调整优 化。在城区密集区域，影响5G 网络覆盖的因素较多。本节基于实际网络测试数据，从站间距、整体无线指标、弱覆盖点与基站的距离分布统计、轨迹地理化呈现等多角度分析5G 网络的覆盖情况，可提高5G 网络规划验证、5G 网络建设与优化的效率。

图2 DT测试无线信号覆盖图

2.2 业务测试

除了覆盖能力，业务测试也是对5G 网络质量的重要评估手段之一。目前5G 路测主要采用UDP 灌包、FTP 及Ping等测试业务类型验证端到端的网络业务性能。在该5G SA 网络下，选择室外无线环境良好区域进行定点测试，从核心网向终端进行UDP 灌包测试，即时速率可稳定在1.4 Gbit/s 以上，下行高速率曲线如图3 所示，整个5G 网络从空口、传输到核心网等端到端表现出良好的业务性能支撑能力。

图3 UDP下行高速率

测试过程中无线网络CQI、MCS、256QAM 高阶调制、PRB/Slot、调度次数、RANK、BLER 均达到比较理想状态，最终综合反映为比较稳定的数据传输高速率，实时测量无线参数如图4 所示：

图4 实时无线信息

空口下载速率受业务模型、无线资源、无线环境等因素的综合影响，通过对无线参数和业务指标进综合分析，可定位和解决复杂的无线问题。

以本测试数据为例，在个别采样点出现即时速率降至1 Gbit/s 左右（图3 曲线的波谷），经分析发现这些采样点的RANK 从4 降至3。由于5G 网络多径效应比较明显，测试过程中当有大型车辆从测试终端附件经过时，无线环境变化导致下行信道特性发生改变。为提高5G NR MIMO 多天线阵列增益，基站可根据无线环境为终端选择合适的下行波束赋形权重，支持PMI 权、SRS 权及自适应调整。相对LTE 网络，终端上报5G CSI（Channel State Information）内容更为复杂，可包括CQI（Channel Qulity Information）、CRI（CSI-RS Resource Indicator）、RI（Rank Indicator）、PMI（Precoding Matrix Indicator）等[4]；基站还可基于上下行信道的互易性采用SRS 估计下行信道特性[5]。实际测试表明，不同权重选择算法对RANK 的影响较大。

对5G 网络的测试及分析可结合整体指标统计、每秒参数详情以及TTI 级别的无线调度信息，对业务性能从宏观统计到微观分析。表3 是业务过程每秒的无线参数统计，图5 是PDSCH 信道每个Slot 的详细信息。

5G SA 网络应用面向更多的垂直行业。路测的业务模型需要更贴近真实用户感知，更真实模拟实际应用场景，包括视频直播、V2X、工业控制等；无线层面涉及网络切片的测试及分析，这些均是后续5G 网络业务测试需要关注的重点。

表3 每秒无线信息统计

图5 PDSCH信道每个Slot的详细信息

2.3 移动性测试

5G 网络采用新的频谱、MIMO 等技术，要求支持的移动性可高于500 km/h 的时速[6]，同时，涉及到4G/5G网络协同，在移动性方面的测试更加复杂。

基于2.1 节的测试数据，对该5G 网络覆盖区域的移动性进行分析，包括切换成功率、信令面延时及用户面延时，其中5G SA 网络采用A3 事件触发系统内切换，通过NR->RRCReconf iguration 及NR->RRCReconfigurationComplete信令完成小区切换[7]；用户面延时定义为小区切换前收到最后一个数据包到切换后收到第一个数据包之间的时间差。该区域遍历测试切换指标统计结果如表4 所示，总共发生切换9 次，均成功完成。切换的用户面时延接近信令面的两倍。

表4 NR切换统计

5G 小区之间的切换带要保持合适的距离，太小容易导致切换失败，太大容易导致过远覆盖；切换设置参数应该根据部署场景进行细分设置，在该5G 网络下，室外小区切换到室内小区，由于A3 测量门限定义过高，容易导致切换失败，通过降低A3 测量门限，保证切换有足够的时间从而提高切换的成功率。另一方面，NR 切换用户面时延如果过大，将影响对延时敏感业务的指标及实际感知，如语音业务等。

未来5G 大规模部署之后，移动性还涉及全网遍历测试、EPS Fallback[9]、4G/5G 互操作、高铁等特殊场景[8]等测试，路测对网络移动性测试需要结合用户感知业务构建新的评估体系。

3 异常案例分析

第2 节通过大规模的拉网测试多角度分析5G 网络整体性能，适用于网络规模化部署后的高效优化。本节通过5G 网络与终端芯片的兼容性测试，介绍5G 测试中异常问题的分析定位，适用于网元之间的互联互通测试。

如图6 所示，通过路测工具完整采集终端的无线信息，终端SS-RSRP 及SS-SINR 都非常好，网络分配给终端的无资源基本是满配，但CQI 一直为0，下载速率测试只有11.536 Mbit/s。无线信令中终端上报的RI、CQI 等参数一直为0，与网络侧确认发现终端上报的CSI 格式与基站所支持的不一致，基站无法通过CSI 估算下行信道质量，因此选择最保守的调制方式及最低RANK，导致速率异常。

图6 终端上报CSI异常

将以上采集信息及存在问题分别反馈给芯片厂家和网络厂家，促使基站及终端所支持的CSI 格式协商一致后，终端上报RI、CQI 等参数正常，PDSCH 信道动态采用高阶调制方式及较高的RANK，下行数据明显提升，终端上报CSI 正常如图7 所示：

图7 终端上报CSI正常

目前不同芯片平台在各设备厂商的5G 网络下功能及性能表现差异较大，5G 终端芯片物理层及高层协议的基本功能、无线链路自适应及调度、多天线技术、Beam 管理等关键技术和性能需要在外场进行充分验证[10]。

路测仪表在5G 网络与终端的IODT 测试中可充分发挥作用，起到桥梁作用。

4 结束语

当前5G 网络建设整体进入加速阶段，协议标准制定、产品研发、网络部署、测试验证各环节几乎并行进行。5G网络路测面临产业链局部发展不均衡、5G 端到端互联互通测试压力大、新的技术测试及评估体系缺乏标准等挑战。

本文基于近期中国国内5G SA 网络路测的实际情况，分析无线覆盖、业务测试、移动性等网络基础性能，以点带面，结合目前5G 测试的进展及后续网络发展的方向，探索5G 路测分析的方法及应用。

5G SA 网络面向复杂多样的垂直行业应用，5G 路测针对高速率、低时延、大容量等应用场景，围绕运营商、设备厂商乃至垂直行业的测试需求，需要在产品形态、业务模型、信息采集及评估体系、统计分析的方法方式等方面突破传统模式，不断创新，为5G 网络建设及优化，为全产业链的成熟发展提供有力的工具支撑。