【干货】LTE网络优化之终端篇

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在一个通信网络中,终端使用扮演重要的角色,它是通信最末端,用户通过它连接网络进行通信,而它的性能直接影响到用户的感知度,所以在网络优化中终端对网络的影响是必须研究的范畴,必须排除终端性能对网络的影响,防止终端的问题促使用户体验差,而造成用户投诉;现在由于智能机的大面积普及,而很多非通信业的企业大量涌入从而造成终端性能的各种问题的出现,而发现及排除终端问题,业已成为网络优化日常工作的一项重要工作,所以对终端的了解也是网络优化工程师的基础知识中的关键知识,必须了解且掌握。

终端即用户使用的设备,类型较多,性能差异会造成不同的用户体验,可能导致用户怀疑网络性能,尤其是使用高端手机的用户往往不会怀疑是手机的问题而是网络问题导致自己信号差或者上网速率慢等问题造成投诉,而实际上由于很多造智能手机厂家本身不是通信 领域的专家例如苹果,联想,小米三星等都是非传统通信厂商,造手机往往考虑的系统 UI,拍照,屏幕,待机电量等问题,而终端接收灵敏度,终端无线性能往往不是他们关注的重点,从而导致终端无线设计存在缺陷,比较明显的就是 iphone4 的天线门事件,三星 Note2 的天线设计问题等,导致的信号差问题。所以现在的网络优化必须关注终端带来的问题,通过用户投诉采集用户终端型号,通过网络信息采集 IMEI(设备识别码)来确定终端的型号,从而发现问题终端,联系生产厂家予以解决,避免出现由于终端问题导致用户对运营商网络性能的质疑。尤其是VIP客户的投诉处理中尤其是终端问题导致的投诉是优化解决的重点。发现及定位问题就是关键,而定位问题必须对终端的性能必须熟悉。

终端是由机身硬件+USIM 卡(Universal Subscriber Identity Module);下面祥述终端及USIM卡的类型及问题。

1 终端类型

在现在的网络时代由于用户的需求不同,所以网络终端类型也不同,目前以数据上网卡,MIFI,CPE,智能手机主要四种类型终端,不同终端的性能有差异。

数据上网卡:利用上网卡上网,一般适用于使用笔记本电脑移动办公上网需求,即通过数据上网卡连接移动通信网络(TD-LTE 或 TD-SCDMA 或 GSM(GPRSEDGE)实现移动数据上网需求。

MIFI:适应于具备多种电子类产品设备的用户,用户的电子产品通过WIFI 信号连接MIFI, MIFI 在通过转换为移动通信网信号传输(TD-LTE、TD-SCDMA、GSM(GPRSEDGE 等网络模式);俗称"上网伴侣"。

CPE:4G 无线网关(CPE)与常用的无线路由器相似,但和无线路由器不同的是,它使用更方便,可随时移动。适合有线宽带、WLAN 接入不便的中小企业,如商贸城小商铺;或者不希望安装有线宽带的家庭客户, 如租房一族等。

手持机，即手机，目前都是智能手机，通信关注的为手机的网络模式和工作频率等无线性能参数。

2 终端的等级

UE category 意味者终端的无线性能参数的集合,即代表终端支持的无线技术的能力,峰值速率,RF 频段带宽,调制模式(QPSK、16QAM、64QAM,调制方式决定数据承载效率,对数据的速率影响巨大,所以是否支持 64QAM 技术对终端速率有非常大的影响); MIMO 技术的使用,终端使用 MIMO 技术的核心就在于是否支持双天线,支持双天线的终端才能体现出 MIMO 技术的优势,目前仅 CPE 支持双天线。

UE 的 UE category 最关键的参数是体现出终端的数据传输能力,这也就是不同的用 户使用不同的终端在同一地点上网速率差异的主要原因之一,终端性能的差异导致速率的差 异。优化工程师必须掌握如何获取 UE category 信息。测试终端可通过信令跟踪获取,用 户手机可通过型号查询。

在信令流程中里可以看到 UE 等级信息。在 UE Capability Information Indication 里;

　　3GPP 协议中关于 UE Category 的列表

3 终端的构成

机身硬件+USIM 卡构成了通信终端;无论数据上网卡,MIFI ,CPE、手持机等属于 机身硬件其性能差异会导致用户体验差异,USIM 卡属于用户识别身份及开通账户信息及络运行机制的存储介质。

3.1 终端工作频率(移动要求)

3.2 终端UE最大发射功率

现网使用的终端大部分为3级，即规定是最大输出功率范围:23dBm±2dB; 终端的最 大发射功率与上行最大覆盖半径相关,即 UE 发送给基站的信号强度。所以不同等级的终端 覆盖半径是存在差异的。(小区选择算法中有关于 UE 发射功率参数);另在现有运行网络 中对于UE的允许最大发射功率参数设置也是需要注意的,设置错误有可能导致终端无法驻 留某小区,或者某小区下有信号但无法通信(上下信号覆盖半径行不平衡导致);

另,在通信网络中为了降低UE发射功率满足上行干扰降低及手机耗电量以及不同环境下的接入成功率的保障,对 UE 的发射功率做了功率控制(上行功控算法),功控参数的调整和设置对网络的性能影响很大;

3.3 终端 UE 接收灵敏度

终端的接收灵敏度表示终端对无线信号的接收性能,一般关注它的下限即信号低至多少终端依然可以接收且使用;这点对于通信是至关重要的,LTE 网络的终端接收灵敏度的最低限比 2G、3G 网的低很多,也就是其它网可能已经无法扫描到信号,而 LTE 终端依然可以扫描到信号。

现网中实际信号强度要求最低一般不低于-105dBm,低于-105dBm 的信号基本通信是无法保障的。协议规定是最低不能小于-140dBm;

移动对于入网的终端灵敏度要求。

UE 的接收信号强度,在 LTE 网络中依靠 RS 参考信号接收强度表示(RSRP),一般测试过程中通过 RSRP 信号强度判断 UE 接收到的信号强度,从而判断下行覆盖问题。

一般 CQT 测试选点的要求,也信号强弱的表现。 说明:终端的接收灵敏度与手机的整体无线设计相关;网络优化重点关注的是其天线设计,如果是外置天线(ATU 设备),尤其关注天线的材质,类型,放置位置都对接收信号强度 有很大影响。

内置天线与外置天线的接收性能差异较大,一般测试如果使用外置天线终端则测试效果要好。

iphone4 的天线门事件就是一个典型的天线设计缺陷造成的信号快速衰减问题。也是 众多智能机目前常见的问题,所以现在的网络优化工程师必须对终端的天线位置有所了解。 一般采取现场对比替换法判断是否终端问题,然后在对终端进行研究,看是芯片还是终端天线设计等问题。(一般由终端问题专题组负责定位终端的具体问题)。

终端的具体问题定位一般是由终端问题专项组联合终端厂家共同点位问题。优化仅判断出为终端问题即可(对比替换法:即在同一地点,采用不同终端进行测试,对比结果)。

4 优化关于终端与USIM卡的问题关注方面

4.1 终端

1)终端天线设计不合理导致的接收信号强度问题;

典型案例就是iPhone4 的天线门事件,手握紧,信号衰减快。

图示为网友恶搞图,正确的 iPhone4 拿法,否则信号衰减大。不过在目前各厂家的关注下这种问题几乎没有了。

2)终端天线设计不合理导致的干扰问题

如下图,三星 Note2 的设计缺陷导致双卡工作时的杂音问题,为终端设计缺陷。

3)测试终端放置的位置对信号的影响

网络优化工程师在现场测试时,终端放置的位置不同,信号的衰减不同,所以注意终 端放置在衰减小的地方,且多终端放置距离间隔开。

4)终端的发射功率参数配置及功控算法配置

网络优化中的参数优化(系统级工程师),需对 UE 发射功率参数及功控算法必须熟 悉且熟练应用(功控算法详见 LTE 功控算法篇);RF优化工程师重点关注无线参数中的 UETxpower(终端发射功率),一般正常情况下越小越好,如果 UETxpower 偏大,说明两种情况,一种基站接收信号弱,要求终端增大发射功率(需结合下行路径损耗及基站接收性 能测量判断是传输路径损耗问题还是基站接收性能问题),另一种基站接收信号质量差,要 求 UE 增大发送功率提高抗干扰能力(需结合上行性能测量判断是否为上行干扰)。此为RF优化工程师重点掌握部分。

中兴 CXT 路测软件显示 UE 发射功率等级,如果比正常值偏大则存在问题。此正常值 为项目现场相同环境下测试到的值。需要你在现场注意观察总结,相同场景下正常值是多少。

　　某厂家的网管参数配置界面

UE 发送的信号强度与信号质量监控由 ENodeB 侧负责统计监控,一般现网由网管工程师负责,RF 工程师把需要监控的小区ID号报给网管即可。所以在项目中个人的沟通能力是第一位的,只有沟通到位才能获取帮助,尽快定位问题及解决问题。

5) 人为控制小区覆盖半径

实际优化工程中,可以通过控制 UE 接收到的信号强度门限值,从而调整基站的覆盖半径,人为制造盲区(例如小区负荷过大,不想让边缘用户进入小区),或者小区边缘覆盖较差,终端驻留后信号波动较大,容易造成脱网导致网络性能指标下降及用户感知度差,有 时没有比有强.所以可以依靠最小接入电平门限调整基站的覆盖半径(小区选择算法关键参数)。

某厂家 QRxlevemin 最小接收电平门限值,重点参数必须掌握。(小区选择算法)

6)上行 UE 接入发射功率

上行 UE 发射功率由上行功控算法等控制

上图为某厂家基站侧对 UE 终端发送的前导 preamble 码信号强度的最低接收要求,设 置过低则 UE 很容易接入基站,导致基站负荷过大,以及在无线信号波动大的地区易造成用 户感知度差,能用但是体验不好,设置过高则,导致 UE 可能显示有信号,但是无法接入连 接网络,且 UE 会对周围 UE 产生干扰导致上行质差问题。(系统级工程师参数优化考虑)。

7) 终端软硬件缺陷问题

4.2 ATU

ATU 为自动路测设备,其天线的材质,放置位置都对 ATU 测试数据的采样结果有影 响,所以 ATU 优化必须关注 ATU 天线的问题。目前不同厂家的 ATU 设计不同,有的厂家已经内置 ATU 天线,不存在天线放置位置的影响。

4.3 USIM 卡问题

由于 Iphone 的设计对 SIM 卡的行业也发起了革命的更新,大卡,小卡,迷你卡等卡的风行。

1)USIM卡的开户问题

USIM卡就是用户在运营商的身份识别卡,其有用户识别信息,及用户业务信息等, 如果用户等级与用户开启业务类型的限制就会导致用户体验问题,可能无法注册,可能峰值 速率受限等等,这些是由核心网工程师负责,可沟通核心网工程师查询,或通过跟踪信令在 信令中查询。尤其是用户开户的峰值速率问题,例如用户最大数据下载速率为 4Mbps,而同 样地点其它用户可以达到 20Mbps,则建议核查用户的开户峰值速率信息。此也是 RF 用户投诉处理工程师必须了解和掌握的知识。另用户是有等级区别的,不同等级的用户竞争力不 同,网络侧的资源配置是有竞争算法限制的,所以在网络用户量大时,用户等级差异就会体 验出来,一般这类投诉主要来源与 VIP 投诉,尤其是运营商的高管级别一定要设置为最高 等级,防止运营商自身高管的投诉是优化的重点。所以一般很多地市对高管的终端都做了全 程信令跟踪,以防出现问题无法分析处理,判断问题环节。

2)USIM 卡的存储信息

USIM 卡里存储的有永久信息与临时信息,这里仅说临时信息,位置更新的机制,由 终端对接收到的小区系统消息中的 TAC 号码与 TAL 号码识别,如果与 USIM 卡之前存储的 比对不一致,则终端触发位置更新流程。这点网络优化人员必须懂,因为在现网中不处于位 置区边界的两个小区间频繁发生位置更新,就有可能是数据配置错误,导致同一位置区下的 小区 TAC 或 TAL 号码配置错误,导致频繁的位置更新,而位置更新频繁会导致网络接通率 下降(接入信道拥塞,被叫寻呼失败等)。

●永久存储信息

存储主要为用户识别码 IMSI(唯一的识别一个用户,是优化关注号码,通过它来跟 踪某个用户的信令,或查找某个用户),网优关注的为采用 IMSI 对用户进行信令跟踪,并 通过层三信令识别为哪个用户的信令(哪条信令内可查选到 IMSI 为关键);鉴权算法参数 (用于用户是否为运营商的合法用户,鉴权失败,则无法使用运营商网络),网优关注层三信令流程中的鉴权过程。加密算法参数(用户无线信号传输信息的保护,要求核心网侧与终 端侧采用的加密算法一致,不一致则无法通信),网优关注层三信令流程中的加密过程;

●临时存储信息

■用户临时身份识别信息

无线电的易被截获,所以用户身份信息的保密非常关键,所以采用临时识别码的方式, 保护用户身份信息不被非法获取和使用。LTE 的用户临时识别码GUTI;

■TAC与TAL号码信息

TAC 号码,TAL号码是为进行UE 终端位置更新而存在的号码,一旦终端接收到 的 TAC 与 TAL 同存储的不一致,则 UE 发起位置更新流程,通过位置更新流程,网络才清 楚 UE 目前所处的位置区域,便于网络寻呼 UE。(详见 TD-LTE 原理之位置更新篇); 另位置更新的成功率,以及位置更新过程中,UE 做被叫无法被寻呼到,频繁的位置更新造 成的网络信令负荷加重,及终端不能被寻呼到的时间量增长都是网络优化终端关注的问题。

3)USIM 卡的卡槽固定问题

终端的 USIM 卡槽固定不稳就会导致终端脱网吊线问题,尤其是 ATU 测试设置,必须检测 USIM 卡的卡槽是否存在问题。防止测试过程中由于 USIM 卡松动导致的测试问题。

4)USIM卡(厂商产品问题)

5)USIM卡导致的计费出错问题

4.4 网络优化测试PC的要求

为降低数据传输过程中对数据的处理过程导致的速率下降问题,所以对所有的 PC 测试终端必须设置 TCP 窗口;(详见 TCP 窗口设置)

网络优化人员必须学会设置 TCP 窗口的大小(测试 PC 的要求),以及 FTP 服务器侧也需要如此设置,不设置会导致速率下降。为测试人员必备技能。