5G优化案例:精准规划实现5G网络接入成功率提升案例.docx
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精准规划实现5G网络接入成功率提升
XX
目录
精准规划实现5G网络接入成功率提升 3
一、 概述 3
二、 NR随机接入流程 4
三、 5G小区时隙和PRACH规划 13
3.1PRACHFormat:
14
3.1.1长格式 14
3.1.2短格式 15
3.1.3ZeroCorrelationZone 16
3.2NcS:
17
3.2.1长格式下的NcS 17
3.2.2短格式下的NcS 18
3.3RootSequenceIndex:
19
3.3.1PRACHCongfigurationIndex 19
3.3.2FrequencyRange1TDDTable 20
3.3.3FrequencyRange2TDDTable 20
3.3.4PRACHFrequencyOffset 21
3.4现场规划建议:
22
3.4.1密集城区 22
3.4.2一般城区及郊区 22
四、 随机接入问题小区处理 23
4.1原因分析 23
4.2解决方案 24
五、 现场提升情况 25
六、 总结 25
精准规划实现5G网络接入成功率提升
XX
【摘要】目前中国电信5G网络已经开始运行,在网络实际运行的过程中,接入成功率是网络运行的基础指标,也是需要重点关注的指标。
接入成功率可以指示出用户在NR网络中的接入情况,该指标可以反映出用户的接入情况,对用户感知有较大的影响。
本案例结合地市实际情况,对于5G网络中遇到的实际问题进行总结分析,探讨总结出一套行之有效的提升方法,总结先进经验并进行全网推广,有效促进5G网络商用成熟,提升5G网络质量。
【关键字】接入成功率
【业务类别】参数优化
一、概述
虽然TDMA,FDMA,CDMA,OFDMA等接入方式采用的RA过程机制细节上稍有不同,但是总体的框架类似。
发起随机接入RA过程是UE获取上行同步机获取MSG3接入资源的过程。
5GNR的RA过程设计和LTE的思路很相似。
那么为什么不是下行同步过程呢?
因为下行同步是通过同步信号同步对齐的。
这个在RA过程之前就应该完成了的。
5G的随机接入也分为基于竞争的RA:
ContentionBased=CBRA和基于非竞争的RAContentionFree=CFRA两类,这个思路和LTE相同。
发起RA时候,UE会发送一个PRACHpreamble,也就是会发送一个特殊符号序列,而这个符号序列就是一个“signature”。
每个逻辑cell都总共64个preamblesignature,UE会随机的从中选择一个。
那么就有一种可能,就是同的UE在同一时刻选择同一个preamblesignature做这个敲门动作。
于是就会有冲突发生,允许这个冲突发生的RA就成为基于竞争的RA,即CBRA。
于是关于CBRA的必要的一步就可以理解了,那就是需要我们成为contentionresolution的冲突解决步骤。
这个就是CBRA的特有的流程消息。
而对于有些RA不允许有preamblesignature的冲突,这就需要gNB预先分配preamblesignature以保证冲突不会发生,这就是ContentionFree的RA过程。
发起CFRA过程需要UE已经处于connectionmode的情况下。
二、NR随机接入流程
5GNR随机接入的目的是获得上行同步并获得ULgrant,申请上行资源,同LTE一样,5GNR随机接入过程分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入。
竞争的随机接入通俗来讲就是当多个UE发送前导码给基站时,由于基站分不清是那个UE发给它的。
于是UE需要发送一条与自己相关的独特的消息3给基站,基站此时就能分清哪个UE发送的。
非竞争的随机接入通俗的来讲就是基站指定哪个UE给基站发送消息,基站自己分配资源给指定的UE。
UE发送基站给定的前导码。
根据TS38.321协议可知,5GNR随机接入过程主要增加了波束故障恢复过程的情况。
NR基于竞争的随机接入之前要对随机接入流程进行初始化,主要是对变量的赋值,命名等等。
主要有以下参数:
prach-ConfigIndex
用于传输随机接入前导码的可用PRACH时机集
preambleReceivedTargetPower
初始随机接入前导功率
rsrp-ThresholdSSB
用于选择SSB和相应的随机接入前导码和/或PRACH时
机的RSRP阈值
rsrp-ThresholdSSB-SUL
NUL载波和SUL载波之间选择的RSRP阈值
rsrp-ThresholdCSI-RS
用于选择CSI-RS和相应的随机接入前导码和/或PRACH
时机的RSRP阈值
powerControlOffset
当启动随机接入过程以进行波束故障恢复时,rsrp-ThresholdSSB和rsrp-ThresholdCSI-RS之间的功率偏
移
powerRampingStep
功率斜坡因子
PowerRampingStepHighPriority
差分随机接入过程中的功率斜坡因子
scalingFactorBI
用于区分随机接入过程的缩放因子
ra-PreambleIndex
随机接入前导码索引
ra-ssb-OccasionMaskIndex
定义与SSB相关联的PRACH场景
ra-OccasionList
定义与CSI-RS相关联的PRACH场景,其中MAC实体可
以发送随机接入前导码
preambleTransMax
随机接入前导码传输的最大数量
而NR随机接入过程与LTE相比,在以下几个方面增加了一些新的内容1.随机接入的用途
2.随机接入前导的发送机制
3.随机接入的覆盖范围
在NR中,随机接入除了让UE接入到某个载波上,最重要的是用于系统消息的请求和波束赋形失败后恢复的过程。
首先解释下波束赋形,在LTE系统部署的过程中频点都在3.5GHZ以下,所以,频率越低,那么波长越大,故波传播的曲线远离于直线,波能量的损失就会减小。
而在5G中,由于部署的频点在3.5GHZ以上,那么波长达到毫米波的级别,波长越短,波的传播曲线越趋近于一条直线。
如果直接用毫米波来传播,就会产生能量损耗,为了解决这个问题,在上下行的公共信道需要采用波束赋形的方式进行发送和接收。
从MAC层的角度来说,为使用波束赋形,首先需要了解发送前导和参考信号之间的对应关系在参数配置上的体现。
在NR系统中,一个随机接入信道中包含了64个随机前导码序列。
这样的随机接入信道在频域上最多可同时排列8个,而且在频域上分布的连续性导致了在时域分布的复杂性。
在介绍随机接入过程之前首先介绍以下5G里面的系统消息。
5G系统的系统消息分为三种:
1.MIB2.SIB1
3.OtherSI
其中,MIB是UE在做了小区搜索并完成了频率和时间同步之后,需要马上获得的系统信息。
MIB通过BCH进行广播,而BCH和同步信号(PSS/SSS)组合在一起,统称SSBLOCK
(SSB),也叫同步信号块,这也是NR系统中固有的信令开销。
MIB是一个小区里面必须广播的系统信息,这是因为在随机接入过程中MIB中的前4个参数是必需的。
在获取MIB之后,UE必须要获取下一个系统消息就是SIB1。
而在MIB中的消息就没有必要存在于SIB1中,以免重复造成资源的浪费。
SIB1是在PDSCH上广播的,主要广播以下几类信息:
1.小区选择参数
2.接入控制参数
3.初始接入相关的信道配置
4.系统消息请求配置
5.其他系统消息的调度信息
6.其他的一些信息,比如是否支持VOIP业务等。
其中小区选择信息顾名思义是UE判断小区的信号是否满足小区驻留条件的必要信息;接入控制信息是指UE判断某种业务是否被允许发起的必要信息;初始接入相关的信道配置信息是随机接入过程所必需的信道配置信息。
这三类信息结合起来作为UE在该小区驻留并且发起初始随机接入必需的信息。
其余的信息是在RRC连接状态后,由专用信道来获取。
所以SIB1消息也是UE进入RRC连接状态所必需的信息。
OtherSI消息是除SIB1以外的消息,共有8种SIB1以外的消息:
SIB2-SIB9。
系统消息的获取也是按照时间来获取的,MIB,SIB1和OtherSI的获取顺序如下图:
MIB,SIB和OtherSI是按照时间顺序来获取的,如上图:
MIB随着SSB一起广播,对于UE来说,通过盲检获取了SSB以后,也获取了MIB。
获取SIB1的PDCCH的搜索空间。
参数配置在MIB中。
一旦获取了MIB后,UE就可以通过检测这个PDCCH来获取SIB1。
而SIB1中包含SIBx和OtherSI的调度信息,包括SIBx到OtherSI的映射关系以及OtherSI的调度周期和发送窗口的大小。
随机接入的第一步就是选择发送前导的资源,包括前导本身和前导所在的PRACH机会。
如果前导是由网络通过专用的RRC信令或者PDCCHOrder(物理层信令)发送给UE,并且前导ID不为0,那么这种情况下触发的随机接入就是非冲突的随机接入。
在LTE系统中UE还需要根据PRACHMaskIndex来进一步选择RACH机会,NR系统在此基础上还要增加SSB或者CSI-RS的测量和比较的过程。
需要明确的是在专用信令中,网络提供的是一组前导ID,RSSID,其中RSS指的是SSB或者CSI-RS。
资源选择的流程如下图所示:
需要指出的是按照上面的算法,符合条件的前导可能不止一个,那么如何在这些前导中间进行选择取决于UE的算法实现。
下面介绍基于竞争的随机接入前导码的选择过程:
随机接入前导码发送流程如下图:
其中设置功率的过程为:
将PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER设置为preambleReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE+(PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER-1)PREAMBLE_POWER_RAMPING_STEP。
RA-RNTI的计算公式如下:
RA-RNTI=1+s_id+14t_id+1480f_id+14808*ul_carrier_id
其中s_id是指定的PRACH的第一个OFDM的索引(0<=s_id<=14);t_id为系统帧中指
定的PRACH的第一个时隙的索引(0<=t_id<=80);f_id是指定索引中的PRACH的值
(0<=f_id<=80);
ul_carrier_id表示发送MSG1的上行载波类型(0表示NUL载波,1表示SUL载波)补充一点:
前导码跟LTE不同的是在一个RACH信道中多了给系统消息请求和专用的前
导。
随机接入第二步是UE在发送了前导以后的第一个PDCCH机会开始监听加绕RA-RNTI的PDCCH。
监听的最大的持续时间是由一个被称为“监听窗口”的参数来决定的。
其中RA-RNTI的定义和LTE系统有所不同,取决于所发送的前导所在的RACH信道的时频域位置以及上行载波的序列。
在NR中,MSG2至少包含了前导索引、T_C_RNTI和上行Grant。
如果RA-RNTI和前导索引与UE本地的值是吻合的,UE就认为收到了自己响应的消息,否则继续监听PDCCH。
如果UE在监听窗口中没有收到自己的MSG2,就会在延时一定时间后,再次从第一步开始。
具体流程如下;
随机接入过程第三步是UE发送包含UE_ID的Message3,然后监听Message4的PDCCH。
Message3的PDCCH加绕的是T_C_RNTI,而Message4的PDCCH加绕的可能是C-RNTI或者T_C_RNTI。
如果Message3上承载的是一个CCCH消息,那么冲突的解决在于Message3和消息4的对比,如果相同说明竞争解决成功。
具体的流程如下:
随机接入第四步:
竞争解决成功判断,接收到消息4,主要流程如下:
三、5G小区时隙和PRACH规划
5G小区时隙和PRACH信道配置灵活多样,需要针对不同场景精细化规划规划,避免冲突;PRACH规划与LTE的PRACH规划类似,主要规划内容和步骤:
3.1PRACHFormat:
5GPRACH的规划原理与LTE基本一致,5G定义了长格式和短格式两种类型,一般来说广覆盖及高速覆盖采用长格式preamble,市区等业务密集场景可以采用短格式preamble。
3.1.1长格式
3GPP中定义了4种长度为839位的PRACH格式,称为长格式,仅在FR1中使用:
Format0一般用于标准小区,1用于超远小区,2用于覆盖增强场景,3用于高速移动场景,支持的小区半径如下:
3.1.2短格式
3GPP中定义了9种长度为139位的PRACH格式,称为短格式,可以支持FR1和FR2中使用:
短格式PRACH在频域上占用12个RB的带宽;时域上,一个时隙可以装入1~6个短格式PRACH,相当于每个PRACH使用2~12个PRB的时频资源;支持小区的半径如下,子载波间隔越大,小区半径越小:
3.1.3ZeroCorrelationZone
ZC是最大小区半径的另一个决定因素,通过循环位移生成Preamble,Ncs决定了循环位移的间隔大小:
l循环位移间隔越大,一个ZC根序列能够生成的Preamble数越少,一个小区64个Preabmle需要更多的根序列来生成,根序列数有限的情况下,其小区复用度越低、复用距离越短
l循环位移间隔越小,小区可以支持的最大半径就越小,因为远处的Preamble接入可能落到下一个循环位移上被检为下一个Preamble
lNcs取满足相应PRACH格式最大小区半径的最大值,也可以根据实际需要的最大小区半径取更小的值。
3.2NcS:
3.2.1长格式下的NcS
长格式下的Ncs定义了3种场景,3种场景下的循环以为数量不一样,支持的小区半径也不一样。
lUnrestrictedset:
用于低速场景
lRestrictedsettypeA:
用于高速场景
lRestrictedsettypeB:
用于超高速场景
长格式和低速场景下2种子载波宽度支持的小区半径和根序列复用度如下:
3.2.2短格式下的NcS
当小区使用短格式时,根序列服用度将大幅度缩小,同时随着子载波间隔加大,半径逐步缩小,在120kHz子载波带宽时,最大只支持1.15km的小区半径。
3.3RootSequenceIndex:
Ncs选定后,通过对Ncs的循环移位数量计算,产生足够的preamble,小区间预留足够的根序列避免小区间干扰。
如:
短格式子载波间隔30kHz场景下,Ncs规划为15,支持最大半径2.09km,每个根序列循序移位数量为69,每个根序列产生139/39=2个preamble,为保证小区有64个的preamble,则需要64/2=32个根序列,则小区间的根序列间隔至少为32个,每139/32=4个小区复用一次。
3.3.1PRACHCongfigurationIndex
PRACHCongfigurationIndex用于规划PRACH在时域上的资源,3GPP针对FR1和FR2
分别定义了参数表格,每张表格有256个条目。
3.3.2FrequencyRange1TDDTable
如PRACHConfigurationIndex为94,支持格式A2(使用30kHz子载波间隔),在奇数帧的子帧4和9中,每个子帧包含6次PRACH机会,20ms的周期中共有12个PRACH机
会。
3.3.3FrequencyRange2TDDTable
支持更大的子载波间隔,如PRACHConfigurationIndex为38,支持格式A2(使用60kHz子载波间隔),在奇数帧的子帧4、9、14、19、24、29、34、39中,每个子帧包含3次PRACH机会,20ms的周期中共有24个PRACH机会。
3.3.4PRACHFrequencyOffset
PRACH频率偏置由参数msg1FrequecyStart定义,取值范围为0-36,说明PRACH资源在信道带宽较低的一端;
PRACH占用的带宽由PRACH序列长度和子载波间隔共同决定,占用的PRB数量和PUSCH
的子载波间隔相关:
3.4现场规划建议:
根据上述规划原则及网络无线环境,对现网参数配置建议:
3.4.1密集城区
参数
配置
规划说明
PRACHFormat
B4
密集城区建议小区半径配置为1.93km
ZeroCorrelationZone(Ncs)
15
建议小区半径配置与format相当
RootSequenceIndex
0
小区间隔32,复用度为4小区
PRACHCongfigurationIndex
160/157
小区间错开使用,减少PRACH时域上的干扰
PRACHFrequencyOffset
0
全网统一设置
3.4.2一般城区及郊区
参数
配置
规划说明
PRACHFormat
C2
一般城区建议小区半径配置为4.65km
ZeroCorrelationZone(Ncs)
0
建议小区半径配置与format相当
RootSequenceIndex
0
小区间隔2,复用度为64小区
PRACHCongfigurationIndex
202
C2格式下不支持子帧4单独使用PRACH,无法错开使用,建议全网统一设置。
PRACHFrequencyOffset
0
全网统一设置
四、随机接入问题小区处理
在对XX学院5G站点进行测试时候发现,终端在5G小区接入时,PRACH过程发生失败,导致无法接入5G小区:
4.1原因分析
检查5G小区的PRACH配置,发现prachConfigurationIndex配置为97,规范对该PRACH信道的配置描述如下,可以看到该PRACH在子帧7发送。
实验站点5G小区配置为5ms单周期,其子帧7配置为下行时隙,没办法作为PRACH信道,导致PRACH接入失败。
该5G站点参数模板是在其他地方的参数模板上修改,然后没有经过校验,直接把站开起来,导致冲突的配置。
4.2解决方案
把prachConfigurationIndex修改为160,以避免配置的PRACH信道所在子帧位置与下行子帧相冲突。
PRACH
Preambleformat
nSFNmodx=y
Subframenumber
Startingsymbol
NumberofPRACH
slotswithinasubframe
NRA,slott
numberoftime-domainPRACHoccasionswithinaPRACHslot
NRA
dur
Configurati
on
PRACH
duration
Index
160
B4
1
0
9
2
1
1
12
修改prachConfigurationIndex后,终端可以稳定建立连接且业务正常。
五、现场提升情况
NR接入成功率
105
100
98.71
99.39
99.12 99.25
95
92.45
93.61
90
89.34
86.53
8583.21
80
75
9月7日9月8日9月9日9月10日9月11日9月12日9月13日9月14日9月15日
结合现网实际情况,现网的随机接入相关规划参数进行核查,进行精准规划,修改后,随机接入成功率有了显著提升。
六、总结
接入成功率络中是极为重要的指标,影响了UE能否占用5G网络。
本文通过对NR网络随机接入信令流程进行分析,针对影响随机接入的各个参数总结了一套合理的规划参数,并结合现场情况,进行实际运用后,对于网络的随机接入成功率有着明显的提升,可进行全网推广,对于接入参数的规划可以起到指导作用。
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