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5G速率提升研究之RANK为王
5G速率提升研究之RANK为王
摘要:
5GMBB网络较2G、3G、4G网络而言最大的优势在于为用户提供更高速率。
小区峰值吞吐量是5G网络的一个基本性能指标,但因为各种原因,在速率测试过程中,外场频现速率低下的问题,而RANK等级直接影响了NR的下载速率,从一定程度上是NR网络速率决定性的因素。
本文根据RANK的理论和算法,针对不同覆盖情况,全面分析RANK低问题的原因,制定科学的RANK低问题排查和优化流程,通过参数、射频等多种优化手段提升RANK值和网络峰值速率,取得了较好的效果。
关键字:
NSA5G速率RANK提升
【业务类别】优化方法、数据业务、参数优化
15GNRRANK的基本概念
1.1RANK相关概念
RANK低定义:
一般指RANK<2的路测点的分析,通常情况下,如果连续出现多个路测点RANK值<2,则判断为RANK低。
1)TB块:
一个TB块对应包含一个MACPDU的数据块,这个数据块在一个TTI内发送,每个TTI最多发送两个TB块。
2)CodeWord码字:
一个码字是对在一个TTI上发送的一个TB进行CRC插入、码块分割并为每个码块插入CRC、信道编码、速率匹配之后,得到的数据码流。
不同的码字区分不同的数据流,其目的是通过MIMO发送多路数据,实现空间复用。
一个码字对应一种MCS和一个CQI,码字越多,链路自适应越好,但CQI开销越大。
当前协议规定,5GNR最大支持2个码字:
–1~4层:
使用1个码字;
–5~8层:
使用2个码字;
3)Layer层:
就是通常说的流,码字通过层映射映射到各个流上,这有点像串行到并行的变换,因此层数越多,速率就会越高。
在空间复用中,层数=秩(RANK数)。
Ø码字和层的对应关系如下表:
4)RANK秩:
秩(RANK)可以看作收发设备间传输通路上独立的并行信道的数目,即同时支持的相对独立的信道数,而MIMO实际传送所使用的数据流数则称为层数。
由于不同MIMO信道下数据通路之间的正交性不同,因此实际应用中必须考虑数据流之间所产生的干扰。
采用多个天线传送多个码字时,需要根据空间信道的秩来确定所能同时发送的数据流数(即层数),以降低信息之间的干扰,增加接收准确性,提升信息传送容量。
5)Port天线端口:
用于传输的逻辑端口,与物理天线不存在定义上的一一对应关系,可同时对应到一个或多个物理天线上;每个端口上有自己独立的DMRS信号,供UE解调出各个端口上的信号。
6)波束:
各流上的数据通过BF加权后,映射到64根天线上发送,在权值的作用下(改变信号的幅度和相位),各天线上的信号将会进行赋形,集中打向UE。
RANK数=波束个数。
7)流到天线的映射:
以64T64R天线8流为例,每个流都会选择一个64维的权值向量W1,W2,…,W8,然后通过与流上符号进行运算,得到64维的数据,此过程即是加权过程。
然后各个流上的数据进行叠加后,映射到各个天线上
8)PreSINR:
即通过测量上行SRS(SoundingReferenceSignal)的SINR值;
9)DeltaSINR:
是根据SRS的最强8(4)个波束(具体个数和UE接收天线数有关)在SRS权下和对应波束在PMI权下计算得到的Sinr之间的差值,即SRS权相对PMI权的增益。
1.2RANK自适应算法
gNodeB通过为用户选择合适的下行波束赋形权值,可以提高MIMO多天线阵列增益,提高频谱效率,可以在一定程度上提高下行吞吐量,提高用户感受。
通过打开NRDUCellAlgoSwitch.AdaptiveEdgeExpEnhSwitch的子开关“DL_PMI_SRS_ADAPT_SW”来开启权值自适应开关。
下行SRS(SoundingReferenceSignal)权与PMI(PrecodingMatrixIndication)权自适应方案,允许用户在SINR较大时,选择基于SRS得到的BF权值;在SINR较小时,选择基于PMI的BF权值,相对于SRS权,远点用户的PMI权可以提升权值准确性,提升边缘用户的SINR,进而提升边缘用户的速率。
当用户上行SRSSNR大于ThSRS(SrsPreSinrJudgeThld,默认值-20dB)该用户选择SRS权;否则选择PMI权,两边都有固定3dB迟滞保护。
RANK自适应总体来说可以归为3种自适应方法:
谱效率最优、条件数边界保护RANK自适应、不考虑条件数边界保护RANK自适应。
使用谱效率最优算法吞吐率比条件数边界保护RANK自适应算法吞吐率更优。
1.2.1谱效率最优自适应算法
总体思想是SUMCS根据CQI、外环调整量以及BFGAIN等已经先确定,在确定MCS后通过一系列的数学公式得到当前MCS、不同RANK下的频谱效率。
根据对不同MCS和RANK下的谱效率进行计算,是默认的自适应算法。
Ø如果多一流计算出来的谱效率优于当前流数1.1倍(默认值),则选择升rank
Ø如果少一流计算出来谱效率优于当前流数1.1倍(默认值),则选择降低rank
Ø升降rank都只能逐阶升降,不能越阶升降
1.2.2条件数边界保护RANK自适应
该算法的原理是:
两个条件数据:
连续600slot90%的满足条件可以尝试升RANK
✓条件数1:
MCS>22阶和流间的deltaSINR差值不能大于门限,同时满足两个条件升rank
✓条件数2:
MCS>18阶,流间的deltaSINR差值必须小于门限,同时满足两个条件升rank
升/降rank如下表所示:
ØCase1:
指MCS大于22阶时,1升2时,deltaSINR差值不能大于10,2升3时,deltaSINR差值不能大于20,依次类推;
ØCase2:
当MCS大于18阶时,1升2,deltaSINR差值必须小于5,2升3时,deltaSINR差值不能大于8,依次类推,且在双码字场景下,要求倒数第一流和倒数第二流的差值必须小于等于4,比如4升5,要去第5流的deltaSINR和第4流的deltaSINR必须小于等于4,依次类推。
Ø降rank就看MCS,8降7,MCS低于15阶,7降6,MCS低于15阶,MCS最后那个9表示无效值,不参与计算。
1.2.3不考虑条件数边界保护RANK自适应(Presinr低时用)
该算法的原理是:
连续600slot90%的满足条件可以尝试升RANK,仅基于MCS考虑升RANK。
Ø升RANK的MCS门限大于22阶
Ø降rank的MCS门限小于等于12阶
2RANK低测试问题分析
2.1.1频繁切换导致RANK低
现象:
如下图所示,在Assistant上地理化显示路测4GPCI,DLRANK,5GPCI等信息,通过主服PCI分布变化观察是否存在频繁切换,图中4G切换正常但5G红框部分PCI频繁发生变化,RANK也随之发生了变化,导致频繁切换路段大部分时间RANK<=2。
该区域主要占用NCH_WLRN_东湖区城中电信前端楼-2[01010149](PCI=337)与NCH_WLRN_西湖区梅苑楼小区-3[01028312](374)和NCH_WLRN_青山湖区城北航空大厦-3[01014026](PCI=173)频繁切换导致RANK降低,如下图所示。
分析:
用户切换过程中链路会中断(表现在切换的那1s内调度次数会减少),切换后用户初始接入,低RANK低MSC能保证接入和切换成功率,大概在30ms左右可调整回来,影响较小;但是如果发生频繁切换,会导致RANK无法快速调整回来,因此需要对频繁切换区域进行优化;如果4G或5G在5s(时间可根据需求自定义)内存在2次及以上次切换,则判断为频繁切换,如果频繁切换的小区关系存在小区A->B->A的场景,则称之为乒乓切换。
优化方法:
针对频繁切换路段进行优化,以减少频繁切换次数,主要步骤如下:
1 确定主服小区:
确定主服小区有两个手段,降低邻区信号强度和增强主服小区信号强度。
对于越区的邻区,优先调整邻区的方位角、下倾角、功率、和Pattern等参数,降低邻区信号强度。
2 切换参数优化:
通过路测日志查看测量报告,计算服务小区电平和邻区电平的差异,得到需要修改的A3门限、幅度迟滞、两两小区间cellindividualoffset或时间迟滞,评估能否解决频繁切换问题。
✓通过切换门限调整:
上表中4G锚点切换参数调整会对现网LTE用户也造成影响,因此可以为NSA用户设立独立的同频切换参数组:
MODCELLQCIPARA:
LocalCellId=*,Qci=*,NsaDcIntraFreqHoGroupId=xx;
ADDINTRAFREQHOGROUP:
LocalCellId=*,IntraFreqHoGroupId=xx,IntraFreqHoA3Hyst=4,IntraFreqHoA3Offset=4,IntraFreqHoA3TimeToTrig=320ms;
✓小区对切换参数调整
如果精品路线以某个方向行驶时,某2个小区间只有1次切换关系,那么也可以通过调整cellindividualoffset来精准改变切换位置,只影响指定的邻区。
✓邻区关系调整
增加LTE邻区,添加NR邻区关系。
对于同频邻区,只需要调整邻区关系ADD/RMVEUTRANINTRAFREQNCELL,并调整NR邻区关系ADD/RMVNRNRELATIONSHIP。
对于单次切换后导致的RANK1点,可以通过参数NRDUCellPdsch.DlInitRank从默认值RANK修改为RANK2,提升切换后的RANK抬升速度。
优化效果:
优化后速率高rank占比明显提升,效果如下图所示:
2.1.2强邻区不切换导致RANK低
现象&分析:
如下图所示,UE占用NCH_WLRN_青山湖区城东上海路分局-1[01040069](PCI=63)的小区作为主服务小区,SS-RSRP为-104.97dbm,但邻区中NCH_WLRN_青山湖区城东野生大鱼府-6[01040350](PCI=295)的小区SS-RSRP为-92.72dbm,NR最强邻区的SSBRSRP比主服小区强很多,UE多次上报NCH_WLRN_青山湖区城东野生大鱼府-6[01040350](PCI=295)的A3事件,但是网络侧一直没有下发辅站变更命令,强邻区不切换会导致UE无法驻留在最优小区,会受到来自邻区的干扰从而导致RANK差。
优化方案:
针对强邻区不切换问题,需要排查以下几个方面:
①配置核查:
Ø5G辅小区是否漏配5G目标小区
Ø5G辅小区是否配置多个与目标小区相同PCI邻区
Ø4G主小区是否漏配5G目标小区
Ø4G主小区是否配错5G目标小区信息
ØX2口未配置或配置错误
②告警核查:
Ø4G主小区到5G服务小区和5G目标小区的X2口是否存在传输异常
Ø5G目标小区是否存在异常告警
③信令分析:
Ø是否存在流程交叉等其他问题
优化效果:
优化后速率提升明显,效果如下图所示:
2.1.3外部干扰导致RANK差
现象&分析:
当小区存在干扰信号时,小区的上下行业务会受到影响,出现RANK低、MCS差,误码率高等问题,严重时会导致UE无法做业务;当出现如上的问题时,需要进入干扰问题的分析。
如下图所示,UE占用NCH_WLRN_青山湖区南大南区综合楼-5[01048021](PCI=127)的小区,SS-RSRP为-77.92dbm,SS-SINR仅为6.15db,连续多个路测打点RANK为2,打点位置覆盖较好但是RANK低,同时MCS很差,上下行MCS大部分分布在QPSK和16QAM,误码高于收敛值10%,证明网络存在干扰,需要进行干扰排查。
优化方案:
针对5G干扰问题,需要重点排查以下几种类型的干扰:
优化效果:
根据以上方案进行优化,提升到rank3,效果如下图所示
2.1.4RF覆盖问题导致RANK低
1 下行弱覆盖导致RANK低
现象&分析:
覆盖越差,CSI-RSSINR测量结果越差,非天选终端选择低RANK的概率越大;覆盖越差,基站测量到的SRS结果会更差,基站选择低RANK的概率会更大。
下行弱覆盖为连续出现接收电平较低的采样点形成弱覆盖区域,弱覆盖区域可能导致手机的接收电平小于最小接入电平而掉网,或用户进入弱覆盖区域后因低电平质量而速率降低,影响下载速率。
优化方案:
对于弱覆盖区域,通常只能选择增强主服的覆盖强度,增强覆盖的可选手段如下:
Ø增加小区最大发射功率(MaxTransmitPower)
Ø调整机械方位角让AAU主瓣覆盖问题路段(要注意避免在其他位置造成弱覆盖);
Ø减小机械下倾角;
Ø增加小区、站点等
2 重叠覆盖导致RANK低
现象&分析:
通常情况下,如果某一路段存在多个信号强度相当(3dB以内)的小区覆盖该路段,但却没有一个足够强的主服务小区来主导覆盖,则可认为存在重叠覆盖。
重叠覆盖邻区会成为潜在的干扰源,在有负载的情况下会对服务小区造成同频干扰,同时由于信号的快衰落引起UE在不同小区间频繁发生切换,导致RANK低和速率低。
如下图所示:
UE占用主服务小屋PCI为63,SS-RSRP为-98.53dbm,邻区列表中存在超过3个以上SS-RSRP与主服务小区差值在6db以内的邻区,存在明显的重叠覆盖情况,导频污染较为严重,RANK值持续偏低。
优化方案:
根据问题路段和各小区的位置关系,确定要作为主服的小区,加强拟作为主服小区的覆盖强度或者降低邻区在该路段的覆盖强度。
主服小区的选择可从如下方面考虑:
Ø小区与问题路段之间的距离相对其他小区较近且电平相对高;
Ø问题路段与小区间没有明显的遮挡;
Ø该小区还有最大发射功率/机械方位角/机械下倾角的调整空间;
主服小区增强覆盖的可选手段如下:
Ø增加小区最大发射功率(MaxTransmitPower)
Ø调整机械方位角让AAU主瓣覆盖问题路段(要注意避免在其他位置造成弱覆盖);
Ø减小机械下倾角等
降低邻区在该路段的覆盖强度的可选手段如下:
Ø降低邻区小区最大发射功率(MaxTransmitPower)
Ø调整邻区机械方位角不让AAU主瓣覆盖问题路段;
Ø增加邻区机械下倾角等
优化效果:
根据以上方案进行优化后效果如下图所示:
3RANK低问题定位方法
根据上述测试中发现问题分析,总结RANK低问题定位方法如下:
4经验总结
速率是5G网络相对4G网络最为突出的用户感知,而RANK从一定程度上是5G网络速率决定性的因素。
本文通过对测试数据从覆盖、干扰、切换、异常事件等多维角度分析,找出导致RANK低的因素并制定实施相应优化解决方案,提升RANK等级,充分发挥5G网络高阶MIMO、高阶调制等特性进而提升5G速率感知。
提炼总结出一套RANK低问题排查和优化流程,为后期处理同类速率低问题时快速定位解决提供参考。
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