基于端到端系统分析的WCDMA网络优化

第 1 章 绪论1.1 课题的研究背景一直以来，移动用户的网络使用感知度是移动网络运营商所关注的重点内容，良好的用户感知度是树立品牌形象，进而能在市场竞争中占据有利地位的重要因素之一。在国内各大运营商竞争愈发激烈的情况下，仅仅依靠优化网络 PI 指标和被动处理用户投诉的单调的调整方式，已经远远无法满足迅速增长的移动用户的网络使用需求，为了能够在移动网络质量的竞争中脱颖而出，运营商需要在未来网络优化工作方式上进行相应的改进去创新，在前台产品上进行改进的同时，后台维护支撑工作也需要能够提供更加全面、更加细致的综合性服务。 目前，国内运营商普遍的移动网络优化工作仍采用较为传统优化方式，既测试、统计、分析与调整等方式来进行。通过前台网络测试仍以路测与定点测试(DT/CQT)来模拟用户行为，同时对后台移动网络关键性能指标(PI)的统计来评估网络的整体表现，优化调整也主要针对差指标网元 ，提升关键性能指标是网络优化的最主要工作内容。前台网络测试以路测与定点测试(DT/CQT)来模拟用户行为的方式，采集数据费时费力，需要人工现场采集数据，采集设备稳定性差，受到一定的硬件与环境因素的影响；网络指标优化只注重移动网络关键性能指标(PI)的统计与分析，而对 PI 数据的优化也仅仅局限于网络性能本身，对实际用户带来的感知提升并不明显；客户投诉内容也只能作为辅助的网络问题来源，预防投诉发生的措施也较少。总之，在数目繁多的网络性能指标中并无针对用户级别的数据指标，对于日趋增长的用户体验感知缺乏比较直观的量化指标。 而且，作为网络优化前台数据采集主要手段的模拟路测(DT)采集的网络覆盖数据只局限于驱车能够跑到的道路，纵使还有定点测试(CQT)的辅助，也无法将所有网络区域的覆盖信号强度无缝的统计到位，例如，在核心城区内的大型居民小区、高层住宅楼、大型办公区域、大型工厂区等深度覆盖区域都属于无法通过人工测试到位的盲区。同时，国内 WCDMA 无线蜂窝网络系统主要部署在 2100M 频段上，其传播能力有限，在核心城区的深度覆盖场景中容易造成因覆盖差与质量差产生的投诉内容，而恰恰这些区域是无法通过前台测试手段来采集数据的，从而导致前台测试工作中采集的数据无法完全模拟出用户实际所在区域的真实网络覆盖情况，对客观实际的反映用户感知方面存在相当大的数据缺失。.........1.2 发展现状WCDMA 移动网络系统已在全球 197 个国家部署了 514 个 HSPA 商用网络，其中90%以上速率都可以达到 7.2Mbps 以上，315 个运营商部署了 HPSA+，134 个运营商部署了 DC-HSPA，全球已有 12.4 亿 WCDMA 用户(含 HSPA 用户)[2]。WCDMA 系统自2009 年在中国正式投入商用至今，已演进至 DC-HSPA+技术(主要采用 HSPA 高速数据传输技术与多载波融合技术)实现高速数据上传下载，其最高下载速率 42Mbps、上传速率 21Mpbs，并通过近 5 年的网络建设与优化，已在绝大部分乡镇级别以上区域形成无缝连续覆盖，目前国内使用 WCDMA 的 3G 用户数以达 1 亿以上[3]，也是目前国内3G 网络中用户数量最多的网络制式。 面对这么一个超大型的移动网络系统，从前期网络建设到后期网络维护管理，网络优化工作起到了绝对重要的作用。但是陈旧的只对网络本身调整的优化工作方式已无法有效的支撑起多样化的网络结构与用户需求，为了能够结合现网实际情况和用户实际需求开展优化工作，同时也为了保障市场份额的发展与良好用户感知需求，保证移动通信网络优化工作的有效性，网络优化工作亟待解决一些较为落后的工作方式，通过创新与改进优化方法，来提高移动网络优化工作的整体效率与工作水准，保证优化工作能够切实的为人;服务。 自 1984 年，Saltzer、Reed 和 Clar 第一次提出端到端;的原则以来[4]，在通信领域当中，端到端原则与端到端体系建设相关学术论文于应用论文也层出不穷，运用端到端思路在通信行业中的应用成果也开始逐渐成型。网络优化工作方面，以移动网络环境与用户感知度之间的关系为研究背景，搭建了端到端网络优化系统并上线运行，相关功能模块实现最基本的端到端优化的内容，能够初步实现面向单用户或全网用户的多维度分析，并将用户感知作为主要工作导向，以传统网络 PI 指标优化方式为基础，开展创新的优化工作。...........第 2 章 WCDMA 系统优化背景知识2.1 WCDMA 系统与接口UMTS(Universal Mobile Telemunications System，中文：通用移动通信系统)是采用码分多址接入（CDMA）接口技术的第三代移动通信系统通，通常也把 UMTS系统称为 WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）通信系统。UMTS 整体系统采用了与第二代移动通信系统(GSM)相似的结构，主要包括无线接入网络(Radio Access Networ， RAN)和核心网络(Core Networ，CN)两大部分，其中无线接入网络主要负责处理所有与无线资源与链路相关的信息内容，核心网则处理 WCDMA 系统内所有的信令数据（包括语音和数据的连接信令），同时建立外部网络的交换和路由。WCDMA 的核心网可以从逻辑上分为电路交换域(Circuit Switched Domain，CS)和分组交换域(Pacet Switched Domain，PS)。CS 域为用户提供电路型业务;或相关信令连接路由，对应传统语音网络；PS 域为用户提供分组型数据业务;，对应数据交换网络。PS 域源于通用无线分组业务(GPRS，General Pacet Radio Service)在 GPRS(2.5G 技术)的基础上实现了功能扩展和增强，其最终目的是提供高速的分组数据业务[8]。 UTRAN、CN 与用户设备 User Equipment(用户终端、UE)一起构成了整个 UMTS 系统(请参考图 1.1)。 UE 是用户终端设备，它通过 Uu 接口与 UTRAN 的网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域相关业务，终端实现功能包括普通话音通话、SMS 信息交互、视频通话、移动数据通信、移动多媒体、Inter 应用(如 E-mail、WWW 浏览、FTP 等)以及定位服务 [10]。............2.2 WCDMA 性能3GPP 中对 WCDMA 有版本定义，每个版本能够实现的不同的数据业务传输性能，WCDMA 系统目前在国内运营商使用的是 R9 版本，已实现载波聚合与高阶调制等功能[18]。 WCDMA 具体的版本性能如下： 1．R5/R6：下行 HSDPA(高速率下行数据传输)功能，下行峰值速率能够达到14.4Mbp S 而上行则达到 5.7Mbps[19]；2．从 R7 版本开始，引入高阶调制 HOM(Higher Oder Modulation)和多收多发天线(MIMO)技术，下行速率可达 21 至 28Mps、上行达到 11Mbps； 3．R8 版本引入 DC-HSDPA 技术，DC(dual cell)技术即载波聚合技术，可以使两个相邻的 WCDMA 载波聚合，每个 WCDMA 载波带宽为 5Mhz，两个载波聚合可形成10Mhz 的载波段，用户可以享受下行为 42Mbps、上行为 11Mbps 的数据传输速率，从该版本开始 WCDMA 可进行多载波聚合[20]； 4．R9 版本实现 DC-DB-HSDPA、DC-HSUPA 等技术， DB(Dual Band downlin)可以实现跨频段之间的载波聚合，例如 UMTS900 与 UMTS2100 之间的载波聚合；而D-HSUPA 则提高了了载波聚合的上行传输能力； 5．R10 版本实现 MC-HSUPA(multi cell)，即可以实现多个载波的聚合，可以使 3个或 4 个载波进行聚合，下行传输速率可达 84 至 168Mbps，上行速率可达 23Mbps； 6．R11 版本实现 8 个载波聚合； 7．R12 可实现 het Nets enhancement，Uplin Enhancement(异构组网)[21]。 在 WCDMA 系统版本升级的同时，移动终端设备制造厂商所提供的终端产品的版本也在不断的更新来匹配高版本的 3G 网络，为用户提供更加便捷快速的移动数据传输体验。同时，2G/3G/4G 共同运营的现况下，版本升级不止意味着传输速率的提升，同时还优化了各个网络制式之间的协同能力、提高了网络资源调配机制效率、队接入/切换时延等系统性能也带来了提升作用，使数据业务的系统反应更加迅速、系统资源调度更加灵活、用户感知更加顺畅。.......... 第 3 章 端到端优化 .... 153.1 传统网络优化现状与问题 ........ 153.2 端到端优化系统 ...... 183.2.1 端到端系统概念 ...... 183.2.2 端到端系统搭建 ...... 193.2.3 端到端系统主要功能 .... 203.3 端到端优化对比传统优化的改进........ 213.4 本章小结 ...... 28第 4 章 端到端优化应用效果 ..... 294.1 无线质量优化案例与效果 ....... 294.2 投诉处理支撑案例与效果 ....... 304.3 终端分析案例与效果 ......... 364.4 端到端业务质量提升优化案例与效果 ..... 394.5 SP 联合优化案例与效果 .... 434.5.1 移动数据缓存优化 .... 434.5.2 抖音小视频发布时延大优化提升案例 ..... 454.5.3 微博 WAP 网关时延大和成功率低优化提升案例 ..... 494.6 本章小结 ...... 53第 5 章 结论 .... 55第 4 章 端到端优化应用效果4.1 无线质量优化案例与效果如图 4.1 中所示，因信号差导致该区域用户无法正常使用网络，区域用户多次进行投诉，按照传统网络优化方式，首先会对该区域进行一次 DT 测试来判断其无线环境情况。(图 4.1) 传统网络优化的问题分析步骤如下：根据图例中所示的颜色来看，图中的下方道路的采样点颜色为紫色与红色，RSCP 覆盖值平均低于-100d Bm，表示该道路的无线覆盖能力十分差，已无法满足正常的无线通信需求，既 RSCP 低，对应区域的 Ec/No 与下行速率的测试结果同样无法满足正常的用户感知。而该区域的质量差是因为周围没有理想的信号覆盖导致，最近基站也有 600m 远，已超出理想覆盖范围，需要在该区域附近增加基站来解决问题。 而使用端到端优化系统分析，数据来源为用户自动上报的测量报告，测量报告(MR)中含有用户身份、属性、终端型号、无线质量、占用小区信息等内容[46]。将区域中所有用户的 MR 数据与 DT 数据对比质量差的区域几乎重叠(图 4.2)，而且比 DT 数据更加准确是厂房内部的覆盖情况也能一览无遗，MR 数据显示结果为，厂房内大部分为粉色与红色，说明该部分的无线覆盖质量都在-95d Bm 以下，是无法进行良好的移动业务的质量差区域。这种更加细致的数据能够为网络优化做下一步分析与解决问题提供更有力的支撑，为下一步建设基站工作提供更加客观准确的数据依据，在该案例中主要将基站加点安排至左侧厂房内，来提高道路与厂房的覆盖效果。 同时，MR 数据的运用可以与用户在网络中出现的异常事件进行关联，将事件点直观的呈现在地理视图上，如下图 4.3 所示，红色圆圈中间的图形表明该区域出现了移动用户的异常事件，而该区域的颜色为红色，表明区域的无线网络质量较差，由此可以快速判定该异常事件发生的原因主要是因为无线质量差导致。这种关联呈现方式为优化工作人员的投诉处理与后续优化调整工作节省了许多工作量，也为实现其他端到端优化功能做了一个基础铺垫。

........结论依托于 WCDMA 高速数据网，移动用户深刻体会到了高速 3G 网络为人们的生活带来的便利，移动网络已经融入到我们日常生活当中，无网;不通已成为所有移动用户的生活习惯。 而传统的优化工作在保证网络质量方面却显得力不从心，其工作方式已不再适宜目前高速增长的用户需求，为保证良好用户感知，运营商的网络优化工作思路从传统的注重网络 PI 指标的优化调整，渐渐向以用户为感知本的网络优化方式转变；与此同时，依据新的优化思路，通过建立端到端优化系统，改进了传统优化工作的分析手段与调整方式， 本论文以解决传统优化的不足之处为出发点，以保障良好用户感知为主要目标，说明了为何建立端到端优化系统，建立用户感知评价体系，如何通过宏观的全网级的网络监控到微观的单用户级别的优化保障工作，使 WCDMA 网络性能时刻处在良好运行现实，并结合理论与实际案例，展示了通过端到端优化系统保障实际用户感知的创新优化方式。 本论文主要成果主要有以下几点：第一，通过端到端优化系统的 MR 数据采集与呈现，对传统 DT 测试过程中存在的盲点进行了有效的填补，使前台测试数据更加趋于完善，更具可靠性，更具参考性、更具客观性；第二，通过端到端系统的大数据采集与分析功能，对用户在网络中的关键行为进行记录，能够对用户级别的异常事件进行精细的网络优化调整工作，改进了传统优化方式中缺少的用户行为的不可回溯的问题；第三，通过对于终端性能与终端占比数的据挖掘与分析，网络优化工作能够为市场业务部门进行更加有效的支撑，同时还可以发现某些终端型号本身存在的性能问题点，拓展了优化范围；第四，对移动网络服务商（SP）的服务质量进行检测，可通过端到端优化系统发现，许多除了运营商网络自身问题以外能够对用户造成感知差的因素，并通过几个案例展示了通过运营商与服务商之间的协同优化，处理用户感受的时延过长的问题，优化对象向网络外部分进行了拓展优化，也为下一步全程全网的端到端优化打下基础。.........参考文献(略)