彥楠 周葉

【摘? 要】為了降低運(yùn)營(yíng)商的資本支出、運(yùn)營(yíng)成本以及人力投入，需要通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的收集與利用，實(shí)現(xiàn)更高效的資源管理與移動(dòng)性管理，并針對(duì)突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行快速定位。介紹了應(yīng)用于5G系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)收集技術(shù)，研究及分析了基于LTE系統(tǒng)的SON與MDT技術(shù)如何在5G進(jìn)行進(jìn)一步演進(jìn)，以及在研究階段的3GPP標(biāo)準(zhǔn)化方案。

【關(guān)鍵詞】5G;大數(shù)據(jù)收集;最小化路測(cè);自優(yōu)化

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.08.013? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2019）08-0072-05

引用格式：彥楠，周葉. 基于SON和MDT演進(jìn)的5G大數(shù)據(jù)收集技術(shù)[J]. 移動(dòng)通信， 2019，43（8）： 72-76.

[Abstract]?To reduce operators CAPEX， OPEX and manpower investments， big data collection and utilization technology could be used to achieve more efficient resource and mobility managements and quicker trouble shooting. This paper introduces a big data collection and utilization technology applied in 5G， and investigates how SON and MDT technologies based on LTE systems are further evolved in 5G and the 3GPP standardization solutions in the research phase.

5G; big data collection; minimization of drive-test; self-optimization

1? ?引言

5G大數(shù)據(jù)收集技術(shù)基于LTE的自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)（Self-

Optimizing Networks， SON）與最小化路測(cè)（Mini-mization of Drive Test， MDT）技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步演進(jìn)。SON的引入是為了支持系統(tǒng)部署以及進(jìn)行自主優(yōu)化，其主要包括自動(dòng)鄰區(qū)關(guān)系（Automatic Neighbour Relation， ANR）、移動(dòng)健壯性優(yōu)化（Mobility Robustness Optimization， MRO）、移動(dòng)負(fù)荷均衡（Mobility Load Balancing， MLB）以及隨機(jī)接入優(yōu)化（RACH Optimization）等。除此之外，網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化相關(guān)技術(shù)還形成了另外的研究方向：能量節(jié)?。‥nergy Saving， ES）、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（e）ICIC等。SON特性基于UE與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的大數(shù)據(jù)量收集與統(tǒng)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，被認(rèn)為是大數(shù)據(jù)收集技術(shù)在RAN使用的先驅(qū)。

最小化路測(cè)技術(shù)（Minimization of Drive-Test， MDT）主要通過(guò)移動(dòng)終端上報(bào)測(cè)量報(bào)告或者基站側(cè)收集測(cè)量結(jié)果的方式來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化所需要的相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到降低運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)成本的目的。與傳統(tǒng)路測(cè)相比，MDT具有節(jié)能減排、減少路測(cè)開(kāi)銷、縮短優(yōu)化周期等優(yōu)勢(shì)，能夠帶來(lái)更高的用戶滿意度，并且可以收集到傳統(tǒng)路測(cè)無(wú)法收集的全區(qū)域的測(cè)量信息（如窄路、森林、私人場(chǎng)所等）。

從網(wǎng)絡(luò)部署與自優(yōu)化的角度來(lái)看，應(yīng)用大數(shù)據(jù)收集技術(shù)可以帶來(lái)明顯的好處。以MDT舉例，可以用于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)與分析相關(guān)覆蓋問(wèn)題，比如弱覆蓋與過(guò)覆蓋。通過(guò)大量手機(jī)MDT中上報(bào)的無(wú)線鏈路失敗（Radio Link Failure， RLF）信息，可以將平均檢測(cè)時(shí)間從傳統(tǒng)路測(cè)的3個(gè)月縮短到4天。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看，使用MDT與使用傳統(tǒng)路測(cè)有88%的結(jié)果可以吻合。另一個(gè)例子為定位，基于7 km2上超過(guò)160個(gè)基站以及600小區(qū)的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，50 m定位的準(zhǔn)確率可高達(dá)70%[1]。并且通過(guò)更多的數(shù)據(jù)收集與利用，準(zhǔn)確率將不斷提升。由于上述多種優(yōu)點(diǎn)，在NR系統(tǒng)中研究更多的數(shù)據(jù)收集與利用的標(biāo)準(zhǔn)化方案十分有必要。

（1）通過(guò)更精確的基站部署以及更少的人力投入，使運(yùn)營(yíng)商的資本性支出與運(yùn)營(yíng)成本得到降低。

（2）通過(guò)更高效的無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理與問(wèn)題定位，提高用戶體驗(yàn)。

NR中的新型RAN架構(gòu)（CU/DU）、RAN側(cè)更強(qiáng)的存儲(chǔ)與計(jì)算能力以及工業(yè)技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)）為數(shù)據(jù)搜集與利用提供了新的機(jī)會(huì)。SON很多特性之間息息相關(guān)：如MDT與RACH優(yōu)化、MDT與層二優(yōu)化、負(fù)荷均衡與切換優(yōu)化等，但由于在LTE剛起步時(shí)缺乏宏觀規(guī)劃，SON家族的各特性各自為營(yíng)僅進(jìn)行了單獨(dú)研究。NR系統(tǒng)可以作為一個(gè)全新的開(kāi)始，全面研究SON各個(gè)方案、無(wú)線資源管理增強(qiáng)以及其他的應(yīng)用，達(dá)到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合避免冗余的目的。

本文將介紹基于SON和MDT演進(jìn)的5G大數(shù)據(jù)收集技術(shù)，主要包括5G中用于網(wǎng)絡(luò)自配置、自優(yōu)化SON相關(guān)的各用例以及最小化路測(cè)MDT的收集場(chǎng)景及主要方案。

2? ?大數(shù)據(jù)收集各方案介紹

2.1? 覆蓋與容量?jī)?yōu)化

覆蓋與容量?jī)?yōu)化（Coverage and Capacity Optimization， CCO）為無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的一種重要方式，旨在提供目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)所需要的網(wǎng)絡(luò)容量來(lái)減小干擾，以及保持可接受的信號(hào)質(zhì)量。需要在覆蓋與容量?jī)?yōu)化之間進(jìn)行平衡，容量?jī)?yōu)化往往伴隨著覆蓋范圍的退化，反之亦然[2]。

CCO在自動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò)無(wú)線環(huán)境信息的基礎(chǔ)上，允許系統(tǒng)周期性地調(diào)整業(yè)務(wù)負(fù)荷。由于NR系統(tǒng)引入了基于beam的天線結(jié)構(gòu)，可配置天線與射頻參數(shù)集合需要多維設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)配置、目標(biāo)覆蓋、容量的性能關(guān)系變得十分復(fù)雜。由此引入基于RAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)的大數(shù)據(jù)收集技術(shù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法可以使上述問(wèn)題得到解決。收集的數(shù)據(jù)包括UE測(cè)量結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量結(jié)果、觸發(fā)的事件以及監(jiān)測(cè)的信息等，也可以包括與波束賦形和massive MIMO相關(guān)的信息。這些信息的輸入可以幫助運(yùn)營(yíng)商首先定位覆蓋與容量問(wèn)題，例如覆蓋空洞、弱覆蓋、越區(qū)覆蓋以及上下行信道覆蓋不匹配等問(wèn)題，進(jìn)而可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與容量?jī)?yōu)化。

2.2? PCI選擇

物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)（Physical Cell Identifier， PCI）用于區(qū)分不同小區(qū)的無(wú)線信號(hào)。PCI的選擇可以盡量避免PCI標(biāo)識(shí)的碰撞問(wèn)題，為SON的另一重要用例。在LTE系統(tǒng)中，eNB基于分布式或者集中式的PCI分配算法來(lái)確定PCI。在NR系統(tǒng)中，需要部署超高密度網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足未來(lái)移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，低頻宏小區(qū)與高頻小小區(qū)將部署在同一區(qū)域。為了達(dá)到節(jié)約的目的，小小區(qū)可以在任意時(shí)刻切換到休眠狀態(tài)，這給PCI的分配與選擇帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。PCI選擇的方案集中為：

（1）收集需要的數(shù)據(jù)來(lái)支持PCI碰撞檢測(cè)與PCI選擇;

（2）支持PCI選擇的功能與流程，例如UE上報(bào)、接口信息交互;

（3）不使用CGI上報(bào)功能（避免系統(tǒng)信息讀取功耗）的PCI碰撞解決方案。

在NR R16由于時(shí)間關(guān)系，PCI選擇的優(yōu)先級(jí)較低，有可能推遲到NR R17再進(jìn)行信令級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

2.3? 移動(dòng)性優(yōu)化

在LTE中，移動(dòng)健壯性優(yōu)化（Mobility Robustness Optimization， MRO）旨在檢測(cè)并修正如下問(wèn)題：

（1）由于系統(tǒng)內(nèi)/系統(tǒng)間移動(dòng)性導(dǎo)致的連接失敗;

（2）系統(tǒng)間過(guò)早/不必要切換（非連接失敗場(chǎng)景）;

（3）系統(tǒng)間乒乓切換。

對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)/系統(tǒng)間移動(dòng)性導(dǎo)致的連接失敗又定義了三種子問(wèn)題，即過(guò)早切換、過(guò)遲切換、切換到錯(cuò)誤小區(qū)。通過(guò)與無(wú)線鏈路失敗上報(bào)的信息進(jìn)行交互，可以準(zhǔn)確定位出相關(guān)的問(wèn)題，并進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于系統(tǒng)間過(guò)早/不必要的切換，目標(biāo)RAN節(jié)點(diǎn)可以結(jié)合UE在切換過(guò)程中的測(cè)量報(bào)告以及相關(guān)覆蓋/質(zhì)量條件來(lái)確定是否向原系統(tǒng)發(fā)送過(guò)早/不必要切換報(bào)告。對(duì)于系統(tǒng)間乒乓切換，發(fā)生乒乓的相關(guān)統(tǒng)計(jì)量可以基于切換過(guò)程中攜帶的UE歷史信息來(lái)進(jìn)行評(píng)估，并由目標(biāo)基站側(cè)將該問(wèn)題指示給原基站側(cè)。

在NR中，移動(dòng)性優(yōu)化方案仍然需要檢測(cè)與解決上述問(wèn)題，而與5G系統(tǒng)之間的異系統(tǒng)移動(dòng)性將作為一個(gè)重要的研究目標(biāo)[3]。由于MR-DC、CU-DU分離、CP-UP分離等新架構(gòu)以及BWP、beam等新技術(shù)在5G的應(yīng)用，需要針對(duì)流程與測(cè)量引入新的增強(qiáng)功能，如定義與收集新的測(cè)量信息，例如小區(qū)級(jí)/beam級(jí)的測(cè)量，補(bǔ)充載波SUL的相關(guān)信息在無(wú)線鏈路失敗上報(bào)或切換失敗的上報(bào)等;增強(qiáng)的F1/Xn/X2接口來(lái)支持CU-DU、MR-DC等新架構(gòu)。

2.4? 負(fù)荷共享與負(fù)荷均衡

負(fù)荷共享與負(fù)荷均衡的目的是在各小區(qū)之間平均地分配資源，疏導(dǎo)擁塞小區(qū)業(yè)務(wù)，或者基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)電的目的分流UE到其他載波或者系統(tǒng)，通過(guò)切換參數(shù)/小區(qū)重現(xiàn)參數(shù)的配置實(shí)現(xiàn)。使用負(fù)荷共享與負(fù)荷均衡可以自動(dòng)地提供良好的用戶體驗(yàn)，同時(shí)增加系統(tǒng)容量以及減小人工干預(yù)，減低系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)成本。

相比于LTE，NR增加了CU-DU分離、CP-UP分離等新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)切片、MR-DC等新特性[4]。因此NR系統(tǒng)的負(fù)荷共享與負(fù)荷均衡比LTE更加復(fù)雜。一個(gè)gNB下的所有DU以及一個(gè)gNB下所有CU-UP的負(fù)荷共享與負(fù)荷均衡均需要進(jìn)行考量。目前初步確定了beam/per slice/per band等粒度的負(fù)荷均衡信息上報(bào)[5]。圖1為per band負(fù)荷均衡示意圖：

2.5? 隨機(jī)接入優(yōu)化

隨機(jī)接入配置參數(shù)會(huì)對(duì)用戶體驗(yàn)與整體網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。RACH碰撞概率、接入時(shí)延、數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)延、切換時(shí)延、非激活態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)延長(zhǎng)度等均可能受RACH配置的影響。在最優(yōu)的beam之上發(fā)起隨機(jī)接入，可以盡量避免不必要的功率爬升以及降低RACH失敗嘗試次數(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)與UE側(cè)的節(jié)電均有益處。在NR系統(tǒng)中，允許UE在隨機(jī)接入流程中改變RACH資源。

影響RACH參數(shù)配置的因素包括[6]：

（1）PUSCH的上行小區(qū)間干擾;

（2）RACH負(fù)荷（呼叫到達(dá)比率、切換概率、TAU、RRC非激活態(tài)轉(zhuǎn)化概率、系統(tǒng)信息請(qǐng)求、BFR等均可影響RACH負(fù)荷）;

（3）上行載波與補(bǔ)充上行載波SUL的平衡關(guān)系，上下行載波的平衡關(guān)系;

（4）PUSCH負(fù)荷;

（5）小區(qū)內(nèi)的preamble分配準(zhǔn)則。

RACH優(yōu)化的目標(biāo)：

（1）最小化UE在最優(yōu)SSB覆蓋下的接入時(shí)延;

（2）最小化UE請(qǐng)求系統(tǒng)信息的時(shí)延;

（3）盡量平衡上行載波與補(bǔ)充上行載波SUL的RACH負(fù)荷;

（4）最小化RRC連接態(tài)的beam失敗恢復(fù)時(shí)延;

（5）最小化接入在RACH資源上的失敗/不必要的隨機(jī)接入嘗試次數(shù)。

RACH優(yōu)化功能將嘗試自動(dòng)設(shè)置隨機(jī)接入相關(guān)參數(shù)?；緜?cè)收集UE上報(bào)的相關(guān)RACH結(jié)果，并在基站間進(jìn)行交互。該機(jī)制將在LTE的基礎(chǔ)上考慮beam、SUL等NR新特性。

2.6? 基站節(jié)電

運(yùn)營(yíng)商高度關(guān)注移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的功率消耗問(wèn)題，急需降低功耗的相關(guān)方案來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的大量提升（高頻段小基站部署），網(wǎng)絡(luò)節(jié)電問(wèn)題十分緊迫且充滿挑戰(zhàn)。通過(guò)空口的傳輸功率優(yōu)化方案，小區(qū)間功率優(yōu)化協(xié)商以及休眠模式的硬件支持等技術(shù)方案，可以極大地降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)的功率消耗。

目前已支持的相關(guān)方案包括接口交互小區(qū)激活/去激活狀態(tài)等。考慮到NR新特性，需要針對(duì)稀疏參考符號(hào)場(chǎng)景，uRLLC、CU-DU分離與MR-DC架構(gòu)等進(jìn)行節(jié)電的進(jìn)一步評(píng)估[7]。另外，為了支持4G與5G更好地系統(tǒng)間協(xié)同，將對(duì)異系統(tǒng)/異技術(shù)的節(jié)電方案進(jìn)行詳細(xì)研究。

2.7? 最小化路測(cè)

NR MDT確定的主要應(yīng)用場(chǎng)景為覆蓋優(yōu)化、QoS參數(shù)優(yōu)化、室內(nèi)路測(cè)增強(qiáng)以及傳感器數(shù)據(jù)采集[8]。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)不同的配置途徑下發(fā)合適的測(cè)量配置，要求符合條件的基站側(cè)收集或UE上報(bào)相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，并獲取相應(yīng)時(shí)刻的地理位置信息。

為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及UE節(jié)電等目的，MDT在有線網(wǎng)復(fù)用Trace呼叫跟蹤流程與配置收集節(jié)點(diǎn)，在空口復(fù)用部分連接態(tài)RRM測(cè)量配置與收集信令，以及空閑態(tài)/非激活態(tài)用于小區(qū)重選評(píng)估的測(cè)量結(jié)果，同時(shí)增強(qiáng)了一些信令內(nèi)容，將運(yùn)營(yíng)商希望的測(cè)量配置發(fā)送給UE，并從UE獲取相應(yīng)的測(cè)量收集結(jié)果以及相應(yīng)時(shí)刻的地理位置信息[9]。

以下對(duì)NR MDT可能的子用例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹[10]：

（1）覆蓋優(yōu)化

從UE側(cè)與RAN側(cè)收集到的信息可以用于檢測(cè)與發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。如覆蓋漏洞、弱覆蓋、導(dǎo)頻污染、越區(qū)覆蓋、覆蓋地圖繪制、上行覆蓋問(wèn)題檢測(cè)、小區(qū)邊界地圖繪制等。

（2）QoS檢驗(yàn)

從UE側(cè)與RAN側(cè)收集到的信息可以監(jiān)測(cè)服務(wù)質(zhì)量信息（Quality of Service， QoS），從RAN的角度評(píng)估用戶體驗(yàn)，幫助網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展容量等。與地理位置信息上報(bào)相結(jié)合使用，可以精確獲取小區(qū)內(nèi)不同位置的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相關(guān)信息與QoS體驗(yàn)評(píng)估。

（3）室內(nèi)MDT增強(qiáng)

收集WLAN與藍(lán)牙相關(guān)的測(cè)量結(jié)果可以增強(qiáng)室內(nèi)定位。

（4）傳感器數(shù)據(jù)收集

除了位置與時(shí)間信息，網(wǎng)絡(luò)側(cè)還可以收集UE方向等傳感器信息，用于更精確的UE路徑預(yù)測(cè)。

3? ?大數(shù)據(jù)收集的未來(lái)演進(jìn)

目前應(yīng)用于NR系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)收集技術(shù)在3GPP的Study Item階段立項(xiàng)已經(jīng)完成，大唐移動(dòng)積極參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并在異技術(shù)/異系統(tǒng)的MDT延續(xù)性處理、UE在RLF REPORT中攜帶的切換類型以及per band的負(fù)荷均衡等問(wèn)題上均有提案來(lái)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。大數(shù)據(jù)收集技術(shù)在R16的Work Item已經(jīng)立項(xiàng)成功，后續(xù)將在Work Item階段完成上述各方案的Stage3的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括信令流程的處理、各接口消息內(nèi)容、相關(guān)參數(shù)與取值范圍的確定等。在后續(xù)的R17及更高版本的演進(jìn)過(guò)程中，將可能使網(wǎng)絡(luò)側(cè)自優(yōu)化/自配置與運(yùn)營(yíng)商的策略進(jìn)一步相貼合，組成更加統(tǒng)一及強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)收集與使用方案。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)收集技術(shù)為更加靈活便捷的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集提供了可能。通過(guò)MDT的方式跟蹤與收集用戶相關(guān)的測(cè)量結(jié)果并定位故障，通過(guò)SON的方式在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行交互與自優(yōu)化，并配以運(yùn)營(yíng)商針對(duì)海量信息的分析與進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)備廠商與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以在極短的時(shí)間內(nèi)將設(shè)備故障、用戶問(wèn)題、信號(hào)質(zhì)量等內(nèi)容以極低的成本進(jìn)行采集，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)性能并改善用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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