5G优化案例5G RANK指标分析及优化思路探究.docx
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5G优化案例5GRANK指标分析及优化思路探究
5GRANK指标分析及优化思路探究
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【摘要】本文介绍了5GRank指标的基本原理，分析了制约Rank提升的因素；聚焦“UE上报的RI差”及“基站调度的RI差”两个方面重点分析了Rank问题定位及处理思路；同时以厦门城区A类道路为试点，探索并总结现网Rank常见
问题的分析、优化方法。
通过本次专项优化，主城区平均Rank从2.85提升至3.0，提升0.15；下行平均速率由494.74Mbps提升至551.66Mbps，增幅11.51%，效果显著。
Rank指标直接影响5G网络速率，影响5G用户感知。
在5G规模建设时期，基于Rank的5G网络专项优化显得尤为重要，本次城区Rank专项分析及优化为后续区县A类道路、5G簇优化提供了有效的优化思路及经验借鉴。
【关键字】Rank定义、Rank问题分析、优化、速率提升
【业务类别】移动网、基础维护
1.Rank定义及影响因素
1.1Rank定义
RANK：
空分复用流数。
简单理解就是相同的时频资源，在空间中分成几份同时传输。
码字通过层映射映射到各个流上（码字数≤流数≤天线端口数）。
在时频资源不变的情况下，RANK越高，实际吞吐率越高。
左图——单流：
1个时频资源（RB）一次调度，分配给1个用户。
右图——多流：
波束1的信号直射到UE，波束2的信号通过反射后达到UE，
当这两条径不相关时，就可以构成两流，而这两流就是由这两个波束构成的。
1.2影响UE上报RI的因素
1.1.1参考信号：
CSI-RS
UE上报的RI是基于CSI-RS参考信号测量得到。
在3G/4G时代，参考信号又叫做导频信号，是预先定义好的一些已知信号序列，占用一定的时频资源块。
在通信过程中，通过对比实际接收到的参考信号与预先定义的标准参考信号间的变化，来完成信道质量的测量、估计、相干检测和解调等功能。
直观的说，就是根据这些已知的参考信号X和其实际接收Y来求取方程中矩阵H的特征值，再配置H应用于其他未知数据信号的检测解调等，在5G的波束成形技术中也会协助求解类似的波束成形矩阵权值。
CSI-RS信号主要用于服务小区和邻区测量，RRM算法，包括CQI，PMI，RI的反馈，可以这么理解，CSI-RS主要有如下应用场景：
1）RI上报，即RANK上报
2）初始CQI上报，用以初始MCS选择
3）PMI上报，用于预编码矩阵的计算
4）终端移动时的服务小区和邻区测量
其中1、2、3这三项功能在当前版本中已经使用，统称为3I测量，而第四项功能当前版本尚未用到。
19B版本中，CSI-RS为用户级参考信号，即有用户接入才会发送，并且每个用户占用不同的CSI-RS资源。
每个用户的CSI-RS都是发满全带宽（即基站发送CSI-RS时是在全带宽每个RB上都有CSI-RS）。
终端根据接收到的CSI-RS信号预估下行最优的流数（Rank），并通过RI反馈给基站。
CSI-RS配置中，以下几个关键配置可能会影响终端的RI测量：
1）CSI-RSPort数
CSI-RSPort数与UE上报的RI的关系为：
RI的上限值≤CSI-RSPort数。
即如果CSI-RSPort数配置为2，则UE上报的RI最大不超过2。
2）PDSCH相对CSI-RS的功率偏置信元
用于控制基站给UE下发的CSI-RS配置信令中携带的powerControlOffset
信元，参数为NRDUCellRsvd:
RsvdParam188，该信元用于指示终端基站发送的CSI-RS相对PDSCH的功率偏置是多少。
该信元的值越大，表示基站告知UECSI-RS相对PDSCH功率越高。
举例说明，如果powerControlOffset从-6修改0，在其他配置全都不变并且基站发功不变的情况下，对UE来说，PDSCH的功率就从比CSI-RS低6dB变成与CSI-RS相同，则UE预估的RI和CQI都会相应提高。
3）CSI-RS相对PDSCH实际功率偏置
用于控制基站给实际发送的CSI-RS相对PDSCH的功率偏置，参数为：
NRDUCellRsvd:
RsvdParam126，该参数配置越高，表示CSI-RS的实际发射功率越高，终端所测量到的CQI、RI都会随之提高。
4）基站发送CSI-RS的波束类型
不同的环境中，基站发送CSI-RS的波束类型不同，UE测量到的RI、CQI也会随之变化。
一般来说，基站发送的最优的CSI-RS波束是以尽可能窄的波束包住UE所有主要的径，实际信道由于变化剧烈并且非天选终端一流SRS也不能完整反映下行4根接收天线上径的情况，这样，能在不丧失过多功率的情况下获得最大的空间自由度。
当前版本推荐的使用VAM宽波束代替DFT窄波束来作为CSI的发送波束，主要是相对展宽的波束能够比窄波束包住更多的径，从而不会丧失信道的空分增益。
关于VAM权，在权值章节有更加详细的介绍。
1.1.2环境因素
环境因素是影响UE上报的RI的主因。
UE上报的RI，实际上就是UE对环境多流状况的测量，从原理上来说，UE会对空间的多个信道进行测量，并且进行均衡，通过均衡后的结果上报RI和CQI，从而体现终端对空口多径信道的测量结果。
不同的环境，会导致终端测量结果发生较大的差异，因此在实际的rank调优过程中，都建议选择NLOS，且周边多径（反射/折射）更为复杂的环境，如下图对比所示：
一、思明区香秀路，多径环境丰富
二、湖滨西路空旷场景，相应多径环境更差
因此在规划精品路线时，尽量选择周边多径更加丰富的环境来规划，从而在拉网过程中获取更高的Rank。
1.1.3UE的算法实现
对于终端来说，实际测量的算法都是统一的，但由于终端的性能不同，这其中涉及到终端不同的芯片能力，不同的天线情况，因此各个终端的测量结果，即便是在相同的位置，实际上也是不同的，对于终端来说，他是按照标准的MassiveMIMO网络方法来测量并计算各个信道情况的，对于PMI权和SRS权而言，终端的测量方法不会有差异，只是基站侧在最终调度的时候是否会使用终端上报结果的区别。
1、首先终端下行的天线数，和基站侧下发的Port数，组成了一个xTxR的MM网络，终端会对这个xTxR的网络每个信道进行测量
2、终端对于测量到的每个信道的情况进行数字化，即每个信道的测量结果形成一个函数作为无线信道的影响因子，即R=h*T+n，其中R表示接收方，T表示发送方，h表示信道情况，N表示信道的噪声情况（建模时可以考虑为高斯白噪声）
3、多个信道的情况，最终量化成一个xTxR的信道矩阵，即R=H*T+N
4、对这个H信道矩阵进行SVD分解，将这个矩阵的共轭部分计算出来，即可以使用线性代数的方法将这个矩阵的秩计算出来，终端即会将这个计算出来的秩再评估相关性之后进行上报，即为RI。
1.3基站选择调度Rank的基本方法
1.2.1权值
基站目前有3种大类型的权值，分别为开环权、PMI权以及SRS权，以下分别介绍这3种权值下Rank的调度方法：
一、开环权
一般在未获取到正常SRS或未获取到正常3I测量上报的时候，基站侧会选择开环权进行调度，在进行开环权调度的时候，一般会使用终端最近一次上报的合法RI进行相应Rank的调度，但最高的Rank不会超过Rank2（2Port）/rank4
（4~8Port）
一般来说，在初始接入和切换入的一小段时间会使用开环权，如果长期使用开环权进行调度的话，会导致Rank无法抬升，需要分析原因，常见的主要原因是用于调度rank的测量量（包括SRS或3I），基站侧没有收到合法值导致;
二、PMI权
PMI权的主要含义是通过终端上报的PMI码本在确认最终PDSCH的权值，是一个依赖终端上报的权值方案，主要流程如下：
1）基站发送CSI波束，即所谓的外层权，这个CSI波束是根据基站侧配置来选择波束类型，以及通过SRS测量来选择最优波束ID；
2）终端对CSI波束进行测量，根据测量结果上报来进行RI/PMI的调度因此PMI权下，调度rank就是终端实际测量的结果，基站侧不做任何处理，如果终端上报的RI偏低，则可能导致整体rank偏低；
三、VAM权
VAM权实际上指的是一种CSI波束类型，可以理解为一套外层权值，和VAM相对的主要有DFT，全宽，半宽等几种波束类型，VAM权下的外层波束类型主要有3种：
VAM-H，VAM-V，VAM-HV，相较于DFT，VAM波束更宽，可以包含更多的多径信息，在覆盖和自由度不受限的场景下，可以获取更高的RI和更好的CQI，从而提升整体谱效率；
四、SRS权
SRS权和PMI的差异在于，内层权的计算不再依赖终端，而是根据SRS的测量结果进行SVD分解计算得到，并最终决定调度的Rank，终端上报的RI只是作为初始调度rank的一个输入量，后续rank的升降完全依赖于基站对SRS测量结果以及MCS的实际调度结果来决定；相较于PMI权，SRS权更加精准，几乎没有PMI权值下的量化损失（PMI码本数量有限，而SRS的权值粒度相较于PMI码本更细），因此整体从频谱效率来说，SRS权优于PMI权，但SRS权依赖天选终端；基站侧可以配置SRS/PMI权值自适应，会根据SRS测量的结果来自适应的选
择SRS权还是PMI权，基站侧和权值配置强相关的具体参数如下：
参数ID
MO
含义
建议值
DL_PMI_SRS_A
DAPT_SW@AdaptiveEdgeExpEnhSwitch
NRDUCellAlgoSwitch
支持MIMO权值在SRS权与PMI权间自适应，在远近点，SRS受限场景均能选取合适权值提升用户传输性能；该开关关闭，小区支持单一权值方案，固定PMI权在近点性能受限，固定SRS权在LOS径远点性能受限且会因为SRS资源受限、权值更新
不及时导致性能恶化
ON
FixedWeightType
NRDUCellPdsch
DL_PMI_SRS_ADAPT_SW关闭时才生效。
0表示固定PMI权，1表示固定SRS权，Notes：
对于非天选，只能PMI权，SRS
权只能1流
SRS_WEIGHT
1.2.2天选终端
针对天选终端，一般基站默认使用SRS权进行调度，此时的Rank调度完全
依赖基站侧对SRS的测量结果来进行。
当然，最初的Rank还是依赖终端上报的RI。
在天选终端调度SRS权的场景，基站侧主要有2种调度Rank的算法，一个叫边界保护的Rank自适应，一种叫谱效率最优的Rank自适应，在商用网场景，推荐使用谱效率最优的Rank自适应，下面简单介绍谱效率最优的Rank自适应方法
谱效率最优的Rank自适应原理是根据最优的谱效率来选择相应的Rank，即对每一个Rank都需要维护一个谱效率计算结果，然后进行对比，选择最优的进行调度
计算谱效率需要输入2个测量结果，一个是累积的外环调整量，一个是当前SRS的测量结果，通过这2个测量来综合计算每个rank的谱效率，具体方法如下：
1）根据SRS测量结果，获得每流的delta-SINR_Layer
2）计算各流的SINR：
SINR_layer=-10*10log（Rank）+SINR_report
+delta_SINR_layer，并且根据计算的外环累积量来计算调整的SINR3）根据加权求和的方法来计算该码字的总谱效率，如果计算出来该码字的
第一流与最优遗留的deltaSINR大于门限MaxCondValueThld（默认15，保留参数可配置），需要在原频谱效率基础上，乘以折算系数EffCoef（默认为0.8，保留参数可配），作为新的码字SINR，这个计算出来的SNR即可认为是谱效率
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升降rank都只能逐阶升降，不能越阶升降
如果在远点，当SRS测量结果较低时，即测量的PreSINR低于某个值时（该值是一个门限），此时基站会认为SRS测量结果不可靠，可以自适应调整到PMI权进行调度
1.2.3非天选终端
对于非天选终端来说，优先使用PMI权，在使用PMI权的场景下，基站实现则相对简单，完全依赖终端上报的RI来进行Rank调度；
但在远点，终端上报RI=1的场景，针对1T4R非天选终端，可以使用SRS权调度，主要是考虑在RI=1场景，1T4R可以将上行1个SRS信道测量结果完全了解清楚，此时使用SRS权调度可以获取SRS测量结果增益。
由于依赖终端上报的RI来进行Rank的调度，那么如果终端上报不准的场景下，可能会损失性能，因此基站在后续版本，针对PMI权引入了Rank探测的算法进行优化，基本原理如下：
探测方向
Rank1<->2
Rank2<->3
Rank3<->4
升
9
默认22，参数可配置
Rank2->3门限-2
降
4
默认18，参数可配置
Rank2<-3门限
基站侧会根据实际调度的MCS来决定是否要向上/向下进行Rank探测，原则是当长期调度的MCS较好时，则向上进行Rank探测，即便是终端上报的RI没有变化的时候，也尝试向上调度Rank；当长期调度的MCS较低时，则向下进行Rank探测，通过这个算法来保证在终端上报不准的时候，进一步来优化Rank调整的空间；默认配置如下：
2.Rank常见问题定位及优化思路
根据Rank原理，结合现网中常见Rank差问题，重点聚焦“UE上报的RI差”及“基站调度的RI差”，梳理Rank问题定位及优化思路。
2.1UE上报的RI差
对于非天选终端，UE使用PMI权，此时Rank自适应算法不生效，gNB直接使用UE上报的RI进行RANK调度，因此UE上报的RI差会导致网络侧调度的RANK值也差。
UE测量的RI可以通过Assistant的UE->NR->Detail->CQIStatistic->WideBand->PCCMeasuredRI进行查看、地理化显示等
UE上报的RI差总体定位思路如下：
2.1.1强邻区不切换导致UE上报的RI低
现象&分析：
强邻区不切换会导致UE无法驻留在最优小区，CSI-RS会受到来自邻区的干扰从而导致UE上报的RI差。
如下图所示，NR最强邻区的SSBRSRP比主服小区强9dB，UE多次上报PCI142&333的A3事件，但是网络侧一直没有
下发辅站变更命令。
优化：
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
Ø5G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
2.1.2下行干扰导致UE上报的RI低
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，CSI-RS的测量同样受到干扰，会出现终端上报的RI低导致gNB调度的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，连续多个路测打点RANK<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，误码远高于收敛值10%，证明网络存在干扰，需要进入干扰排查。
优化：
针对5G干扰问题，需要重点排查以下几种类型的干扰：
序号
干扰类型
干扰来源说明
风险及影响
1
窄带干扰
主要在室内覆盖环境，室分系统中
GSM1800M信号产生2阶互调落在小区带
上行被干扰，通道校
正失败
内，造成窄带干扰；室外站点如果GSM1800M系统的天线存在2阶互调问题，
也会产生窄带干扰对5G系统造成干扰
2
阻塞干扰
小区带内存在持续的大信号，导致AAU上行受到阻塞干扰影响；也可能是邻区用户上行大信号导致的，也可能是天面附件存
在其他系统的信号
上行严重干扰，通道校正失败
3
杂散干扰
存在使用邻频的无线系统，其产生的杂散
信号落在小区上行带内，造成上行干扰
上行严重干扰，通道
校正失败
4
异系统同频干扰
站点附近存在使用相同频段的其他系统，例如同频TDDLTE，PoleStar设备，或者其他厂商的站点，由于上下行配比不同，
造成下行信号对上行的干扰
小区上下行均被干扰，通道校正失败
5
邻区终端干
扰
由于邻区用户上行发射信号过大，对本小
区造成干扰
上行严重干扰，通道
校正失败
6
TDD-LTE干扰
部分区域在3.5G频段使用了LTE-TDD系统，由于子帧结构差异，会对3.5G的5G小区造成上行干扰；干扰强度与离干扰源
站点的距离有关
上行干扰
7
时域类干扰
由于TDD同系统内形成的干扰问题，主要有大气波导干扰，时钟失步干扰，环回干
扰，超远干扰等。
上行干扰
2.1.3RF覆盖差导致UE上报的RI低
1.下行弱覆盖导致UE上报的RI低
现象&分析：
覆盖越差，CSI-RS测量结果越差，UE上报的RI越差，则非天选终端选择低RANK的概率越大；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，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：
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UE上报的RI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UE上报的RI低。
优化：
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
2.1.4基站配置排查
UE上报的RI差需要重点关注CSI-RS相关参数等：
参数ID
参数名称
默认值
NRDUCellPdsch.CSIRS_RATEMATCH_SW@RateMat
chSwitch
CSI-RSRateMatch开关
1
NRDUCellPucch.CsiDedicatedRbNum
CSI专属RB个数
RB2
NRDUCellCsirs.CsiPeriod
CSI周期
SLOT80
NRDUCellCsirs.PERIODIC_CSI_SWITCH@CsiAlg
oSwitch
CSI算法开关
1
NRDUCellRsvdParam.RsvdU8Param47
CSI测量最大Port数
0
NRDUCellRsvd.RsvdParam40
用户CSI-RS调度间隔
0
NRDUCellRsvd.RsvdParam126
CSI-RS功率相对于基准功率的功率偏置值
0
2.2基站调度的Rank差
对于非天选终端，UE使用PMI权，此时Rank自适应算法不生效，gNB直接使用UE上报的RI进行RANK调度，因此UE上报的RI差会导致网络侧调度的RANK值也差，关于UE上报的RI差请参考章节2.1。
对于天选终端，UE使用SRS权，当下行SRS权值与PMI权值自适应算法打开时（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）当用户在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。
当使用SRS权值时：
Ø当PreSINR（SRS信号的信噪比）>ThldSRSforRANK（默认为-2dB，参数NRDUCellRsvd.RsvdParam54控制）则采用谱效率最优的rank自适应方案（参数可配）;
Ø当PreSINR当使用PMI权或DFT权时，都使用UE上报的RI来进行RANK调度：
Ø当使用PMI权时，Rank自适应算法不生效，直接使用UE上报的RI
Ø当PMI未上报或通道校正未通过时，则使用DFT权，根据UE上报的RI来选择rank，但遵从如下规则
●U
升级会员 