摘" 要：独立组网是通过建设独立的5G基站方式组建5G网络，该组网方式投入大，实现基本覆盖时间长，SA组网模式将在5G普及过程中逐步推进。NSA（非独立组网）是5G早期的部署架构，旨在利用现有的4G基础设施快速扩展5G网络。为了能够更好地利用通信网络资源，为网络用户提供优质的网络服务，文章从5G无线网络架构出发，重点分析了5G网络的性能参数，并围绕不同类型的网络性能指标问题分析网络优化策略，最后通过软件仿真平台对网络性能的全网参数优化进行验证分析。分析结果表明优化后的无线网络性能得到明显的提升。
关键词：独立组网；无线网络；性能分析；网络优化
中图分类号：TN929.5" " 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）12-0001-04
Analysis of Network Performance and Optimization Strategy of 5G Network
under Standalone Network
LIANG Youcheng， WANG Weixiong， WU Qinhao
（Guangzhou Civil Aviation College， Guangzhou" 510403， China）
Abstract： Standalone （SA） network architecture establishes 5G network by building independent 5G base station， which has large investment and a long basic coverage time. SA network mode will be gradually promoted in the process of 5G popularization. NSA （Non-Standalone） is the early deployment architecture of 5G， aiming to use the existing 4G infrastructure to rapidly expand 5G networks. In order to make better use of communication network resources and provide high-quality network services for network users， this paper starts from the 5G wireless network architecture， focuses on the analysis of 5G network performance parameters， analyzes the network optimization strategy around different types of network performance indicator problems， and finally verifies and analyzes the optimization of the whole network performance through the software simulation platform. The analysis results show that the optimized wireless network performance is significantly improved.
Keywords： SA network; wireless network; performance analysis; network optimization
0" 引" 言
随着移动通信用户数量的快速增长，人们对移动通信业务需求也在不断提升，移动通信系统架构也在不断变化，至今已经经历了五代系统的变革[1，2]。国内运营商在2018年开始采用5G通信设备部署5G移动网络实验局；2019年6月6日工业和信息化部正式向国内运营商发布5G移动网络牌照，在2019年10月31日国内5G移动网络正式商用，这标志着国内移动通信网络进入5G时代。
5G通信系统主要包括5G接入网和5G核心网两大部分，为更好地支持典型应用场景下的不同业务需求，5G网络中无线侧与核心侧架构相对于4G网络均发生了较大的变化。基于用户面与控制面独立的原则，采用更灵活的网络节点已成为5G网络架构最核心的部分[3]。过去，移动通信系统的网络部署完全是独立进行的，一般不会对已建成的移动通信系统加以考虑；到了5G时代，受诸多因素影响，5G设备将长期与4G设备共存甚至紧密合作，因此4G与5G的联合部署成为网络部署策略研究的重点。根据3GPP的规划，5G组网策略分为非独立（Non-Standalone， NSA）组网和独立（Standalone， SA）组网两种，独立与非独立在于是否利用4G技术设施进行部署[4]。SA组网是通过建设独立的5G基站方式组网，需要完全新建5G核心网才能投入使用。该组网方式投入更大，实现基本覆盖需要更长的时间。所以SA组网模式会在NSA 5G普及过程中逐步推进[5，6]。
从1G到当前的5G通信系统，无线通信系统的特性持续演进增强，但无线网络的最基本特征却没有发生很大变化，即无线接入网必须保证无线终端用户能够以一定概率顺利接通并且正常通信[7，8]。通信网络在早期建设或后期升级改造过程中一般会对网络性能产生影响，为保障通信业务质量，需要对通信网络进行优化[9，10]。对无线网络优化是保障网络运转的重要措施，主要通过对即将投入运行或运行中的通信网络，进行网络参数的采集、分析，得出影响网络运行质量的问题，进而通过采取技术手段对网络参数调整，使得通信网络的运转达到最佳状态，同时也对通信网络后期的维护及规划提供参考。
目前，国内通信运营商已建成先进成熟的5G通信网络，逐步实现5G通信业务的全覆盖。因此，通过对5G无线通信网络的性能参数及网络覆盖信号质量等问题进行分析，并围绕不同类型的网络问题提出网络优化策略对现有网络资源进行有效配置和进行网络优化就显得尤为重要。
1" 无线网络优化原理分析
5G无线的网络优化是基于5G基本原理，在协议层面、终端、无线和核心网的技术层面通过无线射频优化、设备性能参数优化、端到端优化以及全网性能优化等方式，提升网络性能，以实现最优的5G无线网络性能，构建近乎完美的通信网络，支撑各类5G用户的业务需求[11]。在进行5G网络优化前，首先要对整张通信网络进行系统性评估，然后根据评估的结果明确网络规划优化的原则，并且获取5G无线网络优化的前提条件。
5G无线网络优化工作涉及诸多方面，总的来说可以分为工程优化和运维优化两个阶段。工程优化是指建网时的优化，优化工作主要是网络建设初期以及网络扩容后的优化；运维优化针对网络运行阶段，也可以理解为日常优化，主要是通过整合网络维护中心、现场业务测试、处理业务投诉等各方面的工作，主要偏向于局部网络的故障排除及单站性能的提升。
在5G无线网络优化中，5G NR覆盖优化是网络性能参数的基础。对无线网络覆盖进行优化操作，进而改善网络覆盖范围、降低网络干扰，这也成为通信网络业务应用和性能提升的重要保障。无线网络覆盖优化工作贯穿通信网络建设运维的各个阶段，是5G通信网络优化的重要工作内容。
2" 5G无线网络性能指标
相比于4G网络，5G网络的网络架构更加复杂，需要优化的网络指标更多。其中，部分关键网络参数的优化会直接影响到网络的通信质量，当前国内通信运营商对5G网络的性能涉及的主要统计指标有以下几点。
2.1" 覆盖优化
无线网络覆盖是指网络信号的覆盖范围，网络覆盖优化主要通过调整网络参数来保障网络的基本覆盖水平，抑制不同站点间的信号干扰，进而提升通信业务的质量。5G网络覆盖优化主要工作是消除网络中存在的越区覆盖和导频污染、覆盖空洞、弱覆盖等问题。越区覆盖和导频污染主要是信号的交叉覆盖引起的，覆盖空洞和弱覆盖主要是由覆盖信号质量引起的。从现场工作实施的角度来说，覆盖优化主要工作是消除通信网络存在的交叉覆盖和弱覆盖。
和4G一样，5G中覆盖类的关键指标主要还是RSRP和SINR，但是5G中RSRP/SINR的种类和4G不同。5G NR网络覆盖不同于4G网络，它主要测量网络同步信号（SS-RSRP和SS-SINR）或信道状态信息参考信号（CSI-RS），目前5G通信网络主要采用测量同步信号的方式评估网络覆盖性能。
2.2" 切换优化
移动通信网络切换指在保障通信业务的基础上终端从一个小区或信道切换到另外一个小区或信道，切换过程由终端、接入网、核心网共同完成。理想情况下基站允许终端上报服务小区和邻居小区信号质量，通过单次的测量触发切换；而现实中频繁的乒乓切换，会造成基站过载。为了避免这种情况发生，3GPP规范提出了一套测量和报告机制，这些测量和报告类型称为“事件”。5G NR切换优化众多，主要涉及基站、传输、终端等工作状态，在对基站、传输、终端等问题排查后再进行网络切换分析。
2.3" 时延优化
对于移动通信业务而言，最重要的时延是端到端时延，即对于已经建立连接的收发两端，数据包从发送端产生，到接收端正确接收的时延。根据通信业务模型间的差异，端到端时延主要分单程时延和回程时延；数据包从发射端产生经过无线通信网络后准确到达接收端的时延称为单程时延，数据包从发射端产生到接收端接收到数据包并返回相应的数据包至发射端收到应答数据包的时延称为回程时延。
2.4" 速率优化
移动用户的速率通常采用吞吐率来表示，是指在一定时间内完成的任务数量或数据量；吞吐率上行和下行一般分开表示，5G时代通信业务以下行业务为主，所以更多地关心下行吞吐率。业务速率低的问题，可以分解到服务器及传输问题、测试电脑及终端问题、无线环境问题以及基站相关参数设置问题。在5G网络速率优化中，首先应充分发挥5G网络本身高阶MIMO、高阶调制的特性，另外也要充分考虑5G网络独具的点覆盖、小连片覆盖特性，通过调整网络参数对通信网络进行全网性能优化。
2.5" 容量优化
容量一般指系统可容纳多少用户，一般和系统数据的吞吐量、用户接入数量、RRC信令指标及系统带宽资源有关。随着5G通信技术的发展和用户的快速增长，热点区域小区的通信业务负荷逐渐升高，用户的不均匀分布使得部分业务小区出现高负荷情况；热点区域小区均匀覆盖和单载波已经不能满足通信用户的需求，更应该考虑小区间覆盖伸缩及双载波部署等技术。对通信网络运维人员，可通过在热点区域调整覆盖参数、优化网络性能、均衡网络负荷、扩展网络资源等方式来提升通信网络容量。
2.6" 掉话优化
网络掉线是通信用户在接入完成RRC连接后处于连接态，由于网络原因导致的通信用户上下行同步失败，触发重建立请求但重建立失败或者重建立被拒绝，或未触发重建立请求直接释放到空闲状态的过程。
掉话通常可以用掉话率来表述，中国电信对掉线率定义如下：
（1）
掉线的原因较多，可通过检查掉话相关站点的告警、检查传输网络的丢包情况、排查终端问题、排查弱覆盖问题、排查随机接入参数问题、排除站点解决干扰问题等方式进行掉话优化。
3" 5G无线网络优化实例
5G网络优化首先需要在完成设备检查后对各个站点进行设备功能的测试，再获取通信网络中的站点资料。根据工作需要，开展站点优化，通过站点优化，分析网络存在的问题，为后期问题定位和问题解决提供参考。网络数据采集是网络优化工作的第一步，可通过数据采集采集无线网络覆盖的相关数据。路测是常用的数据采集方式，一般通过室外驾驶测试车辆沿规划路线进行数据收集来完成。测试数据获取后进行覆盖评估，是指数据采集后对关注的覆盖指标进行定性的评估。
为了更好地验证5G网络的参数优化过程，本文选取中兴信雅达公司的5G仿真平台进行通信网络仿真分析，通过软件仿真构建仿真情景，本次仿真选取市区环境模型下的8个基站进行分析，每个基站布放小区数量为3个，小区中天线的倾角、方位角、信号强度等都采用默认参数。在仿真平台完成基本网络构建后，可以通过小区信号分析功能查看分析各个基站小区的信号情况。每个测试点上的数值大小对应该测试点的信号强度，该数值越大表示接收信号强度越好。通过仿真软件进行网络性能仿真分析，执行仿真测试后的测试结果如图1所示。
从图1可以看出，在该路段中的部分黑色采样点的5G NR SS-RSRP值低于-110 dBm或5G NR SS-SINR值低于-5 dBm，这说明测试链路部分测试点的信号质量都比较差，存在弱覆盖的问题，需要进行分析优化。通过仿真结果结合信令分析可以初步判断出存在弱覆盖问题是由站点7的2号小区引起的，可通过增大小区的SS-PBCH-BlockPower或增大5G小区的重新优先级来改善信号覆盖情况。
我们选取站点1进行端到端数据分析，采用网络优化仿真软件，查询站点的覆盖、切换、容量、掉话、速率、时延等参数，各项配置结果具体参数如图2所示，从图2可以看出，分析站点的采样点RSRP占比和容量利用率都不满足5G网络的要求，需要对网络性能进行优化，已满足网络使用要求。
通过调整天馈的下倾角、方位角、天线挂高等参数，可解决弱覆盖问题；通过调整无线切换参数，可提升切换成功率；通过调整时延类参数，可改善网络时延；通过覆盖调整、参数优化、负荷均衡、资源扩容等方式可提升网络容量；通过排查网络问题，可解决掉线问题。在配置功能选型下可对站点进行优化调整，通过调整安装站点参数可改善网络质量，优化后的参数如图3所示，从图2和图3可以看出，优化后的网络小区统计指标比优化前得到了很好的提升。
4" 结" 论
移动通信网络作为通信的基础网络，直接面向移动用户，通信网络的网络质量直接影响用户的体验。前期网络规划的不足及后期的升级改造引起网络的变迁等因素引起了网络性能的变化，影响网络通信质量。通过后期网络数据采集分析，可逐步发现存在的网络缺陷，通过对在用的网络进行网络优化改造可以更好地提升网络性能，满足用户需求。本文主要从网络架构分析了SA架构下的5G无线网络性能指标，通过对这些网络性能的分析得出提升通信网络质量的优化方法；并通过采用软件仿真设计探讨了无线通信网络的信号采集分析及性能指标优化的基本方法，优化后的网络信号覆盖及系统容量都得到很好的提升。
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作者简介：梁有程（1981—），男，汉族，广东茂名人，副教授，硕士，研究方向：通信技术。
