高職移動(dòng)通信無線優(yōu)化教學(xué)的疆與界

俞興明 周 燕 戴桂平 陶文林

蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院通信技術(shù)系

0 引言

在信息通信技術(shù)的發(fā)展中，移動(dòng)通信技術(shù)是技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，短短四十多年，移動(dòng)通信技術(shù)從1G發(fā)展到現(xiàn)在的5G。在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，除了核心網(wǎng)和承載網(wǎng)，其最主要的部分就是無線接入網(wǎng)。從1G到5G，都是由地面大量的基站發(fā)射和接收無線信號(hào)而構(gòu)成的蜂窩式無線接入網(wǎng)。從1G時(shí)的低頻段大區(qū)制到5G頻段的厘米波宏基站乃至毫米波微基站皮基站，移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)正向越來越高的頻段、越來越小的基站覆蓋、越來越大的用戶容量等方向發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)也越來越復(fù)雜、越來越精細(xì)。

移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量最直接地影響著用戶的感知和體驗(yàn)，一個(gè)片區(qū)的移動(dòng)通信基站開通調(diào)測完成之后，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化質(zhì)量的好壞對(duì)用戶的體驗(yàn)效果有巨大的差別。因此，移動(dòng)通信各大營運(yùn)商都分片區(qū)雇傭大量的優(yōu)化隊(duì)伍從事無線網(wǎng)絡(luò)的全生命周期優(yōu)化工作，由于該工作理論性和技術(shù)實(shí)踐性都較強(qiáng)，且經(jīng)常要去野外測量，因此非常適合高等職業(yè)院校畢業(yè)生從事該工作。由于1G~3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)幾乎被淘汰，本研究就從高職院校教學(xué)的角度討論正在大量使用的4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，以及學(xué)生所需做所需掌握的技能。

1 4G和5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

移動(dòng)通信技術(shù)從4G開始就成為一個(gè)全數(shù)字域IP通信的網(wǎng)絡(luò)。相比于前面幾代移動(dòng)通信，從4G開始，為了提高傳輸速率和降低時(shí)延，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)趨向于扁平化。5G更是一個(gè)全面云化的IT化網(wǎng)絡(luò)。圖1、圖2分別是4G移動(dòng)通信典型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 4G移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 4G/5G移動(dòng)通信無線優(yōu)化涉及的內(nèi)容

移動(dòng)通信無線優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是對(duì)基站和用戶終端發(fā)送/接收的空中無線信號(hào)的性能進(jìn)行改善，使無線網(wǎng)絡(luò)在覆蓋、容量、質(zhì)量間取得最佳平衡點(diǎn)。傳統(tǒng)無線優(yōu)化的具體工作是通過數(shù)據(jù)采集（包括路測DT和撥打測試CQT）、性能分析、優(yōu)化方案制定、優(yōu)化方案實(shí)施等一系列步驟來完成。路測（DT）是最基礎(chǔ)性的工作，是剛學(xué)習(xí)無線網(wǎng)優(yōu)后的高職學(xué)生首先要學(xué)會(huì)的技能，其具體工作包括：乘坐小汽車，打開筆記本電腦（或路測智能終端）中的路測軟件；路測手機(jī)、GPS、軟件加密狗等外圍設(shè)備的軟硬件連接；路測參數(shù)設(shè)置；路測腳本命令文件的編寫；啟動(dòng)、記錄路測日志（log文件）等。在路測過程中除了專業(yè)路測軟件會(huì)把各種無線參數(shù)記錄在日志文件中之外，路測人員還需要隨時(shí)用紙和筆記下路測中發(fā)現(xiàn)的明顯異常情況。路測數(shù)據(jù)采集完成后，優(yōu)化人員要從路測軟件中導(dǎo)出并在專業(yè)分析軟件中回放日志文件，找出無線網(wǎng)絡(luò)存在的各類問題和發(fā)生的區(qū)域，分析造成問題的原因，寫成優(yōu)化分析報(bào)告，提出解決問題的方案，實(shí)施優(yōu)化調(diào)整，最后進(jìn)行復(fù)測驗(yàn)收。上述優(yōu)化的過程是循環(huán)的工作，直到對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)指標(biāo)滿意為止。路測、分析、報(bào)告形成、方案實(shí)施等步驟可以是同一批人員進(jìn)行，也可以由不同的人員執(zhí)行，其中路測（DT）的技術(shù)含量比較低，高職通信專業(yè)畢業(yè)生稍加培訓(xùn)即可勝任；日志文件分析、問題查找、優(yōu)化方案提出及實(shí)施等工作，涉及到移動(dòng)通信原理、信令分析、話務(wù)統(tǒng)計(jì)分析及配置參數(shù)修改等知識(shí)技能，一般需要有幾年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高職畢業(yè)生或本科及以上畢業(yè)生來完成。

移動(dòng)通信無線優(yōu)化工作中涉及到的優(yōu)化問題大體有以下幾個(gè)方面。

（1）覆蓋優(yōu)化。由于4G/5G都屬于地面覆蓋的蜂窩式移動(dòng)通信技術(shù)，無線信號(hào)覆蓋是移動(dòng)通信服務(wù)的最基本前提，因此覆蓋優(yōu)化是移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中最基礎(chǔ)的優(yōu)化。除正常信號(hào)強(qiáng)度覆蓋外，無線覆蓋的問題有空洞覆蓋、弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、超遠(yuǎn)覆蓋、無主覆蓋等問題。因此要求學(xué)生不僅要掌握4G和5G正常覆蓋的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)，還能在實(shí)際路測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)上述覆蓋問題，并能分析原因，提出優(yōu)化措施。

（2）信干噪比（SINR）優(yōu)化。在移動(dòng)通信中，良好的無線信號(hào)強(qiáng)度覆蓋只是用戶體驗(yàn)好的必要條件而非充分條件。在4G和5G移動(dòng)通信中，要用戶下載速率高、用戶體驗(yàn)好、網(wǎng)絡(luò)吞吐量大，還必須使接收信號(hào)中的有用信號(hào)功率與干擾和噪聲功率之和的比（信干噪比SINR）要高。因此要求學(xué)生明白信干噪比（SINR）的定義，信號(hào)中干擾的原因和噪聲的來源。4G和5G的每個(gè)無線小區(qū)都有CPI碼，要讓高職學(xué)生明白PCI碼與小區(qū)參考信號(hào)（RS）之間或同步信號(hào)塊（SSB）的關(guān)系，懂得如何配置各個(gè)相鄰小區(qū)的PCI碼才能使相鄰小區(qū)間的RS信號(hào)或SSB信號(hào)干擾最小。需要會(huì)分析系統(tǒng)內(nèi)干擾、不同制式移動(dòng)系統(tǒng)之間干擾和系統(tǒng)外干擾。碰到疑難干擾問題時(shí)還要借助路測掃頻測試結(jié)果和后臺(tái)話務(wù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析。

（3）接入優(yōu)化。用戶有時(shí)會(huì)碰到信息發(fā)不出去或很慢發(fā)出去的情況，這就是接入成功率低的問題。接入成功率低，涉及到用戶終端（UE）發(fā)射信號(hào)功率低、無線環(huán)境復(fù)雜、干擾大、基站無線資源不足等原因。作為高職學(xué)生學(xué)習(xí)移動(dòng)通信無線優(yōu)化，必須要了解用戶終端隨機(jī)接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的信令流程，能通過專業(yè)的測試軟件捕捉和分析信令流程走到哪一步時(shí)出錯(cuò)，中高級(jí)分析人員還要會(huì)分析信令中包含的各種參數(shù)，從中找到隨機(jī)接入設(shè)備的根本原因。

（4）切換優(yōu)化。移動(dòng)通信與固定無線通信（如WiFi等）的根本區(qū)別是前者能夠切換，即UE在移動(dòng)的過程中無線接入點(diǎn)能從一個(gè)無線小區(qū)切換到相鄰的無線小區(qū)，而保持通信的連續(xù)性。移動(dòng)通信的切換是一個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)接過程，涉及到用戶終端和基站之間的信令交互流程，也可能涉及到核心網(wǎng)（EPC或NGC）。4G和5G都屬于硬切換，即“先斷后接”，接的過程是非競爭性隨機(jī)接入。一次成功的切換要經(jīng)過在源基站和目標(biāo)基站甚至核心網(wǎng)之間幾十條無線信令的交互，其中某一條信令接收解碼的差錯(cuò)就會(huì)導(dǎo)致切換的失敗。因此，要查找切換成功率低的原因，高職學(xué)生必須了解切換的信令流程，會(huì)運(yùn)用專業(yè)軟件分析信令流程，會(huì)查找并分析信令中包含的各種參數(shù)。

（5）掉話優(yōu)化。在移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，掉話又稱掉線。無線掉線率等于（基站請(qǐng)求釋放上下文數(shù)-正常的基站請(qǐng)求釋放上下文數(shù)）/初始上下文建立成功次數(shù)，它反映了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)通訊保持能力，也反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是用戶直接感受的重要性能指標(biāo)之一。掉線的原因可能是由于無線信號(hào)弱、無線干擾、切換的不成功、基站過載、小區(qū)阻塞、甚至與核心網(wǎng)的S1鏈路失敗等原因。掉話分析要從信令上著手逐步檢查關(guān)鍵原因。

（6）速率優(yōu)化。理論上4G用戶的速率最大可達(dá)100Mbps，5G用戶的最大速率可達(dá)1Gbps，但實(shí)際有很多地方達(dá)不到上述速率，甚至相差甚遠(yuǎn)，這就需要進(jìn)行專門的速率優(yōu)化。速率優(yōu)化不同于前面三者的優(yōu)化，接入、切換和掉線本質(zhì)上都屬于信令面的問題，而業(yè)務(wù)速率低屬于用戶面的問題，因此，傳統(tǒng)的指標(biāo)監(jiān)控、信令跟蹤等數(shù)據(jù)在分析速率問題時(shí)作用就很有限，所以在分析低速率問題時(shí)，需要前臺(tái)測試結(jié)合數(shù)據(jù)包抓包等多種手段綜合分析。由于從業(yè)務(wù)服務(wù)器到用戶終端（UE）要經(jīng)過很多網(wǎng)元設(shè)備，不僅僅是無線空口，因此，要從事速率優(yōu)化，高職學(xué)生必須懂得4G/5G端到端數(shù)傳架構(gòu)及整體處理思路，懂得基本的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信TCP/IP協(xié)議原理，會(huì)使用一些軟件工具如FTP下載和TCP灌包抓包工具軟件，并具有對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析的能力。

對(duì)于上述移動(dòng)通信中無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題，涉及到很多無線參數(shù)的設(shè)置和實(shí)測數(shù)據(jù)的問題，表1以4G（LTE）系統(tǒng)為例列出了上述無線優(yōu)化問題的一些主要關(guān)注的參數(shù)。5G基本參數(shù)與4G類似，但由于有NSA和SA組網(wǎng)兩種方式，NSA中又有多種架構(gòu)，還涉及到4G與5G之間的互操作問題，情況更加復(fù)雜。

表1 4G無線優(yōu)化問題有關(guān)主要參數(shù)

3 高職學(xué)校學(xué)生需掌握的無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技能

為了適應(yīng)移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，高職院校通信技術(shù)專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生應(yīng)具有一定的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)，并具有較好的無線優(yōu)化實(shí)際操作技能，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

一是熟悉移動(dòng)通信系統(tǒng)的原理。包括：（1）熟悉4G/5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成，包括各個(gè)網(wǎng)元設(shè)備的功能、設(shè)備接口及連接關(guān)系。（2）熟悉各網(wǎng)元設(shè)備接口通信的協(xié)議原理，特別是無線空口的協(xié)議原理。（3）初步熟悉無線空口的各類事件的高層信令流程，包括能解析和分析信令中主要參數(shù)的含義。這部分知識(shí)學(xué)生掌握的好壞，將決定著學(xué)生能在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的崗位走到那一層次。（4）熟悉4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)常見的一些KPI指標(biāo)的含義及要求。（5）了解數(shù)據(jù)通信TCP/IP協(xié)議原理，能對(duì)端到端數(shù)據(jù)傳輸問題進(jìn)行分析。

二是掌握移動(dòng)通信無線優(yōu)化常用的軟硬件工具使用方法。包括：（1）熟練掌握無線路測軟件，如華為Probe、中興Axon10 Pro、珠海鼎利Pioneer、或大唐Outum、ETG等路測軟件的操作方法。（2）熟練掌握專業(yè)分析軟件的操作方法，能通過對(duì)路測日志文件的回放發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)存在的各種問題，能提出優(yōu)化方法和措施。（3）初步能讀懂路測軟件捕捉到的無線信令，并能判斷其中的參數(shù)設(shè)置是否合理。（4）掌握射頻優(yōu)化的方法，如借助羅盤、方位儀等工具，對(duì)天線高度、方位角、下傾角等做出調(diào)整。（5）初步能對(duì)基站設(shè)置的無線參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化。

移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的技能可分為初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)技能，各級(jí)技能的要求如表2所示。對(duì)于高職院校通信技術(shù)專業(yè)的新畢業(yè)生，大部分應(yīng)該要求具備移動(dòng)通信無線優(yōu)化的初級(jí)技能，少數(shù)優(yōu)秀的學(xué)生掌握中級(jí)技能。高職學(xué)生經(jīng)過幾年實(shí)踐工作的學(xué)習(xí)和鍛煉，力爭達(dá)到中級(jí)甚至高級(jí)的技能水平。

表2 移動(dòng)通信無線優(yōu)化技能等級(jí)要求

針對(duì)上述技能要求，高職通信技術(shù)專業(yè)應(yīng)首先設(shè)置簡化版的“信號(hào)與系統(tǒng)”和“通信原理”專業(yè)基礎(chǔ)課程，使學(xué)生首先理解通信信號(hào)的帶寬、頻譜、時(shí)頻關(guān)系互換的概念，了解數(shù)字信號(hào)的各種載波調(diào)制方式、香農(nóng)公式、傳輸可靠性與有效性的關(guān)系、基本的檢錯(cuò)糾錯(cuò)原理、HARQ的基本知識(shí)等。然后開設(shè)“移動(dòng)通信原理”課程，主要講授4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成、簡要介紹OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)原理、主要接口、協(xié)議原理、無線幀結(jié)構(gòu)、主要過程的信令流程等；針對(duì)現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)有線和無線混合的IP化數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，高職通信技術(shù)專業(yè)還應(yīng)開設(shè)“數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)”或“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程，使學(xué)生懂得OSI、TCP/IP協(xié)議基本原理、IP數(shù)據(jù)包傳輸基本原理，掌握規(guī)劃設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備IP地址等基本技能；接下來要開設(shè)“移動(dòng)通信基站的安裝與調(diào)測”課程，使學(xué)生懂得基站設(shè)備的硬件安裝要求、基站設(shè)備的開通流程、要設(shè)置哪些參數(shù)等；最后開設(shè)“移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)”課程，重點(diǎn)講授移動(dòng)通信的無線頻段分配、無線信號(hào)傳播模型、天線輻射特性、無線網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)、路測（DT）技能、RF覆蓋優(yōu)化、干擾優(yōu)化、接入優(yōu)化、切換優(yōu)化、速率優(yōu)化等專題優(yōu)化的工作技能。學(xué)生對(duì)這些課程的理解和掌握程度，決定了他能達(dá)到的從事移動(dòng)通信無線優(yōu)化的技能等級(jí)。

這里需要指出的是，5G的無線信號(hào)由于頻率比4G高得多，覆蓋半徑比4G小很多，無線環(huán)境更復(fù)雜，還有宏基站、微基站、皮基站、飛基站等多類型基站覆蓋，5G的無線優(yōu)化技術(shù)要比

4G復(fù)雜得多。隨著無線優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，5G無線優(yōu)化正向采用大數(shù)據(jù)、智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。對(duì)于5G移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)來說，以智能運(yùn)營平臺(tái)為依托，將來可做到NSA優(yōu)化、SA優(yōu)化、聯(lián)合優(yōu)化三位一體；以質(zhì)量數(shù)據(jù)為反饋，可以以網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的變化證明方案的優(yōu)劣和對(duì)錯(cuò)，進(jìn)行試錯(cuò)調(diào)優(yōu)；以KPI、MR、全信令等全量端到端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為依據(jù)，產(chǎn)生精細(xì)優(yōu)化方案；以專項(xiàng)優(yōu)化為維度，從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和技術(shù)研究角度迭代開展場景差異化優(yōu)化工作；對(duì)重點(diǎn)場景，要進(jìn)行覆蓋評(píng)估、質(zhì)量分析、指標(biāo)監(jiān)控、參數(shù)優(yōu)化、多網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化。因此，為了迎接未來的技術(shù)發(fā)展，高職通信技術(shù)專業(yè)也要開設(shè)大數(shù)據(jù)和人工智能類專業(yè)拓展課程。

4 結(jié)束語

對(duì)于高等職業(yè)院校通信專業(yè)的畢業(yè)生來講，畢業(yè)后常見的崗位有移動(dòng)通信基站安裝調(diào)測、無線優(yōu)化、工程督導(dǎo)、數(shù)通網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)、寬帶接入等。隨著5G建設(shè)的不斷推進(jìn)，需要大量的無線優(yōu)化人才。然而，移動(dòng)通信無線優(yōu)化崗位技術(shù)入門容易但學(xué)精難。高職院校通信專業(yè)的畢業(yè)生，只有經(jīng)過前面安裝到調(diào)測等崗位的鍛煉，堅(jiān)持相應(yīng)新技術(shù)的學(xué)習(xí)，再轉(zhuǎn)到無線優(yōu)化崗位，才有學(xué)好學(xué)精無線優(yōu)化技術(shù)、從初級(jí)到中級(jí)到高級(jí)崗位的潛力。