一種新的基于MR的移動網(wǎng)絡(luò)越區(qū)覆蓋判別算法

黃 濤,徐 利,周 晨,黃本雄,涂 來

(1.武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司,武漢430073;2.華中科技大學(xué)電子與信息工程系,武漢430074)

1 引 言

當(dāng)代社會是一個(gè)信息快速互通的社會,移動通信網(wǎng)絡(luò)在人們的生活當(dāng)中無處不在,而如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò),則是一個(gè)長期的問題。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要工作是采用技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)并解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中存在的問題,從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo),改進(jìn)用戶體驗(yàn)。移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的場強(qiáng)覆蓋及容量是其網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn),對場強(qiáng)覆蓋和容量的優(yōu)化能夠有效提高移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能。場強(qiáng)覆蓋分析能夠反映小區(qū)無線信號的覆蓋情況,是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員調(diào)整小區(qū)配置的重要依據(jù)[1],而通過覆蓋優(yōu)化來改善TD-CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的性能是一種普遍又有效的方法[2]。

覆蓋分析的目的是為了確定基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)的信號質(zhì)量情況,以及基站覆蓋區(qū)域的最大覆蓋面積。在移動網(wǎng)絡(luò)中,影響覆蓋的因素有很多,例如業(yè)務(wù)鏈路平衡、多徑效應(yīng)、路徑損耗等。覆蓋分析是無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的前提,是提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ),也是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)其他優(yōu)化的基本條件。文獻(xiàn)[3-6]從時(shí)間提前量等方面提出了GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋分析的新算法;文獻(xiàn)[7-11]從不同的場景提出了不同的解決覆蓋分析的應(yīng)用思路;文獻(xiàn)[12]構(gòu)建了架構(gòu),從信令收集的角度提出了覆蓋的偵測方案,然而并沒有描述使用哪個(gè)信令和具體應(yīng)該如何偵測。本文使用了信令中的MR測量報(bào)告數(shù)據(jù),通過具體的實(shí)例,分析了越區(qū)覆蓋的偵測方案和檢測算法。

一般來講,導(dǎo)致越區(qū)覆蓋現(xiàn)象的原因主要有基站的發(fā)射功率太大、天線下傾角設(shè)置不合理、無線環(huán)境因素的影響等。這些影響因素常常根據(jù)實(shí)際環(huán)境的不同而發(fā)生改變,往往具有隱蔽性,從而導(dǎo)致了越區(qū)覆蓋的隱蔽性。越區(qū)覆蓋現(xiàn)象比較難直接發(fā)現(xiàn),常常是依靠路測和用戶投訴進(jìn)行檢查的。在傳統(tǒng)的網(wǎng)優(yōu)過程中,尚未找到能夠快速發(fā)現(xiàn)越區(qū)覆蓋的方法。

本文使用的MR(Measurement Report)又稱測量報(bào)告。用戶終端在業(yè)務(wù)信道上向基站每480 ms發(fā)送一次數(shù)據(jù),MR測量報(bào)告來源于其中的上傳數(shù)據(jù)。在MR測量報(bào)告數(shù)據(jù)的幫助下,較難檢查越區(qū)覆蓋的這一情況可以得到改善。本文的主要貢獻(xiàn)包括基于用戶切換掉話的原理,利用所獲取的MR測量報(bào)告數(shù)據(jù)提出了越區(qū)覆蓋的新的判別策略;設(shè)計(jì)了一種合理有效的越區(qū)覆蓋的判決算法,從而解決了越區(qū)覆蓋發(fā)現(xiàn)難的問題。另外,通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中的實(shí)例驗(yàn)證了這些檢測方法的有效性。

2 越區(qū)覆蓋及其現(xiàn)有檢測算法

越區(qū)覆蓋是由于基站天線過高或者俯仰角過小引起的該小區(qū)覆蓋距離過遠(yuǎn),從而越區(qū)覆蓋到其他站點(diǎn)覆蓋的區(qū)域。越區(qū)覆蓋容易導(dǎo)致孤島效應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。所謂孤島效應(yīng)是指某基站小區(qū)由于種種原因在遠(yuǎn)離本小區(qū)的規(guī)劃覆蓋區(qū)域外形成了一個(gè)強(qiáng)信號區(qū)域。如圖1所示,小區(qū)D在遠(yuǎn)離自己規(guī)劃覆蓋區(qū)域外形成一個(gè)強(qiáng)信號的區(qū)域,該孤島區(qū)域在小區(qū)A的覆蓋區(qū)域中。由于小區(qū)A和小區(qū)D相距很遠(yuǎn),兩小區(qū)之間沒有配置鄰區(qū)關(guān)系,這導(dǎo)致孤島區(qū)域的用戶脫離孤島區(qū)域?qū)で笄袚Q時(shí),往往找不到可用的鄰區(qū),導(dǎo)致切換失敗,產(chǎn)生通話掉話等現(xiàn)象。另外,由于越區(qū)覆蓋吸收額外的話務(wù),會造成越區(qū)的小區(qū)信道擁塞,影響用戶的使用,而且會出現(xiàn)由于擁塞造成的掉話率較高、切換成功率較低等情況。

圖1 孤島效應(yīng)示意圖Fig.1 Diagram of islanding effect

現(xiàn)在基于MR的越區(qū)覆蓋檢測算法有直接判別法和等比例擴(kuò)大半徑判別法。

(1)直接判別法

對于每個(gè)基站來說,都有基站的基本配置信息,其中基站小區(qū)半徑指明了每個(gè)基站所覆蓋的面積為多大。越區(qū)覆蓋直接判決法是直接根據(jù)基站配置覆蓋面積進(jìn)行判斷,如圖2所示,根據(jù)MR定位的地理信息,當(dāng)MR處于基站配置覆蓋面積內(nèi)時(shí)判定為正常覆蓋,當(dāng)MR處于基站配置覆蓋面積外時(shí)判定為越區(qū)覆蓋。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),在基站建站的時(shí)候,為了保證覆蓋率,基站的實(shí)際覆蓋面積往往比基站的配置覆蓋面積要大,各個(gè)基站的實(shí)際覆蓋面積往往有重疊覆蓋的部分,所以僅將MR的地理位置與基站覆蓋區(qū)域進(jìn)行比較是不合理的。

圖2 MR地理位置示意圖Fig.2The diagram of locations inMR

圖2 中,A點(diǎn)為基站的位置,r1為 A基站的配置覆蓋半徑,B點(diǎn)為上報(bào)MR的UE位置。

(2)等比例擴(kuò)大半徑判別法

為了改變越區(qū)覆蓋直接判決法的缺陷,可以對越區(qū)覆蓋面積做出一定的調(diào)整,如圖3所示,根據(jù)基站A的配置覆蓋半徑,依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)按照一定的比例擴(kuò)大越區(qū)覆蓋判斷半徑,從而確定越區(qū)覆蓋判決范圍,然后可以利用MR的地理位置作為判決越區(qū)覆蓋的條件。

等比例擴(kuò)大半徑判別法具有一定的可行性,但是最大的缺點(diǎn)是太過依賴工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),r2∶r1的經(jīng)驗(yàn)比例很難統(tǒng)一,不同的工程師對于越區(qū)范圍的判斷可能不同。

圖3 越區(qū)覆蓋示意圖Fig.3 The diagram of cross-district coverage

圖3 中,A為基站位置,r1為基站A的配置覆蓋半徑,r2為基站A的越區(qū)覆蓋判決半徑。

3 鄰區(qū)判別法

上面兩種越區(qū)判決方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中,越區(qū)覆蓋直接判別法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、速度快,缺點(diǎn)是誤報(bào)率比較高。等比例擴(kuò)大半徑判別法的優(yōu)點(diǎn)是誤報(bào)率相對低、相對簡單,缺點(diǎn)是需要經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

下面基于MR提出一種新的越區(qū)覆蓋判別方法——鄰區(qū)判別法,這種方法可以克服直接判別法誤報(bào)率高的問題并且不需要經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

通過對越區(qū)覆蓋過程中,UE小區(qū)切換失敗,導(dǎo)致通話掉話的原理的研究,我們可以設(shè)計(jì)出一種新的越區(qū)覆蓋判斷準(zhǔn)則,又稱鄰區(qū)判別法。

當(dāng)MR處于目標(biāo)基站的配置覆蓋范圍之內(nèi),將之視為正常覆蓋。

當(dāng)MR處于目標(biāo)基站的鄰區(qū)列表基站的配置覆蓋范圍之內(nèi)時(shí),也將之視為正常覆蓋。除此之外的MR屬于越區(qū)覆蓋。

如圖4所示,基站 A為目標(biāo)基站,基站 B、C、D為基站A的鄰區(qū)基站,基站E不屬于基站A的鄰區(qū)基站。有3條MR消息分別處于L點(diǎn),M點(diǎn)和N點(diǎn),3條MR消息的主服務(wù)基站都是基站A。

判斷過程如下:

點(diǎn)L處的MR因?yàn)樘幱诨続的配置半徑之內(nèi),所以視為正常覆蓋;

點(diǎn)M處的MR處于基站C的配置半徑之內(nèi),因?yàn)榛綜處于基站A的鄰區(qū)列表當(dāng)中,所以當(dāng) M點(diǎn)的用戶要發(fā)生切換時(shí),可以正常切換到基站C對應(yīng)的小區(qū)當(dāng)中,所以也視為正常覆蓋;

點(diǎn)N處的MR處于基站E的配置半徑內(nèi),當(dāng)點(diǎn)N處的用戶需要發(fā)生切換時(shí),由于基站A沒有與基站E周圍的小區(qū)配備鄰區(qū)關(guān)系,所以點(diǎn)N處的用戶將無法正常切換,引起通話時(shí)的掉話,所以視為越區(qū)覆蓋。

圖4 越區(qū)覆蓋判斷實(shí)例Fig.4 The example of corss-disrict coverage

上述越區(qū)覆蓋判斷準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)是不需要依靠類似工程經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù),使人的影響因素大大降低,可以精確地找到類似孤島效應(yīng)的越區(qū)覆蓋現(xiàn)象,從而解決越區(qū)覆蓋發(fā)現(xiàn)難的問題。缺點(diǎn)是由于對MR的判決不僅僅依靠當(dāng)前的基站,還需要依靠當(dāng)前基站的鄰區(qū)基站,計(jì)算量偏大。

4 越區(qū)覆蓋檢測算法的驗(yàn)證

越區(qū)覆蓋的判別,不僅需要依靠當(dāng)前基站的配置信息,還需要依靠鄰區(qū)基站的配置信息。MR測量報(bào)告信息處理的具體步驟如下:

(1)選取一個(gè)基站,統(tǒng)計(jì)屬于該基站的所有MR;

(2)針對該基站的每一條MR進(jìn)行越區(qū)判別,如圖5所示;

(3)統(tǒng)計(jì)該基站的MR總條數(shù),以及屬于越區(qū)覆蓋的MR條數(shù);

(4)當(dāng)基站存在越區(qū)覆蓋的MR時(shí),說明該基站存在越區(qū)覆蓋現(xiàn)象,將該基站劃入越區(qū)覆蓋嫌疑基站。越區(qū)覆蓋的MR條數(shù)越多,說明越區(qū)覆蓋的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

圖5 越區(qū)覆蓋判別流程圖Fig.5 The flowchart of cross-district coverage discriminant

下面以一次越區(qū)覆蓋的優(yōu)化過程來舉例說明。

現(xiàn)象分析:測試人員對存在越區(qū)覆蓋嫌疑的路段進(jìn)行測試。如圖6所示,在正常情況下,當(dāng)用戶在該路段由南向北行駛時(shí),手機(jī)最初的服務(wù)小區(qū)是基站華藝塑料廠的2扇區(qū),之后手機(jī)應(yīng)該陸續(xù)切換到楊家群的3扇區(qū)、楊家群的1扇區(qū),最終切換至工業(yè)園的3扇區(qū)。而測試車輛在該段道路行駛的過程中,發(fā)現(xiàn)手機(jī)只能接入華藝塑料廠的1扇區(qū)和2扇區(qū),而不能接入基站楊家群。當(dāng)測試車輛移動到基站工業(yè)園鄰近區(qū)域時(shí),手機(jī)發(fā)生掉話,由于工業(yè)園和華藝塑料廠沒有配置鄰小區(qū)關(guān)系,手機(jī)切換失敗。經(jīng)過上述現(xiàn)象判斷,華藝塑料廠對該段道路上楊家群的覆蓋區(qū)域造成了嚴(yán)重的越區(qū)覆蓋,當(dāng)用戶在該段道路行駛的時(shí)候,極其容易導(dǎo)致通話掉話。

圖6 越區(qū)覆蓋優(yōu)化前R SCP示意圖Fig.6 The RSCP diagram before the implementation

解決方法及結(jié)果驗(yàn)證:在基站參數(shù)調(diào)整之前,華藝塑料廠的基站天線下傾角為3/3/3(°),基站天線方向角為10/120/220(°),楊家群的基站天線下傾角為 2/2/2(°),基站天線方向角為 30/160/270(°),該段道路的信號覆蓋如圖6所示。

手機(jī)在該段道路移動時(shí),只能在華藝塑料廠的1扇區(qū)和2扇區(qū)進(jìn)行切換,最終促使通話掉話。

為了解決這一越區(qū)問題,主要的解決思路在于加強(qiáng)楊家群對這一個(gè)路段的覆蓋強(qiáng)度,同時(shí)減弱華藝塑料廠對該路段的覆蓋強(qiáng)度,減弱華藝塑料廠對楊家群的覆蓋影響。在這一解決思路上,對站點(diǎn)華藝塑料廠和楊家群的天線參數(shù)進(jìn)行了如下調(diào)整:

(1)改變楊家群1扇區(qū)的方向角,使之由原始的30°調(diào)整到現(xiàn)在的10°,這樣調(diào)整的原因在于加強(qiáng)楊家群對越區(qū)覆蓋區(qū)域的信號覆蓋強(qiáng)度;

(2)改變?nèi)A藝2扇區(qū)的下傾角,使之由原始的3°調(diào)整到現(xiàn)在的9°;

(3)改變?nèi)A藝1扇區(qū)的方向角,使之由原始的10°調(diào)整到現(xiàn)在的350°;改變?nèi)A藝1扇區(qū)的下傾角,使之由原始的3°調(diào)整到現(xiàn)在的10°;這樣調(diào)整的原因在于減弱華藝塑料廠對越區(qū)覆蓋區(qū)域的信號覆蓋。

調(diào)整后308國道上的信號覆蓋如圖7所示。

圖7 越區(qū)覆蓋優(yōu)化后RSCP示意圖Fig.7 The RSCP diagram after the implementation

在經(jīng)過調(diào)整之后,重新測試該路段,手機(jī)終端在移動的過程中能夠進(jìn)行正常切換,越區(qū)覆蓋問題得到解決,說明新提出的越區(qū)覆蓋判別算法可以檢測出越區(qū)覆蓋問題。

5 結(jié) 語

綜上所述,MR技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化提供了一系列可利用的技術(shù)手段,通過Iub接口采集各種信令信息進(jìn)行越區(qū)覆蓋的檢測是一種行之有效的方法。在合理分析用戶切換掉話的原理的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了一種越區(qū)覆蓋的判斷準(zhǔn)則,從而解決了越

區(qū)覆蓋發(fā)現(xiàn)難的問題。在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述檢測方法的可行性與有效性。因此,利用文中提出的越區(qū)覆蓋檢測算法可以快速定位出越區(qū)覆蓋故障區(qū)域,為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員解決越區(qū)現(xiàn)象提供了幫助,為網(wǎng)絡(luò)能夠提供更好的服務(wù)質(zhì)量提供了前提保證。

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