淺談GPS定位在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

唐 剛

(中國(guó)電信股份有限公司河南分公司,河南 鄭州 450008)

0 引 言

GPS是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)同時(shí)接收四顆衛(wèi)星的信號(hào),可得到所測(cè)目標(biāo)的位置、速度及時(shí)間信息，同時(shí),它可以有無(wú)限個(gè)用戶使用[1]。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在測(cè)量工作中以其高精度、全天候、實(shí)時(shí)與高效率、不要求測(cè)站間通視、操作簡(jiǎn)單、并可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)、用途廣等特點(diǎn)而著稱，廣泛地應(yīng)用于導(dǎo)航定位、測(cè)繪、授時(shí)及遙感等領(lǐng)域。目前,除美國(guó)GPS系統(tǒng)外,歐盟GALILEO、俄羅斯GLONASS、中國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)等均在組建完善之中,多系統(tǒng)融合定位已是衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),這對(duì)提高測(cè)量定位的精度、可靠性及效率將具有重要意義[2]，本文介紹了GPS定位技術(shù)在通信行業(yè)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的應(yīng)用。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)過(guò)了十多年的歷程,其應(yīng)用領(lǐng)域已十分廣泛，通信行業(yè)用其做時(shí)間同步和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[3]。在CDMA/GSM系統(tǒng)中,移動(dòng)性管理是移動(dòng)通訊系統(tǒng)最為復(fù)雜的一項(xiàng)技術(shù)之一,其主要原因?yàn)?1)因?yàn)闊o(wú)線通信環(huán)境的好壞和無(wú)線信號(hào)的復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)臺(tái)頻繁選擇與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的下行信號(hào);2)隨著網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大,涉及到網(wǎng)元的數(shù)量也越來(lái)越多,密度越來(lái)越密,規(guī)劃要求也越來(lái)越高,導(dǎo)致信號(hào)愈加復(fù)雜、基站覆蓋的重疊區(qū)增加、信號(hào)可選性增加;3)應(yīng)用的業(yè)務(wù)種類越來(lái)越多,各種業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)性參數(shù)門限的要求不一致也導(dǎo)致了移動(dòng)性愈加復(fù)雜。這三個(gè)主要原因是導(dǎo)致移動(dòng)性管理復(fù)雜的主要原因。GPS導(dǎo)航定位技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)中主要是用于路測(cè)中的導(dǎo)航和基站的定位,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化中基站勘察定位,以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的鄰區(qū)距離的檢查三種。本文著重討論利用一種新的對(duì)現(xiàn)網(wǎng)鄰區(qū)校正和增加路測(cè)的方法對(duì)現(xiàn)網(wǎng)鄰區(qū)進(jìn)行修正。

1 用GPS計(jì)算距離的基本原理

應(yīng)用GPS定位技術(shù)測(cè)出服務(wù)區(qū)的經(jīng)緯度,通過(guò)距離計(jì)算出路測(cè)掃頻儀中高強(qiáng)度信號(hào)與服務(wù)小區(qū)之間的距離,考慮是否把掃描到的信號(hào)添加到服務(wù)區(qū)的鄰區(qū)中,再通過(guò)與現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)存在的鄰區(qū)匹配比對(duì),如果現(xiàn)網(wǎng)存在了,就不再增加,如果不存在,則需要添加上這些鄰區(qū)。由于這些鄰區(qū)是現(xiàn)場(chǎng)掃描得來(lái),所以這些鄰區(qū)的準(zhǔn)確性比規(guī)劃出來(lái)的鄰區(qū)要高,這樣可以增加切換成功率,同時(shí)減少鄰區(qū)的數(shù)量,這中間必須要用到通過(guò)GPS計(jì)算距離和同步時(shí)間的功能才能得以實(shí)現(xiàn)。

移動(dòng)臺(tái)對(duì)移動(dòng)信號(hào)的選擇主要有兩種過(guò)程:即小區(qū)選擇和小區(qū)重選。小區(qū)選擇是移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)時(shí)選擇一個(gè)合適的服務(wù)小區(qū)的過(guò)程;小區(qū)重選是移動(dòng)臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)重新選擇一個(gè)鄰區(qū)作為服務(wù)小區(qū)的過(guò)程。

2 測(cè)試方法

多少年以來(lái),通信網(wǎng)絡(luò)工程測(cè)試人員都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)做好的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入路測(cè)軟件中,根據(jù)路測(cè)時(shí)各個(gè)相鄰小區(qū)的信號(hào)情況和鄰區(qū)電平及質(zhì)量話務(wù)等情況,綜合考慮對(duì)現(xiàn)網(wǎng)中鄰區(qū)的添加和刪減,具體實(shí)現(xiàn)方法如下。

用路測(cè)儀器對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行路測(cè)和掃頻,同時(shí)用測(cè)試手機(jī)接收下行服務(wù)區(qū)信號(hào),并記錄下掃頻的結(jié)果和服務(wù)區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,以便后續(xù)利用GPS對(duì)距離的計(jì)算和時(shí)間同步,檢查定義的和未定義的全部鄰區(qū),主要測(cè)試設(shè)備及連接，如圖1所示。

圖1 測(cè)試設(shè)備及連接示意圖

在4臺(tái)儀器連接后,進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)掃頻和記錄,把記錄下來(lái)的結(jié)果再做后續(xù)處理,通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)處理,可以得到是否可以增加鄰區(qū)的列表。

一般說(shuō)來(lái),手機(jī)接收到的信號(hào)會(huì)記錄成文本或其他路測(cè)記錄文件方式,頻率掃描的結(jié)果也一樣,主要不外乎像下面表1及表2的形式。

手機(jī)接收到的下行信號(hào)必有以下內(nèi)容:時(shí)間,當(dāng)前所在基站小區(qū)的LAC號(hào),服務(wù)區(qū)CI,服務(wù)區(qū)覆蓋信號(hào)強(qiáng)度;服務(wù)區(qū)頻率BSIC等其他信息,只需要以上服務(wù)區(qū)的第一、二和四項(xiàng)。

掃描得到的下行信號(hào)必有以下內(nèi)容:掃描到的頻率,掃描到頻率的BSIC.另外,測(cè)試軟件還會(huì)把測(cè)試時(shí)的時(shí)間和經(jīng)緯度加到記錄文件中。

表1 路測(cè)記錄與服務(wù)區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2手機(jī)接收到的下行信號(hào)

如表1及表2所示,只要從表1及表2中取幾個(gè)字段進(jìn)行匹配,就能找出當(dāng)前服務(wù)區(qū)需要添加的鄰區(qū)的頻率和BSIC碼,再通過(guò)與現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)前鄰區(qū)的頻率比對(duì),注意需加一個(gè)范圍字段就是當(dāng)前服務(wù)區(qū)所在的基站控制器中的頻率或當(dāng)前服務(wù)區(qū)的位置區(qū)中的頻率(包括BSIC),就知道是否添加了此頻率作為服務(wù)區(qū)的相鄰小區(qū)。這中間還有一個(gè)鄰區(qū)取舍過(guò)程,就需要用到經(jīng)緯度,就是通過(guò)以上方法查到的需要添加的頻率作為鄰區(qū)后,需要進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算二者之間的距離來(lái)進(jìn)一步縮小添加鄰區(qū)的可能性,起到添加的鄰區(qū)更加實(shí)用和準(zhǔn)確的作用,因?yàn)闊o(wú)謂地大量增加鄰區(qū)反而會(huì)增加切換失敗的可能性，需要注意的是,上表中的時(shí)間必須取自GPS時(shí)間,以便對(duì)后續(xù)信號(hào)的處理做時(shí)間匹配。

通過(guò)以上方法得到的頻率(包括網(wǎng)路色碼和基站色碼)與現(xiàn)網(wǎng)中的頻率匹配查找此頻率的經(jīng)度和緯度以及基站識(shí)別號(hào)(CELLID),注意這時(shí)候一定要通過(guò)服務(wù)區(qū)縮小查找范圍,方法就是只要加上服務(wù)區(qū)的所屬地域范圍,如哪幾個(gè)位置區(qū),哪幾個(gè)基站控制器,這樣就減少了出現(xiàn)同頻率多個(gè)CI的可能性，即使這樣,還是有可能出現(xiàn)2組以上結(jié)果的情況,這是因?yàn)楝F(xiàn)網(wǎng)中出現(xiàn)了同頻率同基站色碼小區(qū)的緣故，如出現(xiàn)這種情況,也沒(méi)關(guān)系,這樣做主要是為了盡量減小出現(xiàn)這種情況可能性。

3 服務(wù)區(qū)經(jīng)緯度距離的計(jì)算

為了進(jìn)一步篩選最優(yōu)需要添加的鄰區(qū),可通過(guò)查找作為可選鄰區(qū)頻率的小區(qū)經(jīng)緯度與當(dāng)前服務(wù)區(qū)的經(jīng)緯度,計(jì)算出二者之間的距離,從而進(jìn)一步縮小添加鄰區(qū)的可能性，計(jì)算方法如下:

下面的步驟可以排除掉冗余的同基站色碼的鄰區(qū),那就是通過(guò)查到的做為可選鄰區(qū)頻率的小區(qū)經(jīng)緯度與當(dāng)前服務(wù)區(qū)的經(jīng)緯度計(jì)算二者距離可以進(jìn)一步篩選最優(yōu)需要添加鄰區(qū),那么怎樣通過(guò)2個(gè)基站的GPS來(lái)計(jì)算二者之間的距離呢,方法如下:

地球基本上近似一個(gè)球形,從赤道到極點(diǎn)平均地分為90個(gè)緯度,每個(gè)緯度之間的距離基本上是111.133 km, 隨著緯度的升高,單位距離有微弱的減少或增加，在確定緯度條件下,單位緯度距離的計(jì)算公式為

緯度1°長(zhǎng)度=111.133-0.559cos 2φkm,

式中，φ為緯度。

和緯度計(jì)算方式相比,經(jīng)度的算法有很大的不同，因?yàn)樗械慕?jīng)線在南北兩極交匯到極點(diǎn),所以,緯度越高,單位經(jīng)度的距離越小,到了極點(diǎn),距離為零，一個(gè)經(jīng)度之間的距離和根據(jù)經(jīng)度所在的緯度確定的，在確定緯度時(shí),單位經(jīng)度距離的計(jì)算公式為

經(jīng)度1°長(zhǎng)度=111.413 cosφ-0.094

cos 3φkm,

式中，φ緯度。取值在0～90之間。

1)當(dāng)φ取值在0～45時(shí)候,2φ的范圍是0～90,這是cos 2φ的取值為正,所以, 當(dāng)φ取值在0～45時(shí)候,隨著緯度的升高,單位距離有微弱的減少;

2)當(dāng)φ取值在45～90時(shí)候,2φ的范圍是90～180,這是cos 2φ的取值為負(fù),所在, 當(dāng)φ取值在90～180時(shí)候,隨著緯度的升高,單位距離有微弱的增加。

得到經(jīng)緯度差以后,根據(jù)所在地區(qū)的緯度,計(jì)算出兩點(diǎn)之間的距離公里數(shù)。φ的取值在0～90之間。另外,根據(jù)經(jīng)緯度算出的距離是兩點(diǎn)在海平面投影的距離,不含高度變化。 海拔越高,距離越長(zhǎng),但只要不是很高的山,增加的不會(huì)很大,這樣算出來(lái)的距離十分精確。

通過(guò)以上距離計(jì)算出兩個(gè)基站之間距離后,增加了判斷是否增加鄰區(qū)的條件,使增加的鄰區(qū)更加合理，應(yīng)避免鄰區(qū)增加太多而造成切換問(wèn)題。

以上方法看似復(fù)雜,實(shí)則簡(jiǎn)單,因?yàn)橹恍枰ㄟ^(guò)GPS的定位計(jì)數(shù)和精確時(shí)間做幾步數(shù)據(jù)處理就可以得到很精確的增加鄰區(qū)的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

該方法對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)添加鄰區(qū)的方法摒棄了傳統(tǒng)的人工在地圖上一對(duì)一的檢查鄰區(qū)的方式,以往要添加合理鄰區(qū),必須人工后續(xù)對(duì)路測(cè)文件進(jìn)行分析,再結(jié)合基站地圖,一個(gè)一個(gè)的在地圖上通過(guò)檢查當(dāng)時(shí)的測(cè)試信號(hào)和切換情況決定是否需要添加鄰區(qū)，由于全網(wǎng)基站很多,一般的中等城市就有1萬(wàn)個(gè)左右,鄰區(qū)動(dòng)輒十幾萬(wàn)條,靠人工一個(gè)一個(gè)去檢查是否漏做鄰區(qū)不但耗時(shí)耗力,效率低下,而且添加的鄰區(qū)不一定有，有可能會(huì)增加冗余鄰區(qū),而增加了冗余鄰區(qū)反而會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面影響。本方法是通過(guò)實(shí)際掃頻的結(jié)果得到的圍繞當(dāng)前基站的最強(qiáng)基站信號(hào)添加鄰區(qū),通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到的鄰區(qū)(數(shù)據(jù)處理比上述傳統(tǒng)方法大大節(jié)省時(shí)間,提高效率),而且是利用GPS計(jì)算距離的方法驗(yàn)證過(guò),所以添加的鄰區(qū)是必須要做的鄰區(qū),添加的鄰區(qū)非常合理有效,可以說(shuō)是對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)的漏做的鄰區(qū)做一次檢查,添加上了合理的未添加的鄰區(qū),增加了網(wǎng)絡(luò)合理切換和成功切換的幾率,從而提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,減少切換掉話,提高用戶感受度,給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]曹 沖. 我國(guó)車輛應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化前景分析和市場(chǎng)展望[C]//中國(guó)全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)第6次年會(huì),2001.

[2]KAPLAN E D.GPS原理與應(yīng)用[M].2版.寇艷紅,譯,北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[3]周儒欣. 衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)吸引力分析及發(fā)展對(duì)策[C]//中國(guó)全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)第7次年會(huì),2001.