5G小區(qū)和場景的覆蓋關(guān)聯(lián)方法

付毅 黃凱利

（中國聯(lián)通湖北省分公司 湖北省武漢市 430000）

1 概述

場景具有分類明確、邊界清晰、用戶類別統(tǒng)一等特點(diǎn)，場景5G網(wǎng)絡(luò)需要明確主覆蓋的5G小區(qū)，進(jìn)而精準(zhǔn)定位網(wǎng)絡(luò)問題，及時響應(yīng)并制定優(yōu)化方案，縮短優(yōu)化周期，提升用戶體驗(yàn)。

2 研究背景

2.1 運(yùn)營商5G基站的大量建設(shè)入網(wǎng)

目前各大運(yùn)營商的5G基站已大量建設(shè)及入網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)同時也推動著5G終端的普及，5G業(yè)務(wù)量呈快速增長趨勢，針對5G網(wǎng)絡(luò)和5G用戶感知的優(yōu)化工作也迫在眉睫。

2.2 基站小區(qū)對場景的覆蓋關(guān)聯(lián)

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是通過現(xiàn)場測試判斷一個場景的信號強(qiáng)弱，但效率相對較低。目前4G網(wǎng)絡(luò)主要通過場景的地理化電子圍欄和基站小區(qū)的MR/MDT采樣點(diǎn)分析相結(jié)合方式判斷場景的信號覆蓋水平，能短時間對全場景網(wǎng)絡(luò)覆蓋進(jìn)行評估，效率較高。

MDT是一種通過對UE終端所測量的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、上報的自動化路測技術(shù)，MDT采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)除包含RSRP、RSRQ等信號強(qiáng)度信息外，還含有GPS位置信息，因此根據(jù)MDT采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)攜帶經(jīng)緯度信息的特點(diǎn)，4G網(wǎng)絡(luò)中場景和小區(qū)的關(guān)聯(lián)除地理化方法外，還可以通過收集在場景內(nèi)的小區(qū)MDT采樣點(diǎn)信息的方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過MDT采樣點(diǎn)累計大數(shù)據(jù)用以分析獲取采樣點(diǎn)區(qū)域占用4G小區(qū)的基礎(chǔ)信息、信號強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，了解不同小區(qū)在場景內(nèi)的覆蓋分布情況，單一4G小區(qū)在對應(yīng)場景邊界內(nèi)MDT采樣點(diǎn)越多代表小區(qū)在該場景內(nèi)貢獻(xiàn)度越大，關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)，根據(jù)小區(qū)對場景的關(guān)聯(lián)性大小可以精準(zhǔn)對場景問題進(jìn)行定位，抓住主要矛盾進(jìn)行解決。

但當(dāng)前階段5G網(wǎng)絡(luò)暫時不支持MDT采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)上報獲取，無法通過和4G類似的方法判斷5G小區(qū)對場景的覆蓋情況以及關(guān)聯(lián)度。因此目前我們只能通過5G小區(qū)與場景邊框的地理化位置分布判斷5G小區(qū)是否對周邊場景主覆蓋，但由于場景邊框形狀不規(guī)則呈多樣性，小區(qū)在場景周邊及類別分布復(fù)雜，對批量準(zhǔn)確判斷小區(qū)是否主覆蓋周邊場景造成了難點(diǎn)。

3 覆蓋場景的主要5G小區(qū)判斷方案

首先以WGS84坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，通過網(wǎng)絡(luò)爬取或者人工繪圖制作各類重點(diǎn)場景（包括高校、商超、三甲醫(yī)院、商務(wù)樓等）的方式獲取電子圍欄地理化信息。再將場景電子圍欄和覆蓋該場景的基站小區(qū)進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)場景和覆蓋小區(qū)的關(guān)聯(lián)，可以為后續(xù)的場景優(yōu)化提供依據(jù)。

本文主要通過以下兩種方法綜合進(jìn)行判斷關(guān)聯(lián)，并對方法細(xì)節(jié)進(jìn)行探索優(yōu)化，做到5G小區(qū)和覆蓋場景的精準(zhǔn)匹配。

3.1 方法1：場景邊框內(nèi)的小區(qū)覆蓋該場景

根據(jù)5G小區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中經(jīng)緯度與場景電子圍欄的經(jīng)緯度（未對場景電子圍欄邊框進(jìn)行外擴(kuò)）相關(guān)聯(lián)，落入到場景邊界內(nèi)，就判斷該小區(qū)覆蓋該場景（此方法延續(xù)4G小區(qū)是否主覆蓋場景的判斷）。以場景襄陽光彩工業(yè)園為例，關(guān)聯(lián)場景邊界內(nèi)有圖1中2個基站6個小區(qū)（9468417_67、9468417_68、9468417_69、9459456_64、9459456_65、9459456_66）的地理位置均在襄陽光彩工業(yè)園框圖內(nèi)，判斷此6個小區(qū)主覆蓋襄陽光彩工業(yè)園場景。該種方法缺點(diǎn)：對于場景邊框外，距離場景邊框較近的周邊小區(qū)無法算入覆蓋該場景的小區(qū)，不符合實(shí)際無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋客觀情況，如示例中，5G站點(diǎn)9468405距離襄陽光彩工業(yè)園邊框距離160米，從圖1中該站點(diǎn)第一扇區(qū)的小區(qū)位置和方位角可以看出，第一扇區(qū)的小區(qū)完全能夠覆蓋該場景，但只通過方法1襄陽光彩工業(yè)無法關(guān)聯(lián)站點(diǎn)9468405第一扇區(qū)的小區(qū)。因此需要進(jìn)一步對場景邊框外的附近小區(qū)判斷能否覆蓋對應(yīng)場景，此時再使用方法2判斷。

圖1：襄陽光彩工業(yè)園場景及附近5G小區(qū)

3.2 方法2：場景邊框外200米的宏站小區(qū)進(jìn)行探索

根據(jù)小區(qū)和場景邊框的距離閾值判斷，閾值小于等于200米，則判斷該小區(qū)覆蓋該場景。使用圖層工具建立場景邊界緩沖區(qū)，將示例中的襄陽光彩工業(yè)園場景邊界外擴(kuò)200米得到以下區(qū)域，并展示出場景邊界外擴(kuò)200米后于小區(qū)的位置關(guān)系，場景外200米范圍5G站點(diǎn) 9468405三個扇區(qū)的小區(qū)覆蓋該場景。

從圖2中可以看出此種方法場景外200米關(guān)聯(lián)的宏站小區(qū)由于方位角不同，造成對場景的覆蓋效果也有所差異，而具體到該示例9468405_66小區(qū)的覆蓋方向與場景邊框相反，顯然9468405_66小區(qū)無法覆蓋該場景。因此通過方法2中判斷出的場景關(guān)聯(lián)小區(qū)中存在部分小區(qū)由于覆蓋方向與場景邊界相反而實(shí)際不覆蓋對應(yīng)場景的缺點(diǎn)，需要對場景外200米關(guān)聯(lián)的宏站小區(qū)進(jìn)行關(guān)聯(lián)優(yōu)化，使小區(qū)對場景的覆蓋關(guān)聯(lián)更加準(zhǔn)確。

圖2：場景邊界外擴(kuò)

3.3 根據(jù)場景邊框外200米的宏站小區(qū)方位角判斷是否主覆蓋場景

為進(jìn)一步更加準(zhǔn)確判斷場景邊框外200米關(guān)聯(lián)的宏站小區(qū)是否能夠?qū)υ搱鼍斑M(jìn)行有效覆蓋，嘗試建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)優(yōu)化。

3.3.1 兩點(diǎn)經(jīng)緯度計算方位角

利用場景中心點(diǎn)位置A和小區(qū)位置B經(jīng)緯度大小，分類判斷討論點(diǎn)A位于點(diǎn)B的方位（東北、西北、西南、西北、正南、正北、正東、正西8個位置方向），由于兩點(diǎn)間距離都在1千米內(nèi)屬于短距離運(yùn)算，因此忽略地球球面弧度影響，按照A、B兩點(diǎn)平面距離直接通過反三角函數(shù)計算出BA方位角（與正北方向0°的夾角）。

以圖3中A位于點(diǎn)B的東北方為例展示，∠OBA為線段BA方位角：

圖3：場景邊界外5G小區(qū)方位角與場景位置關(guān)系

按照此原理可在excel表中建立宏實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)方位角的批量計算。

3.3.2 獲取小區(qū)方位角射線B與線段BA之間的夾角

線段BA方位角再與從5G工參獲取的已知的小區(qū)方位角進(jìn)行運(yùn)算，獲取小區(qū)（9468405_64）方位角射線與線段BA之間的夾角θ，通過設(shè)置該夾角θ的門限判斷該小區(qū)能否準(zhǔn)確覆蓋對應(yīng)場景。

我們最終獲取場景邊框外部200米內(nèi)的小區(qū)9468405_64方位角射線B1與線段BA間夾角為a=13°，小區(qū)9468405_65方位角射線B2與BA間夾角為b=87°，小區(qū)9468405_66方位角射線B3與BA間夾角為c=133°。從圖3中小區(qū)覆蓋方向與場景的位置關(guān)系，我們可以判小區(qū)9468405_64能夠有效覆蓋該場景；小區(qū)9468405_65覆蓋區(qū)域位于場景邊緣，無法有效覆蓋對應(yīng)場景；小區(qū)9468405_66覆蓋方向與場景區(qū)域相反，完全無法蓋對應(yīng)場景。

3.3.3 通過小區(qū)方位角射線B與線段BA之間的夾角θ判斷小區(qū)是否主覆蓋附近場景

從小區(qū)覆蓋方向與場景位置區(qū)域可以看出，小區(qū)方位角方向所在射線與該小區(qū)至場景中心形成線段之間的夾角θ越小時，該小區(qū)波瓣覆蓋對應(yīng)場景的區(qū)域也相對越大，反之越小，以此排除場景邊界外200米區(qū)域無法有效覆蓋該場景的5G宏站小區(qū)。

為了能夠更好得描述小區(qū)天線水平方向?qū)鼍暗母采w，在此引入討論天線波瓣。天線波瓣寬度是指天線方向中主瓣峰值下降3dB（峰值功率一半）處所形成的夾角寬度，又稱波束寬度、主瓣寬度、半功率角，形成的夾角叫波瓣角，主波瓣覆蓋區(qū)域具有信號好、抗干擾能力好等優(yōu)點(diǎn)，天線波瓣可分為水平波瓣和垂直波瓣，對于場景平面的覆蓋情況，在此處僅考慮天線水平波瓣。

定向天線的常見水平波瓣寬度有20°、30°、65°、90°、105°、120°、180°多種，各種水平波瓣寬度的天線有相應(yīng)的適用環(huán)境，水平波瓣寬度為20°、30°的天線一般增益較高，多用于狹長地帶或高速公路的覆蓋；65°天線多用于密集城市地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋，90°天線多用于城鎮(zhèn)郊區(qū)地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋，105°天線多用于地廣人稀地區(qū)典型基站三扇區(qū)配置的覆蓋。

天線輻射的大部分能量都集中在波瓣寬度內(nèi)，波瓣寬度的大小反映了天線的輻射集中程度。通過模型計算優(yōu)化場景外200米宏站小區(qū)與場景的覆蓋關(guān)系，對于場景，主要考慮小區(qū)水平主瓣能否覆蓋到該場景，根據(jù)天線波瓣的內(nèi)輻射的特點(diǎn)，當(dāng)小區(qū)水平方向主波瓣能夠覆蓋場景時我們判斷該小區(qū)能夠主覆蓋該場景，即θ＜=1/2水平波瓣寬度時，該小區(qū)主要覆蓋對應(yīng)場景。

以上述襄陽光彩工業(yè)園及邊界外基站9468405為例，該站點(diǎn)各小區(qū)波瓣寬度為90°，即當(dāng)9468405_64方位角射線B1與線段BA間夾角為a=13°時滿足該條件（a＜=45°）主覆蓋襄陽光彩工業(yè)園，小區(qū)9468405_65與 9468405_66方位角射線與BA間夾角為不滿足該條件則不覆蓋該場點(diǎn)，從站點(diǎn)9468405位置以及示例中的三個小區(qū)的方位角覆蓋區(qū)域來看和對襄陽光彩工業(yè)園現(xiàn)場測試，該判斷基本符合客觀事實(shí)。

當(dāng)θ＜=1/2水平波瓣寬度時，以上示例場景的關(guān)聯(lián)關(guān)系趨向于更加準(zhǔn)確，排除弱關(guān)聯(lián)和無關(guān)聯(lián)小區(qū)，5G小區(qū)覆蓋的主場景也更加明確，更加符合真實(shí)情況，達(dá)到了預(yù)期效果，為場景的5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。如表2所示。

表2：示例場景采用修正方法前后關(guān)聯(lián)小區(qū)數(shù)

表1：襄陽光彩工業(yè)園邊界內(nèi)遍歷測試各扇區(qū)小區(qū)覆蓋區(qū)域占比

4 5G小區(qū)覆蓋關(guān)聯(lián)場景方法總結(jié)

4.1 判斷規(guī)則總結(jié)

通過以上修正方法對小區(qū)覆蓋的場景關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化完善，使用以下規(guī)則判斷5G小區(qū)是否覆蓋附件場景：

（1）根據(jù)5G小區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中經(jīng)緯度與78類場景邊框的經(jīng)緯度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，落入到場景邊界內(nèi)，就判斷該小區(qū)覆蓋該場景。

（2）根據(jù)小區(qū)和場景邊框的距離閾值判斷，閾值小于等于200米，且宏站小區(qū)方位角與該小區(qū)至附近場景中心點(diǎn)形成線段的方位角之間的夾角θ小于等于1/2水平波瓣寬度時，則判斷該宏站小區(qū)覆蓋該場景。

備注：小區(qū)通過方法1關(guān)聯(lián)到場景的，同時也會通過方法2再去關(guān)聯(lián)200米內(nèi)關(guān)聯(lián)到的場景，可能存在同1個小區(qū)歸屬多個場景情況。

4.2 方法驗(yàn)證效果

5G小區(qū)覆蓋場景規(guī)則按照以上第4.1部分修正優(yōu)化后再進(jìn)行判斷，某區(qū)域運(yùn)營商覆蓋1777個重點(diǎn)場景的5G關(guān)聯(lián)小區(qū)由22453個減少至12897個，覆蓋多場景的5G小區(qū)數(shù)由4102減少至1668個，每小區(qū)覆蓋場景有效性更加精準(zhǔn)。如表3所示。

表3：某區(qū)域重點(diǎn)場景采用修正方法前后關(guān)聯(lián)小區(qū)數(shù)對比