黄 涛,徐 利,周 晨,黄本雄,涂 来

(1.武汉虹信通信技术有限责任公司,武汉430073;2.华中科技大学电子与信息工程系,武汉430074)

1 引 言

当代社会是一个信息快速互通的社会,移动通信网络在人们的生活当中无处不在,而如何优化网络,则是一个长期的问题。网络优化的主要工作是采用技术手段发现并解决当前网络当中存在的问题,从而提高网络的性能指标,改进用户体验。移动蜂窝网络的场强覆盖及容量是其网络质量的重要衡量标准,对场强覆盖和容量的优化能够有效提高移动蜂窝网络的性能。场强覆盖分析能够反映小区无线信号的覆盖情况,是网络优化人员调整小区配置的重要依据[1],而通过覆盖优化来改善TD-CDMA无线网络的性能是一种普遍又有效的方法[2]。

覆盖分析的目的是为了确定基站的覆盖区域内的信号质量情况,以及基站覆盖区域的最大覆盖面积。在移动网络中,影响覆盖的因素有很多,例如业务链路平衡、多径效应、路径损耗等。覆盖分析是无线网络优化的前提,是提供网络服务的基础,也是进行无线网络其他优化的基本条件。文献[3-6]从时间提前量等方面提出了GSM网络的覆盖分析的新算法;文献[7-11]从不同的场景提出了不同的解决覆盖分析的应用思路;文献[12]构建了架构,从信令收集的角度提出了覆盖的侦测方案,然而并没有描述使用哪个信令和具体应该如何侦测。本文使用了信令中的MR测量报告数据,通过具体的实例,分析了越区覆盖的侦测方案和检测算法。

一般来讲,导致越区覆盖现象的原因主要有基站的发射功率太大、天线下倾角设置不合理、无线环境因素的影响等。这些影响因素常常根据实际环境的不同而发生改变,往往具有隐蔽性,从而导致了越区覆盖的隐蔽性。越区覆盖现象比较难直接发现,常常是依靠路测和用户投诉进行检查的。在传统的网优过程中,尚未找到能够快速发现越区覆盖的方法。

本文使用的MR(Measurement Report)又称测量报告。用户终端在业务信道上向基站每480 ms发送一次数据,MR测量报告来源于其中的上传数据。在MR测量报告数据的帮助下,较难检查越区覆盖的这一情况可以得到改善。本文的主要贡献包括基于用户切换掉话的原理,利用所获取的MR测量报告数据提出了越区覆盖的新的判别策略;设计了一种合理有效的越区覆盖的判决算法,从而解决了越区覆盖发现难的问题。另外,通过网络优化过程中的实例验证了这些检测方法的有效性。

2 越区覆盖及其现有检测算法

越区覆盖是由于基站天线过高或者俯仰角过小引起的该小区覆盖距离过远,从而越区覆盖到其他站点覆盖的区域。越区覆盖容易导致孤岛效应现象的产生。所谓孤岛效应是指某基站小区由于种种原因在远离本小区的规划覆盖区域外形成了一个强信号区域。如图1所示,小区D在远离自己规划覆盖区域外形成一个强信号的区域,该孤岛区域在小区A的覆盖区域中。由于小区A和小区D相距很远,两小区之间没有配置邻区关系,这导致孤岛区域的用户脱离孤岛区域寻求切换时,往往找不到可用的邻区,导致切换失败,产生通话掉话等现象。另外,由于越区覆盖吸收额外的话务,会造成越区的小区信道拥塞,影响用户的使用,而且会出现由于拥塞造成的掉话率较高、切换成功率较低等情况。

图1 孤岛效应示意图Fig.1 Diagram of islanding effect

现在基于MR的越区覆盖检测算法有直接判别法和等比例扩大半径判别法。

(1)直接判别法

对于每个基站来说,都有基站的基本配置信息,其中基站小区半径指明了每个基站所覆盖的面积为多大。越区覆盖直接判决法是直接根据基站配置覆盖面积进行判断,如图2所示,根据MR定位的地理信息,当MR处于基站配置覆盖面积内时判定为正常覆盖,当MR处于基站配置覆盖面积外时判定为越区覆盖。经过研究发现,在基站建站的时候,为了保证覆盖率,基站的实际覆盖面积往往比基站的配置覆盖面积要大,各个基站的实际覆盖面积往往有重叠覆盖的部分,所以仅将MR的地理位置与基站覆盖区域进行比较是不合理的。

图2 MR地理位置示意图Fig.2The diagram of locations inMR

图2 中,A点为基站的位置,r1为 A基站的配置覆盖半径,B点为上报MR的UE位置。

(2)等比例扩大半径判别法

为了改变越区覆盖直接判决法的缺陷,可以对越区覆盖面积做出一定的调整,如图3所示,根据基站A的配置覆盖半径,依据工程经验按照一定的比例扩大越区覆盖判断半径,从而确定越区覆盖判决范围,然后可以利用MR的地理位置作为判决越区覆盖的条件。

等比例扩大半径判别法具有一定的可行性,但是最大的缺点是太过依赖工程经验数据,r2∶r1的经验比例很难统一,不同的工程师对于越区范围的判断可能不同。

图3 越区覆盖示意图Fig.3 The diagram of cross-district coverage

图3 中,A为基站位置,r1为基站A的配置覆盖半径,r2为基站A的越区覆盖判决半径。

3 邻区判别法

上面两种越区判决方法都有各自的优缺点。其中,越区覆盖直接判别法的优点是简单、速度快,缺点是误报率比较高。等比例扩大半径判别法的优点是误报率相对低、相对简单,缺点是需要经验数据的支持。

下面基于MR提出一种新的越区覆盖判别方法——邻区判别法,这种方法可以克服直接判别法误报率高的问题并且不需要经验数据的支持。

通过对越区覆盖过程中,UE小区切换失败,导致通话掉话的原理的研究,我们可以设计出一种新的越区覆盖判断准则,又称邻区判别法。

当MR处于目标基站的配置覆盖范围之内,将之视为正常覆盖。

当MR处于目标基站的邻区列表基站的配置覆盖范围之内时,也将之视为正常覆盖。除此之外的MR属于越区覆盖。

如图4所示,基站 A为目标基站,基站 B、C、D为基站A的邻区基站,基站E不属于基站A的邻区基站。有3条MR消息分别处于L点,M点和N点,3条MR消息的主服务基站都是基站A。

判断过程如下:

点L处的MR因为处于基站A的配置半径之内,所以视为正常覆盖;

点M处的MR处于基站C的配置半径之内,因为基站C处于基站A的邻区列表当中,所以当 M点的用户要发生切换时,可以正常切换到基站C对应的小区当中,所以也视为正常覆盖;

点N处的MR处于基站E的配置半径内,当点N处的用户需要发生切换时,由于基站A没有与基站E周围的小区配备邻区关系,所以点N处的用户将无法正常切换,引起通话时的掉话,所以视为越区覆盖。

图4 越区覆盖判断实例Fig.4 The example of corss-disrict coverage

上述越区覆盖判断准则的优点是不需要依靠类似工程经验的数据,使人的影响因素大大降低,可以精确地找到类似孤岛效应的越区覆盖现象,从而解决越区覆盖发现难的问题。缺点是由于对MR的判决不仅仅依靠当前的基站,还需要依靠当前基站的邻区基站,计算量偏大。

4 越区覆盖检测算法的验证

越区覆盖的判别,不仅需要依靠当前基站的配置信息,还需要依靠邻区基站的配置信息。MR测量报告信息处理的具体步骤如下:

(1)选取一个基站,统计属于该基站的所有MR;

(2)针对该基站的每一条MR进行越区判别,如图5所示;

(3)统计该基站的MR总条数,以及属于越区覆盖的MR条数;

(4)当基站存在越区覆盖的MR时,说明该基站存在越区覆盖现象,将该基站划入越区覆盖嫌疑基站。越区覆盖的MR条数越多,说明越区覆盖的现象越严重。

图5 越区覆盖判别流程图Fig.5 The flowchart of cross-district coverage discriminant

下面以一次越区覆盖的优化过程来举例说明。

现象分析:测试人员对存在越区覆盖嫌疑的路段进行测试。如图6所示,在正常情况下,当用户在该路段由南向北行驶时,手机最初的服务小区是基站华艺塑料厂的2扇区,之后手机应该陆续切换到杨家群的3扇区、杨家群的1扇区,最终切换至工业园的3扇区。而测试车辆在该段道路行驶的过程中,发现手机只能接入华艺塑料厂的1扇区和2扇区,而不能接入基站杨家群。当测试车辆移动到基站工业园邻近区域时,手机发生掉话,由于工业园和华艺塑料厂没有配置邻小区关系,手机切换失败。经过上述现象判断,华艺塑料厂对该段道路上杨家群的覆盖区域造成了严重的越区覆盖,当用户在该段道路行驶的时候,极其容易导致通话掉话。

图6 越区覆盖优化前R SCP示意图Fig.6 The RSCP diagram before the implementation

解决方法及结果验证:在基站参数调整之前,华艺塑料厂的基站天线下倾角为3/3/3(°),基站天线方向角为10/120/220(°),杨家群的基站天线下倾角为 2/2/2(°),基站天线方向角为 30/160/270(°),该段道路的信号覆盖如图6所示。

手机在该段道路移动时,只能在华艺塑料厂的1扇区和2扇区进行切换,最终促使通话掉话。

为了解决这一越区问题,主要的解决思路在于加强杨家群对这一个路段的覆盖强度,同时减弱华艺塑料厂对该路段的覆盖强度,减弱华艺塑料厂对杨家群的覆盖影响。在这一解决思路上,对站点华艺塑料厂和杨家群的天线参数进行了如下调整:

(1)改变杨家群1扇区的方向角,使之由原始的30°调整到现在的10°,这样调整的原因在于加强杨家群对越区覆盖区域的信号覆盖强度;

(2)改变华艺2扇区的下倾角,使之由原始的3°调整到现在的9°;

(3)改变华艺1扇区的方向角,使之由原始的10°调整到现在的350°;改变华艺1扇区的下倾角,使之由原始的3°调整到现在的10°;这样调整的原因在于减弱华艺塑料厂对越区覆盖区域的信号覆盖。

调整后308国道上的信号覆盖如图7所示。

图7 越区覆盖优化后RSCP示意图Fig.7 The RSCP diagram after the implementation

在经过调整之后,重新测试该路段,手机终端在移动的过程中能够进行正常切换,越区覆盖问题得到解决,说明新提出的越区覆盖判别算法可以检测出越区覆盖问题。

5 结 语

综上所述,MR技术为网络性能优化提供了一系列可利用的技术手段,通过Iub接口采集各种信令信息进行越区覆盖的检测是一种行之有效的方法。在合理分析用户切换掉话的原理的基础上,本文设计了一种越区覆盖的判断准则,从而解决了越

区覆盖发现难的问题。在真实网络环境下的网络性能优化实验结果验证了上述检测方法的可行性与有效性。因此,利用文中提出的越区覆盖检测算法可以快速定位出越区覆盖故障区域,为网络优化人员解决越区现象提供了帮助,为网络能够提供更好的服务质量提供了前提保证。

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