王雪麗,宋啟祥

(宿州學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

?

一種組合的移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化方法研究

王雪麗,宋啟祥

(宿州學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

隨著TD-LTE和FDD-TE等4G移動(dòng)通信戶的快速發(fā)展，有效地幫助人們的智能終端和平板電腦實(shí)現(xiàn)百兆、千兆的數(shù)據(jù)傳輸。移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍廣泛，面臨的通信環(huán)境也比較復(fù)雜，存在較多的高山、樓房、樹叢等，這些都會(huì)削弱4G網(wǎng)絡(luò)信號，造成數(shù)據(jù)傳輸中斷，無法提供更好地信息化服務(wù)。因此，4G網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化，避免數(shù)據(jù)傳輸存在擁塞和終端等問題，以便更好地提升4G網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋范圍和傳輸性能。詳細(xì)地分析了移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀及4G信號優(yōu)化存在的問題，提出了一種組合的網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化模式，整合多種網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化技術(shù)，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果，具有重要的作用和意義。

4G網(wǎng)絡(luò)信號；組合優(yōu)化；快速鄰區(qū)規(guī)劃；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，已經(jīng)歷蜂窩電話時(shí)代、GSM(Global System for Mobile Communication，全球移動(dòng)通信系統(tǒng))時(shí)代、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分同步碼分多址)時(shí)代和TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，分時(shí)長期演進(jìn))時(shí)代，建立了一個(gè)完善的移動(dòng)通信系統(tǒng)，為人們提供語音通話、數(shù)據(jù)傳輸、短彩信發(fā)送等多種電信傳輸業(yè)務(wù)，提高了人們的信息化、智能化和共享化水平[1]。移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括三個(gè)關(guān)鍵組成部分，分別是交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、無線基站子系統(tǒng)、移動(dòng)臺[2]。交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)采用先進(jìn)的光纖互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行部署，可以為無線數(shù)據(jù)傳輸提供強(qiáng)大的支撐；無線基站子系統(tǒng)可以為用戶提供無線信息發(fā)射，通過在各個(gè)省市縣區(qū)建設(shè)完善的基站，覆蓋各個(gè)生活區(qū)域或?qū)I(yè)市場，為人們提供強(qiáng)大的通信支撐；移動(dòng)臺主要是用戶使用的終端，其可以接收或發(fā)送語音、數(shù)據(jù)等信息。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要是針對移動(dòng)臺和無線基站子系統(tǒng)之間的無線傳輸部分進(jìn)行優(yōu)化，以便能夠更好的保證無線數(shù)據(jù)傳輸信號的良好性。

1 移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與優(yōu)化存在的問題

1.1 移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究

隨著光纖通信、基帶傳輸、大容量存儲(chǔ)等技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，有效地促進(jìn)了移動(dòng)通信的普及和應(yīng)用。目前，移動(dòng)通信已經(jīng)進(jìn)入到4G時(shí)代，可以為用戶提供更高的帶寬，上行數(shù)據(jù)傳輸采用先進(jìn)的SC-FDMA(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，單載波頻分多址)技術(shù)，傳輸帶寬能夠達(dá)到50 Mbps，下行數(shù)據(jù)傳輸采用先進(jìn)的OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址)技術(shù)，傳輸帶寬能夠達(dá)到100 Mbps，已經(jīng)成為目前商用的最為先進(jìn)的語音和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以有效支持高清晰視頻資源、大型在線游戲等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，滿足各類型的終端云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、分布式計(jì)算需求，提高了人們購物、生活和學(xué)習(xí)的便捷性。新型4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以大幅度降低終端數(shù)據(jù)峰均比，降低移動(dòng)端的發(fā)射功能，可以最大化的延長智能手機(jī)的待機(jī)時(shí)間。另外，新型的4G移動(dòng)通信具有較強(qiáng)的信道對稱性，可以大規(guī)模的簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的頂層設(shè)計(jì)模式，更好的與國際4G通信制式兼容，保證國際漫游的正常性。4G移動(dòng)通信整合了智能天線和MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)技術(shù)，可以提高移動(dòng)通信在復(fù)雜場景中的自適應(yīng)性，有效降低各個(gè)通信小區(qū)之間的干擾，提高小區(qū)通信切換成功率和傳輸可靠性，保證移動(dòng)通信的性能[3]。

目前，4G移動(dòng)通信已經(jīng)在智能旅游、在線學(xué)習(xí)、電子商務(wù)、電子政務(wù)、金融證券交易等領(lǐng)域得到廣泛普及，并且覆蓋了我國大中小城市及鄉(xiāng)村，構(gòu)建了一個(gè)非常大的無線通信網(wǎng)絡(luò)[4]。同時(shí)，4G移動(dòng)通信在多個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到廣泛普及和使用，也引入了許多的先進(jìn)設(shè)備，智能手機(jī)已經(jīng)成為普及最為廣泛的移動(dòng)通信設(shè)備，開發(fā)了許多的應(yīng)用軟件。目前，基于移動(dòng)通信的傳感器可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間、倉庫溫濕度的強(qiáng)大發(fā)揮，能夠更好地實(shí)現(xiàn)相關(guān)的邏輯業(yè)務(wù)采集和管理，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)信息傳輸服務(wù)，通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給應(yīng)用平臺，進(jìn)一步提升移動(dòng)通信環(huán)境的用戶傳輸效率，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的操作服務(wù)傳輸和進(jìn)步。

1.2 移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化存在的問題

移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)存在本質(zhì)的區(qū)別，4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景更加復(fù)雜，使用人數(shù)更多，信號的穿透力則變得更弱。通過對現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化進(jìn)行歸納和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)存在以下三個(gè)方面的問題：

1)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)初期建設(shè)過程迅速，因此建設(shè)過程非常粗放，許多基站是在2G、3G基站的原址進(jìn)行升級改造，但是兩種信號的傳輸距離、穿透力存在較大的區(qū)別，給4G移動(dòng)通信信號的覆蓋帶來了較大的漏洞和缺陷。

2)4G是一種最新型的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其采用強(qiáng)大的時(shí)分多址技術(shù)、高頻天線處理技術(shù)，這些技術(shù)可以為用戶提供強(qiáng)大通信處理支撐，但是先進(jìn)的技術(shù)對障礙物的穿透能力較弱，因此無法覆蓋相關(guān)的通訊死角，導(dǎo)致通訊存在弱覆蓋、無覆蓋區(qū)域。

3)傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)非常單一，優(yōu)化人員過度關(guān)注某一個(gè)指標(biāo)，因此優(yōu)化之后非常容易產(chǎn)生一個(gè)新的問題，那即是單一的提升某一個(gè)指標(biāo)的通信能力，無法全面提升4G網(wǎng)絡(luò)通信傳輸性能。

2 一種組合的4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化方法

針對傳統(tǒng)的2G、3G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化不適用于4G網(wǎng)絡(luò)的情況，提出了利用組合優(yōu)化思想，將多種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法集成在一起，整合形成一個(gè)多技術(shù)的優(yōu)化模式。具體的組合優(yōu)化模式采用的方法很多，包括快速鄰區(qū)規(guī)劃與優(yōu)化、單基站性能評估優(yōu)化方法、4G網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估優(yōu)化，形成一個(gè)更加強(qiáng)大的優(yōu)化措施[5]。組合4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法如圖1所示。

1)單站性能評估

單基站性能評估可以保證每一個(gè)基站發(fā)射的信號都是有效的，能夠傳輸4G移動(dòng)數(shù)據(jù)。因此，4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化過程中，優(yōu)化工程師需要準(zhǔn)確的、規(guī)范的、快速的確定基站的信號傳輸性能，具體的評估過程如下：通常情況下，RSRP(Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率)距離增加，4G移動(dòng)信號將會(huì)逐漸變?nèi)酰瑔握拘阅茉u估可以利用基站附近的距離，更好的計(jì)算無線小區(qū)區(qū)間的RSRP平均值，這樣就可以獲取基站附近[0 m,100 m]和遠(yuǎn)處(100 m，400 m]范圍的RSRP平均值，最后可以計(jì)算基站的遠(yuǎn)近比。單站性能驗(yàn)證也可以采用實(shí)際的模擬器，設(shè)置一個(gè)測試場景基準(zhǔn)閾值，如果單站測試速率可以超過閾值，這樣就表示單站性能良好，達(dá)到無線信號覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)。常用的4G網(wǎng)絡(luò)上下行PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議)層數(shù)據(jù)傳輸平均速率需要超過25/65 Mbit/s，同時(shí)基站的SINR(信號與干擾加噪聲比，Signal to Interference plus Noise Ratio)需要盡可能的低，這樣才可以達(dá)到一個(gè)最優(yōu)化的4G網(wǎng)絡(luò)。單站性能評估經(jīng)過多年的研究和改進(jìn)，人們提出了更多的性能評估措施，并且引入了先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，更好地從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)性能較弱的區(qū)域。

圖1 4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化組合方法

2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估可以更好地分析4G網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否合理，比如評估任意兩個(gè)基站的距離，查看兩個(gè)基站的輻射是否全覆蓋。通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在的不足，提出利用微基站、直放站等構(gòu)建多樣化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)信號全覆蓋。目前，基站距離的評估非常重要，也是查看是否覆蓋4G無線網(wǎng)絡(luò)的重要步驟，詳細(xì)地分析了基站間距增大將會(huì)造成4G信號覆蓋比較弱的問題，充分考慮基站傾角將會(huì)影響4G信號覆蓋重疊度等問題，因此，原則上需要降低基站間的距離和基站傾角，以便能夠提高4G信號覆蓋能力，同時(shí)降低信號切換頻率[6]。另外，由于許多4G基站建設(shè)在地理環(huán)境不同的地區(qū)，因此造成4G網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)弱受制于山體、樓棟、河流等多個(gè)自然因素影響。為了能夠更好地設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，決定采用先進(jìn)的最近站平均值和測試點(diǎn)典型采樣距離等準(zhǔn)確計(jì)算和評估網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣就可以計(jì)算基站之間的無線覆蓋程度，部署和構(gòu)建多樣化的4G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)4G無線通信全覆蓋。

3)快速鄰區(qū)規(guī)劃與優(yōu)化

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的興起和建設(shè)，新開通的4G基站非常多，并且4G基站建設(shè)的非常頻繁，如果一旦發(fā)現(xiàn)某一個(gè)基站信號覆蓋存在死角或漏洞，利用VBA工具可以進(jìn)行鄰區(qū)規(guī)劃，構(gòu)建一個(gè)完善的數(shù)據(jù)同步和時(shí)鐘信息同步，這樣就可以實(shí)現(xiàn)快速鄰區(qū)規(guī)劃和優(yōu)化。4G網(wǎng)絡(luò)鄰區(qū)規(guī)劃與優(yōu)化措施非常多，目前常用的鄰區(qū)查漏方法為批量路測數(shù)據(jù)鄰區(qū)查漏方法；鄰區(qū)規(guī)劃相關(guān)的方法包括基礎(chǔ)鄰區(qū)表檢查相關(guān)的方法，這些方法可以有效的組合起來，快速的形成一個(gè)完善的快速鄰區(qū)規(guī)劃與優(yōu)化模式。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員可以定期檢查現(xiàn)網(wǎng)鄰區(qū)或基礎(chǔ)鄰區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀，接著可以從數(shù)據(jù)中分析和發(fā)現(xiàn)缺陷、漏掉的鄰區(qū)，使用VBA(Visual Basic for Applications)工具快速的構(gòu)建一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號輻射的相關(guān)模型，準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算每一個(gè)基站周邊的關(guān)聯(lián)度。接著可以對關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排列候選鄰區(qū)，從中選擇一個(gè)關(guān)聯(lián)度最高的，接著在缺陷鄰區(qū)位置輸入小區(qū)的坐標(biāo)及發(fā)射方向，從而可以生成一個(gè)需要規(guī)劃區(qū)域的基礎(chǔ)鄰區(qū)表。批量路測數(shù)據(jù)鄰區(qū)查漏可以針對鄰區(qū)運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析，認(rèn)真查詢鄰區(qū)數(shù)據(jù)是否完善，接著就可以使用自動(dòng)化分析工具進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析和處理，大大的提高鄰區(qū)規(guī)劃存在的查漏效率。

為了能夠更好的突出該算法的有效性，針對同一個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的4G網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示采用組合優(yōu)化方法，可以有效地降低通信掉話率，同時(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸速率，客戶投訴的次數(shù)也大規(guī)模降低，具體測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法測試結(jié)果

3 結(jié) 語

隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，人們已經(jīng)進(jìn)入到了4G無線網(wǎng)時(shí)代，提供了數(shù)以百兆或千兆的高速帶寬，滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)期高清晰視頻、多媒體音頻等信息的傳輸。4G網(wǎng)絡(luò)信號具有穿透能力弱、覆蓋范圍小等弱點(diǎn)，需要實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)和分析信號覆蓋情況，以便能夠?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化，提高信號覆蓋能力。4G網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)化手段也會(huì)隨著應(yīng)用得到改進(jìn)，比如可以引入組合模式、數(shù)據(jù)挖掘方法等，從海量的基站建設(shè)、覆蓋范圍等數(shù)據(jù)中挖掘潛在的漏洞，進(jìn)而精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。

[1]耿迎春.4G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題及優(yōu)化方式之研究[J].通訊世界,2016,4(2):2-3.

[2]韓建華.4G環(huán)境下移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用研究[J].移動(dòng)信息,2016,4(2):116-118.

[3]陳紅霞,張連星,楊業(yè)磊,等.4G環(huán)境下數(shù)據(jù)挖掘在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的運(yùn)用[J].通訊世界,2015,20(18):93-94.

[4]李會(huì)志,袁超偉.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)分類方法研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全,2014,14(12):56-60.

[5]李 勇.TD-LTE網(wǎng)絡(luò)容量評估及優(yōu)化方法的研究[J].廣東通信技術(shù),2016,36(7):44-47.

[6]周 維.基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的4G網(wǎng)絡(luò)切換自優(yōu)化方法研究[J].信息系統(tǒng)工程,2016,7(5):28-28.

(責(zé)任編輯 魏靜敏 校對 張 凱)

Research on a combined method for mobile 4G network signal optimization

WANG Xue-li,SONG Qi-xiang

(College of Information Engineering,Suzhou University,Suzhou 234000,Anhui Province)

With the rapid development of TD-LTE and FDD-TE 4G mobile communication users,data transmission can effectively help the intelligent terminal and tablet computer to achieve fast and gigabit.4G mobile network signal coverage is wide and the communications environment is more complex that there are more mountains,buildings,trees,etc.,which will weaken the 4G network signal and result in data transmission interruption.So it means that better information services cannot be provided.Therefore,the 4G network needs to be optimized in real time in order to avoid the problems such as congestion and terminal,so as to improve the coverage and transmission performance of 4G network.This paper analyzed the application status of mobile 4G network and the existing problems of 4G signal optimization,proposed a combination optimization model of network signal to achieve the integration of a variety of network signal optimization technology and strengthen the effect of network optimization.

4G network signal; Combinatorial optimization; Fast neighborhood planning; Network structure evaluation

2016-01-19

宿州學(xué)院校級平臺項(xiàng)目(2014YKF42)；安徽省教育廳優(yōu)秀青年人才基金重點(diǎn)項(xiàng)目(gxyqZD2016345)；宿州學(xué)院產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(2015HX023)；省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510379131)

王雪麗(1984-)，女，安徽宿州人，助教，碩士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.017

TN929.5

A

1673-1603(2017)02-0179-04