基于采樣點(diǎn)聚類和切換象限劃分核查小區(qū)方位角

高峰，雷蕾，杜日覽，黎峰，徐鉭，李銀，左修玉

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基于采樣點(diǎn)聚類和切換象限劃分核查小區(qū)方位角

高峰1，雷蕾1，杜日覽1，黎峰1，徐鉭1，李銀1，左修玉2

（1. 中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，廣西南寧 530022； 2. 浪潮通信信息系統(tǒng)有限公司，廣西南寧 530022）

工參數(shù)據(jù)主要依賴于人工維護(hù)，其低準(zhǔn)確性制約了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化工作的開展。針對(duì)工參數(shù)據(jù)中的小區(qū)方位角，通過采集網(wǎng)管系統(tǒng)的測(cè)量報(bào)告數(shù)據(jù)和切換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用采樣點(diǎn)聚類算法和切換象限劃分算法，計(jì)算對(duì)應(yīng)小區(qū)的模擬方位角。進(jìn)一步對(duì)比模擬方位角和實(shí)際方位角，發(fā)現(xiàn)存在的問題，從而指導(dǎo)工參數(shù)據(jù)更新以及工程整改。通過現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，該研究方法取得了良好的應(yīng)用效果。同樣，該研究可以推廣應(yīng)用到工參數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度方面的核查工作中，具有較強(qiáng)的借鑒價(jià)值。

工參數(shù)據(jù)整治；采樣點(diǎn)聚類；切換象限劃分；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1 引言

工參是無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化領(lǐng)域?qū)τ诠こ虆?shù)的行業(yè)術(shù)語簡(jiǎn)稱，特指方位角、經(jīng)緯度、站高等站點(diǎn)在工程建設(shè)期間決定的參數(shù)，以區(qū)別于基站設(shè)備上用于后續(xù)運(yùn)維的配置參數(shù)。工參數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性作用，常應(yīng)用于優(yōu)化分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)仿真、性能專題分析、投訴處理等諸多工作，工參數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接決定了上述分析結(jié)論準(zhǔn)確、可信、可用。

目前工參數(shù)據(jù)主要依賴于人工維護(hù)，在日常網(wǎng)絡(luò)割接、優(yōu)化調(diào)整過程中，由于對(duì)工參數(shù)據(jù)的更新不及時(shí)、不全面等原因，導(dǎo)致工參數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性一直是難以保障的問題。常規(guī)的整治手段是階段性開展工參數(shù)據(jù)普查工作，但面臨無重點(diǎn)、周期長、效率低、成本高的問題，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)工參數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的常態(tài)化保障。

本文針對(duì)工參數(shù)據(jù)中的小區(qū)方位角，通過采集網(wǎng)管系統(tǒng)的測(cè)量報(bào)告（measurement report，MR）數(shù)據(jù)和切換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用采樣點(diǎn)聚類算法和切換象限劃分算法，計(jì)算對(duì)應(yīng)小區(qū)的模擬方位角。通過對(duì)比小區(qū)的模擬方位角和實(shí)際方位角，發(fā)現(xiàn)工參方位角存在問題的小區(qū)，進(jìn)而指導(dǎo)工參數(shù)據(jù)更新或工程整改。通過現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，該研究方法取得了良好的應(yīng)用效果，有效保障了日常網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化各項(xiàng)工作中基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 基于MR采樣點(diǎn)聚類算法

2.1 三角定位原理

MR數(shù)據(jù)是指手機(jī)終端在無線資源管理過程中對(duì)周圍無線環(huán)境進(jìn)行周期性測(cè)量，并上報(bào)到eNode B而形成的測(cè)量結(jié)果。由于采集到的MR采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)沒有位置信息，需要通過手機(jī)定位算法確定每個(gè)MR采樣點(diǎn)位置信息。

常用的定位算法有基于測(cè)量傳輸時(shí)間的算法、基于測(cè)量到達(dá)時(shí)間差的算法和基于測(cè)量到達(dá)角度的算法，前兩種要求網(wǎng)絡(luò)有嚴(yán)格的時(shí)間同步，后一種需要天線技術(shù)的支持?？紤]到普遍性和適應(yīng)性，本文選用三角定位。

已知3個(gè)圓圓心坐標(biāo)為A(a,a)、B(b,b)、C(c,c)，未知點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)到各圓心距離為a、b、c，分別以A、B、C為圓心，以各距離為半徑做圓，則3個(gè)圓僅交于點(diǎn)，數(shù)學(xué)模型如下：

在實(shí)際中，路徑的傳播損耗比理論值大，即計(jì)算結(jié)果比實(shí)際值大。因此，以A、B、C為圓心，以a、b、c為半徑的圓不再相交于一點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)域，這時(shí)通過三角形質(zhì)心法即可求出結(jié)果或者通過計(jì)算兩條直線的交點(diǎn)能減少運(yùn)算量。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，若3個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(1,1)、(2,2)、(3,3)，則三角形的重心的坐標(biāo)為((1+2+3)/3,(1+2+3)/3)。由圖1可知，兩圓相交得一條直線，故有3條直線，求得其中兩條，再求其交點(diǎn)即可。

圖1 三角定位示意

2.2 線性回歸聚類算法

在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，線性回歸（linear regression）是一種利用線性回歸方程的最小平方函數(shù)對(duì)一個(gè)或多個(gè)自變量和因變量之間關(guān)系進(jìn)行建模的回歸分析，如圖2所示，其中軸為采樣點(diǎn)在東西方向的距離，軸為采樣點(diǎn)在南北方向的距離。

天線在實(shí)際空間中傳播時(shí)，功率由中心線向兩邊遞減，沿著傳播方向遞減，所以中心線附近的采樣點(diǎn)即實(shí)際的天線中心線。由基站向外依次柵格化，每個(gè)柵格中的前個(gè)接收電平最大值的采樣點(diǎn)集中在實(shí)際天線中心線附近?？梢园凑站€性回歸算法進(jìn)行聚類，形成擬合直線，使每個(gè)點(diǎn)到該直線的距離最短，亦即平面上有限個(gè)點(diǎn)到直線的距離和最小。該直線的方向就是理論上天線需要覆蓋的方向。

2.3 聚類MR采樣點(diǎn)模擬方位角

通過采集網(wǎng)管系統(tǒng)的MR數(shù)據(jù)，對(duì)其中的采樣點(diǎn)進(jìn)行位置定位，對(duì)定位后的采樣點(diǎn)進(jìn)行聚類，模擬小區(qū)的方位角，具體步驟如下。

步驟1 從設(shè)備廠商OMC（operation andmaintenance center，操作維護(hù)中心）上連續(xù)采集一周的MR原始數(shù)據(jù)，按小區(qū)粒度進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，形成小區(qū)的采樣點(diǎn)分布。

步驟2 根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)經(jīng)緯度坐標(biāo)，基于傳播模型求采樣點(diǎn)到基站的距離。32.4+20lg+ 20lg，=基站發(fā)射功率-采樣點(diǎn)收到的功率，為頻率，知道和可計(jì)算出距離。

步驟3 應(yīng)用三角形定位的原理，計(jì)算采樣點(diǎn)在服務(wù)小區(qū)的位置坐標(biāo)?？梢酝ㄟ^計(jì)算滿足服務(wù)小區(qū)與鄰區(qū)之間成三角形的組合，并取平均值提高定位精確度。

步驟4 對(duì)定位坐標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，以服務(wù)小區(qū)為單位，提取采樣點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離，取模進(jìn)行柵格化，每個(gè)定位坐標(biāo)信息以手機(jī)測(cè)量的下行電平作為篩選條件，以每個(gè)柵格為單位，對(duì)柵格內(nèi)電平值按照電平最大的前個(gè)采樣點(diǎn)的電平平均值計(jì)算。

步驟5 應(yīng)用線性回歸聚類的方法，對(duì)柵格化的采樣點(diǎn)進(jìn)行聚類，從而計(jì)算出小區(qū)的模擬方位角。

步驟6 分別計(jì)算基站下每個(gè)小區(qū)的模擬方位角與實(shí)際方位角之差，根據(jù)差值特征，識(shí)別出單小區(qū)方位角異常、小區(qū)接反等問題，如圖3所示，其中橫坐標(biāo)代表采樣點(diǎn)在東西方向的分布，縱坐標(biāo)代表采樣點(diǎn)在南北方向的分布。

3 基于切換象限劃分算法

3.1 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的切換特征

當(dāng)前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)都是按照一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行站點(diǎn)的規(guī)劃建設(shè)，并且通過設(shè)置站點(diǎn)下的小區(qū)之間的鄰區(qū)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。就某小區(qū)而言，排除站內(nèi)小區(qū)間切換后，它與周邊小區(qū)的切換統(tǒng)計(jì)沿其天線的主方向（方位角）成正態(tài)分布，如圖4所示。

也就是說，在無線系統(tǒng)中，在天線方位角正確的情況下，源小區(qū)所在的站點(diǎn)與發(fā)生切換（主要是出切換）小區(qū)的站點(diǎn)之間的連線應(yīng)該落入小區(qū)安裝方位角的左偏或者右偏的范圍之內(nèi)，或者說該范圍內(nèi)的占比應(yīng)該較高。

3.2 切換象限劃分

基于上述對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換特征的分析，為了兼顧全面性和準(zhǔn)確性，可以嘗試取為90°、60°、45°（如通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，市區(qū)基站密度大，可以進(jìn)一步細(xì)分到30°、15°，結(jié)果更準(zhǔn)確），這樣可以把360°的平面劃分成2~4個(gè)象限。如果發(fā)生切換的站點(diǎn)連線大多未在第一象限內(nèi)，可以判斷該小區(qū)的方位角存在偏差，如圖5所示。

假定服務(wù)小區(qū)1所在站點(diǎn)的經(jīng)緯度為（(0),(0)），鄰區(qū)所在站點(diǎn)()的經(jīng)緯度為（(),()），小區(qū)1的方向角為，至()與正北方向的夾角()為：

（3）

假設(shè)處在1小區(qū)第一象限的鄰區(qū)有個(gè)，處在第二象限的鄰區(qū)為個(gè)，從1小區(qū)出切換至鄰區(qū)的切換請(qǐng)求次數(shù)為H，1為第一象限出切換請(qǐng)求次數(shù)的比例，當(dāng)1小于切換占比門限M，判斷服務(wù)小區(qū)1的方位角存在有較大偏差或天線有裝反的可能：

（5）

注：根據(jù)經(jīng)緯度計(jì)算小于50 m的站點(diǎn)默認(rèn)為同站，將其切換請(qǐng)求次數(shù)等剔除，不參與上述計(jì)算。M的取值范圍為：40%、30%、20%、10%。

同理，當(dāng)取值為45°、60°時(shí)，同樣判斷1的大小，當(dāng)1

（7）

（8）

在實(shí)際應(yīng)用過程中可以根據(jù)實(shí)際情況取小區(qū)一定時(shí)間段內(nèi)鄰區(qū)級(jí)切換次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過取45°、60°、90°，M取40%、30%、20%、10%的幾種不同組合判斷方式進(jìn)行篩選，得出可能存在切換異常的小區(qū)。

以=60°，M取40%進(jìn)行計(jì)算，如果1<40%，則認(rèn)為是切換象限異常小區(qū)。

4 應(yīng)用效果

目前上述研究已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，表1是對(duì)南寧市全網(wǎng)小區(qū)的工參方位角的分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，分析結(jié)論的綜合準(zhǔn)確率在90%以上。

表1 某市無線網(wǎng)絡(luò)方位角分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.1 方位角異常案例站點(diǎn)分析

以下是通過應(yīng)用切換象限劃分算法分析站點(diǎn)1小區(qū)存在工參方位角異常的分析過程。

步驟1 選定1小區(qū)（如圖6中五角星所示），根據(jù)其方位角（85°）按照=60°切換象限，如圖6所示。

步驟2 根據(jù)該小區(qū)配置的鄰區(qū)關(guān)系以及各鄰區(qū)的位置信息（如圖6中扇形所示），通過空間運(yùn)算確定各個(gè)鄰區(qū)歸屬的切換象限。

步驟3 基于采集的鄰區(qū)切換統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)1小區(qū)近一周內(nèi)的出切換請(qǐng)求次數(shù)1以及切換至所有鄰區(qū)的切換請(qǐng)求次數(shù)之和sum。

步驟4 計(jì)算總切換請(qǐng)求中落在第一象限的切換請(qǐng)求次數(shù)占比為10%。

步驟5 小于設(shè)定的分析門限（40%），從而確定該小區(qū)為切換象限異常小區(qū)，推送判定過程和分析結(jié)論。

4.2 小區(qū)裝反案例站點(diǎn)分析

站點(diǎn)2下的三小區(qū)工參方位角分別為110°、230°和350°，統(tǒng)計(jì)近一周內(nèi)的MR采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，篩選Top采樣點(diǎn)，應(yīng)用三角定位法對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行位置定位，具體如圖7所示，其中1~3小區(qū)對(duì)應(yīng)的MR采樣點(diǎn)分別用五角星、圓形、菱形表示。

可以分別計(jì)算出1~3小區(qū)的模擬方位角分別為348°、108°和244°，具體見表2。對(duì)比填報(bào)方位角和模擬方位角兩組數(shù)字，可以發(fā)現(xiàn)1~3小區(qū)存在裝反的問題。

表2 小區(qū)裝反案例站點(diǎn)分析結(jié)果

5 結(jié)束語

本文提出了MR采樣點(diǎn)聚類算法和切換象限劃分算法，經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，準(zhǔn)確性能夠達(dá)到90%以上，為工參數(shù)據(jù)質(zhì)量的常態(tài)化保障提供了有效手段。該研究方法可以推廣到工參數(shù)據(jù)中經(jīng)緯度等方面的核查中，能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)工參數(shù)據(jù)的質(zhì)量，支撐日常優(yōu)化工作的開展。

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Verification of the cell azimuth based on clustering of sampling point and division of switching quadrant

GAO Feng1, LEI Lei1, DU Rilan1, LI Feng1, XU Tan1, LI Yin1, ZUO Xiuyu2

1. Guangxi Branch of China Mobile Group Co., Ltd., Nanning 530022, China 2. Inspur Communication Information System Co., Ltd., Nanning 530022, China

Engineering data mainly depends on manual maintenance, and the poor accuracy restricts the development of network planning optimization. Aiming at the cell azimuth in engineering data, the simulated azimuth of the corresponding cell was calculated by using the sampling point clustering algorithm and the switching quadrant partitioning algorithm by collecting the measurement report data and the switching statistical data of the network management system. By comparing the simulated azimuth angle and the actual azimuth angle, the existing problems were found, which could be used to guide the data updating and engineering rectification. Through the actual verification of the current network, the research method has achieved good application effect. Similarly, the study can be applied to the latitude and longitude of engineering data, which has a strong reference value.

regulation of engineering data, clustering of sampling point, division of switching quadrant, optimization of network

TN929

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017135

2017?03?08；

2017?05?10

高峰（1981?），男，現(xiàn)就職于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)管支撐系統(tǒng)、系統(tǒng)規(guī)劃。

雷蕾（1978?），女，中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司信息系統(tǒng)部規(guī)劃建設(shè)室經(jīng)理，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)管支撐系統(tǒng)、系統(tǒng)規(guī)劃。

杜日覽（1975?），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司無線優(yōu)化中心無線優(yōu)化室經(jīng)理，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)優(yōu)化。

黎峰（1982?），男，現(xiàn)就職于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、集中優(yōu)化支撐系統(tǒng)。

徐鉭（1981?），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心室經(jīng)理，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)管系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)、安全管理。

李銀（1984?），女，現(xiàn)就職于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)管系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)。

左修玉（1984?），男，浪潮通信信息系統(tǒng)有限公司優(yōu)化服務(wù)產(chǎn)品方案經(jīng)理，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、系統(tǒng)規(guī)劃。