隧道內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)路測(cè)的方法及應(yīng)用

張勇

摘 要：隨著4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來(lái)越多的區(qū)域需要使用帶有定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。在鐵路、公路線路上，部分地區(qū)隧道較多，GPS信號(hào)弱甚至沒(méi)有，電信運(yùn)營(yíng)商無(wú)法使用傳統(tǒng)路測(cè)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)試。本文介紹了一種適合隧道場(chǎng)景的4G網(wǎng)絡(luò)路測(cè)的方法，能夠在無(wú)GPS信號(hào)的測(cè)試過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)位置打點(diǎn)，有效提高路測(cè)精度及工作效率。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)；路測(cè)；隧道內(nèi)定位

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

路測(cè)是通信行業(yè)中對(duì)鐵路、公路等路線無(wú)線信號(hào)進(jìn)行測(cè)試的常用方法，通過(guò)測(cè)試得到無(wú)線信號(hào)數(shù)據(jù)和測(cè)試的路線圖，結(jié)合無(wú)線環(huán)境因素，分析得出路線上的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量情況，同時(shí)，通過(guò)解決測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的弱覆蓋、質(zhì)量差、掉話、未接通/單通、雜音、切換失敗、越區(qū)覆蓋、頻繁切換、選擇和重選等問(wèn)題，能夠有效提升用戶在該路線上的通信感知。為提高測(cè)試效率，測(cè)試人員一般都是坐在火車、汽車中，用專業(yè)的測(cè)試儀表對(duì)整個(gè)路段進(jìn)行測(cè)試。目前全球定位系統(tǒng)（GPS）已經(jīng)能夠?yàn)橛脩籼峁┓浅＞_的定位服務(wù)。然而，使用該全球定位系統(tǒng)必須要接受由衛(wèi)星或天線發(fā)射的無(wú)線GPS信號(hào)，這對(duì)于無(wú)法接收到該信號(hào)或信號(hào)質(zhì)量很差的隧道區(qū)域來(lái)講，則無(wú)法通過(guò)GPS信號(hào)來(lái)定位。

但是，4G運(yùn)營(yíng)商需要在無(wú)法接收GPS信號(hào)的特殊環(huán)境中完成定位信息，并對(duì)該環(huán)境中的4G網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。為了能在鐵路、公路隧道中定位，并獲得與運(yùn)動(dòng)路徑對(duì)應(yīng)的4G網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)信息，需要一種能在缺失GPS信號(hào)的環(huán)境中獲得定位信息的方法及設(shè)備。

1 定位方法

通過(guò)采集到的原始數(shù)據(jù)，包括：GPS信號(hào)接收單元，用于接收GPS信號(hào)；陀螺儀，用于采集運(yùn)動(dòng)角速度信息；加速度計(jì)，用于采集運(yùn)動(dòng)加速度信息；氣壓計(jì)，用于采集大氣壓力信息。并利用無(wú)線通信單元，將原始數(shù)據(jù)信息傳送給數(shù)據(jù)處理單元，通過(guò)確定的位置坐標(biāo)校正其他位置的坐標(biāo)，從而計(jì)算出位置信息。該方法能在沒(méi)有GPS信號(hào)的區(qū)域確定物體的相對(duì)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑。具體實(shí)現(xiàn)方法如下。

從有GPS信號(hào)的位置開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，GPS信號(hào)接收單元接收該位置的GPS信號(hào)，并采集運(yùn)動(dòng)路徑中的多個(gè)位置的數(shù)據(jù)，將相對(duì)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑中的一個(gè)或多個(gè)位置的確定的相對(duì)坐標(biāo)信息輸入數(shù)據(jù)處理單元。對(duì)于只有相對(duì)路徑的情況，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)位置確定的絕對(duì)坐標(biāo)，計(jì)算其他位置的絕對(duì)坐標(biāo)從而獲得絕對(duì)路徑；對(duì)于具有絕對(duì)路徑的情況，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)該一個(gè)或多個(gè)位置確定的絕對(duì)坐標(biāo)校正其他位置的絕對(duì)坐標(biāo)，如圖1、圖2所示。

2 路測(cè)設(shè)備

將定位方法形成設(shè)備，并與專業(yè)路測(cè)設(shè)備結(jié)合使用，主要包括3個(gè)組件。

（1）前端設(shè)備。用于室內(nèi)室外自動(dòng)路測(cè)數(shù)據(jù)采集，能同時(shí)進(jìn)行TDD-LTE/FDD-LTE、GSM-R等10個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)的路測(cè)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集。

（2）可基于平板電腦、智能手機(jī)、筆記本電腦等綜合網(wǎng)絡(luò)測(cè)試監(jiān)控和后臺(tái)分析系統(tǒng)。實(shí)時(shí)查看和回放各個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的事件、信令、參數(shù)、GIS軌跡等；可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)測(cè)試的報(bào)表結(jié)果?？捎糜趯?duì)路測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)測(cè)/優(yōu)化。

（3）類似于傳統(tǒng)自動(dòng)路測(cè)的后臺(tái)分析系統(tǒng)。主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、優(yōu)化效果評(píng)定、割接情況檢查、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析以及日常網(wǎng)絡(luò)代維，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

3 具體應(yīng)用

在青海某地連續(xù)隧道的高鐵線路上，能借助此定位方法設(shè)備提供的位置定位傳感器功能，非常準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)自動(dòng)畫(huà)出4G網(wǎng)絡(luò)連續(xù)測(cè)試軌跡，且軌跡不會(huì)大幅中斷，以方便解決隧道特殊場(chǎng)景的位置軌跡自動(dòng)定位、實(shí)時(shí)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)分析的難題。具體情況如圖3所示。

圖3、圖4是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的RSRP與SINR的參數(shù)渲染圖，其中圖3是本方法設(shè)備自動(dòng)打點(diǎn)軌跡線路，圖4是傳統(tǒng)路測(cè)設(shè)備打點(diǎn)軌跡線路。綜合功能性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對(duì)比測(cè)試的結(jié)果，基本可以得出如下結(jié)論。

本文闡述的高精度定位算法及與之形成的路測(cè)硬件產(chǎn)品，定位精度能夠控制在1%以內(nèi)，且能有效消除累積誤差，是適合鐵路、公路隧道的測(cè)試方案的綜合測(cè)試設(shè)備，可完全替代傳統(tǒng)路測(cè)系統(tǒng)在無(wú)GPS信號(hào)時(shí)的手工操作。同時(shí)，設(shè)備除能支持“測(cè)試模塊”接入方式外，還可通過(guò)USB口外接方式測(cè)試，獲得與手工路測(cè)系統(tǒng)一致的測(cè)試數(shù)據(jù)。

提供的實(shí)時(shí)后臺(tái)分析管理系統(tǒng)具有如下功能：詳細(xì)地圖監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析（包括所有網(wǎng)絡(luò)的事件信息、信號(hào)電平/質(zhì)量等參數(shù)信息都可在地圖軌跡上同時(shí)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，且按用戶意愿可隨意進(jìn)行圖層偏移呈現(xiàn)…），能在iPad終端上實(shí)現(xiàn)直接制訂/編輯/下發(fā)測(cè)試計(jì)劃、直接出Word/Excel報(bào)表、ATU實(shí)時(shí)監(jiān)控（事件、層2/3信令、信號(hào)電平/質(zhì)量等參數(shù)、鄰區(qū)列表、告警等）、LOG現(xiàn)場(chǎng)回放分析（包括主被叫聯(lián)合回放分析）、測(cè)試LOG管理等，比較方便測(cè)試工程師現(xiàn)場(chǎng)分析定位網(wǎng)優(yōu)問(wèn)題，能滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)巡檢/評(píng)估/優(yōu)化/代維需求?？芍С?3個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)同時(shí)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試和分析（13個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊可進(jìn)行任意網(wǎng)絡(luò)制式及業(yè)務(wù)配置），支持多網(wǎng)絡(luò)多任務(wù)多運(yùn)營(yíng)商的對(duì)比測(cè)試和優(yōu)化：GSM/GPRS/EDGE、CDMA IS95/CDMA20001X/EVDO、WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA+、TD-SCDMA/HSPA、WLAN、TDD-LTE/FDD-LTE等。

同時(shí)，該方法及設(shè)備也可應(yīng)用到室內(nèi)、電梯、樓梯等場(chǎng)景的測(cè)試和直觀軌跡顯現(xiàn)，并能按樓層、電梯、樓梯等場(chǎng)景直接輸出報(bào)表。

當(dāng)前，運(yùn)營(yíng)商正在著手于建立良好的4G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的性能在今后的優(yōu)化工作顯得越來(lái)越重，而現(xiàn)有的測(cè)試手段基本不能滿足精確測(cè)量信號(hào)的需求，所以需要有一個(gè)更完善的測(cè)試設(shè)備，來(lái)精確測(cè)試特殊場(chǎng)景內(nèi)的無(wú)線信號(hào)。本文闡述的方法及測(cè)試系統(tǒng)能夠在無(wú)GPS信號(hào)路測(cè)中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)打點(diǎn)，減少傳統(tǒng)路測(cè)中人為引起的測(cè)試數(shù)據(jù)誤差，更易于提高測(cè)試精度，提高人員工作效率。

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