五臺(tái)山移動(dòng)通信組網(wǎng)架構(gòu)及基站部署的仿真研究

任國鳳 于慧 張瓊

摘要：作為具有特殊地貌的旅游熱點(diǎn)區(qū)域，五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)的移動(dòng)用戶通話容易受到地形阻擋、多徑效應(yīng)、潮汐現(xiàn)象等影響，造成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號弱、業(yè)務(wù)質(zhì)量差、掉線的問題。該文立足五臺(tái)山地形特點(diǎn)和旅游熱點(diǎn)地區(qū)通信用戶特點(diǎn)，通過規(guī)劃通信鏈路、部署基站位置與設(shè)置調(diào)整參數(shù)來仿真實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信組網(wǎng)及基站部署，為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：組網(wǎng)架構(gòu);基站部署;仿真;五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)

中圖分類號：TN802? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）06-0008-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 概述

五臺(tái)山是國家5A級旅游景區(qū)，最高海拔3061米，高峰期日接待游客量達(dá)到八萬人以上。該風(fēng)景區(qū)屬于特殊山區(qū)地形的旅游熱點(diǎn)區(qū)域，由于復(fù)雜地貌的地形阻擋和多徑效應(yīng)的干擾問題、業(yè)務(wù)流量的潮汐效應(yīng)等原因，在該區(qū)域容易出現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號弱、業(yè)務(wù)質(zhì)量差、掉線等問題。因而，如何在運(yùn)營商建網(wǎng)初期和后期優(yōu)化過程中，通過多小區(qū)協(xié)同規(guī)劃、部署和設(shè)置來實(shí)現(xiàn)五臺(tái)山復(fù)雜地貌熱點(diǎn)區(qū)域的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，達(dá)到良好的業(yè)務(wù)質(zhì)量，是比較典型且具備一定復(fù)雜性的工程問題。

然而，由于地形、設(shè)備、用戶規(guī)模與業(yè)務(wù)模式等因素的限制，無法實(shí)地調(diào)整組網(wǎng)架構(gòu)和基站部署情況。因此，采用專用軟件仿真實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)架構(gòu)分析與基站部署的調(diào)整可以為解決工程實(shí)際問題提供理論數(shù)據(jù)支撐，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

2 移動(dòng)通信組網(wǎng)中的關(guān)鍵問題

2.1 覆蓋優(yōu)化概述及指標(biāo)解讀

良好的無線網(wǎng)絡(luò)能力能夠保障整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量安全，結(jié)合合理的無線參數(shù)網(wǎng)絡(luò)配置方案才能保證得到一個(gè)安全高性能的移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)[4-5]。TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)一般采用同時(shí)多頻組合，同頻網(wǎng)絡(luò)干擾嚴(yán)重，良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和同頻干擾強(qiáng)度控制對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全性能提高具有重大意義。而網(wǎng)絡(luò)覆蓋遇到的典型問題可以分為四個(gè)方面，分別是覆蓋空洞、網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋、越區(qū)覆蓋和導(dǎo)頻網(wǎng)絡(luò)污染。主要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的原因可以分為五種：（1）無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是否具有準(zhǔn)確性;（2）實(shí)際站點(diǎn)位置與規(guī)劃站點(diǎn)位置是否具有偏差的產(chǎn)生;（3）實(shí)際參數(shù)和規(guī)劃參數(shù)是否具有一致性;（4）覆蓋區(qū)無線環(huán)境的變化;（5）新增加的覆蓋需求[6]。

覆蓋優(yōu)化可以從消除弱覆蓋和交叉覆蓋的角度入手，即結(jié)合實(shí)際需求合理地開展覆蓋網(wǎng)絡(luò)設(shè)施優(yōu)化建設(shè)。開展無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化之前，首先確定優(yōu)化的 KPI 目標(biāo)，TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化的目標(biāo)是在覆蓋區(qū)域內(nèi)，TD-LTE 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率應(yīng)滿足 RSRP > -100dBm 的概率大于98%及以上[7-9]。

RSRP （Reference Signal Receiving Power） 是LTE無線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)可以用來代表無線電信號強(qiáng)度的關(guān)鍵物理參數(shù)[10]，具體參數(shù)如表1所示。在鏈路預(yù)算中，RSRP=RS信號發(fā)射功率+扇區(qū)側(cè)天線增益-傳播損耗-建筑物穿損-人體損耗-線纜損失-陰影衰落+終端天線增益。

2.2 越區(qū)覆蓋及優(yōu)化覆蓋的原則

當(dāng)一個(gè)覆蓋小區(qū)的無線信號能夠出現(xiàn)在其周圍的毗鄰區(qū)域及以外的一定區(qū)域時(shí)，且信號RSRP足夠強(qiáng)，以至于能夠覆蓋成為主區(qū)和服務(wù)區(qū)的小區(qū)，稱為信號的越區(qū)覆蓋[10-11]。

解決覆蓋問題遵循的原則：

（1） 優(yōu)先考慮調(diào)整參考信號接收功率值，其次考慮優(yōu)化干擾的大小。

（2） 依次優(yōu)化信號的弱覆蓋、信號的越區(qū)覆蓋、導(dǎo)頻污染問題。

（3） 綜合考慮天線的下傾角、方位角、天線掛高高度和基站部署，最后調(diào)整 RS的發(fā)射功率的大小。

3 移動(dòng)通信創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)軟件

本文所用的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件由武漢凌特公司開發(fā)，主要包含場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)和路徑模擬仿真系統(tǒng)兩部分。場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行仿真，該模擬仿真系統(tǒng)在模擬過程中生成的仿真數(shù)據(jù)可以被路徑模擬仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到并及時(shí)記錄。仿真過程結(jié)束后，場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)模擬產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)同時(shí)能夠被提供模擬仿真后的路徑模擬仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)導(dǎo)入仿真分析。場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)和路徑模擬仿真系統(tǒng)通過相互配合形成一個(gè)完全閉環(huán)的仿真操作系統(tǒng)。

3.1 場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)

場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)界面如圖1所示，主要完成網(wǎng)絡(luò)場景的仿真、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生以及能夠?qū)緟?shù)進(jìn)行調(diào)整、修改。

3.2 仿真路側(cè)端系統(tǒng)界面介紹

仿真路側(cè)端系統(tǒng)主要用來采集場景模擬優(yōu)化仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)，并能將記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行全回放或部分回放，同時(shí)還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表分析。其界面如圖2所示。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)的基站部署

（1） 仿真步驟

第一步：打開實(shí)驗(yàn)軟件，完成基站的部署、規(guī)劃出測試路線并在起點(diǎn)處放置一部手機(jī)。

第二步：啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)仿真按鈕，打開路側(cè)端連接手機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，調(diào)整手機(jī)狀態(tài)，使手機(jī)開始移動(dòng)。

第三步：停止仿真，停止記錄，斷開手機(jī)設(shè)備。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，獲取基站工程參數(shù)，導(dǎo)入基站、地圖和軌跡。

第四步：數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果數(shù)據(jù)是否符合實(shí)驗(yàn)原理。經(jīng)過調(diào)整前仿真結(jié)果可知不符合情況，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。將測試路段分成四部分，對各部分進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定、基站部署。調(diào)試完成后進(jìn)行復(fù)測，直至符合實(shí)驗(yàn)原理。

（2） 場景描述

五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)存在11個(gè)基站，移動(dòng)用戶從龍望寺出發(fā)，終到碧山寺，通過路側(cè)端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀察從起點(diǎn)到終點(diǎn)路線上測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)并分析具體問題。

（3） 調(diào)整前仿真結(jié)果

由圖3的仿真結(jié)果可知，測試路線上許多測試點(diǎn)的RSRP小于-100并且概率小于98%，許多測試路線上沒有被信號覆蓋，所以應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)試。

（4） 數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)整

將測試路線分成四部分如圖4所示，并對各部分進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

①第一段路線：添加基站13，將五臺(tái)山-龍泉寺南-小區(qū)2的下傾角從 3°調(diào)整到 8°;基站13-小區(qū)1的下傾角從 3°調(diào)整到 8°;基站13-小區(qū)2的下傾角從 3°調(diào)整到 8°。方向角從 120°調(diào)整到 150°;五臺(tái)山-鎮(zhèn)海寺-小區(qū)1的下傾角從 3°調(diào)整到 11°;五臺(tái)山-鎮(zhèn)海寺-小區(qū)2的下傾角從 3°調(diào)整到 6°;五臺(tái)山-鎮(zhèn)海寺-小區(qū)3的下傾角從 3°調(diào)整到 14°。

②第二段路線：添加一個(gè)基站14，將基站14-小區(qū)3的方向角從 240°調(diào)整到 210°;五臺(tái)山-觀音洞-小區(qū)3的下傾角從 3°調(diào)整到 2°;五臺(tái)山-殊像寺-小區(qū)3的方向角從 240°調(diào)整到 270°;五臺(tái)山-殊像寺-小區(qū)2的方向角從 120°調(diào)整到 180°。

③第三段路線：添加基站16和基站17，將基站17-小區(qū)1 的扇角從90°調(diào)整到140°，方位角從0°調(diào)整到355°，將基站17-小區(qū)2 的扇角從90°調(diào)整到140°，方向角從120°調(diào)整到 90°，將基站16-小區(qū)1 的扇角從90°調(diào)整到140°，方向角從0°調(diào)整到 260°，將基站16-小區(qū)2 的扇角從90°調(diào)整到140°，方位角從120°調(diào)整到 165°，將殊像寺-小區(qū)1 的扇角從90°調(diào)整到150°，方向角從0°調(diào)整到 25°，將風(fēng)林禪寺-小區(qū) 1 的扇角從90°調(diào)整到140°，方向角從0°調(diào)整到 20°，將殊像寺-小區(qū)3的扇角從90°調(diào)整到150°，方位角從240°調(diào)整到 275°，將楓林禪寺-小區(qū) 2 的扇角從90°調(diào)整到140°，方位角從120°調(diào)整到 115°。

④第四段路線：添加基站-15，基站-16，將基站16-小區(qū) 2 的扇角從90°調(diào)整到140°，方向角從120°調(diào)整到 80°。將五臺(tái)山-廣化寺-小區(qū) 3 的扇角從 90°調(diào)整到 140°。將基站15-小區(qū) 1 的方向角從 90°調(diào)整到 70°，方向角從0°調(diào)整到320°。將基站16-小區(qū) 3 的方向角從 240°調(diào)整到 220°，扇角從90°調(diào)整到 130°。將基站15-小區(qū) 1 的方向角從 0°調(diào)整到 20°。將五臺(tái)山-龍門寺-小區(qū) 1 的方位角從 0°調(diào)整到 310°，扇角從90°調(diào)整到 100°。將五臺(tái)山-龍門寺-小區(qū) 3的方向角從 240°調(diào)整到 190°，扇角從90°調(diào)整到 140°。

（5） 調(diào)整后仿真結(jié)果

調(diào)整后各段的仿真結(jié)果如圖5-圖8所示。

5 結(jié)束語

本文主要圍繞著五臺(tái)山風(fēng)景區(qū)的基站部署，以為游客提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來設(shè)計(jì)。通過仿真測試、數(shù)據(jù)分析、驗(yàn)證覆蓋指數(shù)得出結(jié)論，使基站得到合理的部署，不僅可以解決通信實(shí)際問題，還可以為通信運(yùn)營商調(diào)整網(wǎng)絡(luò)布局提供思路。

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