一種提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率的新方法

張葉江，陳捷，胡堅，楊曉康，陸赟，梁騰

一種提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率的新方法

張葉江1，陳捷2，胡堅1，楊曉康1，陸赟1，梁騰3

（1. 中國移動通信集團云南有限公司無線優(yōu)化中心，云南 昆明 650041；2. 紅河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 紅河 661199；3. 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650500）

城區(qū)網(wǎng)格道路是移動通信用戶重要的使用場景。與其他用戶靜止場景相比，道路上UE移動性導(dǎo)致客戶感知相對較差。傳統(tǒng)城區(qū)網(wǎng)格道路測試優(yōu)化存在整治不徹底、優(yōu)化效率低、工單重復(fù)派、工作無重點等痛點。提出了一種提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率的新方法，引入測試問題圓域的概念，實現(xiàn)了零星測試問題點的有效聚合，并用“聚合度”“重復(fù)度”定量標(biāo)識測試問題優(yōu)先級；通過測試問題圓域“理想方位角”和“合適小區(qū)”的計算，提出了測試問題最優(yōu)覆蓋小區(qū)的計算方法，可有效輸出問題圓域的優(yōu)化方案。所提方法已在現(xiàn)網(wǎng)部署，有效支撐了全網(wǎng)城區(qū)網(wǎng)格道路測試優(yōu)化工作，5G覆蓋率由89.95%提升到98.86%，應(yīng)用效果較好。

網(wǎng)格道路；5G覆蓋率；問題圓域；合適小區(qū)；理想方位角；最優(yōu)小區(qū)

0 引言

城區(qū)網(wǎng)格道路是移動通信網(wǎng)絡(luò)中的重要場景。與其他用戶靜止場景相比，城區(qū)網(wǎng)格道路上的用戶具有移動性，具體表現(xiàn)為在城區(qū)道路上用戶以20～60 km/h的中等速度移動，在部分按高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的路段上，其移動速度可以達到120 km/h，此時用戶設(shè)備（user equipment，UE）會隨著用戶的移動而移動。由于移動通信網(wǎng)絡(luò)是按蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計的，UE會在不同的基站小區(qū)間發(fā)生切換[1]。當(dāng)部分路段5G弱覆蓋時，UE可能出現(xiàn)切換失敗的現(xiàn)象，導(dǎo)致城區(qū)網(wǎng)格道路的客戶感知一般低于其他場景[2]。因此，如何提升城區(qū)網(wǎng)格道路的5G覆蓋率，就成為一項重要的研究課題。

本文基于城區(qū)網(wǎng)格道路優(yōu)化現(xiàn)狀，提出了一種提升5G覆蓋率的新方法。該方法實現(xiàn)了弱覆蓋問題路段的聚合，并基于最新的測試日志對往期問題路段是否解決進行自動判斷，對于反復(fù)出現(xiàn)問題的路段提升其優(yōu)先級進行重點督辦；方法還實現(xiàn)了弱覆蓋問題路段和周邊小區(qū)在距離和方位角上的精準(zhǔn)匹配，能有效識別并輸出弱覆蓋問題路段的解決方案，有利于快速解決弱覆蓋問題，提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率。

1 城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋優(yōu)化現(xiàn)狀分析

無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量主要取決于基站位置分布、小區(qū)方位角設(shè)計、小區(qū)發(fā)射功率及切換參數(shù)等因素[3-4]。其中，基站位置分布和小區(qū)方位角設(shè)計可以稱為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的“硬因素”，而小區(qū)發(fā)射功率和切換參數(shù)可以稱為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的“軟因素”。據(jù)統(tǒng)計，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的80%以上的問題都可以通過優(yōu)化基站布局或小區(qū)方位角解決，而小區(qū)發(fā)射功率、切換參數(shù)等可以作為網(wǎng)絡(luò)覆蓋提升的補充手段，因此無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中有“以天饋調(diào)整為主，以參數(shù)調(diào)整為輔”的說法[5]。為提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋質(zhì)量，中國移動省公司會按月組織城區(qū)網(wǎng)格例行測試優(yōu)化。具體實施時，地市分公司按網(wǎng)格測試規(guī)范完成測試后，測試log自動回傳到自動路測平臺，自動路測平臺對測試log進行指標(biāo)解析，并輸出測試問題路段，而問題路段中最重要的類型就是弱覆蓋。省公司會通過工單管理平臺將弱覆蓋路段工單派發(fā)至地市公司，由地市公司進行優(yōu)化整治，并上傳復(fù)測報告證明該問題路段已解決。地市公司提交質(zhì)檢后，由省公司通過人工審核測試報告判斷是否解決，如果解決則該工單歸檔，如果沒有則駁回分公司進行二次處理。

但在實際執(zhí)行時，上述工作流程會存在若干弊端。首先，地市公司為了解決A路段弱覆蓋問題，會把周邊小區(qū)天線覆蓋方向扳向A處，此時A處弱覆蓋解決了，但是周邊路段又增加了弱覆蓋問題，出現(xiàn)“拆東墻補西墻”的現(xiàn)象，對本就有限的優(yōu)化資源形成巨大浪費。其次，優(yōu)化人員往往先通過測試log分析軟件，人工對弱覆蓋路段進行初步分析，然后逐個上站進行天面排查后再確定調(diào)整方案，工作效率極低[6]。再次，傳統(tǒng)的基于密度的聚類（density-based spatial clustering of applications with noise，DBSCAN）算法和均值聚類算法（-means clustering algorithm，-means）等地理位置聚類算法未考慮道路的曲線特征，其分析方法在城區(qū)網(wǎng)格道路優(yōu)化中并不適用。最后，部分路段出現(xiàn)問題頻次高，且連續(xù)多個月反復(fù)出現(xiàn)，本應(yīng)成為優(yōu)化重點區(qū)域，但沒有好的指標(biāo)和工具進行評價，導(dǎo)致優(yōu)化整治無差別對待，部分問題路段長期未解決。因此，迫切需要尋找一種新方法以有效提升城區(qū)網(wǎng)格道路的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。

本文提出了一種提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率的新方法，總體優(yōu)化算法架構(gòu)如圖1所示。該方法首先以半徑為基準(zhǔn)對原始網(wǎng)格測試問題點進行聚合，得到問題圓域清單，并通過聚合度及重復(fù)度篩選出需要優(yōu)先整治的問題圓域清單。然后基于現(xiàn)網(wǎng)宏基站小區(qū)工參，依次計算出最近距離小區(qū)、合適距離小區(qū)，從合適小區(qū)中計算出理想方位角，并基于合適小區(qū)的實際方位角得出最優(yōu)小區(qū)。找到最優(yōu)小區(qū)后，結(jié)合其與問題圓域的距離和方位角關(guān)系，輸出對應(yīng)的優(yōu)化方案。

圖1 總體優(yōu)化算法架構(gòu)

2 弱覆蓋問題路段聚合算法

2.1 弱覆蓋問題路段聚合思路

城區(qū)網(wǎng)格道路log采樣點軌跡是曲線，從某個問題點到其周邊問題點連線的方位角可能是0°到360°之間的任意值，總可以用一個圓將這些問題點圈起來，形成一個“問題圓域”（problem circle）。具體設(shè)計時，以第一個問題點的經(jīng)度、緯度為圓心，以半徑（如100 m）為聚合半徑畫問題圓域。當(dāng)周邊問題點在該問題圓域內(nèi)時（含邊界），圓心及周邊問題點均標(biāo)記為已運算，并聚合到該問題圓域內(nèi)，直到所有的問題點都輪詢完畢，該問題圓域就形成一張問題工單。然后選擇下一個未參與過運算的問題點，重復(fù)上面的步驟，直到所有的問題點都參與過一次運算，就實現(xiàn)了所有問題點在問題圓域內(nèi)的聚合。

問題圓域原理示意圖如圖2所示，P1作為第一個點，P2、P3與P1距離在聚合半徑（=100 m）以內(nèi)，則P1、P2、P3聚合為一個問題圓域，并生成一張問題工單，P1、P2、P3均標(biāo)記為“已聚合”，避免后續(xù)重復(fù)計算；其他問題點P4、P5、···、P與P1的經(jīng)度、緯度距離都大于聚合半徑，需要聚合到其他新增的問題圓域中。如此，將多個地理位置相鄰的零星問題點聚合為一個問題圓域，以問題圓域為單位派單，把解決問題點轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q問題圓域，能有效降低工單數(shù)量，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化費用。

圖2 問題圓域原理示意圖

兩個問題點之間的距離計算方法如下。

取數(shù)據(jù)庫中問題點P1的經(jīng)度、緯度作為起點，其經(jīng)度、緯度記為(long1, lat1)，取問題點P2的經(jīng)度、緯度作為終點，其經(jīng)度、緯度記為(long2, lat2)，將P1、P2的經(jīng)度、緯度均轉(zhuǎn)換為弧度值，得到P1(long1×π/180, lat1×π/180)、P2(long2×π/180, lat2×π/180)，其中，π為圓周率，則P1、P2間的經(jīng)度、緯度距離（Distance）計算方法為：

其中，sin=sin(angle lat1)×sin(angle lat2)，cos= cos(angle lat1)×cos(angle lat2)×cos(angle long2-angle long1)，=sin+ cos。

2.2 聚合度與重復(fù)度

為解決“拆東墻補西墻”的痛點，本文方法不再將地市公司上傳的測試報告作為問題解決的判決依據(jù)，而是將最新例行測試的完整log作為判決數(shù)據(jù)來源。當(dāng)該問題圓域下個月沒有重復(fù)出現(xiàn)問題時，該問題圓域標(biāo)記為“一次解決”；該問題圓域連續(xù)兩次都沒有出現(xiàn)問題時，才標(biāo)記為“永久解決”。如果該問題圓域下月重復(fù)出現(xiàn)問題，則應(yīng)標(biāo)記為“未解決”，且對問題出現(xiàn)次數(shù)進行迭加，并提升問題處理優(yōu)先級。對于標(biāo)記為“永久解決”的問題圓域，不再納入后續(xù)輪詢范圍，若有新問題點產(chǎn)生，則重新生成新問題圓域。

與此同時，在問題圓域中引入了“聚合度”和“重復(fù)度”兩個概念。其中，聚合度指同一問題圓域出現(xiàn)問題點的總次數(shù)，聚合度高表明該問題圓域出現(xiàn)過的弱覆蓋問題點多，聚合度低表明該問題圓域出現(xiàn)的問題點少；重復(fù)度指同一問題圓域連續(xù)出現(xiàn)問題的月份數(shù)，重復(fù)度高表明該問題圓域出現(xiàn)問題的月份次數(shù)多，重復(fù)度低表明該問題圓域出現(xiàn)問題的月份次數(shù)少。“聚合度”和“重復(fù)度”兩個指標(biāo)可以有效地度量網(wǎng)格道路弱覆蓋問題的嚴重程度，“聚合度”高或“重復(fù)度”高的路段，就是城區(qū)網(wǎng)格道路弱覆蓋問題嚴重的區(qū)域，需要集中資源優(yōu)先開展整治工作。

3 問題解決方案輸出原理

城區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)主要由宏基站（含少量微基站，以下統(tǒng)稱宏基站）和室分站點覆蓋。其中，宏基站將蜂窩形狀作為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行建設(shè)，是移動通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，主要用于室外覆蓋；而室分站點則用于增強底層深度覆蓋，需要盡量避免室分信號外泄到城區(qū)道路上。因此，覆蓋城區(qū)網(wǎng)格道路的是且應(yīng)該是宏基站小區(qū)。因此，本文方法在應(yīng)用現(xiàn)網(wǎng)工參時，首先將室分站點小區(qū)剔除，僅保留宏基站小區(qū)作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)工參。

3.1 最小距離和合適距離計算

在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中，往往希望用最近的基站對問題圓域進行覆蓋，此時有一個“最小距離”，記為。但離問題圓域最近基站的覆蓋目標(biāo)并不一定是網(wǎng)格道路，且其受限于方位角、掛高等參數(shù)甚至無法覆蓋到。因此，覆蓋該問題圓域的往往是周邊其他“合適”的基站，此時有一個“合適距離”，記為。在本文方法中，將所有的問題圓域分別記為P1～P，所有的宏基站小區(qū)分別記為C1～C。先取問題圓域P1，計算其與其他所有宏基站小區(qū)的距離，找到一個最近的距離值，設(shè)此時最近小區(qū)為C1；再以C1的經(jīng)度、緯度為圓心，以為半徑（如50 m）畫圓，可將其稱為“合適圓”，輪詢計算出所有在合適圓內(nèi)的小區(qū)，稱為“合適小區(qū)”（包含C1），并分別記錄其與P1的合適距離、數(shù)據(jù)庫行號和方位角等信息。由幾何知識容易知道，≤+。最近小區(qū)和合適小區(qū)計算原理示意圖如圖3所示，問題圓域P1的所有“合適小區(qū)”為C1～C9，這9個小區(qū)在距離上都比較適中，都有可能作為問題圓域P1的主覆蓋小區(qū)。如此，輪詢計算出所有問題點的合適距離、數(shù)據(jù)庫行號和方位角等信息，作為后續(xù)“最優(yōu)小區(qū)”的備選小區(qū)。

圖3 最近小區(qū)和合適小區(qū)計算原理示意圖

3.2 理想方位角計算

對于一個測試問題圓域，假設(shè)一個小區(qū)的天線主瓣方向正對其圓心進行覆蓋，此時小區(qū)方位角稱為小區(qū)覆蓋該問題圓域的“理想方位角”。宏基站小區(qū)的方位角越接近理想方位角，覆蓋效果越好。下面給出問題圓域的理想方位角計算方法。以問題圓域的圓心(long0, lat0)為原點構(gòu)建平面直角坐標(biāo)系，設(shè)C(long, lat)為該坐標(biāo)系下的一個小區(qū)經(jīng)度、緯度，其中取值為1,2,3,4，分別以C1、C2、C3、C4為原點也構(gòu)建平面直角坐標(biāo)系，理想方位角計算原理示意圖如圖4所示。令δ=long-long0, δ=lat-lat0，記理想方位角為。則根據(jù)三角函數(shù)知識可知[7-8]如下。

（1）當(dāng)δ=0時，說明小區(qū)的經(jīng)度、緯度在軸上，需要繼續(xù)判斷是在軸上方還是下方。如果δ>0，說明小區(qū)在軸上方，此時=180°；如果δ<0，說明小區(qū)在軸下方，此時=0°。

（2）當(dāng)δ≠0時，說明小區(qū)不在軸上，此時分4個象限分別計算理想方位角，計算式分別如下。

圖4 理想方位角計算原理示意圖

3.3 最優(yōu)小區(qū)計算

對于一個測試問題圓域的所有“合適小區(qū)”中，總有一個小區(qū)的理想方位角與實際方位角之間的夾角最小，這個小區(qū)就是該問題圓域的最優(yōu)覆蓋小區(qū)，簡稱“最優(yōu)小區(qū)”。最優(yōu)小區(qū)應(yīng)同時滿足距離適中且夾角最小兩個條件。最優(yōu)小區(qū)計算原理示意圖如圖5所示，問題圓域P1的合適小區(qū)為C1～C9，分別計算P1和C1～C9的理想方位角，并用理想方位角與該小區(qū)的實際方位角作差，取其絕對值gap=||。當(dāng)gap＞180°且＞時，理想方位角和實際方位角之間的夾角=360°-+；當(dāng)gap＞180°且＜時，=360°+-；否則，=|-|。當(dāng)最小時，得到此時的小區(qū)C為最優(yōu)小區(qū)，為最優(yōu)理想方位角，為最優(yōu)方位角。

圖5 最優(yōu)小區(qū)計算原理示意圖

4 現(xiàn)網(wǎng)實施效果分析

4.1 現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

取全網(wǎng)城區(qū)網(wǎng)格道路2 169個問題圓域進行分析，現(xiàn)網(wǎng)測試問題點數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計見表1，其中，夾角表示問題圓域理想方位角和最優(yōu)小區(qū)方位角之間的夾角，距離表示問題圓域圓心和最優(yōu)小區(qū)經(jīng)度、緯度之間的距離。城區(qū)網(wǎng)格宏基站天線水平波瓣角一般為65°，站間距約為300 m[9]。由表1可知如下。

（1）距離小于300 m時，夾角在[0°, 30°)范圍內(nèi)的問題圓域占比為60.40%，此部分問題圓域在最優(yōu)小區(qū)的主波瓣覆蓋范圍內(nèi)，可通過重選或切換參數(shù)調(diào)整解決；夾角在[30°, 65°)范圍內(nèi)的問題圓域占比為20.97%，此部分問題圓域建議通過現(xiàn)場適當(dāng)微調(diào)天線方位角并輔以后臺參數(shù)優(yōu)化解決；夾角在65°以上的問題圓域建議通過天饋整改、共址新增扇區(qū)解決，必要時可以建設(shè)微基站增強覆蓋[10-11]。

（2）距離大于300 m時，此類問題圓域一般在靠近城郊區(qū)域，夾角在[0°, 30°)的可適當(dāng)通過提升有源天線單元（active antenna unit，AAU）發(fā)射功率解決，夾角在[30°, 65°)的可適當(dāng)通過調(diào)整小區(qū)方位角并提升AAU發(fā)射功率解決，上調(diào)功率后無法解決或夾角大于65°的可新增站點解決[12-13]。

4.2 現(xiàn)網(wǎng)部署效果

某省已按照上述原理進行系統(tǒng)部署，對城區(qū)網(wǎng)格測試問題點進行聚合，并同時在派單時提供最優(yōu)小區(qū)信息[14]。該平臺包含3個部分，第一部分是自動路測平臺，主要是向5G小背包等測試工具下發(fā)測試計劃，接收自動回傳的測試log；第二部分是智能測試分析平臺，主要功能是同步獲取自動路測平臺的測試log文件，對log文件解析后生成指標(biāo)報表，完成測試問題點聚合，并同步判斷往期問題圓域是否解決，并將問題解決情況及新增的問題工單推送到網(wǎng)優(yōu)平臺；第三部分是網(wǎng)優(yōu)平臺，該平臺是無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化生產(chǎn)平臺，主要實現(xiàn)問題工單在省市公司間的流轉(zhuǎn)，完成網(wǎng)格道路測試問題圓域的跟進閉環(huán)。中國移動云南公司網(wǎng)格測試優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

表1 現(xiàn)網(wǎng)測試問題點數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計

圖6 中國移動云南公司網(wǎng)格測試優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)

自2021年部署該系統(tǒng)以來，城區(qū)網(wǎng)格長期難以解決的問題得到有效根治，問題重復(fù)出現(xiàn)路段占比由14.35%降低至6.63%，全省城區(qū)網(wǎng)格道路覆蓋率（按SB RSRP ≥-93且SSB SINR ≥-3統(tǒng)計）均值由89.95%提升到98.86%，改善幅度達8.91%。與此同時，累計將12 134個路測問題聚合為8 725張問題工單，工單壓降幅度達28.09%，節(jié)省優(yōu)化成本102.27萬元，真正實現(xiàn)了企業(yè)降本增效。項目成效統(tǒng)計見表2。

表2 項目成效統(tǒng)計

5 結(jié)束語

本文方法實現(xiàn)了零星問題點到問題圓域的有效聚合，能快速實現(xiàn)問題圓域最優(yōu)小區(qū)的精準(zhǔn)匹配，在穩(wěn)步提升城區(qū)網(wǎng)格道路5G覆蓋率的同時降低了優(yōu)化成本，提升了城區(qū)網(wǎng)格道路場景的用戶感知。該方法的問題聚合算法和問題解決方案算法也可用于客戶投訴、語音問題等其他網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作。后續(xù)將引入切換參數(shù)、功率參數(shù)、海拔高度等“軟因素”，以提升該方法的有效性及完備性[15]。

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A new method to improve 5G coverage of urban grid roads

Zhang Yejiang1, CHEN Jie2, Hu Jian1, YANG Xiaokang1, LU Yun1, LIANG Teng3

1. Wireless Optimization Center of China Mobile Communication Group Yunnan Co., Ltd., Kunming 650041, China 2. Honghe Vocational and Technical College, Honghe 661199, China 3. Yunnan Communications Vocational and Technical College, Kunming 650500,China

Urban grid road is an important use scenario for mobile communication users. Compared with other static scenes, UE mobility on the road leads to relatively poor customer perception. The traditional urban grid road test optimization has some pain points, such as incomplete regulation, low optimization efficiency, repeated work orders, no focus and so on. A new method to improve 5G coverage of urban grid roads was proposed. The proposed method introduces the concept of problem circle, realizes the effective aggregation of sporadic test problem points, and uses “aggregation degree” and “repetition degree” to quantitatively identify the priority of test problems. By introducing the concepts of “ideal azimuth” and “appropriate cell”, the method of the optimal coverage cell of the problem circle was proposed, which can effectively output the optimization scheme of the problem circle. This method has been deployed in the current network and effectively supports the test and optimization of urban grid roads. The 5G coverage rate has increased from 89.95% to 98.86%.

grid road, 5G coverage rate, problem circle, appropriate cell, ideal azimuth, optimal cell

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2022299

2022-05-26；

2022-12-19

梁騰，13888990971@139.com

張葉江（1989-），男，中國移動通信集團云南有限公司無線優(yōu)化中心工程師，主要研究方向為4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

陳捷（1983-），男，紅河職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師，主要研究方向為移動通信。

胡堅（1977-），男，中國移動通信集團云南有限公司無線優(yōu)化中心高級工程師，主要研究方向為4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

楊曉康（1976-），男，中國移動通信集團云南有限公司無線優(yōu)化中心工程師，主要研究方向為4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

陸赟（1988-），男，中國移動通信集團云南有限公司無線優(yōu)化中心工程師，主要研究方向為4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

梁騰（1985-），男，云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師、教研室主任，主要研究方向為通信技術(shù)、職業(yè)教育等。