溫偉能+張霓

【摘 要】為了直觀、全面、科學(xué)地描述小區(qū)綜合覆蓋狀態(tài)，提出了一種基于終端上報的測量報告（MR）的二維統(tǒng)計圖，通過對MR中會攜帶的主服務(wù)小區(qū)接收電平（RSRP）樣本信息進(jìn)行分析，得到其當(dāng)前下行覆蓋狀況，對MR中會攜帶的鄰區(qū)RSRP樣本信息進(jìn)行分析，得到其周邊鄰區(qū)信號強弱，再根據(jù)鄰區(qū)間不同的切換策略劃分區(qū)間，能夠發(fā)現(xiàn)小區(qū)弱覆蓋、重疊覆蓋、鄰區(qū)漏配等一系列覆蓋問題，以便開展相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施。提出的MR二維統(tǒng)計分布圖為現(xiàn)網(wǎng)LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了一種工具。

【關(guān)鍵詞】測量報告 覆蓋狀態(tài) 二維統(tǒng)計圖

1 引言

終端處于連接態(tài)時會通過信令上報測量報告（Measurement Report，MR）到基站，基站通過其上報的內(nèi)容即時了解當(dāng)前終端的下行覆蓋情況。根據(jù)預(yù)先配置好的策略，作出繼續(xù)駐留本小區(qū)不再測量、駐留本小區(qū)繼續(xù)測量、切換到相應(yīng)的鄰區(qū)或者脫離網(wǎng)絡(luò)的決策，下發(fā)到終端去執(zhí)行。這些策略是通過上報的服務(wù)小區(qū)參考信號接收電平（Scell-RSRP）和鄰小區(qū)參考信號接收電平（Ncell-RSRP）進(jìn)行比較判決所得到的。通過收集這些MR數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行二維度關(guān)聯(lián)統(tǒng)計和分析，能夠了解該小區(qū)的歷史移動性管理決策過程，全面、直觀地把握該小區(qū)與鄰區(qū)間的覆蓋情況。通過現(xiàn)網(wǎng)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和繪圖，在不同場景、不同切換策略下對網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題進(jìn)行舉例分析，并且嘗試得到和驗證相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，以證明該統(tǒng)計圖能夠真實地反映網(wǎng)絡(luò)覆蓋的結(jié)構(gòu)問題。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估面臨的困難

2.1 密集城區(qū)LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估困難

為了解決深度覆蓋問題，除了增加站點建設(shè)的數(shù)量，還需要對入網(wǎng)站點進(jìn)行質(zhì)量的提升優(yōu)化，均勻分布覆蓋，既要避免重疊覆蓋，又要避免覆蓋空洞。需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的均勻覆蓋，需要對整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

但是隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，主城區(qū)的樓宇密度越來越大，樓層越來越高，用戶密度越來越大，這對LTE網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋提出了前所未有的難題。密集的建筑使電磁波傳播多徑效應(yīng)變得難以估算，運用傳播模型的數(shù)值仿真準(zhǔn)確率大打折扣[1]。

目前業(yè)界缺乏對密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)評估的手段，使得基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的深度覆蓋優(yōu)化工作難以開展。

2.2 主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評估手段及存在的問題

（1）道路拉網(wǎng)測試、掃頻測試。通過帶有GPS定位的自動路測終端對道路上的LTE信號進(jìn)行采集和分析，能夠準(zhǔn)確得到道路上的網(wǎng)路覆蓋情況。然而調(diào)查表明，70%的流量發(fā)生在室內(nèi)[2]，在室外道路上采樣的結(jié)果不能有效地去評估整體網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況。

（2）基于傳播模型估算的覆蓋分布地圖。通過MR數(shù)據(jù)中的時間提前量（Tadv）、天線到達(dá)角（AoA）和信號傳播模型建立覆蓋成分指紋庫[3]，能夠得到20 m×20 m，甚至是立體的覆蓋渲染圖。然而指紋庫的建立需要采集大量外部數(shù)據(jù)，包括精確的城市樓宇地圖，而且需要開發(fā)復(fù)雜的仿真軟件，需要保持定期更新，同時需要考慮樹木、樓宇外墻等不同材質(zhì)對信號傳播的影響。該手段成本高、開發(fā)周期長、更新維護(hù)困難，不容易大范圍推廣。

針對上述問題，本文提出了一種結(jié)合服務(wù)小區(qū)RSRP和鄰區(qū)RSRP的二維分布統(tǒng)計圖，并根據(jù)鄰區(qū)間不同的切換策略劃分區(qū)間，直觀、全面、科學(xué)地描述網(wǎng)絡(luò)覆蓋結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)和定位弱覆蓋、重疊覆蓋、鄰區(qū)漏配等一系列覆蓋問題，輔助得到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施。

3 MR二維統(tǒng)計圖的實現(xiàn)

3.1 MR二維統(tǒng)計圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MR數(shù)據(jù)由終端的物理層上報，其測量結(jié)果可以用于系統(tǒng)中無線資源控制子層完成諸如小區(qū)選擇/重選及切換等事件的觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具有測量所規(guī)定測量報告數(shù)據(jù)的能力。測量方式采用周期測量時，可在測量任務(wù)定制時對上報周期進(jìn)行配置。對于一個測量，報告觸發(fā)方式可以是事件觸發(fā)或周期性觸發(fā)。如果是周期性觸發(fā)，需要配置上報周期；如果是事件觸發(fā)，則利用網(wǎng)絡(luò)已開啟的事件測量，不需另外開啟測量[4]。

MR二維統(tǒng)計圖是通過由原始MR數(shù)據(jù)二次處理得到的三維數(shù)據(jù)的平面投影圖。X軸、Y軸、Z軸為其三個維度，其中，X軸表示當(dāng)前主流的主服務(wù)小區(qū)RSRP，Y軸表示測量到的鄰區(qū)RSRP，Z軸表示落在當(dāng)前區(qū)間的MR采樣點數(shù)。

MR二維統(tǒng)計圖按照匯集級別，從大到小可以分為全網(wǎng)級、小區(qū)級和鄰區(qū)對級。不同級別的X軸、Y軸不變，仍然是RSRP的區(qū)間刻度，間隔1 dBm劃分為一個區(qū)間。Z軸有不同的匯聚，從而呈現(xiàn)不同的信息。

3.2 原始MR數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中國移動集團對MR報告進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，有MRS（統(tǒng)計的測量報告）、MRE（事件觸發(fā)的測量報告）和MRO（測量報告原始樣本）。各設(shè)備廠家的MR數(shù)據(jù)格式將嚴(yán)格按照中國移動集團規(guī)范的測量報告數(shù)據(jù)格式進(jìn)行設(shè)計和上報。其中MRO所支持的字段包括4G服務(wù)小區(qū)標(biāo)識、服務(wù)小區(qū)信號電平、4G鄰小區(qū)標(biāo)識、4G鄰區(qū)信號電平等。

為了簡化存儲，RSRP在MR數(shù)據(jù)中以正數(shù)的形式進(jìn)行存儲，其真實值為該值與141的差，單位是dBm，如MR.LteScRSRP值為34，則真實值為-107 dBm。

3.3 MR二維統(tǒng)計圖的匯聚粒度

鄰區(qū)對級為最小的匯聚粒度，其三維數(shù)組數(shù)值記為（xi， yj， zsnij），i=1， 2， …， N；j=1， 2， …， M。zsnij為所描述的鄰區(qū)對中，該主服務(wù)小區(qū)電平值為xi且該鄰小區(qū)的電平值為yj的采樣數(shù)時的采樣點數(shù)。

將某一主服務(wù)小區(qū)的所有鄰區(qū)進(jìn)行匯聚，得到小區(qū)級的MR二維統(tǒng)計圖。其三維數(shù)組數(shù)值記為（xi， yj， zsij），i=1， 2， …， N；j=1， 2， …， M。zsij為所描述的鄰區(qū)對中，該主服務(wù)小區(qū)電平值為xi，所有鄰小區(qū)的電平值為yj的采樣數(shù)時的采樣點數(shù)，顯然有zsij=sum{zsnij}。

對所有觀察范圍內(nèi)的小區(qū)進(jìn)行匯總，得到全網(wǎng)級的MR二維統(tǒng)計圖。記其三維數(shù)組數(shù)值為（xi， yj， zij），i=1， 2， …， N；j=1， 2， …， M。zij為所描述的鄰區(qū)對中，該主服務(wù)小區(qū)電平值為xi，所有鄰小區(qū)的電平值為yj的采樣數(shù)時的采樣點數(shù)，顯然有zij=sum{zsij}。全網(wǎng)級的MR二維統(tǒng)計圖如圖1所示：

4 MR二維統(tǒng)計圖的區(qū)間劃分

全網(wǎng)級的MR二維統(tǒng)計圖呈現(xiàn)著整網(wǎng)的主服務(wù)小區(qū)與鄰區(qū)的RSRP分部情況，如圖2所示。分布圖圖形呈長扁平的橢圓形，橢圓長軸與X=Y這條線平行，圓心靠近X=Y這條線且稍偏下。分布在X=Y這條線上方的采樣點比X=Y直線下方的采樣點會相對稀少，所以橢圓形會稍往下偏移。事實上，經(jīng)過不同片區(qū)、不同城市的MR數(shù)據(jù)采集驗證，全網(wǎng)級的MR二維統(tǒng)計圖都服從類似的形狀分布，這里將其定義為是正常的MR二維統(tǒng)計圖的普遍形式。

為了能夠用有限的數(shù)據(jù)來快速描述MR二維統(tǒng)計圖，這里根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的切換特征，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間的劃分，用5條直線、3個自定義門限將統(tǒng)計圖劃分成四個子區(qū)間。

區(qū)間1為重疊覆蓋采樣區(qū)域，記為O-zone。用X=Y+6和X=-80兩條線圍成，其中-80 dBm為主服務(wù)小區(qū)強場門限，可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實際需求自定義調(diào)整，本文僅作描述參考。該部分采樣點描述的主覆蓋小區(qū)與鄰區(qū)的電平值處于強場，但主覆蓋小區(qū)強度與鄰區(qū)沒有形成明顯差距，或者鄰區(qū)信號強度比主覆蓋小區(qū)更強。在這樣的信號條件下，容易出現(xiàn)導(dǎo)頻污染干擾，同時過多的信號資源重疊會造成功率資源的浪費。

區(qū)間2為切換帶采樣區(qū)域，記為P-zone。用X=Y、Y=-110和X=-80三條直線圍成，其中-110 dBm和-80 dBm分別是鄰區(qū)弱場門限和主服務(wù)小區(qū)強場門限，可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實際需求自定義調(diào)整。該部分采樣點描述了主覆蓋小區(qū)信號強度比鄰區(qū)弱，即將發(fā)生切換時上報的采樣點。如果該區(qū)域采樣點過多，說明切換門限欠妥或者鄰區(qū)漏配，導(dǎo)致用戶未能駐留到最強小區(qū)。

區(qū)間3為覆蓋空洞采樣區(qū)域，記為E-zone。用X=-110和Y=-110兩條線圍成，其中兩個-110 dBm分別是主服務(wù)小區(qū)弱場門限和鄰區(qū)弱場門限，可以根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實際需求自定義調(diào)整。該部分采樣點描述的主覆蓋小區(qū)與鄰區(qū)信號均屬于弱場，用戶不能穩(wěn)定駐留到4G網(wǎng)絡(luò)，亟待覆蓋資源的補充。

除上述區(qū)域外的其他部分為區(qū)間4，為主覆蓋突出采樣區(qū)域，記為N-zone。該部分采樣點描述的主覆蓋小區(qū)強于鄰區(qū)信號，用戶不僅能夠穩(wěn)定駐留在4G網(wǎng)絡(luò)，而且能夠在一個小區(qū)上穩(wěn)定駐留，主覆蓋小區(qū)突出，用戶感知良好。

通過統(tǒng)計上述4個區(qū)間的采樣點數(shù)占比，可以對該區(qū)域、該小區(qū)或者該鄰區(qū)對的覆蓋狀態(tài)進(jìn)行直觀的、科學(xué)的描述。

5 MR二維統(tǒng)計圖的覆蓋描述實例

在佛山市高明區(qū)找到一片9.9 km2的區(qū)域作為試驗區(qū)域，該區(qū)域包含的場景豐富，包括濱江道路、山坡丘陵、公共綠地、密集城區(qū)、稀疏城郊等。

對其中的263個小區(qū)開啟MR數(shù)據(jù)采集3天，進(jìn)行全網(wǎng)級、小區(qū)級和鄰區(qū)對級三個粒度的二維統(tǒng)計圖解析和繪制，并且按照圖3的分區(qū)進(jìn)行采樣點數(shù)量的統(tǒng)計。

通過對比該區(qū)域各小區(qū)的N-zone采樣點比例，其中#3和#7小區(qū)較高，而#9和#13小區(qū)比例較低，可知前兩者覆蓋感知較好，而后兩者有待優(yōu)化。

觀察四個小區(qū)的MR二維統(tǒng)計圖，#13小區(qū)采樣點多分布在P-zone，判斷為切換鄰區(qū)漏配所導(dǎo)致。#9小區(qū)采樣點集中在O-zone，表明重疊覆蓋問題是影響其N-zone比例下降的原因。而具體如何優(yōu)化，需要再下鉆到鄰區(qū)粒度的MR二維統(tǒng)計圖進(jìn)行判斷。

圖4列出了#9四個典型鄰區(qū)對的MR二維統(tǒng)計圖，同時得到鄰區(qū)粒度的采樣點數(shù)量的集中區(qū)間統(tǒng)計。通過對比該小區(qū)的TOP10鄰區(qū)對的N-zone采樣點比例，其中和TOP7鄰區(qū)交疊時覆蓋感知較好，而TOP2、TOP8、TOP10鄰區(qū)覆蓋感知較差，其分別是P-zone、E-zone和O-zone采樣點比例過高。

通過小區(qū)扇區(qū)圖層以及結(jié)合現(xiàn)場測試可以知道，#9小區(qū)與TOP10鄰區(qū)存在重疊覆蓋，與TOP2鄰區(qū)存在鄰區(qū)漏配問題，與TOP8鄰區(qū)存在覆蓋空洞問題。建議根據(jù)TOP8/TOP10鄰區(qū)的天饋相對關(guān)系，進(jìn)行天饋調(diào)整。#9小區(qū)與其鄰區(qū)的扇區(qū)方向圖層如圖5所示：

根據(jù)實際的天饋位置，將#9小區(qū)天線逆時針調(diào)整10°，讓其遠(yuǎn)離TOP10鄰區(qū)，靠近TOP7鄰區(qū)。調(diào)整后觀察3天的MR數(shù)據(jù)，觀察對比#9小區(qū)MR二維統(tǒng)計圖，能夠看到重疊覆蓋的情況明顯改善了，主覆蓋突出采樣點比例從48.88%提升至57.07%，達(dá)到了優(yōu)化覆蓋的調(diào)整目的，也說明了MR二維統(tǒng)計圖對LTE覆蓋狀態(tài)的描述是直觀的、全面的和科學(xué)的，能夠很好地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化輔助。調(diào)整天線前后的#9小區(qū)的小區(qū)級MR二維統(tǒng)計圖如圖6所示：

6 結(jié)束語

本文提出了一種全面地、科學(xué)地、直觀地利用MR數(shù)據(jù)分析覆蓋狀態(tài)的圖表統(tǒng)計工具，并且介紹了統(tǒng)計圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和匯總方法。MR二維統(tǒng)計圖可以按照匯聚粒度分為全網(wǎng)級、小區(qū)級和鄰區(qū)級，對弱覆蓋、重疊覆蓋、鄰區(qū)漏配、切換門限配置錯誤等覆蓋類問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化。

在本文已經(jīng)提出的分析工具的基礎(chǔ)上，后續(xù)工作可進(jìn)一步研究利用四區(qū)間采樣點占比統(tǒng)計，快速判斷天線方向角的最優(yōu)值與切換門限的最優(yōu)值，持續(xù)提升LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

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