顧濤，姜盼盼，常賓寶，房志強(qiáng)

（中國移動通信集團(tuán)山東有限公司濟(jì)寧分公司，山東 濟(jì)寧 272000）

1 引言

目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多期工程建設(shè)和優(yōu)化，已基本滿足連續(xù)覆蓋要求，但由于部分區(qū)域站址選擇不合理、建站困難以及天饋無法調(diào)整等問題，出現(xiàn)嚴(yán)重的重疊覆蓋或弱覆蓋問題，且較多區(qū)域經(jīng)過多輪天饋調(diào)整，覆蓋質(zhì)量已難有提升。基于智能天線權(quán)值[1]的覆蓋優(yōu)化方案成為新一輪覆蓋優(yōu)化的重要手段[2]。

當(dāng)前已有的基于天線權(quán)值的優(yōu)化方案是通過定期統(tǒng)計MR（Measurement Report）[3]數(shù)據(jù)中的天線到達(dá)角AOA（Angle-of-Arrival）數(shù)據(jù)[4]，對比發(fā)現(xiàn)最大用戶群位置與小區(qū)物理方向存在偏差時，通過人工上站的方式調(diào)整天線方位角，使得天線的主打方向正對最大用戶群[5]。驗(yàn)證表明：調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、駐留比等指標(biāo)均有明顯的提升。

由于用戶的移動性和各種網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景下基于上班/下班、節(jié)假日等時間的用戶變化特點(diǎn)，使得小區(qū)的主打方向在部分時段偏離最大用戶群，但受人工調(diào)整成本高、調(diào)整周期長、靈活性差、資源利用率低的弊端的限制[6]，不能實(shí)時進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致部分時段用戶感知下降。

為使網(wǎng)絡(luò)資源效益最大化，持久保持用戶的最佳感知，解決人工調(diào)整的弊端，本文通過研究AOA數(shù)據(jù)和天線權(quán)值基礎(chǔ)知識，研究出一種方向角自優(yōu)化方法，該方法通過解析MRS文中的AOA采樣點(diǎn)分布，結(jié)合工參得到最大用戶群偏離工參的角度，通過調(diào)整天線權(quán)值，使得天線的主打方向正對最大用戶群，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的自優(yōu)化。

2 現(xiàn)有新技術(shù)支撐

2.1 天線到達(dá)角AOA

天線到達(dá)角AOA，定義了一個用戶相對參考方向的估計角度。測量參考方向?yàn)檎?，逆時針方向。輔助確定用戶所處的方位，提供定位服務(wù)，精度為5°，具體如圖1所示[7]：

表1 AOA測量分布

圖2 現(xiàn)網(wǎng)中MR采樣點(diǎn)中的AOA用戶分布

2.2 天線權(quán)值

天線權(quán)值是天線各端口所施加的特定激勵信號的量化表示方法，天線端口施加特定激勵的目的是為了得到具有特定覆蓋效果的方向圖[9-10]。波束的幅度和相位是在權(quán)值作用下各單元列方向圖的矢量疊加，天線權(quán)值可以表示為幅度/相位的方式。天線陣列模型如圖3所示：

圖3 天線陣列模型

圖1 AOA示意圖

原始采集AOA的取值范圍如表1所示，如0°~5°為一個區(qū)間，對應(yīng)MR.AOA.00，5°~10°為一個區(qū)間，對應(yīng)MR.AOA.01，依此類推[8]。

圖2展現(xiàn)的是基站下AOA采樣點(diǎn)的分布，可以直觀得出用戶在基站周邊的分布情況。

根據(jù)疊加原理，天線陣列在遠(yuǎn)點(diǎn)P的輻射場為：

假設(shè)觀測點(diǎn)離天線足夠遠(yuǎn)，可認(rèn)為由各天線元到該點(diǎn)的射線均是互相平行的，即：

將(2)代入(1)可得：

令I(lǐng)Mi=Aiejφi，其中Ai和φi分別代表第i個天線元電流的幅度和相位，代入(3)式可得：

由(4)可以得出離散元陣列的方向性函數(shù)可以表示為：

由上式(5)可以看出，通過改變第i個陣元的激勵權(quán)值（幅度Ai和相位φi），可以實(shí)現(xiàn)對陣列天線方向性的控制。

天線偏轉(zhuǎn)10°天線波瓣仿真模擬圖如圖4所示。

給同一面天線不同的波束權(quán)值激勵，可以得到不同方向和寬度的波束。當(dāng)前已有的基于幅度和相位的異于天線廠商的通用權(quán)值數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)波束方向角在（-30°、-20°、-10°、0°、10°、20°、30°）以及波束寬度在30°、45°、60°、90°范圍的調(diào)整[11]。各個設(shè)備廠商在網(wǎng)管上也提供了修改天線權(quán)值的接口，通過網(wǎng)管接口修改相應(yīng)的幅度和相位即可實(shí)現(xiàn)方向角的調(diào)整，異于天線廠商的通用天線權(quán)值庫如表2所示：

表2 F頻段30°波束寬度天線權(quán)值表[12]

另外，F(xiàn)頻段45°、60°、90°和D頻段30°、45°、60°、90°的7組權(quán)值表，由于篇幅原因，暫不一一列出。

3 自優(yōu)化方法

本方法根據(jù)M R S文件中的A O A數(shù)據(jù)，自動分析、預(yù)測用戶分布，實(shí)現(xiàn)小區(qū)天線權(quán)值的實(shí)時調(diào)整，使得小區(qū)天線的波束方向角始終正對最大用戶群。該方法由三大模塊組成：AOA數(shù)據(jù)解析、最優(yōu)波束方向角預(yù)測及最優(yōu)權(quán)值生成，其設(shè)計框架如圖5所示。

圖4 天線偏轉(zhuǎn)10°天線波瓣仿真模擬圖

（1）AOA高速解析

通過網(wǎng)管上的MR采集功能，將采集數(shù)據(jù)上傳至MR服務(wù)器。AOA數(shù)據(jù)高速解析首先自動周期性地從MR服務(wù)器上自動下載最新的MRS文件，然后抽取其中的時間、小區(qū)ID、AOA、TA等信息存儲至MYSQL數(shù)據(jù)庫。具體流程如圖6所示。

（2）最優(yōu)方向角預(yù)測

歷史數(shù)據(jù)總是代表過去的信息，具有明顯的滯后性。為了使數(shù)據(jù)能夠更加精確地呈現(xiàn)用戶的真實(shí)位置，提高天線權(quán)值調(diào)整準(zhǔn)確性和高效性。本文根據(jù)用戶移動的特點(diǎn)，使用規(guī)律性強(qiáng)、時間特征明顯、實(shí)時性較好的卡爾曼濾波預(yù)測算法[13-14]，實(shí)現(xiàn)了從被動接收數(shù)據(jù)到主動把握用戶群移動規(guī)律的突破。在本方法中，卡爾曼預(yù)測算法的流程如圖7所示。

（3）最優(yōu)權(quán)值生成

根據(jù)卡爾曼預(yù)測算法得出的用戶分布矩陣［n0,n1, n2, ......, n71］，計算最大用戶群分布的寬度和方位角。結(jié)合工參以及天線權(quán)值庫，使用最大近似原則得到小區(qū)的最優(yōu)權(quán)值。對比上一時刻現(xiàn)網(wǎng)天線權(quán)值，獲取現(xiàn)時刻需要修改天線權(quán)值的小區(qū)列表。根據(jù)小區(qū)天線權(quán)值生成指令并在網(wǎng)管上自動執(zhí)行，執(zhí)行成功后更新工參中的現(xiàn)網(wǎng)權(quán)值，避免不必要的執(zhí)行，減小網(wǎng)管壓力。權(quán)值生成流程如圖8所示。

4 方法的創(chuàng)新性和效果評估

4.1 創(chuàng)新性

該方法的最大創(chuàng)新點(diǎn)在于自優(yōu)化，部署完成后全自動執(zhí)行，無需人工干預(yù)，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）自優(yōu)化：本文通過研究一種方法來實(shí)現(xiàn)最大用戶群方向角的自優(yōu)化，解放勞動力，節(jié)約人工和時間成本。

（2）實(shí)時性：本方法最小能夠以15分鐘為粒度進(jìn)行天線權(quán)值調(diào)整，使得天線的波束方向始終對準(zhǔn)最大用戶群，提升覆蓋和用戶感知。

（3）主動性：使用卡爾曼濾波算法預(yù)測下一時刻的用戶分布，而不是使用過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，避免數(shù)據(jù)的滯后性。對突發(fā)的大型活動等能夠起到主動分流的效果，預(yù)防擁塞。

（4）靈活性：對美化天線可調(diào)，同時對小區(qū)的方位角和波束寬度均可進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.2 自優(yōu)化方法的效果評估

經(jīng)過9個多月的技術(shù)研究、理論驗(yàn)證、開發(fā)實(shí)現(xiàn)以及推廣應(yīng)用，自2017年12月起，該系統(tǒng)在全網(wǎng)20 000余處小區(qū)長期規(guī)模運(yùn)行，日均調(diào)整2 000余處小區(qū)，調(diào)整小區(qū)的平均覆蓋率提升2.21%，總流量提升6.67%，當(dāng)前小區(qū)日均流量約10 GB，按照1M流量0.02元計算，月收入增加約100余萬，年增收超千萬元。該方法的效果如圖9所示。

5 結(jié)束語

通過天線權(quán)值優(yōu)化小區(qū)覆蓋在現(xiàn)網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，它不僅可以節(jié)約人工調(diào)整的經(jīng)濟(jì)成本，而且可以解決美化天線不可調(diào)的疑難問題。另外，也可以根據(jù)用戶分布的集散程度調(diào)整波束寬度，實(shí)現(xiàn)波束賦型的功能。本文實(shí)現(xiàn)了一種自優(yōu)化的方法，自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載、分析和權(quán)值調(diào)整，實(shí)現(xiàn)提升覆蓋和用戶感知的目的?，F(xiàn)網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)果表明該自優(yōu)化方法的網(wǎng)絡(luò)效益和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，具有實(shí)用價值。