地鐵場景下的路測數(shù)據(jù)覆蓋呈現(xiàn)方法研究

岳軍，黃建輝，趙明峰，權(quán)笑

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 現(xiàn)狀

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市規(guī)模和人群聚集不斷擴展，地鐵作為城市軌道交通重要組成部分扮演了更為重要的角色。根據(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測報告分析，2011-2020年，我國地鐵城市軌道交通新增營業(yè)里程將達到6 560 km。預(yù)計到2020年，我國地鐵城市軌道交通累計營業(yè)里程將達到7 395 km。2010-2015年，平均每年要開通250 km地鐵線路。從各城市的規(guī)劃來看，在可預(yù)見的未來十年甚至二十年內(nèi)，城市軌道交通將始終處于高速發(fā)展時期。伴隨著地鐵里程的增長，地鐵的方便與快捷使得客流量出現(xiàn)井噴式增長，隨之而來的問題是會導(dǎo)致移動通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較高，地鐵客戶感知較差，需要頻繁開展地鐵測試與優(yōu)化，而路測是地鐵網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中最常用的手段和方法。

路測是無線網(wǎng)絡(luò)性能測試和用戶感知測試的重要組成部分，是按照線狀拓?fù)鋵SM、LTE等無線網(wǎng)絡(luò)的下行信號，即各無線接入網(wǎng)絡(luò)的空中接口進行測試，主要測量獲取服務(wù)小區(qū)、相鄰小區(qū)的信號強度和干擾水平等無線網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，上下行平均吞吐率和業(yè)務(wù)時延等用戶感知指標(biāo)，以及獲取用戶的地理位置信息，通過三者的有機結(jié)合可以真實反映網(wǎng)絡(luò)性能和用戶感知。在此基礎(chǔ)上，利用GPS錨定的路測采樣點位置，可有效用于無線網(wǎng)絡(luò)評估和無線網(wǎng)絡(luò)問題的定位。

針對地鐵場景來說，地鐵空間相對密閉，無線環(huán)境相對簡單，運行線路固定，切換關(guān)系固定，比較適合進行采用路測方式以診斷并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題。但由于地下無法進行GPS錨定，導(dǎo)致必須采用手動記錄起始到達車站時間等信息來判斷并分析得出哪段地鐵線路存在網(wǎng)絡(luò)問題。由于手動記錄時間只能人工操作，數(shù)據(jù)整理與操作較為繁雜，容易導(dǎo)致記錄和分析錯誤，導(dǎo)致路測發(fā)現(xiàn)的問題點定位錯誤。因而，現(xiàn)有的路測分析方法所發(fā)現(xiàn)的問題點不能直觀、準(zhǔn)確定位到地理位置上，難以為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)。

基于此，本文在剖析地鐵場景覆蓋特點的基礎(chǔ)上，分析傳統(tǒng)地鐵場景路測覆蓋分析方法的不足，創(chuàng)新性地提出了一種路測數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)方法，簡化了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，提升了地鐵網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析的直觀性和有效性。

2 傳統(tǒng)路測數(shù)據(jù)地鐵場景覆蓋呈現(xiàn)分析方法

當(dāng)前，針對地鐵場景的測試與分析主要借助于自動路測設(shè)備和人工記錄與分析，它主要包含現(xiàn)場路測數(shù)據(jù)采集和覆蓋評估分析兩個步驟進行。

2.1 現(xiàn)場路測數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場路測數(shù)據(jù)采集主要采用自動路測設(shè)備和人工配合記錄到離站點時間點方式，相應(yīng)路測數(shù)據(jù)采集流程如圖1所示。

在開始進行路測數(shù)據(jù)采集之前，首選整理和收集好測試地鐵線路的站點信息以便測試過程中記錄關(guān)鍵的到離站時間節(jié)點。在此基礎(chǔ)上，從地鐵線路的起點開始進行測試，在車輛啟動時記錄離站時間，在車輛到達下一個站點時記錄相應(yīng)的時間節(jié)點，車輛啟動后再次記錄相應(yīng)時間節(jié)點，如此反復(fù)直至車輛到達終點站點。由于地鐵線路往返占用通信站點一般不一致，因此，還須倒序進行測試，即以測試的終點作為返程測試的起點，原測試的起點作為返程測試的終點。

經(jīng)過往返測試后，該條線路的路測數(shù)據(jù)采集基本結(jié)束，在此基礎(chǔ)上，將記錄的到離站點時間節(jié)點與線路站點基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進行關(guān)聯(lián)與匹配，為后續(xù)覆蓋評估分析奠定良好基礎(chǔ)。

圖1 傳統(tǒng)路測數(shù)據(jù)采集流程

2.2 傳統(tǒng)路測覆蓋呈現(xiàn)

現(xiàn)有的路測覆蓋呈現(xiàn)主要是借助于路測數(shù)據(jù)和記錄的各個站點時間節(jié)點信息，利用路測后臺分析工具，將相應(yīng)的時間戳與記錄的各個站點到離時間節(jié)點相統(tǒng)一和對應(yīng)，再以路測數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計得出的覆蓋指標(biāo)進行大致定位，從而確定整條線路哪些兩個相鄰站點之間覆蓋存在相應(yīng)問題，并采用文檔記錄或大致錨定問題路段以簡單化的圖形方式呈現(xiàn)，相應(yīng)分析方法和呈現(xiàn)方式如圖2所示。

從圖2可知，現(xiàn)有地鐵場景下的路測覆蓋難以直觀呈現(xiàn)。此外，現(xiàn)有方法主要依賴人工的記錄和分析處理，這極易引起相應(yīng)人為錯誤，導(dǎo)致分析結(jié)果存在較大偏差；同時由于缺乏直觀的地理化呈現(xiàn)，導(dǎo)致錯誤難以及時發(fā)現(xiàn)和更正，使得定位結(jié)果難以支撐后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

圖2 傳統(tǒng)路測覆蓋分析與呈現(xiàn)

3 地鐵場景路測覆蓋呈現(xiàn)新方法

3.1 地鐵場景路測覆蓋呈現(xiàn)

針對傳統(tǒng)路測覆蓋呈現(xiàn)的不足，需按照步驟建立地鐵場景下的路測覆蓋評估方法。

3.1.1 獲取路測數(shù)據(jù)與線路信息

首先利用市政規(guī)劃獲取的地鐵線路信息，結(jié)合在線地圖繪制各條地鐵線路的線路圖，并結(jié)合地鐵站點信息，在線路圖中標(biāo)注相應(yīng)站點名稱，完成較為準(zhǔn)確的地鐵線路信息圖。在此基礎(chǔ)上，整理各條地鐵的現(xiàn)網(wǎng)工參數(shù)據(jù)，并進一步利用ADTP Replay Tools工具按照測試計劃導(dǎo)出路測數(shù)據(jù)如RSRP、SINR、PCI、EARFCN DL等信息。

3.1.2 線路標(biāo)準(zhǔn)點生成

利用工具按照線路生成線路標(biāo)準(zhǔn)點，如圖3設(shè)定地鐵線路圖層后，等距離取定設(shè)定點以便隨后作為標(biāo)尺進行測試點的布撒。

3.1.3 路測數(shù)據(jù)匯聚

由于自動路測設(shè)備獲取的采樣時間間隔相對較小（一般為毫秒級），導(dǎo)致獲取的采樣點較多，為此，需要在現(xiàn)有路測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進一步進行匯聚處理。按照一般現(xiàn)有地鐵設(shè)計最高時速不超過80 km/h，平均時速一般為40 km/h計算，1 s時間列車運行最大距離約為10～20 m?？紤]到地鐵進出站停頓、以及啟動加速和到站減速等因素，正常情況下，列車的運行速度變化趨勢如圖4所示。

進一步地，為了分析列車平均勻速運行與實際的正常加減速運行的誤差，我們按照物理學(xué)相關(guān)理論知識，得到列車在平均勻速運行和正常加減速運行下的相對誤差，相應(yīng)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，若按照平均速率進行計算，相對于實際的速率下的距離誤差最大在200 m以內(nèi)，由于現(xiàn)有地鐵覆蓋主要采用漏纜方式，單小區(qū)漏纜一般的覆蓋長度大約為700 m。因此，我們可以簡化按照平均勻速方式進行處理，即每1 s為一個有效統(tǒng)計時間點對路測覆蓋指標(biāo)（RSRP）進行匯聚可有效確保誤差在可控的范圍之內(nèi)。在進行匯聚的過程中，結(jié)合路測記錄的到離站點時間戳信息，建立測試采樣點匯聚與地鐵線路、站點之間的有效對應(yīng)關(guān)系。同時，匯聚后的值取該匯聚周期所有采樣點的平均值。

圖3 取定線路標(biāo)準(zhǔn)點

圖4 列車運行速度變化趨勢圖

圖5 列車平均勻速與實際速率下的誤差

3.1.4 路測覆蓋呈現(xiàn)

依據(jù)路測數(shù)據(jù)匯聚結(jié)果，并結(jié)合線路信息，利用Mapinfo工具對覆蓋指標(biāo)（RSRP）按照弱覆蓋分段標(biāo)準(zhǔn)進行呈現(xiàn)地鐵線路的覆蓋情況，從而建立路測數(shù)據(jù)與地鐵線路、站點之間的有效直觀呈現(xiàn)，能夠直觀反映地鐵線路往返下的覆蓋狀況，為準(zhǔn)確定位問題路段提供圖形化的參考，同時為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和故障排查提供技術(shù)參考。其它各類指標(biāo)都可以按照同樣方法進行直觀呈現(xiàn)。

3.2 實例

以某城市的2號線地鐵線路為例，首先依據(jù)城市規(guī)劃線路圖并結(jié)合在線地圖制作該條地鐵線路的Mapinfo圖層，通過Mapinfo圖層可準(zhǔn)確獲取各個站點及線路的經(jīng)緯度信息，以便于后續(xù)與測試數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)與呈現(xiàn)。

在此基礎(chǔ)上，利用路測終端和記錄的各個站點到離站的時間戳，將測試的獲取的覆蓋指標(biāo)RSRP按照時間戳進行分段，確保兩兩站點之前的測試數(shù)據(jù)與相應(yīng)時間戳進行對應(yīng)。由于兩兩站點之間得到的采樣點（覆蓋指標(biāo)RSRP）相對較多，因此結(jié)合兩個站點之間的線路長度，我們以1 s為基本單位，對采樣點進行匯聚，匯聚方式采用該時間段內(nèi)所有采樣點的平均值作為匯聚后的值，共計將路測終端獲取的17 900余個采樣點（RSRP）匯聚為4 200余個采樣點，該條地鐵線路覆蓋指標(biāo)相應(yīng)呈現(xiàn)結(jié)果如圖6所示。

從圖6可知，借助于RSRP指標(biāo)分段設(shè)置，能夠非常直觀的呈現(xiàn)該條地鐵線路的覆蓋情況，為后續(xù)準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供基礎(chǔ)，同時可進一步提升定位輸出的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

圖6 地鐵2號線覆蓋呈現(xiàn)結(jié)果

地鐵中的切換點相對比較固定，隨后會通過地鐵中的小區(qū)切換點作為錨定點，按照修正的匹配模型適配每次測試數(shù)據(jù)，可以省去現(xiàn)有人工記錄環(huán)節(jié)，減少測試的復(fù)雜性。

地鐵作為城市出行將越來越扮演更為重要的角色，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和4G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，地鐵移動用戶的良好感知對塑造品牌顯得尤為重要和關(guān)鍵。為此，地鐵無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化需要深入分析用戶的行為，通過相應(yīng)工具與手段快速、準(zhǔn)確定位問題路段，以便于快速通過優(yōu)化、維護等手段進行解決。