基于精準位置的網(wǎng)絡覆蓋智能監(jiān)控與提升

范 琨，鄧 巍，李皓杰（.中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信集團有限公司，北京 00033；.中國聯(lián)通重慶分公司，重慶 40004）

1 概述

網(wǎng)絡覆蓋一直是中國聯(lián)通的口碑短板，室內(nèi)深度覆蓋和鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣覆蓋場景，尤其是高層建筑密集的城區(qū)和行政村落，仍存在較多的弱覆蓋區(qū)域和覆蓋盲點。一方面是建設(shè)成本有限，覆蓋能力只能保障聚焦區(qū)域；另一方面是目標覆蓋區(qū)域不明確，規(guī)劃仿真效果與實際用戶感知有很大的差異，精準建站的可實施性較低。因此，建立基于用戶感知的網(wǎng)絡覆蓋智能監(jiān)控模型，快速識別道路及建筑物的覆蓋空洞和邊緣覆蓋區(qū)域迫在眉睫。

2 精準定位的覆蓋評估與自動布站建模

2.1 思路與方法

根據(jù)現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡覆蓋情況，從覆蓋率、邊緣覆蓋和覆蓋差柵格3個方向評估監(jiān)控網(wǎng)絡覆蓋。如圖1所示，從全量MR 數(shù)據(jù)入手，找到MR_RSCP 的弱覆蓋網(wǎng)絡邊緣，結(jié)合邊緣區(qū)域用戶數(shù)量和區(qū)域面積，規(guī)則識別目標區(qū)域。同時，基于模擬布站技術(shù)重點消除傳統(tǒng)的LTE基站規(guī)劃落地準確性差等弊端。

圖1 精準定位的覆蓋評估思路

2.2 數(shù)據(jù)分析處理流程

2.2.1 MR地理柵格化

圖2 MR地理柵格化

通過構(gòu)建MR.OTT/MDT 指紋庫可以實現(xiàn)全量MR數(shù)據(jù)的地理柵格化。獲取方法有2 種，一種如圖2 所示，構(gòu)建MDT指紋樣本庫，即獲取含有位置信息的MR樣本數(shù)據(jù)；另一種則是通過用戶APP 獲取的位置數(shù)據(jù)，并與MR進行關(guān)聯(lián)，獲取MR+OTT位置數(shù)據(jù)。

2.2.2 高效率地理柵格運算

基于DBSCAN 算法，快速實現(xiàn)MR 地理柵格化數(shù)據(jù)進行規(guī)則建模和批量圖形化運算，精準識別業(yè)務量較大且覆蓋邊緣較大的區(qū)域，獲取連片弱覆蓋的地理區(qū)域。

在圖形化運算中，結(jié)合前端多層次的網(wǎng)格設(shè)計，實現(xiàn)不同維度網(wǎng)格狀態(tài)的無損匯聚和下鉆。如圖3所示，可以從500 m×500 m 級別方格的網(wǎng)絡全局展示無損下鉆分析到50 m×50 m 級別柵格的質(zhì)差區(qū)域的識別，再進一步的可以無損下鉆到10 m×10 m 級別柵格的質(zhì)差區(qū)域的精準定位，與此同時，同樣可以實現(xiàn)從10 m×10 m 級別的精準定位向上逐級無損匯聚到500 m×500 m 級別方格的網(wǎng)絡全局分析，實現(xiàn)在不同維度的不同網(wǎng)格層級的網(wǎng)絡狀態(tài)的無損變換，全方位地支撐網(wǎng)絡覆蓋的評估優(yōu)化。

圖3 不同網(wǎng)格的無損匯聚和下鉆

2.3 連片弱覆蓋識別

如圖4 所示，連片弱覆蓋識別輸出分為以4 個步驟。

a）網(wǎng)格編碼與鄰域轉(zhuǎn)換?；谔囟ǖ木W(wǎng)格編碼機制定義網(wǎng)格的多級鄰域，計算其編碼關(guān)系。

b）判定核心點與簇。對于特定鄰域內(nèi)質(zhì)差網(wǎng)格達到一定密度的點判定為核心質(zhì)差點，其對應鄰域為其質(zhì)差簇。

c）簇的連通。迭代地聚集從這些核心點直接密度可達的對象，對密度可達的簇進行合并，得到對應的連片區(qū)域。

d）連片區(qū)域的輸出。對于規(guī)模較大，質(zhì)差問題集中的連片區(qū)域進行輸出和告警，并啟用智能優(yōu)化子系統(tǒng)智能自動地輸出優(yōu)化方案。

圖4 連片弱覆蓋識別輸出

2.4 自動模擬布站

根據(jù)多維度布站評估體系，結(jié)合GIS 地圖輸出布站具體位置。對傳統(tǒng)的COST231-HATA 傳播模型進行算法改進，設(shè)計回歸方程，通過損失函數(shù)回歸擬合，實現(xiàn)局部最優(yōu)，最終實現(xiàn)多場景下的準確定位。同時，根據(jù)布站位置周邊業(yè)務量、覆蓋水平及用戶感知，確定規(guī)劃基站配置及天饋方位角等參數(shù)，完成小區(qū)工參調(diào)整的信號強度變化預測模型，從而預測小區(qū)工參調(diào)整后，小區(qū)覆蓋網(wǎng)格的MR 電平（RSRP）的變化。網(wǎng)格內(nèi)模型預測結(jié)果穩(wěn)定絕對值誤差在6.09 dBm 以內(nèi)，最佳絕對值誤差在2.43 dBm 以內(nèi)，最好結(jié)果能達到誤差在2.4 dBm以內(nèi)。

a）結(jié)合路測數(shù)據(jù)、基站工參數(shù)據(jù)、GIS 數(shù)據(jù)，形成網(wǎng)格RSRP 與基站工參、網(wǎng)格基站相對位置等地理信息。

b）通過變量探索建模。

c）使用Spark Mllib 數(shù)據(jù)挖掘框架，通過隨機森林模型進行回歸樹建模。

d）小區(qū)在當前工參下對網(wǎng)格的覆蓋情況。

e）通過修改基站覆蓋范圍大小，自動計算小區(qū)工參與到各網(wǎng)格的覆蓋變化。

f）通過修改基站方向，自動計算小區(qū)工參與到各網(wǎng)格的覆蓋變化。

3 規(guī)建維優(yōu)一體化提升舉措

智能平臺輸出覆蓋類問題點后將流轉(zhuǎn)至問題處理環(huán)節(jié)。中國聯(lián)通成立規(guī)建維優(yōu)一體化工作組，建立了以優(yōu)化為牽引的橫向工作機制，加強各部門協(xié)同聯(lián)動，通過“優(yōu)化先行、建設(shè)匹配、維護倒逼”的模式推動問題點得到有效解決。圍繞網(wǎng)絡、業(yè)務、終端、用戶等維度，建立基于大數(shù)據(jù)的綜合價值評判方法，支撐資源的合理投放，精準規(guī)劃站點22 569個。

3.1 覆蓋提升措施

3.1.1 功率提升

功率提升是網(wǎng)絡優(yōu)化中提升覆蓋最直接的手段，可通過調(diào)整導頻功率或者更換大功率的RRU 來實現(xiàn)。功率提升實施便捷，但效果有限，常用于提升小區(qū)邊緣覆蓋。采用該方案需注意相關(guān)License 是否受限以及RS 信道和業(yè)務信道功率分配問題。功率分配的原則如下。

a）覆蓋農(nóng)村等空曠區(qū)域宏站應盡量提高RS 功率，在必要時可采取降低PA、縮減帶寬等措施來提升RS功率，增強覆蓋效果。

b）覆蓋校園、商業(yè)區(qū)等宏站應合理配置RS 功率，增加PA，提升業(yè)務信道功率的同時降低對周邊的干擾。

c）覆蓋居民區(qū)等的宏站應適當提高RS 功率，增強深度覆蓋效果。

d）室分站點應根據(jù)覆蓋范圍調(diào)整RS 功率，在滿足覆蓋的情況下避免外泄。

e）多載波扇區(qū)應根據(jù)頻段差異設(shè)置各載波RS 功率，以滿足多載波同覆蓋的要求，提升負荷分擔效果。

功率優(yōu)化主要在不新增硬件資源的前提下，對功率軟件參數(shù)進行優(yōu)化，讓更多的邊緣用戶有網(wǎng)可用。首先，制定設(shè)備功率配置規(guī)范，功率配置超額會導致基站退服，功率配置低于額定功率一半將造成設(shè)備低效能。其次，建立多場景功率匹配標準，從覆蓋、容量、資源利用率、剩余可用功率、場景類型等方面評估可優(yōu)化小區(qū)。

3.1.2 RF調(diào)整

RF調(diào)整是改善覆蓋最常用的優(yōu)化手段，通過調(diào)整扇區(qū)天線俯仰角、方位角可以有效提升目標區(qū)域的覆蓋水平。該方法實施便捷，效果較好但需結(jié)合扇區(qū)覆蓋區(qū)域進行整體分析，避免出現(xiàn)調(diào)整后影響其他區(qū)域覆蓋的情況。RF調(diào)整注意事項如下。

a）方位角調(diào)整應注意和相鄰小區(qū)夾角，避免重疊覆蓋區(qū)域過多。

b）下傾角設(shè)置過大時應優(yōu)先調(diào)整電子傾角，避免天線波形畸變。

c）RF 調(diào)整應避開水面、玻璃幕墻等，以免造成孤島效應。

d）RF調(diào)整后應擴大測試范圍，驗證調(diào)整效果。

3.1.3 互操作參數(shù)優(yōu)化

互操作參數(shù)優(yōu)化主要用于提升覆蓋不連續(xù)區(qū)域的感知，由于投資及建設(shè)等原因現(xiàn)網(wǎng)部分區(qū)域只有單網(wǎng)覆蓋，這時通過2G/3G/4G 互操作參數(shù)的優(yōu)化，就能促使用戶駐留在覆蓋良好的網(wǎng)絡。

3.1.4 頻譜縮減優(yōu)化

在偏遠郊區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，通過帶寬與數(shù)據(jù)速率關(guān)聯(lián)門限觸發(fā)，將閑置LTE 網(wǎng)絡20 MHz 帶寬縮至10 MHz，帶來3 dB 的覆蓋增強，提高邊緣場景覆蓋強度，業(yè)務流量可增加15%以上。

3.2 宏站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于大面積弱覆蓋場景單純通過基站建設(shè)解決，往往投資較大而效果不佳，這時應通過現(xiàn)網(wǎng)站點維護整改、建設(shè)新站補充、優(yōu)化協(xié)同跟進的方式對網(wǎng)絡進行結(jié)構(gòu)性優(yōu)化實現(xiàn)覆蓋提升。

如圖5 所示，總體上網(wǎng)絡應從目前單層扁平化的結(jié)構(gòu)變?yōu)楦叩痛钆浜晡⒔Y(jié)合的立體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化基站布局。在弱覆蓋場景的高點布置宏基站作為網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)層，主要用于解決場景面覆蓋，在低處、深處用微站（燈桿站、室分外引、BOOKRRU 等）結(jié)合部分室分站點作為網(wǎng)絡延伸層，主要用于解決場景深度覆蓋及熱點覆蓋。優(yōu)化方面通過異頻組網(wǎng)、互操作策略等將2 層網(wǎng)絡互為補充，最大化提升覆蓋效果，發(fā)揮網(wǎng)絡最大效益。

圖5 高低搭配宏微結(jié)合的網(wǎng)絡立體結(jié)構(gòu)

同時，從干擾、負荷、感知三維度進行疊加分析，利用多樣化建設(shè)方式實施結(jié)構(gòu)層拓展、延伸層補盲。

3.3 低成本室內(nèi)深度覆蓋增強

3.3.1 傳統(tǒng)室分改造

在有傳統(tǒng)室分覆蓋的區(qū)域通過分布系統(tǒng)的改造來增強或者延伸局部區(qū)域覆蓋是最常見的手段，常用的改造方式有天線增補、室分功率重分配、高增益天線替換等。改造時需注意整個室分系統(tǒng)的功率余量，注意避免其他區(qū)域覆蓋受到影響。

3.3.2 一體化小微設(shè)備改造

除傳統(tǒng)的室分改造外，一體化小微設(shè)備的改造也是增強室內(nèi)深度覆蓋的一種方式，該方式主要適用于學校寢室、商務寫字樓、賓館酒店等場景。這些場景室分天線一般布置在過道中，靠天線遠端的室內(nèi)，受墻體衰耗影響覆蓋往往較差，同時由于房屋縱深較長，利用室外宏站進行覆蓋效果也不佳。這時如采用傳統(tǒng)室分改造方式增加天線密度會受制于設(shè)備功率及饋線損耗而無法實施，同時改造成本也較高。如圖6 所示，采用一體化小微設(shè)備改造便于施工，同時由于省去了饋線成本總費用也相對較低。

3.4 宏微協(xié)同規(guī)劃

為了提升深度覆蓋綜合水平，建議采用宏微協(xié)同，立體覆蓋的方式，如圖7所示。避免了使用單一解決方案無法有效解決多場景網(wǎng)絡需求。原則上，當小微站用于覆蓋補盲時，選用與已存網(wǎng)絡同頻部署。小微站要求使用和宏站同廠家的設(shè)備，保持區(qū)域格局一致性，避免異廠商插花組網(wǎng)對網(wǎng)絡的沖擊，實現(xiàn)網(wǎng)絡性能最優(yōu)與高效管理。

圖6 一體化小微設(shè)備改造

圖7 宏微協(xié)同統(tǒng)一規(guī)劃

4 應用案例

4.1 某別墅小區(qū)邊緣弱覆蓋提升

4.1.1 問題分析

如圖8所示，MR質(zhì)量監(jiān)控發(fā)現(xiàn)某別墅小區(qū)覆蓋較差，同時也接到用戶投訴反映在弱覆蓋區(qū)域使用微信視頻等感知較差。

圖8 MR質(zhì)量監(jiān)控

通過智能網(wǎng)優(yōu)平臺分析發(fā)現(xiàn)弱覆蓋區(qū)域平均信號電平約為-114 dBm，覆蓋場景為住宅區(qū)（別墅）。區(qū)域內(nèi)用戶主要使用網(wǎng)頁瀏覽、短視頻等業(yè)務，對速率要求相對較低，但對下行RTT 時延要求相對較高。該區(qū)域主要靠宏基站覆蓋，距基站約320 m，位于基站覆蓋邊緣，因為房屋及周邊樹木的遮擋導致覆蓋較差。經(jīng)現(xiàn)場查勘測試，發(fā)現(xiàn)主覆蓋基站天線參數(shù)合理，無RF優(yōu)化調(diào)整空間。

4.1.2 解決方案

由于該弱覆蓋區(qū)域為小區(qū)邊緣，覆蓋較差，且位于高檔別墅小區(qū)內(nèi)，通過新建基站解決施工難度較大且建設(shè)周期長。考慮該區(qū)域用戶主要使用的業(yè)務對覆蓋電平的要求相對較低，低成本的提升空口發(fā)射功率的方式是最優(yōu)方案。

a）將基站RRU 由60 W 更換為80 W，同時將小區(qū)RS功率由15.5 dBm提升至21.2 dBm。

b）將基站天線由15 dB 普通天線更換為20.5 dB高增益天線。

4.1.3 處理效果

優(yōu)化方案實施后弱覆蓋區(qū)域整體覆蓋水平得到一定改善，如圖9所示，雖然距良好覆蓋水平仍有一定差距但已能夠滿足用戶業(yè)務需求。該方案所花費用只有3 000 元左右，只有傳統(tǒng)建設(shè)基站的方式節(jié)約90%。

圖9 優(yōu)化后效果

4.2 某住宅小區(qū)綜合覆蓋提升

4.2.1 問題分析

如圖10 所示，MR 質(zhì)量監(jiān)控發(fā)現(xiàn)巴南某小區(qū)及周邊3G 覆蓋較差。實地查勘測試發(fā)現(xiàn)該區(qū)域面積約為1.2 km2，主要由某新建住宅小區(qū)（包含洋房及高層）及周邊老舊社區(qū)、醫(yī)院、學校等組成。該區(qū)域忙時整體話務量407 Erl，月均語音投訴5 起，常駐用戶約2 000人。

圖10 MR質(zhì)量監(jiān)控地理呈現(xiàn)

將該區(qū)域劃分為5個弱覆蓋子區(qū)域，經(jīng)分析，各區(qū)域問題原因如表1所示。

表1 弱覆蓋區(qū)域原因

4.2.2 解決方案

該區(qū)域整體覆蓋較差是由多方面因素導致的，建設(shè)、維護、優(yōu)化都存在問題。其中建設(shè)類問題主要為部分區(qū)域缺乏宏站、室分；維護類問題主要為部分基站天線掛高過低，受阻擋以及前期拆除站點未及時還建；優(yōu)化類問題主要為部分區(qū)域2G/3G 互操作策略不合理，導致用戶脫離2G網(wǎng)絡后無法盡快占用3G信號。針對以上問題，建維優(yōu)一體化工作組緊密配合，相互協(xié)同，制定出整改先行、宏微結(jié)合、優(yōu)化協(xié)同的整體解決方案，具體如表2所示。

表2 具體解決措施

4.2.3 處理效果

綜合解決方案實施完成后該區(qū)域3G 覆蓋水平得到顯著改善，如圖11所示，區(qū)域話務量增幅明顯，同時投訴得到有效控制。

5 總結(jié)

本文探索的基于精準位置的大數(shù)據(jù)建模方法，不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡覆蓋問題的智能監(jiān)控，而且通過模擬布站解決了規(guī)劃落地準確性差的難題。同時，結(jié)合低成本的建設(shè)方案，一方面降低單點建設(shè)成本，另一方面快速提升深度覆蓋與廣覆蓋水平，為快速提升網(wǎng)絡口碑提供了一條嶄新的途徑。

圖11 MR質(zhì)量監(jiān)控地理呈現(xiàn)