陳捷（中國移動通信集團(tuán)云南有限公司紅河分公司，蒙自 661199）

?

經(jīng)驗與交流

農(nóng)村2G/4G網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

陳捷
（中國移動通信集團(tuán)云南有限公司紅河分公司，蒙自 661199）

中國已邁入了移動互聯(lián)的新時代，目前各大運營商之間激烈的競爭聚焦在了4G網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村市場上。因此，研發(fā)一套農(nóng)村2G/4G網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)軟件，有助于在山區(qū)農(nóng)村復(fù)雜的無線環(huán)境中實現(xiàn)4G信號精準(zhǔn)覆蓋，具有一定的市場與實用價值。

農(nóng)村；2G/4G；網(wǎng)絡(luò)分析

1 技術(shù)背景

當(dāng)今的社會已進(jìn)入移動互聯(lián)的新時代，中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與發(fā)展已成星火燎原之勢。然而在位于我國西南邊陲的云貴高原上，由于山高谷深、溝壑縱橫的復(fù)雜地形地貌與“大雜居，小聚居”的邊疆少數(shù)民族分布特點，大大增加了4G網(wǎng)絡(luò)這最后一公里的架設(shè)難度。如何建好山區(qū)農(nóng)村的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，讓廣大少數(shù)民族同胞與農(nóng)村客戶搭上中國移動的4G快車，共享科技進(jìn)步的碩果，一直是移動運營商所關(guān)注的重點。

中國移動2G/3G/4G多網(wǎng)協(xié)同決定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)、市場與網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同關(guān)系日益加強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)問題向深層次、隱性化發(fā)展，越來越多的疑難問題難以靠以往的經(jīng)驗和常規(guī)手段解決，這就需要整合多方面數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合全面分析，因此有必要開發(fā)一種便捷有效的工具軟件穿針引線，協(xié)助工程師厘清大量指標(biāo)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，精準(zhǔn)定位問題所在。

2 設(shè)計思路

本設(shè)計的創(chuàng)新思路是從農(nóng)村2G/4G共覆蓋情況的研究入手，以云南某地農(nóng)村為試點展開，轄區(qū)內(nèi)包括2G小區(qū)共577個，4G小區(qū)863個，涵蓋686個自然村，65 000多名農(nóng)村高流量用戶。針對傳統(tǒng)計算方式的不足，通過“TA（Timing Advance，時間提前量）值分區(qū)統(tǒng)計+中心距計算”的新思路來進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計一套公式與系數(shù)來計算和表征2G小區(qū)下的4G信號共覆蓋程度。軟件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)按功能劃分為前臺與后臺兩大模塊。

系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，圖中左側(cè)地理信息、TA統(tǒng)計信息、工程參數(shù)與經(jīng)分?jǐn)?shù)據(jù)是需要導(dǎo)入系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析的原始數(shù)據(jù)，整個分析系統(tǒng)主要分為前臺顯示與后臺計算兩大模塊，前臺顯示模塊基于Google Earth地理信息系統(tǒng)，通過專業(yè)接口軟件分類制作成多個KML文件，如基站分布，2G/4G網(wǎng)絡(luò)TA統(tǒng)計，自然村及用戶分布圖層等，一并導(dǎo)入Google Earth，通過圖形化界面加以展示，明晰多種數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性。后臺計算模塊則是基于對TA區(qū)中心距的批量計算，通過設(shè)計一套2G/4G相關(guān)系數(shù)來表征2G/4G網(wǎng)絡(luò)的共覆蓋情況。

2.1 傳統(tǒng)計算方式

目前集團(tuán)定義的2G/4G網(wǎng)絡(luò)同覆蓋判定標(biāo)準(zhǔn)是：通過站點經(jīng)緯度計算目標(biāo)2G小區(qū)周邊300 m范圍內(nèi)是否有4G基站，有則視為有4G信號覆蓋，無則相反。該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類網(wǎng)絡(luò)與市場分析的系統(tǒng)軟件中，如網(wǎng)優(yōu)平臺、經(jīng)分系統(tǒng)等。但是在實際生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)這種判斷方法過于簡單粗糙，容易誤判，誤導(dǎo)精準(zhǔn)優(yōu)化與營銷。這是因為用“有/無”來判斷農(nóng)村2G小區(qū)下的4G覆蓋情況本身就不夠準(zhǔn)確。這是因為目前中國移動2G組網(wǎng)采用900 MHz/1 800 MHz頻段，4G則是采用1.9 GHz/2.5 GHz高頻段組網(wǎng)，信號的繞射和穿透能力遠(yuǎn)不及2G，在山區(qū)農(nóng)村站點分布較分散，站間距較大的情況下，4G小區(qū)的有效覆蓋范圍一般都要小于2G小區(qū)。也就是說大部分農(nóng)村2G小區(qū)下僅能實現(xiàn)4G信號的局部覆蓋，那么，這些2G小區(qū)是否有4G信號共覆蓋就很模棱兩可了。

以現(xiàn)網(wǎng)為例，對本次研究的試點區(qū)域內(nèi)577個2G小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計，按照傳統(tǒng)計算方式，全網(wǎng)中有345個2G小區(qū)附近300 m距離內(nèi)存在4G基站，判定這345個小區(qū)有4G信號覆蓋，4G共覆蓋比例達(dá)到了60%。但是按新方法進(jìn)行復(fù)查，僅有20%的2G小區(qū)實現(xiàn)4G信號的完全覆蓋，27%的2G小區(qū)下完全無4G信號，超過50%的2G小區(qū)下4G信號局部覆蓋，判斷這一部分2G小區(qū)是否有4G信號覆蓋就變得模棱兩可。

圖1　設(shè)計思路與結(jié)構(gòu)框圖

圖2所示的是現(xiàn)網(wǎng)中一個局部覆蓋的實例。圖2中黃色扇形表示的是一個4G小區(qū)，有效覆蓋范圍如黃圈所示，半徑約1 km，綠色扇形表示的是共址的2G小區(qū)，覆蓋范圍如綠圈所示，半徑約2 km，某自然村位于距離站址約1.5 km處，是該站點覆蓋下的數(shù)據(jù)熱點區(qū)域，圖2中可知該自然村內(nèi)沒有4G信號覆蓋。但是按照集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)誤判該2G覆蓋區(qū)域內(nèi)都有4G信號，在開拓農(nóng)村市場時，力推4G終端到該自然村內(nèi)，勢必會影響農(nóng)村用戶對于業(yè)務(wù)速率的感知，同時還會造成該4G小區(qū)成為一個高倒流黑點小區(qū)。

圖2　2G/4G局部同覆蓋示例

2.2 創(chuàng)新思路

針對以上問題，我們通過“TA值分區(qū)統(tǒng)計+中心距計算”的新思路來對2G/4G同覆蓋的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改進(jìn)。

2.2.1 TA分區(qū)

考慮到農(nóng)村區(qū)域站址分布較為稀疏，一個2G小區(qū)的覆蓋范圍可能從一到數(shù)公里不等，根據(jù)本次研究的采樣統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)全網(wǎng)577個GSM小區(qū)一個月的數(shù)據(jù)流量有94.5%產(chǎn)生在5.5 km內(nèi)，因此在本次研究中就將2G小區(qū)最大有效覆蓋半徑定為5.5km。

之后按TA值（GSM網(wǎng)絡(luò)中1個TA值對應(yīng)距離為550m）對小區(qū)的覆蓋范圍進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)不同TA區(qū)中的話統(tǒng)占比來定位熱點區(qū)域范圍， 如圖3中所示，綠色扇形、線圈表示2G小區(qū)及其覆蓋區(qū)域，按TA值進(jìn)行分區(qū)，具體分區(qū)情況如表1所示。

將同一2G小區(qū)下所有TA區(qū)的流量占比按從大到小順序排列，篩選出占比最大的3個TA區(qū)域。如在圖3中的2G小區(qū)下，假設(shè)TA2區(qū)流量占比最大，TA4區(qū)流量占比次之，TA6區(qū)流量占比再次，如綠色星形框標(biāo)識。全網(wǎng)小區(qū)的采樣統(tǒng)計中可知，占比最大的3個TA區(qū)貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)流量達(dá)到全網(wǎng)數(shù)據(jù)總量的89.33%，已能滿足設(shè)計的精度要求。下面就以全網(wǎng)2G小區(qū)的前三大流量TA區(qū)為目標(biāo)展開研究，下面簡稱為G-TA-1/2/3區(qū)。

同理對4G小區(qū)與覆蓋區(qū)域進(jìn)行TA分區(qū)，如圖3中黃色標(biāo)識，只不過按TA統(tǒng)計的是同時間段LTE服務(wù)小區(qū)的TA測量數(shù)據(jù)，該統(tǒng)計值可表征某個小區(qū)覆蓋下不同TA區(qū)內(nèi)的用戶分布情況與活躍程度。UE在初始接入LTE網(wǎng)絡(luò)的過程中，首先發(fā)送上行的PRACH前導(dǎo)碼序列，eNode B通過測量UE的前導(dǎo)序列，在隨機(jī)接入消息中（RAR）返回給UE 11位的初始TA值（在0～1282之間取值），同時通過北向接口上報，UE側(cè)根據(jù)RAR中的初始TA值，做相應(yīng)的上行時間調(diào)整；網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)TA值大小分區(qū)對上報條數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。

圖3　判定原理

LTE網(wǎng)絡(luò)中1個TA值對應(yīng)的距離為78 m，為了與2G的TA區(qū)相對應(yīng)，按合并后的TA區(qū)來統(tǒng)計TA上報次數(shù)，2G/4G的TA分區(qū)對應(yīng)如表1所示。根據(jù)全網(wǎng)的采樣統(tǒng)計，100%的TA上報消息均發(fā)生在6.3 km范圍內(nèi)。

在本次研究的試點區(qū)域內(nèi)，有農(nóng)村4G小區(qū)共863個，取TA上報次數(shù)最多的4個TA區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計，可知TA上報次數(shù)占比達(dá)到總量的97.25%，已可滿足研究精度要求。下面簡稱為L-TA-1/2/3/4區(qū)。

2.2.2 中心距計算

由圖3所示，新計算方式實際是以2G/4G的TA區(qū)中心距來判斷2G/4G的共覆蓋情況，圖3中2G小區(qū)G-TA-1區(qū)與距離最近的TA區(qū)——4G小區(qū)1的L-TA-1區(qū)中心距很小，兩個TA區(qū)也基本重合，那么G-TA-1區(qū)即可視為有4G信號覆蓋；G-TA-2與最近的4G小區(qū)2的L-TA-1區(qū)中心有一定距離，兩個TA區(qū)部分重合，那么G-TA-2區(qū)可視為局部有4G信號覆蓋；G-TA-3則與最近的4G小區(qū)3的L-TA-1區(qū)中心相距甚遠(yuǎn)， 兩個TA區(qū)幾乎無重疊，那么G-TA-3區(qū)則視為4G信號覆蓋。

表1　TA分區(qū)表

上述幾種情況可用一個標(biāo)識系數(shù)b，用比例來進(jìn)行量化，取值范圍在［0，1］，具體定義如表2所示。當(dāng)2G/4G的某兩個TA區(qū)中心距在0～125 m之間時，可認(rèn)為這兩個TA區(qū)基本重合，此時兩TA區(qū)相關(guān)性也最大，b取最大值1；當(dāng)2G/4G的TA區(qū)中心距在125～200 m之間時，可認(rèn)為兩TA區(qū)大部分區(qū)域重合，兩TA區(qū)相關(guān)性次之，b值相應(yīng)下調(diào)至0.6；當(dāng)2G/4G 的TA區(qū)中心距在200～550 m之間時，可認(rèn)為兩TA區(qū)僅在邊緣有部分重合，兩TA區(qū)相關(guān)性較弱，b值取0.3；當(dāng)2G/4G的TA區(qū)中心距大于1 100 m，可認(rèn)為兩TA區(qū)已無相關(guān)性，此時b取值為0。

2.2.3 相關(guān)系數(shù)設(shè)計

表2　標(biāo)識系數(shù)b值表

基于標(biāo)識系數(shù)b，可定義2G/4G相關(guān)系數(shù)k來表征2G小區(qū)下的4G信號覆蓋情況，取值范圍在（0，1），計算公式如下：

式（1）中i取值從1～3表示流量占比最高3個TA區(qū)；ai表示TA區(qū)流量占比，bi是TA區(qū)的標(biāo)識系數(shù)，取值如上所述，代入式（1）中計算得到k值。k值越大，越趨近于1，表示該2G小區(qū)下的4G信號覆蓋越好；k值越小，趨近于0，則表示該2G小區(qū)下幾乎沒有4G信號覆蓋。

2.2.4 經(jīng)分與地理數(shù)據(jù)

為全面了解無線環(huán)境，本設(shè)計中加入地理信息圖層的制作，即在GE界面點選自然村圖標(biāo)，就可查詢其隸屬行政村、自然村名稱、區(qū)域、國土面積、農(nóng)戶數(shù)、人口、人均年收入等人文地理信息，數(shù)據(jù)來源于云南省政府在“云南數(shù)字鄉(xiāng)村網(wǎng)”的權(quán)威發(fā)布。

為便于4G終端的精準(zhǔn)投放和問題小區(qū)原因分析，本設(shè)計中還引入市場經(jīng)分?jǐn)?shù)據(jù)，包括小區(qū)下常駐用戶數(shù)量、用戶號碼、終端品牌、型號、流量、套餐等。以上功能的實現(xiàn)將在下面的實際應(yīng)用部分詳細(xì)介紹。

3 實際應(yīng)用

目前該分析軟件與方法已投入使用，前臺模塊功能主要應(yīng)用于短板小區(qū)原因分析與優(yōu)化方案的制定，后臺模塊則能夠勾勒網(wǎng)絡(luò)整體覆蓋狀況，輔助網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計。

3.1 前臺應(yīng)用

以一個簡單案例來說明該工具在生產(chǎn)活動中的實際應(yīng)用。圖中蒙自西北勒NG1小區(qū)是1個2G超高流量小區(qū)，日均數(shù)據(jù)流量達(dá)到2.12 GB，共址新建有4G基站，需要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分流。

按照常規(guī)的網(wǎng)優(yōu)處理思路，首先檢查2G/4G小區(qū)工參，2G小區(qū)方位角 0°，4G小區(qū)方位角308°，2G/4G扇區(qū)覆蓋區(qū)域有較大偏差?？赡懿扇〉某Ｒ?guī)手段如下。

（1）收縮2G小區(qū)的覆蓋半徑，如降低發(fā)射功率，調(diào)整下傾角等。

（2）4G側(cè)調(diào)整小區(qū)的方位角，與2G保持一致，升功率、抬下傾角增大覆蓋半徑。

（3）修改2G/4G互操作門限，使4G終端更容易駐留在4G小區(qū)上等。

以上優(yōu)化方案是否有效，可以通過新系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)分析加以驗證。點擊圖4中洛戈底村圖標(biāo)查到村內(nèi)有138農(nóng)戶688人，人均年收入5 550元等關(guān)鍵信息，可知該村人口數(shù)量較大，勞動力居多，人均收入在當(dāng)?shù)剞r(nóng)村中屬中等偏上水平，是個比較大的自然村，已滿足建站條件。

圖4中紅色、黃色和綠色方框和數(shù)字表示的是該2G小區(qū)流量前3大TA區(qū)及其占比，點擊該方框圖標(biāo)可以顯示區(qū)域標(biāo)識、流量占比、TA值等信息；深紅色和橙色方框與數(shù)字表示的是4G小區(qū)TA更新最大的2 個TA區(qū)及其占比，點擊可顯示TA區(qū)標(biāo)識、TA更新占比、TA值等信息。

圖4　案例分析

圖4中可見該2G小區(qū)流量分布較為平均，26.46%的流量產(chǎn)生在1.65～2.2 km的TA區(qū)內(nèi)，20.36%產(chǎn)生在2.2～3.3 km的TA區(qū)；對應(yīng)的4G小區(qū)TA更新統(tǒng)計則很集中，幾乎是100%集中在1km范圍內(nèi)。因此不可收縮2G小區(qū)的覆蓋范圍，否則可能導(dǎo)致洛戈底村內(nèi)的2G弱覆蓋，同時調(diào)整4G小區(qū)方位角與2G保持一致，優(yōu)化效果也不大，因為該村距離站點較遠(yuǎn)（約2 km），4G信號到達(dá)已有較大衰減，因此最為有效的優(yōu)化方案是在村中選址做拉遠(yuǎn)或新建站點加強(qiáng)4G信號覆蓋，分流2G流量。

本例中點擊站點處綠/藍(lán)色邊框和黃色邊框扇形圖標(biāo)可分別顯示常駐2G小區(qū)下2G/3G終端常駐高流量用戶和4G高倒流用戶信息，導(dǎo)入信息有用戶數(shù)量、電話號碼等，圖4中可見2G終端高流量用戶80名，3G高流量用戶38名，4G高倒流用戶71名，于全網(wǎng)屬于較高水平，如需實現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)有效分流，還需協(xié)同市場口對2G/3G終端的高流量用戶進(jìn)行4G終端的精準(zhǔn)投放和精準(zhǔn)營銷。

3.2 后臺應(yīng)用

后臺模塊對原始數(shù)據(jù)的加工與計算，通過相關(guān)系數(shù)k來表征2G/4G同覆蓋情況，可將復(fù)雜的情況簡單化。計算出全網(wǎng)所有的2G小區(qū)相關(guān)系數(shù)k值后，進(jìn)行分布統(tǒng)計，能對整網(wǎng)2G/4G同覆蓋情況得到一個較為直觀的了解。

本例中，對試點縣市農(nóng)村全網(wǎng)577個2G小區(qū)的k值統(tǒng)計如表3所示，以0.5為限劃分，可知該市農(nóng)村有27.04%的2G小區(qū)下沒有4G信號覆蓋，20.97%的2G小區(qū)下4G信號覆蓋不足，這一部分小區(qū)就是后期規(guī)劃建設(shè)與優(yōu)化維護(hù)工作所需關(guān)注的重點。

表3　相關(guān)系數(shù)分布表

同時將各小區(qū)k值由低到高排列，找出TOP N小區(qū)，考察其流量、用戶數(shù)與高價值用戶分布，即可甄選出需要優(yōu)先建設(shè)補(bǔ)點或優(yōu)化處理的目標(biāo)。目標(biāo)小區(qū)確定后，即可通過前臺圖形化界面對各類數(shù)據(jù)，如基站工參、自然村、TA統(tǒng)計、用戶信息等的串聯(lián)展示，準(zhǔn)確定位問題成因，快速制定解決方案。

如上節(jié)中黑點小區(qū)蒙自西北勒NG1，計算得到相關(guān)系數(shù)k值為0.46，2G/4G同覆蓋水平較全網(wǎng)偏低，同時日均2G數(shù)據(jù)流量高達(dá)2.12 GB，在全網(wǎng)中居高，需要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分流。因此列入急需處理的TOP N小區(qū)。

4 總結(jié)

未來幾年，TD-LTE制式的4G網(wǎng)絡(luò)將承擔(dān)起中國移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶感知體驗的重任，開發(fā)與應(yīng)用本文所述的農(nóng)村2G/4G網(wǎng)絡(luò)分析軟件，有助于在日益復(fù)雜的無線環(huán)境中實現(xiàn)4G信號精準(zhǔn)覆蓋，有效分流2G數(shù)據(jù)流，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與核心競爭力。

［1］ 劉娟， 凌家良. TD_LTE系統(tǒng)無線資源調(diào)度算法研究及性能分析［J］. 移動通信， 2012（14）.

［2］ 沈嘉， 索世強(qiáng)， 全海洋. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計［M］. 北京： 北京郵電大學(xué)出版社， 2008.

［3］ 房秉毅， 張云勇. LTE/LTE-A技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展［J］. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010（5）.

［4］ 曾召華. LTE基礎(chǔ)原理與關(guān)鍵技術(shù)［J］.通信技術(shù)，2010（5）.

News

2016中國網(wǎng)絡(luò)安全年會（第13屆）在成都召開

5月25～26日，以“聚網(wǎng)絡(luò)英才·筑安全生態(tài)”為主題的2016中國網(wǎng)絡(luò)安全年會（第13屆）在成都市召開。本次大會由工業(yè)和信息化部指導(dǎo)，國家計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急技術(shù)處理協(xié)調(diào)中心（CNCERT）主辦。來自政府和重要信息系統(tǒng)、企業(yè)、行業(yè)協(xié)會、高校和科研院所等單位以及來自CNCERT國際合作伙伴的代表共900余人參加了大會。

工業(yè)和信息化部黨組成員、辦公廳主任莫瑋出席大會并致辭。莫瑋指出，我國互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)發(fā)展取得了顯著成績，突出體現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施加快演進(jìn)升級、產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、融合創(chuàng)新蓬勃發(fā)展、國際影響力穩(wěn)步提升四個方面。但與此同時，我們也要清醒看到網(wǎng)絡(luò)空間面臨的威脅和挑戰(zhàn)越來越現(xiàn)實和緊迫。莫瑋表示，“十三五”時期是我國全面建成小康社會的決勝階段，也是加快建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國的關(guān)鍵階段，黨中央高度重視網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作，為我們在新形勢下做好網(wǎng)絡(luò)安全工作指明方向。莫瑋就進(jìn)一步做好網(wǎng)絡(luò)安全工作提出四點要求：一是把握機(jī)遇，推動網(wǎng)絡(luò)安全事業(yè)邁上新臺階；二是凝心聚力，加快突破網(wǎng)絡(luò)安全核心技術(shù)；三是增進(jìn)合作，不斷提升網(wǎng)絡(luò)安全保障能力；四是多措并舉，持續(xù)壯大網(wǎng)絡(luò)安全人才隊伍。 （工信部網(wǎng)絡(luò)安全管理局）

Design and application of system for 2G/4G network analysis in the countryside

CHEN Jie
（
China Mobile Group Yunnan Co.， Ltd. Honghe Branch， Mengzi 661199， China）

This is a new era of mobile Internet in China， the fierce competition among domestic telecom carriers focus on the rural market of 4G network. Consequently， developing a system for 2G/4G network analysis in the countryside， was able to deliver the precise 4G coverage needed in complicated wireless environment， had a great market and practical value.

countryside； 2G/4G； network analysis

TN929.5

A

1008-5599（2016）06-0054-06

2016-01-27