任小強(qiáng)，楊弘，劉文，王曉龍

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)甘肅有限公司蘭州分公司，蘭州 730000）

1 引言

無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是以一定經(jīng)濟(jì)的投入獲得較好的收益，使得網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量和質(zhì)量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的一系列過程，主要通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行話務(wù)量統(tǒng)計(jì)分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集、參數(shù)分析、硬件檢查等手段，找出影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的原因，修改參數(shù)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)配置，確保系統(tǒng)高質(zhì)量的運(yùn)行，使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源獲得最佳效益。常見的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法有話務(wù)量統(tǒng)計(jì)、路測(cè)、通話質(zhì)量測(cè)試、用戶投訴、信令分析等。近年來，由于三大運(yùn)營(yíng)商大多選用GSM升級(jí)改造的方法部署NB-IoT，這就使得原來的GSM網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量被破壞，因此GSM和NB-IoT網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化顯得尤為重要。替換前GSM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)花費(fèi)了幾年時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量基本完善，參數(shù)的基本配置和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化參數(shù)比較確定；另外GSM替換和割接工作中，運(yùn)營(yíng)商花費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工，對(duì)于每個(gè)施工站點(diǎn)都配置監(jiān)察組、督導(dǎo)組、優(yōu)化組、分析組和施工組，每個(gè)環(huán)節(jié)都是通過替換前后對(duì)比來觀察替換網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。為了節(jié)省成本和把握替換后GSM和NB-IoT網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，本文將引入泰森多邊形算法，將傳統(tǒng)的泰森多邊形算法進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，并使用加權(quán)算法對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行替換指導(dǎo)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，選用蘭州市安寧區(qū)GSM替換站點(diǎn)為例，使用加權(quán)改進(jìn)的森多邊形圖對(duì)其進(jìn)行GSM替換指導(dǎo)和替換后GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，為當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供分析和制定決策的科學(xué)依據(jù)。

2 泰森多邊形算法及相關(guān)原理簡(jiǎn)述

泰森多邊形算法是是荷蘭氣候?qū)W家A·H·Thiessen提出的根據(jù)離散分布的氣象站的降雨量來計(jì)算平均降雨量的方法。生成泰森多邊形圖的方法很多，常見的有分治法、掃描線算法和Delaunay三角剖分算法，實(shí)際軟件中，大多集成了泰森多邊形控件，如Visual Basic，MATLAB和Java EE等。泰森多邊形在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如將電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與局站、基站、小區(qū)、街區(qū)、營(yíng)業(yè)廳、渠道網(wǎng)點(diǎn)等這類地理空間對(duì)象建立關(guān)聯(lián)，將信息實(shí)時(shí)反映在城市電子地圖上，實(shí)現(xiàn)可視化管理，提高運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的質(zhì)量和效率。利用站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息構(gòu)建的泰森多邊形如圖1所示。

圖1 利用站點(diǎn)信息構(gòu)建的泰森多邊形圖

3 基于加權(quán)泰森多邊形的改進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法

3.1 用戶密度與基站容量之比加權(quán)的泰森多邊形優(yōu)化算法

通信系統(tǒng)的正六邊形覆蓋區(qū)域，是基于整個(gè)服務(wù)區(qū)用戶密度是均勻而建立起來的，是一種較為理想的模型。實(shí)際站點(diǎn)中，由于站點(diǎn)類型、高度、天線增益、配置數(shù)據(jù)、障礙物阻擋及安裝位置等通信環(huán)境不同，基站覆蓋區(qū)域并不是完全相同的。因此這里引入一個(gè)權(quán)重系數(shù)對(duì)其進(jìn)行修正，這個(gè)權(quán)重系數(shù)由用戶密度與基站容量的比值來確定，如果比值較大，則覆蓋半徑小些；反之，則應(yīng)該大一些。這就是基于用戶密度與基站容量之比加權(quán)的泰森多邊形優(yōu)化算法，可以較好的解決實(shí)際的無線環(huán)境對(duì)信號(hào)覆蓋的影響。

3.2 基于扇區(qū)和邏輯位置改進(jìn)的泰森多邊形優(yōu)化算法

傳統(tǒng)的泰森多邊形算法主要是基于全向天線工作的，基站是最小覆蓋區(qū)域單位。外圍站點(diǎn)是無邊界的，最外圍基站的覆蓋范圍不是封閉的，而是向外無線伸展的。實(shí)際上，基站的發(fā)射功率是有限的，隨著基站距離的增大而減弱，因此外圍基站的覆蓋形狀是有一個(gè)或者多個(gè)邊是圓弧，一個(gè)站點(diǎn)一般具有3個(gè)小區(qū)，特別是話務(wù)量較多的密集區(qū)域還含有異頻小區(qū)，最小的可操作單位應(yīng)該是小區(qū)（一個(gè)天線的覆蓋范圍），另外站點(diǎn)的物理位置和實(shí)際的邏輯位置一般不在同一區(qū)域，據(jù)此需要針對(duì)傳統(tǒng)的泰森多邊形算法進(jìn)行如下改造。

（1）以基站作為圓心，信號(hào)可以到達(dá)的最遠(yuǎn)距離為半徑做圓，該圓與形成的未封閉泰森多邊形的公共部分為該基站的實(shí)際信號(hào)覆蓋范圍。

（2）對(duì)于小區(qū)的劃分，則按照一個(gè)基站的天線數(shù)目，劃分相應(yīng)的小區(qū)數(shù)目，將相鄰兩個(gè)小區(qū)夾角的角平分線與基站的泰森多邊形邊界圍城的區(qū)域就是實(shí)際小區(qū)的覆蓋面積。

（3）由于城市區(qū)域建筑物比較密集，信號(hào)阻擋嚴(yán)重，加上室分站點(diǎn)較多，信號(hào)覆蓋的實(shí)際物理位置與邏輯位置往往不同，結(jié)合MR（測(cè)量報(bào)告），求解小區(qū)的邏輯位置，利用邏輯位置構(gòu)建的泰森多邊形更加準(zhǔn)確。

4 算法驗(yàn)證及結(jié)論

4.1 小區(qū)的邏輯位置

在構(gòu)建泰森多邊形之前，由于物理環(huán)境的復(fù)雜性和站址位置的不準(zhǔn)確性，首先需要確定站點(diǎn)的邏輯位置，記為L(zhǎng)i，站點(diǎn)的實(shí)際位置就是規(guī)劃站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，記為Ti，兩者差值的絕對(duì)值稱為站點(diǎn)的絕對(duì)誤差A(yù)i，這里規(guī)定Ai的值不能大于100 m。

如果兩者之間的絕對(duì)誤差大于100 m，則需要核查站點(diǎn)規(guī)劃信息是否準(zhǔn)確。邏輯站點(diǎn)的位置確定方法較多，其中最常用的就是利用MR（Measurement Report，測(cè)量報(bào)告）。MR是終端周期性或者由于達(dá)到門限而向網(wǎng)絡(luò)上報(bào)自身的測(cè)量信息，這些信息包括服務(wù)小區(qū)和6個(gè)最強(qiáng)鄰小區(qū)的BCCH（Broodcast Control Channel，廣播控制信道）信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)、質(zhì)量、時(shí)間提前量、基站色碼、BCCH頻點(diǎn)和手機(jī)功率等級(jí)等信息，并可以通過計(jì)算得出上下行的路徑損耗，這里利用MR中服務(wù)小區(qū)的BCCH信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)結(jié)合權(quán)重面積進(jìn)行求解區(qū)域平均值，并使用時(shí)間提前量進(jìn)行修正，共同估算站點(diǎn)邏輯位置。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

這里選用甘肅省蘭州市安寧區(qū)簇一為研究對(duì)象，其中包括34個(gè)邏輯站點(diǎn)，已替換完成29個(gè)，未替換5個(gè)，替換占比為85.29%。這里為了說明問題，選取其中5個(gè)站點(diǎn)的15個(gè)小區(qū)，選取的5個(gè)站點(diǎn)均為宏站，且比較分散，基本分散于整個(gè)簇區(qū)域內(nèi)。

替換前后分別構(gòu)建加權(quán)的邏輯和物理泰森多邊形圖，然后對(duì)比他們的偏差與網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行指導(dǎo)優(yōu)化和替換，這里的偏差包括物理站點(diǎn)與邏輯站點(diǎn)的絕對(duì)誤差以及他們與替換后的誤差。

為了驗(yàn)證該算法的準(zhǔn)確性，核查替換前后的無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)偏差與泰森多邊形的偏差的關(guān)系，將他們的絕對(duì)偏差進(jìn)行對(duì)比。首先將替換前后5個(gè)站點(diǎn)的15個(gè)小區(qū)的泰森多邊形的絕對(duì)誤差進(jìn)行升序排序，橫坐標(biāo)為小區(qū)編號(hào)，誤差從小到大，縱坐標(biāo)分別為站點(diǎn)物理位置與邏輯位置的絕對(duì)偏差和無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 替換前后邏輯站點(diǎn)和物理站點(diǎn)的絕對(duì)偏差與切換成功率偏差的關(guān)系

圖3 替換前后邏輯站點(diǎn)和物理站點(diǎn)的絕對(duì)偏差與掉話率偏差的關(guān)系

圖4 替換前后邏輯站點(diǎn)和物理站點(diǎn)的絕對(duì)偏差與重疊覆蓋率偏差的關(guān)系

移動(dòng)通信中的切換是指移動(dòng)臺(tái)在與基站之間進(jìn)行信息傳輸時(shí)，由于各種原因，需要從原來所用信道上轉(zhuǎn)移到一個(gè)更適合的信道上進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^程，它的成功與否通過切換成功率來統(tǒng)計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，切換成功率偏差隨著替換前后泰森多邊形的偏差增大而增大，在絕對(duì)偏差小于4時(shí)，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)比較穩(wěn)定，隨著絕對(duì)誤差的增大，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)波動(dòng)明顯。

掉話率是移動(dòng)通信中的重要指標(biāo)，也稱通話中斷率，是指在移動(dòng)通信的過程中，通信意外中斷的幾率。掉話率在移動(dòng)通信網(wǎng)中是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，掉話率的高低在一定程度上體現(xiàn)了移動(dòng)網(wǎng)通信質(zhì)量的優(yōu)劣。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，掉話率偏差隨著替換前后泰森多邊形的偏差增大而增大，在絕對(duì)偏差小于3.8時(shí)，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)比較穩(wěn)定，隨著絕對(duì)誤差的增大，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)波動(dòng)明顯。

重疊覆蓋度主要是針對(duì)電平而言的，即定義鄰小區(qū)電平與服務(wù)小區(qū)電平相差6以內(nèi)且數(shù)量大于等于3個(gè)的區(qū)域定義為重疊覆蓋區(qū)域。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，重疊覆蓋率偏差比較明顯，在絕對(duì)偏差大于2時(shí)，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)波動(dòng)明顯，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨著替換前后泰森多邊形的偏差增大而增大。

根據(jù)上述指標(biāo)觀察，為了減少GSM替換前后的無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的絕對(duì)偏差，重點(diǎn)核查替換前后的邏輯站點(diǎn)的泰森多邊形偏差較大的6個(gè)小區(qū)，通過核查上述6個(gè)小區(qū) ，發(fā)現(xiàn)部分小區(qū)存在方位角、下傾角、天線增益等與替換前相差較大，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整和更換天線后發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建的泰森多邊形偏差總體穩(wěn)定，處于可接受范圍內(nèi)。統(tǒng)計(jì)無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與泰森多邊形的偏差發(fā)現(xiàn)，切換成功率、掉話率和重疊覆蓋率等指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，基本與替換前完全一致（切換成功率除外），調(diào)整后無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與泰森多邊形偏差的關(guān)系如圖5和圖6所示。切換成功率較差的原因是因?yàn)镚SM替換前后設(shè)備廠家型號(hào)不同，加上物業(yè)阻擋，部分站點(diǎn)沒有替換，導(dǎo)致異常家的插花現(xiàn)象嚴(yán)重。后臺(tái)網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)，替換前后的GSM其它網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)也基本與替換前一致。

圖5 調(diào)整前后邏輯站點(diǎn)和物理站點(diǎn)的絕對(duì)偏差與切換成功率偏差的關(guān)系

圖6 調(diào)整前后邏輯站點(diǎn)和物理站點(diǎn)的絕對(duì)偏差與掉話率偏差的關(guān)系

5 結(jié)論

隨著泰森多邊形在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用，本文針對(duì)GSM替換中出現(xiàn)的掉話率、切換成功率以及重疊覆蓋率高等原因，提出了一種加權(quán)改進(jìn)的泰森多邊形優(yōu)化算法，具有以下特點(diǎn)。

（1） 加權(quán)改進(jìn)后的泰森多邊形更加準(zhǔn)確，主要使用了修正算法，更加接近于站點(diǎn)的真實(shí)情況。

（2） 本文將加權(quán)改進(jìn)的優(yōu)化算法應(yīng)用于GSM替換后的GSM中，但該算法也可應(yīng)用于TD-SCDMA、TD-LTE、NB-IoT、5G等無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，還可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、站點(diǎn)規(guī)劃和渠道建設(shè)等其他領(lǐng)域中。

（3） 基于泰森多邊形的優(yōu)化算法與站點(diǎn)的數(shù)目有關(guān)，不同類型、站點(diǎn)的分布及數(shù)量的選擇是否合理，將在很大程度上影響算法的準(zhǔn)確性。

（4）物理站點(diǎn)與邏輯站點(diǎn)構(gòu)造的泰森多邊形的絕對(duì)誤差的衡量標(biāo)準(zhǔn)誤差較大，后續(xù)需要進(jìn)一步使用泰森多邊形的外接圓圓心、內(nèi)切圓圓心和多邊形特征等多種方式對(duì)該算法進(jìn)行修正。