農(nóng)村地區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量評估方法研究

Labs 導(dǎo)讀

農(nóng)村地區(qū)的4G覆蓋質(zhì)量分析一直是運(yùn)營商的痛點(diǎn)，本文從運(yùn)營商角度出發(fā)，針對自然村網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和競對覆蓋情況如何分析的問題，提出了基于MR二維數(shù)據(jù)的較為精確的評估方法。

4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從2015年開始逐步擴(kuò)展到鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)，為響應(yīng)國家脫貧攻堅(jiān)號(hào)召，近幾年通過電信普遍服務(wù)和農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)扶貧，各運(yùn)營商不斷加大農(nóng)村地區(qū)的4G投入。從目前掌握的數(shù)據(jù)看，中國移動(dòng)在全國行政村4G覆蓋率已達(dá)到98%以上，自然村覆蓋率也在逐年提高。這里所說的覆蓋率是行政村或自然村覆蓋個(gè)數(shù)的比例，并不能完全體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。為嚴(yán)格執(zhí)行共建共享目標(biāo)，近兩年建設(shè)的農(nóng)村4G基站基本上是在2G基站站址上進(jìn)行升級(jí)建設(shè)的，繼承了2G網(wǎng)絡(luò)的工參，雖然頻段一致，但其對行政村或自然村的真實(shí)覆蓋能力還需要進(jìn)一步評估。

1 評估內(nèi)容和方法

運(yùn)營商對于農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估主要從兩個(gè)方面入手:一是以自然村為單位評估自身覆蓋是否達(dá)標(biāo)，二是評估與競爭對手的覆蓋能力差異。有別于城市區(qū)域可以采用路測方式評估網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，農(nóng)村地區(qū)特別是偏遠(yuǎn)農(nóng)村和貧困村，采用逐一自然村現(xiàn)場測試的方式會(huì)帶來極大的人力和物力消耗。目前，采用MR統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋分析的應(yīng)用較為普遍，但MR數(shù)據(jù)主要還是用于連續(xù)覆蓋區(qū)域查找自身網(wǎng)絡(luò)覆蓋黑點(diǎn)，不常用于零散覆蓋的農(nóng)村地區(qū)。同時(shí)，在做弱于競對分析時(shí)常因準(zhǔn)確度不高而不能作為唯一評判依據(jù)。本文所論述的評估方法就是從MR數(shù)據(jù)分析的痛點(diǎn)出發(fā)，首先定位自然村在所屬覆蓋小區(qū)內(nèi)的位置，準(zhǔn)確評估該位置的覆蓋質(zhì)量，而后通過增加輔助判別手段提升競對分析準(zhǔn)確度。

1.1.自然村覆蓋能力評估

第1步：獲取自然村經(jīng)緯度信息。目前很多省已能夠通過運(yùn)營商市場部門或者地方政府獲取到自然村經(jīng)緯度信息，這是以下評估分析的基礎(chǔ)。

第2步：計(jì)算每個(gè)自然村與最近基站的距離和方位角。通過自然村和基站經(jīng)緯度信息可以計(jì)算出兩點(diǎn)間的距離和方位角，假設(shè)基站經(jīng)緯度為（Zj，Zw）,自然村經(jīng)緯度為（Cj,Cw），R為地球平均半徑，不考慮海拔高度的情況下將基站和自然村經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為三維直角坐標(biāo)（Xa,Ya,Za）和（Xb,Yb,Zb），通過計(jì)算三個(gè)坐標(biāo)軸方向的差值，繼而得到自然村和基站的距離。

Xa=R×cos(Zw)×cos(Zj)  Ya=R×cos(Zw)×sin(Zj)  Za=R×sin(Zw)

Xb=R×cos(Cw)×cos(Cj)  Yb=R×cos(Cw)×sin(Cj)  Zb=R×sin(Cw)

三個(gè)坐標(biāo)軸方向差值：ΔX=Xa-Xb   ΔY=Ya-Yb   ΔZ=Za-Zb

自然村和基站的距離：

在計(jì)算方位角時(shí)，考慮到經(jīng)線上，緯度每差1度,實(shí)地距離大約為111公里；緯線上，經(jīng)度每差1度,實(shí)際距離為111公里×cos（緯度）。自然村C點(diǎn)相對于基站Z點(diǎn)的方位角表示為以Z的正北方向?yàn)槠鹗?度，順時(shí)針方向的角度。

C點(diǎn)在第一象限時(shí)，方位角=α；C點(diǎn)在第二象限時(shí)，方位角=360+α；C點(diǎn)在第三、四象限時(shí)，方位角=180+α。

在實(shí)際工程中，為了方便操作，已經(jīng)有工程設(shè)計(jì)人員針對兩點(diǎn)最近距離的計(jì)算編制了小程序，后續(xù)可以在此基礎(chǔ)上將方位角的計(jì)算整合進(jìn)去。

第3步：定位所在小區(qū)。獲取4G基站工參中的方位角信息，比對第2步計(jì)算結(jié)果，確定自然村所屬覆蓋小區(qū)。例如某基站三扇區(qū)方位角為60°、180°、300°，一扇區(qū)的夾角范圍為0°-120°，若經(jīng)第2步計(jì)算的自然村相對于該基站的方位角為100°，則該自然村位于一扇區(qū)覆蓋范圍。

第4步：評估自然村覆蓋質(zhì)量。已知自然村所屬小區(qū)后，提取該小區(qū)MR二維數(shù)據(jù)MR.TadvRsrp，該數(shù)據(jù)反映了UE的時(shí)間提前量與參考信號(hào)接收功率在同時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過該數(shù)據(jù)可以得到不同TA下測量上報(bào)的RSRP電平值。4G一個(gè)TA區(qū)間對應(yīng)48個(gè)Ts，約等于234m，結(jié)合自然村與最近基站的距離，可以定位自然村所在TA區(qū)間并獲得相應(yīng)的RSRP電平統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)而評估該自然村實(shí)際信號(hào)覆蓋質(zhì)量，覆蓋率計(jì)算方式見表1。

表1 利用二維數(shù)據(jù)MR.TadvRsrp計(jì)算小區(qū)內(nèi)不同TA區(qū)間的RSRP覆蓋率

1.2.自然村覆蓋競對能力評估

在獲取小區(qū)級(jí)MR.TadvRsrp數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋自身能力評估時(shí)，可以由基站向終端下達(dá)開啟異頻測量指令，支持其他運(yùn)營商4G頻段的多模多頻終端可以同步測量并上報(bào)競對RSRP電平信息。自然村所在TA區(qū)間內(nèi)總采樣點(diǎn)數(shù)量包括了三家運(yùn)營商的采樣點(diǎn)，通過分析處理，網(wǎng)管平臺(tái)可以提取出各運(yùn)營商的采樣點(diǎn)數(shù)量及其RSRP電平信息，借此可以統(tǒng)計(jì)各運(yùn)營商在該自然村的覆蓋質(zhì)量，即覆蓋率。但實(shí)際操作時(shí)存在一些問題，該覆蓋率的計(jì)算是按照采集到的采樣點(diǎn)大于某電平指標(biāo)的數(shù)量占總采樣點(diǎn)數(shù)的比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，如果某運(yùn)營商總采樣點(diǎn)數(shù)偏少，突然出現(xiàn)高電平采樣點(diǎn)就可能拉高覆蓋率，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確�？偛蓸狱c(diǎn)數(shù)少，一方面可能是因?yàn)楦采w差，另一方面也可能是因?yàn)橛脩艚K端不支持競對頻段導(dǎo)致無競對覆蓋信息上報(bào)。

為了解決通過MR分析競對覆蓋能力不準(zhǔn)確的問題，普遍會(huì)在MR分析結(jié)果基礎(chǔ)上增加一些輔助判定手段做進(jìn)一步分析。例如結(jié)合站點(diǎn)工參剔除一些周邊無競對站點(diǎn)但MR卻統(tǒng)計(jì)為弱于競對的小區(qū)；通過獲取競對MR數(shù)據(jù)，與自身的MR數(shù)據(jù)在地圖上做渲染，剔除判斷失誤的小區(qū)。第一種方式利用工參做剔除操作起來較容易，但主觀判斷因素較多。第二種方式獲取競對MR數(shù)據(jù)進(jìn)行分析最為直觀，但競對數(shù)據(jù)獲取難度極大。鑒于此，本文提出一種新的輔助判定手段，通過修正競對采樣點(diǎn)的理論比例，對比實(shí)際采樣點(diǎn)占比，初步判斷MR分析結(jié)論是否準(zhǔn)確。后續(xù)選取部分樣本點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，得到實(shí)際采樣點(diǎn)占比與理論比例偏差的經(jīng)驗(yàn)值，作為直接判斷依據(jù)。

首先是修正競對采樣點(diǎn)的理論比例，假設(shè)某小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)三家運(yùn)營商均有覆蓋（優(yōu)劣不同）且用戶終端均支持多模多頻，則三家運(yùn)營商采樣點(diǎn)比例應(yīng)該是相同的，即33%。實(shí)際情況并非所有終端均支持競對頻段，因此通過獲取小區(qū)級(jí)用戶終端支持競對頻段的比例，可以初步計(jì)算出競對采樣點(diǎn)理論比例。

小區(qū)修正后的競對采樣點(diǎn)理論比例=小區(qū)內(nèi)支持競對頻段的終端占比×33%

MR統(tǒng)計(jì)結(jié)果中若實(shí)際競對采樣點(diǎn)占比與理論比例吻合，則通過MR分析得出的三家運(yùn)營商覆蓋能力對比結(jié)果可信度較高。但如果競對采樣點(diǎn)占比低于理論比例，則說明競對覆蓋率統(tǒng)計(jì)結(jié)果很可能是受到了采樣點(diǎn)數(shù)量少的影響。在實(shí)際分析過程中，為了避免因MR統(tǒng)計(jì)誤差導(dǎo)致誤判斷，建議以5個(gè)百分點(diǎn)為一個(gè)區(qū)間，分別選取低于理論比例5pp、10pp、15pp、20pp、25pp、30pp的部分自然村進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證，統(tǒng)計(jì)出該地區(qū)采樣點(diǎn)差值比例經(jīng)驗(yàn)值。例如經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，某省MR分析為弱于競對的自然村中，競對采樣點(diǎn)比例低于理論比例15pp以上的自然村基本上判斷為因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)少導(dǎo)致分析結(jié)論不準(zhǔn)確，后續(xù)可以按照此經(jīng)驗(yàn)值直接剔除這部分競對分析不準(zhǔn)確的自然村，集中力量到剩余的弱于競對自然村進(jìn)行現(xiàn)場測試，根據(jù)測試結(jié)果最終確定優(yōu)化方案或建站方案，以此降低農(nóng)村地區(qū)整體摸排的無效投入。

另外，當(dāng)自然村最近基站距離已超出網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力范圍時(shí)，通過MR分析手段是無法獲得競對覆蓋質(zhì)量信息的。這時(shí)可以采用向鐵塔公司獲取競對站點(diǎn)工參進(jìn)行比對的方式，得到“人有我無”的自然村信息，進(jìn)而有針對性地補(bǔ)充覆蓋。

2 其它問題

2.1覆蓋站判斷失誤問題

自然村覆蓋能力評估時(shí)，在非平原地區(qū)，由于自然村與最近基站之間可能有山體阻擋，因此存在最近基站并非其覆蓋基站的情況。針對這一問題，在第二步計(jì)算最近基站距離和方位角時(shí)，首先增加第二近站和方位角信息，如果第一近站和第二近站與自然村的距離均符合農(nóng)村地區(qū)4G基站覆蓋能力范圍，則重點(diǎn)關(guān)注此類自然村。一方面可以通過谷歌圖層觀察判斷，另一方面可以通過MR二維數(shù)據(jù)MR.TadvAoa判斷第一近站是否為該自然村的覆蓋站。MR.TadvAoa反映了UE的時(shí)間提前量與到達(dá)角在同時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過該數(shù)據(jù)可以得到不同TA下不同到達(dá)角區(qū)間的采樣點(diǎn)數(shù)量，如果第一近站在目標(biāo)自然村位置的采樣點(diǎn)占比很小，則說明第一近站并非該自然村的覆蓋站。采樣點(diǎn)占比計(jì)算方式見表2。

表2 利用二維數(shù)據(jù)MR.TadvAoa計(jì)算小區(qū)內(nèi)不同TA區(qū)間的采樣點(diǎn)占比

2.2采樣點(diǎn)理論比例修正精度問題

自然村覆蓋競對能力評估時(shí)，雖然可以精確獲得自然村的覆蓋率信息，但由于暫時(shí)無法獲得不同TA下的終端支持頻段信息，因此在進(jìn)行競對采樣點(diǎn)理論比例修正時(shí)只能按照整個(gè)小區(qū)的終端支持比例進(jìn)行修正。

2.3競對采樣點(diǎn)占比影響分析結(jié)果的問題

從網(wǎng)絡(luò)原理上分析，除非自身覆蓋率和競對覆蓋率均較差，否則是否弱于競對與整體覆蓋率高低應(yīng)無直接關(guān)系。我們假設(shè)以下場景，在冬季農(nóng)村地區(qū)，用戶普遍居家，某運(yùn)營商在該區(qū)域室內(nèi)信號(hào)屬于弱覆蓋，競對基本無覆蓋，這時(shí)總采樣點(diǎn)中，絕大部分屬于該運(yùn)營商，競對極少。當(dāng)用戶走到室外，來到信號(hào)較好的區(qū)域時(shí)，同時(shí)采集到了該運(yùn)營商和競對的高電平信號(hào)并上報(bào)，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，競對由于采樣點(diǎn)基數(shù)少結(jié)果覆蓋率高于該運(yùn)營商，但該小區(qū)由于絕大部分采樣點(diǎn)都屬于弱覆蓋，所以整體覆蓋率偏低。在對農(nóng)村地區(qū)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，覆蓋率弱于競對的小區(qū)中，競對采樣點(diǎn)比例較小時(shí)，該小區(qū)整體覆蓋率偏低。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來的規(guī)律很好的說明了通過MR分析弱于競對的結(jié)果會(huì)存在因?yàn)楦倢Σ蓸狱c(diǎn)少而導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。從某省運(yùn)營商MR競對分析情況可以看出，弱于競對小區(qū)整體覆蓋率相比優(yōu)于競對小區(qū)低6.5pp，弱于競對小區(qū)中，競對采樣點(diǎn)占比與理論比例偏差從15pp開始，整體覆蓋率出現(xiàn)下滑，如圖1所示。

圖1  某省運(yùn)營商MR競對分析情況（覆蓋率） 

3 結(jié)束語

雖然5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)節(jié)奏不斷加快，但從各運(yùn)營商透露的信息看，出于投資效益的考慮，短期內(nèi)均沒有在農(nóng)村地區(qū)部署5G的計(jì)劃，因此4G仍然會(huì)一直是農(nóng)村地區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。國家放開攜號(hào)轉(zhuǎn)網(wǎng)的限制后，各運(yùn)營商均有用戶轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出，用戶轉(zhuǎn)出一方面是出于資費(fèi)的考慮，但更主要的原因還是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量帶給用戶的體驗(yàn)不能滿足用戶使用要求造成的。各運(yùn)營商在城區(qū)加大5G建設(shè)投入的同時(shí)，也應(yīng)該同步完善農(nóng)村地區(qū)4G覆蓋，多利用一些數(shù)據(jù)分析手段可以較好的定位農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，降低農(nóng)村摸排無效投入，提高網(wǎng)絡(luò)扶貧工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]胡亞希，梁雙春，方媛.基于LTE測量報(bào)告數(shù)據(jù)的小區(qū)覆蓋分析[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2013(1).

[2]周亮.基于MR的LTE二維數(shù)據(jù)分析研究[J].電子世界,2018(7).