（计算机科学与技术专业论文）移动通信网络覆盖优化分析方法与系统实现.pdf

摘要 移动g s m 通信网络优化的主要任务是对网络设备参数进行分析 和调整，确保稳定的网络性能和良好的用户感知。随着网络规模的迅 速扩大，网络优化工作的难度越来越大，需要测试的路段相比以前大 量增加，测试的频次也需要大幅度提高，才可能及时发现由于覆盖环 境发生变化而导致的基站覆盖变化。 本文针对移动通信网络优化的问题开展研究，研究工作和主要内 容包括以下几个方面： 1 比较移动g s m 网络优化的方法，提出使用基于t a 时间提前 量的优化方法，通过一定距离内用户的通话数获得用户分布情况。并 提出使用增量算法对性能数据进行更新与计算，提高了数据更新与分 析的效率。 2 研究网络性能数据分布特性，分析出其数据分布模型，提出了 使用正态分布模型和马氏距离对数据进行分析处理，实现了对基站小 区性能异常和覆盖异常的分析，提高了数据分析的准确性，并针对分 析结果给出优化建议。 3 设计并实现了移动通信网络覆盖优化分析系统。该系统基于 网络端n 务器的部署架构，由数据采集分析服务器和网络服务器组 成，实现对g s m 网络数据的采集、分析与查询。 研究成果表明，整个网络覆盖优化分析系统能够对移动通信网络 中的性能数据进行实时采集，并通过正态分布模型和马氏距离对数据 进行分析，根据优化建议对网络进行优化，提高了移动通信网络的优 化效率和质量。 关键词时间提前量，网络优化，覆盖环境，增量更新 a bs t r a c t t h em a i nt a s k so fg s mn e t w o r ko p t i m i z a t i o nf o c u s e so na n a l y s i sa n d a d j u s t sn e t w o r kp a r a m e t e r s ，w h i c h e n s u r e ss t a b l en e t w o r ka n dn i c e c u s t o m e rf e e l i n g w i t ht h ef a s te x p a n s i o no fn e t w o r ks c a l e ，t h en e t w o r k o p t i m i z a t i o nb e c o m e sm o r ed i f j f i c u l t i no r d e rt of i n dt h ei n f l u e n c eo fe e l l c o v e r a g ee n v i r o n m e n tc h a n g et os t a t i o ni nt i m e ，n o to n l yt h er o a dt e s tw o r k i n c r e a s eq u i c k l y , b u ta l s ot h ef r e q u e n c yo ft e s tr i s er a p i d l y a c c o r d i n gt h ei s s u eo fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ko p t i m i z a t i o n ， t h i st h e s i sf o c u so nt h es t u d yo ff o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s t l y , w ec o m p a r et h eg s mn e t w o r ko p t i m i z a t i o nm e t h o d s ，a n d p r o p o s ean e t w o r ko p t i m i z a t i o nm e t h o db a s e do nt i m i n ga d v a n c e ，w h i c h g e tc u s t o m e rd i s t r i b u t i o nb yt h ec a l la m o u n t w bu s ei n c r e m e n t a lu p d a t e a l g o r i t h mt op r o c e s st h ep e r f o r m a n c ed a t ao f g s mn e t w o r k ，w h i c hi m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo fd a t aa n a l y s i s s e c o n d l y , w es t u d yt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fn e t w o r kd a t a ，u s e n o r m a ld i s t r i b u t i o nm o d e la n dm a h a l a n o b i sd i s t a n c et o p r o c e s s t h e a b n o r m a lp e r f o r m a n c ed a t a w h i c hm a k e sd a t aa n a l y s i sm o r ee x a c t w ea l s o b r i n gu po p t i m i z es u g g e s t i o no nt h eb a s i so fa n a l y s i sr e s u l t f i n a l l y , w ed e s i g na n di m p l e m e n tt h ec o v e r a g eo p t i m i z a t i o ns y s t e mo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 砀es y s t e mi sb a s e do nc l i e n t s e r v e r a r c h i t e c t u r e ，w h i c hm a k eu po f d a t ac o l l e c t i o ns e r v e ra n dw e bs e r v e r t h er e s e a r c hr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en e t w o r kc o v e r a g eo p t i m i z a t i o n s y s t e mc a nc o l l e c tt h er e a l t i m en e t w o r kd a t as t a b l y , a n du s en o r m a l d i s t r i b u t i o nm o d e la n dm a h a l a n o b i sd i s t a n c et op r o c e s st h ed a t a a c c o r d i n g t ot h eo p t i m i z es u g g e s t i o n s ，t h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fn e t w o r kh a v eb e e n h i 曲l ye n h a n c e d k e yw o r d st a ，n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，c o v e r a g ee n v i r o n m e n t ，i n c r e m e n t a l u p d a t e i l 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论帚一早 三百了匕 g s m 【1 1 ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，全球移动通讯系统) 是一 种起源于欧洲的移动通信技术标准，具有网络容量大、信号稳定、覆盖范围广等特 点，但网络规模的迅速扩大也给网络维护带来了很大的困难和挑战，需要通过不断 进行优化来提高网络质量。 1 1 研究背景与意义 随着城市建设的快速发展和网络规模的增大，移动通信的用户数量也在不断增 加，用户对g s m 网络质量的要求也越来越高。g s m 网络质量不仅依靠频率资源和 频率复用率，基站周围的环境和用户分布也对网络有一定的影响，这些都使得网络 优化工作复杂化。网络质量在很大程度上决定了用户的感知度和持续度，也是运营 商追求的首要目标。 g s m 网络优化工作的难度越来越大，不仅需要测试的路段相比以前大量增加， 测试的频次也需要大幅度提高，才可能比较及时地发现由于覆盖环境发生变化而导 致的基站覆盖变化，或者由于部分基站输出功率异常、天馈线异常等导致覆盖范围 发生的变化，从而及时采取网优措施，避免对用户的感知造成负面影响。但是采取 这种大规模的测试方式，对人力资源的需求极大，并且也不可能很及时地发现所有 问题，并予以处理。为了缓解这种为发现问题而疲于奔命的现状，使得网优人员能 将主要精力集中于问题的处理，可以通过小区时间提前量t a ( t i m i n ga d v a n c e ) 的变 化，上下行路径损耗以及手机输出功率的变化，及时发现小区覆盖环境的变化，并 及时对相应的基站采取网优措施。 移动通信的整体网络规模已达到特大型网络的程度，同时由于城市建设的飞速 发展，城区范围不断扩大，每年都会新增许多主干道，使得无线覆盖环境【2 】也随之 不断发生变化。这些都使得网络优化工作变得空前繁重和复杂，而网络优化工作中 的很大一部分精力又花在发现问题上面，为了提高这部分工作的效率，迫切需要能 够从统计指标上及时发现小区覆盖范围的变化，并重点针对这些存在变化的小区进 行优化，从而不仅能够避免许多不必要的现场测试，也能对确实存在问题的区域更 及时地采取优化措施。 为了解决上述问题，满足对g s m 移动通信网络覆盖环境的监控和优化，需要在 移动网络中建设一个能自动采集整个网络的性能数据，并对所得的大量数据进行建 模和分析处理的平台，通过各种性能历史数据与分析结果得到优化建议，为g s m 网 络优化人员及时发现网络问题提供依据，使得网络优化工作更具有针对性，帮助提 高网络优化准确性和实时性，最终提高g s m 网络的整体性能，给用户提供高质量的 硕士学位论文第一章绪论 网络服务。 移动通信在从模拟通信到数字通信的发展过程中，兼容性和频率利用率得到了 极大的提高，g s m 移动通信具有数字化程度高、安全性高、兼容性好等优点，但随 着城市建设的发展与用户的增多，g s m 网络服务质量需要不断提高来达到用户的要 求，对网络的持续优化也是十分重要的。目前国内外都有一定频段的g s m 网络投入 使用，对网络进行优化与研究也是各个运营商不断进行的工作，国内的中国移动通 信公司也为g s m 网络的优化成立了专门的网络优化部门，有许多网优人员专门对网 络进行优化来提高网络质量。 随着城市建设的飞速发展，网络覆盖的环境在不断发生改变，从而影响了基站 信号的覆盖与网络质量的稳定，对网络覆盖的优化成为网络优化中非常重要的工作。 国内外也有许多网优人员对覆盖优化进行研究，如钟如鹏等提出了利用基站扇区对 覆盖范围进行优化 3 1 ，余国强等提出了利用成本低、架设简单的直放站来进行覆盖优 化【4 j ，a n d r e wj v i t e r b i 等提出了对基站扩减容来进行覆盖优化【5 1 ，但他们的方法都 是基于全网所有性能指标，对覆盖范围优化的针对性不强。本文提出了基于时间提 前量的网络覆盖优化方法，利用数学模型对时间提前量等指标进行分析来判断覆盖 是否异常，并通过对天线俯仰角和左右倾角的调整来针对覆盖范围进行优化。 1 2 本文主要研究工作 现有移动通信网络具有性能数据量大、实时性要求高的特点。而增量式更新算 法【6 】能充分利用已分析出的知识来提高分析效率，它利用已挖掘的关联规则【7 1 ，在变 化了的数据或参数上发现新的关联规则、删除失效的关联规则来进行分析处理，本 文根据所用到的性能数据与分析模型的特性，提出了适合所用数据快速更新的算法。 同时覆盖环境变化的监控需要从大量的性能数据中分析出异常数据，并得到覆盖优 化建议，而大量的实践经验和理论分析表明，受大量、独立、均匀小效应影响的随 机变量，都近似服从正态分布【8 】。本文利用增量更新算法对大量的网络性能数据进行 更新处理，大大提高了数据更新的效率。 利用正态分布统计概率得到统计区间，能够分析出各种性能指标的正常分布范 围，比较性能数据是否超出正常分布区间，得到异常性能数据。利用马氏距离【9 j 可以 计算t a 覆盖范围的性能指标的数据矢量到聚类中心( 均值) 对应的距离，根据距离 来确定拒绝域和接受域，完成覆盖范围异常判断。国内外许多研究工作也证实增量 关联分析在g s m 网络覆盖优化中的应用是成功的，可以找出不同层次、不同区域数 据的相关性，为系统优化提供建议。本文通过正态分布模型对性能数据进行建模， 并通过数学方法来判断异常数据，提高了网络分析的实时性和准确性。 本文提出了基于t a 的小区覆盖环境变化智能检测功能，它的出现弥补了以往 对于网络空间环境出现变化缺乏监测工具的缺陷，为网络规划，优化提供了精确的 2 硕士学位论文 第一章绪论 小区覆盖预测范围，同时它也为小区天线硬件情况变化，室内分布系统的信号泄露， 9 0 0 1 8 0 0 话务均衡调整提供诊断方式，另外它也能为投诉处理人员掌握小区覆盖情 况提供技术帮助。设计并实现了移动通信网络覆盖优化分析系统，并将该系统应用 于长沙移动g s m 网络中，通过对网络性能数据采集和分析，获得异常数据和小区， 为网络优化人员提供依据，提高了网络优化的工作效率。 1 3 本文章节安排 本文首先介绍了当前国内外g s m 网络优化方面的实用技术及相应的优化流程。 接着研究了如何设计一个网络覆盖优化分析系统，包括性能数据采集、建模分析和 更新。最后对网络覆盖优化分析系统进行了实验验证。全文共分为五章，具体安排 如下所示： 第一章，说明了本文的研究背景和研究意义，简单介绍了国内外研究现状，概 述了本文主要的研究工作。 第二章，介绍了g s m 网络优化的基本概念和理论，比较了网络优化的各种方 法，提出了网络优化的基本流程。 第三章，研究了增量更新算法和网络覆盖优化分析。主要内容包括：网络性能 数据描述、增量更新算法及它在覆盖优化中的应用、t a 与网络覆盖优化的研究、正 态分布等数学方法在覆盖优化中的应用。 第四章，设计和实现了移动通信网络覆盖优化分析系统。主要内容包括：网络 覆盖优化分析系统的架构设计、网络性能数据采集方法的研究与设计、性能数据分 析的设计与实现。 第五章，对本文所设计的系统进行了测试、仿真及实验验证。 3 硕士学位论文 第二章g s m 网络优化 第二章g s m 网络优化 由于网络规划的约束性和覆盖环境的可变性，g s m 网络系统无法在建设初期就 能预测到在投入使用后能碰到的所有问题，网络优化的主要工作就是通过对网络设 备进行测试、对网络性能数据进行分析，来发现并解决网络存在的问题，从而提高 网络资源的利用率和网络性能。 2 1 概述 随着计算机、程控交换和数字通信技术的发展，移动通信汇集了有线通信和无 线通信的最新成果，已成为现代通信的重要组成部分和未来个人通信的基础。特别 是蜂窝小区技术的迅速发展，为用户彻底摆脱终端设备的束缚、实现完整的个人移 动性提供了可靠的传输手段。目前，无线通信已经成为通信领域最灵活、最受用户 欢迎和发展最快的通信技术之一。但随着网络的增大和用户要求的提高，特别是t d s c d m a t l u kt i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，即时分同 步的码分多址技术) 基站与g s m 基站的共址使得网络出现的问题多样化和复杂化， 迫切需要各运营商对g s m 网络进行维护和优化。 网络优化就是对运行中的网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络质量的 原因，采取改进措施使网络达到最佳运行状态，保证网络资源【l l 】获得最佳效益，同 时了解网络增长趋势，为网络扩容提供依据。g s m 网络优化主要包括无线网络优化 和交换网络优化【1 3 】两个方面。 网络优化的主要内容包括通过增加网络覆盖、增加系统有效容量、调整负荷分 布，缓解拥塞，调整系统参数来改善有关网络质量的无线指标。通过不断的网络优 化工作，使得呼叫建立时间减少、掉话次数减少、通话话音质量不断改善、网络拥 有较高可用性和可靠性，改善小区覆盖、降低掉话率和拥塞率、提高接通率和切换 率、减少用户投诉。 需要进行网络优化的情况主要包括：网络正式投入运行后或网络扩容完成后， 要立即转入网络优化作业；网络质量明显下降或用户投诉多时，要立即进行网络优 化作业，解决网络质量问题；发生突发事件并对网络质量造成很大影响时，要立即 进行网络优化作业；当用户群改变并对网络质量造成影响时，要立即进行网络优化 作业。定期对网络进行检查，从而进行网络优化工作。 g s m 网络的优化手段主要有：参数优化【1 4 1 ，即根据网络的结构和用户的行为对 诸如越区切换和功率控制参数进行调整以改善网络性能；频率优化，即根据路测和 话务统计分析，通过改频、调整天线倾角和俯仰角、小区相邻关系调整等方法，改 善覆盖1 1 5 1 ，减少网内外的频率干扰；容量优化，即监控系统容量的增长，对系统瓶 4 硕士学位论文 第二章g s m 网络优化 颈及时提出预警，减少不必要的系统负荷以增加系统的有效容量，从而更好地保障 高负荷下的网络安全，提高网络资源利用率；配置优化，即根据试呼、位置更新、 切换的分布情况、话务和信令的流向对无线和有线资源进行再分配来缓解局部地区 的阻塞现象，减少不必要的系统负荷，是网络达到最佳平衡状态。 目前国内的各个运营商都将g s m 网络优化工作摆在非常重要的位置【1 6 1 ，在日常 维护和网络优化方面投入了大量的人力物力。但随着用户要求的提高和网络规模的 扩大，g s m 网络优化需要涉及到用户、周围环境等，这些都使得网络优化变得更加 复杂。为了提高用户感知度和持续度，需要通过各种网络优化的方法来提高整个g s m 网络的质量。 2 2 网络优化方法 2 2 1 话务统计分析法 话务统计【l7 】是了解网络性能指标提供的重要途径，在网络优化中非常重要，在 运行的网络中任何一个通信网络的性能都应能被监控和测量，并向用户提供一个可 量化的服务指标，g s m 网络性能和状态就是通过一些由各网元收集的统计数据来监 控和测量。 话务统计分析是网络优化的一个重要组成部分，常见的话务统计指标有t c h ( t r a f f i cc h a n n e l 业务信道) 指配成功率、掉话率、切换成功率、信道可用率、无线系 统接通率、拥塞率、话务量等。在网络优化中，话务统计为分析网络问题提供了重 要的平台，通过各种分析手段可以将网络问题进行快速的分析和定位，从而提高网 络运行质量，并帮助运营商获得更大的经济效率，最终达到双赢的效果。 o m c 。r ( o p e r a t i o n sa n dm a i n t e n a n c ec e n t e r ，操作管理中心) 重要功能之一是进 行话务统计分析，它的主要功能包括：对b s s ( b a s es t a t i o ns y s t e m ，基站子系统) 的 进行性能分析和统计、对b s s 系统进行有效的配置管理、调节系统性能、处理b s s 在运行中所遇到的各种问题等。o m c r 同时还向上提供网络管理中心n m c 的访问 接口。如图2 1 所示： 网络管理中心( n mc ) 操作维护中心( 0 mc ) 基站子系统( b s s ) 网络管理层( n ml ) 网元管理层( e ml ) 网元层( n e l ) 图2 1o m c r 在g s m 系统中的位置及功能 5 硕士学位论文 第二章g s m 网络优化 o m c 系统为客户服务器结构的结构，如图2 2 所示。o m c 通过应用服务器来 完成应用的实现，客户端应用无法直接与b s s 建立通信连接。客户端应用只为操作 用户提供输入操作指令、输出结果的功能，不再涉及应用的实现。 图2 - 2o m c 与b s s 的构架图 在进行话务统计分析之前，需要进行全面的数据采集，特别是各种测量数据和 性能数据，同时还需要了解基站分布、网络的组网结构、载频配置和容量等基本信 息。进行话务统计分析时，需要从宏观把握，并从微观着手，根据话务统计数据的 特性，话务统计分析是一个从网络的整体性能测量到小区性能测量、从主要指标到 次要相关指标分析这样逐步细化的过程，它首先对整个网络的性能指标状况进行， 掌握网络的总体指标情况，然后再确定哪些指标比较差，并对指标较差的主要小区 进行分析。在进行话务统计分析的过程中，需要结合其他的网优手段配合定位和分 析问题。 常用的话务统计分析方法为t o p l 0 法【1 8 1 ，它的总体原则为：从整体到局部，从 一天的网络指标观察到一周的网络指标，从单个指标到相互之间的联系，先解决重 点小区然后次要小区。 t o p l 0 分析法应用原理为：各项统计数据和性能指标是内在密切相关的，但指 标的好坏程度是相对的，对不同系统指标好坏的分界点确切值是多少很难定义，便 于处理问题严重的小区，发现主要矛盾。 t o p l 0 方法描述：利用数据分析软件和工具或e x c e l 等的数据筛选、排序功 能或数据分析，将每项数据按照由坏到好进行排序，就可以较为容易地各项数据关 联起来，从而发现规律并找出问题，具体的处理步骤如下： 1 如果了解一个网络的网络质量时，可以通过对b s c 级话务统计报表这个统 计功能子项进行研究和对比分析。 翟 硕士学位论文第二章g s m 网络优化 2 如果在b s c 级话务统计报表统计中发现某个重要指标( 如掉话率、切换成 功率) 有出现异常时，统计小区级话务统计报表对其相应更详细的内容进行 分析。 3 检查单项指标异常、故障绝对次数( 拥塞、切换失败、掉话等) 多的小区。 4 综合百分比、故障绝对次数( 掉话、拥塞、切换失败等) 这两个参数来决定 是否进一步处理。 2 2 2 信令分析法 信令【1 9 1 是指为使通信网中各种设备协调运作，在设备之间传递的有关控制信息。 信令分析法主要是通过对a 接口、a b i s 接口的数据进行采集和分析，找出网络存在 的问题。 一，二。： 图2 3 是g s m 系统信令模型，每个接口总体介绍如下： b t s b s c m s c u ma b i s m s ：移动台b t s ：基站收发信台b s c ：基站控制器 m s c ：移动交换中心c m ：接续管理m m ：移动性管理 r r ：无线资源管理m t p ：消息传递部分s c c p ：信令连接控制部分 l a p d ：d 信道上链路接入规程l a p d m ：d m 信道上链路接入规程 b s s m a p ：基站子系统应用管理部分b t s m ：b t s 管理 图2 - 3g s m 系统信令模型 a 接口定义为网路子系统( n s s ) 与基站子系统( b s s ) 间的通信接口，就是移动业 务交换中心( m s c ) 与基站控, u s ( b s c ) 之间的接e l ，物理链路采用标准的2 0 4 8 m b s 的数字传输链路实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、 接续管理等。 a b i s 接口定义了基站子系统( b s s ) q b 基站控制器( b s c ) 和基站收发信台( b t s ) 之 间的通信标准，用于远端互连方式。它们之间采用标准的2 0 4 8 m b s p c m 数字链路 来实现。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对b t s 无线设备的控制和无线 频率的分配。 7 硕士学位论文第二章g s m 网络优化 2 2 3 路测分析法 路测【2 0 】分析是指驱车测试，包括d t ( d r i v et e s t ) 和c q t 2 1 】( c a l lq u a l i t yt e s t ) ， c q t 是指拨打质量测试，也指在固定的地点测试无线数据网络性能。 路测分析是网络优化的重要方法，它指沿特定的路线，借助测试仪表、测试手 机及测试车辆进行无线网络参数、话音质量的测定。通过路测可以重现用户在移动 的环境中使用手机所遇到的问题，获得无线环境参数以及呼叫接通情况和测试者对 通话质量的评估，为网络规划、工程、优化等部门提供较完备的网络覆盖情况。 需要通过路测采集的数据主要包括：测试路线区域频点的场强分布、接收信号 电平和质量、消息的解码数据、邻小区状况、覆盖、掉话和切换情况、测试路线的 地理位置信息等。 2 2 4 三种优化方法的比较 在前面介绍的三种网络优化方法中，每种方法都有其优点，但现实中的网络优 化工作常常结合三种使用【2 2 1 。 通过话务统计分析，可以较全面的掌握无线网络的运行情况，对网络规划、网 络优化和故障处理起到非常重要的作用。 信令分析着眼于全网，能找出由于遗漏切换关系而造成的掉话，发现信令负荷、 中继和时隙等硬件上的故障和链路不通造成的话务不均等问题，也是一个比较常用 的方法。 路测分析可以作为实际客观地评估g s m 网络质量的重要依据，能为网络参数调 整提供测试验证，并为网络优化验收提供质量图。 2 3 网络优化流程 网络优化工作是一个长期而复杂工程，贯穿整个网络发展的全过程，良好的工 作流程和步骤对网络优化工作的结果有着重大的意义。网络优化流程主要包括下面 几个步骤：网络规划、数据采集、数据分析、优化方案制定与实施。网络优化流程 如图2 - 4 所示： 8 硕士学位论文 第二章g s m 网络优化 2 3 1 网络规划 i 制定实施优化方案 l 系统调整 图2 - 4g s m 网络优化流程图 网络规划2 3 1 是指以系统的方式建立与发展网络的拓扑、体系和链路容量，当网 络中出现链路失效或拥塞等情况时，可以通过网络优化来解决出现的问题。网络规 划的目的是利用覆盖区预测、频率复用技术、基站设置、频率规划、天线设计以及 业务预测等手段，有效地解决干扰、覆盖、容量等等问题，提高设备的利用效率、 提高投资的收益率、改善话音质量，最终以最低的成本建造成符合近期和远期话务 需求、具有一定服务等级的移动通信网络，从而为业务的发展提供强大的支撑。 网络规划的主要内容有： 1 基站规划：根据市场调查、用户分布于当前网络覆盖状态，确定基站数目与 站址。 2 容量规划：根据用户需求与实际分布，确定基站站型，如直放站、宏站、微 站、室内分布站等。 3 小区规划：提供满足覆盖要求的小区参数( 天线类型、天线高度、方向角、 有效辐射功率等) 。 4 频率规划：根据每个区域的实际情况，确定小区的频率配置，如9 0 0 1 8 0 0 的基站。 9 硕士学位论文第二章g s m 网络优化 2 3 2 数据采集 数据采集是网络优化的重要步骤【2 4 】，是基站覆盖监控和分析的基础，为监控和 分析提供数据来源。数据采集包括o m c 话务统计数据采集、路测数据采集、c q t 测试数据采集等。g s m 网络的数据层次结构如图2 5 所示： 图2 5g s m 网络性能数据层次结构图 o m c 话务统计数据是反映g s m 网络性能的重要指标，它表示网络的实际运行 状态。对o m c 话务统计数据的采集主要采用连接数据库，并根据指定的o m c 、b s c 、c e l l 和d r i 来查询并获取数据。 路测数据反映了实地测量基站无线覆盖的情况，需要采集的参数有：主邻小区 场强、载干比、越区切换位置、掉话数、误码率、小区归属参数、全部第三层上下 行信令采集和解码等。路测数据主要通过对路测文件的解析来获得。 c q t 测试数据反映了通话质量、掉话率等网络性能参数。需要制定一个测试计 划交由测试人员到指定地点进行测试，测试工具一般为信号测试专用手机，这种测 试过程中所得的数据都是由测试人员手工记录而来，再由他们来对数据进行统计整 理，最后手工录入记录并制作出分析报告。 2 3 3 数据分析 数据分析是网络优化最重要的一步，主要是对所采集的数据进行分析和处理， 通过接通率、话音信道掉话率、信令信道掉话率、切换成功率【2 5 】等各类指标来分析 网络是否正常。 数据分析依赖于对整个g s m 网络现有状态的了解，主要包括以下几个方面：用 户申告和投诉，即对用户反映的各种情况汇总，了解网络运行情况；基站参数的核 查，即根据基站优化前的最近一次技术文件上的参数核查当前基站参数；小区频率 规划核查，即根据移动通信中有关部门的频率规划，核查小区的使用频率；数据统 计，即对基站话务数据，交换话务数据，无线网络测试数据的收集与统计。 根据数据采集的结果，数据分析主要包括交换机统计数据分析、无线路测数据 l o 硕士学位论文 第二章g s m 网络优化 分析和信令分析等。 2 3 4 优化方案的制定与实施 本阶段根据优化方案，主要通过采取以下方面进行实施：基站告警排障、基站 检查、频率规划优化、天线调整和切换关系修改、。最终达到的优化目的有：降低拥 塞率、降低掉话率、提高接通率、改善覆盖和改善通话质量。 根据数据分析结果可以制定相应的网络优化方案 2 6 】，优化方案主要包括对以下 几个方面的调整： 1 对交换机进行硬件扩展或更换，提高交换机的处理效率，增加容量。 2 对基站配置进调整，调整信道数。 3 通过移动基站或增加新的基站，变更基站位置。 4 天线可调整的角度包括俯仰角和左右角，变更天线位置和高度，改变下倾角 或左右角。 5 对基站参数进行调整，改变切换参数，频率，小区参数。 6 通过信号检测或路测等方法检测盲区，增加基站或增大周围基站覆盖范围对 盲区进行覆盖。 7 对高话务量地区增加信道或设置微蜂窝等。 根据制定的网络优化方案，网络优化人员需要按照方案进行实施，并跟踪实施 之后网络的各项性能指标是否得到改善，为下一轮的优化总结经验。在优化实施阶 段必须建立详细而完整的优化日志，这对整理优化的思路，结合统计数据，分析评 估每项工作的效果，是网络优化中非常重要的步骤。 硕士学位论文第三章增量更新与覆盖优化 第三章增量更新与覆盖优化 由于网络设备数量庞大，每天产生海量的性能数据，要通过性能数据及时分析 出网络存在的问题就必须有高效的分析算法。由于城市建设的发展变化，导致基站 覆盖环境发生变化并影响网络质量，覆盖优化是网络优化中工作中非常重要的部分。 3 1 网络性能指标描述 g s m 网络性能的好坏主要体现在各项性能指标上，这些性能指标是通过网络的 性能数据分析计算而来，因此网络性能数据是网络优化的基础【2 7 1 ，本文用到的g s m 网络性能数据具体描述见“数据库设计 章节。在性能指标中，接通率、掉话率和 拥塞率等是最重要的。 接通是指在用户拨打电话时正常接通的现象，它反映系统的可接入性，并直接 影响系统的接通率。无线接通率的计算公式为： 无线接通率= ( 1 - - t c h 拥塞率) x ( 1 - - s d c c h 拥塞率) 公式( 3 1 ) 在移动通信中，掉话是指在分配了话音信道( t c h ) 或专用控制信道( s d c c h ) 后，由于某种原因使呼叫丢失或中断，正常通话无法进行的现象。掉话给用户造成 许多不便，也是用户投诉的热点。掉话率的高低在一定程度上体现了移动网网络通 信质量的优劣。掉话率的计算公式为： s d c c h 掉话率= s d c c h 掉话总次数s d c c h 占用成功次数枣1 0 0 = c 11 6 4 4 ( c 1 1 6 4 4 + c 1 1 6 4 5 ) * 1 0 0 公式( 3 - 2 ) t c h 的拥塞直接影响了呼叫建立，切换以及s d c c h 的掉话等，直接影响到网 络的服务质量。解决t c h 的拥塞主要通过话务分担( 如调整l o c a t i n g 参数和h c s 参数等) 即针对小区的手机空闲模式及专用状态的参数进行了调整，但解决拥塞最 根本的方法是扩容。拥塞主要来自郊区小配置小区的随机拥塞，随着话务量的增长， 有些小区的拥塞问题仍然会重新出现，原来就拥塞的小区会变得更加拥塞，或者是一 些突发时间也会产生小区的拥塞，同时有时由于邻小区基站瞬断导致个别站拥塞上 升，如想彻底解决，最好的解决办法应该是对这些小区进行扩容，在扩容时应特别 考虑n d , 区话务量的随机变化情况，这样可以增a n d , 区对话务量负荷变化的灵活应 变能力。拥塞率的计算公式为： t c h 拥塞率( 不含切换) = t c h 溢出总次数( 不含切换) t c h 试呼总次数( 不含切 换) * 1 0 0 = c 1 1 6 1 0 c 1 1 6 0 9 1 0 0 ；t c h 拥塞率( 含切换) = t c h 溢出总次数( 含切换) t c h 试呼总次数( 含切换) 1 0 0 = c 1 1 6 1 2 c 1 1 6 1 1 * 1 0 0 公式( 3 3 ) 1 2 硕士学位论文第三章增量更新与覆盖优化 3 2 增量数据更新算法 3 2 1 增量更新算法 增量更新算法是在数据库增加数据集的情况下如何高效的分析和计算数据的解 决方法【2 3 j ，它利用了先前分析所得的分析结果信息【2 9 1 ，避免- j - 重：复计算历史数据结 果的时间开销，提高了算法的效率。算法中将用到的符号规定如表3 一l 所示： 表3 - i 增量更新算法中使用的符号 增量更新算法的核心思想如下： 算法：增量更新算法 输入：l a o 、d o 、n o 、x 1 、n 1 输出：1 、d 1 1 查询o 、d o 、n o 。 2 获取x 1 ，计算n 1 、x 1 2 、x l 。 3 根据“o 、n o 、n 1 、z x l 计算“1 。 4 根据o 、d o 、n o 、n 1 、x 1 、y x l 2 计算d 1 。 5 将o 、d o 、n o 更新为“1 、d 1 、n o + n 1 。 由于增量更新算法可以根据历史数据的数据量、均值和方差来计算新增数据后 所有数据的数据量、均值和方差，不用对g s m 网络庞大的历史数据进行重新计算， 因此大大减少了计算时间，提高了分析的效率。 归一化的数据更新先对网络数据进行归一化p o l ，再与计算均值和方差等，与上 述算法类似，在此不作叙述。 3 2 2 增量更新在覆盖优化中的应用 利用增量更新算法更新g s m 网络数据时，主要为根据已有的数据量、均值和方 差计算更新数据后的均值和方差【3 n ，主要包括对异常数据、覆盖范围数据和话务均 衡数据的计算，需要计算的指标有：b i n 0 至b i n 9 、r o e m e a n 、u p l i n k _ p a t h _ m e a n 、d o w n _ p a t h _ m e a n 、p a t h _ b a l a n c e 和b u s y _ t c h _ m e a n 等，以b i n 0 为例，根据上一节所规 1 3 硕士学位论文 第三章增量更新与覆盖优化 定的符号，增量更新的计算过程如下： 根据正态分布模型的定义有 u ：婆逍 n d ( x ) = e ( x 2 ) 一e ( x ) 2 公式( 3 4 ) = e ( x 2 ) 一肛2公式( 3 5 ) 其中“为b i n 0 的均值，d ( x ) 为b i n 0 的方差，即标准差的平方。因此可以推导 出新增数据后的均值和方差，由公式( 3 4 ) 可以计算出新的均值为 由公式( 3 5 ) 可知 n o * i t o + z x a 肛1 = 1 莳 e ( x 0 2 ) = d ( x o ) + p 0 2 公式( 3 6 ) 公式( 3 7 ) 根话定义硐 e ( x 1 2 ) = 掣麓等 = 巡等等型 公式( 3 - 8 ) = o l 一 ，o 弘一 - 将公式( 3 6 ) 、公式( 3 7 ) 、公式( 3 8 ) 代入公式( 3 5 ) ，可以推导出新增数据后方差 计算公式为 d ( x 1 ) = z ( x 1 2 ) 一 t 1 2 = 坐等等型一2 公式( 3 - 9 ) -一o。“。一一一l ，、l 、i1 ，- 3 2 3 时间提前量t a t a ( t i m i n ga d v a n c e ) 时间提前量【3 2 j ，是指手机在接收到基站信号的处理信息 时的时间延时量。由于移动台与基站之间存在一定的距离，信号在空中传输时有延 迟，如移动台在呼叫期间向远离基站的方向移动，则从基站发出的信号将延时地到 达移动台，与此同时，移动台的信号也会延时地到达基站，延迟过长会导致基站收 到的某移动台在本时隙上的信号无法正确解码，甚至可能与基站需要接收的下一个 其他移动台的信号时隙相互重叠，引起时隙间干扰。因此，在进行呼叫的期间，移 动台发给基站的测量报告报头上携带有移动台测量的时延值，而基站必须监视呼叫 到达的时间，并在下行信道上以4 8 0 m s 一次的频率向移动台发送指令，指示移动台 提前发送的时间，这个时间就是t a 。 时间提前量的作用是为了补偿电波传输延迟，而根本目的则是为了提高信道编 解码效率。由于g s m 网络采用t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，时分多址) 技术【3 3 1 ，每载频8 个时隙，应严格保持时隙间的同步，没有t a 就无法克服固有的无 线传输的问题。 1 4 硕士学位论文 第三章增量更新与覆盖优化 g s m 的小区半径可以达到3 5 k m ，从手机出来的信号需要经过一定时间才能到 达基站，因此我们必须采取一定的措施( 时延调整) ，来保证信号在恰当的时候到达 基站。简单来说，就是采用时间提前量( t a ) 参数调整发信时间。t a 是由基站根据 接收到测量报告确定的，然后发送给手机，正常通话中，当m s 接近基站时，基站 就会通知m s 减小时间提前量；而当m s 远离小区中心时，基站就会要求m s 加大时 间提前量。 如果基站或手机不知道对端离开自己的距离( 或者说对端信号的传输时延) 则 基站或手机的信道编码方案必须采取更多的冗余保护。而这正是手机在初始接入时 的情形。 初始接入阶段，手机在随机接入信道( r a c h ) 上发起接入请求时，基站并不知 道其离自己的距离，所以r a c h 的同比开销就比业务信道高很多。在基站解码手机 的随机接入请求时就已经计算出了该信号的传输时延( 即知道了手机离开自己的距 离) ，基站会在随后的接入准许信道( a g c h ) 上以t a 值的方式告诉手机其离开自 己的距离，要求手机随后在业务信道( t c h ) 的信号发射时提前t a 所代表的时间值。 呼叫进行阶段，手机发给基站的测量报告头上携带着移动台测量的时延值，而 基站必须监视呼叫到达的时间，并在下行的系统消息上向移动台发出指令，随着移 动台离开基站的距离变化，逐步指示移动台应提前发送的时间。 g s m 系统中为了便于手机收发射机工作，上下行是有3 个时隙间隔的，因为手 机不可能在同一时刻工作在上行频率和下行频率。假如某m s 占用了时隙2 ( t s 2 ) ， 但它在呼叫期间向远离基站方向移动，因此从基站发出的信息，将会越来越迟地到 达m s 。与此同时，m s 的应答信息也会越来越迟地到达基站。如果不采取一定的措 施，该时间可能会延长至使该m s 在t s 2 发送的信息与基站在t s 3 接受到的另一个 呼叫信息重迭起来。所以在呼叫进行期间，需要监视呼叫到达基站的时间，并由系 统向m s 发送指令，随着m s 离开基站的距离，逐步指示m s 提前发送的时间，这就 是时间的调整。在g s m 中被称为时间提前量t a 。提前发送如图3 1 所示： 图3 - 1 提前发送图 时间调整的提前是0 - 6 3 个比特之间的任意值。如6 3 个比特是调整的最大量，也 硕士学位论文第三章增量更新与覆盖优化 就是b t s 与b s 之间最长的通信距离。0 个比特就表示不必调整，表示m s 和b t s 在一起。 时间提前量值范围为0 - 2 3 3 u s ，该值会影响到小区的无线覆盖。由于g s m 定时 提前的编码是在0 6 3 之间，g s m 小区的无线覆盖半径最大可达到3 5 k m ，基站小区 最大覆盖半径计算公式如下 3 7 u s b i t x6 3 b i t ( 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 ) m s - - 2 = 3 5 k m 公式( 3 1 0 ) 其中，3 7 u s b i t 是每个比特的时长，6 3 b i t 是时间调整的最大比特数；3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 m s 是光速。t a 的取值范围是0 6 3 ，代表的时间范围是0 - 2 3 3 u s ，相当于0 - 7 0 k i n ； t a 每增加1 ，意味着手机离开基站的距离增加约5 5 0 米。这也是g s m 小区的最大 半径3 5 k m 的由来( 我们不仅要考虑手机上行信号的传播时延，还要考虑基站下行信 号的传播时延) 。 3 2 4 正态分布在覆盖优化中的应用 覆盖问题【3 4 】指的是由于地理因素或网络规划的原因造成的小区可通话范围不合 理，可以分为覆盖区域过小和覆盖区域过大两种，根据周围小区的情况又可分为越 区覆盖、孤岛型覆盖和连续覆盖三种，如图3 2 所示： 图3 - 2 小区覆盖 覆盖不合理会导致各种统计指标达不到系统要求，主要原因有： 1 天线方位不正确( 需要调整天线的位置) 、天线倾角过小或过大，导致覆盖 出现异常。 2