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

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農(nóng)村地區(qū)的4G覆蓋質(zhì)量分析一直是運營商的痛點，本文從運營商角度出發(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年開始逐步擴展到鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)，為響應(yīng)國家脫貧攻堅號召，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基站站址上進行升級建設(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覆蓋能力還需要進一步評估。

1 評估內(nèi)容和方法

運營商對于農(nóng)村地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估主要從兩個方面入手: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)場測試的方式會帶來極大的人力和物力消耗。目前，采用MR統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行覆蓋分析的應(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，不常用于零散覆蓋的農(nóng)村地區(qū)。同時，在做弱于競對分析時常因準(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：計算每個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)緯度信息可以計算出兩點間的距離和方位角，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），通過計算三個坐標(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：

在計算方位角時，考慮到經(jīng)線上，緯度每差1度,實地距離大約為111公里；緯線上，經(jīng)度每差1度,實際距離為111公里×cos（緯度）。自然村C點相對于基站Z點的方位角表示為以Z的正北方向為起始0度，順時針方向的角度。

C點在第一象限時，方位角=α；C點在第二象限時，方位角=360+α；C點在第三、四象限時，方位角=180+α。

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

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的時間提前量與參考信號接收功率在同時刻的統(tǒng)計結(jié)果，通過該數(shù)據(jù)可以得到不同TA下測量上報的RSRP電平值。4G一個TA區(qū)間對應(yīng)48個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)計結(jié)果，進而評估該自然村實際信號覆蓋質(zhì)量，覆蓋率計算方式見表1。

表1 利用二維數(shù)據(jù)MR.TadvRsrp計算小區(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MR.TadvRsrp數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋自身能力評估時，可以由基站向終端下達(dá)開啟異頻測量指令，支持其他運營商4G頻段的多模多頻終端可以同步測量并上報競對RSRP電平信息。自然村所在TA區(qū)間內(nèi)總采樣點數(shù)量包括了三家運營商的采樣點，通過分析處理，網(wǎng)管平臺可以提取出各運營商的采樣點數(shù)量及其RSRP電平信息，借此可以統(tǒng)計各運營商在該自然村的覆蓋質(zhì)量，即覆蓋率。但實際操作時存在一些問題，該覆蓋率的計算是按照采集到的采樣點大于某電平指標(biāo)的數(shù)量占總采樣點數(shù)的比例進行統(tǒng)計的，如果某運營商總采樣點數(shù)偏少，突然出現(xiàn)高電平采樣點就可能拉高覆蓋率，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確�？偛蓸狱c數(shù)少，一方面可能是因為覆蓋差，另一方面也可能是因為用戶終端不支持競對頻段導(dǎo)致無競對覆蓋信息上報。

為了解決通過MR分析競對覆蓋能力不準(zhǔn)確的問題，普遍會在MR分析結(jié)果基礎(chǔ)上增加一些輔助判定手段做進一步分析。例如結(jié)合站點工參剔除一些周邊無競對站點但MR卻統(tǒng)計為弱于競對的小區(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的理論比例，對比實際采樣點占比，初步判斷MR分析結(jié)論是否準(zhǔn)確。后續(xù)選取部分樣本點進行驗證，得到實際采樣點占比與理論比例偏差的經(jīng)驗值，作為直接判斷依據(jù)。

首先是修正競對采樣點的理論比例，假設(shè)某小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)三家運營商均有覆蓋（優(yōu)劣不同）且用戶終端均支持多模多頻，則三家運營商采樣點比例應(yīng)該是相同的，即33%。實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)級用戶終端支持競對頻段的比例，可以初步計算出競對采樣點理論比例。

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

MR統(tǒng)計結(jié)果中若實際競對采樣點占比與理論比例吻合，則通過MR分析得出的三家運營商覆蓋能力對比結(jié)果可信度較高。但如果競對采樣點占比低于理論比例，則說明競對覆蓋率統(tǒng)計結(jié)果很可能是受到了采樣點數(shù)量少的影響。在實際分析過程中，為了避免因MR統(tǒng)計誤差導(dǎo)致誤判斷，建議以5個百分點為一個區(qū)間，分別選取低于理論比例5pp、10pp、15pp、20pp、25pp、30pp的部分自然村進行現(xiàn)場驗證，統(tǒng)計出該地區(qū)采樣點差值比例經(jīng)驗值。例如經(jīng)過統(tǒng)計分析，某省MR分析為弱于競對的自然村中，競對采樣點比例低于理論比例15pp以上的自然村基本上判斷為因為采樣點少導(dǎo)致分析結(jié)論不準(zhǔn)確，后續(xù)可以按照此經(jīng)驗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，通過MR分析手段是無法獲得競對覆蓋質(zhì)量信息的。這時可以采用向鐵塔公司獲取競對站點工參進行比對的方式，得到“人有我無”的自然村信息，進而有針對性地補充覆蓋。

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，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，在第二步計算最近基站距離和方位角時，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的時間提前量與到達(dá)角在同時刻的統(tǒng)計結(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)間的采樣點數(shù)量，如果第一近站在目標(biāo)自然村位置的采樣點占比很小，則說明第一近站并非該自然村的覆蓋站。采樣點占比計算方式見表2。

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

2.2采樣點理論比例修正精度問題

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

2.3競對采樣點占比影響分析結(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，某運營商在該區(qū)域室內(nèi)信號屬于弱覆蓋，競對基本無覆蓋，這時總采樣點中，絕大部分屬于該運營商，競對極少。當(dāng)用戶走到室外，來到信號較好的區(qū)域時，同時采集到了該運營商和競對的高電平信號并上報，從統(tǒng)計結(jié)果看，競對由于采樣點基數(shù)少結(jié)果覆蓋率高于該運營商，但該小區(qū)由于絕大部分采樣點都屬于弱覆蓋，所以整體覆蓋率偏低。在對農(nóng)村地區(qū)MR數(shù)據(jù)進行整體分析時發(fā)現(xiàn)，覆蓋率弱于競對的小區(qū)中，競對采樣點比例較小時，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)果會存在因為競對采樣點少而導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。從某省運營商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的計劃，因此4G仍然會一直是農(nóng)村地區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。國家放開攜號轉(zhuǎn)網(wǎng)的限制后，各運營商均有用戶轉(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)量帶給用戶的體驗不能滿足用戶使用要求造成的。各運營商在城區(qū)加大5G建設(shè)投入的同時，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)

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