LTE网络的无线传播模型校正和覆盖区域预测

摘要

我国已经全面进入了4G时代，用户可以随时随地拿起手机拨打电话或上网。如此便利是因为有一个以基站为单元的庞大的网络作为支撑。用户的体验对运营商而言至关重要，移动通信服务的质量可谓运营商的生命线，良好的通信质量又以较好的信号覆盖为条件，与此同时，覆盖情况能反应通信系统运转的状况以及站点资源分布的合理程度。因此，有效掌握覆盖情况，是运营商非常重要的工作之一。 在网络部署前，要进行覆盖预测。其原理先是通过选取典型场景开展连续波测试，然后按照统计方法处理数据，得到传播损耗公式，最后通过公式计算出每个基站的最大覆盖半径。然而，随着经济的发展，城市面貌也在不断改变，基站的传播模型也随之在改变，建成后的基站或者小区究竟能覆盖多大范围，已经没有可靠的数据。无法准确且实时掌握全市移动通信网络的覆盖情况给网络维护和优化工作带来了许多不便。 本论文依托于珠海移动网格化数据支撑服务项目，在传播模型研究的基础上开展了深入细致的研究。通过分析珠海市主要道路的LTE网络测试数据，对珠海市区的无线传播模型进行了校正，并提出了基于传播模型的区域覆盖估计算法。研究成果为项目的准确性提供了支撑，简化了珠海移动网络优优部门的工作流程，极大的提高了网络维护和优化的效率。主要工作和贡献为： 1、结合实测数据采用经典模型对珠海市的传播模型进行了校正，使之较好的适用于珠海市区的地理环境。实验采用网络优化部门每月例行的道路测试采集的数据，通过对数据的分析，将邻区数据处理后与主服务小区数据合并，组成测试数据集。实验表明，引入邻区数据后，可校正基站的数量增多，提高了模型的准确率。 2、探索机器学习方法进行传播模型校正。针对传统经验模型解释性不强、精度不高且校正过程复杂的缺点，提出了采用基于决策树的机器学习方法进行传播模型校正。实验表明，利用XGBoost算法得到的传播模型，不仅在传播损耗预测时准确度有了极大提升，而且还可以得到影响传播的相关特征，解释性更强，可以用于指导网络优化工作中天线参数的调整。 3、提出了基于Voronoi的覆盖范围估计算法，得到了市区的覆盖全景图，能有效辅助网络优化工作。该算法以已校验过基站为基准点，用Voronoi算法将对空间进行剖分，将市区分割为许多小的区域，未能校正的基站采用最近邻的基准站点的传播模型。针对划分方法中存在部分区域无法预测的问题，结合地图进行场景比对预测，同时运用空间插值方法对空白的地理栅格的覆盖情况进行预测，最终得到了市区的覆盖全景图，不仅有助于运营商掌握市区的覆盖情况、提高日常网络维护和优化的效率。当发生重大事故时，还可以为决策层合理分配资源、科学有效解决问题提供参考，实用价值重大。

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