基于MDT的天馈智能诊断评估手段研究

摘 要

本文主要是中国联通湖南分公司采用基于MDT的栅格化多维度数据，进行LTE网络基站偏离度、天馈错接的智能化诊断评估手段研究，构建出一种创新的算法设计与实践应用，以快速发现基站偏离、天线覆盖异常等问题，为基站工程建设、网络维护、无线优化提供有力支撑，实现提网络质量和节约优化成本的双提升。

关键词

MDT  栅格化  LTE网络  天馈  智能化 诊断

概述

随着LTE网络规模的持续扩张和滚动投资，4G网络建设与优化为当前重点工作被推向高潮，集约化的BBU+RRU的射频拉远基站建设模式已被广泛应用。随着工程建设步伐的加快，站址与规划不一致、天馈错接等问题数量上升明显。天馈系统作为基站收发系统的前端，是影响网络质量和用户感知的重要因素，因此开展对天馈系统的排查和整治工作具有重要意义。

传统基站天馈问题的发现依赖于DT测试，存在耗时、耗人、耗力的局限和弊端。如何智能诊断天馈问题，提供一种高效的基站偏离度、天线方位角度测量评估方法，快速发现天线覆盖异常问题，为基站工程建设、网络维护、无线优化提供有力支撑，提升网络质量，实现节约优化成本，具有实际研究应用意义。

当前存在的主要问题

2.1站址偏离度过大

在建设过程中，由于地理环境、物业协调、站址成本等因素影响，导致实际站址与规划站址往往存在偏离的情况。特别是在当前建设模式转变为运营商与铁塔公司合作共享后，由于资源和驱动力的变化，交付站址、天面往往与实际需求存在偏差，直接影响到网络覆盖重叠覆盖率、弱覆盖面积的增加。因此，严格做好新建基站的偏离度管控，对于运营商网络结构优化和覆盖质量提升起着重要作用。根据共建共享标准，密集市区偏离度≤100米、一般市区≤200米、郊区≤300米、农村≤500米。

图1 蜂窝网络中的站址偏离示意图

2.2天馈错接

在基站新建、搬迁过程中，天馈接反问题最为常见。将导致小区所用PCI与规划不一致，造成PCI冲突、干扰，直接导致掉线、切换困难等现象，对网络质量的影响非常显著。传统的判断天馈接反评估，需要开展大量的DT路测，且仍然很难快速发现分集接反、个别载扇接反等问题。

以上天馈问题的传统排查方式，将会消耗大量测试资源，且无法做到较高的时效性。而通过分析MDT数据，通过算法挖掘疑似问题小区，可大大提高问题定位速度，可视化呈现基站天馈问题分布情况，有助于优化人员高效、快速定位，制定优化方案，提高优化效率。

研究依据与思路

3.1主要研究依据

MR（Measurement Report）凭借网络采集开销成本低、海量数据、真实可靠的优点，已成为运营商网络优化分析的重要数据源。数据信息包含基站号、小区号、PCI、服务小区和邻区的RSRP、RSRQ等多项重要指标信息。

MDT（Minimization of Drive-tests，最小化路测），是LTE系统中引入的一种通过网络配置对普通用户/商用终端进行测量数据采集、上报的自动化路测技术，只要用户终端开启GPS并支持MDT功能，终端就能向基站自动上报包含用户位置信息的MDT数据。

相比于MR数据，MDT的数据采集具备三大优势：标准更为统一规范，定位精度更高、兼具采集连接态和空闲态数据，因此应用更为灵活、广泛。但不足之处为信令开销太大，因此主要考虑周期性采集，作为评估的重要数据来源。

图2  MDT采集示意图

3.2研究思路与方向

湖南联通基于现有MR覆盖质量评估应用算法原理，积极探索基于MDT大数据的评估方法研究与应用，期待更进一步挖掘大数据应用价值，进行多元化和精细化的智能化网络问题诊断评估，辅助提升网络优化效率，节约优化成本。

基于上述目标，我们通过大量算法尝试比较，最终确定研究思路如下：

（1）总体思路

对MDT数据的多维度特征进行大量的数据统计、聚类分析，建立栅格级的覆盖特征模型，计算出虚拟小区级别的覆盖栅格点位置、方位角和指标信息等数据。因此，可基于上述原理开展研究方向。

（2）基站偏离度的评估诊断

结合终端上报的MDT数据，将采样点栅格化，通过精准聚类算法辅助计算出虚拟基站经纬度，进一步计算出与实际规划经纬度的偏移距离。

（3）天馈错接的评估诊断

辅助分析每个基站的的基站位置与实际覆盖栅格一致性，筛查出存在异常覆盖的基站，用于精准判断基站站址是否与规划一致、天馈覆盖信号方向是否与规划一致，从而为网络结构合理性或后期优化入网提供数据支撑。

研究内容与应用效果

4.1基站偏离度算法开发

基于以上思路，并充分考虑网络信令开销，对基站偏离度开发算法开发如下：

1)确立模型数据源：采集一周全量MDT数据，汇总成时间粒度为周的基站覆盖50米栅格粒度数据；同时获取最新网络配置工参表（含基站编号，基站经纬度，基站站型等）；这两张表作为输入表；

2)建立基站模型：①筛选栅格内总采样数>20的采样点作为有效栅格，逐基站对该基站所有覆盖的50米栅格进行聚类，形成基站覆盖主控区域。本步骤主要是为了去掉个别稀疏采样点或个别异常偏远采样点对基站虚拟位置的影响，从而提高准确度。②将基站聚类结果形成包络多边形，并计算多边形质心坐标，即基站虚拟位置坐标。

3)计算偏移度：将计算结果关联工参数据，计算基站虚拟坐标与工参配置坐标的偏移距离。

4)依据场景偏移度门限值输出评估结果：结合站型筛选站型正常（如不存在基站或小区拉远覆盖基站）且偏移距离大于1000米的基站作为疑似高偏离基站。

4.2基站偏离度应用模型建立流程

模型建立的具体步骤流程如下：

1)输入数据源：分别是MDT栅格化数据、LTE基站工参数据。

表1  MDT栅格化数据

表2  LTE工参配置数据

2)使用PL/SQL查询过滤MDT栅格化数据，导出为文本格式，用于进行聚类分析

图3 栅格化数据导出执行代码

导出数据集样本如下：

表3 栅格化样本数据集

3)使用QGIS工具对导出数据进行聚类。

QGIS工具原称Quantum GIS，是开源的桌面地理信息系统软件，具备开源、免费、轻巧、跨平台、支持多种GIS数据格式与插件库的优点，为日常网优工作带来便捷性。

本模型开发中，聚类算法采用dbscan，该算法需要根据需要选择适当的聚类参数，优点是不限制聚类的结果数量。从下图看出，每个基站都会有离散采样点（干扰采样点）分布在过远区域，这对基站虚拟位置会带来较大误差，使用聚类算法，找出密集分布区域，消减干扰采样。

下图分别为先从左到右后从上到下，共计6组聚类参数效果。可以看出，选择eps=0.0018,minPts=65，可以完整的呈现密集区域的拓扑，消减掉周边干扰点对数据的影响。

图4 不同聚类参数的拓扑效果图比较

4)将使用dbscan分类好的数据导入Oracle

图5 聚类后的数据导入

5)在Oracle中将导入的点集数据创建多边形空间对象，创建多边形空间对象后，才可以在qgis等工具中查看形状。

图6 创建多边形聚类空间对象

6)采用逐簇遍历的方式，对所属簇的空间对象进行包络生成。

图7 空间对象的包络生成代码

生成的结果存入tmp_enboffset_cluster_only，结果如下：

表4 包络生成结果导入

形成后的基站包络地图可视化预览效果如下：

图8  聚类后包络效果图

7)基于上步聚类包络提取质心，即为每一个基站的虚拟位置。

图9 基站虚拟位置生成关键代码

提取出所计算的每个基站虚拟位置如下：

表5 基站虚拟位置经纬度生成列表

生成可视化虚拟基站效果如下：

图10 虚拟基站可视化效果图

8)最后，对上述基于MDT的虚拟基站经纬度与平台数据库工参进行偏移距离计算，根据不同场景（密集城区、一般城区、郊区、农村）基站偏离度门限值，结合站型筛选偏移距离大于门限值的基站，即为疑似偏离基站。 例举如下：为基站偏离度大于1000米的农村站点。

图11 疑似高偏离基站可视化效果图

9)模型实现效果图如下：

下图铁搭图标为计算的虚拟基站位置，红绿蓝三扇叶图标为工参基站实际位置。

图12 基站偏离度模型实现效果图

4.3天馈错接算法开发与模型建立

天馈错接主要研究的是基站小区的覆盖采样点位置，与小区方向角覆盖范围有明显差异的情况，可以从中大规模的检查出那些顺（逆）时针接反，两两接反，方向角错误等情况。

1)采用矢量化方法，统计单个栅格与基站的矢量关系，获得虚拟方位角结果；将虚拟方位角与工参方位角进行比较，做问题类型判别。具体实现算法如下：

表6 天线错接实现算法

2)天馈模型建立如下：

通过对MDT数据汇聚得到小区级别的周粒度原始数据，然后与全网工参和全网道路数据关联，得到虚拟小区级别的栅格点位置，虚拟方向角和指标信息等数据。

当虚拟小区的覆盖采样点位置，与小区方向角覆盖范围有明显差异的情况，可以从中大规模的检查出那些顺（逆）时针接反，两两接反，方向角错误等情况。模型效果图实现如下：

图13 天馈错接模型实现效果图

4.4应用效果

通过采用基于MDT的智能评估诊断方法研究应用，湖南联通对2019年LTE新建建设站点开展分场景的基站站址偏离度评估、天馈错接评估应用，验证结果如下：

1）基站偏离度诊断评估：发现问题基站25处，经现场验证准确率为92%。经分析，影响偏离度准确性的主要因素为基站扇区被遮挡或站点覆盖区域内用户数过少，导致MDT采样点数过少造成统计不准确。

2）天馈错接诊断评估：发现天馈接反问题小区66起，经现场验证准确率为98.5%。影响天馈错接准确性的主要因素为个别扇区覆盖方向被遮挡严重导致。

结论

湖南联通积极探索基于MDT大数据的评估方法研究与应用，自主创新开发出天馈智能诊断评估算法，于2019年LTE网络建设评估中应用，取得了良好的效果。基站偏离疑似基站、天馈接反疑似小区，诊断准确度分别高达92%、98.5%以上，具备推广使用价值。

湖南联通下一步计划将该套算法推广应用于全省LTE网络天馈问题诊治专项中，依托大数据评估方法，快速发现基站偏离、天线覆盖异常等问题，为基站工程建设、网络维护、无线优化提供有力支撑，实现提网络质量和节约优化成本的双提升。

参考文献

1、William C.Y. Lee 《移动通信工程理论与应用》 人民邮电出版社

2、《站址及高度偏离对4G网络覆盖的影响》 国家电网科技项目“面向电力移动互联应用的4G多业务承载关键技术研究”（SGRIXTKJ[2015]349号）

3、温庆华、黄沛江，《基于MDT MR数据的ACP网络优化系统》

4、Theodore S.Rappaport 《Wireless Communications Principles and Practice, Second Edition》    电子工业出版社

5、宋铁成，宋晓勤，《移动通信技术》 人民邮电出版社

作者：晏志强 田经化 刘利平 周泉 杨振华