淺談GPS定位在網絡優化中的應用

唐 剛

(中國電信股份有限公司河南分公司,河南 鄭州 450008)

0 引 言

GPS是美國第二代衛星導航系統，該系統通過同時接收四顆衛星的信號,可得到所測目標的位置、速度及時間信息，同時,它可以有無限個用戶使用[1]。衛星導航定位技術在測量工作中以其高精度、全天候、實時與高效率、不要求測站間通視、操作簡單、并可提供全球統一的三維地心坐標、用途廣等特點而著稱，廣泛地應用于導航定位、測繪、授時及遙感等領域。目前,除美國GPS系統外,歐盟GALILEO、俄羅斯GLONASS、中國北斗衛星系統等均在組建完善之中,多系統融合定位已是衛星定位技術發展的必然趨勢,這對提高測量定位的精度、可靠性及效率將具有重要意義[2]，本文介紹了GPS定位技術在通信行業中進行網絡優化的應用。

衛星導航定位技術在我國已經過了十多年的歷程,其應用領域已十分廣泛，通信行業用其做時間同步和進行網絡優化[3]。在CDMA/GSM系統中,移動性管理是移動通訊系統最為復雜的一項技術之一,其主要原因為:1)因為無線通信環境的好壞和無線信號的復雜性會導致移動臺頻繁選擇與網絡聯系的下行信號;2)隨著網絡的建設規模越來越大,涉及到網元的數量也越來越多,密度越來越密,規劃要求也越來越高,導致信號愈加復雜、基站覆蓋的重疊區增加、信號可選性增加;3)應用的業務種類越來越多,各種業務對移動性參數門限的要求不一致也導致了移動性愈加復雜。這三個主要原因是導致移動性管理復雜的主要原因。GPS導航定位技術在通信網絡中主要是用于路測中的導航和基站的定位,網絡規劃優化中基站勘察定位,以及網絡優化中的鄰區距離的檢查三種。本文著重討論利用一種新的對現網鄰區校正和增加路測的方法對現網鄰區進行修正。

1 用GPS計算距離的基本原理

應用GPS定位技術測出服務區的經緯度,通過距離計算出路測掃頻儀中高強度信號與服務小區之間的距離,考慮是否把掃描到的信號添加到服務區的鄰區中,再通過與現網已經存在的鄰區匹配比對,如果現網存在了,就不再增加,如果不存在,則需要添加上這些鄰區。由于這些鄰區是現場掃描得來,所以這些鄰區的準確性比規劃出來的鄰區要高,這樣可以增加切換成功率,同時減少鄰區的數量,這中間必須要用到通過GPS計算距離和同步時間的功能才能得以實現。

移動臺對移動信號的選擇主要有兩種過程:即小區選擇和小區重選。小區選擇是移動臺開機時選擇一個合適的服務小區的過程;小區重選是移動臺在網絡內重新選擇一個鄰區作為服務小區的過程。

2 測試方法

多少年以來,通信網絡工程測試人員都是通過網絡做好的規劃數據庫導入路測軟件中,根據路測時各個相鄰小區的信號情況和鄰區電平及質量話務等情況,綜合考慮對現網中鄰區的添加和刪減,具體實現方法如下。

用路測儀器對全網進行路測和掃頻,同時用測試手機接收下行服務區信號,并記錄下掃頻的結果和服務區的統計結果,以便后續利用GPS對距離的計算和時間同步,檢查定義的和未定義的全部鄰區,主要測試設備及連接，如圖1所示。

圖1 測試設備及連接示意圖

在4臺儀器連接后,進行網內掃頻和記錄,把記錄下來的結果再做后續處理,通過這樣的數據處理,可以得到是否可以增加鄰區的列表。

一般說來,手機接收到的信號會記錄成文本或其他路測記錄文件方式,頻率掃描的結果也一樣,主要不外乎像下面表1及表2的形式。

手機接收到的下行信號必有以下內容:時間,當前所在基站小區的LAC號,服務區CI,服務區覆蓋信號強度;服務區頻率BSIC等其他信息,只需要以上服務區的第一、二和四項。

掃描得到的下行信號必有以下內容:掃描到的頻率,掃描到頻率的BSIC.另外,測試軟件還會把測試時的時間和經緯度加到記錄文件中。

表1 路測記錄與服務區統計結果

表2手機接收到的下行信號

如表1及表2所示,只要從表1及表2中取幾個字段進行匹配,就能找出當前服務區需要添加的鄰區的頻率和BSIC碼,再通過與現網當前鄰區的頻率比對,注意需加一個范圍字段就是當前服務區所在的基站控制器中的頻率或當前服務區的位置區中的頻率(包括BSIC),就知道是否添加了此頻率作為服務區的相鄰小區。這中間還有一個鄰區取舍過程,就需要用到經緯度,就是通過以上方法查到的需要添加的頻率作為鄰區后,需要進一步通過計算二者之間的距離來進一步縮小添加鄰區的可能性,起到添加的鄰區更加實用和準確的作用,因為無謂地大量增加鄰區反而會增加切換失敗的可能性，需要注意的是,上表中的時間必須取自GPS時間,以便對后續信號的處理做時間匹配。

通過以上方法得到的頻率(包括網路色碼和基站色碼)與現網中的頻率匹配查找此頻率的經度和緯度以及基站識別號(CELLID),注意這時候一定要通過服務區縮小查找范圍,方法就是只要加上服務區的所屬地域范圍,如哪幾個位置區,哪幾個基站控制器,這樣就減少了出現同頻率多個CI的可能性，即使這樣,還是有可能出現2組以上結果的情況,這是因為現網中出現了同頻率同基站色碼小區的緣故，如出現這種情況,也沒關系,這樣做主要是為了盡量減小出現這種情況可能性。

3 服務區經緯度距離的計算

為了進一步篩選最優需要添加的鄰區,可通過查找作為可選鄰區頻率的小區經緯度與當前服務區的經緯度,計算出二者之間的距離,從而進一步縮小添加鄰區的可能性，計算方法如下:

下面的步驟可以排除掉冗余的同基站色碼的鄰區,那就是通過查到的做為可選鄰區頻率的小區經緯度與當前服務區的經緯度計算二者距離可以進一步篩選最優需要添加鄰區,那么怎樣通過2個基站的GPS來計算二者之間的距離呢,方法如下:

地球基本上近似一個球形,從赤道到極點平均地分為90個緯度,每個緯度之間的距離基本上是111.133 km, 隨著緯度的升高,單位距離有微弱的減少或增加，在確定緯度條件下,單位緯度距離的計算公式為

緯度1°長度=111.133-0.559cos 2φkm,

式中，φ為緯度。

和緯度計算方式相比,經度的算法有很大的不同，因為所有的經線在南北兩極交匯到極點,所以,緯度越高,單位經度的距離越小,到了極點,距離為零，一個經度之間的距離和根據經度所在的緯度確定的，在確定緯度時,單位經度距離的計算公式為

經度1°長度=111.413 cosφ-0.094

cos 3φkm,

式中，φ緯度。取值在0～90之間。

1)當φ取值在0～45時候,2φ的范圍是0～90,這是cos 2φ的取值為正,所以, 當φ取值在0～45時候,隨著緯度的升高,單位距離有微弱的減少;

2)當φ取值在45～90時候,2φ的范圍是90～180,這是cos 2φ的取值為負,所在, 當φ取值在90～180時候,隨著緯度的升高,單位距離有微弱的增加。

得到經緯度差以后,根據所在地區的緯度,計算出兩點之間的距離公里數。φ的取值在0～90之間。另外,根據經緯度算出的距離是兩點在海平面投影的距離,不含高度變化。 海拔越高,距離越長,但只要不是很高的山,增加的不會很大,這樣算出來的距離十分精確。

通過以上距離計算出兩個基站之間距離后,增加了判斷是否增加鄰區的條件,使增加的鄰區更加合理，應避免鄰區增加太多而造成切換問題。

以上方法看似復雜,實則簡單,因為只需要通過GPS的定位計數和精確時間做幾步數據處理就可以得到很精確的增加鄰區的結果。

4 結束語

該方法對無線網絡添加鄰區的方法摒棄了傳統的人工在地圖上一對一的檢查鄰區的方式,以往要添加合理鄰區,必須人工后續對路測文件進行分析,再結合基站地圖,一個一個的在地圖上通過檢查當時的測試信號和切換情況決定是否需要添加鄰區，由于全網基站很多,一般的中等城市就有1萬個左右,鄰區動輒十幾萬條,靠人工一個一個去檢查是否漏做鄰區不但耗時耗力,效率低下,而且添加的鄰區不一定有，有可能會增加冗余鄰區,而增加了冗余鄰區反而會對網絡質量帶來負面影響。本方法是通過實際掃頻的結果得到的圍繞當前基站的最強基站信號添加鄰區,通過數據處理得到的鄰區(數據處理比上述傳統方法大大節省時間,提高效率),而且是利用GPS計算距離的方法驗證過,所以添加的鄰區是必須要做的鄰區,添加的鄰區非常合理有效,可以說是對通信網絡全網的漏做的鄰區做一次檢查,添加上了合理的未添加的鄰區,增加了網絡合理切換和成功切換的幾率,從而提升網絡質量,減少切換掉話,提高用戶感受度,給移動運營商帶來更高經濟效益。

[1]曹 沖. 我國車輛應用系統的產業化前景分析和市場展望[C]//中國全球定位系統技術應用協會第6次年會,2001.

[2]KAPLAN E D.GPS原理與應用[M].2版.寇艷紅,譯,北京:電子工業出版社,2007.

[3]周儒欣. 衛星導航定位產業吸引力分析及發展對策[C]//中國全球定位系統技術應用協會第7次年會,2001.