基于大數據挖掘的LTE網絡規劃研究*

劉 毅,劉 珂,孔建坤(中國移動通信集團山東有限公司網絡部,山東濟南250001)

基于大數據挖掘的LTE網絡規劃研究*

劉 毅,劉 珂,孔建坤
(中國移動通信集團山東有限公司網絡部,山東濟南250001)

對于TD-LTE網絡而言,網絡結構對網絡質量具有決定性的影響,因此網絡規劃對于TDLTE網絡的建設質量具有更為重要的意義,文中針對傳統LTE網絡規劃優化數據單一、無法辨別價值熱點等問題,創新性地提出基于現網用戶的2G/3G大數據分析方法,通過價值評估、干擾評估、覆蓋評估等多維度的評估體系,引入大數據挖掘等新思路全面指導LTE網絡規劃,提升了LTE建設質量,同時提升了“大數據網絡”縱向、橫向優化能力,增加了投資收益。

TD-LTE 網絡規劃 大數據

0 引 言

LTE網絡規劃的質量直接影響后續建設與優化的效果,中國移動計劃2年內完成50萬個基站的建設任務(目前已經70萬了),由于傳統的規劃手段準確性較低,這對LTE網絡規劃提出了新的挑戰:

一是精確覆蓋規劃的難度大。傳統的無線網絡規劃方案僅僅依賴簡單的傳播模型和電子地圖,而傳播模型和電子地圖與實際場景的誤差將直接影響網絡覆蓋規劃的準確性。

二是網絡結構問題亟待解決。2G/3G網絡為異頻組網,直接利用2G/3G站址作為LTE站址會引入較高的干擾。原有的網絡結構問題,如超遠、超近、超高、超矮“四超”問題將導致高重疊覆蓋問題,從而影響LTE網絡質量。

三是無法辨識高價值區域。傳統規劃方法數據源單一,無法真正地識別價值熱點,導致后期投資收益不高;而且無法區分站點規劃建設的優先級,不利于分批分階段建設,效率低成本高,無法保證投資的有效性。

除了以上挑戰,隨著網絡規模的不斷擴張,各類測試平臺、設備OMC、資源管理平臺的不斷建設,各類測試數據、投訴數據、設備性能數據、資源數據爆炸式增長,如何充分挖掘大數據的特點與價值指導LTE的規劃建設成為一個熱點課題。

圖1 LTE網絡規劃的新挑戰Fig.1 New challenges of LTE network planning

1 LTE網絡規劃體系

根據網絡規劃的要求,利用大數據可以從覆蓋評估,干擾評估和價值評估三個維度建立基于大數據挖掘的LTE網絡規劃體系,通過對現網問題的全面、準確分析定位,預知LTE網絡規劃存在的問題,提升LTE網絡規劃的準確性。

圖2 基于大數據挖據的LTE網絡規劃體系Fig.2 LTE network planning system based on big-datamining

1.1 覆蓋評估分析

良好的覆蓋是網絡建設的最基本要求,基站站間距過大,基站覆蓋過遠會造成部分地點盲覆蓋或者室內深度覆蓋不足;而站間距過小,重疊覆蓋會帶來較大干擾,同樣影響用戶感受,同時不必要的重復建站將會加大投資成本。理想的蜂窩網絡結構應該在保證用戶移動性的前提下使小區間的交疊區域處在一個較低的水平[1]。

根據Cost-Hata模型,預測LTE相關模型公式如下:

LTERSRP=TDSRSCP+Offset_Power-Offset_Frequency+ Offset_AntGain-Offset_FeederLoss+

借助現網2G/3G實測數據,參考工參,掃頻及MR等大數據,利用奧村-哈塔傳播方程矩陣理論運算,根據不同頻段自由空間傳播模型損耗、模擬仿真覆蓋及損耗矩陣,評估規劃LTE網絡的覆蓋情況;同時構建貼合現網實際的小區傳播路損模型,有效識別LTE網絡的弱覆蓋和過覆蓋區域,實現“點、線、面”聯合校準驗證,獲取真實、準確和全面的小區覆蓋規劃數據。

圖3 LTE覆蓋電平綜合分析Fig.3 Comprehensive analysis on LTE RSRP coverage

1.2 干擾評估分析

干擾是影響LTE網絡質量的關鍵因素,我們引入干擾貢獻系數來評估無線網絡重疊覆蓋度。定義干擾鄰區的能量之和與主小區的總能量的比值為干擾貢獻系數,用其來評估主小區A,系數越大,說明該小區對外的干擾越大,需要整改的優先級越高[2]。

利用以上公式評估主小區與干擾鄰區能量關聯性,從高到低排序,選擇TopN高干擾系數小區;再結合實際場景和工參,分析干擾系數高的原因,得出主動干擾高小區、被動干擾高小區,輸出LTE網絡不建議規劃的黑名單小區、通過相關優化調整后可規劃灰名單小區、以及直接可共址建設的白名單小區[3]。

圖4 重疊覆蓋度Fig.4 Example of coverage

1.3 價值評估分析

傳統規劃主要從覆蓋與干擾兩個維度分析,不能完全識別出高價值站點,導致網絡部署后出現建設偏離業務熱點,超閑小區較多等問題。而基于大數據挖掘的LTE網絡規劃可基于話務熱點、用戶/終端及價值業務等多維度進行關聯性分析。首先梳理出數據及話務熱點、智能終端/數據卡滲透高區域,判定流量價值高的區域;其次發掘出數據業務使用率高,但實際速率低,話務需求被壓制的區域;再次利用VIP/投拆用戶列表導出數據業務投訴用戶和VIP用戶區域,更直觀、有效的體現網絡熱點投訴、流量變化較大的重點小區數據,定位重要客戶的高價值流量區域,聚焦影響用戶感知的重要問題,發掘LTE潛在高價值區域,有效指導LTE網絡規劃效益,降低網絡資源的管理成本。

利用基于柵格的多維度價值得分評估體系,通過高流量小區選擇,實現用戶分布地理化關聯,進行多維度地理化綜合分析,得到多個小區構成的柵格的價值得分,得出高優先級建站區域,具體的評估體系如下,價值評估分析流程如圖5所示。

1)統計各柵格流量、用戶使用TD-SCDMA的速率、用戶數量、終端分布、業務流量分布等數據,當某個柵格點上指標值大于全網柵格該指標平均值的k倍,即賦予該柵格價值點相應的分值。

2)柵格價值點相應的分值:柵格內指標值/(全網柵格點該指標平均值×k),k值建議為1.2,意義為在此柵格點的其中某一項因素大于該項因素的平均值的1.2倍,才會進行價值得分分析,小于該值則該柵格點的該項因素的價值得分為0。

3)單個柵格總得分=權重1×熱點得分+權重2 ×速率得分+權重3×終端得分+權重4×業務得分…。

4)統計基站覆蓋范圍內包含的柵格數量以及各個柵格上的分值,最終輸出規劃基站的總柵格得分排序,排序高低反映了該基站的價值高低。

圖5 價值評估分析流程Fig.5 Analysis flow of value assessment

圖6 評估分析流程Fig.6 Analysis flow of evaluation

1.4 評估分析流程

評估分析一般在待建站點資源收集后,按照價值高低,基于基站覆蓋范圍和受干擾影響程度,選擇建站順序。根據實際情況,可一方面利用2/3G舊站址,一方面建議增加符合合理網絡結構的新站點,達到良好規劃的目的[4]。評估分析流程見圖6。

2 大數據處理思路

LTE規劃過程利用收集到的大量數據,包括工參數據、性能數據、經分口數據、MC口數據、投訴數據、測試數據等六大項13類數據,從中提取有用信息進行分析。

2.1 基于大數據的打包清洗

根據大數據刪冗去錯機制進行數據清洗(見圖7),保持數據的準確性。在規劃中首先實現數據去冗,對話統過期數據、工參多余字段集中去除;其次是數據去重,去除相同路段多次測試的數據,排除話統及性能相同的數據,保證數據唯一性;再次是數據糾錯,結合數據特性,對統計異常、工參錯誤等數據進行糾錯,保證數據區間在合理范圍。

2.2 基于大數據的關聯聚合

根據數據的特征、變量等進行“數據降維”,從覆蓋,干擾和價值維度對數據進行投影降維,簡化分析數據的復雜度。同時運用強關聯聚合、相近聚合、相關聚合等聚合模型進行“關聯聚合”,比如在覆蓋評估中將道路測試、路測掃頻、用戶測量報告等信息按照關聯強弱聚合,在價值評估中將業務分布、用戶分布、終端分布等信息按照比例進行關聯聚合。

具體來講,以用戶的地理位置為索引,關聯其所在位置的信號強度,干擾情況,終端支持類型信息,業務信息以及所在位置的周圍基站分布情況,周圍環境情況,人群流動情況等等,建立基于時間、位置、用戶、終端、應用等多維度的用戶行為聚合模型。

圖7 基于大數據的打包清洗Fig.7 Packing up based on big data

根據用戶行為模型,分析篩選得到絕對靜態用戶數(靜態用戶定義為單用戶在某小區有5天產生流量且每天在該小區產生流量占當天該用戶總流量的70%以上,且產生的流量大于10MB/周)全省共計3.8萬人,涉及5 798個小區。根據用戶在占用靜態小區時上報的用戶自身所在位置的經緯信息(理論上精度平均誤差在55 m)結合基站位置關聯,發現定位2G/3G數據業務成熟度高的區域。

通過精確定位不同用戶上網的地理位置,同時關聯靜態用戶終端網絡制式信息,用戶上網習慣和用戶流量,引導4G站點規劃,指導指導定向推送4G營銷業務。

3 應用情況

基于大數據挖掘的LTE網絡規劃研究在山東公司LTE網絡一期網絡規劃中得到了廣泛應用。通過高價值區域定位、干擾問題分析、覆蓋評估等維度綜合關聯性分析,借助2G/3G現網實測數據實現了“點、線、面”聯合評估,真實、準確、全面地對4G網絡的價值流量、重疊覆蓋干擾、弱覆蓋等進行了評估,同時輸出了LTE工參信息、站址建設優先級,站址地理化呈現等一系列規劃結果。通過黑、灰、白名單規則判斷,輸出了LTE網絡不建議規劃的黑名單小區、通過相關優化調整后可規劃灰名單小區、直接可共址建設的白名單小區,共評估一期工程規劃小區60 653個,發現低價值用戶流量少的黑小區3 433個;易產生干擾黑色小區5 021個,灰色站點1 265個;覆蓋問題黑色小區543個,灰色小區3 501個。

通過規劃質量的提高,降低了后續優化調整的難度,共計節約資金11 766×0.3=3 530萬(注:每個基站年優化費用約0.3萬),而且原來人工規劃、勘察基站的效率大大提升,解放人力成本帶來的直接經濟效益75×10=750萬(注:人力成本節約75人,含外包,年人均成本10萬),降低了全省網絡規劃優化的管理成本,節省人力規劃時間2 500小時以上。評估結果見圖8。

圖8 評估結果Fig.8 Results of evaluation

通過TD-LTE的大數據網絡規劃分析,有效指導了4G網絡規劃,按照以終為始、聚焦價值、提高投資收益、建設精品網絡的目標,提升了4G網絡規劃的準確性、合理性。

4 結 語

TD-LTE是中國移動的未來,是網絡發展的方向,也是具有我國獨立知識產權的技術,對“TDLTE建設要全力以赴、保質保量保速度”。網絡規劃是網絡建設的基礎依據,應該堅持“以終為始”的理念,為網絡建設與網絡持續發展提供技術支撐。對于TD-LTE網絡而言,網絡結構對網絡質量具有決定性的影響,因此網絡規劃對于TD-LTE網絡的建設質量具有更為重要的意義,在TD-LTE網絡規劃中引入了大數據挖掘等新思路以保證網絡規劃的質量。高質量的網絡規劃為后期的網絡建設、優化運營提供良好的網絡基礎,達到事半功倍的效果。

該研究可實現工程建設“最前端——規劃”與“最末端——優化”的有機結合,在規劃期內有針對性地解決網絡結構問題帶來的網絡質量隱患,是LTE與2G/3G現網共站址、共RRU、同天線的情況下進行LTE網優化的有力助手。通過對2G、3G等現網數據的分析,預測TD-LTE的網絡性能和干擾解決方案,可以有效提高TD-LTE網絡規劃建設的質量,減少重疊覆蓋和同頻干擾,目前已在中國移動LTE一期、二期網絡工程建設中全面使用、對推動LTE一期、二期網絡工程建設保質保量保速度地完成任務起到了功不可沒的作用。

[1] 沈嘉.3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計[M].北京:人民郵電出版社,2008:36. SHEN Jia.3GPP Long Term Evolution(LTE)Technology Principle and System Design[M].The People's Posts and Telecommunications Press,1988,1:36.

[2] 先巴才旦.常見的無線電干擾及其規避措施探討[J].通信技術,2012,45(10):27-29. XianBaCaiDan.Common Prevention of Radio interference [J],2012,10:26.

[3] 王映民.TD-LTE技術原理與系統設計[M].北京:人民郵電出版社,2010:115. WANG Yingmin.TD-LTE Technology Principle and System Design[J].The People's Posts and Telecommunications Press,2010:115.

[4] 戴源,朱晨鳴,王強,等.TD-LTE無線網絡規劃與設計[M].北京:人民郵電出版社,2012:60. DAIYuan,ZHU Chen-ming,WANG Qiang.Radio Network Planning and Design of TD-LTE[M].The People' s Posts and Telecommunications Press,2012,6:60.

LIU Yi(1985-),male,B.Sci.,engineer,PM of TD-LTE item,majoring in TDLTE planning and optimization;

劉 珂(1976—),男,學士,劉珂,工程師,網絡優化規劃項目經理,主要研究方向為GSM/TD-LTE規劃優化;

LIU Ke(1976-),male,B.Sci.,engineer,PM ofGSM&TD -LTE,majoring in GSM&TD-LTE planning and optimization;

孔建坤(1971—),男,碩士,高級工程師,網絡部總經理。

KONG Jian-kun(1971-),male,M.Sci.,senior engineer, generalmanager of Network Department.

TD-LTE Network Planning based on Big-Data M ining

LIU Yi,LIU Ke,KONG Jian-kun
(CMCC Shandong Co.,Ltd.,Jinan Shandong 250001,China)

As for TD-LTE,network structure has a definite effecton the quality of LTE network,so network planning is of great significance to the contruction quality of TD-LTE.Aiming at the traditional LTE network planning and optimization with single data and in blind valuable hotspots,this paper innovatively proposes a big-data analyticalmethod based on the current users in 2G/3G network.Through multi-dimension evaluation system involving value evaluation,interference evaluation,and coverage evaluation and by introducing the new idea like big-datamining into this system to comprehensively guide LTE network palnning,the quality of LTE network construction is obviously improved,the ability of network optimization in various directions enhanced,and the investment return also raised.

TD-LTE;network planning;big data

date：2014-09-08;Revised date：2014-12-30

TN929.5

A

1002-0802(2015)02-0194-05

劉 毅(1985—),男,學士,劉毅,工程師,TD-LTE項目經理,主要研究方向為TDLTE規劃優化;

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.02.016

2014-09-08;

2014-12-30