隧道內4G網絡路測的方法及應用

張勇

摘 要：隨著4G網絡的發展，越來越多的區域需要使用帶有定位系統的網絡設備進行測試。在鐵路、公路線路上，部分地區隧道較多，GPS信號弱甚至沒有，電信運營商無法使用傳統路測設備進行精準測試。本文介紹了一種適合隧道場景的4G網絡路測的方法，能夠在無GPS信號的測試過程中實現全自動位置打點，有效提高路測精度及工作效率。

關鍵詞：4G網絡；路測；隧道內定位

中圖分類號：TN929 文獻標志碼：A

路測是通信行業中對鐵路、公路等路線無線信號進行測試的常用方法，通過測試得到無線信號數據和測試的路線圖，結合無線環境因素，分析得出路線上的網絡質量情況，同時，通過解決測試過程中發現的弱覆蓋、質量差、掉話、未接通/單通、雜音、切換失敗、越區覆蓋、頻繁切換、選擇和重選等問題，能夠有效提升用戶在該路線上的通信感知。為提高測試效率，測試人員一般都是坐在火車、汽車中，用專業的測試儀表對整個路段進行測試。目前全球定位系統（GPS）已經能夠為用戶提供非常精確的定位服務。然而，使用該全球定位系統必須要接受由衛星或天線發射的無線GPS信號，這對于無法接收到該信號或信號質量很差的隧道區域來講，則無法通過GPS信號來定位。

但是，4G運營商需要在無法接收GPS信號的特殊環境中完成定位信息，并對該環境中的4G網絡指標進行監測分析。為了能在鐵路、公路隧道中定位，并獲得與運動路徑對應的4G網絡的監測信息，需要一種能在缺失GPS信號的環境中獲得定位信息的方法及設備。

1 定位方法

通過采集到的原始數據，包括：GPS信號接收單元，用于接收GPS信號；陀螺儀，用于采集運動角速度信息；加速度計，用于采集運動加速度信息；氣壓計，用于采集大氣壓力信息。并利用無線通信單元，將原始數據信息傳送給數據處理單元，通過確定的位置坐標校正其他位置的坐標，從而計算出位置信息。該方法能在沒有GPS信號的區域確定物體的相對或絕對運動路徑。具體實現方法如下。

從有GPS信號的位置開始采集數據，GPS信號接收單元接收該位置的GPS信號，并采集運動路徑中的多個位置的數據，將相對或絕對運動路徑中的一個或多個位置的確定的相對坐標信息輸入數據處理單元。對于只有相對路徑的情況，數據處理單元根據該一個或多個位置確定的絕對坐標，計算其他位置的絕對坐標從而獲得絕對路徑；對于具有絕對路徑的情況，數據處理單元根據該一個或多個位置確定的絕對坐標校正其他位置的絕對坐標，如圖1、圖2所示。

2 路測設備

將定位方法形成設備，并與專業路測設備結合使用，主要包括3個組件。

（1）前端設備。用于室內室外自動路測數據采集，能同時進行TDD-LTE/FDD-LTE、GSM-R等10個以上網絡的路測及網絡數據采集。

（2）可基于平板電腦、智能手機、筆記本電腦等綜合網絡測試監控和后臺分析系統。實時查看和回放各個網絡測試的事件、信令、參數、GIS軌跡等；可現場實時統計測試的報表結果。可用于對路測數據的現場實時監控和評測/優化。

（3）類似于傳統自動路測的后臺分析系統。主要應用于網絡質量監測、優化效果評定、割接情況檢查、網絡優化分析以及日常網絡代維，能及時發現問題、分析問題，改善網絡服務質量。

3 具體應用

在青海某地連續隧道的高鐵線路上，能借助此定位方法設備提供的位置定位傳感器功能，非常準確地實時自動畫出4G網絡連續測試軌跡，且軌跡不會大幅中斷，以方便解決隧道特殊場景的位置軌跡自動定位、實時測試和現場分析的難題。具體情況如圖3所示。

圖3、圖4是TD-LTE網絡的RSRP與SINR的參數渲染圖，其中圖3是本方法設備自動打點軌跡線路，圖4是傳統路測設備打點軌跡線路。綜合功能性和數據準確性對比測試的結果，基本可以得出如下結論。

本文闡述的高精度定位算法及與之形成的路測硬件產品，定位精度能夠控制在1%以內，且能有效消除累積誤差，是適合鐵路、公路隧道的測試方案的綜合測試設備，可完全替代傳統路測系統在無GPS信號時的手工操作。同時，設備除能支持“測試模塊”接入方式外，還可通過USB口外接方式測試，獲得與手工路測系統一致的測試數據。

提供的實時后臺分析管理系統具有如下功能：詳細地圖監控和網絡質量分析（包括所有網絡的事件信息、信號電平/質量等參數信息都可在地圖軌跡上同時實時呈現，且按用戶意愿可隨意進行圖層偏移呈現…），能在iPad終端上實現直接制訂/編輯/下發測試計劃、直接出Word/Excel報表、ATU實時監控（事件、層2/3信令、信號電平/質量等參數、鄰區列表、告警等）、LOG現場回放分析（包括主被叫聯合回放分析）、測試LOG管理等，比較方便測試工程師現場分析定位網優問題，能滿足無線網絡巡檢/評估/優化/代維需求。可支持13個以上網絡同時進行對比測試和分析（13個網絡模塊可進行任意網絡制式及業務配置），支持多網絡多任務多運營商的對比測試和優化：GSM/GPRS/EDGE、CDMA IS95/CDMA20001X/EVDO、WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA+、TD-SCDMA/HSPA、WLAN、TDD-LTE/FDD-LTE等。

同時，該方法及設備也可應用到室內、電梯、樓梯等場景的測試和直觀軌跡顯現，并能按樓層、電梯、樓梯等場景直接輸出報表。

當前，運營商正在著手于建立良好的4G網絡，網絡的性能在今后的優化工作顯得越來越重，而現有的測試手段基本不能滿足精確測量信號的需求，所以需要有一個更完善的測試設備，來精確測試特殊場景內的無線信號。本文闡述的方法及測試系統能夠在無GPS信號路測中實現全自動打點，減少傳統路測中人為引起的測試數據誤差，更易于提高測試精度，提高人員工作效率。

參考文獻

[1]徐辛超，徐愛功，蘇麗娟.終端定位LBS系統設計與實現[J].測繪科學，2011，36（3）：193-194，189.

[2]裴凌，劉東輝，錢久超.室內定位技術與應用綜述[J].導航定位與授時，2017，4（3）：1-10.

[3]李昕，郭際明，章迪，等.基于多普勒測速的GPS單歷元動態定位算法[J].武漢大學學報（信息科學版），2018，43（7）：1036-1041.