一种自动识别越区覆盖动态提升TD-LTE下载速率的工具.docx

成果上报申请书
成果名称
一种自动识别越区覆盖动态提升TD-LTE下载速率的工具
成果申报单位
湖北移动
成果承担部门
/分公司
网优中心部门 / 分公司

成果专业类别*
无线
所属专业部门*
规划计划线条
成果研究类别*
新产品开发
省内评审结果*
优秀
关键词索引（3～5个）
路测 越区覆盖 重叠覆盖 动态稳定迭代 调整基站功率
应用投资
1万元（指别的省引入应用大致需要的投资金额）
产品版权归属单位
湖北移动
对企业现有标准规范的符合度：（按填写说明5）
中移技[2010]104号 TD-LTE网络性能测试规范
中移技[2013]24号 TD-LTE路测仪表技术规范——测试终端分册

成果来源：如果该成果来源于集团研发计划内项目，请填写研发项目年度、项目名称及类型；否则填写“计划外项目”（按填写说明6）
省内自立项目
专利情况：如果该成果产出相关专利，且专利处于国知局专利申请审查阶段或已授权，请说明专利名称、类型、申请号、状态、是否海外申请等情况。（按填写说明7）
一种自动识别路测越区覆盖小区场景并动态稳定迭代优化基站功率的装置
成果简介：简要描述成果目的和意义，解决的问题，取得的社会和经济效益。
TD-LTE同频组网情况下，重叠覆盖对下载速率影响严重，减小重叠覆盖度、提升下载速率即为本项目的目标。为了提升TD-LTE下载速率，就必须要减小重叠覆盖度，减小重叠覆盖基站的发射功率；但是一味的减小重叠覆盖、降低功率，又会使小区半径缩小，可能造成弱覆盖的产生，反而弱覆盖也会导致下载速率的降低。
因此，就必须找到既不导致弱覆盖、又不出现重叠覆盖的基站发射功率的最优解。本项目的目的就是运用动态寻优算法智能收敛出基站的发射功率最优配置。最终实现保证良好覆盖的情况下降低重叠覆盖度，提升用户下载速率。
通过本项目，在武汉汉口区域连续某几个簇进行了实验。应用本项目结果后，平均下载速率从25Mbps提升到30Mbps，提升幅度20%。

省内试运行效果：描述成果引入后在本省试运行方案、取得的效果、推广价值和建议等。
通过本项目，在武汉汉口区域连续某几个簇进行了实验。应用本项目结果后，平均下载速率从25Mbps提升到30Mbps，提升幅度20%。
由于可以使下载速率大幅提升，因此可以极大限度的满足TD-LTE建网初期移动用户的容量需求，在非容量热点区域可以进行F频段基站组网，在热点区域才考虑建设D频段基站。节省大量的D频段基站的投资。
测试
下载>20M占比
下载>40M占比
RSRP>=-100dBm比例
SINR>=-3dB比例
AVG RSRP
AVG SINR
平均下载速率
日期
功率优化前
64.68%
15.13%
98.68%
97.39%
-80.58
11.17
25.5M
功率优化后
86.46%
41.11%
98.50%
99.07%
-82.03
13.41
30.1M

文章主体（3000字以上，可附在表格后）：根据成果研究类别，主体内容的要求有差异，具体要求见表格后的“填写说明8”。
项目的目的和意义：
TD-LTE属于同频组网系统，与TD-SCDMA N频点组网相比，对重叠覆盖的容忍度更低，受重叠覆盖影响更大，当存在相同数目的重叠覆盖强邻区时， TD-LTE性能下降程度较TD-SCDMA高10%~15%。
在武汉密集城区进行了7个簇的连片DT测试，统计TD-LTE邻区信号RSRP在主服务小区RSRP-6dB范围内的路测点定为重叠覆盖路测点，该点上重叠覆盖邻区个数N+1定为重叠覆盖度。统计密集城区重叠覆盖度和下载速率的关系如下：

重叠覆盖的增加对下载速率的影响如下：
当重叠覆盖度从无重叠增加为2重叠时，平均下载速率下降50%。
当重叠覆盖度从2重叠增加为3重叠时，平均下载速率下降30%。
当重叠覆盖度从3重叠增加为4重叠时，平均下载速率下降24%。
当重叠覆盖度从4重叠增加为5重叠时，平均下载速率下降14%。
TD-LTE同频组网情况下，重叠覆盖对下载速率影响严重，减小重叠覆盖度、提升下载速率即为本项目的目标。
项目要解决的问题：
为了提升TD-LTE下载速率，就必须要减小重叠覆盖度，减小重叠覆盖基站的发射功率；但是一味的减小重叠覆盖、降低功率，又会使小区半径缩小，可能造成弱覆盖的产生，反而弱覆盖也会导致下载速率的降低。用户下载速率与基站发射功率的关系如以下正态分布图所示。

为了提升TD-LTE下载速率，就必须找到既不导致弱覆盖、又不出现重叠覆盖的基站发射功率的最优解。本项目的目的就是运用动态寻优算法智能收敛出基站的发射功率最优配置。最终实现保证良好覆盖的情况下降低重叠覆盖度，提升用户下载速率。
项目核心算法：
稳定性理论是19 世纪80 年代由俄国数学家Lyapunov创建的，它在自动控制、航空技术、生态生物、生化反应等自然科学和工程技术等方面有着广泛的应用，其概念和理念也发展得十分迅速。其核心思路是： 设系统的状态方程为x’ = f( x ,t),其中 x0 = 0 为其平衡态。若存在一个有连续一阶偏导数的正定函数V (x ,t),满足下述条件:
1) V ’(x,t)为非正定(半负定)的,则该系统在原点处的平衡态是一致稳定的；
2) 更进一步,若V(x,t)的定义域_为Rn,对任意的t0和任意x(t0)≠0,V’(x,t)在t>t0时不恒为零,那么该系统在原点处的平衡态是一致渐近稳定的,否则将仅
是一致稳定而非一致渐近稳定。此时,随着||x||→∞,有V(x,t)→∞,则该系统在原点处的一致渐近稳定平衡态是大范围一致渐近稳定的。
根据路测数据和小区覆盖范围来判断出存在越区覆盖的小区并进行功率调整，就是要找到功率配置的渐进稳定的最优解。如下为本项目总体的流程图。
绘制小区级Voronoi图（泰森图）

路测点邻接覆盖、越区覆盖聚类分析
结束
路测数据导入
开始
关联弱覆盖、重叠覆盖度，“邻接重叠”、“越区重叠”、“邻接弱覆盖”、“越区弱覆盖”场景

功率配置迭代寻优
是否非弱覆盖最优
是否非重叠覆盖最优
否
否
输出小区功率调整最优解

图1 精品网迭代算法流程图
1. 路测数据的导入
需要导入的信息有：
1) 路测数据文件；
2) 基站信息表。
2. 绘制小区级Voronoi图（泰森图）
如图2所示，基站1和基站2为相邻基站，对它们之间的连线3做垂直平分线4，采用同样的方式对基站1的相邻基站绘制垂直平分线4,就得到了围绕基站1的一个覆盖范围5,再根据小区6和同基站相邻小区7的方向角之间的角平分线切割覆盖范围5,就形成了小区6的覆盖区域9。对整个区域内的小区，进行划分，可以得到整个区域内各小区的覆盖范围。
图2 小区的覆盖范围
3. 路测点邻接覆盖、越区覆盖的聚类分析
结合小区的覆盖范围和路测数据来分析越区覆盖小区，如果根据路测点与主服务小区的连线穿越多个小区的覆盖范围，并且数量超过设置的越区覆盖判决门限，就判定该小区是越区覆盖小区。系统的识别算法主要步骤如下：
1) 提取单个路测点信息。
2) 绘制路测点和小区的连线。
3) 设定邻接覆盖层门限和越区覆盖层门限，其中越区覆盖层门限=邻接覆盖层门限+1；
4) 根据小区级Voronoi图切割算法，计算此连线穿越的小区的覆盖范围的数量N。
5) 如果N中有N1个在主覆盖区域中，记为N主覆盖；N2个路测点在邻接覆盖层门限中，记为N邻接；N3个路测点在越区覆盖层门限以上，记为N越区。则有：N=主覆盖+N邻接+N越区。
6) 判断路测点是否遍历完，如果还有路测点未分析，就返回到第一步，直到所有的路测点都遍历完。
图3为“邻接覆盖”路测点的分析示意图，道路上有一系列路测点，其中一些路测点与主服务小区的连线穿越了主服务小区覆盖范围0，到达了覆盖范围1,那么判定这些路测点为“邻接覆盖”路测点；

图3 邻接覆盖路测点的判别
图4为“越区覆盖”路测点的分析示意图，道路上有一系列路测点，其中一些路测点与主服务小区的连线穿越了主服务小区覆盖范围0、以及邻接覆盖范围1，到达了覆盖范围2,那么判定这些路测点为“越区覆盖”路测点；
图4越区覆盖路测点的判别
若定义邻接覆盖层门限为1，越区覆盖层门限为2。则越区“邻接覆盖”路测点范围如图5中绿色区域所示，“越区覆盖”路测点范围如图5中黄色区域所示。

图5邻接覆盖层、越区覆盖层
4.关联重叠覆盖度，辨识“邻接重叠”、“越区重叠”、“邻接弱覆盖”、“越区弱覆盖”场景
重叠覆盖度是指该路测点中最强信号RSRP-6dB范围内的信号个数。
若有路测点落入邻接覆盖层，则将邻接重叠的样本点数记为N邻接最强-6dB，则小区i的邻接重叠度记为ri，邻接重叠度=Ni，邻接最强-6dBNi，邻接；
若有路测点落入越区覆盖层，则将越区重叠的样本点数记为N越区最强-6dB，则小区i的越区重叠度记为ri，越区重叠度=Ni，越区最强-6dBNi，越区；
道路弱覆盖是指该路测点中最强信号RSRP<=弱覆盖门限范围内的信号个数。若取弱覆盖门限为-100dBm，则道路弱覆盖场景为RSRP<=-100dBm。
若有路测点落入邻接覆盖层，则将邻接弱覆盖的样本点数记为N邻接弱覆盖，则小区i的邻接弱覆盖比例记为ri，弱覆盖=Ni，邻接弱覆盖Ni，邻接；
若有路测点落入越区覆盖层，则将越区弱覆盖的样本点数记为N越区弱覆盖，则小区i的越区弱覆盖比例记为ri，弱覆盖=Ni，越区弱覆盖Ni，越区；

5.功率配置迭代寻优算法
设定全网路测的重叠覆盖度目标函数为：
F重叠=i=1ni*i重叠采样点数总采样点数
M弱覆盖=弱覆盖采样点数总采样点数
总体收敛目标值是求最小值的最优解
MIN（F重叠）=MIN（i=1ni*i重叠采样点数总采样点数），且保证M弱覆盖<10%
建立小区i到小区j之间的邻接、越区干扰矩阵：
Ri，j，邻接重叠度=r（1，1）邻接重叠度⋯r（1，n）邻接重叠度⋮⋱⋮r（n，1）邻接重叠度⋯r（n，n）邻接重叠度
Ri，j，越区重叠度=r1，1越区重叠度⋯r1，n越区重叠度⋮⋱⋮rn，1越区重叠度⋯rn，n越区重叠度
Ri，j，弱覆盖=r1，1，弱覆盖⋯r1，n，弱覆盖⋮⋱⋮rn，1，弱覆盖⋯rn，n，弱覆盖
按照稳定平衡理论，V’(x,t)在t>t0时不恒为零,那么该系统在原点处的平衡态是一致渐近稳定的。
因此，对于邻接重叠覆盖的迭代规则是：
若 ∂R邻接重叠(k)∂步长<0,∂R邻接重叠(k+1)∂步长<0,则从k到k+1步迭代中还未到稳定值；
若 ∂R邻接重叠(k)∂步长<0,∂R邻接重叠(k+1)∂步长>0,则k到k+1步之间已经到稳定值。
对于越区重叠覆盖的迭代规则是：
若 ∂R越区重叠(k)∂步长<0,∂R越区重叠(k+1)∂步长<0,则从k到k+1步迭代中还未到稳定值；
若 ∂R越区重叠(k)∂步长<0,∂R越区重叠(k+1)∂步长>0,则k到k+1步之间已经到稳定值；
总体迭代算法过程如下：
结束
开始
设定小区功率调整步长
设F重叠（最优）=现网重叠覆盖度

邻接弱覆盖<10%
越区弱覆盖<5%

是
否
输出小区功率调整全局最优解
F重叠最优=F重叠（k1，k2，……，kn）
R邻接重叠最优=R邻接重叠（k）
R越区重叠最优=R越区重叠（k）

R邻接重叠（k）<R邻接重叠最优且,<30%
R越区重叠（k）<R越区重叠最优且,<10%

R邻接重叠最优=R邻接重叠（k-1）
R越区重叠最优=R越区重叠（k-1）

功率k+1=功率k-步长

6．结果输出
通过迭代后收敛，得到“邻接重叠”、“越区重叠”场景下小区级的最优配置功率。通过对武汉汉口区域几个连续簇的拉网及最优功率配置进行迭代寻优解的策略。

小区CGI(*)
小区中文名
所属地区
最优参考信号功率
460-00-439724-3
王府井平安大厦-HLH-3
武汉
9
460-00-439807-2
大哥大酒店-HLH-2
武汉
9
460-00-438452-1
金源酒店-HLH-1
武汉
10
460-00-439869-3
站北新村59号-HLH-3
武汉
6
460-00-438839-1
信韵百分百酒店-HLH-1
武汉
10
460-00-438601-2
雄翔工业园-HLH-2
武汉
9
460-00-438272-2
鄂鸿电子-HLH-2
武汉
6
460-00-441524-1
75310部队-ZLH-1
武汉
12
460-00-439821-3
鸣天缘服饰-HLH-3
武汉
8
460-00-438292-1
监利驻汉办事处-HLH-1
武汉
9
460-00-438461-1
市政总公司-HLH-1
武汉
9
460-00-438585-2
将军花园-HLH-2
武汉
9
7．结果验证
通过本项目，在武汉汉口区域连续某几个簇进行了实验。应用本项目结果后，平均下载速率从25Mbps提升到30Mbps，提升幅度20%。
测试
下载>20M占比
下载>40M占比
RSRP>=-100dBm比例
SINR>=-3dB比例
AVG RSRP
AVG SINR
平均下载速率
日期
功率优化前
64.68%
15.13%
98.68%
97.39%
-80.58
11.17
25.5M
功率优化后
86.46%
41.11%
98.50%
99.07%
-82.03
13.41
30.1M

“成果上报申请书”的填写说明：
1、“成果专业类别”指：核心网、无线、传输、IP、网管、业务支撑、管理信息系统、市场研究、数据业务、数据网络、通信电源、空调、其他。
2、“成果研究类别”指：超前研究、新产品开发、相关网络解决方案、现有业务优化、其他。
3、“所属专业部门”指：完成该成果的单位在省公司或地市分公司所属的专业部门线条。可填写：规划计划线条、网络线条、业务支撑线条、管理信息系统线条、数据线条、市场线条、集团客户线条、其他。
4、“省内评审结果”指：优秀、通过。
5、“对企业现有标准规范的符合度”指：列举该成果使用并符合的中国移动统一发布的企业标准的名称和编号，详细描述该成果在现有的企业标准基础上所需新增的功能要求（如业务流程的改变、设备新增的功能要求等）。
6、成果来源指：如果该成果来源于集团研发计划内项目，请填写研发项目的年度、项目名称和类型（类型包括：集团重大研发项目、集团重点研发项目、省公司自立项目）。未列入集团研发计划的，请填写“计划外项目”。（集团研发计划可登录科技创新管理平台查阅。）
7、专利情况指：
1)类型：发明、实用新型、外观
2）名称：该成果申请专利的名称
3）申请号：由知识产权审查机构授予的该成果专利申请号
4）状态：申请中、已授权
8、“文章主体”：根据不同科技成果分类实施不同的主体要求，具体如下：
1）超前研究类成果主体包括：
ü 背景情况
ü 技术特点分析
ü 标准化情况
ü 其他运营商应用情况（可选）
ü 技术发展趋势
ü 引入策略分析
2）相关网络解决方案类成果主体包括：
ü 背景情况
ü 技术方案：概述、网络解决方案（如果涉及到网络方面的改造，信令改造，路由改造等，应有详细的描述）、设备及系统改造/建设要求、码号资源需求
ü 效果（解决了哪些问题）
ü 本省应用推广情况
3）新产品开发类成果主体包括：
ü 业务及功能简介：业务概述、业务主要功能介绍
ü 技术实现方案：包括业务实现组网结构图、相关系统（平台、终端）功能和要求、业务实现流程、码号要求等
ü 业务申请和开通：包括用户范围及业务使用范围、业务申请与注销等
ü 业务商务模式及资费：包括商务模式、业务资费模式、业务收费方式等
ü 市场前景分析
4）现有业务优化类成果主体包括：
ü 业务及功能简介：业务概述、业务主要功能介绍
ü 现有业务存在的问题：现有缺陷分析、解决问题的思路
ü 原有业务方案/流程：业务实现组网结构图、相关系统（平台、终端）功能和要求、业务实现流程
ü 优化后的方案/流程：业务实现组网结构图、相关系统（平台、终端）功能和要求、业务实现流程
ü 优化后达到的效果，产生的经济效益
5）其他类成果主体，参考1）－4）的成果主体要求，阐述清楚项目背景、实现方案、解决的问题、取得的社会和经济效益等。