一种组合的移动4G网络信号优化方法研究

王雪丽,宋启祥

(宿州学院 信息工程学院，安徽 宿州 234000)



一种组合的移动4G网络信号优化方法研究

王雪丽,宋启祥

(宿州学院 信息工程学院，安徽 宿州 234000)

随着TD-LTE和FDD-TE等4G移动通信户的快速发展，有效地帮助人们的智能终端和平板电脑实现百兆、千兆的数据传输。移动4G网络信号覆盖范围广泛，面临的通信环境也比较复杂，存在较多的高山、楼房、树丛等，这些都会削弱4G网络信号，造成数据传输中断，无法提供更好地信息化服务。因此，4G网络在运行过程中需要进行实时的优化，避免数据传输存在拥塞和终端等问题，以便更好地提升4G网络信号的覆盖范围和传输性能。详细地分析了移动4G网络的应用现状及4G信号优化存在的问题，提出了一种组合的网络信号优化模式，整合多种网络信号优化技术，强化网络优化效果，具有重要的作用和意义。

4G网络信号；组合优化；快速邻区规划；网络结构评估

随着移动通信技术的快速发展和进步，已经历蜂窝电话时代、GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)时代、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址)时代和TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)时代，建立了一个完善的移动通信系统，为人们提供语音通话、数据传输、短彩信发送等多种电信传输业务，提高了人们的信息化、智能化和共享化水平[1]。移动通信系统主要包括三个关键组成部分，分别是交换网络子系统、无线基站子系统、移动台[2]。交换网络子系统采用先进的光纤互联网进行部署，可以为无线数据传输提供强大的支撑；无线基站子系统可以为用户提供无线信息发射，通过在各个省市县区建设完善的基站，覆盖各个生活区域或专业市场，为人们提供强大的通信支撑；移动台主要是用户使用的终端，其可以接收或发送语音、数据等信息。网络优化主要是针对移动台和无线基站子系统之间的无线传输部分进行优化，以便能够更好的保证无线数据传输信号的良好性。

1 移动4G网络应用与优化存在的问题

1.1 移动4G网络应用研究

随着光纤通信、基带传输、大容量存储等技术的快速发展和进步，有效地促进了移动通信的普及和应用。目前，移动通信已经进入到4G时代，可以为用户提供更高的带宽，上行数据传输采用先进的SC-FDMA(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，单载波频分多址)技术，传输带宽能够达到50 Mbps，下行数据传输采用先进的OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)技术，传输带宽能够达到100 Mbps，已经成为目前商用的最为先进的语音和数据传输网络，可以有效支持高清晰视频资源、大型在线游戏等数据业务传输，满足各类型的终端云计算、移动计算、分布式计算需求，提高了人们购物、生活和学习的便捷性。新型4G移动通信网络可以大幅度降低终端数据峰均比，降低移动端的发射功能，可以最大化的延长智能手机的待机时间。另外，新型的4G移动通信具有较强的信道对称性，可以大规模的简化系统设计复杂程度，构建一个强大的顶层设计模式，更好的与国际4G通信制式兼容，保证国际漫游的正常性。4G移动通信整合了智能天线和MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术，可以提高移动通信在复杂场景中的自适应性，有效降低各个通信小区之间的干扰，提高小区通信切换成功率和传输可靠性，保证移动通信的性能[3]。

目前，4G移动通信已经在智能旅游、在线学习、电子商务、电子政务、金融证券交易等领域得到广泛普及，并且覆盖了我国大中小城市及乡村，构建了一个非常大的无线通信网络[4]。同时，4G移动通信在多个自动化生产环节得到广泛普及和使用，也引入了许多的先进设备，智能手机已经成为普及最为广泛的移动通信设备，开发了许多的应用软件。目前，基于移动通信的传感器可以实现生产车间、仓库温湿度的强大发挥，能够更好地实现相关的逻辑业务采集和管理，同时也可以实现信息传输服务，通过移动通信网络将信息传输给应用平台，进一步提升移动通信环境的用户传输效率，实现强大的操作服务传输和进步。

1.2 移动4G网络信号优化存在的问题

移动4G网络优化与传统无线网络存在本质的区别，4G网络的应用场景更加复杂，使用人数更多，信号的穿透力则变得更弱。通过对现有的4G网络信号优化进行归纳和总结，发现存在以下三个方面的问题：

1)移动4G网络初期建设过程迅速，因此建设过程非常粗放，许多基站是在2G、3G基站的原址进行升级改造，但是两种信号的传输距离、穿透力存在较大的区别，给4G移动通信信号的覆盖带来了较大的漏洞和缺陷。

2)4G是一种最新型的移动互联网技术，其采用强大的时分多址技术、高频天线处理技术，这些技术可以为用户提供强大通信处理支撑，但是先进的技术对障碍物的穿透能力较弱，因此无法覆盖相关的通讯死角，导致通讯存在弱覆盖、无覆盖区域。

3)传统4G网络优化技术非常单一，优化人员过度关注某一个指标，因此优化之后非常容易产生一个新的问题，那即是单一的提升某一个指标的通信能力，无法全面提升4G网络通信传输性能。

2 一种组合的4G网络信号优化方法

针对传统的2G、3G网络优化不适用于4G网络的情况，提出了利用组合优化思想，将多种网络优化方法集成在一起，整合形成一个多技术的优化模式。具体的组合优化模式采用的方法很多，包括快速邻区规划与优化、单基站性能评估优化方法、4G网络拓扑结构评估优化，形成一个更加强大的优化措施[5]。组合4G网络优化方法如图1所示。

1)单站性能评估

单基站性能评估可以保证每一个基站发射的信号都是有效的，能够传输4G移动数据。因此，4G网络信号优化过程中，优化工程师需要准确的、规范的、快速的确定基站的信号传输性能，具体的评估过程如下：通常情况下，RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)距离增加，4G移动信号将会逐渐变弱，单站性能评估可以利用基站附近的距离，更好的计算无线小区区间的RSRP平均值，这样就可以获取基站附近[0 m,100 m]和远处(100 m，400 m]范围的RSRP平均值，最后可以计算基站的远近比。单站性能验证也可以采用实际的模拟器，设置一个测试场景基准阈值，如果单站测试速率可以超过阈值，这样就表示单站性能良好，达到无线信号覆盖的标准。常用的4G网络上下行PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议)层数据传输平均速率需要超过25/65 Mbit/s，同时基站的SINR(信号与干扰加噪声比，Signal to Interference plus Noise Ratio)需要尽可能的低，这样才可以达到一个最优化的4G网络。单站性能评估经过多年的研究和改进，人们提出了更多的性能评估措施，并且引入了先进的大数据分析技术，更好地从海量数据中发现性能较弱的区域。

图1 4G网络信号优化组合方法

2)网络结构评估

网络结构评估可以更好地分析4G网络拓扑结构是否合理，比如评估任意两个基站的距离，查看两个基站的辐射是否全覆盖。通过对网络结构进行评估，发现网络结构存在的不足，提出利用微基站、直放站等构建多样化的异构网络，进一步的实现4G网络信号全覆盖。目前，基站距离的评估非常重要，也是查看是否覆盖4G无线网络的重要步骤，详细地分析了基站间距增大将会造成4G信号覆盖比较弱的问题，充分考虑基站倾角将会影响4G信号覆盖重叠度等问题，因此，原则上需要降低基站间的距离和基站倾角，以便能够提高4G信号覆盖能力，同时降低信号切换频率[6]。另外，由于许多4G基站建设在地理环境不同的地区，因此造成4G网络信号的强弱受制于山体、楼栋、河流等多个自然因素影响。为了能够更好地设计一个网络拓扑结构，决定采用先进的最近站平均值和测试点典型采样距离等准确计算和评估网络结构，这样就可以计算基站之间的无线覆盖程度，部署和构建多样化的4G网络，实现4G无线通信全覆盖。

3)快速邻区规划与优化

随着4G网络的兴起和建设，新开通的4G基站非常多，并且4G基站建设的非常频繁，如果一旦发现某一个基站信号覆盖存在死角或漏洞，利用VBA工具可以进行邻区规划，构建一个完善的数据同步和时钟信息同步，这样就可以实现快速邻区规划和优化。4G网络邻区规划与优化措施非常多，目前常用的邻区查漏方法为批量路测数据邻区查漏方法；邻区规划相关的方法包括基础邻区表检查相关的方法，这些方法可以有效的组合起来，快速的形成一个完善的快速邻区规划与优化模式。网络优化人员可以定期检查现网邻区或基础邻区运行现状，接着可以从数据中分析和发现缺陷、漏掉的邻区，使用VBA(Visual Basic for Applications)工具快速的构建一个移动通信网络信号辐射的相关模型，准确、可靠的计算每一个基站周边的关联度。接着可以对关联度进行排列候选邻区，从中选择一个关联度最高的，接着在缺陷邻区位置输入小区的坐标及发射方向，从而可以生成一个需要规划区域的基础邻区表。批量路测数据邻区查漏可以针对邻区运行的相关数据进行有效地分析，认真查询邻区数据是否完善，接着就可以使用自动化分析工具进行有效的数据分析和处理，大大的提高邻区规划存在的查漏效率。

为了能够更好的突出该算法的有效性，针对同一个网格区域的4G网络信号进行测试，测试结果显示采用组合优化方法，可以有效地降低通信掉话率，同时提高数据传输速率，客户投诉的次数也大规模降低，具体测试数据如表1所示。

表1 4G网络优化方法测试结果

3 结 语

随着移动通信的快速发展，人们已经进入到了4G无线网时代，提供了数以百兆或千兆的高速带宽，满足“互联网+”时期高清晰视频、多媒体音频等信息的传输。4G网络信号具有穿透能力弱、覆盖范围小等弱点，需要实时的统计和分析信号覆盖情况，以便能够对其进行优化，提高信号覆盖能力。4G网络信号优化手段也会随着应用得到改进，比如可以引入组合模式、数据挖掘方法等，从海量的基站建设、覆盖范围等数据中挖掘潜在的漏洞，进而精准的实现网络信号覆盖。

[1]耿迎春.4G网络面临的问题及优化方式之研究[J].通讯世界,2016,4(2):2-3.

[2]韩建华.4G环境下移动通信网络优化中数据挖掘的应用研究[J].移动信息,2016,4(2):116-118.

[3]陈红霞,张连星,杨业磊,等.4G环境下数据挖掘在移动通信网络优化中的运用[J].通讯世界,2015,20(18):93-94.

[4]李会志,袁超伟.移动通信网络KPI指标分类方法研究[J].信息网络安全,2014,14(12):56-60.

[5]李 勇.TD-LTE网络容量评估及优化方法的研究[J].广东通信技术,2016,36(7):44-47.

[6]周 维.基于数据统计的4G网络切换自优化方法研究[J].信息系统工程,2016,7(5):28-28.

(责任编辑 魏静敏 校对 张 凯)

Research on a combined method for mobile 4G network signal optimization

WANG Xue-li,SONG Qi-xiang

(College of Information Engineering,Suzhou University,Suzhou 234000,Anhui Province)

With the rapid development of TD-LTE and FDD-TE 4G mobile communication users,data transmission can effectively help the intelligent terminal and tablet computer to achieve fast and gigabit.4G mobile network signal coverage is wide and the communications environment is more complex that there are more mountains,buildings,trees,etc.,which will weaken the 4G network signal and result in data transmission interruption.So it means that better information services cannot be provided.Therefore,the 4G network needs to be optimized in real time in order to avoid the problems such as congestion and terminal,so as to improve the coverage and transmission performance of 4G network.This paper analyzed the application status of mobile 4G network and the existing problems of 4G signal optimization,proposed a combination optimization model of network signal to achieve the integration of a variety of network signal optimization technology and strengthen the effect of network optimization.

4G network signal; Combinatorial optimization; Fast neighborhood planning; Network structure evaluation

2016-01-19

宿州学院校级平台项目(2014YKF42)；安徽省教育厅优秀青年人才基金重点项目(gxyqZD2016345)；宿州学院产学研项目(2015HX023)；省级大学生创新创业训练计划项目(201510379131)

王雪丽(1984-)，女，安徽宿州人，助教，硕士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.017

TN929.5

A

1673-1603(2017)02-0179-04