浅谈GPS定位在网络优化中的应用

唐 刚

(中国电信股份有限公司河南分公司,河南 郑州 450008)

0 引 言

GPS是美国第二代卫星导航系统，该系统通过同时接收四颗卫星的信号,可得到所测目标的位置、速度及时间信息，同时,它可以有无限个用户使用[1]。卫星导航定位技术在测量工作中以其高精度、全天候、实时与高效率、不要求测站间通视、操作简单、并可提供全球统一的三维地心坐标、用途广等特点而著称，广泛地应用于导航定位、测绘、授时及遥感等领域。目前,除美国GPS系统外,欧盟GALILEO、俄罗斯GLONASS、中国北斗卫星系统等均在组建完善之中,多系统融合定位已是卫星定位技术发展的必然趋势,这对提高测量定位的精度、可靠性及效率将具有重要意义[2]，本文介绍了GPS定位技术在通信行业中进行网络优化的应用。

卫星导航定位技术在我国已经过了十多年的历程,其应用领域已十分广泛，通信行业用其做时间同步和进行网络优化[3]。在CDMA/GSM系统中,移动性管理是移动通讯系统最为复杂的一项技术之一,其主要原因为:1)因为无线通信环境的好坏和无线信号的复杂性会导致移动台频繁选择与网络联系的下行信号;2)随着网络的建设规模越来越大,涉及到网元的数量也越来越多,密度越来越密,规划要求也越来越高,导致信号愈加复杂、基站覆盖的重叠区增加、信号可选性增加;3)应用的业务种类越来越多,各种业务对移动性参数门限的要求不一致也导致了移动性愈加复杂。这三个主要原因是导致移动性管理复杂的主要原因。GPS导航定位技术在通信网络中主要是用于路测中的导航和基站的定位,网络规划优化中基站勘察定位,以及网络优化中的邻区距离的检查三种。本文着重讨论利用一种新的对现网邻区校正和增加路测的方法对现网邻区进行修正。

1 用GPS计算距离的基本原理

应用GPS定位技术测出服务区的经纬度,通过距离计算出路测扫频仪中高强度信号与服务小区之间的距离,考虑是否把扫描到的信号添加到服务区的邻区中,再通过与现网已经存在的邻区匹配比对,如果现网存在了,就不再增加,如果不存在,则需要添加上这些邻区。由于这些邻区是现场扫描得来,所以这些邻区的准确性比规划出来的邻区要高,这样可以增加切换成功率,同时减少邻区的数量,这中间必须要用到通过GPS计算距离和同步时间的功能才能得以实现。

移动台对移动信号的选择主要有两种过程:即小区选择和小区重选。小区选择是移动台开机时选择一个合适的服务小区的过程;小区重选是移动台在网络内重新选择一个邻区作为服务小区的过程。

2 测试方法

多少年以来,通信网络工程测试人员都是通过网络做好的规划数据库导入路测软件中,根据路测时各个相邻小区的信号情况和邻区电平及质量话务等情况,综合考虑对现网中邻区的添加和删减,具体实现方法如下。

用路测仪器对全网进行路测和扫频,同时用测试手机接收下行服务区信号,并记录下扫频的结果和服务区的统计结果,以便后续利用GPS对距离的计算和时间同步,检查定义的和未定义的全部邻区,主要测试设备及连接，如图1所示。

图1 测试设备及连接示意图

在4台仪器连接后,进行网内扫频和记录,把记录下来的结果再做后续处理,通过这样的数据处理,可以得到是否可以增加邻区的列表。

一般说来,手机接收到的信号会记录成文本或其他路测记录文件方式,频率扫描的结果也一样,主要不外乎像下面表1及表2的形式。

手机接收到的下行信号必有以下内容:时间,当前所在基站小区的LAC号,服务区CI,服务区覆盖信号强度;服务区频率BSIC等其他信息,只需要以上服务区的第一、二和四项。

扫描得到的下行信号必有以下内容:扫描到的频率,扫描到频率的BSIC.另外,测试软件还会把测试时的时间和经纬度加到记录文件中。

表1 路测记录与服务区统计结果

表2手机接收到的下行信号

如表1及表2所示,只要从表1及表2中取几个字段进行匹配,就能找出当前服务区需要添加的邻区的频率和BSIC码,再通过与现网当前邻区的频率比对,注意需加一个范围字段就是当前服务区所在的基站控制器中的频率或当前服务区的位置区中的频率(包括BSIC),就知道是否添加了此频率作为服务区的相邻小区。这中间还有一个邻区取舍过程,就需要用到经纬度,就是通过以上方法查到的需要添加的频率作为邻区后,需要进一步通过计算二者之间的距离来进一步缩小添加邻区的可能性,起到添加的邻区更加实用和准确的作用,因为无谓地大量增加邻区反而会增加切换失败的可能性，需要注意的是,上表中的时间必须取自GPS时间,以便对后续信号的处理做时间匹配。

通过以上方法得到的频率(包括网路色码和基站色码)与现网中的频率匹配查找此频率的经度和纬度以及基站识别号(CELLID),注意这时候一定要通过服务区缩小查找范围,方法就是只要加上服务区的所属地域范围,如哪几个位置区,哪几个基站控制器,这样就减少了出现同频率多个CI的可能性，即使这样,还是有可能出现2组以上结果的情况,这是因为现网中出现了同频率同基站色码小区的缘故，如出现这种情况,也没关系,这样做主要是为了尽量减小出现这种情况可能性。

3 服务区经纬度距离的计算

为了进一步筛选最优需要添加的邻区,可通过查找作为可选邻区频率的小区经纬度与当前服务区的经纬度,计算出二者之间的距离,从而进一步缩小添加邻区的可能性，计算方法如下:

下面的步骤可以排除掉冗余的同基站色码的邻区,那就是通过查到的做为可选邻区频率的小区经纬度与当前服务区的经纬度计算二者距离可以进一步筛选最优需要添加邻区,那么怎样通过2个基站的GPS来计算二者之间的距离呢,方法如下:

地球基本上近似一个球形,从赤道到极点平均地分为90个纬度,每个纬度之间的距离基本上是111.133 km, 随着纬度的升高,单位距离有微弱的减少或增加，在确定纬度条件下,单位纬度距离的计算公式为

纬度1°长度=111.133-0.559cos 2φkm,

式中，φ为纬度。

和纬度计算方式相比,经度的算法有很大的不同，因为所有的经线在南北两极交汇到极点,所以,纬度越高,单位经度的距离越小,到了极点,距离为零，一个经度之间的距离和根据经度所在的纬度确定的，在确定纬度时,单位经度距离的计算公式为

经度1°长度=111.413 cosφ-0.094

cos 3φkm,

式中，φ纬度。取值在0～90之间。

1)当φ取值在0～45时候,2φ的范围是0～90,这是cos 2φ的取值为正,所以, 当φ取值在0～45时候,随着纬度的升高,单位距离有微弱的减少;

2)当φ取值在45～90时候,2φ的范围是90～180,这是cos 2φ的取值为负,所在, 当φ取值在90～180时候,随着纬度的升高,单位距离有微弱的增加。

得到经纬度差以后,根据所在地区的纬度,计算出两点之间的距离公里数。φ的取值在0～90之间。另外,根据经纬度算出的距离是两点在海平面投影的距离,不含高度变化。 海拔越高,距离越长,但只要不是很高的山,增加的不会很大,这样算出来的距离十分精确。

通过以上距离计算出两个基站之间距离后,增加了判断是否增加邻区的条件,使增加的邻区更加合理，应避免邻区增加太多而造成切换问题。

以上方法看似复杂,实则简单,因为只需要通过GPS的定位计数和精确时间做几步数据处理就可以得到很精确的增加邻区的结果。

4 结束语

该方法对无线网络添加邻区的方法摒弃了传统的人工在地图上一对一的检查邻区的方式,以往要添加合理邻区,必须人工后续对路测文件进行分析,再结合基站地图,一个一个的在地图上通过检查当时的测试信号和切换情况决定是否需要添加邻区，由于全网基站很多,一般的中等城市就有1万个左右,邻区动辄十几万条,靠人工一个一个去检查是否漏做邻区不但耗时耗力,效率低下,而且添加的邻区不一定有，有可能会增加冗余邻区,而增加了冗余邻区反而会对网络质量带来负面影响。本方法是通过实际扫频的结果得到的围绕当前基站的最强基站信号添加邻区,通过数据处理得到的邻区(数据处理比上述传统方法大大节省时间,提高效率),而且是利用GPS计算距离的方法验证过,所以添加的邻区是必须要做的邻区,添加的邻区非常合理有效,可以说是对通信网络全网的漏做的邻区做一次检查,添加上了合理的未添加的邻区,增加了网络合理切换和成功切换的几率,从而提升网络质量,减少切换掉话,提高用户感受度,给移动运营商带来更高经济效益。

[1]曹 冲. 我国车辆应用系统的产业化前景分析和市场展望[C]//中国全球定位系统技术应用协会第6次年会,2001.

[2]KAPLAN E D.GPS原理与应用[M].2版.寇艳红,译,北京:电子工业出版社,2007.

[3]周儒欣. 卫星导航定位产业吸引力分析及发展对策[C]//中国全球定位系统技术应用协会第7次年会,2001.