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GSM无线网络优化中级教程
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价格：40积分VIP价：戈黔～一‘; 卜月代喊、砂「、教兴共成一；拭妊 奈滋汾｛芝盗眼报燕犷！奕 井左 中图分类号，学科分类号： 密级：公开 箕烈岁 论文编号： 4 夕林文鲜拿硕士学位论文 GSM 一 R 越区切换的网络优化专家系统 吴字 通信与信息系统钟章队教授电子信，急工程学院 名业师系姓专教院者科导养 作学指培 二零零九年六月 孟讥西弓西艾撇毙丫人，r 人饰尸入、尸、 簇鬓 羡戮咨 犷式岛、丫乏写护‘味 J ‘审知峪中宁，尸甲子夕 ：添 蕊；: ：蕊磊藕：；、；, , ：感蠢鑫森 口时从材军＂二} ｝众拼书一｝盗岑一 蔗盗京交了 气了尹争尹 硕士学位论文 GSM 一 R 越区切换的网络优化专家系统研究与开发 Research and development on expert system for GSM 一 R network handover optimization 作者：吴宇 导师：钟章队教授 北京交通大学 2009 年 6 月 /学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权 北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供 阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 、以低！/ 又声 拼日期：肖年石月｛多日 黔日期：冲‘月夕日 中图分类号：TN929 . 5 UDC : 62 1 . 39 学校代码：10004 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 GSM 一 R 越区切换的网络优化专家系统研究与开发 Research and development on expert system for GSM 一 R network handover optimization 作者姓名：吴宇 学号：07 1 20234 导师姓名：钟章队 学位类别：工学 学位级别： 教授硕士 学科专业：通信与信息系统 研究方向：无线宽带与个人通信 北京交通大学 2009 年 6 月 致谢 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的， 钟教授严谨的治学 态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。 在此衷心感谢两年来钟章队老 师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作， 在学习上和生活上都给予了 我很大的关心和帮助， 在做人和道德情操的培养方面为我树立了光辉的榜样。在 此向钟老师表示衷心的谢意和崇高的敬意！ 感谢无线通信实验室的朱刚老师、李旭老师、吴昊老师、金晓军老师、张小津老 师、蒋文怡老师、王猛师兄、马兆阳师兄、韩蕾同学在我学习和科研期间给予我 的热心帮助！另外也感谢我的爸爸和妈妈， 他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 业。 丫 中文摘要 摘要：随着我国 GSM 一 R 铁路移动通信事业的蓬勃发展，日益提高的列车速度 对于 GSM 一 R 网络的安全性和可靠性也有了更高的要求。采取快速而有效的网 络优化方法， 改善网络性能和服务质量成为铁路通信重点问题之一。当前智能型 网络优化工具的缺乏， 使得大部分优化工作必须依靠经验丰富的网络优化工程师 来完成， 工作效率相对较低， 而且现有网络优化工具往往只针对网络优化工程中 的某些特定领域， 无法整合成统一的系统和最佳优化效果。本文将人工智能中专 家系统技术和铁路 GSM 一 R 移动通信网络优化技术相结合，设计并开发越区切 换智能网络优化工具， 创新性地将专家系统引入网络优化领域，对于高速铁路的 网络优化具有重要意义，同时也是铁路网络优化技术发展的大趋势。 GSM 网络专家系统是人工智能在 GSM 网络优化应用中的一个分支，并已经开始 实际的研究和应用。 系统通过建立合理的无线网络优化知识库，运用有效的推理 机制，针对网络中存在的越区切换问题，提供定位故障的解决方案，分析网络运 营数据，向网络优化人员提供合适的优化建议。当前 GSM 一 R 网络中尚无相关 的系统，因此 GSM 一 R 网络专家系统是基于 GSM 一 R 的应用和研究的新领域。 本文借鉴 GSM 网络专家系统的经验，设计出针对 GSM 一 R 越区切换网络优化的 专家系统模型，论文对模型中各功能模块给出了详细设计流程，并且利用 VC 开 发平台完成了软件功能开发和测试。系统使用了多种自主设计的网络优化方法， 并融合 GsM 一 R 网络接口监视信令分析系统、Google Earth 地图、场强测试， OMc 一 R 数据解析等多种网络优化分析手段，大大增强和丰富了系统对切换故 障的分析能力。 在论文的最后对系统进行检验和测试，证明系统的正确性与实用 性。 关键词：GsM 一 R ；专家系统；越区切换；Google Earth 分类号：TNgl 9 . 5 AB STRACT ABSTRACT : As China , 5 high 一 speed railway development , GSM 一 R 15 becoming the main connnunication system for high 一 speed railway . In the same way , high 一 sPeed railway requires high safety and reliability for communication . To take raPid and effective methods ofnetwork optimization to imProve network performance and service quality has become the focus concems of railway communication . Because of lack of smart tools for network optimization , the GSM 一 R network optimizationr 阴 St rely on the many of experienced engineers to solve the network problems . As a result , curreni network optimization 15 in low efficiency . Alld the tool for network optimization often works for certain specific areas , can not be integrated into a unified system . Combining artificial intelligence and GSM 一 R network optimization technology 15 of great significance for producing an inielligent network optimization tool .Expert system 15 the general trend oftechnological develoPment for GSM 一 R network optimization . Expert system 15 a branch of artificial intelligence , which 15 widely used in projects . The system constrUcts knowledge base of wireless , uses effective reasoning mechanism and combines today ' s hottest network optimization teclmology of GIS to solve handover issuers of GSM 一 R network , to provide aPpropriate recommendations for staffs . There are no related systems in current GSM 一 R network , 50 it 15 a new field to research Expert system in GSM 一 R . This article refers strUcture of expert system of GSM network optimization to design and develop GSM 一 R handoff optimization expert system on the platform ofVC tools , and gives detailed process of each fonction module of system . System designs some methods of handover optimization , and combines with the current GSM 一 R signaling interface monitor system , Google Earth , strength tests . At last the avaliability and Reliability ofthe system are tested in thepaPer . KEYWORDS : GSM 一 R ; exP Google Earth CLASSNO : TNglg . 5 目录 中文摘 要．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. , ．? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? iii ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. ，? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . ．? ? iv 1 弓｝ 言．. . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 1 1 . 1 综 述．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 1 1 . 1 . 1 本课题研究背 景．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 1 1 . 1 . 2 国内外研究现 状．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 2 1 . 1 . 3 GSM 一 R 网络优化专家系统发展方 向．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ?3 1 . 2 本论文研究意 义．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. ． ? ，. , . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 4 1 . 3 论文内容与结构安 排．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 5 2 GIS 辅助 GSM 一 R 网络优 化? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 6 2 . 1 KML 的实现和功 能．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 6 2 . 2 Google Earth 辅助 GsM 一 R 网络优 化．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 7 3 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统设 计．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ro 3 , 1 专家系统基本机构与功 能．. . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，． ? ? ，? ，. , . , . . . ．? ? 10 3 . 1 . 1 专家系统结 构．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 10 3 . 1 . 2 专家系统工作过 程．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 11 3 . 1 . 3 专家系统推理技 术．. . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. , . , . ．? ? ，? ，. . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，? ? 12 3 . 1 . 4 专家系统知识 的获取和表 达．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 13 3 . 2 GSM 一 R 越区切换网络优化专 家系统模型．. . . . . . . . . . . . . ．? ? ，, . , , . . . . . ．? ? 14 3 . 2 . 1 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统结构设 计．. . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 14 3 . 2 . 2 GSM 一 R 越区切 换优化专家系统处理流程．? ，. . . . . . . . ．? ? ，. . . ．? ? 巧 3 . 2 . 3 GSM 一 R 越区切换优化专家系统知 识．. . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . ．? ? 16 3 . 2 . 4 GSM 一 R 越区切换优化专家系统推理机 制．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 20 4 越区切 换优化专家系统开 发．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 22 4 . 1 系统功能模块划 分．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ?22 4 . 2 功能模块之间关 系．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. , . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 24 4 . 3 系统主要功能模块技术研究和设 计．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 24 4 . 3 . 1 切换信令分析模 块．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 24 4 . 3 . 2 OMC 一 R 网络优化指标检查模 块． . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? . 26 石 4 . 3 . 3 干扰检查模 块．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ．? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 29 4 . 3 . 4 覆盖检查模 块．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 4 . 3 . 5 切换仿真检查模 块．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 43 4 . 3 . 6 专家知识库维护模 块．. . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 47 4 . 4 系统中进 程和线程的划 分．. . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 47 4 . 4 . 1 进程的 划 分．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．一 48 4 . 4 . 2 线程划 分．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ? 48 4 . 4 . 3 线程之间通信方 式．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 49 4 . 5 数据库设 计．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ? ? 49 5 越区切换优化专家系统的应用 与测 试．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . ．? ? 51 5 . 1 与越区切换优化专家系统功能相关 测试案例．. . . . . . . . . . ．? ? ，二，．? ? ，. , . 51 5 . 2 系 统功能模块测 试．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 52 5 . 2 . 1 系统初始化．. . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ， 二，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ．? ．? ? ? ? ? ? ? 52 5 . 2 . 2 切换信令优化 功能测 试．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 53 5 . 2 . 3 覆盖检 测功能测 试．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 57 5 . 2 . 4 干扰检测功能测 试．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 63 5 . 2 . 5 切换仿真功能测试，二，. . . . . . . . ．? ? ， 二，, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 66 5 . 3 系统功能测试小 结．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 70 6 结束 语，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 71 6 . 1 论 文工作总 结．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 71 6 . 2 展 望．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 72 参考文 献．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? 73 作者简 历．. . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. , ．? ? 75 独创性 声 明．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ?76 学位论文数据 集．. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，? ? ，. . . . . . . . . . . . . . . . ．? ? ，. . . ．? ? ? ? ? ? ? ? ? 77 引言. 1 综述 本课题研究背景 2003 年 6 月至现在，青藏、大秦、胶济、武广、石太等多条使用 GSM 一 R 网 络的铁路专线相继建成， 网络优化工作就成为网络维护的主要工作之一。在前期 的青藏、大秦线的网络优化过程中，对于采用同站址双网的 GSM 一 R 网络以掉 话分析为主线，从干扰、覆盖、切换、天线等多个角度进行详细优化工作，取得 了显著的效果。在后期的网络建设中，多采用单网交织覆盖的方式，网络可靠性 提高，但是网络优化仍然是必不可少的一环。 当前 GSM 一 R 网络常用优化工具及其应用范围如下： ( 1 ）测试接收机（场强测试软件）、测试模块（QoS 测试软件）、测试手机（路 测软件） 便携式频谱分析仪、 、 GPs 接收机。 主要应用在对铁路沿线场强、 Qos 指 标以及信号接收质量（RxQual ）、切换（Handover ）、时间提前量（TA ）、 三层信令和控制信道（BCCH ）、相邻小区的信息等进行相关测试。 ( 2 ）网管后台分析处理软件。主要应用在分析 OMC 一 R 管理数据，监控系统 的正常运行。 ( 3 ）接口监视系统。主要应用在于对 A 接口、Abis 接口、PRI 接口监视系统 对信令进行监测及统计分析。 ( 4 ）信令仪。采集不同用户、不同接口、不同信道的信令数据、对信令进行解 码分析。 如何将上述的优化工具形成一个整体，发挥每种工具各自的特点，尽量全面的把 握网络的状态是当前网络优化鱼需解决的问题。当前 GSM 一 R 网络优化是指对 正式投入运行的网络进行数据采集和分析，找出影响网络质量的原因，修改调整 系统的参数，逐步改善系统的性能，使得网络运行达到最佳状态，如此反复不断 进行，最终使现有网络资源获得最佳效益。 GSM 一 R 网络优化流程如图 1 一 1 所示： 系统调查 运行数据采集、场强和 Qos 指标测试、用户申告、小区频率规划核查等 数据分析 通过系统评估的标准，对网络数据进行分析，正确评价网络 Y 卫S NO 是否符合要求系统调整制定优化方案并实施 图 1 一 1 GSM 一 R 网络优化流程 Figurel 一 1 GSM 一 R ne 枷 ork optimization process 在 GsM 一 R 网络优化中，通过对通信掉话的统计来看，切换失败引发的通信掉 话占了所有掉话的一半以上，因此对于切换过程的网络优化是 GsM 一 R 网络优 化的主要内容和重中之重， 对越区切换的处理和优化对提升整个系统的有效性和 可靠性有着很大的作用。当前对于 GSM 一 R 越区切换网络优化的研究方法有： 接口信令分析：分析 A 接口、Abis 接口等切换掉话中异常信令过程，对照 3GPP 规范，分析切换失败原因：测量报告分析：分析测量报告中电平和误码率有无异 常情况，分析切换失败原因；信令仪解码：对关键的信令的解码数据查看，查看 码元中是否有异常状态提示； 频率规划分析：分析小区的频率规划中是否有同频 和邻频干扰情况，从理论上予以计算。 1 . 1 . 2 国内外研究现状 近年来， 国内外许多学者致力于移动通信的专家系统研究。研究方向主要集中在 移动通信网络优化专家系统结构组成、知识表达和知识获取方法、推理技术、数 据挖掘技术、二次开发功能和 015 显示等。文献［4 ］、［5 ］、 ［61 、［22 ］ 介绍了 oSM 网络专家系统的组成结构以及各部分的功能，将人工智能中专家系 统模型结合 GsM 的网络优化工作，设计出 GsM 网络优化的专家系统模型。文献 【 7 ］、【 s ］、【 9 ］、主要从专家系统的推理机设计角度出发，设计实 现不同性能的推理机制， 但是对于推理机的具体实现细节介绍不够清楚，而文献 ［9 】 则补充了这方面的不足，详细介绍了推理机的实现细节，文献［12 ］进 一步补充了基于案例的推理机制。文献【 15 ］、 研究了专家系统中知识获取和表达方式。文献［l ］、L2 ］、L3 ］介绍 Google Earth 在移动网络优化中的应用。文献［16 ］、【 17 】 则介绍了网络优化专 家系统未来的发展方向。 当前 GSM 网络和 CDMA 网络己经将专家系统这一理论和 技术，应用到移动网络优化中。世界上，许多厂家甚至运营商都在研究和开发了 相关软件系统。总体来讲系统具有如下特点：针对性强、知识量大、采集数据量 大、具有一定的启发性、具有一定的透明度、知识库可扩展性强、可靠性强等。 专家系统是一个综合性能分析平台，能够基于 OMC 的参数配置信息、各种性能 数据、 切换数据和告警等大规模数据信息进行广泛深入的智能化分析，在此基础 上完成丰富的数据查询、统计计算、图形化显示、网络规划、问题查找以及报表 输出等功能，协助工程师快速高效的实施网络质量评估和性能优化。 目前主要应用的 GSM 网络优化专家系统包括：移动通信网综合专家系统 ZXPOS CNOI ，广东省电信规划设计院开发的 GSM 网络专家系统 NES for GSM , 北京邮 电大学的 GSM 移动电话网网络优化专家系统，北京航空航天大学软件开发环境 国家重点实验室与安联信移动通信网络优化公司合作，研究开发的基于知识的 GSM 网络优化决策支持系统等等［l6 ］。 由于 GSM 一 R 网络应用于铁路通信，不像 GSM 网络有庞大的用户群，并且对网 络的要求也不同。因此针对 GSM 一 R 网络优化专家系统尚且没有应用和研究， 本文就是利用现有 GSM 一 R 网络优化手段来设计开发 GSM 一 R 网络优化专家系 统。. 3 GSM 一 R 网络优化专家系统发展方向 移动通信领域的网络优化同时也是一个正在发展中的技术领域， 智能优化软件依 赖于数据挖掘、 专家系统等人工智能领域的发展和实际工程经验的积累。当前网 络优化的智能化发展趋势分三个阶段［' 7 ] ：第一阶段是初级阶段能够结合专 家知识，对系统的统计数据和信令进行简单分析。在地图上，把基站配置信息、 话务统计数据和基站关联起来。第二阶段是中级阶段，能够利用 GIS 平台，能 够将系统信息多角度，灵活多样的图标显示。第三阶段是高级阶段，提供脚本化 的系统容器，用户可以利用脚本语言修改系统功能。GSM 一 R 网络越区切换专 家系统发展方向如图 1 一 2 所示。 黔硫哗愕本化井 结合 GongleE 时 h 平台 Excel 报表、绘图功育溅系信息非常直观的反映到软上 来、 鹦 迄曝 用户可以自定义基于原始话务统计数据的新 统计项和统计公式，并提供了电子地图功能。 图上，把基站配置信息、话务统计数据和基站关 起来。另外，还提供了简单的专家系统功能舀 图 1 一 2 专家系统发展方向 Figl 一 2 the development ofexp 叭 system 1 . 2 本论文研究意义 本论文研究的意义有以下几个方面： 第一， 将粗放型的网络优化方式转换成集约型的网络优化方式。目前的 GSM 一 R 网络优化工作， 主要依赖于个别技术人员的经验，靠人来对繁杂的网络数据进行 及时的分析和对比， 这种粗放型的网络优化方式有较多的重复性工作，不利于知 识的延续。 而专家系统能够将网络优化工程师的经验移植到计算机平台，大大提 高了知识的重复利用率，实现了网络优化的系统性、连续性。 第二，引入人工智能专家系统理论，充分发挥计算机对于网络优化的帮助作用， 将网络优化提升到智能型的工作高度。 人工智能是当前计算机智能化的一个集中 体现，因其特殊的体系结构，使得系统内部各功能模块紧密联系在一起，减 少了人为干扰的因素，提高数据处理速度。GSM 一 R 越区切换的网路优化借鉴 人工智能的结构体系， 利用计算机的数据挖掘技术，从庞大的网络数据中截取有 用信息，提高数据筛选的效率。 第三，将各种网络优化工具高度整合。借助专家系统模型，找到了一种将当前的主要网络优化手段和网络数据高度整合在一起的方法。能够将信令分析、测量报 告分析、干扰分析、覆盖分析、切换参数分析、GoogleE 叭 h 网络优化分析、 OMC 一 R 分析结合在一起的综合分析方法。 第四， 提出并实现了多种越区切换掉话优化的方法。实现了多种以前未曾使用的 切换优化方法：例如利用切换仿真来分析切换参数、利用 GoogleE 叭 h 来指导 覆盖检查、同频和邻频安全距离计算显示等。 1 . 3 论文内容与结构安排 本文在研究专家系统和越区切换理论的基础上，将人工智能和切换优化相结合， 设计和开发了 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统。 论文主要内容如下： 第一章介绍 GSM 一 R 网络优化发展状况和移动通信专家系统国内外发展状况。 第二章介绍 Gls 系统对 GSM 一 R 网络优化的帮助。 第三章借鉴专家系统的理论结构，设计 GSM 一 R 越区切换专家系统的框架结构 和各部分功能。 第四章介绍专家系统开发过程中各模块的设计流程和理论指导。 第五章系统各功 能模块测试和整体功能测试。 第六章对论文主要工作进行总结。 2 GIS 辅助 GSM 一 R 网络优化 移动通信是 Gls 应用的一个新领域，基于 GIS 技术的电子地图、三维工程地图 为工程建设和无线网络优化提供了极大的方便，既节约大量的资源，又提高了分 析的准确性和工作效率。 Google Earth 作为最热门的 Gls 技术，在网络优化中发挥了重要作用。它是全 球地理信息系统搜索软件，可以方便的搜索到地球上任意一点。利用 Googie Earth 能够解决基站覆盖目标不明确、路测数据与地理环境脱节等一系列问题 ［5 ］。引入 Gis 辅助专家系统，是 GSM 一 R 越区切换专家系统的基本要求。 当前，Gls 系统对于网络优化起到了越来越大的帮助。第一，网络优化的工作人 员可以借助 Gcogle Earth 来观察实际的地形地貌，无需实地考察，便可以观察 基站附近的无线环境， 获得较为准确、 固定和全局性的信息， 节省了成本和时间； 第二， 对于数据的显示和表达更加的生动和形象，将枯燥的数据表达转换成生动 的图像表达，更加直观，易于分析；第三，KML 脚本开发工具，使得基于 GIS 平 台的二次开发非常方便，利于网络优化功能的扩展。 2 . 1 KML 的实现和功能 KML ( Keyhole Markup Lan 邵 a 罗），是一种 Google 公司开发的、基于 XML ( extensible Markup Language ）语法和文件格式的、用来描述和保存地理信 息的编码规范。KML 在吸收和借鉴 oGc ( OPen oeospatial consortium ）制定 的 GMl ( GeograPhy Markup Language ）标准的基础上，舍弃地理模型中拓扑 关系的描述，精简描述元素，使用一种基于标签（t ags ）的语法格式来描述地 理信息，使 KML 文件在 GoogleEarih 的显示过程与 HTML 网页被浏览器处理过 程类似，即利用 KML 标准形成的 KMI 文件是通过 GoogleEarth 浏览器表现出来的。Google Earth 辅助网络优化是通过编写 KML 文件来实现的。具体做法是通 过编写程序指定观察某个坐标、地形、建筑物上的三维视图，在具体的某个地形 地貌的基础上来显示基站的覆盖半径、小区扇区、场强覆盖、邻区规划和站点选 址规划等小区的基本信息。KML 文件相当于 Google Earth 的二次开发脚本，能 够根据网络优化的需求， 结合地理信息系统完成二次开发， 指导网络优化的开展。 2 . 2 Google Earth 辅助 GSM 一 R 网络优化 Google Earth 在场强覆盖检查、邻区干扰规划和优化、覆盖半径检查、基站站 址规划和小区扇区显示等方面都有帮助作用［' , 2 , 3 ］。 ( l ）路测图生成 路测是日常优化中必须的工作， 是主动发现网络问题的方式，路测数据的分析也 尤为重要。 仅仅分析采集到的数据是无法全面的对问题下结论的，需要结合无线 地理环境， 除一些特殊的环境， 比如山体、 高楼等熟为人知外， 其他的并不确定， 尤其是测试人员和分析人员分离时，这一点显得尤为突出。 论文采用 vC 结合 Google Earth 的方法来生成路测图。首先根据得到的某个范 围内的路测结果导入到指定格式的 excel 表格中。一般来说路测图需要的主要 指标为小区名称、基站经纬度、场强值等基本信息。有了这些基本信息，路测图 就可以显示在地图上。 除此以外，一般需要指定不同的场强范围的颜色标记和形 状标记。表 2 一 1 为需要的基本路测信息表格： 表 2 一 1 基本路测信息 TableZ 一 1 the basic infon 刀 ation ofdrivetest 有了路测信息以后， 借助 vC 平台， 编写生成路测图的 KML 文件， Googte Earih 即 可以识别的脚本文件，脚本文件使用 Google Earth 客户端程序打开，就可以看 到路测信息了。图 2 一 1 为路测效果图。Site No Site Name RxLevel DQ14 A 一 60 DQ15 B 一 61 DQ16 C 一 60 DQ17 D 一 61 DQ18 E 一 59Longitude 1 13 .
. 34834Latitude 40 . 07888 40 . 1 40 . 12433 40 . 145 40 . 15858图 2 一 1 路测效果图 FigZ 一 1 the effect of 面 ve test ( 2 ）小区覆盖规划和干扰优化 Google Earth 能够辅助小区覆盖规划和干扰优化工作。覆盖规划和频率干扰规 划一般是由厂家和第三方维护商来做，对当地的地形不一定很熟悉。而做覆盖规 划和频率干扰规划的时候，哪些地方有山体阻挡，哪些地方有河流，哪些地方有 沙漠，哪些基站覆盖比较远比较高，这些关键因素都需要了解。 覆盖规划的具体实现方法是： 根据无线传播模型计算小区覆盖距离，导入该小区 的经纬度，按照小区覆盖半径标出小区的覆盖情况。在小区的覆盖范围内，如果有山体阻隔等现象造成的覆盖不足可以通过 GoogleE 叭 h 查看。同样，Gcoglo Earth 也可以查找干扰小区信息。首先搜索地图上距离较近的同频同 BSIC 的小 区信息， 然后计算同频和邻频的安全距离（即在什么范围内不会产生同频和邻频 干扰），这样就能够判定在某个位置是否存在干扰［23 】 。 ( 3 ）基站信息查看和扇区图 Google Earth 可以直观且及时的查看基站信息。在小区比较密集的地区，网络 优化人员直观的查看各小区的设置和邻小区的对比工作，减少了工作量；另外， 由于基站的参数经常作出调整，在多次调整以后，Google Eartll 可以随时更新 小区数据，这是人工网络优化所不能比拟的。 图 2 一 2 是一个基站信息的显示和扇区显示界面。基站信息表格几乎包含了所 有常用的网络参数。GIS 辅助 GSM 一 R 网络优化 图 2 一 2 基站信息和扇区显示界面 FigZ 一 2 the interface to display cells and their basic information3 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统设计 3 . 1 专家系统基本机构与功能 专家系统是将人类的工程经验以知识库的形式存入计算机， 并模仿人类解决问题 的思维过程和推理方式，运用这些知识和经验对现实中的问题作出决策和判断。 在专家系统中， 解决问题的知识不再隐含在程序和数据结构中，而是单独一个知 识库。它使得传统的“数据结构＋算法＝程序”的应用程序模式发生了变化，更 改为“知识＋推理＝系统”。 3 . 1 . 1 专家系统结构 一个常规的专家系统（图 3 一 1 ）主要是由知识库、推理机、数据库、知识获 取以及人机接口组成。原理是将网络优化原理、专家经验收入知识库，将收集到 的各类网络数据存入数据库，使用推理机对其推理判断，做出决策，最后给出优 化建议供优化人员参考使用［4 , 5 ］。 知识库即规则集， 是专家系统的核心之一，其主要功能是存储和管理专家系统中 的知识。知识库中存储的知识有两种类型：一类是相关领域中公开性的知识，包 括定义、公理等；一类是专家的个人知识，称作为启发性知识。 推理机的主要功能是协调控制整个系统，决定如何选用知识库中的有关知识，对 用户提供的数据进行有效推理， 最终对用户提出的问题进行回答。综合数据库是 专家系统中用于存放反映当前状态的事实数据场所。其数据包括用户输入的事 实、 己知事实和推理过程中得到的中间结果等等。它们反映系统要处理问题的主 要状态，是系统操作的对象。 人机界面负责把用户输入的信息转换成系统内规范化的表示形式， 然后把这些内 部表示交给相应的模块去处理。 曰巴鹦电 l 推理机 人机界面 知识库 综合数据库 知识获取 专家 专家系统 图 3 一 l 专家系统结构 Fig3 一 1 the structore ofexpertsystem 3 . 1 . 2 专家系统工作过程专家系统的工作过程如图 3 一 2 所示： 用户通过人机界面向系统输入需要处理的原始数据，系统读取原始数据后，将原 始数据转化成推理机所识别的推理数据，推理机根据推理数据和用户要求，查询 知识库模块。 首先进行基于案例的推理，即对比已有的案例能够推理出当前原始 数据案例， 如果可以根据己有案例的知识和结论推出新案例的结论，则将己有案 例的结论使用到新案例上； 如果没有则按照基于规则的推理，即按照知识库中保 存的理论知识进行推导得出结论。当知识库中需要查找相关知识的数据，则求助 于数据库。或者当用户添加新的知识后，知识库可以查找新的知识源。最后将新 案例的结果送到综合数据库中保存下来。通过用户界面呈现给用户［6 , 7 ］。系统日志管理 推理状态数据库 解移工具 湍州知识库撬 知识库检查工具 沐了专家知识 原始数据数据库 知识增加工具 （普通界面或 WEB 浏览） 图 3 一 2 专家系统工作流程 Fig3 一 2 the fiow chart ofexp 橄 System 3 . 1 . 3 专家系统推理技术 目前的专家系统采用两种基本推理技术，即基于案例的推理（CBR ）和基于规则 的推理（RBR ）。规则通常包括两种情况：一方面是相关领域中公开性的知识， 包括领域中的定义、事实和理论；另一方面是专家的个人知识，它是专家在长期 业务实践获得的一类经验，称作为启发性知识。 CBR 方法是一种基于过去的实际经验或经历的推理， 它通过在案例之间检测相似性，根据已有案例的事实和知识，推断出新案例应具有的事实和知识。它适用于 没有很强的理论模型、 领域知识匾乏且不容易形式化描述，而领域经验较为丰富 的场合。RBR 方法是通过前因后果链（如规则链）导出结论的一个过程。它适应 于领域知识比较丰富且容易形式化描述的场合， 而且可以方便地为缺乏领域经验 的人提供学习领域知识的途径。具体到诊断领域，多采用 RBR 方法。又由于征 兆与故障之间、故障与解决方案之间、各种故障之间的关系比较复杂，一般采用 规则与案例相结合的推理策略，即对一个新问题，首先启动基于案例的推理，如 果未发现以前有类似问题求解，则转向基于规则的推理［8 , 9 ］。 图 3 一 3 是一个典型专家系统推理过程： 人机界面 案例输入 目标案例 学习与库维护 案例库 案例检索 规则库 满足 存储案例 是厕赢咧 输出推荐结果 图 3 。3 专家系统推理技术 Fig3 一 3 the teclmical constitution ofexp 峨 system 3 . 1 . 4 专家系统知识的获取和表达 知识的表达是知识符号化的过程，是构建专家系统的重要环节。专家系统的复杂 性决定了知识体系的复杂性。 专家系统对于知识表达具有很高的要求。一般来说 知识库包括了领域知识和系统知识两个部分：领域知识是领域专家经验的总结， 直接反映了问题和解答之间的关系。 每个领域知识作为一个独立的知识单元用一 个框架来表示，框架间用“树”的结构相互连接，所以领域知识可以表示为由框 架组成的多叉树，这里叫做决策树。决策树的知识表示如图 3 一 4 所示，当前 情况是否满足 TO 的判决条件，如果满足则进入 TZ 判决条件；如果不满足则进 入 Tl 判决条件，依此类推［' 2 , ' 3 , ' 5 ］。注意：决策树的表达不是只有二叉树，还有三叉树或者更多。 瓜刁 八 LT T ! 尹八写 S 翔 茵置“菌「条 S 图 3 一 4 知识表达 Fig3 一 expression ofknowedge 3 . 2 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统模型 GSM 一 R 越区切换网络优化的特点是：相比于 GSM 的网络优化，GSM 一 R 越区 切换侧重于减少通信中断次数。此外 GSM 一 R 网络对通信的可靠性和有效性要 高于 GSM 网络，它需要更佳的通话质量和更小通信时延。 因 GSM 一 R 通信故障大多出在越区切换的过程中，所以结合人工智能的优点设 计出 GSM 一 R 越区切换专家系统对于分析和解决越区切换失败，能够更加智能 的分析和解决通信中断问题。 依托于专家系统的模型，设计 GSM 一 R 越区切换的专家系统，同样需要包含推 理机、知识库、综合知识库、用户输入输出界面、知识库维护子系统。下面将根 据 GSM 一 R 越区切换网络优化的目的和功能需求分别来设计各组成结构。 3 . 2 . 1 GSM 一 R 越区切换网络优化专家系统结构设计 如图 3 一 5 所示，系统主要包含以下几部分的内容： 原始数据输入： 这部分主要是完成原始案例的录入。 原始案例包含接口信令数据、 测量报告数据和网络管理数据。这些数据都是使用 Excel 表格形式存储，用户 可以使用 Exeel 编辑和管理，系统自动识别并且导入原始数据。 知识库：根据越区切换网络优化知识将知识库分为五部分，信令优化知识库、覆 盖优化知识库、干扰优化知识库、切换参数优化知识库、OMC 一 R 网络优化指 标统计知识库。知识库里包含了专家总结的知识和公认的原理知识。 推理机：包含基于案例推理机制和基于规则的推理机制。 综合数据库： 存储推理后的中间结论和最后结论，包括可查原因故障和非可查原 因故障。 切换知识库维护子系统：对应于上述知识库五个模块也分为五部分，可以添加、 修改、删除知识。除此以外还有一个功能脚本编写模块，功能是创建新知识库。 数据库：本系统主要有三种数据库：分别是基站管理参数数据库、切换失败分析 结果数据库和异常案例数据。 基站参数数据库又包括全线基站工程参数表、全线 基站无线资源配置表、小区基本信息、小区相邻关系表、越区切换参数表、小区 呼叫参数。 显示模块：显示模块包括报表显示和 Gls 图形显示。报表显示是将分析结果以 表格的形式表示出来。Gls 图形显示是将分析结果在 Google Eartb 显示。 一原始数据一磷于一数据? 隔蔽一石蔽骊据一 一一核心系纽万 人机界 一输出显示界面｝? GIS 界面显示少显示一 军止画口 ＿亡～? 型兰仁 ；于，例”甚“淑则”，匕鳖界一卿矍．洲‘扩一一瓤乳．_ 非可查原因故障 异常案例数据库 一！磕脚? ! 图 3 一 5 GSM 一 R 越区切换优化专家系统框架 Fig3 一 5 system structure ofGSM 一 RhandoveropthaizationexpertsyStem 3 . 2 . 2 GSM 一 R 越区切换优化专家系统处理流程 专家系统工作流程图如图 3 一 6 所示。 第一步：通过操作界面输入数据源，将数据源送到推理机。 第二步： 推理机查询信令优化知识库和 OMC 一 R 统计知识库判断有无切换失败， 同时分析切换失败的初步原因， 送到各分析模块进行详细分析。对于只通过信令 和测量报告无法准确定位切换失败初步原因，需要借助 OMC 一 R 统计数据。第 三步：根据不同的切换失败原因分别进行分析。如果是干扰原因，送到干扰知识 库判决；如果是覆盖原因，送到覆盖知识库判决；如果是切换参数的原因，送到 切换仿真知识库判决。 第四步：干扰检查知识库、覆盖检查知识库、切换参数检查知识库对于送来的消 息进行判断，读取判决所需要的数据库的数据。按照不同的判决准则，如果判断 确实是该原因导致的切换失败，则以 GoogleE 州 h 地理图形或者报表的方式给 出分析结果。 第五步：如果检查不出切换失败原因，送到异常切换数据中存储，退出系统。 推理机 引起切换＼谈赂／ GIS 和报表显示元刀压门」览上知识库 妙 I 纳参数设置 GIS 和报表显示 覆盖不佳 信令优化功能 有千扰 l 起切 舀令优乍知识库 Gls 和报表显示 骊念黝麒 图 3 一 6 GSM 一 R 越区切换优化专家系统处理流程 Fig3 一 6 flow chart ofGSM 一 Rhandoveroptimizationexpertsyst 侧 m 3 . 2 . 3 GSM 一 R 越区切换优化专家系统知识 越区切换优化专家系统知识包括四个方面：切换信令知识、覆盖检查知识、干扰 检查知识和切换仿真知识。 这四个方面涵盖了与切换相关的规则和知识总结。其 中切换信令知识是专家对信令的分析和总结， 从信令特征和测量报告来对切换失 败进行分类；覆盖检查知识是对因场强覆盖不足导致的切换失败进行场强检查， 通过路测场强分析报告对切换失败地点附近的场强进行检查， 通过基站覆盖距离 进行覆盖和上下行链路平衡检查； 干扰检查知识是对因干扰引起的切换失败问题 进行分析和总结，并且将检查结果利用 Google 地图显示；切换仿真知识是对切 换过程的分析和总结， 能够检查切换参数设置不当导致的切换失败问题。知识库 内部结构如图 3 一 7 所示：知识库 一泪｝叭曰 IJj 尹一去见幼／一算再介库一 r 一换形以识一，一切图叶＼一家 和了／一各OMC 一 R 统计知识库 统计 OMC 一 R 数据判断切换失败原因 学 覆盖检查知识库 于扰检查知识库 路测 G00GLE 地图显示和小区覆盖计算 同频、邻频干扰安全距离计算和 GO 以〕 LE 地形查石 图 3 一 7 知识库内部结构 Fig3 一 7 Structure inside knowe 叱 e library 3 . 2 . 3 . 1 GSM 一 R 越区切换优化专家系统知识表达 专家系统本质上是一个知识系统，如何把专家知识表示成计算机可以接受的形 式， 是建立专家系统最关键一步。 专家系统强调专家知识 （特别是专家启发知识） 在问题求解中的作用。 GSM 一 R 越区切换优化专家系统中的知识包括两种：一种是领域知识，一种是 系统知识。 这两种知识在系统中的表达方式各有不同。领域知识采用决策树的表 示方法；系统知识采用的是面向对象的表达方式。 在本系统中，系统知识包括网络设备信息、切换信令流程。领域知识包括网络优 化经验和判定规则。 信令数据采用面向对象的表达方式， 即将某一信令流程封装成数据包的存储和表 达方式。图 3 一 8 是一个 BSC 内切换信令面向对象的类类型表达方式。其中切 换信令过程表达成类成员函数，信令内容和类型表达成类成员变量。 Clas , 519 眼 IRul 创 { ' Public ：利 比 ndov 已 Fai1Ure Proc 郎 s P 曲 lic ：尸 I 址 Hendov 醉 all 毋 eT ！即 e , Ini Hendov 叮 Od 叮；Char Umll ' CharA 帅 Cl 迸 Co 址即 ）刹 ( ) ．刀切换信令过程、 刀切换信令类型、 刀切换信令在切换流程中的顺序、刀 U 角接口信令、 I / A 接口信令、 刀切换信令内容＋l图 3 一 8 信令信息表达方式 Fig3 一 8 methord to express siginaling information 领域知识采用多叉树（或者叫判定树）的表达方式，即知识的表达方法是产生式 的规则。 领域知识也就是专家经验的总结和优化规则的描述，是优化系统进行推 理的基本单元。这种领域知识直接可以由领域专家扩充、修改和调整。决策树的 内部属性结点、 属性值分支和叶子结点构成了一种树形数据结构。决策树的内部 结点是属性的集合， 分支是属性值的集合，而叶子结点是决策或者分类结果的集 合。 决策树就是利用属性以及其取值表示知识的前提部分，而叶子结点表示知识 的结论部分，从而把专家知识以决策树的形式表示出来。 图 3 一 9 以切换触发原因所占比例判定树为例说明判定树的表达方法。切换触 发原因可以为切换失败故障分析提供参考， 其分析过程按照判定树的表达方式如 图3 ? 9 : 切换失败率高 行链路质量触的比例高 上行链路质量切换占比例大 下行电平切换所占比例较大 七行链路电平切换所在比例较大 切换参数合理否、｛有无硬件故障 上行干扰｛覆盖问题 切换参数设定不当 上下链路不平衡 NO YES 修改切换参数 望三继续观察 更换硬件 更改频点 消除外来干扰 覆盖检查测来确认 切换仿真 修改邻区参数 七下行链路计算 」判定树‘口 艇画一 口优～ 图 3 一 9 切换判定树知识表达法 Fig3 一 9 diognose tree ofknowedge 3 . 2 . 3 . 2 GSM 一 R 越区切换优化专家系统知识获取 知识库的获取是通过专家系统中知识库添加模块来实现的。 知识库添加模块是的 作用是在工程师不熟悉数据结构的情况下修改建造知识库， 将工程师的网络优化 经验转化成计算机可利用的形式送入知识库模块。同时负责知识库的修改，删除 和更新， 并对知识库的完整性和一致性进行维护。知识库模块是实现系统灵活性 的主要部分， 它使得领域专家可以修改知识库而不必了解知识库的表示方法、组 成结构等实现细节，大大提高了系统的可扩展性。 知识库的获取要求专家系统能够采用简单方便的方法来获取知识， 即不用了解知 识的数据结构，采用图形、图表填入的方法来实现。第一，系统的使用者能够灵 活的设定自己的知识内容，能够修改、添加、删除原系统内部知识内容。第二， 知识库的获取最好包含脚本输入功能，即用户通过编写脚本文件，可以自定义除 系统允许修改的知识库以外的内容。GSM 一 R 越区切换优化专家系统知识获取 和知识库的关系如图 3 一 ro 所示： 加除改义添删修定 加除改义添删修定 ｛切换信令维护｝｛切馨羹鬃“? ? 定时器维护｛ 切换信令知识库 画一丽巴 } ‘盖，”识维护！? 璧禁望馨澄? ? “竺灌墨定? 一重豁义? ? 覆霆馨 豪方? 日用户选择修改知识库 ｝干扰知识钾 l ｛传嵘墅? ｛黔耀赘！｝子潍郭｝ 一洲一翌竺民赢 撇麟湘库 撇袱麻库 围 回 切换仿真模块 护 13 规犷受一潍：xP 玫铡曳熟到一滇）I ．侧肠侧毅丽女柱之一仿 xP 么式 iT1 雌盯己腼万一侧? 公 xP2 幻盯则顺做一诩｝ex 。PB 面切一 图 3 一 10 GSM 一 R 越区切换优化专家系统知识获取 Fig3 一 9 ways to abtain knowedge ofGSM 一 Rhandoveroptimizationexp 吠 s 州 em 3 . 2 . 4 GSM 一 R 越区切换优化专家系统推理机制 GSM 一 R 切换专家系统采用的是基于案例的推理和基于规则的推理相结合的表 达方式。 为了完成某个案例的全程分析，必须将基于案例的推理和基于规则的推 理联系在一起。其中，在信令和测量报告的判断的过程中，采用基于案例的推理 和基于规则的推理两种方法，在覆盖、千扰、参数检测中采用基于规则的推理方 法。 基于案例的推理方法在第一步切换信令判定功能中使用。 适用方法是首先对比原 始数据和标准案例中信令表现是否相同， 如果相同则进一步判断测量报告是否符 合标准案例。 当两个方面的相似度都满足一定要求的时候表明案例判决成功，根 据标准案例的结论来给出原始数据案例的结论。如果相似度低于基本要求，则无 法适用基于案例的推理方法，进而采用基于规则的推理。 图 3 一 11 为 GSM 一 R 专家系统推理机制： 切换失败日标案例 出匹配案例结果 案例库 规则库 添加到特殊案例库规则判决 能否得出结论 知识库管理界面 图 3 一 n GSM 一 R 专家系统推理机制 Fig3 一 1 1 illation meehanism ofGSM 一 expert system匕京交通大学硕士学位论 4 越区切换优化专家系统开发 本章在前一章越区切换专家系统的框架的基础上完成系统的设计与开发。 包括系 统功能模块技术细节、功能模块相互之间关系、线程和进程划分、界面设计、数 据设计等方面。 一个完整的专家系统要求各功能模块协调配合，充分体现系统的 智能性和可扩展性的特点。 4 . 1 系统功能模块划分 划分模块的一个大原则就是模块应该具有尽可能大的独立性， 即模块只具有要求 的功能，并且与其它模块的接口是简单的。衡量模块独立性的两个指标是：祸合 性和内聚性， 祸合性指的是模块之间的联系，内聚性指的是模块内部的各个元素 之间的联系。 一个具有良好独立性的模块应该是具有低祸合高内聚的模块。内聚 性和祸合性是两个同向运动的指标，内聚性高了，祸合性就高，祸合性低了，内 聚性就低，所以，模块划分的粗细是一个度的问题，这个度取决于软件系统的复 杂性、软件开发人员的多寡、设计人员的经验等等。 系统功能模块（如图 4 一 l ）主要包括以下几个部分：采集模块、信令处理模 块、干扰检测模块、覆盖检查模块、切换仿真模块、查询模块、报表模块、显示 模块、存储模块等、知识库维护模块等 一人机藻夜一界面 采集模块一－ 基站各类参数表模块 ｝报表模块｛一「一口}赢赢 护模块 一＿? 器冀蒙｝｝识库．厂一一? 孚抚履香一模块 人机操控界面 D 一一 挫 数据库 } 查询模块和数据处理模块 图 4 一 1 软件系统功能模块划分 Fig4 一 1 the module ofthe software 采集模块功能：从 A 、Abis 、P 刃接口数据中采集有用信息。 控制模块：包含了切换信令优化模块、OMC 一 R 网络优化指标模块、干扰检查 模块、覆盖检查模块、切换仿真模块。切换优化模块是分析切换信令，OMC 一 R 网络优化指标统计模块是分析切换失败类型。 干扰检查模块可以检查同频干扰和 邻频干扰，切换仿真模块是模拟切换过程。 专家知识库维护模块：维护控制模块中的专家知识。 基站参数表模块：包含了小区基本信息、小区相邻关系表、越区切换参数表、小 区呼叫参数、OMC 一 R 参数配置等参数。 存储模块：保存专家系统得出结论。 显示模块：负责数据、信令、用户信息的显示、Googl 。地图上图形化显示。查询和数据处理模块：按照用户需求对数据库进行查询，统计处理。报表模块负 责对查询和统计结果生成 Excel 表格。 4 . 2 功能模块之间关系 采集模块将接口数据和信令送到控制模块。 控制模块首先进行信令的优化分析，根据分析结果对应到不同的判断模块。因质 量引起的切换失败送到干扰检查模块，因电平引起的切换失败送到覆盖检查模 块，因参数设置不当引起的切换失败送到切换仿真模块。 控制模块将分析出来的结果送到存储模块，保存到数据库中。 控制模块将分析出来的结果送到显示模块进行显示。 专家知识库模块能够影响控制模块的计算，独立于其他模块。 基站参数表模块能够影响控制模块的计算，独立于其他模块。 4 . 3 系统主要知识库功能模块技术研究和设计 4 . 3 . 1 切换信令分析模块 切换信令模块的作用是按照切换失败在信令上的表现特征，将切换归类，针对失 败原因进行优化分析。 切换分类主要是根据信令流程和网络优化人员的经验总结 而来， 由于不同的优化人员对于切换失败的分类不同，所以要求系统能够灵活的 修改切换准则。本系统通过专家知识模块，能够方便网络优化人员和系统交互， 灵活方便的修改切换信令流程，扩展性强。 4 . 3 . 1 . 1 切换信令类型分类 以某铁路线网络优化经验为例，总共分为四类切换失败： 1 ) Bsc 内切换，T3103bl 超时 2 ) BSC 内切换，T3103b2 超时 3 ) BSC 内切换，切换接入失败 4 ) Bsc 间切换，MSC 侧 T102 超时 信令判断是根据不同失败情形的信令表现进行区分， 信令特征如表 4 一 1 所示： 表4 Tabl 麟一 1 the division ? 1 按信令对切换分类 ofhandoveraccoulingtotheirsignalling 序号｝失败类型 信令特征 BSC 内切换 T3 1 03bl 超时 这类切换失败的特征是在 BTS 发给 MS 的 Handover colnlnand 消息时，MS 无 法正确解码 BTS 发送的 Handover Command 消息，无法回送 Handover DetectionBSC 内切换，T3 103b2 超时 这类切换失败的特征是移动台在接入新的基站时发送 SABM l 侦，但是 BTS 无法 接收到，导致 T3 124 定时器超时，MS 尝试返回到原小区。MS 发 SABM 报文给 BTS ，启动定时器 T200 , BTS 收到此报文后给 BSC 发送 Establish Indication 消息。MS 没有收到 UA 帧，在 T200 超时后，重发 SABM 报文。T3 103bl 超时 后，BSC 向 MSC 发 Clear Request 消息。 BSC 内切换，切换接入失败 BSC 间切换，MSC 侧 T102 超时 这类切换失败的特征是 T3 124 超时后 MS 给 BTS 发 ermr Indication , BTS 给 BSC 发 Connect Failure Indication 消息给 BTS 后释放原小区信道，BSC 侧 T3103b2 定时器超时后释放目标小区信道引起通信中断 这类切换失败的特征是跨 MSC 的切换，需要 A 接口的信令配 2 从 51 其他 不符合以上特征。 4 . 3 . 1 . 2 切换模块软件设计流程 切换信令模块软件设计流程如图 4 一所示： 系统首先从接口上导入信令报表， 判断是否属于同一辆机车的报表。 “不是” 如果 ， 提示错误退出系统；如果“是”，读取信令数据，送到切换判断线程进行判决， 判断是否属于切换失败的一种。如果出现切换失败，读取测量报告，查看电平和 质量等信息， 给出初步结论。 将切换失败类型送入显示界面， 并存储到数据库中， 便于日后查询。 如果出现切换失败但是不满足上述四类切换异常，则作为特例存 储起来，使用基于案例的规则查询方法。值得注意的是 OMC 一 R 网络指标模块 可以辅助切换信令模块判定切换失败原因， 系统给定初步分析结论后需要进一步 做 OMC 一 R 统计数据分析。 AblS 、PRI 接口数据、测上乳妞 JZ 上 提示输入数据错误，程序退出 是否属于伺一辆机车的＼数据／ 画币 否还有换数据 读取一次切换数据 查询数据库中切换失败艺承却识厚（切换失败习决准则） 送到信令判断线程 声否玫 T3103bl 超＼时／ 输出到界面显示 存储到数据库 T3103b2 超＼时／ 输出到界面显示 存储到数据库 测量报告分析 换接入败 输出到界面显示 存储到数据库 输出到界面显示 存储到数据库 NO 命？ 存储到特殊案例数据库 输出到界面显示 给出切换初优化建议 图 4 一 2 切换信令优化模块软件设计流程 Fig4 一 2 the flow chart ofhandover opt 恤 ization software 4 . 3 . 2 OMC 一 R 网络优化指标检查模块 OMC 一 R 网络优化指标检查模块是为辅助切换信令分析模块，进一步分析切换 失败原因而设定。 在某些情况下，单凭测量报告是无法准确定位切换失败的原因 的，这时候利用网络指标来辅助分析能够提供很大的帮助。 4 . 3 . 2 . 1 OMC 一 R 网络优化指标检查模块和切换信令模块综合图 4 一 3 为 oMC 一 R 网络优化指标检查模块和切换信令分析模块的关系： 首先 通过切换信令分析模块检查切换失败原因，得到初步分析结论。然后通过 OMGR 网络指标统计模块作进一步验证。如果 OMC 一 R 验证结果和信令分析模块初步 分析结果匹配， 则按照 OMC 一 R 分析结果送到其他模块检查；如果 OMC 一 R 验 证结果和信令分析模块初步分析结果不匹配，则按照信令分析模块结论处理。 气功 撇：补不一致城漱＞ 分析结果一致 得到 OMC 一 R 分析结论 送到其余模块进一步分析 4 . 3 . 2 . 2 图 4 一 3 模块之间关系图 Fig4 一 3 the relation among modules OMC 一 R 网 络优化指标检查模块设计 以某厂家的 OMC 一 R 系统指标为例， 说明 OMC 一 R 网络指标统计分析对于切换 失败类型和原因的辅助作用。OMC 一 R 辅助切换信令分析的功能有以下内容： 统计存在切换问题的小区： 在某个小区上存在切换失败现象，通过对网管数据的 长期观察， 可以判断切换失败在该小区是短暂存在还是长期存在。统计小区切换 问题的方向： 出小区切换失败还是入小区切换失败。这个对判定切换失败类型具 有重要意义。主要指标包括了出小区切换次数、出小区切换成 功次数、入小区切换次数、入小区切换成功次数。 检查告警和指示参数指标统计： 基站状态和基站告警指标会提示硬件是否出现故 障。，如果参数 BER 、PAfH BALANCE 、RF LOSSES TCH 发生异常，也能判定硬 件是否出现问题。以 LOSSES TCH 为例。LOSSES TCH 属于 counter 统计类型， 是当 RRSM 接收到信道类型为 TCH 的错误指示信息时基于每时隙统计的。 它统计 了 RF 问题导致通话非正常结束的次数。当一个载频的 RF LOSS 次数远远大于同 一小区的其它载频时，可判断该载频存在硬件问题。如图 4 一 4 所示： 某载频的 RF LOSSES TCH 值不正常 一小区其它飞页此值正常否 检查天线、馈线、双 1 器、滤波器、CBF 或 HC （合路器）等、DLNB 、IADU 等 检查载频的 PB 值改变频点 载频硬复位 ｛更换载频｛ 图 4 一 4LOSSES TCH 检查 Fi 妙并 checking ofLOSSES - - T CH 干扰和覆盖辅助判定：检查 TCH 干扰中空闲 TCH 平均数目指标，如果有一个以 上的空闲信道出现在干扰带三、四、五中，认为有干扰。如果平均上下行信号过 低，接收低电平次数比例低，可以怀疑覆盖出现问题。 乒乓切换判定：切换次数与 TCH 呼叫占用次数不成比例，会导致乒乓切换的发 生。 如图 4 一 5 是从信令分析模块分析得到初步结果， 进一步送到 OMC 一 R 统计数 据验证模块进行判决的过程。 当信令检查发现告警时，需要查看设备告警状态和 三个主要参数（BER 、PATHesBALANcE 、盯一 LosSEsJCH ）是否正常。当信令 检查到切换失败是因为电平过低时，通过查看 OMC 一 R 接收低电平比例和该小 区的平均上下行信号来验证。 当信令检查发现邻区质量不佳但是电平正常时，检 查 OMC 一 R 干扰带等级是否正常。 当测量报告无异常发生切换失败时， 检查 BSC 内入小区切换失败率和出小区切换失败率两项指标来分析因为切换参数设置是 否合理。如果发生乒乓切换，则检查切换次数与 TCH 呼叫占用成功次数是否成 比例来判定是切换参数是否设定得当。 切换信令优化模块分析结果 信冷检测有告警赢纂 BER 、PATH BALAN CERF LOSSES JCH 指数是否正常 切换失败时伴随低电平，质量较差 切换失败时伴随邻小区电平过高，质量不正常 切换失败时伴随电平正常，质量较差 测量报告无异常的切换失败 乒乓切换频繁 代石该小区平均上卜 IJ 信号是否过低、接收低电平次数比例是否较大 邻小区平均接收电平是否过高 检查 OMC 干扰带等级 入小区切换失 出小区切换失切换次数与 TcH 呼叫占用成功次数不成比例。（切换／呼叫）3 ) 该小区是否经常发生电平紧急切换 血 该小区是否经常有质量紧急切换 入小区切换参数设置不合理 出小区切换参数设置不合理 圆一溯 有异常查看硬件和载频设置 有异常送入覆盖检查模块 送入干扰检查模块 切换仿真检查模块 图 4 一 5 OMC 一 R 统计功能设计 Fi 妙一 5 Function design of0MC 一 Rmodule 4 . 3 . 3 干扰检查模块 假设通过前面的切换信令分析模块和 OMC 一 R 网络指标统计检查模块的初步分 析，得到的切换失败原因是干扰，此时应检查是否存在同邻频干扰。当前检测频 率干扰的方法有很多： 基于无线传播模型的干扰检测、 基于话务统计的干扰检测、 基于路测的干扰检测、基于 NCS 干扰系数计算的干扰检测技术等等。本系统采 用无线传播模型的干扰检测计算方法。 基于无线传播模型的千扰检测计算方法，是指在给定载千比要求的情况下，计算 最小同频或者邻频安全距离。如果超出了这个安全距离，同频同 BsIC 的邻小区 就会对当前小区造成干扰。 也就在理论上验证了当前小区频率配置是否合适。根 据过去经验，在上下链路预算不等的时候，也会造成通信中断，现象类似于因干 扰导致的切换失败。 因此， 本系统在干扰检查模块中加入了上下行链路平衡的计 算，以排查因上下行不平衡造成的通信中断。 此外干扰检查模块还能查看和当前小区具有相同频点和相邻频点情况， 同时显示 在 ooogle Earth 上。 4 . 3 . 3 . 1 同频干扰知识库设计 切换信令分析模块和 OMC 一 R 网络优化指标检查模块将干扰引起的切换失败案 例送入到干扰检测模块中。 干扰检查模块读取发生切换失败的小区信息，同时查 询全线基站无线资源配置表（表 4 一 2 ) ，找到若干和受干扰小区 A 同频的小 区。如果存在多个同频小区，判断其距离 A 的距离，找到最近的同频小区 B 。例如当前切换失败发生在小区 Base17 ，且中断前使用的频点是 1019 ，通过检 索基站无线资源配置表， 发现 Basel8A 网的 TCHI 和有和 Basel4B 网的 BCCH 也 使用了相同频点 1019 。经过计算，小区 Base 18 距离 Basel7 更近。 表 4 一 2 全线基站无线资源配置表 几 ble4 一 2 radio resource configuration of all the BTS on line A 网 BCCH } A 网 TCHI A 网 TCHZ } B 网 BCCH } B 网 TCH 10
! 002 01 03 18 12
! 006 ! 000 1005[ 008 14
! 聋可 8 IB 留 es 1002 l00 ( )
Baseg 06 1009 10lB 韶 eIO 12 1005 1 llB 韶 ell 101401 12lB 韶 elZ 06 1019 13 } B 韶 e 13 12
Base14 19 1001 15 】 B 韶 e 15 06 1 000 16lB 韶 e1612 】 000 17 } Base17 19 1 001 18 } B 韶 e 18 02 10 03 18 1 001 下面开始计算两者之间的最大安全距离。Basel7 设为小区 A , Basels 设 为小区B 。 两个基站 A 、B 采用相同的频点，若 A 、B 基站具有相同的设备参数，A 、B 两 基站间的距离为 D , A 、B 基站最大安全距离为 d ，发射功率都为弓（d Bw ) ， 则移动台接收机输入端信号和干扰功率电平分别为 C ＝君一 Ls ( 4 . 1 ) I ＝君一 L , ( 4 . 2 ) 那么用 dB 表示的载波／干扰 比为 C / I 二 L ，一 L , ( 4 . 3 ) 式中，乌和吞分别为两基站经过距离 d ， 和山的传呼损耗。 传播损耗可以根据地形地貌灵活的采用不同的传播模型：包括 okumura 一 Hata 模型、Cost 231 一 walfisch 一 Ikegami 模型、Lee 宏小区 模型等。下面以包括 Hata 模型为例说明同频干扰的检测。 在《 GSM 一 R 数字移动通信网技术体制》 中规定了无线网络的同频干扰保护 比：控制信道及列控业务信道：C / I 全 12 dB , 其他业务信道所在频率的：C / I 全 9 dB 。 为了保证通信的可靠性，这里统一要求 C / I 七 12dB 。因此公式 4 一 3 可以 写成 Ll 一 Ls ＞二 12 ' IBm Hata 模型以市区路径传播损耗为基准，在此基础上对其他地区进行修正，市区 传播路径损耗基准公式为 L ( dB ) = 69 . 55 + 26 . 16logf 一 13 . 82109 ( He ) + [ 44 . 9 一 6 . 55109 ( He ) 1109 ( d ）一 a （戈）( 4 . 4 ) 大城市，移动天线修正因子 为： a （瓜）= 3 . 2 * ( 109 1 1 . 75 坑），一 4 . 97 ( 4 . 5 ) 代入到上面 公式中，得到 C / I = 26 . 16logfZ / f ，一 13 . 82109 ( HbZ / Hbl ) + [ 44 . 9 一 6 . 55109 ( HbZ ) ] 109 ( dZ ) 一 a （荡 2 ）一【 44 . 9 一 6 . 55109 ( H ) ] 109 ( dl ) + a （执．) ( 4 . 6 ) 公式中 d ．表示移动台距离当前工作小区的距离，d ：表示移动台 距离可能产生干扰的小区的距离。基站天线高度瓦，移动台天线高度氏。 其中基站天线高度 H 。 是从全线基站工程参数表中得到的 （如表 4 一 3 ) 表 4 一 3 全线基站工程参数表 Table4 一 3 the engineering parameters ofall the BTS on line 北京交通大学硕士学位论 基站纬度 序号陛站站号 45 一 40 一 45 一 50 一 45 一 25 一 35 45 一 35 一 40 一 55 一 45 一 30 一 35 50 一 40 一 45 一 60 一 50 一 35 一 40 一 45 恻 DQll DQ12 DQ13 DQ14 DQ15 DQ16 DQ17 DQ18 站站名 Baselo B 韶 C 11 BaselZ Basel3 Basel4 Basels B 韶 e 16 Basel7 Basels基站公里标曝站经度 E 度 铁塔／基站高度（米） 天线挂高（米） 地附轨面 K39 + 853 } 113 . 65075 K47 + 105 1 113 . 73415 0 . 01725 0 . 01875 K54 + 860 1 113 . 8255 K60 + 940 1 1 13 . 8925 0 . 0194 0 . 03427 K72 + 489 1 113 . 01257 吟 0 . 07888 K79 + 0 1 5 1 1 14 . 08355 吟 O K86 + 235 1 114 . 1611 吟 0 . 12433 K94 + 750 1
吟 0 . 145 K102 + 65 以 114 . 34834 件 0 .
10 一 11 一 12 一 13 一 14 一巧一 16 一 17 一 18 又因为 d , + dZ = D ( 4 . 7 ) D 为移动台距离两个基站距离之和，这里可能 产生同频干扰的两个小区之间的距离 D 有两种方法来计算：一种是采用公里标 来近似计算， 从表中读取小区 A 的公里表 Kl ， 小区 B 的公里表 K2 。 计算 K2 一 Kl 的绝对值。这种方法的误差较大。只有在铁路线近似是一条直线的情况下才 适用。 第二种方法利用基站的经度和纬度来计算两个基站间的距离，这种方法精 确度高。 本系统采用第二种方法，根据基站的经纬度来计算两个基站之间的距离。 Havcrslne formula : R = 6 , 371km △ lat = latZ 一 latl △ long = longZ 一 longl a = sinZ （△ la 灯 2 ) + cos ( latl ) . cos ( latZ ) . sinZ （△ long / 2 ) c = 2 . atanZ ( a )d = R . c 联合方程式 4 一 6 和 4 一 7 可以求得 d . ，相对于基站 A 来说无同频干扰的 最大安全距离， 意思是如果当前移动台离基站 A 的距离大于 dl ，则认为有同频 干扰。检查移动台实际距离基站 A 的距离同样也是有两种方法： 方法一：利用 TA 值来计算移动台和基站之间的距离。这种方法因为 TA 值不够 精确，因此存在误差。 方法二：利用移动台当前所处位置的经纬度和基站 A 的经纬度来计算。最后将 产生同频干扰的小区在 Google 地图上显示，观察地形地貌，进一步的 进行优化分析和改进。 4 . 3 . 3 . 2 邻频干扰检查知识库 与所使用频率相邻的频率信号产生的干扰称为邻频干扰。 邻频干扰的产生主要是 因为接收滤波器的阻带衰减不够陡峭引起了相邻频带信号的泄漏。 只有当两个相 邻频率的接收机距离很近， 干扰信号的强度超过了接收机灵敏度时，邻频干扰会 对接收机的正常工作造成影响。 邻频干扰的检测方案同同频干扰类似，都是采用无线传播模型干扰检测方法。不 同的是邻频干扰的载干比门限略有不同： 《 GSM 一 R 数字移动通信网技术体制》 中规定了无线网络的邻频干扰保护比： 偏离载波 200 出 z 时的干扰保护比：C ／卜一 6dB 。 偏离载波 400 kHz 时的干扰保护 L 匕：C / I ＞一 38dB 。 4 . 3 . 3 . 3 上下行链路平衡检查知识库 上下行平衡的定义：在我们所要求的覆盖区域内，保证上、下链路正常传输，基 站和手机分别接收的信号可以解调，从而保证双向通信的正常建立。如果上下行 链路不平衡，容易造成连续切换失败，通话质量差等问题。 若要求上、下行平衡，则上行可允许的最大空间损耗 HRX ＝下行可允许的最大 空间损耗 HTX 。 上下行链路检查方法在章节 4 . 3 . 4 . 1 中有详细论述。 4 . 3 . 3 . 4 干扰软件设计流程 干扰的软件设计流程为图 4 一 6 ： 切换信令模块和 OMC 一 R 统计模块分析数据， 认为是干扰的影响， 则将数据送到干扰检查模块。用户选择查看与切换失败小区 同频小区的 Gls 显示，从 Googie Earth 显示当前和切换失败小区具有相同频点 （或者相邻频点）的小区状态。系统计算出和切换失败小区最近的同频（或者邻 频）的小区，通过干扰知识库，计算同频（邻频）安全距离，最后通过显示列车 当前位置和安全距离之间的关系来确认是否有干扰。当检测无干扰影响时，进一 步计算上下行链路是否平衡，来排除上下行链路不平衡对切换的影响。 匕京交通 硕士学位论判断因千扰引起切换失败 查看同频邻频小区 择干扰查内容 彩钡女 lH ］频、邻频小区检查 全距离计算 获取全线基站工程参数表 、仃胜莎衡检查 G00GLE EARTH 显示 选择路径损耗传播模型 置表 检查结果显示 同频、邻频千扰知识库 计算 l & 12 计算出最小安全距离 d YeS No 巨离 可能存在同频、干扰 不存在干扰，、退出 将怀疑干扰的小区和源小区载 Goo 乡 e 地图上显示出来 图 4 一 6 同频干扰的软件设计流程 Fi 妙一 6 the desigll ofdetection ofco ? channel interference 4 . 3 . 4 覆盖检查模块覆盖检查模块检查因覆盖问题导致切换失败的案例， 能够定性的分析切换失败处 覆盖是否不理想。如果缺少邻区关系无法切换也会产生和覆盖不足相同的切 换失败现象，所以本模块也对邻区关系进行检查。 4 . 3 . 4 . 1 覆盖检查知识库设计 覆盖检测可以从两个角度去分析基站覆盖情况， 因为覆盖不足导致的切换失败和 因为过覆盖导致切换失败。本系统采用三种方法进行覆盖检测，；第一种方法是 路测覆盖检测法：利用 DT 路测测量到的实际线路覆盖数据来衡量当前 GSM 一 R 线路上弱场区，在 Googlo Earth 上标出各地的场强情况，观察切换失败点是否 在弱场区。 第二种方法是计算某个小区的覆盖距离，使用上下行链路预算计算最 大传输损耗，结合电波传播模型计算小区覆盖半径，然后通过 Google Earth 观 察移动台切换失败地点是否在覆盖范围内，而且覆盖范围内是否有山体阻隔现 象。第三种方法是查看重叠区大小是否满足切换要求。重叠区过小，切换无法正 常完成；重叠区过大，则会发生乒乓切换。前两种方案各有特点：路测覆盖检查 法利用图形来分析，现象直观，覆盖半径计算是数值分析法，属于理论计算。最 后一种方案是对切换重叠区的检查，利用列车时速计算重叠区理论值，反过来指 导优化。( 1 ）路测覆盖检测法 路测（DT ）是指借助仪表／测试手机以及测试车辆等工具，沿着特定的线路进 行无线网络参数和话音质量指标的测定和采集。 测试设各可以记录无线环境参数 以及移动台与基站之间信令消息、 路测系统具有对测试记录数据的分析与回放功 能。目的是模拟移动用户的呼叫状态，记录并分析这些数据，把这些数据与原来 的网络设计数据相比较，若有异常的呼叫信息，则修改各种参数，优化网络。路 测的作用是通过实地测量的方法获取在现有基站条件下的无线覆盖和网络运行 情况。基站发出的载波信号在空中传播中，由于地形、建筑物以及其他一些环境 因素的影响， 或者是实际建设时基站站址选择不确切性以及网络运行中基站周围 环境发生较大变化， 使得系统实际建成以后的覆盖情况发生较大变化。因此只有 实地测量才能真正了解系统的实际覆盖情况。 路测分析覆盖比直接借助测量报告 分析的另一个好处就是路测可以对多次采集的数据取平均， 测量结果是一个平均 值。而某次测量报告只是一次瞬时值，不具有分析问题的普遍意义。当前路测设 备有很多，国内主要是华为、珠海鼎利路测系统，国外有 WILL TECH 、CArr 、 AGILENT 路测系统。 这些路测系统能够对语音业务和数据业务进行测试，也能够 对信令和数据作出简单分析，比如数据回放，关键无线指标分析等。同时这些系 统有些缺陷，就是无法结合实际的地形地貌来分析问题。如果能结合 Google 地 图分析覆盖情况，效果会更好。本系统就是利用路测数据结合 Gls 地理信息系 统对覆盖问题进行研究，这样分析问题可以考虑的因素就更加丰富， 北京交通大学硕士学位论 更容易发现潜在的问题。如图 4 一 7 ，将路测数据导入到 Google Earth ，电 平值的大小按照设定的颜色在地图上进行标注，迅速定位弱场区，分析弱场产生 的原因。本系统中路测图导入 Google Earth 的方法： 取得路测数据，包含基本的经纬度、场强、误码率、基站名信息：软件读取路测 数据导入数据库；设置路测图显示颜色和显示角度以及小区其他参数； 根据路测数据和设置自动生成 KML 文件； KML 文件调用 Google Earth 显示。 下图 4 一 7 是一个路测数据结合 GoogleE 川 h 的例子， 不同的颜色代表了不同 的场强情况。除了可以进行场强的测试还能进行误码率测试。 窿盆黯嚼弩弩壑壑黔赘瞪矍臀瞥常呷甲目曰曰曰犷弩僧案福辑回樵视工具① 新 增囚靓明幼 三麟赢蕊赢赢赢认｝国嘴；夕‘砂｝目｛口昌幻。 目的地寻找公可；方向 目的地例如，纂近 J 「K 的熊店- - - - - - - - - - －一瑟鬓巍 叫～一‘～一尸即脸．．叫喇目晰叨旧甲拼州明冲户帅以“门咬瀚禅闷口峨甲娜 神娜一一～趣鬓嘿 。the ' Pi 即几口甸暂存位置由口今盯＿TxP . D 今 DT BCCH ] 一、祷寿旨沸 刊旅毋系翩 i 图 4 一 7 路测 G 。。gle Eari : h 图 Fig4 一 7 drive test data on Google Earth ( 2 ）小区覆盖半径计算 如果路测图检测出可能存在弱场，并且不是因为山地、河流引起的，需要进一步 核查是否因为天线高度、天线的下倾角、基站发送功率引起的。为了验证小区覆 盖规划是否合理需要计算小区覆盖半径。 基站的覆盖距离由上下行链路中信号功率弱的那条传输链路限制， 一般取决于上 行链路，因为移动台的发射功率和天线增益都较低。通过链路功率计算，可以比 较上行链路和下行链路之间的传播差异。从上下行链路中计算出最大路径损耗 后，利用电波传播模型计算出最大覆盖半径［l9 ］。上行链路预算： Pbr = Pmt 一 Lmf + Gam 一 Lb + Gab 一 Lps 一 Lbf + Gdb 一 La 一 Ls 一 Lm 其 中： Pbr 应满足：Pbr 一 Pinb = Pmr 一 Pinm Pbr 一基站接收电平（dBm ) Pinb 一基站接收灵敏度（dBm ) Plnr 一移动台接收电平（dBm ) Pinm 一移动台接收灵敏度（dBm ) Pmt 一移动台发射功率（dBm ) Lmf - －移动台馈线及接头损耗（dB ) Gam 一移动台天线增益（dB ) Lb 一路径损耗（dB ) Gab 一基站天线增益（dB ) LPs 一塔顶功分器损耗（dB ) Lbf 一基站馈线及接头损耗（dB ) Gdb 一基站分集接收增益（dB ) La 一人体、车体引起的附加损耗（dB ) Ls 一阴影衰落（dB ) Llll 一设计余量（dB ) ，包括其他系统干扰储备，设备老化，施工质量，季节、 天气变化及电气化干扰储备 下行链路预算： Plnr = Pbt 一 Lc 一 Lb 介 LPs + Gab 一 Lb 一 La 一 Ls 一 Lm 其中： Pbt 一基站发射功率（dBm ) Lc 一合分路单元损耗（dB ) 其他参数同上行链路预算参数 结合己开展 GSM 一 R 工程的经验，确定参数取值，进行上下行链路预算，得到 设计允许的最大路径损耗 表 4 一 4 链路计算 Table4 一 link estimation项目 单位 下行 上行 发射机参数 BTS MS 最大输出功率 W 60 . 0 8 . 0北京交通大学硕士学位论 根据 Okunlura 一 Hata 模型的路径损耗公式， 可以计算出不同天线高度情况下， 基站的覆盖范围： Lb （市区）= 69 . 55 + 26 . 16109 ( 0 一 13 . 82109 ( hb ）一 a ( hm ) ＋ 【 44 . 9 一 6 . 55109 ( hb ) 1109 ( d ）一 S ( a ) ( 4 一 8 ) 其中： f - －工作频率（按 93OMHz 计算） hb 一基站天线高度（m )项目 最大输出功率 合分路单元损耗 馈线及接头损耗 塔顶功分器损耗 发射天线增益 发射等效功率 EIRP 接收机参数 接收灵敏度 设计最小接收电平 接收天线增益 塔顶功分器损耗 接收馈线及接头损耗 合分路单元损耗 分集接收增益 其他参数 阴影衰落（与地形、距离有关） 人体损耗 车体损耗 设计储备 电气化干扰，网络老化，季节、天气变化，列 车速度 链路预算 最大路径损耗 设计允许路径损耗单 位 dBm dB dB dB dB dBm MS dBm dBm dBi dB dB dB dB dB dB dB dB dB dB下行 47 . 8 一2 . 5 一3 , 0 一3 . 0 17 . 0 56 . 3 BTS 一 104 . 0 一 92 . 0 0 . 0 0 . 0 0 . 0 0 . 0 0 . 0 12 . 0 0 . 0 0 . 0 l4 122 . 3 122 . 3上行 39 . 0 0 . 0 一2 . 0 0 . 0 3 . 0 40 . 0 一 1 10 一 0 ? 98 . 0 17 . 0 一3 . 0 一3 . 0 0 . 0 2 . 5125 . 5hm 一机车台天线高度（m ) a ( hm ）一移动台天线高度校正因子，按中小城市取值 a ( hm ) = ( 1 . llogf - 0 . 7 ) hm 一（l . 561ogf - 0 . 8 ) = ( 1 . 1109930 一 0 . 7 ) * 4 一（1 .
一 0 . 8 ) = 6 . 43 d 一传播距离（klll ) S ( a ）一建筑物密度修正因子，a 为建筑物密度 S ( a ) = = 30 一 251oga ( 5 % & a % & 50 % ) = 20 + 0 . 1 919 （幻一 1 5 . 6 [ log （幻］2 ( l % & a ％三 5 % ) = 20 ( a ％三 l % ) Lb 取值是实际情况下最大允许路径损耗，带入公式 4 一 8 中，其中传播距离 d 是未知数，选取不同的传播因子可以计算出 d ，即计算出在最大允许路径损耗 情况下的覆盖距离。 这个值是理论计算的最大覆盖距离，当移动台距离基站的距 离小于 d 时，则认为移动台处于当前基站的覆盖范围之内。当移动台距离基站 的距离大于 d 时，则认为移动台处于当前基站的覆盖范围之外，需要调整基站 覆盖范围。当移动台处于覆盖半径之内，仍然可能因为高山或者建筑物的阻挡， 导致覆盖不到移动台。这时候可以借助 GoogieE 叭 h 来观察地理位置，排除阻 挡的影响。( 3 ）覆盖重叠区检查设计 在铁路线上，移动台的运动速度很快，甚至处于高速移动状态，且沿线覆盖的相 邻小区比较少，信号的场强变化复杂，因此，为了保证在覆盖区域尽可能不出现 弱场区， 保证铁路通信的安全性和可靠性，必须保证相邻小区间有相对较长的重 叠范围。一般工程设计中，设置的重叠区需要保证能够完成两次切换过程。由于 成功的切换所需的时间很短，不到 25 就能完成，在考虑重叠区设置时，应考虑 两次都切换失败的最恶劣情况［25 】 。 第一次切换失败的时间由 Handoverc 。～and 的传送时间、切换预判决时间、 T3 1 24 （实现非同步小区间的切换捕获）和尝试建立数据链路复帧模式的最大 时间四部分构成。相应的，在 BSC 中有定时器 T3103 ，当网络发出 HandoverCommand 消息时启动， 在移动台正确捕获新信道时停止计时，其作用是 保持原信道 （切换前的） 足够长时间以便移动台可以返回和若移动台丢失时用于 释放信道。 该定时器设置的时间即是本文所需的第一次切换失败时间。 103 通 T3 常设置为 5s 。第二次切换失败的时间与第一次切换失败时间相比，少了一项切 换预判决时间。切换预判决时间和测量窗口有关，对铁路环境，只需用 4 个测 量报告进行计算， 每个测量报告需 480Ins ，即 BSC 对测量结果进行预处理需要 大约 25 。那么，第二次切换失败的时间为 55 一 25 = 3s 。 综上所述，重叠区内的最大切换时间为 第一次切换失败的时间＋第二次切换失败的时间＝8s 覆盖重叠长度与列车运行速度，切换时间密切相关，为了提高切换成功率，切换 时间按照能完成两次越区切换考虑，因为切换可能发生在小区内、小区间、同一 BSC 、不同 BSC 同一 MSC 、MSC 之间，所以切换时间要足够长，以适应各种情 况。基站厂家不同，切换时间也有所差别，表 4 一 5 为根据不同列车时速、切 换时间计算的覆盖重叠长度。 表 4 一 5 覆盖重叠长度表 肠 bl 哄一 5 the length ofoverlaPPingarea为了排查是否因为重叠区不足引起的切换失败， 需要发生切换失败的重叠区进行 检查。检查的方法是利用上面计算的小区覆盖半径，计算出重叠区的大小。对比 当前列车运行的时速来比较重叠区的要求大小。如果当前重叠区小于理论值，应 当增加重叠覆盖范围。 4 . 3 . 4 . 2 邻区关系检查和孤岛效应检查设计 没有设置邻区关系和孤岛效应产生切换失败案例， 从电平和误码率上来看和覆盖 问题现象类似。 所以为了排除不是由于未设置邻区关系和孤岛效应引起的切换失 败，需要对这两种情况进行检查。 邻区关系检查主要是检查邻小区关系表，如图 4 一 6 ，对于某个小区发生切换 失败首先要排查是否正确定义了邻区关系。 表 4 一 6 邻区关系表 介 bl 麟一 6 neibonrhood ofcells列车运行时速伽丸间 160 200 发生两次切换的时间（s ) 8 8 重叠区（m ) 360 450 发生两次切换的时间（s ) l0 l0 重叠区（m ) 450 560250 8 560 l0 700300 8 670 l0 840350 8 780 l0 980小 区 号 0 l 2 3 4小区 名称 A B C D E邻近小区 1 的 BCCH 频点 18 邻近小区 2 的 BCCH 频点 08 邻近小区 3 的 BCCH 频点 02 邻近小区 4 的 BCCH 频点 16 因电平低导致的切换失败还有一种情况是因为孤岛效应导致切换找不到邻小区， 如图 4 一 8 所示：因为地形等原因，在离服务小区的较远距离的地方出现该小 区的信号。因周围的小区都不是该小区的邻区，导致无法正常完成切换过程。 数两邻占 越区镇盖导致的孤岛 图 4 一 8 孤岛效应导致切换失败 Fig4 一 8 handover failure cansed by isolated island 本系统中孤岛效应的检查方法如下： 查看切换失败时出小区名称 B ， 公里标 Kl , 对照下表，如果公里标 Kl 在该小区 B 正常公里标范围内（如下表所示，该小区为公里标处于 k32 + 590 和 k47 + l05 是正常的），则不是孤岛效应问题。如 果公里标不在前后基站的公里标范围内，则从 Google Earth 上显示周围相邻小 区，查看地理上相邻小区是否和小区 B 有邻小区关系，如果没有邻区关系则是 越区覆盖导致的孤岛效应。 表 4 一 7 小区公里标 Tab ! e4 一 6kilometric lable of the cells5 6 7 8 9 l0F G H I J K L 12 M11 1008 ? 10 100402 08 08 00 00 10 A K32 + 590 B K39 + 853 C K47 + 105D 1 K54 + 86 E 1 K60 + 94 F 1 K72 + 48 4 . 3 . 4 . 3 覆盖检查模块软件设计流程 如图 4 一 9 所示，覆盖检查模块软件设计流程为： ( l ）怀疑因覆盖问题导致的切换掉话案例送入覆盖检查模块 ( 2 ）判断是否正确设定邻区关系 ( 3 ）判断是否有孤岛效应影响 ( 4 ）选择使用路测图分析方式还是覆盖半径分析方式 ( 5 ）如果采用路测图分析：路测图分析导入路测数据，在 Google 地图上生成 路测图，找出弱场区。 ( 6 ）判定移动台是否处于弱场区 ( 7 ）如果采用覆盖半径分析，计算最大传输路径损耗 ( 8 ）利用传播模型计算小区覆盖半径 ( 9 ）判定移动台是否处于覆盖半径内。如果不处于覆盖范围，得到分析结论 ( 10 ）如果处于覆盖范围，查看 Google Earth 是否有山体或高楼阻挡。 得到结论、退出泽 是否由于孤岛效应导致、切换失分 判断是乱〔 确设置邻区＼关系／ 塑厕丽习退出? 一检。一一路耗一传计盖一辱一径朴一一大损一波，覆乏一歇一半 lIi 一工最 输一蚤〕 型大终下各口盖劝一一算传｛择模最月劫澎查一一料侧一封撇勃一枷 选择路测图分析还是覆盖半径计算 用盖半径 召 riffin 路矍还是生 G 面卫 le 坡 导入 Gd 伟 n 路测图 在覆盖}