隧道内4G网络路测的方法及应用

CharlesZed

摘 要：随着4G网络的发展，越来越多的区域需要使用带有定位系统的网络设备进行测试。在铁路、公路线路上，部分地区隧道较多，GPS信号弱甚至没有，电信运营商无法使用传统路测设备进行精准测试。本文介绍了一种适合隧道场景的4G网络路测的方法，能够在无GPS信号的测试过程中实现全自动位置打点，有效提高路测精度及工作效率。
关键词：4G网络；路测；隧道内定位
中图分类号：TN929 文献标志码：A
路测是通信行业中对铁路、公路等路线无线信号进行测试的常用方法，通过测试得到无线信号数据和测试的路线图，结合无线环境因素，分析得出路线上的网络质量情况，同时，通过解决测试过程中发现的弱覆盖、质量差、掉话、未接通/单通、杂音、切换失败、越区覆盖、频繁切换、选择和重选等问题，能够有效提升用户在该路线上的通信感知。为提高测试效率，测试人员一般都是坐在火车、汽车中，用专业的测试仪表对整个路段进行测试。目前全球定位系统（GPS）已经能够为用户提供非常精确的定位服务。然而，使用该全球定位系统必须要接受由卫星或天线发射的无线GPS信号，这对于无法接收到该信号或信号质量很差的隧道区域来讲，则无法通过GPS信号来定位。
但是，4G运营商需要在无法接收GPS信号的特殊环境中完成定位信息，并对该环境中的4G网络指标进行监测分析。为了能在铁路、公路隧道中定位，并获得与运动路径对应的4G网络的监测信息，需要一种能在缺失GPS信号的环境中获得定位信息的方法及设备。
1 定位方法
通过采集到的原始数据，包括：GPS信号接收单元，用于接收GPS信号；陀螺仪，用于采集运动角速度信息；加速度计，用于采集运动加速度信息；气压计，用于采集大气压力信息。并利用无线通信单元，将原始数据信息传送给数据处理单元，通过确定的位置坐标校正其他位置的坐标，从而计算出位置信息。该方法能在没有GPS信号的区域确定物体的相对或绝对运动路径。具体实现方法如下。
从有GPS信号的位置开始采集数据，GPS信号接收单元接收该位置的GPS信号，并采集运动路径中的多个位置的数据，将相对或绝对运动路径中的一个或多个位置的确定的相对坐标信息输入数据处理单元。对于只有相对路径的情况，数据处理单元根据该一个或多个位置确定的绝对坐标，计算其他位置的绝对坐标从而获得绝对路径；对于具有绝对路径的情况，数据处理单元根据该一个或多个位置确定的绝对坐标校正其他位置的绝对坐标，如图1、图2所示。
2 路测设备
将定位方法形成设备，并与专业路测设备结合使用，主要包括3个组件。
（1）前端设备。用于室内室外自动路测数据采集，能同时进行TDD-LTE/FDD-LTE、GSM-R等10个以上网络的路测及网络数据采集。
（2）可基于平板电脑、智能手机、笔记本电脑等综合网络测试监控和后台分析系统。实时查看和回放各个网络测试的事件、信令、参数、GIS轨迹等；可现场实时统计测试的报表结果。可用于对路测数据的现场实时监控和评测/优化。
（3）类似于传统自动路测的后台分析系统。主要应用于网络质量监测、优化效果评定、割接情况检查、网络优化分析以及日常网络代维，能及时发现问题、分析问题，改善网络服务质量。
3 具体应用
在青海某地连续隧道的高铁线路上，能借助此定位方法设备提供的位置定位传感器功能，非常准确地实时自动画出4G网络连续测试轨迹，且轨迹不会大幅中断，以方便解决隧道特殊场景的位置轨迹自动定位、实时测试和现场分析的难题。具体情况如图3所示。
图3、图4是TD-LTE网络的RSRP与SINR的参数渲染图，其中图3是本方法设备自动打点轨迹线路，图4是传统路测设备打点轨迹线路。综合功能性和数据准确性对比测试的结果，基本可以得出如下结论。
本文阐述的高精度定位算法及与之形成的路测硬件产品，定位精度能够控制在1%以内，且能有效消除累积误差，是适合铁路、公路隧道的测试方案的综合测试设备，可完全替代传统路测系统在无GPS信号时的手工操作。同时，设备除能支持“测试模块”接入方式外，还可通过USB口外接方式测试，获得与手工路测系统一致的测试数据。
提供的实时后台分析管理系统具有如下功能：详细地图监控和网络质量分析（包括所有网络的事件信息、信号电平/质量等参数信息都可在地图轨迹上同时实时呈现，且按用户意愿可随意进行图层偏移呈现…），能在iPad终端上实现直接制订/编辑/下发测试计划、直接出Word/Excel报表、ATU实时监控（事件、层2/3信令、信号电平/质量等参数、邻区列表、告警等）、LOG现场回放分析（包括主被叫联合回放分析）、测试LOG管理等，比较方便测试工程师现场分析定位网优问题，能满足无线网络巡检/评估/优化/代维需求。可支持13个以上网络同时进行对比测试和分析（13个网络模块可进行任意网络制式及业务配置），支持多网络多任务多运营商的对比测试和优化：GSM/GPRS/EDGE、CDMA IS95/CDMA20001X/EVDO、WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA+、TD-SCDMA/HSPA、WLAN、TDD-LTE/FDD-LTE等。
同时，该方法及设备也可应用到室内、电梯、楼梯等场景的测试和直观轨迹显现，并能按楼层、电梯、楼梯等场景直接输出报表。
当前，运营商正在着手于建立良好的4G网络，网络的性能在今后的优化工作显得越来越重，而现有的测试手段基本不能满足精确测量信号的需求，所以需要有一个更完善的测试设备，来精确测试特殊场景内的无线信号。本文阐述的方法及测试系统能够在无GPS信号路测中实现全自动打点，减少传统路测中人为引起的测试数据误差，更易于提高测试精度，提高人员工作效率。
参考文献
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