基于地理信息系統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析方法

華媛媛 重慶數(shù)字城市科技有限公司

引言

由于無(wú)線電波在傳輸過程中將產(chǎn)生一定的損耗，移動(dòng)通信網(wǎng)在蜂窩小區(qū)中的信號(hào)覆蓋范圍有限，需通過獲取到局部與整體區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋情況，為網(wǎng)絡(luò)管理部門調(diào)整基站、擴(kuò)大覆蓋范圍等提供參考依據(jù)。通過將GIS 系統(tǒng)應(yīng)用于場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析中，能夠快速有效生成可視化信息、挖掘出覆蓋盲區(qū)，更好地輔助決策。

1 基于GIS 系統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法分析

1.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GIS 系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)與非空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的編輯、存儲(chǔ)與更新，提供外部設(shè)備地圖、信號(hào)覆蓋圖、基站位置圖等地圖的疊加功能，用于完成空間分析、可視化處理等服務(wù)。當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已基本在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，但仍有部分區(qū)域存在信號(hào)網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、通信信號(hào)較弱等問題，影響到用戶的正常通話與上網(wǎng)體驗(yàn)。鑒于當(dāng)前尚無(wú)有效工具用于實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍的評(píng)估與預(yù)測(cè)，因此可利用GIS 系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)的整合處理，為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋統(tǒng)計(jì)與分析工作提供輔助價(jià)值。

1.2 研究方法

本文選用高程圖、地籍圖、小區(qū)站圖等數(shù)據(jù)，利用GIS 系統(tǒng)將移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的空間與非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，經(jīng)由空間分析獲取到研究范圍內(nèi)小區(qū)站的信號(hào)強(qiáng)度、計(jì)算出場(chǎng)強(qiáng)值，并呈現(xiàn)出整體研究范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度分布情況。其實(shí)驗(yàn)流程如下：數(shù)據(jù)采集——戶外場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)——信號(hào)強(qiáng)度可視化——場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析——顯示小區(qū)站可能的切換區(qū)域。

2 地理信息系統(tǒng)在移動(dòng)通信網(wǎng)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析中的具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集與空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立

選取某市區(qū)中的部分區(qū)域劃定為研究范圍，利用GIS 系統(tǒng)將采集到的地形圖、社區(qū)街道地圖、小區(qū)站圖、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試點(diǎn)圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。通過觀察地形圖可以發(fā)現(xiàn)，在該研究區(qū)域內(nèi)的地形條件無(wú)明顯變化、高程保持在3.21-4.45m 范圍內(nèi)，整體地形較為平坦；針對(duì)社區(qū)街道地圖進(jìn)行觀察，可掌握區(qū)域范圍包含的街道與車道數(shù)目；針對(duì)小區(qū)站圖進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)該區(qū)域范圍內(nèi)共設(shè)有20 個(gè)小區(qū)站，并獲取到其發(fā)射功率、天線型號(hào)與高度等信息；針對(duì)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試點(diǎn)圖進(jìn)行分析，共獲取到4552 個(gè)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試值及其坐標(biāo)參數(shù)，信號(hào)強(qiáng)度最高值為80dBμV、最低值為20dBμV。結(jié)合上述數(shù)據(jù)完成不同地圖屬性的設(shè)置，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，采用無(wú)人機(jī)航拍方式經(jīng)由各測(cè)試點(diǎn)記錄其具體的信號(hào)強(qiáng)度、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，在GIS 系統(tǒng)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換為場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，完成測(cè)試路線的設(shè)計(jì)，保障研究區(qū)域范圍內(nèi)的各小區(qū)站均能夠被檢測(cè)到其信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值，建立場(chǎng)強(qiáng)覆蓋地圖。

2.2 戶外場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)與可視化處理

基于GIS 模型進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋分析，利用ArcView、ArcGIS 軟件開展空間分析，將高程圖、小區(qū)站圖等數(shù)據(jù)輸入到模型中，建立起小區(qū)站與測(cè)試點(diǎn)間連線的地圖，并利用以下公式完成場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)值的計(jì)算：

其中Pr、Pt分別指接收功率與發(fā)射功率，Gt為發(fā)射天線增益，L 為總路徑損耗。利用GIS 系統(tǒng)獲取到2682 個(gè)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，將其與場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，同時(shí)需選取區(qū)域范圍內(nèi)分辨率較高的場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，便于對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行插值。在本文中選取沿街道5m 的間隔點(diǎn)生成其預(yù)測(cè)結(jié)果，并建立間隔點(diǎn)的地圖。

在此基礎(chǔ)上，利用三維模型進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋情況的可視化處理，結(jié)合高程圖、預(yù)測(cè)圖、樓地圖建立三維視圖，采用反距離權(quán)重插值法實(shí)現(xiàn)由信號(hào)強(qiáng)度向場(chǎng)強(qiáng)值的轉(zhuǎn)化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)域移動(dòng)通信網(wǎng)范圍內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)表面的可視化呈現(xiàn)。

2.3 小區(qū)站服務(wù)區(qū)與切換功能

在建立場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)圖、計(jì)算出插值場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)移動(dòng)通信網(wǎng)中對(duì)話建立的標(biāo)準(zhǔn)將各小區(qū)站的服務(wù)區(qū)劃定為場(chǎng)強(qiáng)≥37dBμV 的區(qū)域，并在各小區(qū)站場(chǎng)強(qiáng)覆蓋區(qū)域圖中利用不同顏色將信號(hào)強(qiáng)度存在差異的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，利用下列公式完成各網(wǎng)格單元中最大場(chǎng)強(qiáng)值的計(jì)算：

其中Pijmax為i、j 兩單元站在網(wǎng)格單元中的最大場(chǎng)強(qiáng)值，Pi、Pj分別為兩單元站在網(wǎng)格單元中的場(chǎng)強(qiáng)值。在此基礎(chǔ)上，由于移動(dòng)站在通話過程中可能出現(xiàn)超出服務(wù)范圍的情況，因此還需計(jì)算出不同單元站及其相鄰單元站間的重合區(qū)域，完成切換服務(wù)區(qū)域的計(jì)算。

3 結(jié)論

在移動(dòng)通信網(wǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍將直接影響到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，因此需注重利用GIS 系統(tǒng)的技術(shù)與功能優(yōu)勢(shì)進(jìn)行空間分析，整合地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍的預(yù)測(cè)，更好地提升移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。