無線網(wǎng)絡規(guī)劃業(yè)務密度圖生成方法分析比較

鄭麗萍

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 概述

無線網(wǎng)絡建設優(yōu)化過程中，前期規(guī)劃工作占據(jù)了越來越重要的地位。通過業(yè)務密度圖，分析業(yè)務熱點地理分布，從而確定覆蓋區(qū)域，是規(guī)劃工作的關鍵環(huán)節(jié)。本文歸納總結了四種業(yè)務密度圖生成方法，通過同一組基礎數(shù)據(jù)，對生成結果進行分析，比較各方法的特點和優(yōu)缺點。本文結論可用于指導在無線網(wǎng)絡規(guī)劃工作中，選擇最適合的數(shù)據(jù)業(yè)務密度分析的方法。

2 生成業(yè)務密度圖的基本原理

生成業(yè)務密度圖需要的基本數(shù)據(jù)為基站經(jīng)緯度信息、基站或小區(qū)的業(yè)務量值，部分方法需要小區(qū)方位角信息。各種業(yè)務密度圖生成方法基本原理為：使用業(yè)務量除以對應的面積，得到單位面積下業(yè)務量，再將單位面積下業(yè)務量值根據(jù)基站的地理位置和覆蓋區(qū)域，呈現(xiàn)在二維圖形中。同時，根據(jù)業(yè)務密度數(shù)值進行分級，不同等級區(qū)域使用不同顏色呈現(xiàn)，從而將業(yè)務密度分布情況直觀的呈現(xiàn)出來。

生成業(yè)務密度圖步驟可描述如下：

（1) 生成小區(qū)覆蓋區(qū)域，獲得各小區(qū)面積信息，或等效面積信息。

（2) 計算各小區(qū)業(yè)務密度值，并根據(jù)一定的規(guī)則分級。

（3) 根據(jù)分級結果對小區(qū)覆蓋區(qū)域進行著色。

以忙時話務量密度分布圖為例：

某小區(qū)業(yè)務密度=忙時話務量（單位Erl）/小區(qū)覆蓋面積（單位km2）

各小區(qū)相對業(yè)務密度可根據(jù)絕對值或者相對值進行分級，將各小區(qū)覆蓋區(qū)域（或近似覆蓋區(qū)域）根據(jù)不同的等級進行著色，就得到了業(yè)務密度圖。

需要指出的是，根據(jù)業(yè)務密度相對大小進行分級，最終得到的是相對業(yè)務密度圖，可考察業(yè)務在不同區(qū)域的相對密度情況；根據(jù)業(yè)務密度絕對值大小進行分區(qū)，則可得到絕對業(yè)務密度分布圖。如目標僅為獲取業(yè)務密度地理分布相對情況，僅需要得到不同區(qū)域業(yè)務密度值相對大小分級即可。如下面介紹的一種相對等級劃分方法：

各小區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務密度記為Di＝Pi/Si，全網(wǎng)平均數(shù)據(jù)業(yè)務密度為：

對不同小區(qū)業(yè)務密度按照表1所示區(qū)間進行歸類。

表1 相對業(yè)務密度分級表

3 業(yè)務密度圖生成方法

3.1 站點渲染法

Mapinfo為規(guī)劃工作常用的桌面地理信息系統(tǒng)，站點渲染法主要是運用Mapinfo的專題圖層功能。本方法的基本原理為將規(guī)劃區(qū)域劃分為若干虛擬正方形區(qū)域，在每個正方形區(qū)域周邊一定距離內(nèi)進行搜索，將搜索到的多個站點業(yè)務量以加權平均的方式進行合并，合并結果作為本矩形區(qū)域的業(yè)務量值，并以不同的顏色進行渲染著色。虛擬區(qū)域的邊長最小可設定為幾十米至十幾米的范圍，因此本方法得到的圖形連續(xù)性好，顏色過渡自然細膩，美觀度較高。

在本方法中，如果直接采用站點業(yè)務量作為基礎數(shù)據(jù)，各虛擬區(qū)域最終得到數(shù)值代表的是本區(qū)域搜索范圍內(nèi)站點業(yè)務量的加權平均值，無法體現(xiàn)業(yè)務密度數(shù)值。因此在使用本方法需要將各站點業(yè)務量除以該站點平均站間距的平方，作為生成渲染圖的基礎數(shù)據(jù)。

站點渲染法生成業(yè)務密度圖的具體操作步驟如下：

（1)將處理好的基礎數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)緯度信息導入Mapinfo，生成點圖層。

（2)使用Mapinfo的創(chuàng)建專題圖層功能，使用由步驟（1）生成的圖層生成專題圖層，專題圖層的格式選擇“柵格（GRID）”格式，并設置合適的搜索半徑。

（3)將不同級別的業(yè)務密度設置為不同顏色，對圖層著色。

本文中的所有輸出圖形的分檔和顏色都一致，以便于比較。1級熱點小區(qū)為紅色，2級熱點小區(qū)為橙色，3級熱點小區(qū)為黃色，4級熱點小區(qū)為綠色，非熱點小區(qū)為灰色。生成的業(yè)務密度圖如圖1所示。

圖1 站點渲染法生成的業(yè)務密度圖

3.2 Mapinfo柵格化業(yè)務流量密度統(tǒng)計法

柵格化業(yè)務流量統(tǒng)計法通過Mapinfo生成柵格，將每個柵格轉換為矩形區(qū)域。本方法矩形區(qū)域的邊長大于平均站距，站點密集區(qū)域一個矩形能可能包含多個站點。對矩形區(qū)域內(nèi)的站點的業(yè)務量求和，并根據(jù)結果對本區(qū)域著色。

此方法生成業(yè)務密度圖的具體步驟如下：

（1)使用Mapinfo自帶的插件，“Tools”>“Grid Maker”，其中“Spacing Between Lines”可以設置不同的柵格密度，本文設置為500 m；生成的柵格后，將柵格全選并轉換成“區(qū)塊”（Convert to Regions）

（2)將基礎數(shù)據(jù)，即站點業(yè)務量和經(jīng)緯度信息導入Mapinfo，生成站點圖層。

（3)使用根據(jù)地理位置查詢方法，將每柵格區(qū)塊中包含的站點業(yè)務量求和，并賦值給柵格區(qū)塊對象。

（4)使用專題圖層工具，根據(jù)柵格區(qū)塊對象包含的業(yè)務量值進行著色。得到業(yè)務密度圖層。

本方法得到的業(yè)務密度圖如圖2所示。

圖2 柵格化業(yè)務流量密度圖

3.3 仿真工具生成法

通信仿真工具通過電子地圖、基站信息、傳播模型等信息對無線網(wǎng)絡覆蓋情況進行預測。仿真過程中關鍵步驟之一就是計算各小區(qū)的覆蓋范圍，通過小區(qū)覆蓋范圍預測結果，計算小區(qū)覆蓋面積和業(yè)務密度，即可生成業(yè)務密度圖。目前，部分仿真工具已經(jīng)集成直接生成業(yè)務密度圖的功能，下面以中國移動通信集團設計院研發(fā)的仿真軟件APOX為例介紹業(yè)務密度圖生成的具體步驟。

下面將介紹如何使用APOX仿真軟件來制作業(yè)務密度圖：

（1)新建仿真工程，導入電子地圖和基站參數(shù)，設置傳播模型，確定仿真區(qū)域。

（2)按順序進行頻率規(guī)劃、路損預測、公共信道覆蓋預測。公共信道覆蓋預測成功后，即生成小區(qū)覆蓋區(qū)域預測圖。

（3)軟件“仿真”標簽頁下“業(yè)務→話務圖”下任意一個節(jié)點，右鍵菜單選擇“生成TD話務密度圖”，選擇后點擊“導入話務量”，選擇導入文件便可。特別說明：話務量必須為整數(shù)，且不能含任何公式。

為了更方便和其他生成密度圖的方法作比較，圖3為導出業(yè)務密度圖后，在Mapinfo中重新調(diào)整顏色后的圖形。

圖3 仿真工具生成的業(yè)務密度圖

3.4 小區(qū)級 Voronoi圖生成法

Voronoi圖是計算幾何的重要研究內(nèi)容，在計算幾何理論和應用中發(fā)揮著重大作用。Voronoi圖具有以下幾何特性：在一個多邊形內(nèi)的所有點與此多邊形內(nèi)Voronoi的母點距離比到其他任一母點的距離都近；只有與多邊形內(nèi)母點距離較近的母點才能形成該多邊形的邊；多邊形的邊為距其最近的兩母點間的垂直平分線。基于Voronoi圖的上述特性，使用Voronoi圖近似模擬基站覆蓋范圍是可行的。基本Voronoi圖只能生成以基站為單位的覆蓋區(qū)域，以基站為起點生成小區(qū)方向角度，并制作各小區(qū)兩兩間的角平分線，求角平分線與對應基站Voronoi多邊形的交點。以交點、基站點和對應基站Voronoi在兩角平分線的頂點為參數(shù)，生成小區(qū)級Voronoi圖。

使用小區(qū)業(yè)務量與小區(qū)Voronoi圖面積相除的結果，來表示小區(qū)的業(yè)務密度值。根據(jù)小區(qū)業(yè)務密度與平均業(yè)務密度的比值關系，將小區(qū)劃分為不同的業(yè)務密度等級，并對相應的區(qū)域進行著色，即可得到業(yè)務密度圖。

以上操作均可通過Mapinfo實現(xiàn)，通過Mapinfo二次開發(fā)，可將以上步驟自動化實現(xiàn)，生成的業(yè)務密度圖如圖4所示。

圖4 小區(qū)Voronoi圖生成的業(yè)務密度圖

4 業(yè)務密度圖生成方法比較及使用建議

站點渲染法操作較簡單，生成的業(yè)務密度圖形連續(xù)性好，顏色過渡自然細膩，美觀度較高。因為采用平均站間距的平方來代替面積進行業(yè)務密度的計算，因此結算結果精確度不高，僅能體現(xiàn)出小區(qū)業(yè)務密度相對大小。本方法僅能對基站級數(shù)據(jù)進行處理，無法體現(xiàn)小區(qū)級結果。渲染過程中采用了在一定距離內(nèi)搜索并計算加權平均的方式，因此基站邊界較模糊，無法精確界定出業(yè)務熱點分布區(qū)域。

Mapinfo柵格話業(yè)務流量密度統(tǒng)計法操作較簡單，使用Mapinfo即可實現(xiàn)，不需對基礎數(shù)據(jù)進行預處理。本方法將較大柵格范圍內(nèi)基站業(yè)務流量求和，來體現(xiàn)柵格內(nèi)業(yè)務密度的大小，因此得到的結果分辨率較低，僅能大致表示業(yè)務密度分布的情況。

仿真工具生產(chǎn)法在生成小區(qū)覆蓋區(qū)域的過程中，綜合計算了基站掛高、方位角、下傾角等無線參數(shù)，地勢、地貌等地理參數(shù)，無線傳播模型等電磁參數(shù)，因此本方法得到的小區(qū)覆蓋范圍是最接近實際情況的，計算得到的業(yè)務密度值也是最精確的。業(yè)務密度圖小區(qū)界限明確，可準確界定業(yè)務熱點分布區(qū)域。使用本方法需要收集較多的基礎數(shù)據(jù)，購買仿真電子地圖，操作較繁雜，要求使用者對仿真軟件操作流程較為熟悉。仿真軟件對計算機硬件要求較高，仿真站點數(shù)量存在上限，仿真過程需要大量的時間。

小區(qū)級Voronoi圖生成業(yè)務密度圖的方法，基礎數(shù)據(jù)僅需要基站經(jīng)緯度、小區(qū)方位角、小區(qū)業(yè)務量，通過Mapinfo二次開發(fā)，可快速生成業(yè)務密度圖，對計算機配置要求不高，站點數(shù)量無上限。本方法通過基站無線參數(shù)和地理位置，生成小區(qū)大致的覆蓋范圍，精確度不如仿真方法高。但通過生成的結果比較來看，本方法與仿真法得到的業(yè)務密度圖差別不大，在界定業(yè)務熱點分布的工作中，可發(fā)揮與仿真法業(yè)務密度圖相同的作用。

表2為本文總結的各方法比較。

表2 各類方法比較 5 結論

從上述比較可以看出，在需要進行演示的場景下，采用站點渲染法會得到較好的效果；在進行網(wǎng)絡規(guī)劃確定業(yè)務熱點區(qū)域的工作中，仿真法能得到最精確的結果，因此在時間和資源充足的條件下，建議使用仿真法進行規(guī)劃工作；小區(qū)級Voronoi法精確度雖然不如仿真法，但最終的結果已經(jīng)相當接近，因此本方法可在時間要求緊、資源不充足的條件下，作為仿真法很好的替代方法。

本文通過對四種生成業(yè)務密度圖的方法介紹和比較，總結各方法的優(yōu)缺點，提出了渲染法最適用于演示，仿真法和Voronoi法均可應用于精確規(guī)劃，Voronoi法可作為仿真法的有效替代方法。以上結論可作為網(wǎng)絡規(guī)劃工作的有效指導和建議。

[1]毛居泉.移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化中Voronoi圖的應用研究及實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學, 2006.

[2]林琳, 劉俊杉, 李德忠, 等.數(shù)據(jù)業(yè)務密度圖生成方法以及在TD-LTE網(wǎng)絡規(guī)劃中的應用[J].電信工程技術與標準化, 2013（1).