基于地理信息系統的移動通信網場強覆蓋分析方法

華媛媛 重慶數字城市科技有限公司

引言

由于無線電波在傳輸過程中將產生一定的損耗，移動通信網在蜂窩小區中的信號覆蓋范圍有限，需通過獲取到局部與整體區域的場強覆蓋情況，為網絡管理部門調整基站、擴大覆蓋范圍等提供參考依據。通過將GIS 系統應用于場強覆蓋分析中，能夠快速有效生成可視化信息、挖掘出覆蓋盲區，更好地輔助決策。

1 基于GIS 系統的移動通信網絡規劃方法分析

1.1 地理信息系統

地理信息系統簡稱為GIS 系統，可實現對空間數據庫與非空間數據庫中數據的編輯、存儲與更新，提供外部設備地圖、信號覆蓋圖、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。當前移動通信網絡已基本在國內實現全面覆蓋，但仍有部分區域存在信號網絡覆蓋不全、通信信號較弱等問題，影響到用戶的正常通話與上網體驗。鑒于當前尚無有效工具用于實現對移動通信網場強覆蓋范圍的評估與預測，因此可利用GIS 系統的功能優勢進行空間數據、非空間數據的整合處理，為移動通信網絡場強覆蓋統計與分析工作提供輔助價值。

1.2 研究方法

本文選用高程圖、地籍圖、小區站圖等數據，利用GIS 系統將移動通信網絡的空間與非空間數據進行整合，經由空間分析獲取到研究范圍內小區站的信號強度、計算出場強值，并呈現出整體研究范圍內的信號強度分布情況。其實驗流程如下：數據采集——戶外場強預測——信號強度可視化——場強覆蓋分析——顯示小區站可能的切換區域。

2 地理信息系統在移動通信網場強覆蓋分析中的具體應用

2.1 數據采集與空間數據庫建立

選取某市區中的部分區域劃定為研究范圍，利用GIS 系統將采集到的地形圖、社區街道地圖、小區站圖、場強測試點圖等數據進行整合。通過觀察地形圖可以發現，在該研究區域內的地形條件無明顯變化、高程保持在3.21-4.45m 范圍內，整體地形較為平坦；針對社區街道地圖進行觀察，可掌握區域范圍包含的街道與車道數目；針對小區站圖進行分析，可發現該區域范圍內共設有20 個小區站，并獲取到其發射功率、天線型號與高度等信息；針對場強測試點圖進行分析，共獲取到4552 個場強測試值及其坐標參數，信號強度最高值為80dBμV、最低值為20dBμV。結合上述數據完成不同地圖屬性的設置，建立空間數據庫，采用無人機航拍方式經由各測試點記錄其具體的信號強度、坐標等數據，在GIS 系統內將其轉換為場強數據，完成測試路線的設計，保障研究區域范圍內的各小區站均能夠被檢測到其信號強度數值，建立場強覆蓋地圖。

2.2 戶外場強預測與可視化處理

基于GIS 模型進行場強覆蓋分析，利用ArcView、ArcGIS 軟件開展空間分析，將高程圖、小區站圖等數據輸入到模型中，建立起小區站與測試點間連線的地圖，并利用以下公式完成場強預測值的計算：

其中Pr、Pt分別指接收功率與發射功率，Gt為發射天線增益，L 為總路徑損耗。利用GIS 系統獲取到2682 個點的信號強度計算結果，將其與場強測試結果進行比較，同時需選取區域范圍內分辨率較高的場強進行計算，便于對信號強度進行插值。在本文中選取沿街道5m 的間隔點生成其預測結果，并建立間隔點的地圖。

在此基礎上，利用三維模型進行場強覆蓋情況的可視化處理，結合高程圖、預測圖、樓地圖建立三維視圖，采用反距離權重插值法實現由信號強度向場強值的轉化，以此實現對研究區域移動通信網范圍內場強表面的可視化呈現。

2.3 小區站服務區與切換功能

在建立場強預測圖、計算出插值場強預測數據的基礎上，依據移動通信網中對話建立的標準將各小區站的服務區劃定為場強≥37dBμV 的區域，并在各小區站場強覆蓋區域圖中利用不同顏色將信號強度存在差異的區域進行標識。在此基礎上，利用下列公式完成各網格單元中最大場強值的計算：

其中Pijmax為i、j 兩單元站在網格單元中的最大場強值，Pi、Pj分別為兩單元站在網格單元中的場強值。在此基礎上，由于移動站在通話過程中可能出現超出服務范圍的情況，因此還需計算出不同單元站及其相鄰單元站間的重合區域，完成切換服務區域的計算。

3 結論

在移動通信網中，場強覆蓋范圍將直接影響到網絡質量，因此需注重利用GIS 系統的技術與功能優勢進行空間分析，整合地理信息數據進行場強覆蓋范圍的預測，更好地提升移動通信網絡質量。