（信号与信息处理专业论文）umts网络路测信息回放的实现和网络优化研究.pdf

摘要 摘要 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 是一种全球第三代移动 通信技术标准，国际标准化组织3 g p p 制定参与了它的制定。u m t s 技术的发展 为人们的生活带来了便利，同时也影响着社会生产生活的方方面面。u m t s 网 络的发展并不是一个阶段性工程，它包括网络的设计，现场施工，实地测量运 行维护，后期调试优化等一系列工作。为了避免网络基础设施的重复性建设并 提高网络运行质量，移动运营商需要不断地对当前网络进行测试和优化。本文 从实用角度出发，设计并实现了一款u m t s 网络测试数据分析和优化软件。该 软件能够结合g i s 技术回放路测信息，帮助通信网络工程师了解网络运行情况。 此外，在本文中，作者提出了一种算法用于配置u m t s 网络的基站天线下倾角。 该算法基于禁忌搜索，通过优化主公共导频信道( c p i c h ) 的发射功率来提高 u m t s 网络覆盖率。该算法被应用于所设计的软件中，能够给出一种可行的 u m t s 网络优化方案。 关键词：u m t s ，g i s ，网络优化，下倾角 a b s t r a c t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ - - _ _ _ _ _ - _ _ _ - - _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ - 一_ _ _ _ 一_ _ _ _ - _ - _ l _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 a b s t r a c t u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) i sak i n do ft h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ys t a n d a r d ，i n t e m a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r s t a n d a r d i z a t i o nf o r m u l a t i o no f3 g p pi n v o l v e di ni t sf o r m u l a t i o n t h ed e v e l o p m e n to f u m t st e c h n o l o g yb r i n g sc o n v e n i e n c et o p e o p l e sl i f e ，b u ta l s o a f f e c t st h es o c i a l p r o d u c t i o n o fa l la s p e c t so fl i f e t h ed e v e l o p m e n to ft h eu m t sn e t w o r ki sn o tas t a g e p r o j e c t ，i ti n c l u d e st h en e t w o r kd e s i g n ，c o n s t r u c t i o n ，o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c eo f f i e l dm e a s u r e m e n t ，t h el a t ed e b u g g i n go p t i m i z e da n das e r i e so fw o r k i no r d e rt o a v o i dn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r er e p e t i t i v ec o n s t r u c t i o na n di m p r o v et h eq u a l i t yo ft h e n e t w o r ko p e r a t i o n ，m o b i l eo p e r a t o r sn e e dt ob ec o n s t a n t l yo nt h ec u r r e n tn e t w o r k t e s t i n ga n do p t i m i z a t i o n i nt h i sp a p e r , f r o map r a c t i c a lp o i n to fv i e w , w ed e s i g na n d r e a l i z eak i n do fu m t sn e t w o r kt e s td a t aa n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o ns o f t w a r e 。t h e s o f t w a r ec a nb ec o m b i n e dw i t ht h et e c h n o l o g yo fg i sp l a y b a c kp a t ht e s ti n f o r m a t i o n ， h e l pc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ke n g i n e e r su n d e r s t a n dt h en e t w o r ko p e r a t i o n i na d d i t i o n ， i nt h i sp a p e r , t h ea u t h o r sp u tf o r w a r dak i n do fa l g o l i t h mi su s e dt oc o n f i g u r et h e u m t sn e t w o r kb a s es t a t i o na n t e n n ad o w nt i l ta n g l e t h ea l g o r i t h mb a s e do nt a b u s e a r c h ，b yo p t i m i z i n gt h ep r i m a r yc o m m o np i l o tc h a n n e l ( c p i c h ) t r a n s m i t t i n gp o w e r t oi m p r o v et h eu m t sn e t w o r kc o v e r a g er a t e t h ea l g o r i t h mi sa p p l i e dt ot h ed e s i g n o ft h es o f t w a r e ，c a np r o v i d eaf e a s i b l eu m t s ：n e t w o r ko p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：u m t s ，g i s ，n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，t i l t i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节论文的研究背景 众所周知，通信是人与人之间的基本需求之一，而追求快速、高效的通信是 人类一直以来锲而不舍的梦想。自从1 9 世纪9 0 年代末移动通信技术的实用性 被证明以来，移动通信行业就一直处于迅猛发展的势头当中，其发展有时代特 色： 1 2 0 世纪8 0 年代发展的第一代移动通信技术：( 1 c 0 ，主要代表技术有a m p ， s t a c ，s n m s 等，仅能实现语音业务。 2 2 0 世纪9 0 年代到本世纪初，发展了第二代移动通信技术( 2 g ) ，主要代 表技术有c d m ai s 9 5 ，g s m ，t d m a i s l 3 6 ，p d c 等；2 g 网在为用户继续改善 通话质量的同时，还借助g p r s ，e g p r s 等技术满足了用户数据传输服务的需 求。 3 从2 0 0 4 年开始，以c d m a 2 0 0 0 ，t d s c d a m 和w c d m a 等技术标准 为代表的第三代移动通信技术( 3 g ) 发展迅速，近年来得到大规模的实施和部署。 其他3 g 技术标准，如w i m a x 协议等也得到了实际应用。作为3 g 技术的延伸， 被称为准4 g 的l t e 技术实验网也已架设到位，相信在不久的将来会开启高速、 无缝的移动数据传输的新纪元【1 5 【2 7 【2 8 。 时至今日，移动通信技术已经渗透到人们生产生活的方方面面，并在军事、 远程控制、导航等诸多领域有着广泛的应用。但无论移动通信技术如何发展， 都离不开网络基础设施的建设。移动通信网络的建设是个系统工程，涉及到网 络规划，实际施工，系统运行调试，后期测试和网络优化等众多环节。网络基 础设施的建设总有停滞的那一天，富有远见的移动运营商们纷纷将网络建设的 中一t 3 转变为网络技术的演变和转型，由此诞生了移动通信网络优化行业，并成 为业界新的发展重点。伴随移动通信网络优化市场的高增长，国内外移动运营 商和专业的网络优化方案供应商出于实际需要，对辅助优化工具的专业化和技 术标准的规范化提出了更高的要求。 第一章绪论 对移动通信运营商来说，现场的网络基础设施硬件优化( 如重新布置添加 基站，更新天线设备等) 不但施工成本高，耗时常，：需要大量的人力无力投入， 同时也会造成硬件设备的重复性建设和浪费。本轮文结合现今移动通信网络优 化行业的发展现状和发展特点，立足于网络测试数据和网络优化方案的自动化 处理，设计并实现了一种u m t s 网络测试信息处理和网络优化工具软件，根据 网络实际情况给出了自己的网络优化方案：即通过对现有设备配置参数的调整 实现网络优化，且这种调整并不需要对网络硬件基础设施做大的改动，具有远 程调整的特性，在降低移动通信运营商网络优化成本的同时提高了网络运行的 质量，有着一定的实用价值。 第二节论文的主要工作 本论文以设计并实现一种u m t s 网络路测信息回放和网络优化工具的角度 出发，主要进行了以下几个方面的工作： 1 考察通信行业基本状况： 通过大量阅读行业发展信息资料，对行对国内外移动通信行业的基本发 展状况有了一定程度的了解，对行业发展的动态，特别是移动通信网络测试 与优化的自动化和智能化有了充分的认识。此外，还调研国内外现有网络优 化工具以及这些工具面向用户所提供的诸多功能，总结经验和不足，结合实 际需要为工具软件的设计提供了参考和借鉴的依据。 2 研究所涉及理论知识： 学习了u m t s 网络基本架构和系统工作流程，掌握了g i s 开发和电子地 图开发的要点，同时在研究网络优化理论前人成果的基础上提出了自己的优 化方案，并尝试完善优化算法的一些细节。 3 目标工具的设计与实现： 由前期对通信行业基本状况的了解和对所涉及理论知识的研究，结合对 网络优化工具功能的理解，完成了u m t s 网络路测信息回放和网络优化工 具软件的编写，并对软件编写过程中的一些问题给出了自己的见解。 2 第一章绪论 第三节论文的内容安排 本论文的内容安排如下： 第一章是绪论，描述论文的研究背景，讨论了论文选题的意义，介绍了在本 论文主要完成的工作。 第二章首先简要地叙述u m t s 网络的主要概j 念和基本知识。然后针对在实 际软件编写中可能会遇到的问题一一分析，将所要编写的软件进行功能划分， 明确了每个功能模块的主要工作，确定了工具软件的总体架构。 第三章本着u m t s 测试信息回放模块的设计需要，依次介绍了路测采样d t 的概念，地理信息系统g i s 的相关知识。针对模块实现中可能遇到的难点重点 问题我们进行了分析并给出了相应的解决方法和技术途径。 第四章对移动通信网络的基本知识和网络优化做了简要介绍，明确了我们进 行网络优化的主要方向，在此基础上，由对前人工作的回顾，我们提出了一种 基于禁忌搜索算法的网络覆盖优化算法：并就问题规模的划分上做了一些讨论， 尝试改进该算法。 第五章对各模块的实现细节做了简单的描述，对所设计的算法进行了仿真， 并讨论了仿真结果。 第六章主要回顾了本文所作的工作，总结了其中的经验和不足；且对下一步 的研究进行了展望。 3 第二章u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 第二章u m t s 简介和路测优化：工具的总体设计 2 1 1u m t s 的概念 第一节u m t s 简介 通用移动通信系统u m t s ，是由国际标准化组织3 g p p 制定的3 g 标准 1 1 。 u m t s 被业界认为是一种不断发展、完善、扩充和拓展的技术，这体现在： 首先，u m t s 技术有技术上的继承性。u m t s 技术也成为3 g s m ，这个名称 充分说明了u m t s 技术本身是3 g 技术，而且是由2 g 技术g s m 标准的发展而 来的新的标准。譬如，u m t s 分组交换系统是由g p r s 系统演变而来，因此它 们的架构十分相似。 其次，u m t s 技术有完整性。u m t s 技术不但以c d m a 接入网络和分组化 的核心网等技术规范标准作为其网络结构的主体，同时作为一种完整的3 g 移动 通信技术标准，它的空中接口是开放的。具体表现j 生：除w c d m a 作为其优先 选择的空中接口之外，还添加了对t d s c d m a 和h s p d a 等技术的空中接口支 持，彰显了它的通用性。而这些标准和技术都是当经3 g 技术标准的主流，u m t s 实现了不同制式网络的无缝连接。 最后，u m t s 技术还在不断发展。u m t s 技术的长期演变导致了l e t 技术 的出现。l t e 技术具有很强的目的性：实现高效的数据传输。它将为移动通信提 供比以往任何时候都高的数据传输率，而且把广域覆盖与无缝的移动性支持相 结合，而不必考虑所传输的数据类型。 2 1 2u m t s 的结构 对于u m t s 网络而言，由考察角度的不同我们能将u m t s 网络描述为多种 不同的模型。这些模型都能清晰地表达u m t s 网络结构。 从业务属性来讲，u m t s 网络划分为两个域：分组交换域p s ( p a c k e t s w i t c h e d ) 和电路交换域c s ( c i r c u i t s w i t c h e d ) 。由3 g p p 标准的t r 2 1 9 0 5 定义可知，一个 4 第二蕈u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 域是指最高水平的物理实体组和在那些域中确定的接口，而这些接口及其定义 准确地描述了域与域之间是如何通信的【2 1 。 从协议结构和协议功能来说，3 g 网络可以划分为两层：接入层和非接入层。 同样由3 g p p 标准的t r 2 1 。9 0 5 定义可知，层是指一个或者几个域提供的业务有 一定相关的协议聚合方式 2 1 。用户设备u e ( u s e re q u i l ：i m e n t ) 矛l l 接入网之间及u e 和核心网c n ( c o r en e t w o r k ) 1 hc s p s 域之间的交互模式分别对应接入层包和 非接入层的事物处理协议。 在本文中，由于不关心具体的协议和业务细节，仅从u m t s 网络硬件和接 口的角度来描述它的结构。一般来说，u m t s 网络主要由u t r a n ( u m t s t e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ) ，即u m t s 陆地无线接入网和c n 两部分 组成。u m t s 网络的网络硬件和接口结构如图2 1 所示： _ 。- 。_ 。 u e 【。，一 | u t l 己a n c n b sh c s d o m i n | i i 口cu c ， tdj 。，、，、u c ，、j d c 个v h r n c u u 小u u ”。l 1 、广 u v 、阳1 口u | i 。- i b s p h l r a u c j e i r b s r n c 。c c c ujc c c w1 _ jt pw + w l ， o u 。) 肌 广 试o 州广 b sl。 p c - d o m a i n 图2 1u m t s 网络硬件和接口结构示意图 以u m t s 硬件和接口结构示意图为基础，简单描述u m t s 网络的工作流程： 第一步：固定网u t r a n 与经u u 口连接来的u e 交互数据。 第二步：需要传输的数据由基站b s ( b a s es t a t i o n ) 接收后，经无线网络控制器 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 通过i u 接i s l 连接到c n 。 5 第二章u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 第三步：在c n 中根据所传输数据类型选择不同的传输路线，最后到达以公 共交换电话网络p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 或者i p 网络为代 表的目的网络。 第二节u m t s 路测信息回放和网络优化工具总体需求分析 在对u m t s 网络有了一个大概的了解之后，我们开始对本文需要设计完成 的u m t s 路测信息回放和网络优化工具进行需求分析，将其划分为不同的功能 模块。无论是路测信息的呈现还是移动通信网络的优化，都应该以实际测试数 据作为基础。因此我们给出了所编写软大致的工作流程图( 如图2 2 所示) ，即： 先由测试数据提取，再到测试信息呈现，最后经过后台分析优化给出实现所考 察的移动通信网络的优化的解决方案。根据以上思路，我们将软件分工细化。 聊s 网络 测试数据提取 测试数据呈现后台分析优化给出解决方案 图2 2 所设计工具软件工作流程示意图 2 2 1u m t s 网络测试数据的提取 首先明确，路测信息文件一般以报表的形式提供给用户。在这些报表中记录 了有关测试时间内所测试u m t s 网络的大量信息，例如：测试点的位置( g p s 数据) ，测试时间、测试点所测试的信令消息类别、呼叫事件和当时测试设备发 送和接收到的信号强度( 信号的强度由许多具体参数描述) 等等。这些文件存 储的格式不尽相同，一般来说，文件格式根据测试设备、移动运营商和施工单 位所决定。具体的文件格式有如下几种：1 0 9 文件、t x t 文件、f m t 文件和x l s ( 或x l s x 文件) 其中：与其他大多数路测信息文件不同一l o g 文件是加密之后的 二进制文本文件，由专业的测试设备生成，所以这些使用不同设备的不同运营 商之间的1 0 9 文件是不同的。如需要对1 0 9 文件解析的话，需要用户提供具体的 文件结构说明才能进行，有的还需要专门配套的解析硬件，如电子狗。这种文 6 第二章u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 件存储方式具有保密性，较为正规，但在文件解析时不是很方便，需要对具体 运营商的1 0 9 文件做具体的解析方案。而t x t 文件、f m t 文件和x l s ( 或x l s x 文 件) 都是开放形式的，解析这些格式的文件较为简单，但应该注意到对e x c e l 文 件( x l s 或x l s x 文件) ，由于微软对这两中格式文件开放的接口不同，在实际编 写软件过程中需要引用d 1 1 解析方法文件。 实际工作中路测信息文件所记录的信息量大，记录的条数多，为了方便读取 并解析路测文件之后的分析和优化工作，我们应该合理设计对应的记录数据类， 由具体的对象装载这些数据。从而以后每次处理这些数据时仅操作这些对象即 可，避免重复读取原始测试数据，这样做同时也能够防止测试数据文件被修改， 保护原始数据。 由以上分析可知，所编写软件中应包含一个路测数据读取模块，以供使用者 读取测试数据，且这个模块应该是多框架模式的，方便用户将同一区域同一测 试路线的多次测试结果( 如同一条路线不同方向的测试结果) 进行对比分析。 2 2 2u m t s 网络测试报表生成 有的时候，实地测量人员和后台数据分析人员不必专注于每项数据在测试中 具体数值，他们希望从宏观上看到这些数据的统计结果；同时注意到，在对测 试数据的一些分析处理完成后也需要这样的统计结果，且有的数据并不是根据 测试文件直接得到的，需要一些计算过程，所以设计一个数据报表输出模块是 有必要的。在该模块中应该允许用户选择不同的报：表型，且报表打印项目可选， 以减少用户后期文书工作量，节省时间。 2 2 3 测试数据的呈现 用户分析测试数据时往往需要结合当时所处的测试环境( 如时间，地点等) ， 所以需要重现测试环境，即实现测试数据的回放，这个功能需求可专门设计成 一个模块。地理信息的回放需要使用地图，测试参数数据应该以曲线的方式呈 现给用户，而所得到的测试数据的数据类型也是多样的：呼叫类型是文本，收 发功率是整数( 单位：d b ) ，测试点位置是多为浮点数，对不同数据的具体处理 也有不同的要求。 7 第二覃u m t s 简介和路钡0 优化工具的总体设讨 工具软件针对的使用人群也有区别：实地测量人员和后台数据分析人员虽然 在数据回放功能的需求上有一定的共性，但后台数据分析人员可能需要更加详 细的数据( g i s ) 分析，而有的时候，测试人员并不需要知道当时测试点的具体地 理信息，只需知道刚才的测试轨迹是否符合所设计测试方式的要求( 如时间， 采集次数等等) ，所以需要这样一个能够快速了解测试效果的功能，而地理信息 的载入是可选的，可专门为此设计一个简易的测试轨：迹回放功能。在地理信息 的开发上我们应该采取二次开发的开发模式，以节省时间和精力。 综合以上考虑，我们应该设计一个测试信息回放模块，其包含的大致功能如 图2 3 所示。 2 2 4 网络优化方案 图2 。3 测试信息回放模块功能示意图 对于移动通信网络的优化来说，可实施网络优化解决方案可能不止一种，我 们可以将每种优化方案模式设计成一个d 1 1 文件，方便调用和管理，这样也保留 了功能扩展但无论采取哪种优化方式，都需要面对海量数据信息的处理，在具 体设计细节上需要考虑问题模型的简化和问题规模的合理缩小。事实上，网络 优化本身就是个不断变化的过程，面对实际网络优化问题，这种设计方式是合 理的。 8 第二章u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 2 2 5 最终设计方案 其他考虑因素还有：预留c s 模式端口，方便日后能拓展功能，能将测试信 息和报表上传致运营商指定的服务器；同时也能采用互联网地图模式参看测试 数据。编程环境我们选择了n e t 平台，n e t 平台提供了托管执行环境、简化的开 发和部署以及与各种编程语言的集成，使用起来十分方便，程序使用c 群语言编 写。由以上分析，我们所编写的工具软件具体功能模块和对应实现的功能如表 2 1 所示。至此，所设计工具软件的需求分析和功能模块的划分结束，下面是该 工具软件的架构图( 图2 2 ) 装载测试数据、 生成用户 c s 模式，在线地 测试数据预处理 指定报表 图、数据库交互 测试数据 报表生成模块拓展接口 读取模块 人机界面 图像漫游 谀h 1 瓦。屠思网络优化解决方 阐放模块案模块 测试点信息显示 测试参数曲线回 i 涮甘占赫协向前 放 l 伙uk 巩凰影b 尼i 到伏 图2 2u m t s 路测数据回放和网络优化工具软件的总体框架设计示意图 9 第二章u m t s 简介和路测优化工具的总体设计 表2 1u m t s 测试数据回放和网络优化软件功能模块划分 模块名称实现功能 测试数据读取模块加载原始数据，提供只读功能，供使用者观测 报表生成模块提供可调多选项模板，生成用户指定报表 测试信息回放模块测试轨迹回放，测试数据曲线回放 网络优化解决方案模块为用户提供可行性优化方案或优化建议 第三节本章小结 在第二章中，我们首先学习了u m t s 网络的基础知识。接着讨论了所编写 工具软件需要实现的具体功能，经过分析将这些功能细化，最终划分为不同的 功能模块，在完成软件总体架构分析的基础之上，明确了各模块的对应功能。 1 0 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 3 1 1d t 采样的概念 第一节路测采样( d t ) 简介 d t ( d r i v et e s t ) 测试：一般称为路测，即通过驱车并借助专门的采样设备对移 动网络通信的通信状态、收发命令和各项性能参数进行记录的一种测试方法 3 1 。 通过d t 能够发现移动通信网络前期规划或施工中不合理行为所造成的问题。总 的来说，d t 为移动通信网络性能评估、网络故障定位和网络优化等方面的工作 提供了重要数据基础，是网络建设、维护和优化中必不可少的工作。 3 1 1d t 采样数据简介 一般来讲，d t 测试的主要数据包括： 1 移动台的发射功率电平。 2 移动台的接收功率电平。 3 移动台接收机收到的每径( f i n g e r ) 矛h 各径合并的强度疋i 。 4 前向接收误帧率f e r ：f r a m ee r a s u r er a t e ) 。 5 用于解调的各导频集和p n ( p s e u d o n o i s e ) 偏置值。 6 分组数据业务物理层传输速率、r l p ( r a d i ol i n kp r o t o c o l ：无线连接协 议) 层传输速率和t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l ：传输控制协议) 层传输速率。 7 软切换状态。 8 移动台收发的层_ 三( l a y e r3 ) 信令消息。 9 各种呼叫事件( 如：掉话、起呼、开始通话、接入失败等) 发生的时间 和地点。 第三章u m t s 测试信息回放模：央设计 3 1 3d t 采样原则 d t 测试是了解u m t s 网络运行状态和寻找网络故障位置的必要手段。为获 取准确的测试数据进而反映u m t s 网络的真实信息，设计合理的测试路线显得 十分重要。测试线路可选择一条或多条，需要遵循以下原则： 1 穿越尽可能多的基站 2 穿越基站之间的切换区 3 包含多种频率信号的传播环境 4 包含信号覆盖区域主干道 5 在测试线路上，对测试车没有速度约束，能以：不同的速度行驶 6 包含用户多次反映通信质量不高的地段 3 1 4d t 采样流程 d t 采样流程中各个步骤以及需要注意的相关事项如表3 1 所示： 表3 1 路测采样流程表 步骤名称实施目的 需求分析明确需求信息，获取站点信息；目月确系统参数设置；确定优 化验收指标；确定与客户的分工界面 拟定测试细节确定测试路线；确定测试日期、时间段；确定测试参数，呼 叫方式；确定测试类型 路测前的准备确保测试车辆工作状态良好，路测设备工作正常。 实施路测按照设计好的测试路线进行实地测量，并按照已制定的格式 规范保存测试结果。 路测数据分析分析采样数据，评价信号覆盖质量，寻找故障位置 制定解决方案根据d t 采样数据的分析结果，制定可行的网络优化和调整 方案，若同时有多套方案可供选择，需按照优先顺序列出。 实施解决方案将调整解决方案提交运营商或施工单位，由其负责实施所 制定的方案。需要确保所制定方案能够被严格的执行，并及 时得到反馈信息和意见，参与调整必要的检查和监督。 1 2 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 续表 步骤名称实施目的 验证路测检测制定优化方案的有效性。 判断是否达到判断优化是否达标，是否可以定位网络中故障点出现位置。 优化效果如果判断达标，则撰写提交优化报告，结束本次优化流程； 反之，则使用新的优化方案，重复以上两个步骤，直至测 试结果达标。 完整的路测实施步骤如图3 1 所示： 3 2 1g i s 简介 图3 1 移动通信网络路测步骤示意图 第二节g i s 概述 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) r p 地理信息系统，是一种融合了数据库技 术、地理空间理论、计算机原理和信息科学理论的综合技术j 是多学科交叉的 产物。g i s 可以对地理数据、属性数据、几何数据、时间数据等空间数据进行管 理与操作，这是其区别于其他信息系统的根本标志，也往往获得一些平时人们 1 3 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 - - 。- _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - 一一_ - _ - ，- _ _ 一 忽略的地理空间信息规律。使用g i s 的目的是依赖其优秀的地理信息处理能力 辅助人们解决实际问题。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空问 数据的重要工具和技术，与地理学，测绘学等众多学科联系紧密，近年来发展 迅猛，应用前景广阔。 3 2 2g i s 的开发模式 通用平台开发和二次开发是常见的g i s 开发模式。 通用平台的开发，就是开发者a 手起家，保证所编写的地理信息软件由底层 致顶层的所有数据结构和算法实现都具有原创性，独立于g i s 开发工具软件。 二次开发可分为三种模式，它们分别是： 1 采用g i s 定制宏语言开发。由于宏语言相对于高级语言在功能上有一点 的缺陷，这种开发模式往往不被编程人员接受。 2 借助o l e d d e 技术开发模式，及通过o l e 自动化( o l e a u t o m a t i o n ) 和动态数据交换( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 等技术手段在软件后台完成g i s 处 理功能。 3 基于g i s 控件的集成开发模式。g i s 控件本质上是一种o l e 自定义控件 ( o l ec u s t o mc o n t r o l s ，o c x ) ，该技术受到g i s 平台开发商支持。实际使用中加 载次控件根据需要编写控件动作，通过简单的操作就能实现g i s 的各种功能。 本文所设计的软件选择了g i s 控件的集成开发模式进行编写，以节省时间和 精力。 3 2 3m a p x 简介 m a p l n f o 公司基于a c t i v e x 技术和地图化技术开发_ = 广m a p x 产品。这保证了 程序员能在n e t 平台和d e l p h i 等标准可视化开发环境中，使用自己熟练的语言完 成空间分析功能和地图编辑功能的开发。且软件的运行时无需调用m a p l n f o 平 台，开发周期耗费小。如图3 2 给出了m a p x 控件类内部结构示意图。 1 4 图3 2m a p x 控件类内部结构示意图 m a p x 的文件管理模式设计合理，其本质就是表形式组织的数据库，分开存 放空间数据和属性数据。t a b 、d a t ( m d b ，a i d d b f ) 、m 印和i d 等四种文件组成了 图3 3m a p x 数据存放和调用原理示意图 在属性数据空间内：t a b 文件定义了属性数据的字段和字段说明，并描述了 地图图元，相当于定义了表头；d a t ( m d b ，a i d d b f ) 文件则负责记录具体的每条扁 第三章u m t s 测试信息i 司放模块设计 性数据信息。在空间数据空间内m a p 文件存放了实际地图中每各图元的记录号、 位置( 即坐标) 和图元类型( 点、线、面还是其他) 。属性数据空问和空间数据 空问相互独立，两者通过i d 中存放的索引编号指针，在交叉索引机制下实现地 图上所有元素空间数据和属性数据的一一对应关系，确保数据库正常工作。 m a p x 中每张电子地图显示效果实际上是多个图层的叠加，例如在某张 m a p x 电子地图中：图层1 描述了该地区的街道，而图层2 却描述了此区域内加 油站的分布等等。引入图层的概念不但优化了地理信息数据的管理，同时也方 便用户对关心的数据进行单独细致的调查。图层的集合称作g e o s e t ，也就是人 们常说的地图集，借助于g e o s e t 用户能快速浏览地图各个图层。设置和使用 g e o s e t 非常便捷，受到普通用户的广泛赞誉。 图3 4m p a x 中的图层概念示意图 3 2 4 移动通信工程引入g i s 的意义 移动通信网络规划、路测和网络优化等工作需要在电子地图上关注的数据种 类繁多，这些工作所使用的电子地图不仅仅关注测试点所处的蜂窝小区，基站 被测时的各项参数，还需要一些附加的网络运行时的周围环境信息，以供专业 的通信工程师们参考，例如： 1 在城镇中，我们并不能保证测试所在小区的基站处于该小区海拔最高 点，因此需要记录测试点周围的道路情况，周围建筑物的高度和朝向。 2 在野外或者郊区，需要记录测试点周围的地貌地况，多山或者丘陵地形 等因素也常常涉及到基站的选址和基站功率等一系列参数的调整。 此类周边环境信息都或多或少的关系到移动通信网络的上行链路或下行链 路的链路传输损耗，严重的甚至直接影响所处区域的网络通信质量。由此可见， 1 6 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 拥有一张能够真实反映移动通信网络运作过程中网络周围环境信息的电子地图 对专业通信工作人员来将是十分重要的。适用于移动通信网络工程的电子地图 必需囊括很多图元数据，且这些图元数据需要用不同的颜色和图示来表示，相 应的说明文字也应该凸显。由前文对g i s 的介绍可以知道，按照g i s 标准所生 成的电子地图的表达具有多样性和丰富性，即使是一片小区域所对应的电子地 图却往往包含有大量的地理信息。g i s 通过其优秀的图形处理能力和表达能力 完全能满足专业通信工作人员对地理信息的需求。 第三节测试信息回放模块设计 3 3 1 测试信息回放模块的功能分析 对于测试信息的回放，用户都希望在所使用工具的界面直观地上了解所有 d t 采集信息，而图像和曲线则是信息呈现的最佳方式。如前文第二章所叙述的 那样，在软件总体架构的规划和需求分析中，我们将d t 采集信息的回放划分为 简易的测试信息回放和加载m a p x 控件的电子地图的测试信息回放。之所以采 用这两种方式，不仅是因为针对的使用对象：实施路测的工作人员和后台数据 分析人员( 或移动通信网络优化工程师) 对数据分析要求的详尽程度不同，同 时也是因为未加载电子地图和加载电子地图的情况下，该模块在显示采集信息 回放的具体实现方法上有一定的区别。不过我们应当联想到，事实上在这两个 子功能模块中，测试信息回放的方式和需要提供给用户的操作基本上是相同的。 基于这个认识我们设计了这两种不同的子模块。下面我们分别对应两个子模块 中的一些功能和我们的设计思想进行描述。 3 1 2 简易测试信息回放子模块设计 简易测试信息回放子模块应该具备图像漫游、测试点及其信息显示，测试轨 迹的回放、测试相关参数曲线回放以及曲线上点信息显示等主要功能。此外， 还需要提供给用户显示图像的缩放，漫游等一系列子功能。总结起来，该子模 块的设计关键点就是图型信息和文字信息的显示。 1 7 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 3 1 2 1 图像和曲线显示工作模式 对于最基本的图像显示问题，考虑到用户多次点击控件可能会导致刷屏情 况，以及图像的重现和图像的褪去等情况都会导致图像的闪烁，我们将在实现 显示图像和曲线时采用双缓冲显示模式，从而减少图像和曲线的闪烁。n e t f r a m e w o r k 提供了对双缓冲的使用，其原理十分简单。首先将复杂绘图操作逐 一存储在内存缓冲区，在程序读取完所有复杂操作后将缓冲区内所有数据一次 性复制到目标显示控件上，即把多次绘图操作转化为一次绘图操作，从根本上 避免了图像闪烁问题。对于简易测试信息、回放子模块来讲，无论是实现测试点 显示、测试点轨迹回放，测试相关参数曲线等主要功能，还是实现缩放、漫游 等子功能，都会涉及图像在显示控件中坐标平移的操作。如果对每个操作都设 计一种显示模式，不仅工作重复性高，工作量大，而且会影响到今后对软件代 码的维护和软件功能的拓展。因此在设计上我们尽量让简易测试信息回放子模 块所有功能的实现流程相同，采取这种设计模式的初衷是为了方便是各种操作 实现代码的结构相似，不但减少工作量，令程序结构清晰，同时也符合代码编 写规范。图型显示在控件中坐标平移操作的相似设计程序逻辑如图3 5 所示。 为了区别并表示不同的操作，我们为每种操作都自定义了唯一的工作状态 字。将工作状态字的思想扩展，使之成为一种规范的显示流程模式，如图3 6 展 示：对于任何动作，首先检测工作状态字( 之前的或现在的工作状态字) ，然后 由统一的状态字处理方法( 函数) 得到要显示的效果，可以提高执行效率。这 种对状态字的处理方式实际上提供了一个较为开放的处理接口，日后添加其他 图像显示功能十分方便，增强了软件的拓展性。 注意到，测试点显示和测试轨迹回放功能，采将用同一个控件显示，在每次 显示切换之间可能会有上次图像的残存。因此我们设计了一个自定义的控件工 作状态字段( 枚举类) ，在每次工作模式切换或者有显示控件动作时，首先做工 作状态的逻辑判断，然后显示控件将会重绘图像，通过设置工作状态和标志位， 保证显示的正常和流畅，提高了用户体验。 1 8 二翌三皇竺型苎堡：垦旦塾! 型茎坠生 图3 5 测试点简易数据回放逻辑流程图 图3 6 显示流程模式示意图 3 1 2 2 图像和曲线自调控显示 1 9 体乳神涝擦雏趋观 线h 扦雌变进一日_仁写习能臌咖 雕蛐啪匙澈沁赫参关 玎j眦饷帕张溉瞧大拽 产7 j l 乜削耋i 撒堆迹者 月式发朋试放埘测瞒户n 慨 孔布图黔跚懈鄹大操 握m 些撒黼p 洲测嗵嫦n 够莉如能 氰比户 耗比户 在乱拥汐卮慨趺 是有限的，而某些实际测试数据大小并不确定。于是我们考虑：如何在有限显 示介质上合理的加载并显示图形信息，使这些图形能：够根据用户的观察视角提 供不同( 比如：缩放倍率不同) 的信息详细程度，我们称之为图形的自调控显 示。使用白调控显示技术能够很好地解决我们所遇到的问题，有效地改善了在 小面积显示介质上显示信息量不足的缺陷，满足i r 实际应用的需要。下面我们 分别介绍图像和曲线的白调控显示实现原理： 1 图像白调控显示 考虑到人们观察图像的一般习惯，我们将显示控件的中心点设置为观测点， p c ( c p 。，c p y ) 我们设c 。n t r 0 1 w i d t h 是空间横向长度，c o n t r 0 1 h i 曲是控件纵向长度，控件 中心点很容易得到： c p x = co n t r l 0 1 wi d t h c p 。=c o n t r 0 1 h i g h 2 用如下方法找到显示区域对应的地理坐标，标记为 p l ( l p 。，l p y ) 如图3 7 所示，遍历测试点，找到边界点，得到边界值： 纬度最大值一m a x ，纬度最小值lm i n 经度最大值匕m a x ，经度最小值只m i n ，则有： l p x = l p y = 只r n a x + 只r a i n ，) j o p ym a x + p ，r a i n 2 ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 4 ) 令所求测试点地理坐标为p ( z ，少) ，显示坐标为p o ( 已，只) ，由一般的比例尺 原理易有： 2 0 x l p x p y c p y 一= y l p y p 。m a x p xm i n c o n t r 0 1 h i g l l ( 3 5 ) p ym a x p ；m j i n 卜c 只+ 舞鬻l p x ， 卜s + 卷装沁q ， 。石 图3 7 遍历测试点寻找边界值示意图 同时注意到，要适应地图缩放功能且显：示的时候不能将边界点真正显示在控 件边缘，应对式( 3 6 ) 作一定的修改。简单的，我们添加显示常数m a p a d p a t p 盯锄e t e r 和缩放因子z o o m m u l t i p l e 就能解决这个问题。 ( x l p x ) m a p a d p a t p a r a m e t e r z o o m m u l t i p l e ( y l p y ) m a p a d p a t p a r a m e t e r z o o m m u l t i p l e 且显示常数应该满足如下条件： 0 m a p a d p a t p a r a m e t e rt ：l 2 l ( 3 7 ) ( 3 8 ) r，j、l 蓦j 一单一 w 一只旦0 喜j一些阶黑篆 旦匕。| 0 第三章u m t s 测试信息回放模块设计 一般来说，取m a p a d p a t p a r a m e t e r = 0 8 较为合适。 由此可知，若要添加其他的平移功能，只用在式( 3 7 ) 中添加新的或修改原有 的因子或常数以满足需要。事实上在该模块的具体实现中，这种根据需要添加 计算