（通信与信息系统专业论文）移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发.pdf

惑 k 广 一 y ， l t - ， 爹 0 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮 电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：銮妥彳l 一 e ti 蓼t ：二丝丘年坐丝盟 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被 查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守 此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注 糨蒜墨三鐾兰兰? 本絮。翌! 筮耻望 本人签名： 整鱼 日期：翌! 业! i i 三i ! ! 型 导师签名：与名o日期：j 翻生鲁乙蠢嘱旦丝 ，r 随着我国3 g 网络的逐步发展，无线网络规划将成为无线网络建 设中越来越重要的工作。无线网络规划引导着未来通信网络的发展结 构和工作效率。同时，无线网络规划也面临着各种各样的新挑战。作 为一个复杂的长期规划过程，无线网络规划工作可以利用无线网络规 划软件作为辅助工具，从而给出更好的设计。 在无线网络规划软件中，地理信息系统既是一个基础模块，也是 一个非常重要的模块。它为无线网络规划软件的算法分析提供地图数 据，为用户提供可视化操作界面。所以，地理信息系统在一定程度上 决定着无线网络规划软件的运行效率和用户体验。所以，对于地理信 息系统的分析、研究、设计和开发，在无线网络规划软件开发工程中， 显得尤为重要。 本文首先介绍了无线网络规划的基本概念和基本的项目流程，在 此基础上引入地理信息系统。由于在无线网络规划为背景下，地理信 息系统有其独特的性质，本文对地理信息系统进行详细的分析和研 究。其中包括对地理信息系统需求的详细分析和以扩展性好、稳定性 强、效率高、易使用为目标的良好设计等几个方面。在此基础上，构 建出一套能够很好支持无线网络规划功能需求的地理信息系统，使之 能够与无线网络规划软件很好的融合在一起。 模式 关键词无线网络规划地理信息系统地理投影算法设计 移动网络规划软件巾的地理信息系统设计与开发 i l 产二l- i g ， 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 g i sd e s i g na n dd e v e l o p m e n t i nw i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n gs o f t w a r e a b s t r a c t w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gw i l lb em o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nt h e c o n s t r u c t i o no fw i r e l e s sn e t w o r kw i t ht h eg r a d u a ld e v e l o p m e n to f3 g n e t w o r ki nc h i n a w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gi sr e l a t e dt ot h es t r u c t u r ea n d t h ep e r f o r m a n c eo f t h ef u t u r en e t w o r k w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gw i l la l s o b ei nt h ef a c eo fn e wc h a l l e n g e s a sac o m p l e xp r o c e s si nal o n gt e r m ， w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n ge n g i n e e r sc a nu s ep l a n n i n gs o f t w a r et om a k ea b e t t e rp l a n n i n g g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mi sab a s i ca n di m p o r t a n tm o d u l ei n w i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r e g i sp r o v i d eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o n d a t af o r a l g o r i t h mr e a l i z e d i nt h es o f t w a r ea n dt h eg r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c e s ot h eg i sh a v ea ni n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo fr u n n i n g s o f t w a r ea n dt h eu s e re x p e r i e n c e s ot h ea n a l y s i s ，r e s e a r c h ，d e s i g na n d d e v e l o p m e n to f t h eg i sh a sb e e na ni m p o r t a n tp a r to f t h ew i r e l e s sn e t w o r k p l a n n i n gs o f t w a r ed e v e l o p m e n t f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e sb a s i cc o n c e p t i o na n db a s i cp r o j e c t p r o c e d u r ei nw i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n g b a s e do nt h ek n o w l e d g e ，t h i s p a p e ri n t r o d u e e s ，a n a l y z ea n dr e s e a r c h t h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m o nt h ew i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gb a c k g r o u n d ，g i sh a ss p e c i a lp r o p e r t i e s t h i sp a p e ri n t e g r a t e st h eg i sa n dt h ew i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r e t om a k ead e t a i l e da n a l y s i so ng i s i nt h ee n dt h i sp a p e rd e s i g n sa n d d e v e l o p sg i sw i t hag o o dp e r f o r m a n c e ，s c a l a b i l i t y , s t a b i l i t ya n de a s yu s e i i i 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 t om e e tt h ed e m a n do fp e r f o r m a n c ea n df u n c t i o ni nw i r e l e s sn e tw o r k p l a n n i n gs o f t w a r e k e yw o r d sw i r e l e s sn e t w o r kp l a n n i n gg i s p r o j e c t i o na l g o r i t h m d e s i g np a t t e r n s i v 一 伊，。* 北京邮电大学硕士毕业论文 第1 章绪论 1 1课题背景 1 2 论文安排 第2 章无线网络规划与设 2 1 无线网络规划与设计的重 2 2 无线网络规划的特点 2 3 无线网络规划原则与目标 2 4无线网络规划设计流程 2 4 1数据准备阶段： 2 4 2 无线网络预规划 2 。4 3 站址勘察和站点选择 2 5 无线网络规划与地理信息系统1 1 第3 章地理信息系统1 2 3 1 地理信息系统概述1 2 3 2地理信息系统的基本概念13 3 2 1 地理信息与地理数据1 3 3 2 2地理信息系统1 3 3 3地理数据概述1 4 3 3 1数字地图1 4 3 3 2 大地体和大地水准面15 3 3 3 参考椭球体15 3 4 地理投影算法l5 3 4 1 圆柱投影16 3 4 2 圆锥投影。1 7 3 4 3 平面投影( s t e r e o g r a p h i cp r o j e c t i o n ) 1 9 3 4 4其他投影19 3 5地理信息系统设计和开发1 9 第g 章移动网络规划软件中的地理信息系统总体设计2 1 4 1 地理信息系统的需求分析2 1 4 2 面向对象的设计思想2 1 4 2 1对象与类2 2 4 2 2 继承与多态2 2 v 北京邮电人学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 4 3 地理信息系统的基本框架设计2 2 第5 章移动网络规划软件中的地理信息系统详细设计2 4 5 1 算法接口交互子系统设计2 4 5 1 1 算法接口交互子系统需求分析2 4 5 1 2 算法接口交互子系统设计2 4 5 1 3 算法接口交互子系统实现2 6 5 2 g i s 数据管理系统设计与实现2 7 5 2 1 地理数据模型。2 7 5 2 2 p l a n e t 文件系统2 8 5 2 3 数据管理系统的详细需求分析。3 l 5 2 4 g i s 数据管理系统设计3 l 5 2 5 地理信息数据操作模块设计3 2 5 2 6 地理数据坐标系统模块设计3 3 5 2 7 地理数据模型系统模块设计3 7 5 2 8 地理信息数据管理系统实现3 8 5 3 地理信息显示系统设计3 9 5 3 1 地理信息显示系统需求分析3 9 5 3 2 地理信息显示系统设计3 9 5 3 3 地理信息显示系统实现4 l 第6 章总结与展望4 3 参考文献4 7 致 射4 8 攻读硕士期间发表学术论文4 9 v i ， ； l 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 1 1课题背景 第1 章绪论 自2 0 世纪蜂窝式移动通信问世以来，移动通信技术得到了飞快的发展。移 动技术不断进步，移动用户数量快速增长。移动通信给整个人类社会带来了深刻 的信息化变革，成为当今重要的通信手段之一。它在带动了信息产业甚至国民经 济的发展的同时，悄然的改变着人们的生活方式。对于移动通信技术的研究也越 来越深入。当今，第二代移动通信网络已经非常成熟。g s m 、c d m a 技术经过 几代人的努力，已经在传输话音和低速数据业务上获得成功。但是随着用户数量 的飞快增长和高速率、高质量通信的需求。第三代甚至更为先进的移动通信技术 很快发展并成熟起来。现在，第三代移动通信技术已经逐渐得到商用。3 g 的主 要技术有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 三大主流标准。其中，t d s c d m a 是我国首次提出的国际移动通信标准，在物理层核心技术上拥有自主知识产权。 随着未来3 g 技术的不断成熟和商用的不断深入。移动通信网络将给人们带来一 个稳定、高速、优质的无线通信。 在移动通信网络逐渐发展的过程中，运营商和设备制造商逐渐感受到实用、 优质的移动网络设计与高效通信网络建立息息相关。虽然移动通信技术越来越成 熟，但是2 g 网络向3 g 网络发展的过程中，新网络的构建会产生很多难以预料 的难题，同时也会出现越来越多的网络融合以及不同网络技术之间的影响问题。 使得移动网络设计上产生越来越多的设计场景，移动网络设计变得越来越复杂。 为了解决这些问题，移动网络规划需要跟随移动通信技术的发展，利用计算机技 术，开发移动网络规划软件，从而适应越来越复杂的移动网络设计，更有效的解 决实际问题。 1 2论文安排 移动网络规划软件通过对现实世界的模拟，对未来的网络进行网络拓扑结 构、网络运行参数的调整等多种规划工作。移动网络规划软件的仿真基础地理信 息数据文件。地理数据通过移动网络规划软件为规划工程师的工作提供有效的支 持。所以，在移动网络规划软件中，建立一个高效、稳定、准确的地理信息系统 变得尤为重要。 本文首先对移动通信网络规划做简要的介绍与分析，从中逐渐考察对地理信 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 息系统的需求。之后对无线网络规划软件中的地理数据、地图算法、和地理信息 系统做详细的说明和分析。为后面的地理信息系统的设计提供可靠的理论基础。 最后，对地理信息系统进行设计并实现。在设计过程中，逐渐分析规划软件中， 其它模块对本模块的需求。基于这种需求构建一个扩展性好、稳定、高效的地理 信息系统。 一 蠹 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 第2 章无线网络规划与设计的基本概念 无线网络规划【l 】是以网络建设的整体要求，如：覆盖需求、容量需求以及 其他特殊需求，结合区域的地形地貌特征，设计合理可行的无线网络布局以及基 站位置和运行参数的合理配置。 2 1无线网络规划与设计的重要性 蜂窝移动动通信网络的性能受到地形地貌、用户分布、用户移动性、业务类 型等各种因素的影响。只有在规划设计阶段充分考虑网络的覆盖需求、容量需求、 规划区域的无线传播环境、可提供业务类型的话务模型等因素，结合系统能够提 供的容量、系统的接受灵敏度等特性，通过链路预算、网络拓扑结构设计、仿真、 实地勘察等工作，才能使设计的网络合理有效，达到预期的覆盖效果，为尽可能 多的用户提供优质服务。对于电信运营商来说，优质的服务是他们追求的目标。 其中，网络覆盖范围是一个重要的方面。同时，在无线频率资源有限的情况下， 如何增加网络容量也是需要工程师考虑的重要因素。这些问题都需要通过无线网 络规划来解决。无线网络规划指导着运营商进行网络建设、改善网络质量、提高 网络效率等方面的工作。同时，无线网络中的基站投资比较大，对无线网络进行 合理的规划和优化可以合理利用资源，减少投资。所以，无线网络规划是移动通 信网建设的重要一环，无论是网络建设初期还是网络的扩容时期，细致周密的网 络规划对于网络的建设成本与运行质量都具有极为重大的意义。 2 2无线网络规划的特点 技术密集、计算度密集、经验密集是网络规划三个重要特点。规划的整个过 程复杂而繁琐，为了得到一个优选的设计方案，需要反复地设计和不断地调整， 单纯的依靠手工计算是难以完成的，必须依靠计算机辅助设计。在现在的网络设 计方法中，常应用静态仿真，半动态以及动态仿真等技术，模拟网络的运行，以 保证网络建设方案切实可行。 2 3无线网络规划原则与目标 无线网络规划应遵循几个基本原则： 充分考虑网络的后期发展 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 在无线网络规划过程中，需要考虑网络的后期发展，如：网络规模、技术手 段等。尽量避免在后续工程中，对无线网络进行巨大改动。在技术合理的前提下， 充分利用现有的网络设备，减少重复建设。 实际问题实际分析 对不同区域的网络覆盖情况，应根据该区域的实际情况来进行不同的分析。 同时要注意室内覆盖，特别对话务集中的室内环境，要保证覆盖。 协调好网络建设投资与保证网络质量之间的关系 在无线网络规划过程中，需要协调好网络建设投资与保证网络质量之问的关 系。要对无线覆盖、网络容量、网络质量以及投资效益几个方面进行综合考虑， 确保网络建设的综合效益。 无线网络规划的主要目标包括覆盖目标、容量目标、质量目标和建设成本控 制几个方面。 覆盖目标 覆盖目标主要描述基站的覆盖性能。主要考虑基站的发射功率与覆盖范围之 间的关系。这个目标关系到用户对于网络的使用质量。 容量目标 容量目标描述的是在系统建成后所能满足的话音业务用户数和数据业务用 户数。无线网络容量目标主要考虑两方面因素，一是要保证各地无线网络容量满 足业务预测的用户需求，二是对于高话音业务的热点地区的容量需要保证。 质量目标 主要包括话音业务质量目标和数据业务质量目标。其中，话音业务质量主要 体现在网络覆盖的连续性、接入成功率以及掉话率几个方面。对于数据业务质量 主要考察数据业务的传输速率。 成本目标 在保证覆盖、容量和质量的基础上，降低建设成本是网络规划的重要目标之 一。主要手段有合理设计基站等网络设备参数以及基站站点、站间距等参数，充 分利用已有网? _ 矗设备资源，充分了解站点地理情况。这些手段的目的就是对成本 进行控制。从而，在设计过程中对成本能够有更准确的估计。 2 4 无线网络规划设计流程 完整的移动通信网络建设包括前期调研、网络规划、工程实施和网络优化等 阶段。网络规划是整个建设过程中的关键阶段，决定了系统的投资规模；规划结 果确立了网络的基本架构，基本决定了网络的效果。合理的网络规划可以节省投 资成本和建成后网络的运营成本，提高网络的服务等级，提高用户的满意度。 对于新网建设来说，网络规划比较简单，主要考虑无线传播环境和覆盖需求。 4 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 对于扩容网络，无线网络规划是一个复杂的工程。它可以看做是网络优化的一个 手段，可以改善现有网络状况。无线网络规划是一个不断设计、修改、再设计、 再修改的迭代过程。概括地谤，可分为数据准备、无线网络预规划、站址选择、 无线网络规划、结果分析、提出方案等几个关键步骤。过程如下图2 1 所示。 是 2 4 1 数据准备阶段： 图2 1 无线网络规划总流程 数据准备阶段【2 】是一个非常重要的阶段。它是整个网络设计的基础。规划 实质上就是数据分析、处理和决策的过程，详实、准确的基础数据是设计一个优 秀方案的根本。如果，基础数据出现问题，则直接影响设计方案。在数据准备这 一阶段中，网络设计人员应当收集数据信息主要有：无线网络设计目标、业务密 度分布、无线传播模型、其他系统干扰、地理数据。 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 图2 - 2 描述了数据准备各个部分之间的相互关系。 2 4 1 1 无线网络设计目标 图2 2 数据准备阶段数据关系图 确定无线网络设计目标，主要是指经过对网络规模的预测，运营商会对网络 需要满足的用户数和预期达到的服务质量提出基本的要求。设计人员应当根据这 个基本要求，在网络规划的过程中，仔细地规划无线网络设计中的各种指标，保 证各项指标能够达到预期的设计目标水平。 2 4 1 2 业务密度分布 在移动通信网络的设计中，业务分析和业务量预测是非常重要的一个方面。 业务预测就是确定业务在规划区域内的分布情况。 业务预测需要综合考虑各个因素，这些因素包括总的用户数量、单个用户话 音业务使用率和数据业务使用率。由于经济发展、地理环境等因素的影响，规划 区域内的业务分布并不是均匀的。对业务分布的预测的结果就是一个业务密度分 布的数据。该数据能够指导我们对基站站址进行选择。 业务分析预测首先要确定网络中的话务类型、话务模型以及话务量。话务类 型主要包括语音业务和数据业务。在不同的系统中，可能也存在其它的话务类型。 话务模型是用数学通缉的方法模拟各种话务类型的特征。话务量是各种话务类型 6 ， l - ， 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 在网络中的数量。 2 4 1 3 无线传播模型校正与使用 移动通信系统的性能主要受到无线传播环境的影响，例如，地形地物的影响、 用户的移动性等多方因素。在规划中对于无线链路损耗我们通常采用经验公式的 方法进行估计。通过这种估计方法，我们可以得到规划区内某点同它的服务基站 之间的损耗，从而在网络模拟阶段计算出规划区内每点发送和接收信号的强度以 及其他信息。由于无线传播环境的随机性，需要用统计的方法来描述移动传播环 境下的无线电波传播特性。无线传播模型就是这样一个工具。在无线网络规划中， 使用无线传播模型来计算路径损耗，它是预测路径损耗的有效工具。 传播模型理论发展的这些年中，业界积累了一些经典的传播模型，在移动通 信规划过程中广泛使用。主要使用的传播模型一般分为经验模型和半经验半确定 性模型。经验模型是通过大量的统计分析测量结果得出的传播模型。使用这种传 播模型，对环境信息要求不高，计算相对简单，但是精确度不高。由于各具特征 的地形地貌，适用于一个地区的经验传播模型不一定适合另外的地区，因此，对 于特殊的规划区，我们需要选择适当的经典传播模型对其进行校正，形成适合目 标规划区使用的模型，即半经验半确定性模型。半经验半确定性模型是根据路测 结果修正后得到的传播模型。半经验半确定性模型比经验模型更精确，但是需要 有路测数据支持。传播模型也可以根据使用环境来分类，可以分成宏蜂窝传播模 型、微蜂窝环渤模型和室内传播模型。 2 4 1 4 其它系统干扰分析 在建立一个新的系统，或者对现有系统进行优化的时候，应当调查已有网络 的数据，分析可能产生的干扰情况。在设计过程中，需要保证新系统尽量小的受 到已有系统干扰时，也需要考虑其对现有系统的干扰，避免对现有系统造成较大 影响。 2 4 1 5 地理数据 ， 地理数据指的是规划区内道路、建筑、地形地貌等基本情况。无线网络规划 需要建立数字化的地理信息数据库电子地图，它是进行基站选址的基础，也 是进行业务密度预测，网络模拟和传播模型校正的必备数据。 一般常见的电子地图精度有5 m 、2 0 m 、5 0 m 和l o o m 的，当然，电子地图 7 北京邮电大学硕寸：毕业论文移动i 勾9 络规划软件中的地理信息系统设计与开发 的精度越高能反映的地理信息越详尽，相应根据其进行分析所得到的结果也会越 详尽，但是电子地图精度越高，同样的范围内所含的数据量就越大，相应的，进 行分析时运算量就越大。权衡运算量和规划的不同需求，在城区等建筑物密集的 地方，进行微蜂窝规划的时候，使用精度较高的地图，而在郊区等开阔的地区， 采用精度较低的地图。 从数据内容来说，电子地图是由反映地形高度的数字高程模型数据、反映地 面覆盖种类的数字正射影像数据、反映地面线状的线状地物模型数据及反映建筑 群高度的建筑物空间分布模型数据等构成。对覆盖区进行传播预测时，数字高程 模型数据和建筑物空间分布模型数据主要用于计算发射天线、接收天线的高度， 用于判断是否发生反射、衍射；正射影像数据可用于计算地物校正因子。数据内 容越详细准确，对于规划结果的准确性帮助越大，因此我们应尽量丰富地图的数 据内容。同时需要考虑计算量的问题。越详细的数据内容计算量也越大。 电子地 锢的格式有很多种，网络设计人员应根据所使用的网络规划软件支持 的地图格式选择适合的电子地图。本文稍后将对电子地图和地理数据进行更为详 细的阐述。 2 4 2 无线网络预规划 在无线网络规划数据准备充分的情况下，可以进行无线网络预规划【3 】。无 线网络预荆划主要有两个内容。 首先是对业务密度分布结果进行容量分析以及对网络进行覆盖分析。根据需 求的网络容量和覆盖目标，来确定网络建设目标。如网络业务、网络覆盖范围和 覆盖质量p 司络用户容量、小区负荷等。不同地区的经济水平和自然环境差别较 大，因此) f 、! 怼盖和容量的需求也不尽相同。话务覆盖分析就是要以这样的客观条 件为基础，划分覆盖区域，确定不同区域的建设目标。划分区域的主要考虑因素 有：业务。f 璎、地理分布、政治因素、经济水平、人口分布、自然环境和社会意 义。经过钮蹋顶算，设计人员可大致确定在某个区域内基站能够满足的覆盖范围。 容量分析就足对某个区域内，用户所使用的移动网络业务的业务量进行分析和预 测。话务显估计的单位是e r l ( 爱尔兰) 。对于不同技术的无线网络，其需要构建 的话务量模型也有所区别。 经过覆盖分析和容量分析，设计者可以得到在满足基本目标的前提下所需的 基站数目和基站个子的容量。进而，设计者需要选取满足覆盖需求和容量需求的 基站数目中较大者，作为规划估计的站点的数目。 8 ， ， l 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 2 4 2 1 链路预算 链路预算给出了移动台到基站路径的信号强度损耗，与覆盖门限结合考虑， 可以定义小区边界。其中，覆盖门限为在一给定位置概率下的小区边界的下行信 号强度。链路预算的结果主要影响小区的覆盖范围。链路预算分为上行链路预算 和下行链路预算两部分。上行和下行链路预算之间的差别较大。 链路预算的重要因素主要有m s 接收灵敏度、b t s 接收灵敏度、衰落余量、 连接件和馈线损耗和m s 和b t s 天线增益等几个参数。其中，m s 接收灵敏度取 决于接收机噪声系数和要求的最小信噪比。不同的系统，m s 要求的接收灵敏度 有所不同。一般情况下使用测试值或者厂商提供建议值。b t s 接收灵敏度与m s 接收灵敏度概念相似，是基站端规定的接收信号最小强度。衰落余量：连接件和 馈线损耗是指链路预算中需要考虑连接件和馈线处的损耗值。一般情况下，m s 天线增益比较低。b t s 天线增益基本在8 - 2 1 d b i 左右，该值取决于所采用的天线 类型以及天线增益技术。 链路预算是进行网络预设计最重要的手段。进行链路预算时，网络设计人员 全面考虑信号从发送端到接收端所可能经历的增益和损耗，根据所采用的无线技 术对接收信号大小的要求，确定出前反向链路可以忍受的最大链路损耗。 以此最大的链路损耗为限制条件，根据已进行过校正的传播模型，以及为保 证一定的通信可靠性的要求所预留出的链路余量，设计人员确定出小区半径，和 目标规划区所需的小区数目。 2 4 2 2 容量规划 容量估算通过对单小区所能满足的话音和数据用户数目的估算，估计实现系 统容量目标所需要的基站数目。在网络规划过程中，容量规划可以获得网络需要 的用户数信息，从而确定需求基站的数量和每个基站个子的容量。因此它对于网 络运行十分重要。在预规划阶段，容量规划是为了进行初始网络预测，在后期则 将详细的对网络进行规划。 话务量定义为在一个平均占用市场内，电话用户发生的平均呼叫数。话务量 反映了电话用户在电话通信商的数量需求，计量单位用e r l a n g 表示。一个爱尔 兰的话务量表示l 小时内有两个3 0 分钟占用时长的呼叫，或者6 个1 0 分钟占用 时长的呼叫。 。 计算话务量使用爱尔兰b 公式，其中有三个变量：呼损率b 、话务量彳和 信道数c 。已知三个变量的任意两个，可求出第三个。爱尔兰b 公式如下： 9 北京邮电大学硕士毕业论文移动嘲络规划软件中的地理信息系统设计与开发 式( 2 1 ) 对于数据业务，网络中的所有用户在业务会话过程中，时分共享有限的高速 信道。多个数据源通过共享的业务信道间歇性的发送数据。对数据业务容量的估 计一般通过静态的系统级仿真和爱尔兰排队模型来代替复杂的动态仿真。仿真输 出各种速率业务信道所需的功率和概率分布，再通过爱而来排队系统模型计算系 统数据容量。业务需要等待的概率等于系统状态大于或等于n 的概率，用p ( 丁 0 ) 来表示，公式为： 即 。) = 南i i f 缶- i 五a t + 丽i 式协2 ， 它与爱而来b 公式有下列关系： 私卜孝 批- 3 ) ，z k一 2 4 3 站址勘察和站点选择 规划站点的勘察【3 】就是根据网络拓扑结构设计得到的，理论上满足覆盖容 量需求的规划站点信息，从实际环境中找出能够满足需求的现实存在站点的过 程。基于覆盖规划的结果，可以确定预选基站站址的具体范围。在站址勘察时， 要求每个规划站点上有2 3 个候选站点。站点选择时，需要对候选站点进行验证。 在站址选择的过程中，需要注意站址附近最好没有高的障碍物，并且天线主瓣方 向上视野比较清晰。同时避免在很高的位置选站。然后，对候选站点进行仿真， 验证候选站点是否能够满足覆盖和容量需求。从而找到较为合适的候选站点作为 基站站点。如果没有满足需求的站点，则需要重新考虑网络拓扑结构。 站址的实地勘察耗时耗力，应尽量减少，在进行实地勘察前，设计人员应当 根据初选的基站站址和初步的基站设计参数，对网络的总体性能进行模拟。设计 人员通过对模拟结果进行分析，判断设计方案是否满足设计要求。若不符合，设 计者对方案进行修改，并重新进行网络模拟。如果符合，该设计可以作为初步的 可行性方案提交。此后设计人员需要实地勘察设计方案中的基站站址是否都切实 可行。若不可行，需要重新在已选定的基站搜索圈中选择新的基站站址，并重复 上述的网络模拟和调整过程，保证所选基站站址和设计参数可以实现设计目标。 无线网络规划 l o ， 筋 ， 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 对经过验证的无线网络进行性能仿真，调整网络中的无线网元设置参数，使 得网络各项指标能够满足规划的目标要求。对网络中的参数设置遵循一定的原 则。仿真的主要思想借鉴蒙特卡洛算法的思想，通过多次的迭代调整网络运行状 态，逐步得到一个相对稳定的无线运行网络。对于基站的配置应该根据业务预测 的结果确定建设规模，在当前技术条件下，合理设置基站密度和容量。同时要保 证重要区域的覆盖和通信质量。对于人口密度大，话务量高的区域，设置微蜂窝 基站。同时注意室内覆盖系统的的设置。 2 5无线网络规划与地理信息系统 移动网络规划就是根据用户对近、远期话务的预测和实现目标对规划区的覆 盖要求，根据当地的地理环境、设备的技术性能、规划区的电波传播环境，对规 划区域内的站点分布、频率规划进行系统的分析与测试，在网络的运行中不断修 改网络及基站的系统参数，使整个系统的运作达到最优状态。由于网络规划工作 技术性强，涉及的因素繁杂，所以它需要具有专门技术的工程师以及专业的网络 规划软件来完成。网络规划软件是进行网络规划的核心工具。它集成了地理信息 系统、网络规划系统、网络优化系统等功能，它不仅是个传播预测工具，更是一 个网络规划工程设计、建造新网并增强成熟网络性能的综合规划系统环境，应用 于网络建设的全过程：规划、建造、优化、运行，给网络规划工程师提供了从商 业移动网的设计、原始建造、优化乃至运行成熟网络全部过程的系列解决方案。 随着电信事业的快速发展，移动网络规划软件越来越得到业内认识的重视。a t o l l 规划软件、百林公司等都有很好的表现。 地理信息系统是网络规划软件的一个重要组成部分，它是网络规划软件的基 础。首先，它为网络规划软件提供可操作界面和友好的地理数据显示界面。对于 软件业务算法的结果，给予可视化的输出，使得工程师对这些数字有一个更直观、 更清晰的认识，从而大大提高软件的实用性。其次，它为网络规划软件提供高效、 准确的地理数据信息。地理数据信息涉及到地物数据、高度数据、计算范围等数 据信息，为路损计算、覆盖预测等算法提供有效支持。所以，地理信息系统对于 网络规划软件来说是一个不可或缺的模块，它的外观将直接影响软件的视觉效 果，它的性能将很大程度上影响软件算法的执行效率。一个设计良好，可扩展性 强，性能高效稳定的地理信息系统是一个优秀的网络规划软件的必须。 北京邮电大学硕二l 毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 第3 章地理信息系统 在无线网络规划数据准备阶段中，电子地图为传播模型校正与业务密度分布 提供地理信息数据。所以，地理信息系统对数据处理的效率和地理信息系统对网 络规划软件的应用接口的好坏直接影响的软件的应用效果和软件的升级和再次 开发。下面概括的介绍地理信息系统。 3 1地理信息系统概述 地理信息系统( 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 ) 又称为“地学信息系统”或“资 源与环境信息系统”。它是一种十分重要的空间信息系统，对地球上的有关地理 分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信 息系统处理髓：理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、 图形数据、造感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布 的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。 g i s 萌芽丁二2 0 世纪6 0 年代初。1 9 7 2 年世界上第一个地理信息系统一加拿 大地理信息系统( c g i s ) 全面投入运行。此后，实际应用的需求不断扩大，促使地 理信息系统技术迅猛地发展。同时，计算机技术、空间技术的飞速发展，给地理 信息系统提f l ir 良好的发展环境。到了2 0 世纪9 0 年代，地理信息系统技术在欧 美等国进入j 产业化时代。g i s 技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和 保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会 生产力的发f ，同时，也极大地刺激了g i s 技术的迅速发展，使之成为世界各 国激烈竞争的高科技热点之一。 我国u i s 的起步较晚，到7 0 年代末才提出开展g i s 研究的倡议。以陈 述彭院士芳一7t ，i 的老一辈科学家，敏锐地觉察到g i s 的发展潜力与应用意义， 将g i s 技代，j j 入国内，一个研究g i s 理论与技术的热潮随之在中国的科研院 所和高等学校巾兴起，并首先在资源和环境领域尝试开展g i s 的技术应用。这 个热潮确立r 我国g i s 的研究领域，培养了一批熟悉和精通g i s 的学术骨干， 形成了我围g i s 的核心技术队伍，奠定了我国g i s 发展的基础。进入8 0 年 代后迅速发展，在理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系统建立、人才 培养和区域性试验等方面都取得了突破和进展。当今，随着计算机技术的飞速发 展，g i s 正朝着一个可运行的、开放的、网络化的全球g i s 发展。g i s 与其它学 科结合的更加紧密，应用更加广泛，使之成为快速而实时的空间信息分析和决策 支持工具。目前已经广泛应用到资源普查、灾害检测、环境评估、城市规划、公 1 2 一 簟 地理信息系统( 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 ，g i s ) ，是一种特定的、十分 重要的空间型信息系统。可定义为：在计算机软件、硬件系统支持下，对整个或 者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储i 管理、计算、分析、 显示和描述的技术系统。地理信息系统一般具有以下特征： 1 以计算机技术作为基础 地理信息系统是以计算机技术作为支撑。使得地理信息系统拥有强大的数据 模拟、分析能力。 2 多学科特性 地理信息系统具有多学科交叉的特点。这使得地理信系统所涉及到得技术比 较多，其数据比较复杂。它是面向空间数据，即点、线、面三类基本要素组成的 系统。 地理信息系统一般包括一下几个功能： 1 数据显示功能 数据显示功能主要是将地图文件中的数据可视化，显示到界面上的是我们熟 北京邮电大学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 悉的地图形式。 2 数据管理功能 数据管理功能主要是提供对地图数据的操作。地图数据通常分为离散数据 ( 如各种点、线) 和连续数据( 如高度数据) 两种。地理信息系统提供给用户修 改、保存地图数据功能，还需要提供如操作多边形，地图标识符等功能以便用户 可以自定义地图数据。 3 数据提供功能 通常地理信息系统都是一个软件系统的基础部分，它需要为整个系统的业务 提供地理数据。所以，地理信息系统的性能和可扩展性直接影响着产品的性能和 升级。 4 投影和坐标转换 地球可以用多种模型来表示，每种模型都包括一个坐标系和一种投影模式。 最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。随着地球的更多测量逐渐累积，地 球的模型也变得越来越复杂，越来越精确。对于地球表面上的任一给定点，各个 模型都可能给出一套不同的坐标系( 如经纬度，大地坐标) 。投影是制作地图的 基础部分，它是从地球的一种模型中转换信息的数学方法，它将三维的弯曲表面 转换成二维的媒介( 比如纸或电脑屏幕) 。不同类型的地图要采用不同的投影系 统，因为每种投影系统有其自身的合适的用途。对于地球上的不同区域，应该使 用响应的模型，这样才能保证数据的精度，否则会使数据产生偏差。 3 3 地理数据概述 3 3 1 数字地图 数字地图是以数字形式记录和存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介 质上的，地图内容通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进 行显示、读取、检索、分析。 数字地图便于存贮、传输和更新，经计算机处理可转换成纸质地图，或经可 视化处理在计算机屏幕上显示。在无线网络规划项目中，地理信息系统的地理数 据【4 】依存贮结构不同，可分为栅格数字地图和矢量数字地图。 3 3 1 1 栅格数字地图 栅格数字地图是基于一套行列组成的方格数据模型，使用一组方格描述地理 要素，每一个方格的值代表一个现实的地理要素。栅格数据适合于做空间分析和 1 4 一 鲁 北京邮电大学硕士毕业论文 图像数据格式的存储，不适合做不连续 3 3 1 2 矢量数字地图 矢量地图是基于直角坐标系统，用 或数据结构。每一个地理要素由一系列 性相结合。 3 3 2 大地体和大地水准面 地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，而地图是在平面上描述各 种制图现象，如何建立地球表面与地图平面的对应关系? 为解决这一问题，人 们引入大地体的概念。大地体是由大地水准面包围而成。 大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设想此面穿过 大陆与岛屿，连续扩展形成处处与铅垂线成正交的闭合曲面。 3 3 3 参考椭球体 由于地壳内部物质密度分布不均匀，大地水准面也有高低起伏。虽然此高低 起伏已经不大，比地球自然表面规则得多，但仍不能用简单的数学公式表示。 为了测量成果的计算和制图的需要，人们选用一个同大地体相近的可以用数 学方法来表达的旋转椭球体来代替，简称地球椭球体。它是一个规则的曲面，是 测量和制图的基础。凡与局部地区( 一个或几个国家) 的大地水准面符合得最 好的旋转椭球，称之为“参考椭球体”。如g r s8 0 、k r a s s o v s k y 、w g s 8 4 等。 3 4地理投影算法 由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，故其表面是一个不 可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按 照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。地图投影就是指建立地球表面 ( 或其他星球表面或天球面) 上的点与投影平面( 即地图平面) 上点之间的一一 对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即 地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。 这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影 变形。 一个优秀的地理信息系统需要涉及众多投影算法，以便在规划过程中适应以 北京邮电人学硕士毕业论文移动网络规划软件中的地理信息系统设计与开发 不同投影方式构建的地图数据，使得规划人员能够更为方便的选择各种地图信息 数据。下面介绍一些常用的投影算法，主要包含一些常用的投影