无线网络规划业务密度图生成方法分析比较

郑丽萍

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 概述

无线网络建设优化过程中，前期规划工作占据了越来越重要的地位。通过业务密度图，分析业务热点地理分布，从而确定覆盖区域，是规划工作的关键环节。本文归纳总结了四种业务密度图生成方法，通过同一组基础数据，对生成结果进行分析，比较各方法的特点和优缺点。本文结论可用于指导在无线网络规划工作中，选择最适合的数据业务密度分析的方法。

2 生成业务密度图的基本原理

生成业务密度图需要的基本数据为基站经纬度信息、基站或小区的业务量值，部分方法需要小区方位角信息。各种业务密度图生成方法基本原理为：使用业务量除以对应的面积，得到单位面积下业务量，再将单位面积下业务量值根据基站的地理位置和覆盖区域，呈现在二维图形中。同时，根据业务密度数值进行分级，不同等级区域使用不同颜色呈现，从而将业务密度分布情况直观的呈现出来。

生成业务密度图步骤可描述如下：

（1) 生成小区覆盖区域，获得各小区面积信息，或等效面积信息。

（2) 计算各小区业务密度值，并根据一定的规则分级。

（3) 根据分级结果对小区覆盖区域进行着色。

以忙时话务量密度分布图为例：

某小区业务密度=忙时话务量（单位Erl）/小区覆盖面积（单位km2）

各小区相对业务密度可根据绝对值或者相对值进行分级，将各小区覆盖区域（或近似覆盖区域）根据不同的等级进行着色，就得到了业务密度图。

需要指出的是，根据业务密度相对大小进行分级，最终得到的是相对业务密度图，可考察业务在不同区域的相对密度情况；根据业务密度绝对值大小进行分区，则可得到绝对业务密度分布图。如目标仅为获取业务密度地理分布相对情况，仅需要得到不同区域业务密度值相对大小分级即可。如下面介绍的一种相对等级划分方法：

各小区的数据业务密度记为Di＝Pi/Si，全网平均数据业务密度为：

对不同小区业务密度按照表1所示区间进行归类。

表1 相对业务密度分级表

3 业务密度图生成方法

3.1 站点渲染法

Mapinfo为规划工作常用的桌面地理信息系统，站点渲染法主要是运用Mapinfo的专题图层功能。本方法的基本原理为将规划区域划分为若干虚拟正方形区域，在每个正方形区域周边一定距离内进行搜索，将搜索到的多个站点业务量以加权平均的方式进行合并，合并结果作为本矩形区域的业务量值，并以不同的颜色进行渲染着色。虚拟区域的边长最小可设定为几十米至十几米的范围，因此本方法得到的图形连续性好，颜色过渡自然细腻，美观度较高。

在本方法中，如果直接采用站点业务量作为基础数据，各虚拟区域最终得到数值代表的是本区域搜索范围内站点业务量的加权平均值，无法体现业务密度数值。因此在使用本方法需要将各站点业务量除以该站点平均站间距的平方，作为生成渲染图的基础数据。

站点渲染法生成业务密度图的具体操作步骤如下：

（1)将处理好的基础数据，根据经纬度信息导入Mapinfo，生成点图层。

（2)使用Mapinfo的创建专题图层功能，使用由步骤（1）生成的图层生成专题图层，专题图层的格式选择“栅格（GRID）”格式，并设置合适的搜索半径。

（3)将不同级别的业务密度设置为不同颜色，对图层着色。

本文中的所有输出图形的分档和颜色都一致，以便于比较。1级热点小区为红色，2级热点小区为橙色，3级热点小区为黄色，4级热点小区为绿色，非热点小区为灰色。生成的业务密度图如图1所示。

图1 站点渲染法生成的业务密度图

3.2 Mapinfo栅格化业务流量密度统计法

栅格化业务流量统计法通过Mapinfo生成栅格，将每个栅格转换为矩形区域。本方法矩形区域的边长大于平均站距，站点密集区域一个矩形能可能包含多个站点。对矩形区域内的站点的业务量求和，并根据结果对本区域着色。

此方法生成业务密度图的具体步骤如下：

（1)使用Mapinfo自带的插件，“Tools”>“Grid Maker”，其中“Spacing Between Lines”可以设置不同的栅格密度，本文设置为500 m；生成的栅格后，将栅格全选并转换成“区块”（Convert to Regions）

（2)将基础数据，即站点业务量和经纬度信息导入Mapinfo，生成站点图层。

（3)使用根据地理位置查询方法，将每栅格区块中包含的站点业务量求和，并赋值给栅格区块对象。

（4)使用专题图层工具，根据栅格区块对象包含的业务量值进行着色。得到业务密度图层。

本方法得到的业务密度图如图2所示。

图2 栅格化业务流量密度图

3.3 仿真工具生成法

通信仿真工具通过电子地图、基站信息、传播模型等信息对无线网络覆盖情况进行预测。仿真过程中关键步骤之一就是计算各小区的覆盖范围，通过小区覆盖范围预测结果，计算小区覆盖面积和业务密度，即可生成业务密度图。目前，部分仿真工具已经集成直接生成业务密度图的功能，下面以中国移动通信集团设计院研发的仿真软件APOX为例介绍业务密度图生成的具体步骤。

下面将介绍如何使用APOX仿真软件来制作业务密度图：

（1)新建仿真工程，导入电子地图和基站参数，设置传播模型，确定仿真区域。

（2)按顺序进行频率规划、路损预测、公共信道覆盖预测。公共信道覆盖预测成功后，即生成小区覆盖区域预测图。

（3)软件“仿真”标签页下“业务→话务图”下任意一个节点，右键菜单选择“生成TD话务密度图”，选择后点击“导入话务量”，选择导入文件便可。特别说明：话务量必须为整数，且不能含任何公式。

为了更方便和其他生成密度图的方法作比较，图3为导出业务密度图后，在Mapinfo中重新调整颜色后的图形。

图3 仿真工具生成的业务密度图

3.4 小区级 Voronoi图生成法

Voronoi图是计算几何的重要研究内容，在计算几何理论和应用中发挥着重大作用。Voronoi图具有以下几何特性：在一个多边形内的所有点与此多边形内Voronoi的母点距离比到其他任一母点的距离都近；只有与多边形内母点距离较近的母点才能形成该多边形的边；多边形的边为距其最近的两母点间的垂直平分线。基于Voronoi图的上述特性，使用Voronoi图近似模拟基站覆盖范围是可行的。基本Voronoi图只能生成以基站为单位的覆盖区域，以基站为起点生成小区方向角度，并制作各小区两两间的角平分线，求角平分线与对应基站Voronoi多边形的交点。以交点、基站点和对应基站Voronoi在两角平分线的顶点为参数，生成小区级Voronoi图。

使用小区业务量与小区Voronoi图面积相除的结果，来表示小区的业务密度值。根据小区业务密度与平均业务密度的比值关系，将小区划分为不同的业务密度等级，并对相应的区域进行着色，即可得到业务密度图。

以上操作均可通过Mapinfo实现，通过Mapinfo二次开发，可将以上步骤自动化实现，生成的业务密度图如图4所示。

图4 小区Voronoi图生成的业务密度图

4 业务密度图生成方法比较及使用建议

站点渲染法操作较简单，生成的业务密度图形连续性好，颜色过渡自然细腻，美观度较高。因为采用平均站间距的平方来代替面积进行业务密度的计算，因此结算结果精确度不高，仅能体现出小区业务密度相对大小。本方法仅能对基站级数据进行处理，无法体现小区级结果。渲染过程中采用了在一定距离内搜索并计算加权平均的方式，因此基站边界较模糊，无法精确界定出业务热点分布区域。

Mapinfo栅格话业务流量密度统计法操作较简单，使用Mapinfo即可实现，不需对基础数据进行预处理。本方法将较大栅格范围内基站业务流量求和，来体现栅格内业务密度的大小，因此得到的结果分辨率较低，仅能大致表示业务密度分布的情况。

仿真工具生产法在生成小区覆盖区域的过程中，综合计算了基站挂高、方位角、下倾角等无线参数，地势、地貌等地理参数，无线传播模型等电磁参数，因此本方法得到的小区覆盖范围是最接近实际情况的，计算得到的业务密度值也是最精确的。业务密度图小区界限明确，可准确界定业务热点分布区域。使用本方法需要收集较多的基础数据，购买仿真电子地图，操作较繁杂，要求使用者对仿真软件操作流程较为熟悉。仿真软件对计算机硬件要求较高，仿真站点数量存在上限，仿真过程需要大量的时间。

小区级Voronoi图生成业务密度图的方法，基础数据仅需要基站经纬度、小区方位角、小区业务量，通过Mapinfo二次开发，可快速生成业务密度图，对计算机配置要求不高，站点数量无上限。本方法通过基站无线参数和地理位置，生成小区大致的覆盖范围，精确度不如仿真方法高。但通过生成的结果比较来看，本方法与仿真法得到的业务密度图差别不大，在界定业务热点分布的工作中，可发挥与仿真法业务密度图相同的作用。

表2为本文总结的各方法比较。

表2 各类方法比较 5 结论

从上述比较可以看出，在需要进行演示的场景下，采用站点渲染法会得到较好的效果；在进行网络规划确定业务热点区域的工作中，仿真法能得到最精确的结果，因此在时间和资源充足的条件下，建议使用仿真法进行规划工作；小区级Voronoi法精确度虽然不如仿真法，但最终的结果已经相当接近，因此本方法可在时间要求紧、资源不充足的条件下，作为仿真法很好的替代方法。

本文通过对四种生成业务密度图的方法介绍和比较，总结各方法的优缺点，提出了渲染法最适用于演示，仿真法和Voronoi法均可应用于精确规划，Voronoi法可作为仿真法的有效替代方法。以上结论可作为网络规划工作的有效指导和建议。

[1]毛居泉.移动通信网络优化中Voronoi图的应用研究及实现[D].北京：北京邮电大学, 2006.

[2]林琳, 刘俊杉, 李德忠, 等.数据业务密度图生成方法以及在TD-LTE网络规划中的应用[J].电信工程技术与标准化, 2013（1).