基于地理信息系统的移动通信网场强覆盖分析方法

华媛媛 重庆数字城市科技有限公司

引言

由于无线电波在传输过程中将产生一定的损耗，移动通信网在蜂窝小区中的信号覆盖范围有限，需通过获取到局部与整体区域的场强覆盖情况，为网络管理部门调整基站、扩大覆盖范围等提供参考依据。通过将GIS 系统应用于场强覆盖分析中，能够快速有效生成可视化信息、挖掘出覆盖盲区，更好地辅助决策。

1 基于GIS 系统的移动通信网络规划方法分析

1.1 地理信息系统

地理信息系统简称为GIS 系统，可实现对空间数据库与非空间数据库中数据的编辑、存储与更新，提供外部设备地图、信号覆盖图、基站位置图等地图的叠加功能，用于完成空间分析、可视化处理等服务。当前移动通信网络已基本在国内实现全面覆盖，但仍有部分区域存在信号网络覆盖不全、通信信号较弱等问题，影响到用户的正常通话与上网体验。鉴于当前尚无有效工具用于实现对移动通信网场强覆盖范围的评估与预测，因此可利用GIS 系统的功能优势进行空间数据、非空间数据的整合处理，为移动通信网络场强覆盖统计与分析工作提供辅助价值。

1.2 研究方法

本文选用高程图、地籍图、小区站图等数据，利用GIS 系统将移动通信网络的空间与非空间数据进行整合，经由空间分析获取到研究范围内小区站的信号强度、计算出场强值，并呈现出整体研究范围内的信号强度分布情况。其实验流程如下：数据采集——户外场强预测——信号强度可视化——场强覆盖分析——显示小区站可能的切换区域。

2 地理信息系统在移动通信网场强覆盖分析中的具体应用

2.1 数据采集与空间数据库建立

选取某市区中的部分区域划定为研究范围，利用GIS 系统将采集到的地形图、社区街道地图、小区站图、场强测试点图等数据进行整合。通过观察地形图可以发现，在该研究区域内的地形条件无明显变化、高程保持在3.21-4.45m 范围内，整体地形较为平坦；针对社区街道地图进行观察，可掌握区域范围包含的街道与车道数目；针对小区站图进行分析，可发现该区域范围内共设有20 个小区站，并获取到其发射功率、天线型号与高度等信息；针对场强测试点图进行分析，共获取到4552 个场强测试值及其坐标参数，信号强度最高值为80dBμV、最低值为20dBμV。结合上述数据完成不同地图属性的设置，建立空间数据库，采用无人机航拍方式经由各测试点记录其具体的信号强度、坐标等数据，在GIS 系统内将其转换为场强数据，完成测试路线的设计，保障研究区域范围内的各小区站均能够被检测到其信号强度数值，建立场强覆盖地图。

2.2 户外场强预测与可视化处理

基于GIS 模型进行场强覆盖分析，利用ArcView、ArcGIS 软件开展空间分析，将高程图、小区站图等数据输入到模型中，建立起小区站与测试点间连线的地图，并利用以下公式完成场强预测值的计算：

其中Pr、Pt分别指接收功率与发射功率，Gt为发射天线增益，L 为总路径损耗。利用GIS 系统获取到2682 个点的信号强度计算结果，将其与场强测试结果进行比较，同时需选取区域范围内分辨率较高的场强进行计算，便于对信号强度进行插值。在本文中选取沿街道5m 的间隔点生成其预测结果，并建立间隔点的地图。

在此基础上，利用三维模型进行场强覆盖情况的可视化处理，结合高程图、预测图、楼地图建立三维视图，采用反距离权重插值法实现由信号强度向场强值的转化，以此实现对研究区域移动通信网范围内场强表面的可视化呈现。

2.3 小区站服务区与切换功能

在建立场强预测图、计算出插值场强预测数据的基础上，依据移动通信网中对话建立的标准将各小区站的服务区划定为场强≥37dBμV 的区域，并在各小区站场强覆盖区域图中利用不同颜色将信号强度存在差异的区域进行标识。在此基础上，利用下列公式完成各网格单元中最大场强值的计算：

其中Pijmax为i、j 两单元站在网格单元中的最大场强值，Pi、Pj分别为两单元站在网格单元中的场强值。在此基础上，由于移动站在通话过程中可能出现超出服务范围的情况，因此还需计算出不同单元站及其相邻单元站间的重合区域，完成切换服务区域的计算。

3 结论

在移动通信网中，场强覆盖范围将直接影响到网络质量，因此需注重利用GIS 系统的技术与功能优势进行空间分析，整合地理信息数据进行场强覆盖范围的预测，更好地提升移动通信网络质量。