浅析5G室内覆盖精准3D测试系统的创建与部署

贺 洁，闫 伟

（山西信息规划设计院有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

无线通信网络为人们提供随时随地接入服务，这一服务背后是通信运营商持续进行的广度及深度网络覆盖工作。2021年是“十四五”的启动之年，在2021年3月通过的“十四五”规划纲要的一个突出亮点是，将“加快数字化发展，建设数字中国”纳入国家发展的主旋律。作为数字化发展的关键底座，5G技术将融合边缘计算、云计算、物联网、人工智能、大数据等先进数字技术，为经济社会的数字化转型提供新方法、新路径、新思路，5G的商用发展将深刻影响中国的数字化发展进程。作为新基建核心基础系统，赋能万物互联成为共识，但没有网络覆盖的前提，赋能无从谈起。面向千行百业的数字化转型，5G网络覆盖就不仅仅是室外的覆盖，更需要从室外走向室内，5G应用中有85%为室内场景，面向产业物联网的室内场景增多，由于5G采用中频和毫米波频段，相对于3G/4G主流频段，传输和穿透损耗大，室外基站无法覆盖室内，相比3G/4G有更多的室内覆盖建设需求。5G相当大部分面向行业用户，是行业用户正常生产经营因素中的一部分，因而对5G网络覆盖、容量、时延、可靠性均有严格要求，5G室内覆盖精准3D测试系统的研发，将利用商用终端精准多维度评估5G网络覆盖能力，为5G网络规划优化提供有效支撑[1]。为此，本文将对5G室内覆盖精准3D测试系统的创建及部署进行分析。

1 系统部署方案及技术路线

5G室内覆盖精准3D测试系统旨在克服和解决目前业内传统无线网络指标室内测试中存在无法精准平面定位和精准分层定位问题，由此，系统的部署方案围绕如何构建室内精准定位为研究对象及如何实现这一功能的核心技术为主。

1.1 系统部署方案

系统采用三层构架，从基础的数据接入层（即数据层），进行基础数据的结构化、持续化，接入至平台层（即服务层），进行数据的服务化、接口化，将渲染完成的数据推送至前端或通过API接口的方式进行服务调用，为上层应用层（即展示层）提供综合GIS可视化服务。如图1所示。

图1 系统架构图

（1）展示层：分为Web端和App端，Web端主要负责人员管理、测试任务管理、地形建筑物呈现、自定义建筑物、统计分析等。App端主要负责GIS、楼层模型、测试打点、5G网络指标提取等。

（2）服务层：支持静态2D/3D数据的编辑和存储管理，支持动态2D/3D数据的编辑和存储管理，支持App端接口提供数据下载与上传，对上提供北向接口支撑三维可视化服务应用。

（3）数据层：各类2D/3D、室内外一体化地理信息数据、测试数据输入信息、照片等作为接入层，提供北向接口，将系统的关键数据信息与平台层进行交互与同步[2]。

1.1.1 应用3D GIS大数据平台构建技术

5G室内覆盖精准3D测试系统基于高清卫星地图、高精度地形数据、建筑物3D数据完整体现了影响无线网络规划优化主要地理因素，具有三维场景展示、三维模型浏览、缩放、二三维切换、三维空间量算、属性信息查询等功能，那么上述GIS大数据如何在Web前端流畅呈现？可分别采用以下技术：高清卫星地图采用TMS瓦片地图方式，不同层级瓦片地图按需加载；地形瓦片(heightmap-1.0)格式的瓦片集是根据TMS（瓦片地图服务）global-geodetic（全球大地坐标）进行规则切分按需加载；建筑物3D数据采用3D切片技术，根据空间结构按需加载。由此，提供了对3D GIS大数据平台的构建研究性方案[3]。

1.1.2 应用建筑物分层模型构建技术

5G室内覆盖精准3D测试系统根据GIS地图数据提供建筑物的经纬度及高度信息数据来构建分层矢量模型，自定义多楼层异构建筑物，适应新建社区等应用场景，以此提供对建筑物分层模型的研究性方案。

1.1.3 应用室内精准定位技术5G室内覆盖精准3D测试系统利用建筑物分层模型输出的矢量图层，利用手机各类传感器数据构建算法模型，解决信号测试人员走动时方向抖动大问题，识别并过滤非正常走步传感器传回的数据，精准识别方向及人员走动步数，达到精准定位目的，提供室内精准定位算法的研究性方案。

1.1.4 应用动态场景数据流式传输技术

5G室内覆盖精准3D测试系统构建一套能准确地描述值随时间变化的属性、能实现以增量式分批流的方式传送到客户端数据的格式及配套的前端代码，以实现大数据量在Web端3D回放和分析，可以完美构建出一套流式动态场景数据格式[4]。

1.2 部署系统的技术路线

系统以Visual Studio作为开发平台，结合Java和WebGL技术，集成数据库构建可视化系统，所构建的系统主要有三个模块：数据库、服务端、前端用户端，服务端使用Java搭建的微服务对客户端的各种操作进行反应；客户端采用浏览器作为图形浏览实现平台，无须专门可视化界面，初期，App端采用Android开发平台开发[4]。

1.2.1 系统架构的部署与搭建

系统采用面向服务的架构（SOA）组织和管理，快速提供三维空间数据服务、影像数据服务和空间矢量数据服务。在POSTGRESS上提供对象化的方式对影像（DOM）、矢量（DLG）和三维城市模型（3DCM）数据的统一管理。基于全网络化的设计，提供地理空间数据发布服务，满足构建三维基础地理空间框架。基于三维数据库的城市三维数据管理、展示和应用系统，服务器端采用Ubuntu16.04操作系统平台，三维空间数据库采用POSTGIS数据库。开发工具采用Visual studio 2010版本。平台底层采用Java语言开发，该语言运行高效，支持跨平台操作。数据库平台和三维应用服务平台采用独立于操作系统的语言Java，同时支持Window Server系统和Linux系统环境，满足系统部署后期的跨系统需求。采用源数据库和表现数据库管理模式，实现源数据库的原始SHP数据的科学管理，表现数据库支持多业务化扩展应用，为未来共享提供技术支撑。源数据库和表现数据库更新维护采用历史库和临时库设计，满足更新时数据安全和科学的管理。

1.2.2 系统对数据的采集

利用手机各类传感器数据构建算法模型，解决人员走动时方向抖动大问题，识别并过滤非正常走步传感器数据，精准识别方向及人员走动步数以达到精准定位目的，以实现室内经纬度的精准采集。App可对如图2所示5G网络测试参数指标进行提取及采集。

图2 5G网络测试参数指标

1.2.3 系统数据库的构建

系统在数据库中建立表以存储数据。针对三维建筑数据的格式，便于可视化，将所有数据提取保存其坐标及颜色信息，根据不同的模型数据格式进行属性的增加。

应用程序访问数据库需要依托数据库支持的接口完成数据的读写操作，不同客户端接口特性不一样，由此系统采用JDBC的访问方式进行连接。

数据的交换使用Web Ser vices来完成，Web Services可以将应用程序转换为网络应用程序，基本的Web Services平台是XML+HTTP。在前台页面的JavaScript调用Web Services。

页面中JAVAScript回调函数镜像从而获取数据，流程如图3所示。

1.2.4 可视化三维地图基础数据

⊙ 坐标基准：平面坐标——WGS84、WebMercator；高程基准——1985国家基础。

⊙ 单位：米。

⊙ 精度要求：瓦片精度。

⊙ 比例尺：3000：1。

⊙ 空间分辨率：1.07米。

⊙ 高程精度：三维模型数据地形高程数据通过调绘成果生成数字地形，精度为10米。

1.2.5 系统输出流程

系统以5G网络室内测试整个流程为主，从App发起测试任务上传服务器，Web用户登录回放分析输出报表整个流程。

1.2.6 系统模块/子功能的部署

（1）数据列表：提供测试任务管理汇总，包括根据各类条件筛选。

（2）数据分析：呈现3D地形、建筑物，并且可以通过点击建筑物获取相应的基本信息。

（3）自定义建模：根据建筑物名称、高度（米）及楼层数，创建建筑物。

（4）测试数据回放功能：根据任务列表选择需要回放的测试数据，进行回放分析。

（5）测试数据统计分析功能：实现按区域、楼宇、楼层、点多维度统计分析。

（6）App建筑物提取功能：支持点击提取当前位置300米周围建筑物轮廓。

（7）App室内打点功能：提供步行数据在分层模型精准打点功能。

（8）App 5G网络指标获取功能：根据手机当时网络环境实时提取5G网络关键指标功能。

3 系统的意义及优势

5G室内覆盖精准3D测试系统的部署及搭建依托调研行业中存在的痛点，收集用户需求，确定系统功能规划，后台开发平台选型、数据库选型、前端开发框架选型，软件交互界面设计，代码开发以及关键技术的应用解决方案。系统通过前端手机测试并上传系统平台，经过平台算法处理，在浏览器前端实现建筑物3D模型可视化、网络测试数据矢量化、3D分层回放呈现、报表输出。可用于运营商5G室内网络评估，支撑并指导5G室内网络规划、优化，保证5G室内网络覆盖的投资得以有的放矢。同时可广泛应用于各类通信设计院，对5G无线网络规划前期精确评估，指导室内网络规划设计，完成系统方案实施后网络质量评估，形成设计规划事后评估闭环工作机制；也可用于通信工程公司作为单站验证工程类优化工作以及三方网络优化服务提供商作为室内网络优化效果评估工具[5]。

4 结束语

未来5G还有很多业务会从室外延伸到室内，室内室外业务，既有关联也各有特色，需要同步推进。尤其是5G发展会延伸至如住房、医疗等与其垂直行业，因此，使用高效精准的5G室内覆盖测试手段显得尤为重要。5G室内覆盖精准3D测试系统的部署实施将为通信运营商、设计院、工程公司等行业单位集成完备的5G室内网络测试数据提供信息化技术支撑。移动通信日新月异的发展及长期演进，存在多制式测试需求，如2G、3G、4G网络测试，在多制式多运营商网络的前提下，5G的高频段决定了5G网络的室内覆盖将是网络覆盖的重点，同时高频的高衰耗，使传统的无线移动通信室内分布系统解决方案将面临更多的挑战。5G的高流量要求无线移动通信室内分布系统提供更大的容量，微功率、大容量数字化室内分布系统将在5G网络中广泛应用。5G标准还在不断演进，需要长期跟踪5G技术发展并持续性跟进开发。5G室内覆盖精准3D测试系统的研发，为通信信息化社会发展提供必要的5G室内信号覆盖测试工具支持和数据支持，系统可以帮助通信行业各部门实现信息共享和利用，更好地辅助通信运营商实现5G室内信号覆盖的可视化统一调度管理与宏观决策，有效地促进通信信息化、数据化，促进通信行业生产力的跨越、蓬勃式发展，提升通信行业自身的经济效益及市场竞争力[6]。■