GIS在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用研究

房云峰　馬天賜　王廣濤　劉魯論　類延輝　崔中良

[摘要]隨著第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域?qū)τ诘乩硇畔⑾到y(tǒng)的需求顯得越來越迫切。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為對地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的新技術(shù)，逐步突顯出在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中不可替代的位置。其中，數(shù)字地圖為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了基礎(chǔ)的平臺，地理信息系統(tǒng)中的空間分析功能則為鏈路預(yù)算、覆蓋預(yù)測提供了有效的方法和手段。本文討論了無線網(wǎng)規(guī)中GIS數(shù)據(jù)的來源與處理方法，對數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了綜述以及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中GIS數(shù)據(jù)的可視化管理。

[關(guān)鍵詞]GIS 數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 可視化 三維模擬

[中圖分類號]C931.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0115-02

引言

地理信息系統(tǒng)是建立在地球科學(xué)、信息科學(xué)和計算機(jī)科學(xué)等基礎(chǔ)上的邊緣學(xué)科，它是一個通過描述地理環(huán)境信息的地理坐標(biāo)及信息進(jìn)行采集、存儲、管理、查詢、分析、顯示和成圖的計算機(jī)軟硬件相結(jié)合的綜合性技術(shù)系統(tǒng)。由于GIS具有反映地理空間關(guān)系，綜合、統(tǒng)計、分析各種空間和屬性信息能力的特性，而通信業(yè)的各種資源（如：管道網(wǎng)、電纜網(wǎng)、光纜網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、客戶信息、地址信息等）與地理信息緊密相聯(lián)、不可分割。實質(zhì)上，它本身就屬于地理信息的一個獨立而最為復(fù)雜的層面。因此，GIS必然要與通信領(lǐng)域發(fā)生關(guān)系。G1S技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用可歸納為五個范疇：可視化管理、模型化預(yù)測、定量化分析、智能化診斷、科學(xué)化決策。

1 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的GIS數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

1.1 數(shù)據(jù)要求

表現(xiàn)地表環(huán)境的地理信息無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃所使用GIS數(shù)據(jù)的分辨率，應(yīng)該能夠滿足2G（GSM）、2.5G（GPRS&EDGE;）、CDMA、3G（TD-SCDMA、WCDMA）和4G（OFDM，全I(xiàn)P，WLAN）及小靈通等網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的要求，根據(jù)無線電波傳播模型的數(shù)據(jù)要求，以及移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的實際需要，用于移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化的專題數(shù)字地圖主要可分為以下幾類

1.2 數(shù)據(jù)組織與處理

依據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中對數(shù)據(jù)的要求，對GIS地理數(shù)據(jù)的處理流程包括：幾何處理、多源數(shù)據(jù)合并、文件格式轉(zhuǎn)換、相關(guān)文件生成、質(zhì)量控制校核等。

2 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的可視化管理

2.1 傳播模型的校正

傳播模型是移動通信網(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)，傳播模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營商是否以比較經(jīng)濟(jì)合理的投資滿足了用戶的需求。無線電波在傳播過程中的損耗與傳播距離和電波頻率有關(guān)系，在實際傳播環(huán)境中，還要考慮環(huán)境因子n，簡化公式為L=38.45+10*n*log（dm）。n一般根據(jù)環(huán)境可取2～5之間。因此，需要根據(jù)基站類型、地形地貌數(shù)據(jù)等，結(jié)合路測數(shù)據(jù)，校正傳播模型，建立合適有效的傳播模型，并直觀地顯示給網(wǎng)優(yōu)人員。

2.2 基于地理信息的通信網(wǎng)場強(qiáng)覆蓋分析

基于GIS技術(shù)的通信規(guī)劃軟件所使用的地圖數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)地圖，把影響到電磁波傳播的地形地貌地物等轉(zhuǎn)化為可視化屬性，將必要的信息通過地圖顯示出來，如基站、天線類型及天線方向等，通過傳播模式計算不同邊界場強(qiáng)的覆蓋半徑，并用不同的顏色來充色不同場強(qiáng)的覆蓋區(qū)域，直觀演示場強(qiáng)覆蓋的優(yōu)劣。

2.3 基于地物地貌性質(zhì)和電磁波傳播特性的仿真分析

移動通信是以電磁波傳播的方式進(jìn)行通信的。電磁波的傳播特性是移動通信的基礎(chǔ)。由發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波在到達(dá)接收機(jī)（手機(jī)等）之前不僅存在和其它大氣層傳播所遇到的相當(dāng)嚴(yán)重的傳播路徑損耗，而且還受到地面?zhèn)鞑ヂ窂綋p耗的影響。地面?zhèn)鞑ヂ窂綋p耗受地形地貌、建筑物、水域、移動物體和植被等環(huán)境因素的影響，從而產(chǎn)生多徑衰落和時延擴(kuò)散等。仿真分析還設(shè)計到了傳播模型的設(shè)計，對于特定的環(huán)境要選定適合自己的傳播模型。

2.4 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的三維模擬

利用已有GIS數(shù)據(jù)，建立一個具有真實的野外地理三維環(huán)境的平臺，在此平臺上進(jìn)行3G預(yù)規(guī)劃，得出機(jī)站半徑R。根據(jù)預(yù)規(guī)劃的結(jié)果，得出基本站距，在候選站址中進(jìn)行選擇3G基站，確定基站工程參數(shù)，進(jìn)行初步仿真（靜態(tài)分析），通過靜態(tài)分析調(diào)整天線高度、指向、下傾的參數(shù)，以滿足覆蓋的需要；進(jìn)行基站容量配置，以滿足容量的需要。3G的規(guī)劃重點在于控制干擾，控制干擾的關(guān)鍵在于控制覆蓋，基站站址的選擇為理想地控制干擾創(chuàng)造條件。因此，基站站址的確定，很大程度上影響著3G無線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

3 結(jié)束語

近年來，地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展迅速，另一方面，計算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展為地理信息系統(tǒng)提供了先進(jìn)的工具和手段都為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的契機(jī)。實踐證明，GIS在各行各業(yè)中的應(yīng)用，都帶來了不同的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，在信息通信行業(yè)也不會例外。數(shù)字地圖為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了基礎(chǔ)的平臺，地理信息系統(tǒng)中的空間分析功能則為鏈路預(yù)算、覆蓋預(yù)測提供了有效的方法和手段。未來的信息通信領(lǐng)域，GIS都將成為一種有效的管理手段，尤其隨著第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對于地理信息系統(tǒng)的需求會越來越迫切。相信很快，GIS將會成為人們辦公和社會生活中不可缺少的一種手段。

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