基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现技术研究与实现

2015-01-09王玩龙宋永胜陈文雄

移动通信 2014年21期

王玩龙+宋永胜+陈文雄

【摘要】首先对LTE网络仿真和数据呈现存在的问题进行了论述。然后对基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台实现的基础条件、设计流程进行了研究。最后对基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台的应用和后期改进进行了展望。

【关键词】LTE 网络仿真 GIS 数据呈现跨平台

1 引言

随着无线网络设计规划和工程建设的科学化和精细化，无线网络规划仿真在指导无线网络规划设计和工程建设中发挥着重要作用。由于LTE采用同频组网，这是典型的自扰型网络，所以规划设计阶段网络规划仿真对优化网络结构布局，提高信号覆盖质量，减轻后期网络优化压力的意义更为重要，只有在规划阶段科学合理布局，才能减轻优化阶段的工作量，提升优化效果。而现阶段LTE网络规划仿真存在仿真精度不够高、仿真模型及仿真对工程的指导意义不够等诸多问题。特别是LTE仿真结果和数据都是在仿真软件中单调显示，难以通过3D的形式多角度进行视觉呈现，导致一线工程技术人员难以高效利用仿真成果指导工程施工和优化，也难以评定前期规划仿真的科学性。所以，如何把GIS（地理信息系统）和LTE仿真平台以及仿真数据进行有效的融合，实现LTE仿真数据和结果直观的视觉呈现，成为LTE网络规划设计领域的热点研究课题。

2 LTE网络仿真和数据呈现

2.1 LTE网络仿真的常用软件

在无线网络仿真领域，老牌的国外仿真软件厂商主要有Atoll和Aircom，从2G时代的GMS、CDMA网络到3G时代的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA网络，Atoll和Aircom都在市场上占据主导地位。Atoll的设计思想是轻量级和模块化，安装方便，对机器要求低，数据储存在Microsoft的Excel表格中，仿真、预测、优化模块可以单独购买和使用。Aircom的设计思想是高精度和集成化，安装较为复杂，对机器要求较高，数据储存在Oracle数据库中，仿真、预测、优化集成度很高。国产的无线仿真软件主要是大唐电信的NPS系统，一般只有国内的部分单位在使用，NPS具备较为完善的仿真、预测、优化功能，对中国拥有自主知识产权的TD-SCDMA网络的仿真效果和仿真功能较为突出。

2.2 LTE网络仿真的流程

不同LTE网络仿真软件的操作流程都不一样，但是主要都包括以下基本流程：

（1）新建仿真工程；

（2）网络配置（工参、传播模型）；

（3）最优小区覆盖、信号电平覆盖预测；

（4）邻小区分配；

（5）频率规划（仅异频组网）；

（6）物理小区ID规划；

（7）话务建模、生成话务地图；

（8）Monte-Carlo仿真；

（9）信号质量、流量覆盖预测；

（10）频率方案分析；

（11）生成报告。

通过上述基本步骤可以得到仿真结果和数据，从而对网络的科学性和合理性进行分析，进而进行优化和改进，再次重复上述步骤，反复迭代后就基本能形成一个科学合理、经济高效的LTE网络结构。

2.3 LTE网络仿真软件的数据分析和呈现存在的

问题

LTE网络仿真软件数据呈现主要是通过在导入仿真软件的矢量地图中以矢量或者像素点来显示，主要缺点是图像拖动和反应慢，图像的显示只能是平面化图形，不能呈现地形、地貌、地表建设和信号之间的关系，而且不能多视角观察仿真数据。虽然仿真数据可以通过导出到Excel表格来进行后期分析处理，但是过程较为繁琐，也不直观。因此，需要新的LTE网络仿真数据呈现平台，实现LTE网络仿真数据高效、直观的三维视觉呈现。仿真软件中的LTE仿真数据显示效果图如图2所示：

3 基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈

现平台实现

3.1 基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台

实现条件

GIS系统的基础是地理信息数据采集，核心是地理信息数据的分析，特色是地理信息的标准化和共用。由于Atoll和Aircom等无线网路仿真软件采用的地理信息数据也是标准化的，所以可以被GIS系统调用、分析和呈现。而且GIS系统和Atoll和Aircom等无线网络仿真软件都开放了自己的API，通过API接口和程序，可方便相互调用对方的数据信息，实现仿真数据的跨平台使用和开发。

3.2 基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台

设计流程

（1）地理信息数据格式的统一设计

对GIS系统和无线网络仿真软件在电子地图上的经纬度标识格式、坐标投影方式、地形地物描述参数进行归一化设计，从而保证2个系统间数据调用不会出现混乱和误差。在GIS和仿真软件中统一采用XX.XXXXX°的经纬度标识格式，WGS投影系统和Asia-Pacific类型里面的Beijing 1954/Gauss Kruger参考坐标模型，实现数据格式的统一。基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台中不同投影坐标之间的转换如图3所示：

（2）数据调用API设计

GIS和无线网络仿真软件的二次编程和系统调用可以采用其系统自带语言和Java通用语言，自带语言效率高但通用性不强，Java语言效率较低但可以跨平台使用。为了方便跨GIS和无线网络仿真软件这2个平台使用，采用Java语言来编写程序，从而实现数据跨平台调用和分析处理。

（3）视觉呈现设计

通过把无线仿真软件中的仿真结果数据调用到GIS平台，然后通过GIS自带的数据呈现API和函数，进行数据的二次开发处理，通过数据根节点的坐标对齐、数据在地形地物中的呈现、地形地物的三维化等技术手段，实现LTE网络仿真数据视觉的多角度3D呈现。endprint

3.3 基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台的

应用

由于在LTE网络规划设计阶段的仿真过程中，通常是成百上千个基站一起进行仿真。因此在仿真软件结果显示窗口里面，很难对某一个或者某一个特点区域的仿真结果进行分析，及时进行放大，平面化、单视角地进行较为抽象的观察。通过基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台则可以对某一个或者某一个特点区域进行自由平滑地拖动，改变视角来细致观察。同时，通过地形地物特别是高层大型建筑物的3D化，可以更加直观准确地得到仿真结果，从而更加有效地指导设计优化。

通过在广州IFC区域的试用对比，可以发现拖动缩放速度、仿真数据的直观性、仿真效果可视角度等多项指标，基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台都优于以往的LTE仿真软件的显示效果（演示用仿真数据，周边基站没有加入）。仿真软件中的广州IFC区域LTE仿真信号质量显示效果图和基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台中的广州IFC区域LTE仿真信号质量显示效果图分别如图4、图5所示，基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台中的广州IFC区域LTE仿真信号质量近景视角切换图如图6所示。

4 总结

数据的三维呈现技术应用领域极为广泛，通过基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台，实现了LTE规划仿真中的数据三维呈现，改善了LTE仿真中数据的可用性和有效性，增强了LTE网络仿真对LTE网络规划设计的指导作用。同时，基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台也可以用于LTE网络的后期优化，通过现网真实数据的三维呈现，可以直观、快捷地发现网络的覆盖效果和盲点，从而有针对性地进行优化。

此外，由于LTE的高速数据业务特性，导致其室内用户的使用时间和使用流量都有可能大于室外用户。因此，LTE室内分布系统的仿真和数据三维呈现显得很有必要，也成为最新的研究热点。所以GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台还需要不断进行改进和优化，从而实现LTE室内分布系统仿真数据的三维呈现功能。

参考文献：

[1] 曾哲君，宋永胜. TD-LTE室内外协同覆盖方案探讨[J]. 移动通信， 2012（20）： 22-26.

[2] Xin Gao. Restraint-aware Correctness Analyzing of Composite Web Services Based on Open Petri Net[C]. New York： DCABES 2011， 2011： 195.

[3] 中国移动通信集团公司. TD-LTE基站配套改造指导原则[Z]. 2011.

[4] Erik Dahlman. 4G移动通信技术权威指南：LTE与LTE-Advanced[M]. 北京：人民邮电出版社， 2012.

[5] 何明，高新，宋永胜. 基于Atoll的TD-LTE组网方案仿真与现网验证[J]. 移动通信， 2013（10）： 83-86.

[6] 高新，陈志成，宋永胜. LTE实验网在现网共享场景下的规划设计方案探讨[A]. 2012广东通信青年论坛优秀论文集[C]. 2012.endprint

3.3 基于GIS的LTE网络仿真数据视觉呈现平台的

应用

4 总结

参考文献：