室内覆盖网络智能设计审核平台研发与应用＊

梁童，赵培，胡凯，尤明曦

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 引言

随着LTE网络建设的逐步发展，对室内及特殊场景的深度覆盖要求的逐步提升，网络深度覆盖性能成为评估LTE网络质量的重要指标。室内覆盖系统的建设与质量把控成为影响网络质量的关键基础环节，越来越受到运营商的重视。

室内分布系统是解决网络深度覆盖的核心关键手段，室分设计方案图纸要素众多，信息量大，图纸绘制复制，其准确性会对网络性能产生影响。目前，室分设计图纸绘制中的自动化水平低，人工操作较多，绘制一套完整的大型室分设计方案基本需要1周的时间。另一方面，目前室分设计图纸审核主要通过人工方式进行，审核工作量大，复杂度高，细节问题难于发现，审核质量和审核效率都亟待提升。

2 平台设计与实现

2.1 总体设计方案

在大力开展室分质量全生命周期管理的前提下，全国多个省市运营商在逐步加强设计质量管理，希望通过标准化设计方案与图纸的智能审核来提升室内分布系统方案设计质量，确保设计方案的合理性，从而推动室内网络质量的提升。

本平台实现设计工具的标准化，并将一线设计人员的工作流程与新技术发展趋势紧密结合，致力于设计效率提升，研发了传统室分设计的高效、自动化的设计功能，提供了高精度的覆盖预测能力，支持介质的自动设置，并具备楼间对打、分布式皮基站组网图等新型方案的一键式生成流程，最大限度的实现室分图纸设计的自动化。

在设计审核方面，研发一套可应用于室内分布系统网络设计方案智能分析与管理的工具平台，改变以人工为主体的设计方案管理与审查工作现状，通过制定规范的方案审核规则，引入CAD格式设计方案的底层数据存储与解析关键核心技术，实现设计方案数据信息的全量提取与智能扫描，最终实现方案审核的智能化、电子化。

2.2 平台功能设计

换功能，可根据平面图或系统图的图框特点自动识别生成A3、A4不同打印大小，并可根据图框编号自动排序，解决了设计人员面临的出版工作量大的问题。

2.2.2 审核平台功能

室分设计审核平台具备智能化、高效化的图纸在线审核能力，具有站点基础信息管理、图纸电子化存储、图纸智能分析与评审、审核报告加密认证及导出、图纸的送审及审批流程、图纸的在线浏览编辑等6大功能模块。审核平台可实现站点、图纸的电子化管理，DWG格式图纸的在线智能审核，通过智能区分传统室分和新型室分的设计方案，依据不同设计方案的审核要点，实现不同类型方案设置的审核评估。

2.2.2.1 传统室内分布系统

（1）覆盖效果审核：覆盖率、外泄是否满足要求；

（2）天线审核：天线口功率值、天线密度/间距是否满足要求、双天线功率差异、天线点位功率平衡性是否满足要求；

（3）馈线审核：馈线类型、天线所带馈线长度是否满足要求；

（4）器件审核：负载使用、高品质器件使用是否满足要求；

（5） 设备审核：BBU/RRU利用率、RRU发射功率、RRU级联数量是否满足要求；

（6）成本预算审核：分布系统/合路点覆盖面积、分布系统预算、单位面积成本、合路点位置和POI数量是否满足要求；

（7）分区审核：不同制式间的分区数量、主设备支持小区数是否满足要求。

2.2.2.2 分布式皮基站等新型方案

（1）覆盖效果审核：覆盖率、外泄是否满足要求；（2）天线密度/间距是否满足要求；

（3）设备使用合理性审核：单BBU最大连接pRRU数量、RHUB最大级联数、远端单元pRRU与RHUB最大距离是否满足要求。

依据审核规则，审核平台通过解析DWG图纸的底

2.2.1 设计工具功能

室分设计工具提供了标准化的设计图例及智能化的设计功能，具备平面图设计、系统图设计、组网图设计、覆盖预测、便捷设计功能和新型方案设计6大功能模块40余种核心功能，可实现从方案设计、方案优化、方案自查、方案出版、方案信息提取等设计工作全部流程内容。

（1）传统室分方案设计与优化：传统室内分布系统设计是室内设计的主要工作，方案设计需考虑器件与设备选择、天线布放位置与功率平衡等一系列复杂问题，本工具从一线设计人员的工作流程及工作内容出发，设计并实现了平面图自动插入器件、平面图自动生成系统图、系统图电平优化、组网图一键式电平计算、双路部署时的双天线平面图设计、系统图生成等传统室分设计的高效、自动化的设计功能，提高了设计效率，降低了因设计人员经验等引起的设计方案质量参差不齐的问题。

（2）新型方案设计：分布式皮基站、一体化皮基站与光纤分布系统的应用逐渐扩大，已有CAD软件或其它设计工具不支持新型方案的设计，设计工具实现新型室内分布系统的一键式方案设计功能，可支持主流设备厂家的分布式皮基站设备的方案设计，可依据平面图自动生成组网架构图、单双路灵活选择等一系列优势功能。同时，支持居民区内光纤分布系统MDAS的表格化方案设计，及楼间对打快速设计及深度覆盖效果评估功能。

（3）方案信息提取：该功能实现基于设计方案，自动输出Excel表格形式的方案基本信息与设计数据，服务于设计站点数据汇总工作，并能够输出方案的组网拓扑结构数据，实现与概预算、设计说明等设计周期的数据衔接。

（4）方案自动出版：研发DWG向PDF的自动转层数据，提取设计图纸中的信息，并通过算法设计对属性信息进行分析归类，实现方案类别的自动判定，并关联实现既定审核规则的方案审核。

同时，室分设计审核平台集成了CAD图纸在线浏览编辑功能，可以在不安装重量级CAD软件基础上实现DWG格式图纸在线浏览、编辑、批注等操作，并支持图纸的网页版在线覆盖预测，提升审核效率，降低图纸修订难度，具备业内先进的DWG图纸分析处理能力。

2.3 平台架构设计

“室内分布系统设计审核平台”立足于建设规范化、标准化、智能化、高效化的图纸设计与审核平台，实现室分方案的设计与审核功能。图1为设计工具架构设计示意图。

在线审核平台如图2所示，采用Openerp开源框架，依据功能进行平台架构的模块化设计，将对系统资源消耗最大的在线审核功能模块在浏览器插件中进行实现，将服务器的压力由客户端均分，降低了统一处理的并发能力要求，保障了系统的并发量。

图1 设计工具架构设计

3 平台核心算法

3.1 天线电平与器件优化算法

室内分布系统图设计中需要考虑不同天线点之间的功率问题，选择合适的无源器件进行天线之间的连接，一般建设室内分布系统的楼宇面积较大，层数较多，天线数量常常达到数百个，在预计天线的电平值后，一般通过手动选择器件或对器件标称值进行调整的方式，使得天线的功率值接近预期目标值，计算量大且涉及到不同相关联天线之间的功率协同问题，很难通过手动调整的方式找到最优组合。

设计工具研发并实现了一种基于不同的目标电平值进行设计方案整体优化的方法，采用“逆向选件+前向优化”的解决方案，通过对天线设置相同或者不同的目标电平值即可一键化实现对设计方案的优化，同时支持不同制式的联合优化，实现简单、优化结果合理，可以实现基于覆盖电平需求对设计方案进行自主优化的功能，既能够保证器件及信源功率选择合理性，又能提升设计效率，可从设计方案角度大大改善室内分布系统的覆盖效果。

3.1.1 逆向选件

根据设计人员对天线的不同制式的不同功率需求，设置天线输出功率，以N′和N"两种制式为例，制式N′的天线优化目标功率值为的天线优化目标功率值为线数，将天线以及与其相连的馈线合并作为第一级节点A，分别计算各天线、各制式第一级各节点的输入功率要求值，计算方法为：

节点A输入功率（dBm）=天线功率（dBm）+馈线损耗（dB）

分别得到制式N′和制式N"在节点A的功率值{A1′，分别针对每一种制式，按照节点A功率值的差值对I个天线进行分组，设定功率差值的门限值作为第一级分组的依据，门限值设定为X；将节点间相互差值均低于门限X的节点分为一组，若存在组内节点数量为1的情况，则该节点本次不做任何处理，直接进入下一级。对于存在多种制式的情况，将制式N′和制式N"分别进行分组，各制式完成分组后，将每个分组求交集，确定最终的分组情况，根据每个组内的节点数量确定功分器的类型。

图2 审核平台架构设计

第一级器件选定后，按照制式根据该分组内的上一级节点的功率值分别计算出第二级节点处的功率值，上级多个节点计算的本级功率值不同时，进行平均后确定不同制式在第二级节点的唯一功率值。将第一级节点中未参与分组的节点与已分组连接器件的节点（包含于与器件相连的馈线）共同组成第二级节点B。分别得到制从第二级节点开始，在进行器件选择时第二级及以后的节点一般采用功分器与耦合器组合的方式进行连接，具体步骤如图3所示。

在每个节点组合进行器件选择的时候，考虑到多制式的影响，综合进行器件选择。对节点进行逐级合并，直至全部节点汇聚到一个P连接点并确定该连接点处不同制式的功率值，完成逆向选件操作。

3.1.2 前向优化

根据不同制式在汇聚点P的功率值P′和P"进行正向计算，考虑器件损耗、线损、插入损耗等因素后，计算得到每面天线制式N′的功率值制式N"的功率值制式N′的天线优化目标功率值为制式N"的天线优化目标功率值为

采用最小均方误差方法对不同制式的电平值进行微调，制式N′的调整值预设为x′，制式N"的调整至预设为x"，则进行调整的目标如下：

i为天线编号，采用导数方法求解以上公式，为保证均方和最小，可得到以下方程：

求解该方程可以得到x′和x"，汇聚点P的功率值调整为P′+x′和P"+x"，得到每面天线制式N′功率值制式N"的功率值为完成前向优化。

图3 各节点器件选择算法流程图

本算法通过逆向选定器件与前向优化两种方案的结合，提升了电平优化计算的准确度，更接近目标值。同时，该方案考虑了不同制式的联合优化问题，不同天线的优化目标值可以分别设定，方案灵活度高。该方案应用于室分设计工具的系统图电平优化，提升了工具的自动化与智能化水平。

3.2 天线布放审核算法

设计方案的覆盖效果是考核设计方案质量关键因素，对覆盖效果的评估可通过开展高精度覆盖预测进行精准的评估。与宏站覆盖不同，室内无线环境复杂，覆盖效果受到墙体位置、材质、天线本身的功率与方向性等多方面的影响，通过覆盖预测精准评估的复杂度较高，需要耗费较多的时间。

本平台依据不同类型室内场景的建筑特点，以及不同室内天线的发射功率要求、天线增益与方位角，以及新型设备的发射功率指标等的差异，制定了一套科单纯通过天线功率、天线类型与天线间距综合判定覆盖是否合格的规则，并应用于室内设计方案质量评估。表1给出了通过天线间距进行设计方案审核的规则要求。

依据以上规则，本平台实现了基于天线布放位置自动进行实际位置判定与提取，并基于天线位置在平面图内进行天线搜索与间距判定，并基于一种采用二维对角矩阵记录最小天线间距的方法，提升了计算效率，规避了采用遍历计算高复杂性，通过智能搜索与位置判定方法实现天线布放位置的审核。

3.3 组网结构智能审核算法

在室分设计方案审核规则中，BBU、RRU主设备的利用率审核是图纸审核的关键点之一，主要包括BBU所带小区数量，BBU所带RRU数量、RRU级联数量等多种不同类型的要求，同时，不同厂家设备对利用率的要求也不尽相同。该类审核的关键是基于图纸能够自动搜索并重构组网图结构，通过树形结构图提取组网方式，并结合设备特点进行判定。

图4给出了基于树形结构的组网图结构生成流程，将BBU作为根节点，通过搜索设备连接方式建立BBU与RRU的连接关系，并持续搜索RRU的级联方式与数量，最终建立连接树形关系，确定组网结构。

表1 不同场景天线覆盖审核规则

图4 设备组网拓扑建立流程图

4 平台应用效果

“室分设计审核平台”纳入中国移动第一批自主核心能力清单，可支持在中国移动内的大规模应用，并可根据各省的区域化差异和需求提供便捷的审核规则定制服务。

目前，室分设计审核平台已开始为LTE五期室分设计方案提供智能审核工作，2017年的图纸设计审核数量达到5000套，全国日均使用超过900人次，在设计效率及准确度提升等方面取得了良好的效果。设计工具提供的自动设计工具可大幅度提升设计效率，降低设计出错率，审核平台在提升方案审核质量的基础上节约大量的审核时间，效率及准确性大规模提升。

[1] 赵培，李剀, 等. 室内无线通信技术原理与工程实践[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2015.

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[3] 王映民, 孙韶辉, 等. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社. 2010:P188-198.

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