CN101541013A - 一种无线小区覆盖分布的快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于移动通信领域的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其实现方法为：收集有效的基站信息；收集目标边界信息；对收集的信息进行分析过滤，确定有效基站和无线小区；估算每个无线小区的区域覆盖范围，以坐标方式整理输出估算出的无线小区覆盖边界；根据已估算出的每个无线小区的覆盖范围，计算每个无线小区与其周围的无线小区的覆盖相邻关系，生成基站相邻关系的邻接矩阵；采用平滑算法精确计算无线小区覆盖边界；生成以经纬度为单位的连续坐标点的无线小区闭合覆盖边界。本发明实现方法简单，可快速有效生成多层次的无线小区、基站、基站控制器和移动交换机实际覆盖分布拟合图，可广泛地应用于GIS应用分析以及移动网络优化等领域。

Description

一种无线小区覆盖分布的快速生成方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其是一种无线小区覆盖分布的快速生成方法。

背景技术

在激烈的移动通信市场竞争环境下，移动运营商需要及时有效地掌握通信网络及市场等信息并依据这些信息进行相应的分析、判断并做出决策。由于移动通信与地域特征有着显著的相关性，因此，如何深度挖掘移动运营及网管系统中所提供的各类运营、运维数据的地域相关信息，是各大运营商迫切要求解决的问题，尤其是如何根据现有的基站及地理区域边界信息进行分析，生成无线小区的实际覆盖分布数据，合理分析并解决现有网络存在的问题并为高层应用提供服务显得尤为重要。

在移动通信中，无线信号的覆盖是由多个无线小区构成的，通常情况下每个无线小区是由一个覆盖120度的扇形区域构成。在移动通信无线规划模型中，一般情况下每三个无线小区构成一个闭合六边形区域，每个六边形区域称为一个“蜂窝”，多个这样的蜂窝构成完整的蜂窝移动通信的无线覆盖网络。在实际环境中，由于基站选址受到地理环境、建筑物和其它设施的影响和限制，实际基站位置通常不会处于蜂窝模型的中心点，而且，实际基站分布的疏密通常与地域情况相关，这就使得实际基站的位置与蜂窝模型相比具有很大的随意性，从而使得每个无线小区的实际覆盖分布与蜂窝模型的覆盖分布差异很大，当基站数量达到一定数量级，其每个无线小区的覆盖情况均呈现为不规则形状。

由于计算无线小区实际覆盖区域的复杂性，以及各个移动运营商的基站分布广、密度高、计算规模大等特点，因此，现有的无线小区实际覆盖分布计算方法主要采用蜂窝模型拟合法或泰森多边形法：蜂窝模型拟合法是使用一定比例的蜂窝六边形网格覆盖特定地理区域的范围，并将该区域内的基站拟合定位到模型网格中，如图5所示，该方法虽然从表面上实现了基站覆盖分布的模拟，但事实上，由于实际基站分布是以小区为单位的且基站分布具有不规则性，故这种覆盖分布模拟与实际情况相差很远，除可以示意性地展示一下蜂窝模型分布外，对于真实的数据分析，没有任何实际价值，不能反映出基站和小区的覆盖分布情况；泰森多边形法则是在Delaunay三角形网络的基础上通过连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形，如图6所示，该方法虽然可以从数学模型上较好地解决空间的划分问题，但是也仍然存在以下一些缺陷：1.由于该方法理论上要求点集范围是凸区域，而实际基站的分布通常是凹区域，故采用该方法可能会产生非法三角形，而要克服这一问题还需要对其结果进行复杂的后续处理；2.使用该方法不能一次性对不连续的区域进行处理，而在实际情况中，不连续的区域经常会发生(如岛屿等)，在这种情况下，使用该方法会比较复杂，需要分别处理；3.使用该方法不能直接有效的处理被分割区域中存在大孔的情况，例如：省与直辖市的关系，通常是省包围直辖市，这时使用该方法仍需进行大量后续处理才能克服该问题；4.采用该方法由于只是考虑数学意义上的空间等距划分，而没有考虑加权划分或受基站参数影响的划分，故其实际结果与真实情况差距较大；5.该方法的时间复杂度会随基站个数的增加和边界的复杂呈度的增加，而呈几何级数增长，在网络规模较大时，效率不是十分理解想；6.由于该方法自身的限定，其计算的结果均为凸多边形区域，故不能拟合出凹多边形的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种设计合理、简单有效地拟合无线小区实际覆盖范围的无线小区覆盖分布的快速生成方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1).通过读取相关基站数据源，收集有效的基站信息；

(2).通过读取边界地图数据源，收集目标边界信息；

(3).对收集的信息进行分析过滤，确定有效基站和无线小区；

(4).估算每个无线小区的区域覆盖范围，以坐标方式整理输出估算的无线小区覆盖边界；

(5).根据已估算出的每个无线小区的覆盖范围，计算每个无线小区与其周围的无线小区的覆盖相邻关系，生成基站相邻关系的邻接矩阵；

(6).对估算的无线小区覆盖边界进行平滑整形处理，采用平滑算法精确计算无线小区覆盖边界；

(7).生成以经纬度为单位的连续坐标点的无线小区闭合覆盖边界。

而且，该方法还包括对同归属的无线小区覆盖闭合边界进行整合，删除内部边线，保留外部边线，并将外部边线整理为首尾相接的一组连续坐标点，从而生成高阶闭合覆盖边界的步骤。

而且，该方法还包括对生成的每个无线小区覆盖边界内区域着色的步骤。

而且，所述的基站信息包括基站的经纬度位置、基站名称、基站的类型、该基站所属的基站控制器和该基站所属的移动交换机的信息。

而且，所述的目标边界信息是由一组首尾连接的经纬度坐标所围成的待处理的地理区域边界信息。

而且，所述的对收集的信息进行分析过滤，确定有效基站和无线小区的步骤为：

(1).当基站缺少经纬度位置信息时，或基站位置不在目标边界内时，或基站为微蜂窝类型时，将该基站信息滤除；

(2).当多基站共站时，或两基站间的距离小于最小计算精度要求时，只保留其中一个基站。

而且，该方法的步骤(4)包括以下步骤：

(1).使用空间划分算法，将全部计算区域根据精度要求划分为若干个面积相等的三角形，使得所有三角形可以完全覆盖计算区域，且任意两个三角形之间互相不存在重叠的部分；

(2).取每个三角形的三条边的中点，将多个中点连接成若干个小三角形，使得每个大三角形内部包含且仅包含4个小三角形，且全部小三角形可以形成对计算区域的完全覆盖，且任意两个小三角形之间不存在重叠部分，而将所有基站的位置所在点平移至距离它最近的小三角形的顶点；

(3).同时从每一个基站所在的小三角形顶点出发，根据加权系数指定的速率逐层向外扩展，使得每个在覆盖区域中的小三角形被扩展且仅被扩展一次，且每扩展一步的最小单位为一个小三角形，将被扩展的小三角形标识为被对应基站所覆盖，直到区域中所有与基站所在的三角形的顶点相连通的小三角形均被扩展一次为止；

(4).删除三角形的边，仅保留以相同覆盖标识的小三角形所构成的区域的外部边线所形成的多边形；

(5).将多边形以坐标方式整理输出，即为估算的小区覆盖边界。

而且，该方法的步骤(6)中所采用的平滑算法包括以下步骤：

(1).将估算的无线小区覆盖边界中的锯齿形边界转换成连续坐标的形式，并确保每组闭合区域的连续坐标序列能够首尾相接；

(2).计算所有坐标序列中相邻两点所形成直线的斜率，生成连续的斜率列表；

(3).检查斜率列表中所有连续两个斜率数值模式，将所有连续数值模式相同的斜率所在线段标识为需优化的边界；

(4).将所有被标识为需优化的边界用其对应的前一边界和后一边界的中点连线所代替；

(5).将所得边界序列中斜率相同的连续边界，用其对应连续边界两端的边界顶点的连线所代替，即得到平滑的无线小区覆盖边界。

而且，所述的高阶闭合覆盖边界包括基站闭合覆盖边界、基站控制器闭合覆盖边界和移动交换机闭合覆盖边界。

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明解决了现有的蜂窝模型拟合法无法生成无线小区实际覆盖分布的不足，提出一种快速无线小区覆盖分割算法，该方法以基站的地理位置信息为主要考虑因素，忽略了基站的发射功率及天线高度等对基站覆盖影响较小的因素，简化了处理过程，能够快速有效地获得以无线小区粒度的实际覆盖分布拟合图，并快速生成基站(BTS)、基站控制器(BSC)及移动交换机(MSC)实际覆盖分布拟合图，并在此基础上提供相关的运维空间分析、运营空间分析、客户投诉空间分析以及移动网络优化的性能分析。

2.本发明不需要特殊处理即可直接对凹凸多边形区域进行处理，且计算结果可以拟合为凹多边形区域，拟合可更加接近真实小区信号覆盖范围。

3.本发明不需要特殊处理即可直接对不连续区域或存在大孔的区域进行直接处理。

4.本发明可以通过设置加权系数来直接拟合基站实际参数变化带来的影响，且拟合更加真实，边界更加平滑。

5.本发明可以直接进行等效共站覆盖的判别，使拟合结果更加接近真实情况。

6.本发明可以不受复杂边界切割问题的干扰，直接生成最终拟合结果，方法简便效率高。

7.本发明可以快速、有效地计算空间临小区关系等实际指标。

8.在计算精度一定的情况下，本方法的时间复杂度仅与实际区域的面积呈线性增长关系，而与基站数量、区域形状、区域连续性、区域中是否存在大孔以及区域边界的复杂性(边界线段数量)无关。在实际应用中，计算精度与区域面积是预先确定的常量，而基站数、边界复杂度(边界复杂度随使用的矢量图边界线段数量的变化而变化)是变量，故使用该方法可以获得十分稳定的计算效率，在实际应用中具有很大优势。

9.本发明不但可以用于各种基于GIS的运维空间分析(在空间区域上的网络接通率、掉话率、话务量等网络性能指标)、运营空间分析(在空间区域上的费率等收入指标)，还可以用于基于GIS的客户投诉空间分析(在空间区域上的用户投诉情况分布)和移动网络优化分析(根据空间网络性能指标及用户投诉的空间分布情况总结出的移动网络优化的空间区域和相关性能参数)等领域。

10.本发明实现方法简单，可以快速有效生成多层次的无线小区、基站、基站控制器和移动交换机实际覆盖分布拟合图，可广泛地应用在GIS的运维空间分析、运营空间分析，及客户投诉空间分析以及移动网络优化等领域。

附图说明

图1是本发明处理流程图；

图2是使用本方法生成的一个无线小区实际覆盖分布拟合图；

图3是使用本方法生成的一个移动交换机实际覆盖分布拟合图；

图4是使用本方法生成的一小时网络话务量密度分布图；

图5是使用蜂窝模型拟合法生成的一个无线小区实际覆盖分布拟合图；

图6是使用泰森多边形法生成的一个无线小区实际覆盖分布拟合图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

本发明充分利用了移动通信网的特点，即移动基站覆盖广、规模大、基站密度高、基站的天线高度及发射功率对其附近基站的覆盖影响较小的特点，同时由于本发明的主要是处理相邻无线小区的覆盖边界，因此，本发明以基站地理位置为主要考虑因素，基本忽略了基站发射功率及天线高度等因素。因此其方法简单可行，可以快速生成无线小区覆盖分布边界。

如图1所示，本无线小区覆盖分布的快速生成方法包括下述步骤：

1.通过读取相关基站数据源，收集有效的基站信息。

本步骤收集的基站信息包括基站的经纬度位置信息，以及基站名称、基站的类型、该基站所属的基站控制器和该基站所属的移动交换机等与基站有关的信息。

2.通过读取边界地图数据源，收集目标边界信息。

本步骤收集的目标边界信息是指待生成无线小区覆盖分布的地理区域边界信息，该目标边界信息是由一组首尾连接的经纬度坐标所形成的边线构成，该目标边界信息通常为某一地区行政区域边界线的经纬度坐标。

3.对收集的信息进行分析过滤，将不符合条件的基站和无线小区从收集的信息中过滤掉，重新确定有效基站和无线小区；

在本步骤中，对收集的有效基站信息进行分析过滤的方法为：

(1)当基站缺少经纬度信息时，或基站位置不在目标边界内时，或基站为微蜂窝类型时，将该基站信息滤除；

(2)当多基站共站时，或两基站间的距离小于最小计算精度要求时，只保留其中一个基站。

4.估算每个无线小区的区域覆盖范围，以坐标方式整理输出估算的无线小区覆盖边界，其实现的步骤如下：

(1)使用空间划分算法，将全部计算区域根据精度要求划分为若干个面积相等的三角形，使得所有三角形可以完全覆盖计算区域，且任意两个三角形之间互相不存在重叠的部分；

(2)取每个三角形的三条边的中点，将多个中点连接成若干个小三角形，使得每个大三角形内部包含且仅包含4个小三角形，且全部小三角形可以形成对计算区域的完全覆盖，且任意两个小三角形之间不存在重叠部分，而将所有基站的位置所在点平移至距离它最近的小三角形的顶点；

(3)同时从每一个基站所在的小三角形顶点出发，根据加权系数指定的速率逐层向外扩展，使得每个在覆盖区域中的小三角形被扩展且仅被扩展一次，且每扩展一步的最小单位为一个小三角形，将被扩展的小三角形标识为被对应基站所覆盖，直到区域中所有与基站所在的三角形的顶点相连通的小三角形均被扩展一次为止；

(4)删除三角形的边，仅保留以相同覆盖标识的小三角形所构成的区域的外部边线所形成的多边形；

(5)将多边形以坐标方式整理输出，即为估算的无线小区覆盖边界。

5.根据已估算出的每个无线小区的覆盖范围，计算每个无线小区与其周围的无线小区的覆盖相邻关系，生成基站相邻关系的邻接矩阵；

6.根据初步估算的小区覆盖边界情况，对估算的无线小区覆盖边界进行平滑整形处理，采用平滑算法精确计算无线小区覆盖边界，该平滑算法包括以下步骤：

(1)将估算的无线小区覆盖边界中的锯齿形边界转换成连续坐标的形式，并确保每组闭合区域的连续坐标序列能够首尾相接；

(2)计算所有坐标序列中相邻两点所形成直线的斜率，生成连续的斜率列表；

(3)检查斜率列表中所有连续两个斜率数值模式，将所有连续数值模式相同的斜率所在线段标识为需优化的边界；

(4)将所有被标识为需优化的边界用其对应的前一边界和后一边界的中点连线所代替；

(5)将所得边界序列中斜率相同的连续边界，用其对应连续边界两端的边界顶点的连线所代替，即得到平滑的无线小区覆盖边界。

7.根据上述计算的结果，生成以经纬度为单位的连续坐标点的无线小区闭合覆盖边界。

至此，完成了无线小区闭合覆盖边界的生成，即无线小区实际覆盖分布拟合图的生成。

为了使输出的无线小区实际覆盖分布拟合图易于识别，还可以对生成的每个无线小区覆盖边界内进行区域着色编码处理，以保证在GIS地图上显示时相邻区域的颜色不相同。

同时，通过对无线小区闭合覆盖边界进行高阶闭合覆盖边界的处理，能够逐层推导出高层网元覆盖区域，即：通过无线小区的覆盖范围可以推导出基站的覆盖范围；由基站的覆盖范围可以推导出基站控制器的覆盖范围；由基站控制器的覆盖结果可以推导出移动交换机的实际覆盖范围，由此生成基站、基站控制器及移动交换机实际覆盖分布拟合图。高阶闭合边界的处理方法为：将同归属的无线小区覆盖闭合边界进行整合，删除内部边线，保留外部边线，并将外部边线整理为首尾相接的一组连续坐标点，从而生成高阶闭合覆盖边界。

图2至图4是以三个具体目标边界为例生成的多层次闭合覆盖分布示意图，其中，图2是以天津市部分城区为目标边界信息，使用本方法生成的无线小区实际覆盖分布拟合图，可以看出其与采用蜂窝模型拟合法生成的无线小区覆盖图(图5所示)有着明显的区别；图3是以天津地区为目标边界信息，使用本方法生成的移动交换机实际覆盖分布拟合图；图4是以天津地区为目标边界信息，使用本方法生成的一小时网络话务量密度分布图。通过本方法生成无线小区实际覆盖分布拟合图、移动交换机实际覆盖分布拟合图及一小时网络话务量密度分布图，为高层GIS应用提供了基础，可广泛地应用于GIS应用分析以及移动网络优化等领域。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1).通过读取相关基站数据源，收集有效的基站信息；

(2).通过读取边界地图数据源，收集目标边界信息；

(3).对收集的信息进行分析过滤，确定有效基站和无线小区；

(4).估算每个无线小区的区域覆盖范围，以坐标方式整理输出估算的无线小区覆盖边界；

(5).根据已估算出的每个无线小区的覆盖范围，计算每个无线小区与其周围的无线小区的覆盖相邻关系，生成基站相邻关系的邻接矩阵；

(6).对估算的无线小区覆盖边界进行平滑整形处理，采用平滑算法精确计算无线小区覆盖边界；

(7).生成以经纬度为单位的连续坐标点的无线小区闭合覆盖边界。

2.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法还包括对同归属的无线小区覆盖闭合边界进行整合，删除内部边线，保留外部边线，并将外部边线整理为首尾相接的一组连续坐标点，从而生成高阶闭合覆盖边界的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法还包括对生成的每个无线小区覆盖边界内区域着色的步骤。

4.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：所述的基站信息包括基站的经纬度位置、基站名称、基站的类型、该基站所属的基站控制器和该基站所属的移动交换机的信息。

5.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：所述的目标边界信息是由一组首尾连接的经纬度坐标所围成的待处理的地理区域边界信息。

6.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：所述的对收集的信息进行分析过滤，确定有效基站和无线小区的步骤为：

(1).当基站缺少经纬度位置信息时，或基站位置不在目标边界内时，或基站为微蜂窝类型时，将该基站信息滤除；

(2).当多基站共站时，或两基站间的距离小于最小计算精度要求时，只保留其中一个基站。

7.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法的步骤(4)包括以下步骤：

(1).使用空间划分算法，将全部计算区域根据精度要求划分为若干个面积相等的三角形，使得所有三角形可以完全覆盖计算区域，且任意两个三角形之间互相不存在重叠的部分；

(2).取每个三角形的三条边的中点，将多个中点连接成若干个小三角形，使得每个大三角形内部包含且仅包含4个小三角形，且全部小三角形可以形成对计算区域的完全覆盖，且任意两个小三角形之间不存在重叠部分，而将所有基站的位置所在点平移至距离它最近的小三角形的顶点；

(3).同时从每一个基站所在的小三角形顶点出发，根据加权系数指定的速率逐层向外扩展，使得每个在覆盖区域中的小三角形被扩展且仅被扩展一次，且每扩展一步的最小单位为一个小三角形，将被扩展的小三角形标识为被对应基站所覆盖，直到区域中所有与基站所在的三角形的顶点相连通的小三角形均被扩展一次为止；

(4).删除三角形的边，仅保留以相同覆盖标识的小三角形所构成的区域的外部边线所形成的多边形；

(5).将多边形以坐标方式整理输出，即为估算的小区覆盖边界。

8.根据权利要求1所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：该方法的步骤(6)中所采用的平滑算法包括以下步骤：

(1).将估算的无线小区覆盖边界中的锯齿形边界转换成连续坐标的形式，并确保每组闭合区域的连续坐标序列能够首尾相接；

(2).计算所有坐标序列中相邻两点所形成直线的斜率，生成连续的斜率列表；

(3).检查斜率列表中所有连续两个斜率数值模式，将所有连续数值模式相同的斜率所在线段标识为需优化的边界；

(4).将所有被标识为需优化的边界用其对应的前一边界和后一边界的中点连线所代替；

(5).将所得边界序列中斜率相同的连续边界，用其对应连续边界两端的边界顶点的连线所代替，即得到平滑的无线小区覆盖边界。

9.根据权利要求2所述的一种无线小区覆盖分布的快速生成方法，其特征在于：所述的高阶闭合覆盖边界包括基站闭合覆盖边界、基站控制器闭合覆盖边界和移动交换机闭合覆盖边界。

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