一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统及规划方法

摘要

本发明公开了一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统及规划方法，系统包括多运营商存量基站数据输入模块-用于批量输入和验证各运营商存量基站经纬度数据信息；网络规划算法模块-用于根据运营商拟建设的无线系统制式、覆盖能力、偏差范围信息进行自动化网络规划；以及多运营商无线网协同规划方案GIS优化与输出模块-用于引入GIS地理信息对多运营商协同规划方案进行自动化的优化调整，输出最终的多运营商无线网协同规划方案。本发明实现自动化获取网络结构最优的规划方案，有效避免了依靠经验的人工站址规划方案带来的精确度低的问题。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统及规划方法，属于无线 通信网络规划技术领域。

背景技术：

随着在2014年经国务院同意、国资委批准，由中国移动、中国联通和中国电信共同 出资设立中国铁塔股份有限公司(简称中国铁塔)，由其集中资源、统一规划、统筹安排 通信基础设施的建设和维护。针对多运营商多系统制式多频段的建设需求，无线通信网络 规划在继承现有网络规划技术方案的基础上，向有效提升通信基础设施共享率、减少资源 消耗与降低重复投资的方向发展。目前多采用的无线通信网络规划方案如下：

现有技术方案一：

普遍的网络规划方法是一个迭代过程。运营商针对不同目标覆盖场景对拟用频段进行 传播模型测试与校正，根据拟建设无线系统制式的发射功率、天线类型、接收机灵敏度等 指标，通过链路预算方法测算出针对该目标覆盖场景的满足一定边缘覆盖率的基站覆盖能 力；基于运营商现网存量基站分布信息，网络规划工程师采用经验化的人工操作方式进行 基站规划，包括新增基站规划、存量基站筛选等；针对基站规划结果采用仿真软件进行仿 真验证，如满足拟建设无线网络的覆盖、容量、干扰等网络规划指标，则规划结束，输出 基站规划方案；否则网络规划工程师对现规划结果的网络结构进行新一轮的人工规划调整 与仿真验证，如此迭代，直到满足该无线网络规划指标。

现有技术方案二：

由于前期经验化的人工规划精确度不高等原因，在无线网络建成基本实现连续覆盖以 后，存在一定的深度覆盖问题。面对无线网络深度覆盖的建设需求，运营商多采用道路测 试、MR分析、用户投诉等手段获取弱覆盖区域，识别深度覆盖需求，在满足基站网络结 构要求的前提下，网络规划工程师采用经验化的人工操作方式进行基站补点规划。

现有技术方案均为运营商针对其拟建设的无线通信网络进行规划，通信基础设施建设 由运营商自行筹资解决，满足其自身无线通信网络建设需求。但是，从铁塔公司成立以及 国家推动通信基础设施共建共享的大环境来看，现有无线通信网络规划方案存在以下两个 方面的技术问题：

第一、无线通信网络规划未考虑其他运营商存量基站、规划新建基站的可复用性，存 在多运营商基站重复建设现象，土地等资源消耗严重，通信基础设施共享率较低。

第二、现阶段无线通信网络规划多凭借规划工程师的经验以及人工操作方式进行，效 率低下，同时工程师的技术能力参差不齐，不同工程师的规划方案与网络结构也互不相同， 人工实施方式精确度较低，无法获取网络结构最优的无线网络规划结果。

综合以上两点，现有的无线通信网络规划方案无法实现多运营商之间的基站资源共享 与协同规划，无法获取多运营商共享基础上的网络结构最优的无线网规划结果。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种网络结构最优的多运营商无线网 协同规划系统及规划方法，实现自动化获取网络结构最优的规划方案，有效避免了依靠经 验的人工站址规划方案带来的精确度低的问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统：

包括多运营商存量基站数据输入模块、网络规划算法模块以及多运营商无线网协同规 划方案GIS优化与输出模块，所述网络规划算法模块包括网络结构最优的迭代算法模块、 共享率最大化的站址整合算法模块；

所述多运营商存量基站数据输入模块用于批量输入和验证各运营商存量基站经纬度 数据信息；

所述网络规划算法模块用于根据运营商拟建设的无线系统制式、覆盖能力、偏差范围 信息进行自动化网络规划；

其中，所述网络结构最优的迭代算法模块利用基站方向模型、三角形外心模型方法获 取规划方案的网络结构最优解；

所述共享率最大化的站址整合算法模块以最小化新建站数量为目标，优先共享存量基 站，进行多运营商规划方案整合，获取共享率最大化的多运营商协同规划方案；

所述多运营商无线网协同规划方案GIS优化与输出模块用于引入GIS地理信息对多运 营商协同规划方案进行自动化的优化调整，输出最终的多运营商无线网协同规划方案。

一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划方法：

获取多运营商存量基站数据，获取每个运营商拟建设无线网的无线系统制式和拟采用 的频段；

针对单个运营商的无线网建设需求，采用网络结构最优的自动化迭代算法，自动化生 成规划方案；

对多个运营商的规划方案采用共享率最大化的站址整合算法；

针对多运营商无线网协同规划方案，结合GIS地理信息进行规划方案优化调整，输出 最终的多运营商无线网协同规划方案。

所述网络结构最优的自动化迭代算法是指：

结合网络优化方法以及基站覆盖能力的关系，取定不同目标覆盖场景的站间距门限；

建立基站方向模型，对每个基站计算方向模型对应的不同方向上的最近基站；

采用三角形外心模型生成局部网络结构最优的规划新建站；

通过运营商在不同覆盖场景下允许的覆盖能力下限来控制全局网络结构，获取网络结 构最优的规划方案。

所述共享率最大化的站址整合算法是指：

根据拟建设无线系统制式允许的单站覆盖能力波动范围，获取每个运营商所允许的站 址偏差；

计算不同运营商的规划方案新建站与其他运营商存量和新建站的站间距，用于判断新 建基站的共享方案；

对于不同运营商的两基站可共享情况，若某一基站为存量站，则共享存量站；否则取 定两新建基站连线的某点作为共享新建站，该站点位置需根据站址偏差要求进行加权；

对于某运营商的规划目标基站可以分别与其他不同运营商的两个基站共享的情况，若 其他两个基站至少有一个为存量站，该规划目标基站与其站间距最近的基站共享；否则其 他两个基站共享该目标基站。

对于不同运营商的三个基站可互相共享的情况，若三个基站中存在存量站，则共享该 存量站；否则取定基站a、基站b、基站c构成三角形中某一点作为三个基站的共享站。

其中，所述网络结构最优的自动化迭代算法包括以下步骤：

S21、获取基站覆盖能力，取定运营商单站覆盖能力允许波动范围；针对每个运营商拟 建设无线网拟采用的频段进行传播模型校正，结合无线系统制式进行链路预算分析，获取 城市、县城、农村不同覆盖场景的覆盖站间距要求D，取定不同场景的站间距门限 TH1＝120％×D；

S22、计算不同方向上的最近基站，建立基站方向模型；对每个基站计算其方向1、方 向2、方向3上的最近基站，

S23、筛选出所有基站方向1、方向2、方向3的最近站间距大于门限TH1的基站；

S24、判断是否存在最近站间距大于门限的基站，如存在则进入步骤S25；如不存在则 算法流程结束，输出规划方案；

S25、将得到的所有最近站间距大于TH1的宏基站设定为目标规划区域，针对目标规 划区域采用三角形外心模型生成网络结构最优的初步规划新建站；所述三角形外心模型算 法为：根据基站方向模型，宏基站1的方向1(-60°，60°]上的最近基站为宏基站2，且宏基 站1与宏基站2之间的站间距大于TH1，则宏基站1与宏基站2设定为目标规划区域；宏 基站1位于宏基站2的方向2(60°，180°]，计算宏基站2的方向2上的最近基站为宏基站3， 要求宏基站1、宏基站2、宏基站3构成的以宏基站2为顶点的角度不大于90°；宏基站 1、宏基站2、宏基站3构成水平面三角形，则此目标规划区域内的规划新建站1取定为此 三角形外心；

S26、判断初步规划新建站所属三角形的外接圆半径是否大于最小站距门限TH2，该门 限由运营商根据无线网网络结构容忍程度与投资因素确定；

S27、若大于运营商最小站距门限TH2，则保留此新建站；

S28、若小于运营商最小站距门限TH2，则删除该规划新建站，并删除此新建站对应的 原目标规划区域；

S29、将保留规划新建站和更新后的原目标规划区域内的基站作为下一次迭代输入，流 程跳转至步骤S22。直到不存在目标规划区域则规划算法结束，输出最终规划方案。

其中，所述共享率最大化的站址整合算法包括以下步骤：

S51、取定运营商A、运营商B、运营商C允许的规划站址偏差为d，取定运营商在相 同覆盖场景的站址偏差相同；

S52、设定运营商A、运营商B、运营商C之间最近的基站分别为a、b、c，运营商之 间的基站站间距用ab、ac、bc表示；

S53、判断基站a、b、c是否可共享；

S54、如满足(ab>d)&(ac>d)&(bc>d)，则基站a、b、c无法共享；否则基站a、b、c可以 共享；

S55、a、b、c中两个基站共享情况：以基站a、b可共享为例，在满足条件 (d≥ab)&(ac>d)&(bc>d)时，如a或b为存量站，则共享该存量站；否则取定基站a、基站b 连接线的中心位置为共享站；a、c共享方案与b、c共享方案同S54相关步骤；

S56、a、b、c中三个基站共享情况：

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如b或c为存量站， 基站a共享与其最近的基站；否则基站b和基站c共享基站a；

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如a或c为存量站， 基站b共享与其最近的基站；否则基站a和基站c共享基站b；

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如a或b为存量站， 基站c共享与其最近的基站；否则基站a和基站b共享基站c；

三个基站可互相共享，若a、b、c中存在存量站，则共享存量站；否则共享站取定为 基站a、基站b、基站c构成三角形中任一位置。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1)从铁塔公司成立的大环境来看，无线通信网络规划向有效提升通信基础设施共享 率、减少资源消耗与降低重复投资的方向发展。本发明方案以最小化新建站数量为目标、 以优先共享运营商存量基站为策略进行多运营商规划方案整合，获取共享率最大化的多运 营商协同规划方案，有效减少土地、基站设备材料等资源消耗，降低通信基础设施重复投 资。

2)无线通信网络规划应遵循“以终为始”的设计理念，并采用自动化算法实现网络 结构最优的规划方案。本发明方案建立基站方向模型，该模型独立于单个运营商基站覆盖 方向，降低运营商存量基站的覆盖方向对于规划方案的影响；基于运营商基站位置信息， 采用三角形外心模型获取局部网络结构最优解；然后通过运营商在不同覆盖场景下允许的 覆盖能力下限来控制全局网络结构，从而实现自动化获取网络结构最优的规划方案，有效 避免了依靠经验的人工站址规划方案带来的精确度低的问题。

附图说明：

图1为本发明实施例一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划方法的流程图；

图2为本发明实施例一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统的框架图；

图3为本发明实施例一种基站方向模型的示意图；

图4为本发明实施例一种三角形外心模型规划算法的示意图；

图5为本发明实施例一种共享率最大化的站址整合算法的流程图；

图6为本发明实施例一种网络结构最优的自动化迭代算法的流程图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例1：一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划系统，包括多运营商存量基 站数据输入模块、网络规划算法模块以及多运营商无线网协同规划方案GIS优化与输出模 块，所述网络规划算法模块包括网络结构最优的迭代算法模块、共享率最大化的站址整合 算法模块；其中，

多运营商存量基站数据输入模块用于批量输入和验证各运营商存量基站经纬度数据 等信息。

网络规划模块用于根据运营商拟建设的无线系统制式、覆盖能力、偏差范围等信息进 行自动化网络规划。其中，网络结构最优的迭代算法模块利用基站方向模型、三角形外心 模型等方法获取运营商规划方案的网络结构最优解；共享率最大化的站址整合算法模块以 最小化新建站数量为目标，优先共享存量基站，进行多运营商规划方案整合，获取共享率 最大化的多运营商协同规划方案。

多运营商无线网协同规划方案GIS优化与输出模块用于引入GIS地理信息(地物类型、 居住地分布等)对多运营商协同规划方案进行自动化的优化调整，剔除或者调整规划位置 在湖泊、河流、山丘等建设方案不合理的站址，输出最终的多运营商无线网协同规划方案。

具体实施中，参考图2，本实施例多运营商无线网协同规划系统，其包括多运营商存 量基站数据输入模块61、网络规划算法模块62以及多运营商无线网协同规划方案GIS优 化与输出模块63，其中，

多运营商存量基站数据输入模块61用于批量输入和验证各运营商存量基站经纬度数 据等信息。

网络规划模块62用于根据运营商拟建设的无线系统制式、覆盖能力、偏差范围等信 息进行自动化网络规划。其中，网络结构最优的迭代算法模块621利用基站方向模型、三 角形外心模型等方法获取运营商规划方案的网络结构最优解；共享率最大化的站址整合算 法模块622以最小化新建站数量为目标，优先共享存量基站，进行多运营商规划方案整合， 获取共享率最大化的多运营商协同规划方案。

多运营商无线网协同规划方案GIS优化与输出模块63用于引入GIS地理信息(地物类 型、居住地分布等)对多运营商协同规划方案进行自动化的优化调整，剔除或者调整规划 位置在湖泊、河流、山丘等建设方案不合理的站址，输出最终的多运营商无线网协同规划 方案。

实施例2：一种网络结构最优的多运营商无线网协同规划方法，该方法利用基站方向 模型、三角形外心模型等方法获取运营商规划方案的网络结构最优解；以最小化新建站数 量为目标，优先共享存量基站，进行多运营商规划方案整合，获取共享率最大化的多运营 商协同规划方案。具体包括：

1)获取多运营商存量基站数据，根据每个运营商拟建设无线网的无线系统制式和拟 采用的频段，通过传播模型校正方法获取不同覆盖场景的典型覆盖半径以及站间距要求。

2)针对单个运营商的无线网建设需求采用网络结构最优的自动化迭代算法，获取各 运营商网络结构最优的规划方案。

具体过程为：建立基站方向模型，将基站所在位置的水平空间等分成三个方向，对每 个存量可用基站计算三个方向上的最近基站；根据无线系统制式的技术特性，取定运营商 单站覆盖能力允许波动范围，筛选出所有基站三个方向上的最近站间距大于覆盖能力波动 范围上限的基站，将筛选出的基站设定为目标规划区域；针对目标规划区域采用三角形外 心模型生成局部网络结构最优的初步规划新建站；对于初步规划新建站所属三角形的外接 圆半径进行判断，若大于运营商要求的覆盖能力波动范围下限，则保留此新建站。若小于 运营商要求的覆盖能力波动范围下限，则删除该新建站，并删除此新建站对应的原目标规 划区域；将保留规划新建站和更新后的原目标规划区域内的基站作为下一次迭代输入，直 到不存在目标规划区域则规划算法结束，输出最终规划方案。

三角形外心模型可以保证该三角形局部范围内的最优网络结构，即规划站点与三角形 三个顶点基站的站址偏差系数为0，且满足蜂窝网状结构。

3)对多个运营商的规划方案采用共享率最大化的站址整合算法，获取多运营商无线 网协同规划方案。

具体过程为：根据拟建设无线系统制式允许的单站覆盖能力波动范围，获取每个运营 商所允许的站址偏差；对每个运营商规划方案中的新建基站，计算其与其他运营商之间的 最近基站(含存量基站和新建基站)，如该新建基站与其他运营商最近基站之间的站间距 小于站址偏差，则该新建基站可以与其他运营商的最近基站进行共享整合。

对于一家运营商基站可与另外一家运营商基站共享情况：如存在存量基站，则共享此 存量基站；如双方可共享基站均为新建基站，则取定两新建基站连线的某点作为共享新建 站，该站点位置需根据站址偏差要求进行加权。

对于一家运营商基站可与另外两家运营商基站共享情况：如存在一个存量基站，则可 共享此存量基站或者与另一家运营商的新建站共享，共享方案选择原则为该运营商新建站 偏差最小；如存在两个存量基站，则共享其距离最近的存量基站；如可共享基站均为新建 基站，则根据此三个基站之间的位置关系与站址偏差要求，以最小化新建站数量为目标， 选取最优的站址共享整合方案。

4)针对多运营商无线网协同规划方案，结合GIS地理信息进行规划方案优化调整，获 取最终的多运营商无线网协同规划方案。

具体实施中，参考图1，本实施例网络结构最优的多运营商无线网协同规划方法步骤：

S11、获取多运营商存量基站数据，获取每个运营商拟建设无线网的无线系统制式和拟 采用的频段。

S12、针对单个运营商的无线网建设需求采用网络结构最优的自动化迭代算法。建立基 站方向模型，降低运营商存量基站的覆盖方向对于规划方案的影响，然后采用三角形外心 模型等方法获取运营商规划方案的网络结构最优解。

S13、对多个运营商的规划方案采用共享率最大化的站址整合算法。以最小化新建站数 量为目标，优先共享存量基站，进行多运营商规划方案整合，获取共享率最大化的多运营 商协同规划方案。

S14、针对多运营商无线网协同规划方案，结合GIS地理信息进行规划方案优化调整， 剔除或者调整规划位置在湖泊、河流、山丘等建设方案不合理的站址，输出最终的多运营 商无线网协同规划方案。

上述步骤S12中，网络结构最优的自动化迭代算法包括以下步骤：

S21、获取基站覆盖能力，取定运营商单站覆盖能力允许波动范围；针对每个运营商拟 建设无线网拟采用的频段进行传播模型校正，结合无线系统制式进行链路预算分析，获取 城市、县城、农村不同覆盖场景的覆盖站间距要求D，取定不同场景的站间距门限 TH1＝120％×D；

S22、计算不同方向上的最近基站，建立基站方向模型；对每个基站计算其方向1、方 向2、方向3上的最近基站，

S23、筛选出所有基站方向1、方向2、方向3的最近站间距大于门限TH1的基站；

S24、判断是否存在最近站间距大于门限的基站，如存在则进入步骤S25；如不存在则 算法流程结束，输出规划方案；

S25、将得到的所有最近站间距大于TH1的宏基站设定为目标规划区域，针对目标规 划区域采用三角形外心模型生成网络结构最优的初步规划新建站；所述三角形外心模型算 法为：根据基站方向模型，宏基站1的方向1(-60°，60°]上的最近基站为宏基站2，且宏基 站1与宏基站2之间的站间距大于TH1，则宏基站1与宏基站2设定为目标规划区域；宏 基站1位于宏基站2的方向2(60°，180°]，计算宏基站2的方向2上的最近基站为宏基站3， 要求宏基站1、宏基站2、宏基站3构成的以宏基站2为顶点的角度不大于90°；宏基站 1、宏基站2、宏基站3构成水平面三角形，则此目标规划区域内的规划新建站1取定为此 三角形外心；

S26、判断初步规划新建站所属三角形的外接圆半径是否大于最小站距门限TH2，该门 限由运营商根据无线网网络结构容忍程度与投资因素确定；

S27、若大于运营商最小站距门限TH2，则保留此新建站；

S28、若小于运营商最小站距门限TH2，则删除该规划新建站，并删除此新建站对应的 原目标规划区域；

S29、将保留规划新建站和更新后的原目标规划区域内的基站作为下一次迭代输入，流 程跳转至步骤S22。直到不存在目标规划区域则规划算法结束，输出最终规划方案。

上述步骤S13中，共享率最大化的站址整合算法包括以下步骤：

S51、取定运营商A、运营商B、运营商C允许的规划站址偏差为d，取定运营商在相 同覆盖场景的站址偏差相同；

S52、设定运营商A、运营商B、运营商C之间最近的基站分别为a、b、c，运营商之 间的基站站间距用ab、ac、bc表示；

S53、判断基站a、b、c是否可共享；

S54、如满足(ab>d)&(ac>d)&(bc>d)，则基站a、b、c无法共享；否则基站a、b、c可以 共享；

S55、a、b、c中两个基站共享情况：以基站a、b可共享为例，在满足条件 (d≥ab)&(ac>d)&(bc>d)时，如a或b为存量站，则共享该存量站；否则取定基站a、基站b 连接线的中心位置为共享站；a、c共享方案与b、c共享方案同S54相关步骤；

S56、a、b、c中三个基站共享情况：

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如b或c为存量站， 基站a共享与其最近的基站；否则基站b和基站c共享基站a；

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如a或c为存量站， 基站b共享与其最近的基站；否则基站a和基站c共享基站b；

一个基站可以分别与其他运营商的两个基站共享：

基站a可与基站b共享，也可与基站c共享，具体共享方案为：如a或b为存量站， 基站c共享与其最近的基站；否则基站a和基站b共享基站c；

三个基站可互相共享，若a、b、c中存在存量站，则共享存量站；否则共享站取定为 基站a、基站b、基站c构成三角形中任一位置。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明提案所作的进一步详细说明，不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护 范围。