梁童，趙培，胡凱，尤明曦

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步發(fā)展，對室內(nèi)及特殊場景的深度覆蓋要求的逐步提升，網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋性能成為評估LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的重要指標(biāo)。室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)與質(zhì)量把控成為影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，越來越受到運(yùn)營商的重視。

室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的核心關(guān)鍵手段，室分設(shè)計方案圖紙要素眾多，信息量大，圖紙繪制復(fù)制，其準(zhǔn)確性會對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生影響。目前，室分設(shè)計圖紙繪制中的自動化水平低，人工操作較多，繪制一套完整的大型室分設(shè)計方案基本需要1周的時間。另一方面，目前室分設(shè)計圖紙審核主要通過人工方式進(jìn)行，審核工作量大，復(fù)雜度高，細(xì)節(jié)問題難于發(fā)現(xiàn)，審核質(zhì)量和審核效率都亟待提升。

2 平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計方案

在大力開展室分質(zhì)量全生命周期管理的前提下，全國多個省市運(yùn)營商在逐步加強(qiáng)設(shè)計質(zhì)量管理，希望通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方案與圖紙的智能審核來提升室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計質(zhì)量，確保設(shè)計方案的合理性，從而推動室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的提升。

本平臺實(shí)現(xiàn)設(shè)計工具的標(biāo)準(zhǔn)化，并將一線設(shè)計人員的工作流程與新技術(shù)發(fā)展趨勢緊密結(jié)合，致力于設(shè)計效率提升，研發(fā)了傳統(tǒng)室分設(shè)計的高效、自動化的設(shè)計功能，提供了高精度的覆蓋預(yù)測能力，支持介質(zhì)的自動設(shè)置，并具備樓間對打、分布式皮基站組網(wǎng)圖等新型方案的一鍵式生成流程，最大限度的實(shí)現(xiàn)室分圖紙?jiān)O(shè)計的自動化。

在設(shè)計審核方面，研發(fā)一套可應(yīng)用于室內(nèi)分布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案智能分析與管理的工具平臺，改變以人工為主體的設(shè)計方案管理與審查工作現(xiàn)狀，通過制定規(guī)范的方案審核規(guī)則，引入CAD格式設(shè)計方案的底層數(shù)據(jù)存儲與解析關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計方案數(shù)據(jù)信息的全量提取與智能掃描，最終實(shí)現(xiàn)方案審核的智能化、電子化。

2.2 平臺功能設(shè)計

換功能，可根據(jù)平面圖或系統(tǒng)圖的圖框特點(diǎn)自動識別生成A3、A4不同打印大小，并可根據(jù)圖框編號自動排序，解決了設(shè)計人員面臨的出版工作量大的問題。

2.2.2 審核平臺功能

室分設(shè)計審核平臺具備智能化、高效化的圖紙?jiān)诰€審核能力，具有站點(diǎn)基礎(chǔ)信息管理、圖紙電子化存儲、圖紙智能分析與評審、審核報告加密認(rèn)證及導(dǎo)出、圖紙的送審及審批流程、圖紙的在線瀏覽編輯等6大功能模塊。審核平臺可實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)、圖紙的電子化管理，DWG格式圖紙的在線智能審核，通過智能區(qū)分傳統(tǒng)室分和新型室分的設(shè)計方案，依據(jù)不同設(shè)計方案的審核要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同類型方案設(shè)置的審核評估。

2.2.2.1 傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)

（1）覆蓋效果審核：覆蓋率、外泄是否滿足要求；

（2）天線審核：天線口功率值、天線密度/間距是否滿足要求、雙天線功率差異、天線點(diǎn)位功率平衡性是否滿足要求；

（3）饋線審核：饋線類型、天線所帶饋線長度是否滿足要求；

（4）器件審核：負(fù)載使用、高品質(zhì)器件使用是否滿足要求；

（5） 設(shè)備審核：BBU/RRU利用率、RRU發(fā)射功率、RRU級聯(lián)數(shù)量是否滿足要求；

（6）成本預(yù)算審核：分布系統(tǒng)/合路點(diǎn)覆蓋面積、分布系統(tǒng)預(yù)算、單位面積成本、合路點(diǎn)位置和POI數(shù)量是否滿足要求；

（7）分區(qū)審核：不同制式間的分區(qū)數(shù)量、主設(shè)備支持小區(qū)數(shù)是否滿足要求。

2.2.2.2 分布式皮基站等新型方案

（1）覆蓋效果審核：覆蓋率、外泄是否滿足要求；（2）天線密度/間距是否滿足要求；

（3）設(shè)備使用合理性審核：單BBU最大連接pRRU數(shù)量、RHUB最大級聯(lián)數(shù)、遠(yuǎn)端單元pRRU與RHUB最大距離是否滿足要求。

依據(jù)審核規(guī)則，審核平臺通過解析DWG圖紙的底

2.2.1 設(shè)計工具功能

室分設(shè)計工具提供了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計圖例及智能化的設(shè)計功能，具備平面圖設(shè)計、系統(tǒng)圖設(shè)計、組網(wǎng)圖設(shè)計、覆蓋預(yù)測、便捷設(shè)計功能和新型方案設(shè)計6大功能模塊40余種核心功能，可實(shí)現(xiàn)從方案設(shè)計、方案優(yōu)化、方案自查、方案出版、方案信息提取等設(shè)計工作全部流程內(nèi)容。

（1）傳統(tǒng)室分方案設(shè)計與優(yōu)化：傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計是室內(nèi)設(shè)計的主要工作，方案設(shè)計需考慮器件與設(shè)備選擇、天線布放位置與功率平衡等一系列復(fù)雜問題，本工具從一線設(shè)計人員的工作流程及工作內(nèi)容出發(fā)，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了平面圖自動插入器件、平面圖自動生成系統(tǒng)圖、系統(tǒng)圖電平優(yōu)化、組網(wǎng)圖一鍵式電平計算、雙路部署時的雙天線平面圖設(shè)計、系統(tǒng)圖生成等傳統(tǒng)室分設(shè)計的高效、自動化的設(shè)計功能，提高了設(shè)計效率，降低了因設(shè)計人員經(jīng)驗(yàn)等引起的設(shè)計方案質(zhì)量參差不齊的問題。

（2）新型方案設(shè)計：分布式皮基站、一體化皮基站與光纖分布系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，已有CAD軟件或其它設(shè)計工具不支持新型方案的設(shè)計，設(shè)計工具實(shí)現(xiàn)新型室內(nèi)分布系統(tǒng)的一鍵式方案設(shè)計功能，可支持主流設(shè)備廠家的分布式皮基站設(shè)備的方案設(shè)計，可依據(jù)平面圖自動生成組網(wǎng)架構(gòu)圖、單雙路靈活選擇等一系列優(yōu)勢功能。同時，支持居民區(qū)內(nèi)光纖分布系統(tǒng)MDAS的表格化方案設(shè)計，及樓間對打快速設(shè)計及深度覆蓋效果評估功能。

（3）方案信息提取：該功能實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計方案，自動輸出Excel表格形式的方案基本信息與設(shè)計數(shù)據(jù)，服務(wù)于設(shè)計站點(diǎn)數(shù)據(jù)匯總工作，并能夠輸出方案的組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與概預(yù)算、設(shè)計說明等設(shè)計周期的數(shù)據(jù)銜接。

（4）方案自動出版：研發(fā)DWG向PDF的自動轉(zhuǎn)層數(shù)據(jù)，提取設(shè)計圖紙中的信息，并通過算法設(shè)計對屬性信息進(jìn)行分析歸類，實(shí)現(xiàn)方案類別的自動判定，并關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)既定審核規(guī)則的方案審核。

同時，室分設(shè)計審核平臺集成了CAD圖紙?jiān)诰€瀏覽編輯功能，可以在不安裝重量級CAD軟件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)DWG格式圖紙?jiān)诰€瀏覽、編輯、批注等操作，并支持圖紙的網(wǎng)頁版在線覆蓋預(yù)測，提升審核效率，降低圖紙修訂難度，具備業(yè)內(nèi)先進(jìn)的DWG圖紙分析處理能力。

2.3 平臺架構(gòu)設(shè)計

“室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計審核平臺”立足于建設(shè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、高效化的圖紙?jiān)O(shè)計與審核平臺，實(shí)現(xiàn)室分方案的設(shè)計與審核功能。圖1為設(shè)計工具架構(gòu)設(shè)計示意圖。

在線審核平臺如圖2所示，采用Openerp開源框架，依據(jù)功能進(jìn)行平臺架構(gòu)的模塊化設(shè)計，將對系統(tǒng)資源消耗最大的在線審核功能模塊在瀏覽器插件中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，將服務(wù)器的壓力由客戶端均分，降低了統(tǒng)一處理的并發(fā)能力要求，保障了系統(tǒng)的并發(fā)量。

圖1 設(shè)計工具架構(gòu)設(shè)計

3 平臺核心算法

3.1 天線電平與器件優(yōu)化算法

室內(nèi)分布系統(tǒng)圖設(shè)計中需要考慮不同天線點(diǎn)之間的功率問題，選擇合適的無源器件進(jìn)行天線之間的連接，一般建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的樓宇面積較大，層數(shù)較多，天線數(shù)量常常達(dá)到數(shù)百個，在預(yù)計天線的電平值后，一般通過手動選擇器件或?qū)ζ骷?biāo)稱值進(jìn)行調(diào)整的方式，使得天線的功率值接近預(yù)期目標(biāo)值，計算量大且涉及到不同相關(guān)聯(lián)天線之間的功率協(xié)同問題，很難通過手動調(diào)整的方式找到最優(yōu)組合。

設(shè)計工具研發(fā)并實(shí)現(xiàn)了一種基于不同的目標(biāo)電平值進(jìn)行設(shè)計方案整體優(yōu)化的方法，采用“逆向選件+前向優(yōu)化”的解決方案，通過對天線設(shè)置相同或者不同的目標(biāo)電平值即可一鍵化實(shí)現(xiàn)對設(shè)計方案的優(yōu)化，同時支持不同制式的聯(lián)合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)簡單、優(yōu)化結(jié)果合理，可以實(shí)現(xiàn)基于覆蓋電平需求對設(shè)計方案進(jìn)行自主優(yōu)化的功能，既能夠保證器件及信源功率選擇合理性，又能提升設(shè)計效率，可從設(shè)計方案角度大大改善室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋效果。

3.1.1 逆向選件

根據(jù)設(shè)計人員對天線的不同制式的不同功率需求，設(shè)置天線輸出功率，以N′和N"兩種制式為例，制式N′的天線優(yōu)化目標(biāo)功率值為的天線優(yōu)化目標(biāo)功率值為線數(shù)，將天線以及與其相連的饋線合并作為第一級節(jié)點(diǎn)A，分別計算各天線、各制式第一級各節(jié)點(diǎn)的輸入功率要求值，計算方法為：

節(jié)點(diǎn)A輸入功率（dBm）=天線功率（dBm）+饋線損耗（dB）

分別得到制式N′和制式N"在節(jié)點(diǎn)A的功率值{A1′，分別針對每一種制式，按照節(jié)點(diǎn)A功率值的差值對I個天線進(jìn)行分組，設(shè)定功率差值的門限值作為第一級分組的依據(jù)，門限值設(shè)定為X；將節(jié)點(diǎn)間相互差值均低于門限X的節(jié)點(diǎn)分為一組，若存在組內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1的情況，則該節(jié)點(diǎn)本次不做任何處理，直接進(jìn)入下一級。對于存在多種制式的情況，將制式N′和制式N"分別進(jìn)行分組，各制式完成分組后，將每個分組求交集，確定最終的分組情況，根據(jù)每個組內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定功分器的類型。

圖2 審核平臺架構(gòu)設(shè)計

第一級器件選定后，按照制式根據(jù)該分組內(nèi)的上一級節(jié)點(diǎn)的功率值分別計算出第二級節(jié)點(diǎn)處的功率值，上級多個節(jié)點(diǎn)計算的本級功率值不同時，進(jìn)行平均后確定不同制式在第二級節(jié)點(diǎn)的唯一功率值。將第一級節(jié)點(diǎn)中未參與分組的節(jié)點(diǎn)與已分組連接器件的節(jié)點(diǎn)（包含于與器件相連的饋線）共同組成第二級節(jié)點(diǎn)B。分別得到制從第二級節(jié)點(diǎn)開始，在進(jìn)行器件選擇時第二級及以后的節(jié)點(diǎn)一般采用功分器與耦合器組合的方式進(jìn)行連接，具體步驟如圖3所示。

在每個節(jié)點(diǎn)組合進(jìn)行器件選擇的時候，考慮到多制式的影響，綜合進(jìn)行器件選擇。對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐級合并，直至全部節(jié)點(diǎn)匯聚到一個P連接點(diǎn)并確定該連接點(diǎn)處不同制式的功率值，完成逆向選件操作。

3.1.2 前向優(yōu)化

根據(jù)不同制式在匯聚點(diǎn)P的功率值P′和P"進(jìn)行正向計算，考慮器件損耗、線損、插入損耗等因素后，計算得到每面天線制式N′的功率值制式N"的功率值制式N′的天線優(yōu)化目標(biāo)功率值為制式N"的天線優(yōu)化目標(biāo)功率值為

采用最小均方誤差方法對不同制式的電平值進(jìn)行微調(diào)，制式N′的調(diào)整值預(yù)設(shè)為x′，制式N"的調(diào)整至預(yù)設(shè)為x"，則進(jìn)行調(diào)整的目標(biāo)如下：

i為天線編號，采用導(dǎo)數(shù)方法求解以上公式，為保證均方和最小，可得到以下方程：

求解該方程可以得到x′和x"，匯聚點(diǎn)P的功率值調(diào)整為P′+x′和P"+x"，得到每面天線制式N′功率值制式N"的功率值為完成前向優(yōu)化。

圖3 各節(jié)點(diǎn)器件選擇算法流程圖

本算法通過逆向選定器件與前向優(yōu)化兩種方案的結(jié)合，提升了電平優(yōu)化計算的準(zhǔn)確度，更接近目標(biāo)值。同時，該方案考慮了不同制式的聯(lián)合優(yōu)化問題，不同天線的優(yōu)化目標(biāo)值可以分別設(shè)定，方案靈活度高。該方案應(yīng)用于室分設(shè)計工具的系統(tǒng)圖電平優(yōu)化，提升了工具的自動化與智能化水平。

3.2 天線布放審核算法

設(shè)計方案的覆蓋效果是考核設(shè)計方案質(zhì)量關(guān)鍵因素，對覆蓋效果的評估可通過開展高精度覆蓋預(yù)測進(jìn)行精準(zhǔn)的評估。與宏站覆蓋不同，室內(nèi)無線環(huán)境復(fù)雜，覆蓋效果受到墻體位置、材質(zhì)、天線本身的功率與方向性等多方面的影響，通過覆蓋預(yù)測精準(zhǔn)評估的復(fù)雜度較高，需要耗費(fèi)較多的時間。

本平臺依據(jù)不同類型室內(nèi)場景的建筑特點(diǎn)，以及不同室內(nèi)天線的發(fā)射功率要求、天線增益與方位角，以及新型設(shè)備的發(fā)射功率指標(biāo)等的差異，制定了一套科單純通過天線功率、天線類型與天線間距綜合判定覆蓋是否合格的規(guī)則，并應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計方案質(zhì)量評估。表1給出了通過天線間距進(jìn)行設(shè)計方案審核的規(guī)則要求。

依據(jù)以上規(guī)則，本平臺實(shí)現(xiàn)了基于天線布放位置自動進(jìn)行實(shí)際位置判定與提取，并基于天線位置在平面圖內(nèi)進(jìn)行天線搜索與間距判定，并基于一種采用二維對角矩陣記錄最小天線間距的方法，提升了計算效率，規(guī)避了采用遍歷計算高復(fù)雜性，通過智能搜索與位置判定方法實(shí)現(xiàn)天線布放位置的審核。

3.3 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)智能審核算法

在室分設(shè)計方案審核規(guī)則中，BBU、RRU主設(shè)備的利用率審核是圖紙審核的關(guān)鍵點(diǎn)之一，主要包括BBU所帶小區(qū)數(shù)量，BBU所帶RRU數(shù)量、RRU級聯(lián)數(shù)量等多種不同類型的要求，同時，不同廠家設(shè)備對利用率的要求也不盡相同。該類審核的關(guān)鍵是基于圖紙能夠自動搜索并重構(gòu)組網(wǎng)圖結(jié)構(gòu)，通過樹形結(jié)構(gòu)圖提取組網(wǎng)方式，并結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行判定。

圖4給出了基于樹形結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)圖結(jié)構(gòu)生成流程，將BBU作為根節(jié)點(diǎn)，通過搜索設(shè)備連接方式建立BBU與RRU的連接關(guān)系，并持續(xù)搜索RRU的級聯(lián)方式與數(shù)量，最終建立連接樹形關(guān)系，確定組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

表1 不同場景天線覆蓋審核規(guī)則

圖4 設(shè)備組網(wǎng)拓?fù)浣⒘鞒虉D

4 平臺應(yīng)用效果

“室分設(shè)計審核平臺”納入中國移動第一批自主核心能力清單，可支持在中國移動內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用，并可根據(jù)各省的區(qū)域化差異和需求提供便捷的審核規(guī)則定制服務(wù)。

目前，室分設(shè)計審核平臺已開始為LTE五期室分設(shè)計方案提供智能審核工作，2017年的圖紙?jiān)O(shè)計審核數(shù)量達(dá)到5000套，全國日均使用超過900人次，在設(shè)計效率及準(zhǔn)確度提升等方面取得了良好的效果。設(shè)計工具提供的自動設(shè)計工具可大幅度提升設(shè)計效率，降低設(shè)計出錯率，審核平臺在提升方案審核質(zhì)量的基礎(chǔ)上節(jié)約大量的審核時間，效率及準(zhǔn)確性大規(guī)模提升。

[1] 趙培，李剴, 等. 室內(nèi)無線通信技術(shù)原理與工程實(shí)踐[M]. 北京: 北京郵電大學(xué)出版社, 2015.

[2] 徐德平，張炎炎，焦燕鴻, 等. TD-LTE深度覆蓋解決方案研究[J]. 互聯(lián)網(wǎng)天地，2013(12):58-62.

[3] 王映民, 孫韶輝, 等. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：人民郵電出版社. 2010:P188-198.

[4] 吳為. 無線室內(nèi)分布系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)必讀[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.