DE4037190A1 - Verfahren zur bestimmung mehrfacher stoerungen in einem mobilfunksystem - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des gesamten Störungsgrades auf der Aufwärts- oder Abwärtsstrecke im Überdeckungsbereich einer bestimmten Basisstation für ein Mobilfunksystem mit gegebenem Kanalplan. Die Erfindung steht im direkten Zusammenhang mit den Problemstellungen in den Patent­ anmeldungen 89 00 742-1, 8 00 743-9, 89 00 744-7 und 89 00 745-4 und insbesondere mit der Erfindung "Verfahren für Funk­ zellenplanung" (89 00 744-7). Dieses Verfahren benutzt Feldstärkemessungen und einen Zuteilungsalgorithmus, die eine einfache Anpassung des Zellensystems ermöglichen, d. h. die Erhöhung oder Verringerung der Anzahl Zellen bei verändertem Verkehrsbedarf. Wenn eine rechnerunterstützte Kanalzuteilung auf Grundlage einer Ausschließungsmatrize ausgeführt worden ist, ist hinsichtlich der Störungen im System in erster Annäherung eine gewisse minimale Güte garantiert. Die Güte ist im Überdeckungsbereich einer bestimmten Basisstation für jeden der Störer garantiert, aber nicht für zusammengelegte Störungen von allen Gleich- und Nachbarkanal-Störern. Es besteht ein Bedarf, entweder Zuteilungsalgorithmen anzuwenden, die über die Summe von Störungen buchführen, siehe Patentanmeldung 89 00 742-1 "Verfahren zur Betriebsmittelverteilung in Funksystemen", oder Verfahren zur Ausführung nach Herstellung einer konventionellen Kanalzuteilung einer Kontrolle darüber, inwieweit Summenstörungserfordernisse erfüllt sind. Die vorliegende Erfindung betrifft den letzteren Fall und stellt ein Verfahren zur Ausführung einer die Gesamt-Störungssituation betreffenden Kontrolle zur Verfügung.

STAND DER TECHNIK

Die Problemstellung betreffs mehrfacher Störungen in Zellensystemen ist schon seit einiger Zeit bekannt. Was jedoch nicht früher bekannt war, ist, wie man Störungen zwischen zwei Zellen in einer Großstadtsumge­ bung mit zureichender Genauigkeit auf quantitative Weise beschreibt. Eine bei Televerket Radio entwickelte neue Meßtechnik gibt jedoch ein detailliertes Bild der kompli­ zierten Wellenausbreitung in einer städtischen Umwelt und hat die Voraussetzungen für sehr detaillierte Störungs­ untersuchungen und damit auch Untersuchungen von Mehr­ fachstörungen zwischen Zellen geschaffen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Nach der Erfindung wird ein Verfahren dafür bereitgestellt, für einen gegebenen Kanalplan in einem Mobilfunksystem zu kontrollieren, daß mehrfache Störungen in den Überdeckungsbereichen unterschiedlicher Basis­ stationen gewünschte Grenzwerte erfüllen.

Die Hauptkennzeichen des Verfahrens gehen aus den nachfolgenden Patentansprüchen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nunmehr in näheren Einzel­ heiten anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 darstellt, wie eine Mobileinheit der Störung von einer naheliegenden Basisstation ausgesetzt ist,

Fig. 2 darstellt, wie eine Basis der Störung von einer Mobileinheit im naheliegenden Bereich ausgesetzt ist,

Fig. 3 die Basisstation in Vällingby mit dem Teil des umgebenden Straßennetzes zeigt, das Überdeckung besitzt, und Punkten, an denen Störungen von Skärholmen auf die Verbindung von Basisstation zu Mobileinheit treffen,

Fig. 4 wiederum die Basisstation in Vällingby zeigt, aber in diesem Fall von Störungen von Odenplan gestört,

Fig. 5 einen Fall mit mehrfacher von den Basisstationen in Odenplan und Skärholmen verursachter Störung in Vällingby zeigt, und

Fig. 6 die mit dem Innenraum eines Kreises angenäherte Überdeckung in Vällingby zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Den Hintergrund zur vorliegenden Erfindung bildet eine neu bei Televerket Radio entwickelte Meßtechnik, die ganz neue Möglichkeiten zur Beschreibung der Wellenaus­ breitung in der Großstadtumgebung eröffnet.

Die Voraussetzungen sind, daß es eine Anzahl Basisstationen mit eigenem Überdeckungsbereich und ein System-Frequenzband mit begrenzter Anzahl Kanäle gibt. Ebenso besteht Bedarf daran, welches C/I-Störungsverhal­ ten für guten Empfang benötigt ist und wieviel Störung ein Empfänger in angrenzenden Kanälen gedulden kann.

Unter Anwendung eines besonders kalibrierten Empfangsgerätes wird die empfangene Leistung von allen Basisstationen auf entsprechenden Verkehrswegen in dem vom Mobilfunksystem umfaßten geographischen Bereich gemessen. Für diese Messungen ergeben die gemessenen Feldstärken Mittelwerte über Teilstrecken von 20 m (circa 30 Wellenlängen) und jede Teilstrecke ist mit einer Koordinatenangabe verbunden. Die Feldstärkewerte werden im Meßprotokoll der empfangenen Signalleistung in dBm dargestellt. Die Messungen sind nicht so umfassend wie es klingt, da man in der Tat Feldstärken von bis zu zwölf Basisstationen auf einmal registrieren kann. Es ist durchaus möglich, alle notwendigen Messungen für eine Zelle inklusive Überdeckung und Störungsbereich in einer Nacht durchzuführen. Diese Art Messungen sind bereits im Bereich Stockholm erfolgreich durchgeführt worden.

Die Messungen geben Kenntnis darüber, welche potentielle Leistung ein Empfänger in einer Mobileinheit von unterschiedlichen Zellen empfangen sollte, wo sich auch immer die Mobileinheit im geographischen Bereich befindet. Man kann auch leicht die potentielle Empfangsleistung an einer beliebigen Basisstation aufgrund von Mobileinheiten im Überdeckungsbereich berechnen. Man kennt daher die Störungssituation für die Mobileinheiten sowie die Basisstationen.

Da die Störungen teils in Bezug auf die Basis­ stationsempfänger und teils in Bezug auf die Empfänger der Mobileinheiten beschrieben werden können, gibt es eine Aufwärtsstreckenstörung und eine Abwärtsstrecken­ störung.

Die Abwärtsstreckenlage wird in Fig. 1 darge­ stellt. Angenommen, daß alle Basisstationen zusammen mit ihren entsprechenden Versorgungsbereichen von 1 bis N nummeriert sind. Fig. 1 zeigt zwei Stationen i und j mit zugehörigen Versorgungsbereichen. Eine Mobileinheit M im i-ten Überdeckungsbereich empfängt eine gewünschte Leistung Pi von der eigenen Basisstation und eine un­ gewünschte Störungsleistung Pj von Basisstation Nummer j. Es besteht ein kleiner Unterschied zwischen den Begriffen "Versorgungsbereich" und "Überdeckungsbereich". Mit Überdeckungsbereich sind hier alle gemessenen Wege gemeint, die hinsichtlich einer gegebenen Basisstation eine hinreichend hohe Empfangsleistung haben, um einen zufriedenstellenden Empfang zu ermöglichen. Im Versor­ gungsbereich können nicht gemessene Punkte mit gutem Empfang auftreten.

Der minimal zulässige Rauschabstand C/I (Carrier to Interference) für eine akzeptable Gleichkanalgüte ist LP1 und der minimal zulässige C/I für eine akzeptable Güte für Störung im ersten Nachbarkanal ist LP2 usw. Für den (k-1)ten Nachbarkanal muß C/I größer als LPk, kM sein. Ein Plottbild kann erstellt werden, in dem geo­ graphische Punkte, für die es gilt, daß

Pi/Pj < LPk
k=1,2,....M

mit dem Symbol "0" und die übrigen Punkte mit dem Symbol "." markiert sind. Es wird ein Bild erhalten, in dem gestörte Punkte mit "0" und Punkte mit annehmbarem Empfang mit "." markiert sind.

M stellt die Anzahl notwendiger Gleichkanal- und Nachbarkanalgrenzwerte dar.

In Fig. 2 wird die Aufwärtsstreckenlage darge­ stellt. In dieser Figur werden zwei Basisstationen i und j mit zugehörigen Versorgungsbereichen dargestellt. In diesem Fall ist die Basisstation i einer Störung Qj von einer Mobileinheit Mj im Überdeckungsbereich der Basis­ station j ausgesetzt. Die Basisstation i empfängt eine gewünschte Leistung Qi von einer Mobileinheit Mi in ihrem Überdeckungsbereich. Die Überdeckungsbereiche sind auf gleiche Weise wie oben definiert oder eventuell für eine etwaige Unsymmetrie in den Leistungsbilanzen der Auf­ wärts- und Abwärtsstrecke nachgeregelt.

Die Abwärtsstreckenstörung wird auf folgende Weise berechnet. Wenn die Mobileinheit Mj in Fig. 2 den gesamten Überdeckungsbereich der Basis j durchläuft, wird eine Störungsleistung in der Basis i erzeugt. Der ge­ ringste zulässige Rauschabstand C/I für eine akzeptable Gleichkanalgüte wird mit LQ1 bezeichnet und der Mindest- C/I für eine akzeptable Güte für den ersten Nachbarkanal wird mit LQ2 bezeichnet, usw. Für den (k-1)ten Nach­ barkanal muß C/I größer als LQk, kM sein, auf gleiche Weise wie zuvor. Die Störungsleistung variiert in Abhängigkeit von der momentanen Position der störenden Mobileinheit und ihr unterschiedliches Störungsleistungsergebnis kann statistisch mit einer Verteilungsfunktion beschrieben werden.

• a) Die Verteilungsfunktion wird mit Ausgangspunkt von den gemessenen Feldstärkewerten berechnet. Die Störwerte werden erstellt durch Zufallsauswahl nach der besagten Verteilung, was beispielsweise dadurch reali­ siert werden kann, daß alle Störergebnisse in Tabellen­ form dargestellt werden und eine gleichförmige Auswahl über alle Zahlenwerte der Tabelle getroffen wird. Alle Werte werden also in ihrem eigenen Speicherplatz ein­ gelagert und die Auswahl geschieht gleichförmig über alle Adressenspeicherplätze.

Angenommen, eine Mobileinheit Mi durchläuft Überdeckungsbereich i und erfährt dabei die Über­ deckungsfeldstärke Qi und eine Zufalls-Störungsfeldstärke Qj an einer gegebenen Stelle im Überdeckungsbereich. Auf die gleiche Weise wie oben kann ein Plottbild der Störungslage durch Markieren von geographischen Punkten hergestellt werden, für die es gilt, daß

Qi/Qj<LQk.

Dadurch, daß die Störungsfeldstärke Qj zufalls­ mäßig ausgewählt ist, wird das Verhältnis Qi/Qj zu einer stochastischen Variablen. Die Folge ist, daß das Plott­ bild ebenfalls stochastisch wird und für jedes Mal, daß die Berechnung ausgeführt wird, ein neues Aussehen annimmt. In der Praxis zeigt es sich, daß auf diese Weise hergestellte Plottbilder gut um ihren "Mittelwert" versammelt sind, und daß das Einzelergebnis als reprä­ sentativ angesehen werden kann. Sollte man sich nicht damit zufrieden geben, besteht immer die Möglichkeit, den Mittelwert des Plottbildes dadurch zu schätzen, daß man auf die oben beschriebenen Weise die Einwirkung der störenden Mobileinheit mehrere Male simuliert.

• b) Die Verteilungsfunktion wird mit einer loga­ rithmisch normalen Verteilung angenähert. Es ist aus der Literatur gut bekannt, daß von im selben Abstand von der Basis liegenden Mobileinheiten herrührende Störungsfeld­ stärken annähernd logarithmisch normal verteilt sind. Das gilt auch mit guter Annäherung für Störungsfeldstärken in einer Basisstation von Mobileinheiten in einem angrenzen­ den Überdeckungsbereich. Die lognormalen Verteilungen werden vollständig durch Mittelwert und Streuung be­ stimmt, welche Parameter leicht aus gegebenen gemessenen Störungsfeldstärken berechnet werden können. Verglichen mit Fall a) wird so nicht die Verteilungsfunktion sondern nur Mittelwert und Streuung der wahren Verteilung von Störungswerten berechnet. Die wahre Verteilung wird weiterhin mit einer logarithmisch normalen Verteilung angenähert. Als Mittelwert in der lognormalen Verteilung kann sehr gut der Medianwert für die wahren logarithmier­ ten Störungsfeldstärken angewandt werden. Die simulierten Störungsleistungen werden mit Hilfe eines Generators für normal verteilte Zahlwerte und mit Kenntnis des Mittel­ wertes und der Streuung wie oben angeführt erzeugt.

Leistungswerte Q in den Basisstationen von sendenden Mobileinheiten können dadurch, daß die Übertra­ gungsverluste zwischen Basis und Mobileinheit nicht von der Senderichtung abhängig sind, direkt mit den Leistungswerten P von sendenden Basisstationen in Bezie­ hung gebracht werden. Da die P-Werte einfach durch Messung von Wellenausbreitungsdaten erhalten werden, gilt dies auch für Q-Werte.

In Fig. 3 und 4 werden Plottbilder dar­ gestellt, in denen teils das Straßennetz ersichtlich ist, auf dem die Heimsignalstärke von der Basisstation hoch genug für einen zufriedenstellenden Empfang ist, hier mit Überdeckung bezeichnet, und teils Positionen im Überdec­ kungsbereich, wo der Empfang von Basisstationen in Skärholmen bzw. Odenplan gestört wird. Es wird ein Störungsgrad definiert, der den prozentuellen Anteil der Überdeckung mit gestörtem Empfang darstellt. Die Plott­ bilder zeigen die Störung, der Mobileinheiten ausgesetzt sind (Abwärtsstreckenstörung), aber man kann ebensogut auf gleiche Weise beschreiben, wo Mobileinheiten, die sich in der Nähe von Basisstationen befinden, von einer Mobileinheit im angrenzenden Überdeckungsbereich gestört werden (Aufwärtsstreckenstörung). Der Störungsgrad ist in beiden Fällen 2,6% bzw. 1,9%. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf Abwärts- sowie Aufwärtsstrecke, aber da die Grundsätze für die Anwendung der Erfindung ungeachtet der Kommunikationsrichtung dieselben sind, wird im folgenden nur die Abwärtsstrecke als Beispiel benutzt.

In Fig. 5 wird ein Beispiel einer zusammengeleg­ ten Störung von Skärholmen sowie Odenplan gezeigt. Die Störungsbeiträge sind praktisch genommen additiv, was darauf beruht, daß die Störungen von den beiden Basis­ stationen an unterschiedlichen Stellen im Überdeckungsbe­ reich ankommen und daher unabhängig voneinander sind. Die Plottbilder können leicht durch Aufstellung einfacher Rechenregeln zusammenaddiert werden:

0+0=0
0+ . = . +0=0
. + . = .

Danach wird der Störungsgrad wie oben berechnet. Wie man sieht, wird die Summenstörung 4,4%. Die Aufwärtsstrecken­ störungen in entsprechender Lage haben ein ganz anderes Störungsbild, jedoch gilt unter der Voraussetzung, daß die Störungen auf richtige Weise gemäß Monte-Carlo- Simulierung, beispielsweise mit oben beschriebener Zufallstechnik, berechnet werden, auch hier die Additivi­ tät für geringe Störungsbeiträge. Bei rechnerunterstütz­ ter Kanalzuteilung kann man leicht die einzelnen Stö­ rungsbeiträge in Betracht ziehen und darauf achten, daß Zellen nicht einander paarweise stören. Es ist jedoch schwieriger, obwohl durchführbar, mit der Kanalzutei­ lungsprozedur sicherzustellen, daß die Summenstörung von der Überdeckung in einer Zelle unterhalb eines gegebenen Grenzwertes gehalten wird. Bei konventioneller rechner­ gestützter Kanalzuteilung bietet dies einen Grund zu kontrollieren, daß ein Vorschlag für einen Kanalplan nicht unvorteilhafte Eigenschaften betreffs der Summe der einzelnen Störungsbeiträge in jeder Zelle besitzt.

In Fig. 5 werden Mehrfach-Störungen im Überdec­ kungsbereich der Basisstation in Vällingby von nur zwei störenden Basisstationen gezeigt, jedoch werden natürlich die Beiträge von allen übrigen Basisstationen, die sich den Kanal mit Vällingby teilen, untersucht werden, und auch Basisstationen in der Nähe von Vällingby, die Nachbarkanäle zur Basis in Vällingby benutzen. In dem in Fig. 5 dargestellten Störungsbild kann man sehen, daß die Störungen in genau diesem Fall am Außenrand des Überdeckungsbereiches liegen. Es ist tatsächlich so, daß die Störung von Skärholmen ohne praktische Bedeutung ist, da eine Mobileinheit in diesem Teil der Überdeckung einer ganz anderen Zelle untersteht. Eine Störung kann auch bei hohem Verkehr entstehen, wenn einer Mobileinheit nicht der Wechsel zur angrenzenden Zelle gelingt.

In Fig. 6 wird eine Technik gezeigt, die an­ gewandt werden kann, wenn man näher definieren möchte, welcher Teil des Überdeckungsbereiches störungsmäßig von Bedeutung ist. Es kann eine willkürlich geschlossene Kontur angewandt werden, aber es reicht meistens, die Überdeckung der Zelle mit Hilfe eines Kreises zu definieren. Der Kreis ist allgemein nicht um den Basis­ stationsstandort zentriert. Bei der Berechnung des Störungsgrades werden nunmehr nur in den Kreis fallende Störungen in Betracht gezogen. Der Störungsgrad in diesem Kreis beträgt 0,8%.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des Aussehens des gesamten Störungsbildes unter Berücksichtigung aller möglichen Störer im Überdec­ kungsbereich einer Station vorgesehen. Die Erfindung ist anwendbar bei gestörter Mobileinheit sowie gestörter Basisstation.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung von mehrfachen Störungen in einem Mobilfunksystem, mit einer Anzahl von Basis­ stationen mit zugehörigen getrennten Überdeckungsberei­ chen und Mobilstationen, dadurch gekennzeichnet,
daß Feldstärken von allen Basisstationen auf allen Ver­ kehrswegen im geographischen Bereich des Mobilfunksystems gemessen und/oder berechnet werden,
daß die Störung an jedem Punkt im Überdeckungsbereich einer Basisstation für jedes entsprechende Paar von Basisstationen berechnet wird, und
daß die Störungen für alle entsprechenden Paare von Basisstationen addiert werden, um die Gesamtstörung an jedem Punkt zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Störung für die betreffende Basisstation berechnet wird, gepaart mit Basisstationen, die im gleichen Kanal liegen, und mit Basisstationen, die in einem Nachbarkanal liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Gesamt-Störungsgrad berechnet wird, der das Verhältnis zwischen Länge von Wegstrecke mit gestörter Überdeckung und Länge der gesamten Wegstrecke mit Überdeckung ergibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Störungsgrad in einer Kontur berechnet wird, die den Überdeckungsbereich der betreffenden Basisstation begrenzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Plottbild dadurch erstellt wird, daß geogra­ phische Punkte, für die die Gesamtstörung einen vorbe­ stimmten Wert übersteigt, mit einem ersten Symbol (O) markiert werden und übrige Punkte mit einem zweiten Symbol ( . ) markiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Plottbild in einer Kontur erstellt wird, die den Überdeckungsbereich der betreffenden Basisstation begrenzt.