CN101288323A - 用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法和一种用于确定在多小区移动无线电系统中的移动终端设备的位置的方法，在多个分别地点不同的真实测量点处分别测量多个或者所有基站(AP1…AP9)的真实接收场强。真实接收场强的测量值作为真实值以与地点相关的方式被记入数据库中。从真实接收场强中为位于测量点与基站(AP1…AP9)之间的虚拟测量点分别计算内插值(Ap7.1…Ap7.4)并且记入数据库中。对于既不提供所测量到的或者内插的接收场强值的其他地理点处，计算接收场强的替代值，其中代替值根据相应的发射功率、根据相应基站(AP1…AP9)距该地理点的距离和根据传播模型来计算并且被记入数据库中。

Description

用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法和装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法、一种根据权利要求10的前序部分所述的用于确定在多小区无线电系统中的无线电覆盖的装置以及该方法对于确定移动终端设备的位置的应用。

在通信技术中和在信息技术中经常移动地运行终端设备、也即例如无绳电话、移动无线电设备、计算机、PDA等并且借助至基站的无线电连接、即所谓“接入点(Access-Point)”运行。为了增大这种移动终端设备的地理应用领域并且为了增加可同时传输的数据或信息量(“带宽”)，经常同时使用多个基站，在这些基站处交替地运行移动终端设备。这样的装置经常也被称作“多小区移动无线电系统”。所述装置经常作为用于无绳电话的DECT系统、作为用于移动无线电设备(“手机(Handy)”)的GSM网络和例如作为用于数据通信的WLAN网络而公知。在此对常用的多小区移动无线电系统共同的，各个无线电小区、即区域彼此相互交叠，其中在所述各个无线电小区、即区域中可接收各个基站，使得移动终端设备可以移动穿过多小区移动无线电系统并且在两个无线电小区之间的交叠区域中可以进行从一个基站到另一基站的连接切换(“Hand-over”)。尤其是在地理上小的无线电网络中，在此会出现，在一些或者所有地点上甚至可以接收所有基站。

在构建多小区移动无线电系统时，必须注意到，在可能应运行移动终端设备的每个地点处可以以足够的接收场强接收基站中的至少一个。在理想情况下(自由场)，在此可以由接收场强绕着基站径向对称分布出发，使得基站经常近似地以正方形的栅格布置在要供应的面积上，并且因此每个基站覆盖具有六边形平面图的无线电小区，其中基站布置在无线电小区的中心。

在实践中，无线电波的传播经常受到建筑物、地形和其他元素影响。此外，并不是每个无线电基站都具有相同的发射功率而且也不具有无线电波的径向对称辐射。由于这样的原因，无线电网络经常按照粗略的近似或者按照经验值“临时地”被构建并且随后被“测定”，也就是说，借助测量接收器在多个测量点检测可供使用的接收场强，以便按照该测量结果逐渐地优化无线电网络。无线电覆盖的这种检测在此与高的、通常人工的耗费相关并且此外如果无线电网络本身被改变或者影响因素(例如房屋)改变则总是可被重复。

经常尝试减少这些缺点的影响，其方式是使无线电网络“超尺寸”，即例如选择无线电基站的发射功率高于所必要的，或者使用不必要大数量的基站。这自然与更高的成本并且与高频电磁波的更强发射相关。

所检测到的无线电覆盖的数据不仅被用于保证无线电网络的面积覆盖而且也用于定位移动终端设备。在最简单的情况下，在此移动终端设备关于在其所在地处在过去时刻可接收的所有基站的标识号通过无线电网络被询问。在此，作为移动终端设备的所在地输出面积，该面积对应于所标识的基站的所有无线电区域(接收区域)的截面。因此视基站的接收区域越大而定位的精度降低。

在出版物DE 10 2004 010 182 B3中为了检测无线电覆盖而使用无线电网络的静止基站。由此节省人工测量并且在许多情况下保证足够的无线电覆盖。当然，该方法仅仅提供少量的关于基站之间的无线电场强的情报。

在公知的多小区移动无线电系统中已证明不利的是，为了可靠运行而必须经常且精确地测量无线电覆盖，其中这种检测与高耗费相关。

因此本发明的任务是降低用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的耗费。

该任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求10所述的装置来解决。

该任务的解决方案规定一种用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法，该无线电系统具有多个基站，其中在多个分别地点不同的真实测量点处分别测量多个或者所有基站的真实接收场强，并且其中真实接收场强的测量值作为真实值以与地点有关的方式被记入数据库中。在此，从真实接收场强中为位于测量点与基站之间的虚拟测量点分别借助内插方法计算多个或者所有基站的接收场强的内插值并且记入数据库中。此外，针对既不提供接收场强的所测量到的也不提供被内插的值的其他地理点处，计算接收场强的替代值，其中根据相应的发射功率、根据相应的基站距地理点的距离和根据传播模型来计算替代值，并且其中这样所计算出的替代值被记入数据库中。由于这样的方法的使用，可以通过比较小数目的测量点(“节点”)为比较大数量的地理点来预测在相应地理点处可接收的基站和其接收场强。在此，优选动用“真正(echt)”测量值，所述测量值通过内插值来补充，所述内插值从真实测量值中来产生，并且此外通过针对这样的地点所计算出的值来补充数据库，其中在所述这样的地点处既不能确定测量值也不能确定内插值。因此，该方法对每个地点产生无线电覆盖的值，所述值尽管真实测量点的数目少但很精确地与实际的情形相一致。

该任务的解决方案此外规定一种用于确定在多小区无线电系统中的无线电覆盖的装置，所述多小区无线电系统具有多个基站、多个真实测量点和具有用于多个接收场强值的存储器设备。在该装置中设置分析设备，其被构造用于检测和用于存储在真实测量点处基站的接收场强的真实值，其中分析设备被构造用于对位于测量点之间的虚拟测量点的从真实测量值所形成的虚拟测量值进行内插，其中分析设备被构造用于根据基站的发射功率、根据虚拟测量点距基站的相应距离和根据传播模型来计算在其他测量点处的接收场强的替代值，并且其中分析设备被构造用于将真实测量值、虚拟测量值和替代值以及关于相应节点的属于此的地点说明记入存储设备中。利用这种装置可以利用少量的测量点确定关于多小区移动无线电系统的无线电覆盖的详化的且精确的说明。

该任务的解决方案另外规定一种用于在多小区移动无线电系统中确定移动终端设备的位置的方法，其中在第一步骤，利用前面所述的方法确定多小区移动无线电系统的无线电覆盖，其中在第二步骤，通过移动终端设备检测多个或者所有可接收的基站的接收场强，以及其中在第三步骤，将通过移动终端设备所检测到的接收场强与所确定的无线电覆盖进行比较，其中其所确定的接收场强值与由移动终端设备所检测到的接收场强值最好地相一致的该测量点作为移动无线电设备的所在地被输出。利用该方法可以以高精度检测移动终端设备的位置。

该方法的有利扩展方案在权利要求2-8中予以说明。在此所说明的特征和优点有利地也适用于根据权利要求9所述的方法和根据本发明的装置。

有利地，在基站的地点处进行真实接收场强的测量。由此，可以使用例如作为表格所示出的正交栅格用于测量值的存储和内插。在此，如果通过基站进行真实接收场强的测量，则是特别简单的，其中分别交替地使用基站之一作为测量设备用于测量另外基站中的至少一个的场强。由此，测量值可以通过网络基础结构、即例如通过基站的“骨干”传输给分析设备。此外，由此节约了附加的测量接收器的使用并且节约了多小区移动无线电系统的与之相关的巡视或者磨损(Abfahren)。

所使用的方法(传播模型、内插方法)与真实事件匹配得越好，不仅利用其根据基站的发射功率和根据距基站的距离值可估计与地点相关的接收场强的传播模型、而且用于估计真实的测量点之间的接收场强的值的内插方法提供越精确的值。有利地，使用真实值用于选择和/或用于校正所使用的传播模型和/或所使用的内插方法和其相应的参数。如果虚拟测量点布置在真实测量点之间的直连接线上，则可以使用简单的内插方法。在此，有利地选择虚拟测量点之间的等距的间隔。

如果为传播模型和/或为内插方法输入或考虑地形特性，则可以进一步改进该方法的精确度。因此，通常引起无线电信号衰减的例如建筑物的墙壁或者天花板可以作为衰减元件或者作为虚拟路段被容纳进传播模型中。

有利地，由存储在数据库中的真实的、内插的和所计算出的接收场强值来形成场强矩阵。如果在场强矩阵中所记录的场强值与正交的并且等距的地理栅格逻辑连接，则这种场强矩阵在此可别特别容易被进一步处理。

以下根据附图阐述本发明方法的实施例。同时，所述附图用于对根据本发明的装置予以阐述。

在此：

图1a以示意图的方式示出了由多小区移动无线电系统的九个基站构成的装置和利用基站对接收场强多进行的测量，

图1b示出了利用基站所检测到的接收场强的表格式图，

图2示出了由具有地理点的九个基站所构成的装置，其中借助于所述地理点借助传播模型来计算接收场强，

图3示出了在两个基站之间的接收场强的值的内插，

图4示出了示意图，在该示意图中绘出九个基站和地理点，其中针对所述地理点，所测量的接收场强、内插的接收场强和所计算出的接收场强可供使用，以及

图5以示意图的方式示出了在多小区移动无线电系统中移动终端设备的位置确定。

以下所示的无线电覆盖的确定一方面可以用于优化多小区移动无线电系统，而另一方面可以用于定位终端设备。以下所观察的多小区移动无线电系统是根据DECT标准的具有多个基站的装置、所谓DECT多小区系统(DECT-Multicell-System)。但是，DAS方法也可以用于其他无线电网络，例如GSM、UMTS、WLAN或者WiMAX网络。

在图1a中示意性地示出了这种多小区移动无线电系统，其中基站AP1…AP9(接入点)以正交栅格的方式布置在基地(Gelaende)中。在此，各个基站AP1…AP9之间的距离、相应的发射功率和基站AP1…AP9的相应辐射特性是已知的。在本实施例中，简化地认为，基站AP1…AP9以方形栅格的方式布置，所有基站以同样的发射功率工作并且相对于水平面具有径向对称的传播特性。

以下所示的方法基于：针对不同的(真实测量点)、所谓的节点测量所有可接收的基站AP1…AP9的接收场强。对通过利用测量接收器巡查基地而手动地进行该测量的可能性可替代地，这里利用以下可能性，即依次分别将基站AP1…AP9中的一个转换成测量模式并且在这样的情况下在相应基站AP1…AP9的所在地处检测其他基站AP1…AP9的在那里有效的接收场强。在此，虽然分别进行测量的基站AP1…AP9的接收场强不能被检测；然而不言而喻的是，在相应所在地的附近的“自身的”基站的接收场强对应于最大值，该最大值此外由相应基站AP1…AP9的发射功率得到。

通过基站AP1…AP9所测量到的、相应其他基站AP1…AP9的接收场强被存储在分析设备的(未示出的)数据库中，所述分析设备是(同样未示出的)通信系统的组成部分，其中基站AP1…AP9连接在该通信系统上。存储在那里的测量值对以表格的方式列于图1b中，其中按照几个测量值的非对称性加以说明的是，尽管基站AP1…AP9的正交布置、无线电波的“理想的”径向对称传播和均匀的发射功率，但并不必然得到与理论相应的无线电场。这样，例如在基站AP7的所在地处利用-65dbm可接收基站AP6，而在基站AP6的所在地处利用-60dbm可接收基站AP7。这种“不对称性”的原因一方面可能是地理特点(例如建筑物、植物等形式的障碍物)，而另一方面可能是测量公差或者针对“理想状态”的偏差的类似原因。

在图2中再次示出了从图1a已知的基站AP1…AP9。从基站AP1…AP9的(已知的)发射功率中针对所有在该图中表示为黑点的节点计算(理论)接收场强，也即针对所示点中的每一个计算出：利用哪个无线电场强大概可接收哪个基站。对此，在本例中，以简单的传播模型为基础，该传播模型基于：对基站的接收场强随着距该基站的距离增加而持续下降，而且围绕相应的基站径向对称。当然，也可以以不同的传播模型为基础，尤其是考虑地理特点(例如建筑物等)的这种传播模型。

因此在本实施例中，接收场强的“理论”替代值的地理点同样以正交栅格的方式布置，而且针对基站的每个位置也分别布置替代值的节点的地理点。因此，不仅其他基站AP1…AP9的实际所测量的接收场强的记录、而且按照传播模型所计算的值的记录都可供基站的每个地理位置使用。在理想情况下，实际所测量的值和计算出的值必须是相等的；在实际中自然存在偏差，该偏差一方面源自于测量公差而另一方面自然源自于在理论模型与实际传播之间存在的偏差。但是由于一方面模型参数和另一方面发射场强或者发射功率形式的起始值和必要时还有地理说明都作为传播模型和由此得到的用于计算替代值的算法的基础，所以在计算时所使用的这些参数可选择性地借助所测量的值来校正。

在所计算的替代值的栅格与进行测量的栅格相同的上述情况下，对存在测量值的每个点的所计算的替代值通过测量值替代并且记入数据库中。对于栅格并不是精确全等的情况，只要地理偏差不超过阈值(所谓的“捕捉区(Fangbereich)”)，替代值就通过靠近的测量值取代。由此，如果栅格对于替代值和对于测量值彼此不同时或者具有不同的步距(根据栅格)，则在数据库中所记录的“节点”也位于统一的正交栅格中。

根据所测量到的“真实”值和根据替代值，在其首次安装之后就可以已经改善(优化)多小区移动无线系统，其方式是基站AP1…AP9的数目和位置以及其发射功率被调节使得在每个节点处并且因此也以高概率在节点之间的每个点处可以以最小接收场强接收至少一个或者两个基站AP1…AP9。如果地理事件例如通过进行结构改变而改变或者如果基站AP1…AP9被改变或者被安装，则这样的优化、尤其是还有必要时与此相关的对传播模型的参数的优化一直被重复。

根据图2已阐述，对于既不与基站AP1…AP9也不与替代值被计算所针对的这些点相一致的所述地理点可以假设，在那里存在与在相邻的点(节点)处类似的条件(接收场强)，其中对于所述相邻的点已经将值记入数据库中(所测量的值，替代值)。尤其是如果“已知的”节点处存在接收场强的值，其中所述值超过所需的最小尺度，则这也经常足以保证最小接收场强。

然而，尤其是为了无线电定位的目的而希望在位于通过测量而已知的或者通过有模型的计算“所估计的”的节点之间的点处具有接收场强的更准确的信息。

除了实际所测量的值和针对每个基站AP1…AP9根据基站的所述发射功率和距基站AP1…AP9的距离所计算出的替代值之外，接收场强的第三类值通过从实际的测量值中内插而形成、即所谓内插值。在图3中，用于这些内插值的内插根据基站AP1和AP7之间的线段示意性示出。对此，首先从图1b中的表格中读取在基站AP1的地点处可接收基站AP7所利用的该值，在该情况下为-65dbm。在该实施例中通过基站AP1本身所测量到的该值表示内插的起始值。此外，用于内插的参数是关于基站AP1与AP7之间的路段的说明和要计算的节点(Stützstelle)的数目(在该情况下为五个)，从中得到相应的步距。除了由基站AP1的测量结果(-65dbm)得到的第一节点之外，对于内插至少需要另一节点，在这样的情况下需要由基站AP4所测量的值，其中基站AP4位于基站AP1和AP7之间的直接路径上。在基站AP4的地点处可以以-50dbm接收基站AP7；该值被用于“虚拟测量点”7.3，使得通过线性内插确定虚拟测量值7.1和7.2并且记入表格或者数据库中。对于准确地说是虚拟测量点和真实测量点的测量点7.3与基站AP7的地点之间的路径，内插值又可以被内插，其中对于基站AP7的地点处的接收场强必须估计值，因为对此不存在真实测量值。可替代地，值7.4等也可以从第一步骤(值7.1、7.2)外插；于是取消了在基站AP7的情况下对节点的“估计”。

根据该方法，针对基站AP1…AP9之间的直接路段可以计算出虚拟测量点的大量内插值，其中与所计算出的值相比，这些内插值在统计平均上与真实情况偏差更小，因为内插值被用作节点真实测量值。

如果对于数据库不希望提高数目的节点，则只要甚至相应节点的真实测量值也不可用，数据库中所记录的替代值就通过在相应节点处的相应内插值替代。在此，如果相应的内插值的地理位置与替代值的栅格点不是精确地一致(不全等的栅格)，则只要两个点之间的偏差(距离)不超过阈值、例如2米，仍然可以进行值的替代。由此，具有场强值的数据库维持其栅格尺度和其正交结构，这使得对数据库的以后使用变得容易。

在图4中总结了根据所有三种迄今所描绘的部分(Teil)方法对接收场强的值的产生的结果。在此，黑色填满的圆示出了地理点，其中针对所有基站AP1…AP9的接收场强的所计算的值被用于所述地理点。在该实施例中与基站AP1…AP9的所在地叠合的方形示出的点处，使用真实测量值，除了本身设置在相应地点处的该基站的接收场强之外。根据图1b最后可以看出，在表格的对角线中不存在测量值。最后，对于在基站AP1…AP9之间的作为打上叉号圆所示出的几乎所有的点记入内插值的测量点(节点)，其中所述内插值在始终可供使用之处相对于所计算出的值被优选。因此，所属的数据库对于在图4中所示的每个点都具有带有针对九个基站AP1…AP9的接收强度的九个值，其中每个所述值尽可能地与真实情况相一致。

在图5中示意性地示出了在多小区移动无线电系统中移动终端设备的位置确定(定位)，所述多小区移动无线电系统由基站AP1…AP9构成。为了确定位置，该移动终端设备通过其无线电接口获得指令，在接收到该指令之后移动终端设备MT传送回数据组，该数据组在此由九个测量值组成，其中九个测量值包括所接收的九个基站AP1…AP9中的每一个的接收场强。在中央服务器中的分析设备(未示出)现在将数据库的数据组与由移动终端设备MT所产生的数据组比较并且在此从数据库中确定具有与所测量到的数据组的最小偏差的该数据组。在本实施例中，对此针对每个基站AP1…AP9在测量值与数据库中的值之间形成差，而且针对每个在数据库中可供使用的测量点(节点)形成差。对于每个可供使用的测量点，对基站AP1…AP9形成偏差的平方和并且作为值来存储。在该值最小的测量点的情况下，出发点是该测量点最靠近移动终端设备MT的当前所在地。

对该简单的计算方法可替代地，也可以使用其他计算方法。尤其是，可以确定紧靠的测量点的小的数目并且在所述测量点的各个场强值之间再次进行内插用以产生其他的虚拟测量点。如果对每个测量点在数据库中存储坐标说明和/或地点标记，则对于输出由此所确定的位置是有帮助的。可替代地，在数据库中可以仅仅存储这样的测量点，这些测量点例如对应于方形的栅格，使得通过相应的数据组在数据库中的顺序号可以推断出正确的地点。

Claims (10)

1.用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的方法，该多小区移动无线电系统具有多个基站(AP1…AP9)，

其中在多个分别地点不同的真实测量点处分别测量多个或者所有基站(AP1…AP9)的真实接收场强，

其中真实接收场强的测量值作为真实值以与地点相关的方式被记入数据库中，

其特征在于，

从真实接收场强中为位于测量点与基站(AP1…AP9)之间的虚拟测量点分别借助内插方法计算多个或者所有基站(AP1…AP9)的接收场强的内插值(Ap7.1…AP7.4)并且记入数据库中，

对于既不提供接收场强的所测量的也不提供被内插的值的其他地理点，计算接收场强的替代值，其中代替值根据相应的发射功率、根据相应基站(AP1…AP9)距该地理点的距离和根据传播模型来计算，并且其中这样所计算出的替代值被记入数据库中。

2.根据权利要求1所述的方法，对真实接收场强的测量在基站(AP1…AP9)的地点处进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，真实接收场强的测量通过基站(AP1…AP9)来进行，其中交替地分别使用基站(AP1…AP9)之一作为测量设备用于测量其他基站中的至少一个的接收场强。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用真实值用于选择和/或用于校正为计算场强值所使用的传播模型和/或所述传播模型的参数。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用真实值用于选择和/或校正所使用的内插方法。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，虚拟测量点布置在真实测量点之间的直的连接线上。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对传播模型和/或针对内插方法输入和考虑地形特性。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从接收场强的存储在数据库中的真实的、内插的和所计算出的值来形成场强矩阵。

9.用于确定在多小区移动无线电系统中的移动终端设备(MT)的位置的方法，其特征在于，

在第一步骤中，利用根据权利要求1至8中任一项所述的方法确定多小区移动无线电系统的无线电覆盖，

在第二步骤中，通过移动终端设备(MT)检测多个或者所有可接收的基站(AP1…AP9)的接收场强，以及

在第三步骤中，将通过移动终端设备(MT)所检测到的接收场强与所确定的无线电覆盖进行比较，其中其所确定的接收场强值与由移动终端设备(MT)所检测到的接收场强值最好地相一致的该测量点作为移动无线电设备的所在地被输出。

10.用于确定在多小区移动无线电系统中的无线电覆盖的装置，该多小区移动无线电系统具有多个基站(AP1…AP9)，

具有多个真实测量点，以及

具有用于多个接收场强值的存储器设备，

其特征在于，

设置分析设备，其被构造用于检测和存储基站(AP1…AP9)在真实测量点处的接收场强的真实值，

分析设备被构造用于对位于测量点之间的虚拟测量点的从真实测量值所形成的虚拟测量值(AP7.1…AP7.4)进行内插，

分析设备被构造用于根据基站(AP1…AP9)的发射功率、根据虚拟测量点距基站(AP1…AP9)的相应距离和根据传播模型来计算在其他点处的接收场强的替代值，其中

检测设备被构造用于将真实测量值、虚拟测量值(AP7.1…AP7.4)和替代值和关于相应测量点的属于此的地点说明记入存储器设备中。

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