DE602004013332T2

DE602004013332T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellulanetzsystems

Info

Publication number: DE602004013332T2
Application number: DE602004013332T
Authority: DE
Inventors: Christian Nänni
Original assignee: Ascom Schweiz AG
Current assignee: Ascom Schweiz AG
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: EP1653755B1; ATE393552T1; EP1653755A1; DE602004013332D1; US20060094439A1; ES2305703T3

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems, insbesondere eines CDMA-Zellularnetzsystems. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems.
Stand der Technik
In CDMA-Funknetzen wie beispielsweise CDMA- oder WCDMA-Zellularnetzsystemen (wie beispielsweise UMTS) sind die Abdeckung des Netzes und seine Kapazität stark gegenseitig abhängige Eigenschaften. Durch diese Wechselbeziehung wird der sogenannte „Zellenatmungs"-Effekt verursacht: Wenn eine zunehmende Belastung oder Störung in das Netz eingeführt wird, schrumpft die Zellenabdeckung. Da sich der Verkehr in einer Zelle fortlaufend ändert, ändert sich ebenfalls die Abdeckung fortlaufend.
Im Verlauf des Einsetzens und Optimierens eines CDMA-Netzsystems ist es eine der größten Herausforderungen, diese gegenseitige Abhängigkeit unter Kontrolle zu bringen, d. h. ein Netz aufzubauen, das zuverlässig fortlaufende Abdeckung für eine gewisse maximale Belastung (Zielbelastung) mit minimaler Ausrüstung bereitstellt. Für diesen Zweck muß bestimmt werden, ob für einen bestimmten Dienst ein gegebener Standort durch das Netzsystem unter Zielbelastung abgedeckt ist.
Heute bestehen grundsätzlich zwei unterschiedliche Ansätze zur Überprüfung der Abdeckung unter einer vorbestimmten Zielbelastung. Als erstes sind Simulationswerkzeuge verfügbar zum Bestimmen der Abdeckung auf Grundlage von Übertragungsdämpfungsvorhersage unter Verwendung statischer oder dynamischer Netzsimulationen.
Die US 2003/0087641 A1 (Koninklijke KPN N. V.) bezieht sich auf ein Simulationsverfahren zur Planung und Auswertung von CDMA-Funknetzen. Anfänglich wird der Versorgungsbereich des Netzes in Pixel eingeteilt. Danach wird für jedes Pixel eine Wahrscheinlichkeit bestimmt, daß es durch eine Zelle des Funknetzes versorgt wird. Zur Berücksichtigung von Zellenatmung umfaßt die Planung die Berechnung eines Streckenbudgets für jedes Pixel und eines Rauschanstiegs für jede Zelle.
Der Simulationsansatz weist jedoch seine Nachteile auf: Trotz schwerer numerischer Bemühung ist die Genauigkeit der Ergebnisse schließlich von dem benutzten Vorhersagemodell abhängig und im Fall statischer Simulationen sind die Auswirkungen des Funkressourcenmanagements nicht abgedeckt.
Ein zweiter Ansatz ist die Verwendung von Rauschgeneratoren zum Erzeugen zusätzlicher Belastung im Netz, bis die vorbestimmte Zielbelastung erreicht ist. In der Praxis kann dies jedoch nur auf kleine Bereiche des Netzes angewandt werden, stört anderen Verkehr (zahlender Teilnehmer) und erfordert kostspielige Einrichtungen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren hinsichtlich des anfänglich erwähnten technischen Gebiets zu erstellen, das eine zuverlässige und wirkungsvolle Bestimmung der Abdeckung eines Zellularnetzsystems in großen Bereichen ohne Beeinflussung des Verkehrs ermöglicht.
Die Lösung der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 angegeben. Erfindungsgemäß wird an einem vorbestimmten Standort mindestens ein vorhandener Güte wert des Netzsystems gemessen. Dieser Gütewert stellt einen Aspekt der Güte des Netzes am vorbestimmten Standort unter der gegenwärtigen Belastung des Netzsystems dar. Weiterhin wird mindestens ein erforderlicher Gütewert des Netzsystems bestimmt, wobei dieser Wert zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter einer vorbestimmten Belastung (besonders der Zielbelastung) des Netzsystems erforderlich ist. Abschließend wird der erforderliche Gütewert mit dem gemessenen Gütewert verglichen, um zu bestimmen, ob der vorbestimmte Standort durch das Netzsystem für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung abgedeckt ist.
Durch Einsetzen des erfinderischen Verfahrens können große Netzbereiche, ohne den Verkehr im Netz zu stören, analysiert werden. Es werden zuverlässige Ergebnisse erhalten, ohne von theoretischen Modellen und Annahmen abhängige kostspielige Simulationen zu verwenden. Demgegenüber beruht das erfinderische Verfahren auf reellen Messungen in dem eigentlichen analysierten Netzsystem.
Die Bestimmung kann auf nur einem einzigen Gütewert des Netzsystems oder auf einer geeigneten Menge von Gütewerten beruhen. Durch Wiederholen der Schritte des erfinderischen Verfahrens an unterschiedlichen vorbestimmten Standorten (z. B. im Verlauf von Fahrprüfungen) kann der Versorgungsbereich des Systems für eine Mehrzahl unterschiedlicher Dienste und Systembelastungen identifiziert werden.
Gewöhnlich wird die Bestimmung des mindestens einen erforderlichen Gütewertes für eine vorbestimmte Belastung des Netzsystems durchgeführt, die höher ist als die Belastung, unter der die Messung des mindestens einen gegenwärtigen Gütewertes durchgeführt wird. Typischerweise werden die Messungen in einer frühen Operationsphase des Netzes durchgeführt, wenn der Benutzerverkehr gering ist, so daß Belastung noch kein Problem darstellt. Durch Einsetzen des erfinderischen Verfahrens werden diese Messungen unter niedriger Belastung auf eine höhere Belastung „extrapoliert", wie beispielsweise die Zielbelastung des Netzsystems. Dies wird durch Berücksichtigung des Unterschiedes zwischen der gegenwärtigen Belastung und der vorbestimmten Belastung (z. B. Zielbelastung) in der Bestimmung des mindestens einen erforderlichen Gütewerts erreicht.
Wenn weiterhin die gegenwärtige Belastung geringer als ein gewisser (netz- und systemabhängiger) Schwellwert ist, ist der Störpegel gering, so daß es sicher ist, anzunehmen, daß die Messung bei „Null-Belastung" durchgeführt wird. Durch diese Annahme wird die Vereinfachung der Analyse ermöglicht.
Als Alternative kann der gegenwärtige Gütewert unter „hoher Belastung" des Netzsystems gemessen werden, z. B. zum Bestimmen der Abdeckung unter ähnlichen (oder unterschiedlichen) Lastbedingungen für einen vorbestimmten Dienst. Wenn eine Extrapolation aus einer gewissen gegenwärtigen Belastung (von nicht Null) zu einer unterschiedlichen vorbestimmten Belastung durchzuführen ist, wird auch die gegenwärtige Belastung zusammen mit dem gegenwärtigen Gütewert bestimmt.
Vorzugsweise wird die Abdeckung des vorbestimmten Standorts getrennt für eine Aufwärtsstrecke wie auch eine Abwärtsstrecke des Netzsystems bestimmt. Die meisten Dienste in einem Netzsystem erfordern, daß eine Abwärtsstrecke wie auch eine Aufwärtsstrecke hergestellt werden. Die Bedingungen zur Herstellung einer Aufwärtsstrecke unterscheiden sich jedoch von den Bedingungen zur Herstellung einer Abwärtsstrecke. Die Schlüsselfaktoren betreffs Aufwärtsübertragungen sind die Sendeleistung des Benutzerendgeräts (Benutzereinrichtung, UE) und der Empfängerempfindlichkeit der Basisstation, während für die Abwärtsstrecke die Sende leistung der Basisstation und die Empfängerempfindlichkeit des Benutzerendgeräts relevant sind. Weiterhin ist die Auswirkung von Störung am Benutzerendgerät (d. h. für die Abwärtsstrecke) anders als die an der Basisstation (d. h. für die Aufwärtsstrecke). Die Tatsache, daß eine Abwärtsstrecke hergestellt werden kann, ist daher keine Garantie dafür, daß auch eine Aufwärtsstrecke hergestellt werden kann (und umgekehrt). Weiterhin sind verschiedene Dienste in einem Netzsystem asymmetrischer Beschaffenheit, d. h. erfordern unterschiedliche (gewöhnlich höhere) Übertragungsbandbreiten für die Abwärtsstrecke im Vergleich zur Aufwärtsstrecke. Aus allen diesen Gründen unterscheiden sich die Erfordernisse zur Herstellung einer zuverlässigen Abwärtsstrecke von denen zur Herstellung einer zuverlässigen Aufwärtsstrecke.
Man beachte, daß es notwendig sein könnte, unterschiedliche gegenwärtige Gütewerte (oder Mengen von Gütewerten) des Netzsystems für die Aufwärtsstrecke und für die Abwärtsstrecke zu messen (und dementsprechend unterschiedliche erforderliche Gütewerte zu benutzten). In manchen Fällen könnte es genügen, nur einen Gütewert zu messen (oder die gleiche Menge von Gütewerten), und unterschiedliche erforderliche Gütewerte für die Aufwärtsstrecke und für die Abwärtsstrecke zu bestimmen.
Als Alternative wird die Abdeckung des Standorts entweder nur für die Aufwärtsstrecke oder die Abwärtsstrecke bestimmt (vorzugsweise für die Strecke, die betreffs der Übertragungsgüte anspruchsvoller ist), oder es wird eine einzelne Analyse durchgeführt, die Informationen über sowohl die Aufwärtsstrecke als auch die Abwärtsstrecke ergibt.
Zum Bestimmen der Abdeckung auf der Abwärtsstrecke eines Standorts umfaßt der mindestens eine gegenwärtige Gütewert des Netzsystems vorzugsweise ein gegenwärtiges Signal-Rausch-Verhältnis eines durch die Basisstation des Netzsystems übertragenen Signals, so wie es durch ein an dem vorbestimmten Standort befindliches Benutzerendgerät empfangen wird, wo das Signal-Rausch-Verhältnis unter anderem von der gegenwärtigen Belastung des Netzsystems abhängig ist.
Der mindestens eine erforderliche Gütewert des Netzsystems umfaßt dementsprechend ein minimales Signal-Rausch-Verhältnis des durch die Basisstation übertragenen Signals, so wie es vom Benutzerendgerät empfangen wird, das erforderlich ist, wenn der vorbestimmte Dienst unter der vorbestimmten Belastung angeboten werden soll. Die Bestimmung dieses minimalen Signal-Rausch-Verhältnisses umfaßt daher die Berücksichtigung der Auswirkung des Unterschieds zwischen der gegenwärtigen Belastung und der vorbestimmten Belastung wie auch der spezifischen Erfordernisse des vorbestimmten Dienstes (Übertragungsrate, maximale Fehlerrate, maximale Laufzeit usw.)
Abschließend zeigt der Vergleich mit dem gegenwärtigen Signal-Rausch-Verhältnis an, ob eine Abwärtsstrecke unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems für den vorbestimmten Dienst hergestellt werden kann. Wenn das minimale Signal-Rausch-Verhältnis nicht erreicht wird, wird der Standort als Versorgungsloch in der Abwärtsrichtung angesehen.
Vorzugsweise wird das gegenwärtige Signal-Rausch-Verhältnis aus einer E_C/I₀-Messung eines Pilotkanals des Netzsystems erhalten. Ein Pilotkanal ist ein Sonderkanal in CDMA-Systemen, der konstant durch die Basisstationen des Netzsystems übertragen wird. Er wird zum Einrasten beim Netz benutzt, was bedeutet, daß das Benutzerendgerät den Pilotkanal ortet. Bei WCDMA sind geeignete Pilotkanäle durch CPICH (Common Pilot Channel) bezeichnet. Der Ausdruck E_C/I₀ bezieht sich auf den Unterschied zwischen der Gesamtsignalstärke und dem Grundrauschen, d. h. das „nutzbare" Signal. Dieser Parameter steht leicht zur Verfügung und ist geeignet zum Bestimmen der Abdeckung für eine Verschiedenheit vorbestimmter Dienste.
Als Alternative wird ein weiteres Signal-Rausch-Verhältnis benutzt, z. B. das Verhältnis E_b/N₀ eines Verkehrskanals.
Zum Bestimmen der Aufwärtsabdeckung eines Standorts umfaßt der mindestens eine gegenwärtige Gütewert des Netzsystems vorzugsweise eine gegenwärtige Übertragungsdämpfung eines durch die Basisstation des Netzsystems übertragenen Signals, so wie es durch ein am vorbestimmten Standort befindliches Benutzerendgerät empfangen wird, wo die Übertragungsdämpfung unter anderem von der gegenwärtigen Belastung des Netzsystems abhängig ist.
Der mindestens eine erforderliche Gütewert des Netzsystems umfaßt dementsprechend eine maximale Übertragungsdämpfung des durch die Basisstation übertragenen Signals, so wie es durch das Benutzerendgerät empfangen wird, was erforderlich ist, wenn der vorbestimmte Dienst unter der vorbestimmten Belastung angeboten werden soll. Die Bestimmung dieser maximalen Übertragungsdämpfung umfaßt daher Berücksichtigung der Auswirkung des Unterschiedes zwischen der gegenwärtigen Belastung und der vorbestimmten Belastung wie auch der spezifischen Erfordernisse des vorbestimmten Dienstes (Übertragungsrate, maximale Fehlerrate, maximale Laufzeit usw.).
Abschließend zeigt der Vergleich mit der gegenwärtigen Übertragungsdämpfung an, ob eine Aufwärtsstrecke für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems hergestellt werden kann. Wenn die maximale Übertragungsdämpfung überschritten wird, wird der Standort als Versorgungsloch in der Aufwärtsrichtung angesehen.
Obwohl die Übertragungsdämpfung für ein durch die Basisstation zum Benutzerendgerät übertragenes Signal gemessen wird (d. h. in der „Abwärtsrichtung"), ermöglicht diese Größe die Bestimmung der Güte einer Aufwärtsstrecke. Dies ist deshalb, da die Dämpfung des Signals annähernd gleich ist für sowohl Aufwärts- als auch Abwärtssignalwege und die unterschiedlichen Frequenzen der Aufwärts- und Abwärtskanäle nur eine unbedeutende Auswirkung haben.
Die gegenwärtige Übertragungsdämpfung wird vorzugsweise aus einer Messung der RSCP (Received Signal Coded Power – empfangenen signalcodierten Leistung) eines Pilotkanals und aus einer Sendeleistung des Pilotkanals an der Basisstation bestimmt. Der Unterschied der Sendeleistung und der Empfangsleistung (RSCP) ist ein direktes Maß der Übertragungsdämpfung, die vom Signal erfahren wird. Beide Größen sind in gewöhnlichen CDMA-Systemen leicht verfügbar: bei WCDMA wird RSCP am Benutzerendgerät (UE) gemessen, während die Sendeleistung Teil der an die UE in Systeminformationsblöcken (SIB) verteilten Systeminformationen ist.
Zum Entscheiden, ob eine Aufwärtsstrecke hergestellt werden kann, kann eine erforderliche Aufwärts-Sendeleistung zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter der vorbestimmten Belastung aus der gemessenen gegenwärtigen Übertragungsdämpfung und der vorbestimmten Belastung bestimmt werden. Die erforderliche Aufwärts-Sendeleistung wird dann mit einer maximalen Aufwärts-Sendeleistung des Benutzerendgeräts verglichen. Wenn die erforderliche Sendeleistung die maximale Sendeleistung überschreitet, wird der Standort als Versorgungsloch in der Aufwärtsrichtung angesehen. Die maximale Sendeleistung der UE wird durch die Fähigkeit des Telefons oder durch eine in dem in Frage kommenden Netz angenommene maximale Grenze bestimmt.
Man beachte, daß es – wie im vorliegenden Fall – immer möglich ist, den Vergleich des gegenwärtigen Gütewerts und des erforderlichen Gütewerts durch Berechnen anderer Werte in Abhängigkeit von diesen Variablen und durch tatsächliches Vergleichen dieser („Proxy"-)Werte durchzuführen.
Vorteilhafterweise wird der mindestens eine Gütewert in einem Ruhezustand gemessen, ohne eine Prüfverbindung im Netzsystem herzustellen. Dies kann durch Einsetzen der obenerwähnten Werte (E_C/I₀ und RSCP des Pilotkanals) erreicht werden. Dadurch erfährt das Netzsystem keine zusätzliche Belastung.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems, besonders eines CDMA-Zellularnetzsystems umfaßt einen Datenprozessor, der angesteuert wird zum

– Bestimmen mindestens eines gegenwärtigen Gütewertes des Netzsystems aus aus dem Zellularnetzsystem empfangenen Signalen unter einer gegenwärtigen Belastung des Netzsystems;
– Bestimmen mindestens eines erforderlichen Gütewertes des Netzsystems, der zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter einer vorbestimmten Belastung, insbesondere einer Zielbelastung, des Netzsystems erforderlich ist, und
– Vergleichen des erforderlichen Gütewertes mit dem gemessenen gegenwärtigen Gütewert zum Bestimmen, ob der vorbestimmte Standort durch das Netzsystem für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems abgedeckt ist.

Diese Funktionen (und weitere Schritte des erfinderischen Vorgangs) können in einer zweckbestimmten Prüfvorrichtung implementiert sein, oder ein gewöhnlicher Personal Computer (vorzugsweise eine tragbare Vorrichtung wie beispielsweise ein Notebook oder Sub-Notebook-Computer oder auch ein PDA) kann zur Durchführung dieser Aufgaben durch Einsetzen eines entsprechenden Computerprogrammprodukts softwaregesteuert sein.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einer Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise einem Handy oder einem zweckbestimmten Prüfempfänger zum Empfangen der Signale zum Zellularnetzsystem verbindbar. Dadurch können verfügbare und kostengünstige Vorrichtungen für den Signalempfang und die Verarbeitung eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Kombinationen von Merkmalen sind aus der unten stehenden ausführlichen Beschreibung und der Gesamtheit der Ansprüche ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung der Ausführungsformen benutzten Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Darstellung des Zellen-Atmungseffekts in CDMA-Netzen;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems;
3 ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem Belastungspegel im Netz und einem erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis zur Herstellung einer Abwärtsstrecke; und
4 ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem Belastungspegel im Netz und einer erforderlichen Sendeleistung des Benutzerendgeräts zur Herstellung einer Aufwärtsstrecke.
In den Figuren werden den gleichen Bauelementen die gleichen Bezugssymbole erteilt.
Bevorzugte Ausführungsformen
1 veranschaulicht den Effekt des Zellenatmens in CDMA-Netzen. Jede Zelle 1 des Netzes besitzt eine Basisstation 2 (BTS oder Knoten B in einem UMTS-Netz). Die Zelle 1 versorgt ein gewisses Gebiet, den Versorgungsbereich 3 der Zelle 1. Wenn wenig Verkehr (oder Belastung) im Netz besteht, kann sich der Versorgungsbereich 3 für einen gewissen Dienst A (z. B. standardmäßige Sprachkommunikation) auf ein großes Gebiet 4.1 erstrecken. Es ist möglich, Verbindungen von im Gebiet 4.1 befindlichen Benutzerendgeräten 5.1, 5.2 (bzw. Benutzereinrichtungen UE) zur Basisstation 2 für eine Kommunikation des Dienstes A herzustellen. Außerhalb des Gebiets 4.1 befindliche Endgeräte 5.3 sind nicht von der Zelle 1 abgedeckt, und es gibt keine Möglichkeit eine Verbindung des Dienstes A zwischen diesem Benutzerendgerät 5.3 und der Basisstation 2 der Zelle 1. Sofern verfügbar kann das Benutzerendgerät 5.3 eine Basisstation einer Nachbarzelle kontaktieren, um eine Kommunikationsverbindung im Netz herzustellen.
Die Belastung des Netzes kann durch einen Parameter η quantifiziert werden, dessen Wert zwischen 0 (keine Belastung, d. h. keine Störung) und 1 (volles Netz, überhaupt keine Möglichkeit für weitere Verbindungen) liegt. Wenn die Belastung des Netzsystems zunimmt, schrumpft der Versorgungsbereich 3. Beispielsweise könnte sich unter einer Belastung, die η = 0,7 entspricht, der Versorgungsbereich 3 auf das Gebiet 4.2 erstrecken, das kleiner als das bei einer Last von im wesentlichen Null (kleinem η) abgedeckte Gebiet 4.1 ist.
Das Netz ist so ausgelegt, daß es für eine gewisse Zielbelastung η_target keine Versorgungslöcher gibt (Orte, die nicht durch irgendeine Zelle des Netzes abgedeckt sind). In dem in 1 gezeigten Beispiel entspricht die Zielbelastung η_target = 0,85 und der entsprechende Versorgungsbereich 3 erstreckt sich auf ein Gebiet 4.3, das wiederum kleiner als das bei η = 0,7 abgedeckte Gebiet 4.2 ist. Wenn Versorgungslöcher für Kommunikationen des Dienstes A bei Zielbelastung im Netz zu vermeiden sind, sollten alle Standorte außerhalb des Gebiets 4.3 innerhalb des Versorgungsbereichs anderer Zellen liegen (bei den jeweiligen Zielbelastungen dieser anderen Zellen, die sich von der Zielbelastung der in Frage kommenden Zelle 1 unterscheiden können).
Wenn geplant ist, zusätzliche Dienste (Dienst B) im Netz bereitzustellen, die z. B. höhere Datenbandbreiten erfordern, und/oder wenn die Zielbelastung für die in Frage kommende Zelle 1 zu erhöhen ist, könnte der Versorgungsbereich 3 des Netzes für die neuen Dienste und/oder die neue Zielbelastung kleiner sein. In dem in 1 gezeigten Beispiel entspricht der sich ergebende Versorgungsbereich 3 dem Gebiet 4.4. Wenn sich das Benutzerendgerät 5.1 innerhalb des gegenwärtigen Versorgungsbereichs 3 (Gebiet 4.3) befindet, aber nicht innerhalb des kleineren Gebiets 4.4, ist es möglich, Kommunikationen des Dienstes A herzustellen, wenn die Zielbelastung nicht die gegenwärtige Zielbelastung überschreitet. Bei diesem Benutzerendgerät 5.1 könnte es jedoch nicht möglich sein, Verbindungen für Kommunikationen des Dienstes B herzustellen und/oder wenn die Belastung die gegenwärtige Zielbelastung überschreitet. Kommunikationsverbindungen werden für den Dienst B und/oder für eine Netzbelastung entsprechend der neuen Zielbelastung nur für ein Benutzerendgerät 5.2 möglich sein, das sich innerhalb des neuen Versorgungsbereichs 3 (Gebiet 4.4) befindet.
Um daher Versorgungslöcher zu vermeiden, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der dem Gebiet 4.4 entsprechende neue Versorgungsbereich 3 bestimmt werden kann, ehe die zusätzlichen Dienste angeboten werden oder ehe die Zielbelastung erhöht wird. Wenn es sich während dieser Analyse herausstellt, daß Versorgungslöcher ein Problem sein könnten, können entsprechende Gegenmaßnahmen unternommen werden, beispielsweise Zufügung neuer Zellen, Erhöhen der Sendeleistung an der Basisstation usw.
Auf Grundlage von Messungen in einem bestehenden CDMA-Netz unter geringer Belastung (kleines η) kann die Abwärtsversorgung bei einem weiteren Lastpegel η_DL und/oder für einen anderen Dienst wie im folgenden erläutert bestimmt werden.
Zum Vereinfachen der Analyse wird angenommen, daß die gegenwärtige Belastung im Netz niedrig genug ist, daß ihre Auswirkungen vernachlässigt werden können (η_present = 0). Das Signal-Rausch-Verhältnis (E_C/I₀)_CPICH,meas vom Pilotkanal CPICH (Common Pilot Channel – Gemeinsamer Pilotkanal) wird an einem gegebenen Standort gemessen, wo bestimmt wird, ob er noch innerhalb des Versorgungsbereichs für eine Abwärtsstrecke mit einem Lastpegel η_DL für einen durch folgende Parameter gekennzeichneten Dienst liegt:
R = Dienstbitrate,
(E_b/N₀)_req = erforderliches E_b/N₀ für den in Frage kommenden Dienst.
Man beachte, daß zum Beschreiben der Abwärtsversorgungsanalyse logarithmische Ausdrücke benutzt werden.
Die Sendeleistung P_Tx,CPICH des Pilotkanals CPICH, die für die nachfolgende Analyse benötigt wird, kann aus den in dem Netzsystem (z. B. den sogenannten Systeminformationsblöcken SIB) rundgesendeten Systeminformationen erhalten werden. Weitere in die Analyse eingehende Systemparameter sind eine maximale zulässige Sendeleistung P_limit für einen Benutzer und die Chiprate W des Netzsystems, die bei WCDMA eine Konstante ist und 3,84 Mcps beträgt.
Gewöhnlich ist das Verhältnis zwischen der Sendeleistung P_Tx,CPICH des Pilotkanals CPICH und der Sendeleistung eines Dienstes, nämlich ein Leistungsversatz P_offset = P_Tx,ref – P_Tx,CPICH ausschließlich für einen gewissen Bezugsdienst bekannt, der durch folgende Parameter gekennzeichnet ist: ^Rref = Bezugs-Dienstbitrate,
(E_b/N₀)_ref = erforderliches E_b/N₀ für den Bezugsdienst.
Mit Kenntnis dieser Parameter wird die verfügbare Sendeleistung P_Tx,DPCH für den in Frage kommenden Dienst aus der Sendeleistung P_Tx,CPICH des Pilotkanals CPICH wie folgt berechnet:
wobei die Sendeleistung auf die maximale Sendeleistung P_limit für einen Benutzer begrenzt ist.
Das zur Herstellung einer Abwärtsstrecke für den in Frage kommenden Dienst erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis (E_C/I₀)_DPCH,req steht im Verhältnis zu dem entsprechenden bekannten Signal-Rausch-Verhältnis (E_b/N₀)_req durch
Die Auswirkung der Belastung (auf Lastpegel η_DL) ist ein Anstieg des Rauschpegels von –10 log₁₀ (1 – η_DL) im Vergleich zu einer Situation niedriger (vernachlässigbarer) Belastung. Das bei Belastung Null zum Herstellen des in Frage kommenden Dienstes bei Lastpegel η_DL erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis (E_c/I₀)_{DPCH,req,no
load} beläuft sich daher auf das folgende Glied:
Abschließend wird das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis (E_c/I₀)_{DPCH,req,no
load} für den Pilotkanal CPICH bei Lastpegel Null, das zum Herstellen einer Abwärtsstrecke für den in Frage kommenden Dienst bei Lastpegel η_DL erforderlich ist, wie folgt berechnet:
Ein Vergleich von (E_c/I₀)_{DPCH,req,noload} mit dem Meßwert (E_c/I₀)_CPICH,meas zeigt, ob am gegenwärtigen Standort
(E_c/I₀)_CPICH,noload < (E_c/I₀)_CPICH,meas: eine Abwärtsstrecke hergestellt werden kann; oder
(E_c/I₀)_CPICH,noload > (E_c/I₀)_CPICH,meas: eine Abwärtsstrecke nicht hergestellt werden kann (Versorgungsloch) bei Lastpegel η_DL für den in Frage kommenden Dienst.
Auf ähnliche Weise wird die Aufwärtsversorgung bei Lastpegel η_DL für einen gegebenen Dienst aus Messungen in einem bestehenden CDMA-Netz bei niedriger Belastung (klein η) wie im folgenden erläutert berechnet. Man beachte bitte, daß für diese Analyse lineare Ausdrücke benutzt werden und daß die Auswirkungen einer restlichen niedrigen Belastung im Netz (η_present = 0) wieder vernachlässigt werden.
Die pilotempfangssignalcodierte Leistung P_RSCP (Received Signal Coded Power) wird an einem gegebenen Standort gemessen, für den bestimmt wird, ob er sich noch innerhalb des Versorgungsbereichs für eine Aufwärtsstrecke bei dem Lastpegel η_DL für einen gegebenen Dienst befindet, wobei der Dienst durch folgende Parameter gekennzeichnet ist:
R = Dienstbitrate,
ρ = (E_b/N₀)_req = erforderliches E_b/N₀ für den in Frage kommenden Dienst,
ν = Dienstaktivität (0...1).
Aus dem Verhältnis des RSCP P_RSCP und der Sendeleistung P_Tx,CPICH des Pilotkanals an der Basisstation, die aus den innerhalb des Netzsystems rundgesendeten Systeminformationen erhalten werden kann, wird die Übertragungsdämpfung L_P berechnet: LP = PTx,CPICH/PRSCP*
Unter Verwendung dieses Wertes wie auch der Informationen über den in Frage kommenden Dienst und der Parameter N₀ (Grundrauschen in der unbelasteten Zelle entsprechend einem konstanten Wert von –108,4 dBm) und W (Chiprate des Netzsystems, 3,84 Mcps) wird eine Sendeleistung P_tx des Benutzerendgeräts erhalten, die zur Herstellung einer Aufwärtsstrecke des in Frage kommenden Dienstes bei Lastpegel η_UL, erforderlich ist:
Ein Vergleich dieses Wertes mit einer maximalen Sendeleistung des Telefons oder einer im Netz angenommenen Höchstgrenze (P_max) zeigt, ob am gegenwärtigen Standort
P_tx < P_mx: eine Aufwärtsstrecke hergestellt werden kann; oder
P_tx > P_max: eine Aufwärtsstrecke nicht hergestellt werden kann (Versorgungsloch)
bei Lastpegel η_UL für den in Frage kommenden Dienst.
2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems. Die Vorrichtung 11 enthält eine Verarbeitungseinheit 12 mit einer Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) 13, einem Speicher 14 wie auch einer E/A-Schnittstelle 15. Dateneingabe- und -ausgabemittel wie beispielsweise eine Tastatur 16 und eine Anzeige 17 sind mit der E/A-Schnittstelle 15 der Verarbeitungseinheit 12 verbunden. Die Vorrichtung 11 ist mittels einer geeigneten Schnittstelle 18 mit einem Benutzerendgerät 5 wie beispielsweise einem gewöhnlichen Zellulartelefon für das Netzsystem verbunden. Die Vorrichtung 11 einschließlich der Verarbeitungseinheit 12, der Tastatur 16 und der Anzeige 17 können in eine einzige Einheit wie beispielsweise einen gewöhnlichen Notebook-Computer integriert sein. Die Schnittstelle 18 kann eine PCMCIA- oder Kartenbus-Vorrichtung sein, die in einen entsprechenden Schlitz des Notebook-Computers eingesteckt werden kann.
Signale des Netzes werden durch eine Basisstation des Netzsystems übertragen und vom Benutzerendgerät 5 empfangen und verarbeitet. Für die Versorgungsanalyse erforderliche Daten werden zur Vorrichtung 11 übertragen, wo die Berechnungen durchgeführt werden, die oben beschrieben worden sind. Dafür wird die Vorrichtung 11 durch entsprechende Software gesteuert. An einem gegebenen Standort ist das Ergebnis der Berechnungen im wesentlichen eine Tabelle binärer Informationen (Versorgung JA/NEIN) für unterschiedliche Dienstparameter, unterschiedliche voraussichtliche Lastpegel η und/oder unterschiedliche voraussichtliche Systemparameter. Diese Informationen können in der Vorrichtung 11 (z. B. auf einer Festplatte) für weitere Analyse gespeichert werden oder können automatisch zu einer zentralen Analyseeinheit des Netzes übertragen werden (z. B. durch Verwendung des mit der Vorrichtung 11 verbundenen Benutzerendgeräts 5).
Nachdem die Informationen für mehrere Standorte eingesammelt worden sind (z. B. im Verlauf einer Fahrprüfung), ist es möglich, Karten zu zeichnen, die die Versorgungsbereiche für unterschiedliche Dienste, unterschiedliche Systemparameter und unterschiedliche Belastungen anzeigen. Für diesen Zweck ist es vorteilhaft, ein Navigationssystem (z. B. GPS) einzusetzen, das den gegenwärtigen Standort bestimmt und die automatische Bereitstellung der Netzinformationen mit entsprechenden Standortinformationen ermöglicht.
Die 3 zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem Lastpegel im Netz und einem erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis zur Herstellung einer Abwärtsstrecke eines Dienstes. Der Wert der Belastung η_DL ist entlang der horizontalen (X-)Achse aufgezeichnet, während der Wert des erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnisses (E_c/I₀)_{CPICH, no load} für den Pilotkanal CPICH bei Lastpegel Null, der zur Herstellung einer Abwärtsstrecke des in Frage kommenden Dienstes erforderlich ist, auf der senkrechten (Y-)Achse aufgezeichnet wird (in logarithmischen Einheiten).
Aus der Kurve 21 ist klar, daß die Variation des erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnisses für geringe Belastungen (man sage bis rund η_DL = 0,4) ziemlich klein ist, während dessen Auswirkung für höhere Belastungen (besonders für η_DL > 0,6) bedeutsam wird. Damit wird die während der Analyse durchgeführte Vereinfachung der Vernachlässigung des Einflusses geringer Belastung gerechtfertigt. In dem gezeigten Beispiel beträgt das an einem gegebenen Standort gemessene Signal-Rausch-Verhältnis (E_c/I₀)_CPICH,meas 3,5 dB. Wie aus der Kurve 21 ersichtlich ist das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis zur Herstellung einer Abwärtsstrecke für den in Frage kommenden Dienst kleiner als der Meßwert, solange wie die Netzlast η_DL unter rund 0,85 liegt. Das bedeutet, daß der gegebene Standort (für den gegebenen Dienst) von der Zelle abgedeckt wird, solange wie die Belastung unter η_DL = 0,85 liegt. Wenn die Zielbelastung des Netzes über diesen Wert zu erhöhen ist, wird es notwendig sein, zum Vermeiden von Versorgungslöchern Gegenmaßnahmen zu treffen.
4 zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen dem Lastpegel im Netz und einer erforderlichen Sendeleistung des Benutzerendgeräts zur Herstellung einer Aufwärtsstrecke eines Dienstes. Der Wert der Belastung η_DL ist entlang der horizontalen (X-)Achse aufgezeichnet, während der Wert des zur Herstellung der Aufwärtsstrecke des in Frage kommenden Dienstes erforderliche Wert der erforderlichen Sendeleistung P_tx (in logarithmische Einheiten umgewandelt) auf der senkrechten (Y-)Achse aufgezeichnet ist.
Die Kurve 22 zeigt wiederum, daß die Variation der erforderlichen Sendeleistung P_tx für kleine Belastungen (man sage bis rund η_DL = 0,5) gering ist, während ihre Auswirkung für höhere Belastungen (besonders für η_DL > 0,6) bedeutsam wird. Dadurch wird wiederum die Vereinfachung der Vernachlässigung des Einflusses der geringen Belastung gerechtfertigt. In dem gezeigten Beispiel beträgt die maximale Sendeleistung des Benutzerendgeräts 22,5 dBm. Wie aus der Kurve 22 ersichtlich ist die erforderliche Sendeleistung zur Herstellung einer Aufwärtsstrecke für den in Frage kommenden Dienst geringer als der Höchstwert, solange wie die Netzlast η_DL unter rund 0,85 liegt. Das bedeutet, daß der gegebene Standort (für den gegebenen Dienst) von der Zelle abgedeckt ist, solange wie die Belastung unter η_DL = 0,85 liegt. Wenn die Zielbelastung des Netzes über diesem Wert hinaus zu erhöhen ist, wird es notwendig sein, zum Vermeiden von Versorgungslöchern Gegenmaßnahmen zu treffen.
Wenn die gegenwärtige Belastung des Systems zu der Zeit der Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses und/oder der Übertragungsdämpfung bekannt ist, ist es möglich, diese Information in die Analyse einzuschließen. Dafür tritt ein entsprechendes Korrekturglied +10 log₁₀ (1 – η_present) in den Ausdruck für den Rauschanstieg ein und ein entsprechendes Korrekturglied (1 – η_present) wird mit dem Ausdruck für die erforderliche Sendeleistung P_tx zu multiplizieren sein.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der Abdeckung des Netzsystems kann eine zweckbestimmte Prüfvorrichtung sein, die alle notwendigen Bauelemente zum Empfangen und Verarbeiten der Signale vom Netz wie auch zum Durchführen der Analyse und Weiterverarbeitung der Analyseergebnisse enthält. Als Alternative wird der Signalempfang und die Anfangsverarbeitung durch einen zweckbestimmten Empfänger durchgeführt, der z. B. auf einer Einsteckkarte für einen gewöhnlichen Computer ausgebildet ist. Statt dessen werden rohe Daten (z. B. das gemessene Signal-Rausch-Verhältnis und der gegenwärtige Wert von RSCP) zu einer zentralen Analyseeinheit des Netzes übertragen, z. B. durch gewöhnliche Benutzerendgeräte, und alle Weiterverarbeitung findet an der Zentraleinheit statt.
Zusammenfassend ist zu bemerken, daß die Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt erstellt, das die zuverlässige und wirkungsvolle Bestimmung der Abdeckung eines Zellularnetzsystems in großen Bereichen ohne Beeinflussung des Verkehrs ermöglicht.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems, insbesondere eines CDMA-Zellularnetzsystems, mit folgenden Schritten: – an einem vorbestimmten Standort, Messen mindestens eines gegenwärtigen Gütewerts des Netzsystems unter einer gegenwärtigen Belastung des Netzsystems; – Bestimmen mindestens eines erforderlichen Gütewertes des Netzsystems, der zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter einer vorbestimmten Belastung, besonders einer Zielbelastung, des Netzsystems erforderlich ist; und – Vergleichen des erforderlichen Gütewertes mit dem gemessenen Gütewert zum Bestimmen, ob der vorbestimmte Standort durch das Netzsystem für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems abgedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des mindestens einen erforderlichen Gütewertes für eine vorbestimmte Belastung des Netzsystems durchgeführt wird, die höher ist als die Belastung, unter der die Messung des mindestens einen gegenwärtigen Gütewertes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung des vorbestimmten Standortes getrennt für eine Aufwärtsstrecke wie auch eine Abwärtsstrecke des Netzsystems bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß – der mindestens eine gegenwärtige Gütewert des Netzsystems ein gegenwärtiges Signal-Rausch-Verhältnis eines durch eine Basisstation (2) des Netzsystems übertragenen Signals wie empfangen durch ein Benutzerendgerät (5, 5.1, 5.2, 5.3) an dem vorbestimmten Standort unter der gegenwärtigen Belastung des Netzsystems umfaßt; – der mindestens eine erforderliche Gütewert des Netzsystems ein minimales Signal-Rausch-Verhältnis des durch die Basisstation (2) übertragenen Signals wie empfangen durch das Benutzerendgerät (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) umfaßt, das zum Anbieten des vorbestimmten Dienstes unter der vorbestimmten Belastung erforderlich ist; und – das gegenwärtige Signal-Rausch-Verhältnis und das minimale Signal-Rausch-Verhältnis verglichen werden, zum Bestimmen, ob eine Abwärtsstrecke für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems hergestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenwärtige Signal-Rausch-Verhältnis aus einer E_c/I₀-Messung eines Pilotkanals des Netzsystems erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß – der mindestens eine gegenwärtige Gütewert des Netzsystems eine gegenwärtige Übertragungsdämpfung eines durch eine Basisstation (2) des Netzsystems übertragenen Signals wie empfangen durch ein Benutzerendgerät (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) am vorbestimmten Standort unter der gegenwärtigen Belastung des Netzsystems umfaßt; – der mindestens eine erforderliche Gütewert des Netzsystems eine maximale Übertragungsdämpfung des durch die Basisstation (2) übertragenen Signals wie empfangen durch das Benutzerendgerät (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) umfaßt, die zum Anbieten des vorbestimmten Dienstes unter der vorbestimmten Belastung erforderlich ist; und – die gegenwärtige Übertragungsdämpfung und die maximale Übertragungsdämpfung verglichen werden, zum Bestimmen, ob eine Aufwärtsstrecke für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems hergestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenwärtige Übertragungsdämpfung aus einer Messung der RSCP (Received Signal Coded Power – empfangssignalcodierten Leistung) eines Pilotkanals und aus einer Sendeleistung des Pilotkanals an der Basisstation (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erforderliche Aufwärts-Sendeleistung zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter der vorbestimmten Belastung aus der gemessenen gegenwärtigen Übertragungsdämpfung und der vorbestimmten Belastung bestimmt wird, und daß die erforderliche Aufwärts-Sendeleistung mit einer maximalen Aufwärts-Sendeleistung des Benutzerendgeräts (5, 5.1, 5.2, 5.3) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine gegenwärtige Gütewert in einem Bereitschaftsmodus ohne Herstellung einer Prüfverbindung im Netzsystem gemessenen wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems, insbesondere eines CDMA-Zellularnetzsystems, mit einem Datenprozessor (12) gesteuert zum – Bestimmen mindestens eines gegenwärtigen Gütewertes des Netzsystems aus aus dem Netzsystem empfangenen Signalen unter einer gegenwärtigen Belastung des Netzsystems; – Bestimmen mindestens eines erforderlichen Gütewertes des Netzsystems, der zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter einer vorbestimmten Belastung, besonders einer Zielbelastung, des Netzsystems erforderlich ist, und – Vergleichen des erforderlichen Gütewertes mit dem gemessenen gegenwärtigen Gütewert zum Bestimmen, ob der vorbestimmte Standort durch das Netzsystem für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems abgedeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Kommunikationsvorrichtung (5) wie beispielsweise einem Handy oder einem zweckbestimmten Prüfempfänger zum Empfangen der Signale aus dem Zellularnetzsystem verbindbar ist.
Computerprogrammprodukt zum Bestimmen einer Abdeckung eines Zellularnetzsystems, besonders eines CDMA-Zellularnetzsystems mit Softwarecodeteilen zur Durchführung folgender Schritte: – Bestimmen mindestens eines gegenwärtigen Gütewertes des Netzsystems aus aus dem Netzsystem empfangenen Signalen unter einer gegenwärtigen Belastung des Netzsystems; – Bestimmen mindestens eines erforderlichen Gütewertes des Netzsystems, der zum Anbieten eines vorbestimmten Dienstes unter einer vorbestimmten Belastung, besonders einer Zielbelastung, des Netzsystems erforderlich ist, und – Vergleichen des erforderlichen Gütewertes mit dem gemessenen gegenwärtigen Gütewert zum Bestimmen, ob der vorbestimmte Standort durch das Netzsystem für den vorbestimmten Dienst unter der vorbestimmten Belastung des Netzsystems abgedeckt ist.