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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren eines
Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks und eine Simulationsvorrichtung
zum Ausführen
des Verfahrens. Eine solche Simulationsvorrichtung kann in einer
Testvorrichtung zum Testen einer Vorrichtung, wie beispielsweise
eines mobilen Endgeräts eines
Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks, verwendet werden.
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Eine
Simulationsvorrichtung, wie beispielsweise die in 1 gezeigte
Vorrichtung, weist allgemein eine Basisstationen-Simulationseinheit 10 auf,
die simulierte Signale erzeugt, die durch eine Vielzahl von Basisstationen
eines Telekommunikationsnetzwerks übertragen werden, und eine
Kanäle-Simulationseinheit 20, die
die Signale von der Einheit 10 eingibt, die auf jedes eingegebene
Signal eine Antwort jedes Kanals zwischen einer Basisstation und
einem mobilen Endgeräte
des Telekommunikationsnetzwerks anwendet und ein Signal ausgibt,
das das Signal darstellt, das aus der Kombination der Signale resultiert,
die durch die Basisstationen gesendet werden und wie sie durch ein
mobiles Endgerät
empfangen werden.
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Allgemein
simuliert die Kanäle-Simulationseinheit 20 einen
oder mehrere Ausbreitungskanäle,
wobei jeder Kanal durch Verfolgen eines oder mehrerer Pfade gemäß einem
Mehrpfadeffekt ausgebreitet wird und gemäß einem Effekt eines schnellen
Fadings bzw. Schwunds einem Fading unterzogen wird bzw. verschwindet.
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Sie
weist noch eine mobile Endgeräteeinheit 30 auf,
die entweder eine simulierte sein kann, oder in einem Fall, in welchem
die Simulationsvorrichtung als Testvorrichtung verwendet wird, eine
reelle, wobei das mobile Endgerät 30 dann
das Endgerät
ist, das gerade getestet wird. Für
die mobile Endgeräteeinheit 30 ist das
durch die Einheit 20 ausgegebene Signal eine Eingabe und
sie gibt eine Antwort aus, die zu einer Berichtseinheit 40 gesendet
wird. Auf einer Basis des von der mobilen Endgeräteeinheit 30 empfangenen
Signals überträgt die Berichtseinheit 40 Signale
zu der Einheit 10, die die Betriebszustände jeder der Basisstationen
des Telekommunikationsnetzwerks angeben und die zum darauf folgenden
Erzeugen der simulierten Basisstationssignale dienen.
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Sie
weist noch eine Kanalparameter-Berechnungseinheit 50 auf,
die zum Liefern von Kanalparametern zu der Kanäle-Simulationseinheit 20 auf
einer Basis simulierter Verlagerungen von jedem der mobilen Endgeräte das Telekommunikationsnetzwerks
um eine jeweilige der Basisstationen beabsichtigt ist.
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Eine
solche Simulationsvorrichtung arbeitet Schritt für Schritt. In jedem Schritt
bestimmt die Mobilitätseinheit 50 die
Koordinaten der mobilen Endgeräte
des Netzwerks um die Basisstationen und liefert die Kanalparameter.
Zwischenzeitlich erzeugt die Basisstationen-Simulationseinheit 10 simulierte
Signale auf einer Basis der durch die Berichtseinheit 40 über den
vorherigen Schritt übertragenen
Signale. Basierend auf den durch die Mobilitätseinheit 50 gelieferten
Kanalparametern und auf den durch die Simulationseinheit 10 gelieferten simulierten
Signale erzeugt die Kanäle-Simulationseinheit 20 ein
Signal, das aus der Kombination der Antworten der Kanäle zwischen
den Basisstationen und dem mobilen Endgerät resultiert und das zu dem
mobilen Endgerät 30 geliefert
wird. Die Antwort des mobilen Endgeräts 30 wird zu der
Berichtseinheit 40 eingegeben, die einen Bericht über den
Simulationsschritt abgibt und die die Signale über die Betriebszustände der
Basisstationen zu der Basisstationen-Simulationseinheit 10 für weitere
Schritt erzeugt.
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Jeder
Schritt muss in einer Zeit erreicht werden, die ermöglicht,
dass die gesamte Simulation in Echtzeit durchgeführt wird, was eine Zeit bedeutet,
die dieselbe wie die Zeit ist, die durch wirkliche Operationen der Simulation
erforderlich ist. Aufgrund dieser Beschränkung, wie sie oben angegeben
ist, erzeugt eine Kanäle-Simulationseinheit
allgemein einen oder mehrere Ausbreitungskanalparameter, von welchen
die Werte globale Effekte der Ausbreitung der unterschiedlichen
Strahlen jedes Kanals über
unterschiedliche Pfade zwischen einer Basisstation und einem mobilen
Endgerät
darstellen.
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Eine
Simulationsvorrichtung zum Simulieren eines Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks
zum Zwecke eines Testens von mobilen Endgerätevorrichtungen ist beispielsweise
in
EP 0 856 961 A2 offenbart.
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Neben
der Simulation von Telekommunikationskanälen sind Strahlverfolgungswerkzeuge
bekannt, um an irgendeiner Stelle eines Telekommunikationsnetzwerks
alle Wellenausbreitungspfadparameter, wie beispielsweise die Amplitude
Ak, die Verzögerung Tk,
die Phase φk und die Einfallsrichtung θk relativ zu einer Referenzachse eines Koordinatensystems
von allen Pfaden k, entlang welchen sich die Wellen zwischen einem Sender
und einem Empfänger
ausbreiten, anzugeben. Solche Werkzeuge bzw. Programmierwerkzeuge
ermöglichen,
dass die Mehrpfadeffekte, die Dispersionseffekte, die Beugungseffekte,
allgemein gesagt, all die Effekte, die mit der elektromagnetischen
Ausbreitung verbunden sind, einschließlich des schnellen Fading-Effekts,
im Modell dargestellt werden.
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Es
ist zu beachten, dass im Folgenden die Einfallsrichtung θk immer relativ zu einer Referenzachse eines
Koordinatensystems definiert ist.
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Damit
die Kanäle-Simulationseinheit
eine Simulation mit einer Genauigkeit und einer Schärfe gleich denjenigen
von Strahlverfolgungswerkzeugen durchführt, indem die Mehrpfadeffekte
und die Effekte eines schnellen Fadings berücksichtigt werden, wäre es interessant,
Werkzeuge wie diejenigen einer Strahlverfolgung zu verwenden. Jedoch
erfordern sie allgemein eine riesige Menge an Berechnungen, um die
Wellenausbreitungspfadparameter für jeden Pfad eines Kanals zu
bestimmen, was in einer Zeit erreicht werden sollte, die ermöglicht,
dass die Simulation in Echtzeit durchgeführt wird. Um beispielsweise
die zeitli che Entwicklung einer Kanalantwort vollständig und
scharf zu charakterisieren, müssen
die Parameter von allen Pfaden, die diesen Kanal bilden, wenigstens
bei jedem 1/100 der Wellenlänge
des durch die Basisstation ausgesendeten Signals bekannt sein, was
für ein
2-GHz-Signal gleich 15/100 cm ist. Eine solche Entfernung wird durch
ein mobiles Endgerät
abgedeckt, das sich mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h in 54 μs bewegt.
Somit muss alle 54 μs
eine neue Gruppe von Wellenausbreitungspfadparametern berechnet
werden, was heutzutage praktisch mit gegenwärtigen Computern nicht erreichbar
ist.
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Um
dieses Problem zu überwinden,
könnten
die Ausbreitungsparameter zu unterschiedlichen vorbestimmten Zeiten
und für
Zeiten zwischen zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Zeiten
berechnet werden, und sie könnten
interpoliert werden. Nichtsdestoweniger würde, wenn nicht eine solche
Lösung
ein Problem in Bezug auf die Einfallsrichtung θk,
die Amplitude ak, die Verzögerung Tk, für
welche die Interpolation eine lineare Interpolation sein würde, erhöhen würde, dies
nicht der Fall für
die Phase φk sein, für
welche die Interpolation nichtlinear sein könnte, da der Wert der Phase φk zwischen –π und π variiert, wobei diese Variation eine
Anzahl von Malen zwischen zwei aufeinander folgenden vorbestimmten
Zeiten auftritt.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens
zum Simulieren eines Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks, das
die Kanäle
zwischen jeder Basisstation und jedem oder einem mobilen Endgerät mit einer
Genauigkeit und einer Schärfe
simuliert, die gleich denjenigen von Strahlverfolgungswerkzeugen
sind, indem die Mehrpfadeffekte und die Effekte eines schnellen
Fadings berücksichtigt werden,
und das nicht die oben aufgezeigten Probleme zeigt. Darüber hinaus
besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen eines
derartigen Verfahrens, das Ergebnisse eines Strahlverfolgungsverfahrens verwendet.
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Zu
diesem Zweck weist ein Verfahren zum Simulieren eines Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks wenigstens
eine Basisstation und ein mobiles Endgerät auf, wobei das Verfahren
gemäß der Erfindung
von dem Typ ist, der wenigstens einen Schritt zum Berechnen von
Kanalparametern des Kanals zwischen der wenigstens einen Basisstation
und dem wenigstens einen mobilen Endgerät für aufeinander folgende Male
der Verlagerung des mobilen Endgeräts aufweist.
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Es
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Berechnen folgendes
aufweist:
einen Schritt zum Erzeugen von Wellenausbreitungspfadparametern
für jeden
der Pfade, entlang welchen sich die Wellen zwischen der wenigstens
einen Basisstation und dem wenigstens einen mobilen Endgerät ausbreiten
und für
einige vorbestimmte Zeiten, und
einen Schritt zum Erzeugen
der Parameter für
andere Zeiten zwischen einer spezifischen und der folgenden Zeit,
wobei die Werte der Wellenausbreitungspfadparameter dann mit Ausnahme
der Phase φk, für
welche eine Interpolation in einer Funktion der Verlagerungsparameter
des mobilen Endgeräts
durchgeführt
wird, linear interpoliert werden. Beispielsweise hängt diese
Interpolation von der Variation der Phase φk mit
der Zeit zu der betrachteten Zeit ab.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind die Wellenausbreitungspfadparameter,
die linear interpoliert werden, die Amplitude Ak,
die Einfallsrichtung θk und die Verzögerung Tk der
Welle, die diesem Pfad k folgt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Simulationsvorrichtung
zum Simulieren eines Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks mit wenigstens
einer Basisstation und einem mobilen Endgerät, wobei die Vorrichtung eine
Einrichtung zum Berechnen von Kanalparametern des Kanals zwischen
der wenigstens einen Basisstation und dem wenigstens einen mobilen
Endgerät
für aufeinander
folgende Male der Verlagerung eines mobilen Endgeräts aufweist.
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Sie
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes aufweist:
eine
Einrichtung zum Erzeugen von Wellenausbreitungspfadparametern für jeden
der Pfade, entlang welchen sich die Wellen zwischen der wenigstens
einen Basisstation und dem wenigstens einen mobilen Endgerät ausbreiten,
und für
einige vorbestimmte Zeiten, und
eine Einrichtung zum Erzeugen
der Parameter für
andere Zeiten zwischen einer spezifischen und der folgenden Zeit,
wobei die Werte der Wellenausbreitungspfadparameter dann mit Ausnahme
der Phase φk linear interpoliert werden, für welche
die Interpolation in einer Funktion der Verlagerungsparameter des
mobilen Endgeräts
durchgeführt
wird. Beispielsweise hängt
die Interpolation der Phase φk von ihrer Variation mit der Zeit zu der
betrachteten Zeit ab.
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Die
Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden
Beschreibung in Erscheinung treten, die in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
angegeben ist, unter welchen:
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1 ein
Funktionsdiagramm einer Simulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, und
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2 ein
Telekommunikationsnetzwerk mit einer Basisstation zeigt, die einen
Strahl in Richtung zu einem mobilen Endgerät zu drei unterschiedlichen
Zeiten aussendet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Simulator eines Mobilfunk-Telekommunikationsnetzwerks,
das die in 1 dargestellte Struktur zeigt.
Er weist dann folgendes auf: eine Basisstationen-Simulationseinheit 10,
eine Kanäle-Simulationseinheit 20,
die die durch die Basisstationen-Simulationseinheit 10 erzeugten
simulierten Signale empfängt
und sie verarbeitet, um die Kanäle
zwischen den Basisstationen des Netzwerks und jedem oder einem mobilen
Endgerät
zu simulieren, eine Simulationseinheit 30 für mobile
Endgeräte
oder ein reelles mobiles Endgerät 30,
die oder das die durch die Einheit 20 gelieferten simulierten
verarbeiteten Signale empfangen oder empfängt, und eine Berichtseinheit 40,
die die durch die Einheit 30 in Reaktion auf die durch die
Einheit 20 gelieferten simulierten Signale übertragenen
Signale empfängt,
einen Bericht zu dem Anwender aufbaut und Betriebszustandssignale
zu der Basisstationen-Simulationseinheit 10 erzeugt.
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Er
weist noch eine Kanalparameter-Berechnungseinheit 50 auf,
die zum Liefern von Kanalparametern zu der Kanäle-Simulationseinheit 20 auf
einer Basis von simulierten Verlagerungen von wenigstens einem mobilen
Endgerät
des Telekommunikationsnetzwerks um die Basisstationen beabsichtigt
ist.
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Gemäß der Erfindung
erzeugt die Kanalparameter-Berechnungseinheit 50 Wellenausbreitungspfadparameter
für alle
unterschiedlichen Pfade zwischen einer Basisstation und einem mobilen
Endgerät.
Für jeden
Pfad, der mit k bezeichnet ist, zwischen einer Basisstation und
einem mobilen Endgerät
erzeugt die Einheit 50 die Werte, die zu unterschiedlichen
aufeinander folgenden Zeiten von einer Verlagerung eines mobilen
Endgeräts
durch die Amplitude Ak, die Phase φk, die Einfallsrichtung θk und
die Verzögerung
Tk der Welle genommen sind, die diesem Pfad
k folgt.
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Weiterhin
beruht die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, dass einige der
Wellenausbreitungspfadparameter in einer Funktion der Verlagerung
des mobilen Endgeräts
weniger schnell als andere variieren. Typischerweise bleiben, während die
Phase φk für
eine Verlagerung eines mobilen Endgeräts, das zu der Strahlachse
gleich einer Wellenlänge
projiziert ist, von Null bis 2π (oder
von –π bis π), die Amplitude
Ak, die Einfallsrichtung θk und die Verzögerung Tk beispielsweise über Verlagerungen
des mobilen Endgeräts,
die nicht mehr als zehn Wellenlängen
sind, nahezu konstant.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Gruppe von Wellenausbreitungspfadparametern für jeden
Pfad k, d.h. die Amplitude Ak, die Einfallsrichtung θk, die Verzögerung Tk und
die Phase φk, für
spezifische oder vorbestimmte Zeiten des mobilen Endgeräts berechnet.
Beispielsweise können
zwei aufeinander folgende Zeiten durch etwa zehn Perioden der Wellen
getrennt werden. Weiterhin werden für Zeiten zwischen einer spezifischen
und der folgenden Zeit die Werte der Parameter aus den zu beiden
Zeiten genommenen Werten interpoliert. Bezüglich der Werte der Amplitude
Ak, der Einfallsrichtung θk und der Verzögerung Tk werden
sie linear interpoliert.
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Die
Werte der Phase φk werden aus den Werten, die für eine der
spezifischen Zeiten genommen werden, und in Abhängigkeit von den Verlagerungsparametern
des mobilen Endgeräts,
d.h. seiner Geschwindigkeit und seiner Verlagerungsrichtung, interpoliert.
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2 zeigt
ein mobiles Endgerät
MT zu drei unterschiedlichen Zeiten t0, t und t1. Es ist angenommen, dass
die Zeiten t0 und t1 spezifische oder vorbestimmte Zeiten sind,
während
t eine Interpolationszeit ist. Eine Basisstation BS sendet einen
Strahl B in Richtung zu dem mobilen Endgerät MT aus, das einem Pfad folgt, der
mit k bezeichnet ist. Die Richtung des Strahls B relativ zu der
Referenzachse xx' ist θk(t0) zur Zeit t0 und θk(t)
zur Zeit t.
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Für die Zeit
t0 wird eine Gruppe von Wellenausbreitungspfadparametern für diesen
Strahl B berechnet, nämlich
seine Amplitude Ak(t0), seine Einfallsrichtung θk(t0), seine Verzögerung Tk(t0)
und seine Phase φk(t0).
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Gleichermaßen wird
für die
Zeit t1 eine Gruppe von Wellenausbreitungspfadparametern für diesen Strahl
B berechnet, nämlich
seine Amplitude Ak(t1), seine Einfallsrichtung θk(t1), seine Verzögerung Tk(t1)
und seine Phase φk(t1).
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Für die Zeit
t (die Zeit t ist keine spezifische Zeit, sondern vielmehr eine
Interpolationszeit, die zwischen t0 und t1 umfasst ist) hat sich
das mobile Endgerät
gemäß einem
Geschwindigkeitsvektor V zu einer Richtung bewegt, die zur Zeit
t einen Winkel θv(t) mit der Referenzachse xx' bildet.
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Eine
neue Gruppe von Wellenausbreitungspfadparametern für diesen
Strahl wird durch eine Interpolation aus den Werten berechnet, die
zu beiden Zeiten t0 und t1 genommen sind. Beispielsweise kann die
Amplitude Ak(t) durch eine lineare Interpolation
gemäß dem folgenden
Ausdruck berechnet werden:
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Dieser
ist derselbe für
alle anderen Ausbreitungsparameter, mit Ausnahme der Phase φk(t).
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Gemäß der Erfindung
wird die Phase φk(t) zur Zeit t aus dem Wert φk(t0), der für die Zeit t0 berechnet ist,
und in einer Funktion der Variation dφk(t)/dt
der Phase über
der Zeit und zur Zeit t gemäß der folgenden Beziehung
interpoliert: φk(t)
= φk(t0) + dφk(t)/dt × (t – t0).
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Wie
es aus
2 gesehen werden kann, wird die Variation der
Phase 2π sein,
wenn die Projektion einer Verlagerung des mobilen Endgeräts über der
Achse des Strahlpfads gleich einer Welle λ sein wird. Die Projektion einer
Verlagerung des mobilen Endgeräts über der
Achse des Strahlpfads ist gleich der Geschwindigkeit V des Endgeräts, multipliziert
mit dem Kosinus des Winkels {θ
k(k) – θ
v(t)}, der zu der Zeit t zwischen der Strahlachse
und dem Geschwindigkeitsvektor V gebildet ist, und multipliziert
mit der Variation einer Zeit (t – t0), wie sie berücksichtigt
ist {= V cos(θ
k(t) – θ
v(t))(t – t0)}.
Für diese
Projektion ist die Variation der Phase Δφ
k(t). Somit
wird die Variation Δφ
k(t) der Phase zwischen der Zeit t und der
Zeit t0 folgende sein:
wobei c die Lichtgeschwindigkeit
ist und f die Frequenz des durch die Basisstation BS ausgesendeten
Strahls ist.
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Somit
wird die Variation dφk(t)/dt der Phase über der Zeit aus dem folgenden
Ausdruck erhalten:
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Es
ist zu beachten, dass die Variation dφk(t)/dt
der Phase über
der Zeit von der Geschwindigkeit V des mobilen Endgeräts und von
dem Winkel θv(t), der zu der Zeit t zwischen der Referenzachse
xx' und dem Geschwindigkeitsvektor
gebildet ist, abhängt.
Beide sind Verlagerungsparameter des mobilen Endgeräts.
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Die
Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können durch
ein Computerprogramm durchgeführt
werden, wenn es auf einem Computer läuft, und dieses Programm kann
auf einem computerlesbaren Medium ausgebildet sein.
