ES2306984T3 - Procedimiento y sistema para la planificacion de la cobertura de radio mediante un enfoque a partir de perfil de resolucion mixta. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de planificación de una red de radiocomunicaciones, que comprende: - el cálculo de la cobertura de la celda, para indicar una región alrededor de una estación base radio (RBS) en la que una señal radioeléctrica radiada desde la estación de base radio (RBS) satisface los requerimientos determinados; en el que el cálculo de la cobertura de la celda comprende: - dividir una región alrededor de dicha estación de base radio (RBS) en una pluralidad de primeras zonas (LEP); - dividir al menos algunas de dichas primeras zonas (LEP) en una pluralidad de segundas zonas (SEP); - para al menos algunas segundas zonas blanco de dichas segundas zonas (SEP), calcular cantidades respectivas indicativas de la cobertura en el interior de dichas segundas zonas (SEP), siendo calculada cada cantidad para la segunda zona blanco (SEP) respectiva como una función de datos que describe el entorno entre dicha estación de base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) según una trayectoria de una señal radioeléctrica radiada desde dicha estación de base radio (RBS) y que pasa a través de dicha segunda zona blanco (SEP); caracterizado por el hecho de que cada cantidad se calcula para la segunda zona blanco (SEP) respectiva como una función de datos que describe el entorno en el interior de al menos algunas segundas zonas (SEP) cercanas de al menos una de dichas estaciones de base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) según la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica, y como una función de datos que describen el entorno en el interior de al menos algunas primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica; y por el hecho de que el entorno en el interior de segundas zonas (SEP) cercanas de dicha estación de base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) según la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica se describe utilizando una primera resolución y el entorno en el interior de las primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica se describe utilizando una segunda resolución inferior a dicha primera resolución.
Description
Procedimiento y sistema para la planificación de
la cobertura de radio mediante un enfoque a partir de perfil de
resolución mixta.
La presente invención se refiere en general a la
planificación en redes de radiocomunicaciones. En particular, la
presente invención encuentra una ventajosa, aunque no exclusiva,
aplicación en la planificación de una red de radiocomunicaciones
para terminales móviles, que comprende una pluralidad de (grandes o
pequeñas) celdas distribuidas por un área geográfica o territorio
particulares, a los que se referirá la siguiente descripción, sin
que ello implique ninguna falta de generalización.
\vskip1.000000\baselineskip
Como es conocido, la primera etapa esencial de
un proceso de diseño y planificación de una red de
radiocomunicaciones para terminales móviles es el cálculo de la así
llamada cobertura de la celda, es decir, la extensión y las
características de una región alrededor de una estación base radio
en la que las señales radioeléctricas recibidas por un terminal
móvil y radiada desde la estación de base radio satisfacen los
requerimientos necesarios.
En general, esta región es el lugar de los
puntos en los que la intensidad, o una cantidad relacionada con
esta, de una señal radioeléctrica recibida por el terminal móvil y
radiada desde la estación de base radio sobrepasa un determinado
umbral. Tal umbral se puede definir empleando diferentes criterios,
siendo los más adoptados la detectabilidad en un canal de
referencia de la señal radioeléctrica recibida por el terminal
móvil, y la tasa de transmisión de errores mayor que un valor
umbral.
Tradicionalmente, uno de los procedimientos más
frecuentemente empleados para el cálculo de la cobertura de la
celda comprende explorar radialmente la región alrededor de la
estación de base radio según líneas de exploración equiespaciadas
angularmente que unen la estación de base radio y el punto en el que
las siguientes se deben calcular tres cantidades, las cuales,
consideradas individualmente, pueden considerarse como indicadoras
de la cobertura de la celda: la intensidad de la señal
radioeléctrica recibida en el punto por el terminal móvil, la media
local en el punto de la intensidad de la señal radioeléctrica, y el
valor mediano de las medias locales de la intensidad de la señal
radioeléctrica en el punto.
La intensidad en el punto es el valor del módulo
(o envolvente) de la señal radioeléctrica en un determinado punto
de la región, siendo las dimensiones del punto substancialmente
iguales a las del elemento físico empleado para medir la intensidad
en el punto de la señal radioeléctrica: en este caso, la antena del
terminal móvil, de unos cuantos centímetros.
La media local es el valor medio de la
intensidad en el punto de la señal radioeléctrica en el rango de
algunas decenas de longitudes de onda, el cual, en el caso de las
frecuencias implicadas en radiocomunicaciones móviles, resulta en
trayectorias considerables de entre 5 a 10 metros de largo o zonas
de algunos metros cuadrados de superficie.
El valor mediano de las medias locales de la
intensidad en el punto de la señal radioeléctrica es un valor
estadístico representativo que, para garantizar una fiabilidad
satisfactoria (confianza) del mismo, debe calcularse considerando
un número congruente de medias locales (10 a 20), que resulta en
trayectorias considerables de longitud entre 50 y 100 o zonas de
algunos miles de metros cuadrados de superficie.
La medición de la intensidad en el punto de la
señal radioeléctrica no es actualmente uno de los puntos clave en
el desarrollo de herramientas de planificación en redes de
radiocomunicaciones debido a la variabilidad espacial extrema de la
intensidad de la señal radioeléctrica debida a la estructura
"fina" (del orden de un centímetro) del entorno
circundante.
El cálculo de la media local de la intensidad en
el punto de la señal radioeléctrica sigue siendo, actualmente,
marginal en la planificación en redes de radiocomunicaciones móviles
debido a la complejidad de modelización y complejidad y a la enorme
cantidad de datos del entorno (bases de datos cartográficas) que
hay que procesar.
En general, esta cantidad solamente se considera
durante el cálculo de la cobertura de micro celdas (celdas con
estaciones de base radio dispuestas a unos pocos metros del suelo),
que se caracterizan por extensiones de territorio estrechas
(diámetros de unos cientos de metros) y que constituyen la minoría
(aproximadamente un 10%) de las celdas de formación de redes de
radiocomunicaciones móviles típicas.
El cálculo de esta cantidad es realmente difícil
de llevar a cabo para celdas tradicionales, es decir celdas que
tienen una zona de cobertura con un diámetro de varios kilómetros,
tales como grandes celdas (celdas con estaciones de base radio
dispuestas en mástiles aislados) o pequeñas celdas (celdas con
estaciones de base radio dispuestas en cubiertas de edificios),
debido al largo tiempo de cálculo y, sobre todo, a la baja
fiabilidad de los resultados a esas distancias.
En cambio, el cálculo del valor mediano de las
medias locales de la intensidad en el punto de la señal
radioeléctrica juega un papel crucial en el desarrollo de
herramientas de planificación en redes de radiocomunicaciones
puesto que en la mayoría de casos esta cantidad representa el
parámetro físico asociado al concepto de cobertura de la celda. Por
lo tanto, actualmente, el diseño de redes de radiocomunicaciones
móviles está substancialmente basado en una predicción de la
cobertura electromagnética basada en los valores medianos de las
medias locales.
Un cálculo tradicional de la cobertura de la
celda, también llamado a veces predicción de cobertura de la celda,
se lleva a cabo empleando una baja resolución de entorno, es decir,
considerando datos que describen características del entorno en el
interior de las zonas elementales, en general conocidas como
píxeles, que tienen un lado de unos 50 o 100 metros.
Los valores medianos de las medias locales de la
intensidad en el punto de la señal radioeléctrica a lo largo de las
líneas de exploración se calculan considerando la potencia radiada
desde la estación de base radio, una curva de propagación en
entorno abierto, un factor morfológico, un factor de urbanización y
un factor orográfico (difracción en obstáculos naturales).
En particular, la curva de propagación en
entorno abierto es indicadora de la atenuación de intensidad de la
señal radioeléctrica, también conocida como pérdida de propagación,
en una zona abierta, es decir, una zona libre de árboles, edificios
o estructuras arquitectónicas construidas por seres humanos, y se
expresa en general como una relación semi-empírica
función de la potencia radiada desde la antena de la estación de
base radio, un patrón de radiación de antena, la distancia entre la
estación de base radio y el terminal móvil, la inclinación de la
antena, la frecuencia de radiación, y la altura efectiva de la
antena con respecto al suelo.
El factor orográfico, el factor de urbanización
y el factor morfológico son factores de corrección para la curva de
propagación en entorno abierto y describen, respectivamente, las
características de altitud de la zona geográfica, las
características de los edificios en el interior de zonas con medidas
seleccionables (por ejemplo de 50 por 50 metros), y la zona
geográfica en términos de clases morfológicas (forestal, a
proximidad de un lago, etc.), las cuales, como es conocido,
influyen en la propagación de la señal radioeléctrica.
En algunos casos, solamente se consideran las
características morfológicas y urbanísticas en el interior del
píxel para el cual se calculan las medias locales de la intensidad
de la señal radioeléctrica, mientras que en otros casos,
caracterizados por una aproximación más precisa, se consideran estas
características en toda la longitud de las líneas de
exploración.
Últimamente, el cálculo de la difracción por
obstáculos naturales es el aspecto que requiere un procesado más
complejo de los datos cartográficos. Empezando por la orografía, se
determina un perfil altimétrico en toda la longitud de la línea de
exploración, y se calculan los efectos de interacción (atenuación de
la señal) con los posibles obstáculos naturales situados a lo largo
de las líneas de exploración recurriendo a la teoría de
Huyghens-Fresnel clásica, según la cual tales
efectos de interacción deben ser evaluados con una fiabilidad
adecuada sustituyendo cada obstáculo natural por un obstáculo
virtual equivalente (pantalla) provisto de un contorno cortante,
una altura igual al obstáculo natural, un espesor infinitesimal, que
se extiende perpendicularmente, en el infinito, a la dirección de
propagación, y que absorbe perfectamente la señal electromagnética
incidente.
Por ejemplo,
EP-A-0 865 221 describe un
procedimiento y un dispositivo para generar perfiles de trayectorias
para su utilización en propagación de ondas de radio, y
especialmente útiles en zonas urbanas y suburbanas en las que los
obstáculos tienden a ser de naturaleza discreta, y para varios tipos
de aplicaciones tales como aplicaciones punto a punto, aplicaciones
punto a multipunto y aplicaciones de cobertura de zona. En
particular, se generan varios perfiles de trayectorias, adyacentes
a una primera trayectoria generada, primaria. Entonces, los
obstáculos detectados en los perfiles adyacentes de las trayectorias
son transformados y trasladados sobre el perfil de trayectoria
primario, del cual resulta un perfil de trayectoria que considera
tanto los obstáculos presentes en el perfil de trayectoria primario
como los obstáculos cercanos de esta.
En cambio, existen otros enfoques más avanzados
para el cálculo de la difracción por obstáculos naturales
recurriendo, en lugar de a una pantalla de espesor infinitesimal, a
una pantalla de espesor finito de cantos redondeados. Sin embargo,
los enfoques basados en pantallas de espesor infinitesimal son los
usados más frecuentemente porqué son simples y están adaptados a
este problema específico basándose en algunos algoritmos conocidos
derivados de la literatura y apropiadamente modificados y
optimizados para considerar los efectos debidos a los obstáculos
múltiples. Son ejemplos de tales algoritmos conocidos el
procedimiento Epstein-Peterson, el procedimiento
Deygout y el procedimiento de línea extendida, estando este último
recomendado por la ITU-R 526 y siendo el mejor
desde el punto de vista del compromiso entre la fiabilidad de los
resultados y la velocidad de cálculo del algoritmo y por lo tanto
es el más ampliamente usado.
Para un tratamiento más detallado del cálculo de
la cobertura de la celda en entornos de baja resolución:
\vskip1.000000\baselineskip
1) M. Hata, "Formulas empíricas para las
pérdidas por propagación en servicios móviles de tierra ", IEEE
Trans. En Vehicular Technology, Vol. 29, 1980;
2) E. Damosso, L. Stola,
"Radiopropagazione", Scuola Superiore Guglielmo Reiss Romoli,
L'Aquila, 1992;
3) Recomendaciones ITU Rec. P.
526-3 "Propagación por difracción";
4) G. Bussolino, R. Lanzo, M. Perucca,
"Rasputin: modelo de predicción de intensidad de campo para
sistemas móviles de celda grande y pequeña utilizando una base de
datos territorial", 7º Simposio internacional de planificación
de redes, Sidney 1996;
5) COST 235 "Efectos de propagación de ondas
de radio en los sistemas de telecomunicación terrestres de servicios
fijos de nueva generación", Capítulo 4 del informe final EUR
16992 EN, 1996.
\vskip1.000000\baselineskip
La necesidad de un número creciente de
estaciones de base radio, junto con la necesidad de servicios más
completos, en particular servicios con características cada vez más
detalladas e nivel territorial, ha obligado a los proveedores de
redes de segunda y tercera generación a recurrir a un diseño de
redes de entorno de alta resolución que permita la definición de
parámetros de diseño específicos para elementos de territorio muy
estrechos. Por ejemplo, a lo largo de una carretera o en una plaza
se pueden proporcionar unos determinados servicios antes que otros
y, en cualquier caso, servicios con un nivel apropiado para cada
realidad ciudadana, social y territorial específica.
La baja resolución de entorno, que es típica del
diseño y planificación tradicionales de redes de radiocomunicaciones
móviles, es manifiestamente inadecuada para satisfacer las
necesidades mencionadas más arriba, que pueden en cambio
satisfacerse parcialmente empleando una alta resolución de entorno,
es decir, considerando datos que describen características del
entorno en el interior de los píxeles de entre 5 a 10 metros de
lado, cuya alta resolución de entorno es más consistente con las
dimensiones de los elementos de ciudad y, al mismo tiempo, permite
el cálculo de las medias locales de la intensidad en el punto de la
señal radioeléctrica.
Se han propuesto varias metodologías diferentes
para el cálculo de la cobertura de la celda con altas resoluciones
de entorno sobre la base de las medias locales de la intensidad en
el punto de la señal radioeléctrica.
Para un tratamiento detallado de estas
metodologías, el lector puede referirse a las siguientes
publicaciones:
\vskip1.000000\baselineskip
1) EP-A-1 292
163, "Procedimiento para determinar los valores del campo
electromagnético generado por una estación de base radio en un
entorno urbano";
2) M. Perucca, M. Signetti "análisis de
planificación de pequeñas celdas de modelos de medida a 1800
MHz", ICAP 1997;
3) COST Action 231 "Radio móvil digital para
sistemas de futuras generaciones", Capítulo 4, Informe final EUR
18957, 1999,
4) ITU - R Rec. 1411 "Datos de propagación y
procedimientos de predicción para la planificación de sistemas de
comunicación radio exteriores de corto alcance y redes radio de
zonas locales en un rango de frecuencias de entre 300 MHz y 100
GHz";
5)
US-A-2001/0041565 "Procedimiento y
dispositivo para la planificación de red".
\vskip1.000000\baselineskip
Todas estas metodologías, sin embargo, se han
concebido y desarrollado para cortas distancias desde la estación
de base radio, en particular distancias inferiores a 1 ó 2
Kilómetros, y por lo tanto, implican un análisis territorial que se
realiza totalmente utilizando una alta resolución de entorno, es
decir, considerando píxeles de 5 ó 10 metros de
lado.
lado.
Por lo tanto, un problema primordial
experimentado en general al extender estos enfoques a largas
distancias (10-20 Km.) es el tiempo de cálculo y,
sobre todo, la fiabilidad de los resultados. En particular, una vez
fijado el nivel de precisión del modelo de cálculo, la fiabilidad de
los resultados depende principalmente del número de interacciones
con el entorno circundante a lo largo de la línea de exploración que
ocurren durante el cálculo de la media local de la intensidad en el
punto de la señal radioeléctrica para el píxel considerado.
Inevitablemente, cada interacción con el entorno circundante implica
una determinada aproximación de cálculo y por lo tanto un error de
cálculo que se incrementa durante el cálculo.
Otra dificultad encontrada en general al
extender estos enfoques a distancias largas es la de obtener una
cartografía digital de alta resolución, la cual, debido al coste y a
la ocupación de memoria, está, en general, disponible únicamente
para grandes zonas urbanas. Por lo tanto, ocurre a menudo que los
datos de entorno de alta resolución no están disponibles para parte
de la zona para la cual se necesita un cálculo de cobertura con
alta resolución de entorno.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento, un sistema y un módulo de programa
de ordenador de planificación de una red de radiocomunicaciones que
proporcione una gran eficiencia de cálculo en el interior de
aquellas zonas para las cuales hay disponibles datos de entorno de
alta resolución y una capacidad de adaptación objetiva en las zonas
de transición entre las de resolución de entorno alta y baja.
Este objetivo se alcanza mediante la presente
invención, que se refiere a un procedimiento, a un sistema y a un
módulo de programa de ordenador de planificación de una red de
radiocomunicaciones para terminales móviles, tal como se definen en
las reivindicaciones 1, 16 y 17, respectivamente.
En particular, la planificación en redes de
radiocomunicaciones según la presente invención propone dividir la
región alrededor de la estación de base radio en una pluralidad de
píxeles de entorno grande, dividir los píxeles de entorno grande en
una pluralidad de píxeles de entorno pequeño, y luego calcular, para
cada píxel de entorno pequeño blanco para el cual se necesita un
cálculo de cobertura con entorno de alta resolución, unas
cantidades indicadoras de la cobertura dentro del píxel de entorno
pequeño blanco, siendo tal cantidad calculada para un determinado
píxel de entorno pequeño blanco como una función de datos que
describe el entorno dentro de los píxeles de entorno pequeño
cercanos del píxel de entorno pequeño blanco (donde se supone que
se encuentra el terminal móvil) y la estación de base radio según la
trayectoria de propagación de una señal radioeléctrica radiada
desde la estación de base radio y que pasa a través del píxel de
entorno pequeño blanco, y como una función de datos que describe el
entorno dentro de los píxeles de entorno grande en la extensión
restante de la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, se describirá a continuación una realización preferida,
ofrecida únicamente a título de ejemplo no limitativo, haciendo
referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
- la figura 1 muestra una estación de trabajo
programada para permitir la planificación en redes de
radiocomunicaciones según la presente invención;
- la figura 2 muestra esquemáticamente un
ejemplo de entorno entre la estación de base radio y el terminal
móvil;
- la figura 3 muestra tres posibles escenarios
que se pueden dar durante el cálculo de la cobertura con entorno de
alta resolución según la presente invención;
- la figura 4 muestra un diagrama de flujo del
procedimiento de planificación de redes de radiocomunicaciones de
la presente invención;
- las figura 5 a 8 muestran diferentes perfiles
de entorno intermedios calculados durante el cálculo de la
cobertura con alta resolución de entorno según la presente
invención; y
- la figura 9 muestra píxeles de entorno pequeño
ocupados por un edificio y para los que se calcula la cobertura con
alta resolución de entorno.
La siguiente descripción se ofrece para permitir
al experto en la materia realizar y utilizar la invención. Varias
modificaciones de las realizaciones aparecerán enseguida para los
expertos en la materia, y los principios genéricos podrán aplicarse
a otras realizaciones y aplicaciones sin salir de la esencia y el
alcance de la presente invención. Por ello, la presente invención
no pretende limitarse a las realizaciones mostradas, si no que hay
que atribuirle el máximo alcance consistente con los principios y
las características aquí descritas y definidas en las
reivindicaciones adjuntas.
La figura 1 muestra un sistema de procesamiento
de planificación de una red de radiocomunicaciones para terminales
móviles. El sistema de procesamiento, designado en conjunto por 1,
comprende esencialmente una estación de trabajo 2, por ejemplo una
J5000 de Hewlett Packard con una CPU de 450 MHz, una RAM de 1 Gbyte,
un disco duro de 18 Gbyte y un sistema operativo UNIX, que tiene
una unidad de procesamiento central 3 conectada a una red local de
zona 4, un disco duro interno (no representado) que almacena bases
de datos de referencias, una pantalla 5, un teclado 6 y un ratón 7.
Siempre que las bases de datos exceden la capacidad de
almacenamiento del disco duro, la estación de trabajo 2 también
puede estar provista de un disco duro externo 8 conectado a una
unidad de procesamiento central 3 directamente o a través de la red
local de zona 4.
La estación de trabajo 2 está configurada para
permitir la planificación en redes de radiocomunicaciones sobre la
base de módulos de programa de ordenador que son ejecutados en la
unidad de procesamiento central 3 y que implementan el
procedimiento de planificación según la presente invención, con
ayuda de las bases de datos de referencia almacenados en el disco
duro interno o en el disco duro externo 8.
La presente invención tiene su origen en las
siguientes consideraciones relacionadas con la fenomenología de
propagación en canales móviles.
La primera consideración es que el valor mediano
de la intensidad en el punto de una señal radioeléctrica dentro de
una zona de tamaño determinado corresponde aproximadamente a las
características de entorno promediadas en el interior de tal zona,
es decir, hay una correlación entre la resolución cartográfica y el
tamaño de las zonas en las que debe calcularse la cobertura. En
otras palabras, esto significa que para calcular la media local de
la intensidad de una señal radioeléctrica de un punto en el interior
de zonas que tienen un tamaño de algunas decenas de longitudes de
onda, es estrictamente necesario tener una resolución cartográfica
que permita la descripción del entorno en el interior de las zonas
del mismo tamaño, es decir, según el rango de frecuencias implicado
en las comunicaciones móviles (900-2200 MHz), dentro
de píxeles de entorno que tienen un tamaño de 5 a 10 metros.
La segunda consideración es que,
independientemente de la resolución cartográfica, el cálculo de la
cobertura está principalmente influida por los entornos cercanos del
terminal móvil y de la estación de base radio. Respecto a la
posición media del terminal fijo, es decir, la estación de base
radio (al menos al nivel de la cubierta de los edificios) y del
terminal móvil (cualquier posición), está claro que los entornos
cercanos del terminal móvil interaccionan aún más intensamente con
esta última y es por lo tanto aquella a la que hay prestar más
atención. Sin embargo, los entornos cercanos del terminal fijo,
especialmente en zonas urbanas con una gran concentración de
edificios, juega un importante papel porque es prácticamente
imposible garantizar la ausencia de obstáculos cercanos
(principalmente edificios) y por lo tanto es adecuado tratar los
entornos cercanos del terminal fijo de la misma manera que los
entornos cercanos del terminal móvil.
La figura 2 muestra esquemáticamente un ejemplo
de entorno entre la estación de base radio RBS y un terminal móvil
MT: es evidente cómo los edificios y la vegetación cercanos de la
estación de base radio RBS y el terminal móvil MT influyen mucho en
la propagación de la señal radioeléctrica, y como la difracción en
el suelo es el efecto predominante en la extensión de la trayectoria
de propagación de la señal radioeléctrica.
Debido a lo anteriormente expuesto, en un
sentido amplio, la idea en la base de la presente invención es el
cálculo de la cobertura de la celda empleando una doble resolución
de entorno, es decir, empleando altas resoluciones de entorno
(píxeles de entorno pequeño, por ejemplo de 10 por 10 metros)
cercanos del terminal móvil y de la estación de base radio, así
como considerar la mayor influencia en el cálculo de la cobertura
de los entornos cercanos de los terminales fijo y móvil, y entornos
de baja resolución (píxeles de entorno grande, por ejemplo de 50
por 50 metros) en la extensión intermedia restante de la trayectoria
de propagación de la señal radioeléctrica, en el que
"cercanos" significa una extensión de la trayectoria de
propagación de la señal radioeléctrica del orden de algunos cientos
de metros.
Por lo tanto, según el cálculo de coberturas de
celdas con entornos de alta resolución de la presente invención se
propone dividir la región alrededor de la estación de base radio en
una pluralidad de píxeles de entorno grande (por ejemplo de 50 por
50 metros), dividir los píxeles de entorno grande en una pluralidad
de píxeles de entorno pequeño (por ejemplo de 10 por 10 metros), y
luego calcular, para cada píxel de entorno pequeño para el cual se
necesita un cálculo de la cobertura con alta resolución de entorno,
unas cantidades indicadoras de la cobertura en el píxel de entorno
pequeño. En particular, para un determinado píxel de entorno
pequeño blanco, esta cantidad se calcula como una función de los
datos que describen el entorno entre la estación de base radio y el
píxel de entorno pequeño blanco según la trayectoria de propagación
de una señal radioeléctrica radiada desde la estación de base radio
y que pasa a través del píxel de entorno pequeño blanco, y en
particular como una función de datos que describen el entorno
dentro de los píxeles de entorno pequeño cercanos del píxel de
entorno pequeño blanco (es decir, el terminal móvil) y/o la estación
de base radio según la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica, y como una función de los datos que describen el
entorno dentro de los píxeles de entorno grande en la extensión
restante de la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica.
En particular, se verifica la disponibilidad de
datos que describen el entorno dentro de los píxeles de entorno
pequeño cercanos de la estación de base radio y del píxel de entorno
pequeño blanco según la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica, y luego se forma un perfil de entorno de resolución
mixta, el cual describe el entorno en el interior de los píxeles de
entorno pequeño cercanos de la estación de base radio y/o el píxel
de entorno pequeño blanco en función de la disponibilidad de datos
descriptivos del entorno, y dentro de los píxeles de entorno grande
según la extensión restante de la trayectoria de propagación de la
señal radioeléctrica. En otras palabras, en el cálculo de la
cobertura con alta resolución de entorno para un determinado píxel
de entorno pequeño blanco se describe el entorno entre la estación
de base radio y el píxel de entorno pequeño blanco según la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica utilizando
una alta resolución cerca de la estación de base radio y el terminal
móvil y una baja resolución en la extensión restante de la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica.
De este modo, se realiza un mapa de cobertura de
resolución múltiple que contiene datos de cobertura de entornos de
alta resolución (medias locales) para aquellas zonas para las cuales
se dispone de datos de entorno de alta resolución y datos de
cobertura de baja resolución (valores medianos) para aquellas zonas
de las cuales únicamente se dispone de datos de entorno de baja
resolución.
A continuación se describirá el cálculo de la
cobertura con alta resolución de entorno según la presente
invención con referencia a las figuras 3 a 9 y a una realización
preferida no limitativa en la que los píxeles de entorno grande
tienen un tamaño de 50 por 50 metros, y los píxeles de entorno
pequeño un tamaño de 10 por 10 metros. Según la trayectoria de
propagación de la señal radioeléctrica, se utilizará una descripción
de alta resolución de entorno sobre una extensión de 500 metros
desde el terminal móvil y sobre una extensión de 1 Km. desde la
estación de base radio, mientras que se utilizará una descripción
del entorno de baja resolución en la extensión restante de la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica.
La figura 3 muestra tres posibles escenarios que
se pueden dar durante el cálculo de la cobertura con entorno de
alta resolución, en el que los píxeles de entorno grande y pequeño
se denotan por LEP y SEP, respectivamente.
Considerando las distancias de cálculo, que
pueden ser diferentes para cada celda y que se muestran como
círculos en la figura 3, en el primer escenario, la estación de base
radio (RBS1) está situada fuera de la zona para la cual se necesita
un cálculo de cobertura con entorno de alta resolución y para parte
de esta zona se dispone de datos de entorno de alta resolución, en
el segundo escenario la estación de base radio (RBS2) está situada
dentro de la zona para la cual se necesita un cálculo de cobertura
con alta resolución de entorno, pero para parte de esta zona
solamente hay disponibles datos de entorno de baja resolución, y en
el tercer escenario la estación de base radio (RBS3) está situada
dentro de la zona para la cual se necesita un cálculo de cobertura
con alta resolución de entorno, y para toda la zona hay disponibles
datos de entorno de alta resolución.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo del
cálculo de la cobertura con entorno de alta resolución de la
presente invención, cuyo cálculo implica realizar las siguientes
etapas, que deben repetirse para cada píxel de entorno pequeño para
el cual se desea realizar el cálculo de la cobertura con alta
resolución de entorno, (píxel de entorno pequeño blanco).
La primera etapa es la verificación de
disponibilidad de datos que describen el entorno dentro de los
píxeles de entorno pequeño cercanos de la estación de base radio (1
Km.) y el píxel de entorno pequeño blanco (500 metros) según la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica (bloque 100).
En particular, deben estar disponibles los siguientes datos de alta
resolución del entorno cercano de la estación base radio y del
píxel de entorno pequeño blanco: información altimétrica con
respecto al suelo (altura del suelo respecto al nivel del mar) en
el píxel de entorno pequeño, información relativa a la presencia de
un edificio, de vegetación o nada en el píxel de entorno pequeño, y
la altura del edificio o de la vegetación en el píxel de entorno
pequeño.
La segunda etapa es extraer datos de bases de
datos cartográficas digitales, de las que se extraen datos que
describen el entorno en el interior de los píxeles de entorno grande
según una trayectoria completa de propagación de la señal
radioeléctrica desde la estación de base radio hasta el píxel de
entorno pequeño blanco, y, en función de la disponibilidad de datos
descriptivos del entorno, que describen el entorno en el interior
de los píxeles de entorno pequeño cercanos de la estación de base
radio y/o el píxel de entorno pequeño blanco (bloque 110). En
particular, para todos los píxeles de entorno grande entre la
estación de base radio y el píxel de entorno pequeño blanco, se
extraen los siguientes datos de entorno de baja resolución:
altimetría del suelo (altitud del suelo con respecto al nivel del
mar) dentro de cada píxel de entorno grande, mientras que para
todos los píxeles de entorno pequeño cercanos de la estación de base
radio y el píxel de entorno pequeño blanco, se extraen los
siguientes datos de entorno de alta resolución:
altimetría del suelo (altitud del suelo con
respecto al nivel del mar) dentro de cada píxel de entorno pequeño,
información relativa a la presencia de un edificio, de vegetación o
nada dentro de cada píxel de entorno pequeño, y la altura del
edificio o de la vegetación dentro de cada píxel de entorno
pequeño.
La tercera etapa es la identificación de
obstáculos entre la estación de base radio y el píxel de entorno
pequeño blanco para el cual se está realizando el cálculo de la
cobertura, en el que los obstáculos que se encuentra una señal
radioeléctrica a lo largo de su trayectoria de propagación dentro de
los píxeles de entorno grande desde la estación de base radio hasta
el píxel de entorno pequeño blanco son identificados considerando
solamente los datos de entorno de baja resolución a lo largo de toda
su trayectoria de propagación y empleando la así llamada técnica de
cadena extendida, que se define en las ya mencionadas
recomendaciones ITU y según la cual solamente son identificados
aquellos obstáculos que son "tocados" por una línea ideal que
se extiende entre la estación de base radio y el píxel de entorno
pequeño para el cual se está realizando el cálculo (bloque 120).
Puesto que los datos de entorno de baja resolución solamente definen
la altimetría del suelo a lo largo de toda la trayectoria de
propagación entre la estación de base radio y el píxel de entorno
pequeño blanco, el resultado de esta etapa es un perfil intermedio
de entorno mostrado en la figura 5 formado por una pluralidad de
grupos de obstáculos, denotados por filas en la figura 5, cuyas
localizaciones corresponden a los puntos en los que la línea
extendida que se extiende entre la estación de base radio RBS y un
terminal móvil hipotético MT dentro del píxel de entorno pequeño
blanco toca el perfil altimétrico del suelo, y cuya altura es igual
a la altura sobre el suelo de estos puntos.
La cuarta etapa consiste en fusionar los
obstáculos identificados, durante la cual son fusionados en un
único obstáculo aquellos obstáculos identificados que están
espaciados unos de otros en una distancia inferior a una distancia
determinada, por ejemplo 500 metros, reduciendo así el número total
de obstáculos y la formación de un pequeño grupo de obstáculos
equivalentes (bloque 130). El resultado de esta etapa es un perfil
intermedio de entorno mostrado en la figura 6 formado por una
pluralidad de obstáculos equivalentes, denotados por filas en la
figura 6, en el que cada uno tiene una forma de cuchilla.
La quinta etapa es la formación de un perfil de
entorno de resolución mixta que describe el entorno entre la
estación de base radio y el píxel de entorno pequeño blanco según la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica combinando
datos de entornos de alta y baja resolución. (bloque 140). En
particular, tal como se muestra en la figura 7, el perfil de
entorno de resolución mixta tiene una o ambas partes extremas que
describen el entorno dentro de los píxeles de entorno pequeño
cercanos de la estación de base radio RBS y el píxel de entorno
pequeño blanco en el interior del cual está localizado el terminal
móvil hipotético MT, según la disponibilidad de datos descriptivos
de entorno de alta resolución, y una parte intermedia que describe
los obstáculos identificados fusionados.
La sexta etapa es la identificación de
obstáculos entre la estación de base radio y el píxel de entorno
pequeño para el cual se está realizando el cálculo de la cobertura,
durante la cual son identificados los obstáculos que se encuentra
una señal radioeléctrica a lo largo de su trayectoria de propagación
desde la estación de base radio hasta el píxel de entorno pequeño
en el interior del perfil de entorno de resolución mixta empleando
la técnica de línea extendida mencionada y sin agrupar o compactar
ningún obstáculo de tamaño mayor a una determinada resolución
(bloque 150). El resultado de esta etapa es una pluralidad de
obstáculos, denotados por filas en la figura 8, cuyas
localizaciones corresponden a los puntos en los que las líneas
extendidas que se extienden desde la estación de base radio RBS
hasta el terminal móvil hipotético MT tocan el perfil de entorno de
resolución mixta, y cuya altura es igual a la altura de esos
obstáculos.
La séptima etapa es el cálculo de la atenuación
por difracción en los obstáculos identificados en el interior de
perfil de entorno de resolución mixta, sin agrupar o compactar
ningún obstáculo, de una señal radioeléctrica radiada desde la
estación de base radio según la trayectoria de propagación hasta el
píxel de entorno pequeño (bloque 160). En particular, el cálculo de
la atenuación por difracción comprende el cálculo de una primera
contribución debida a obstáculos orográficos, el cálculo de una
segunda contribución debida a edificios, el cálculo de una tercera
contribución debida a la vegetación, y entonces la atenuación total
por difracción como una suma ponderada de las contribuciones
primera, segunda y tercera. En particular, cada contribución se
pondera empleando un peso respectivo indicador de la naturaleza del
obstáculo respectivo (obstáculos orográficos, edificios y
vegetación).
Por ejemplo, se puede calcular la atenuación por
difracción empleando la siguientes fórmula:
en la
cual:
- A_{O}, A_{B}, A_{G}
son las atenuaciones por difracción debidas a obstáculos
orográficos, obstáculos correspondientes a edificios y obstáculos
correspondientes a vegetación, respectivamente;
- s es el número total de obstáculos
orográficos;
- q es el número total de obstáculos
correspondientes a edificios;
- r es el número total de obstáculos
correspondientes a vegetación;
- p_{O}, p_{B}, p_{G}
son los pesos para las tres contribuciones, que pueden ser por
ejemplo iguales a 0,75, 0,5 y 0,25, respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Otro aspecto de la presente invención es el modo
del cálculo de cobertura en el interior de un edificio que ocupa
algunos píxeles de entorno pequeño. Debido a la complejidad de los
fenómenos de propagación inducidos por estas condiciones físicas
particulares, este aspecto específico se solía resolver en los
antecedentes más cercanos haciendo la hipótesis, sobre una base
estadística, de un margen de penetración adicional de penetración
para todo el edificio, en caso necesario adecuadamente diferenciado
por el tipo de entorno o la topología del edificio, que se añade a
la cobertura (valor mediano de las medias locales de la intensidad
en el punto de la señal radioeléctrica) calculada para los píxeles
de entorno pequeño pero considerando el entorno abierto, es decir,
libre de edificios.
Desde un punto de vista experimental, este
enfoque común propone medir la intensidad media puntual de señales
radioeléctricas fuera del edificio (por ejemplo a lo largo del
perímetro del edificio, al nivel del suelo) y luego añadir el
margen de penetración hipotético. Desde un punto de vista de la
modelización, en cambio, este enfoque implica implícitamente un
cálculo de baja resolución de la cobertura en los píxeles de
entorno grande ocupada por el edificio, es decir, implica el cálculo
de los valores medianos de las medias locales de la intensidad en
el punto de una señal radioeléctrica en los píxeles de entorno
grande ocupados por el edificio empleando datos de entorno de baja
resolución (porcentaje de cada píxel de entorno grande ocupado por
el edificio).
Este enfoque no es compatible con un cálculo de
la cobertura con entorno de alta resolución porque, debido al
tamaño de los píxeles de entorno pequeño, el porcentaje de cada
píxel de entorno pequeño ocupado por un edificio sería de 0 ó 100%
(ausencia o presencia de un edificio).
Por lo tanto, en lugar de hacer la hipótesis
sobre un margen adicional de penetración individual a añadir a la
cobertura calculada para los píxeles de entorno grande ocupados por
el edificio, tal como se muestra en la figura 9, la cobertura
(media local de la intensidad de una señal radioeléctrica en el
punto) para cada píxel de entorno pequeño SEPB ocupados por el
edificio, representados con un patrón geométrico, se calcula como
una función de las coberturas calculadas para los píxeles de entorno
pequeño SEPAS, representados en gris, que rodean los píxeles de
entorno pequeño SEPB. En particular, tal como se muestra en la
figura 9, la cobertura para un píxel de entorno pequeño SEPB
ocupado por un edificio se calcula como una media ponderada de las
coberturas calculadas para los píxeles de entorno pequeño SEPA que
rodean el píxel de entorno pequeño SEPB, y estas coberturas son
ponderadas empleando unos pesos respectivos que pueden ser por
ejemplo inversamente proporcionales al cuadrado de las distancias
(1/r^{2}) entre los centros de los píxeles de entorno pequeño
SEPB y los píxeles de entorno pequeño SEPA que rodean el píxel de
entorno pequeño SEPB. Obviamente, se pueden emplear otras
ponderaciones, pero siempre que todos tengan valores decrecientes
con el aumento de la distancia.
Finalmente, está claro que son posibles
numerosas modificaciones y variantes de la presente invención,
todas al alcance de la invención, tal como se define en las
reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, se puede realizar el cálculo de la
cobertura con entorno de alta resolución para todos o parte de los
píxeles de entorno pequeño, según las necesidades del proveedor de
redes de radiocomunicaciones móviles.
Además, el cálculo de la cobertura con entorno
de alta resolución para un píxel de entorno pequeño blanco puede
realizarse como una función de datos que describe el entorno en
todos o parte de los píxeles de entorno pequeño cercanos de la
estación de base radio y el píxel de entorno pequeño blanco según la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica, así como de
los datos que describen el entorno en todos o parte de los píxeles
de entorno grande según la extensión restante de la trayectoria de
propagación de la señal radioeléctrica, según la fiabilidad
requerida para el cálculo de la cobertura con entorno de alta
resolución.
Finalmente, los datos que describen el entorno
dentro de los píxeles de entorno grande y pequeño pueden ser
diferentes de los arriba descritos. Por ejemplo, los datos de
entorno de baja resolución que describen el entorno dentro de los
píxeles de entorno grande también pueden incluir, además de la
altimetría del suelo, la altura media de los edificios y su
morfología.
Claims (16)
1. Procedimiento de planificación de una red de
radiocomunicaciones, que comprende:
- el cálculo de la cobertura de la celda, para
indicar una región alrededor de una estación base radio (RBS) en la
que una señal radioeléctrica radiada desde la estación de base radio
(RBS) satisface los requerimientos determinados;
en el que el cálculo de la cobertura de la celda
comprende:
- dividir una región alrededor de dicha estación
de base radio (RBS) en una pluralidad de primeras zonas (LEP);
- dividir al menos algunas de dichas primeras
zonas (LEP) en una pluralidad de segundas zonas (SEP);
- para al menos algunas segundas zonas blanco de
dichas segundas zonas (SEP), calcular cantidades respectivas
indicativas de la cobertura en el interior de dichas segundas zonas
(SEP), siendo calculada cada cantidad para la segunda zona blanco
(SEP) respectiva como una función de datos que describe el entorno
entre dicha estación de base radio (RBS) y dicha segunda zona
blanco (SEP) según una trayectoria de una señal radioeléctrica
radiada desde dicha estación de base radio (RBS) y que pasa a través
de dicha segunda zona blanco (SEP);
caracterizado por el hecho de que cada
cantidad se calcula para la segunda zona blanco (SEP) respectiva
como una función de datos que describe el entorno en el interior de
al menos algunas segundas zonas (SEP) cercanas de al menos una de
dichas estaciones de base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco
(SEP) según la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica, y como una función de datos que describen el entorno
en el interior de al menos algunas primeras zonas (LEP) según la
extensión restante de la trayectoria de propagación de la señal
radioeléctrica;
y por el hecho de que el entorno en el interior
de segundas zonas (SEP) cercanas de dicha estación de base radio
(RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) según la trayectoria de
propagación de la señal radioeléctrica se describe utilizando una
primera resolución y el entorno en el interior de las primeras zonas
(LEP) según la extensión restante de la trayectoria de propagación
de la señal radioeléctrica se describe utilizando una segunda
resolución inferior a dicha primera resolución.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el cálculo de una segunda cantidad para una segunda zona
blanco (SEP) comprende:
- la verificación de disponibilidad de datos que
describen el entorno en el interior de al menos algunas segundas
zonas (SEP) cercanas de dicha estación de base radio (RBS) y dicha
segunda zona blanco (SEP);
- la formación de un perfil de entorno de
resolución mixta que describe el entorno entre dicha estación de
base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) según dicha
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica, describiendo
dicho perfil de entorno de resolución mixta el entorno en el
interior de al menos algunas segundas zonas (SEP) cercanas de al
menos una de dichas estaciones de base radio (RBS) y dicha segunda
zona blanco (SEP) en función de la disponibilidad de datos
descriptivos del entorno, y en el interior de al menos algunas
primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la trayectoria
de propagación de la señal radioeléctrica; y
- el cálculo de dicha cantidad sobre la base de
dicho perfil de entorno de resolución mixta.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que la formación de un perfil de entorno de resolución mixta
comprende:
- la identificación de obstáculos con que se
encuentra dicha señal radioeléctrica en el interior de al menos
algunas primeras zonas (LEP) según la trayectoria de propagación
desde dicha estación de base radio (RBS) a dicha segunda zona
blanco (SEP);
- la formación de la parte del perfil de entorno
de resolución mixta que describe el entorno en el interior de al
menos algunas primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica de modo que
dicha parte describe los obstáculos identificados en el interior de
dichas primeras zonas (LEP).
\vskip1.000000\baselineskip
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la formación de la parte del perfil de entorno de resolución
mixta que describe el entorno en el interior de al menos algunas
primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la trayectoria
de propagación de la señal radioeléctrica, de modo que dicha parte
describe los obstáculos identificados en el interior de dichas
primeras zonas (LEP), comprende:
- la fusión de obstáculos identificados que
están distanciados unos de otros en una distancia inferior a una
distancia determinada; y
- la formación de la parte del perfil de entorno
de resolución mixta que describe el entorno en el interior de al
menos algunas primeras zonas (LEP) según la extensión restante de la
trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica de modo que
dicha parte describe dichos obstáculos fusionados.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento según la reivindicación 3 o la
4, en el que los obstáculos con que se encuentra dicha señal
radioeléctrica en el interior de al menos algunas primeras zonas
(LEP) según la trayectoria de propagación desde dicha estación de
base radio (RBS) a dicha segunda zona (SEP) son identificados según
una técnica de línea extendida.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, en el que la formación de un perfil de
entorno mixto comprende:
- la formación de la parte de dicho perfil de
entorno de resolución mixta que describe el entorno en el interior
de al menos algunas segundas zonas (SEP) cercanas de dicha estación
de base radio (RBS) y dicha segunda zona blanco (SEP) en función de
la disponibilidad de datos descriptivos del entorno.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, en el que el cálculo de dicha cantidad sobre
la base de dicho perfil de entorno mixto comprende:
- la identificación de obstáculos con que se
encuentra dicha señal radioeléctrica según la trayectoria de
propagación desde dicha estación de base radio (RBS) a dicha segunda
zona blanco (SEP) sobre la base de dicho perfil de entorno de
resolución mixta; y
- el cálculo de dicha cantidad sobre la base de
dichos obstáculos identificados.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en
el que dichos obstáculos son identificados según una técnica de
línea extendida.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 o la
8, en el que el cálculo de dicha cantidad sobre la base de dichos
obstáculos identificados comprende:
- el cálculo de la atenuación por difracción
sobre dichos obstáculos identificados de una señal radioeléctrica
radiada desde dicha estación de base radio (RBS) según la
trayectoria de propagación hasta dicha segunda zona (SEP), en el
que el cálculo de la atenuación por difracción comprende:
- el cálculo de una primera contribución debida
a obstáculos orográficos;
- el cálculo de una segunda contribución debida
a edificios;
- el cálculo de una tercera contribución debida
a la vegetación; y
- el cálculo de dicha atenuación por difracción
como una suma ponderada de dichas primera, segunda y tercera
contribuciones.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichos datos que describen
el entorno en el interior de dichas segundas zonas (SEP) cercanas de
dicha estación de base radio (RBS) y dicha segunda zona (SEP) según
la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica comprende
información altimétrica con respecto al suelo, tales como la
presencia de un edificio, de vegetación o nada, y la altura del
edificio o de la vegetación.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichos datos que describen
el entorno en el interior de dichas primeras zonas (LEP) según dicha
al menos una parte de la extensión restante de la propagación de la
señal radioeléctrica comprende información altimétrica con respecto
al suelo.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que una cantidad para una segunda
zona respectiva (SEPB) ocupada por un edificio se calcula como una
función de cantidades calculadas para unas segundas zonas (SEPA)
que rodean la segunda zona (SEPB) ocupada por el edificio.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que una cantidad para una segunda zona respectiva (SEPB) ocupada
por un edificio se calcula como una media ponderada de cantidades
calculadas para unas segundas zonas (SEPA) que rodean la segunda
zona (SEPB) ocupada por el edificio.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en
el que dichas cantidades calculadas para unas segundas zonas (SEPA)
que rodean la segunda zona (SEPB) ocupada por el edificio son
ponderadas empleando unos pesos respectivos que son inversamente
proporcionales al cuadrado de la distancia entre la segunda zona
(SEPB) ocupada por el edificio y las segundas zonas (SEPA) que
rodean la segunda zona (SEPB) ocupada por el edificio.
15. Sistema de procesamiento que comprende
medios de código adaptados para llevar a cabo, cuando se ejecutan,
las etapas de procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
16. Módulos de programas de ordenador que
comprenden medios de código de programa de ordenador, siendo dichos
módulos de programa de ordenador capaces, cuando son cargados en un
sistema de procesamiento, de llevar a cabo el procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 14.
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