ES2336194T3 - Procedimiento de estimacion de prevision de la cobertura radioelectrica de una celula. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de estimación de previsión de la cobertura radioeléctrica de una célula (1), de una red de radiotelefonía celular, por una estación radioeléctrica (11) de gestión de tráfico de la célula (1), por medio de una base de datos (32, 33) de un mapa en relieve (31) que especifica las posiciones y naturaleza de los relieves (41, 42) de la célula (1), procedimiento en el que un sistema de cálculo en una fase de explotación, - lanza de forma ficticia en una célula (1) un rayo de prueba representativo de las condiciones de propagación radioeléctrica, según un tramo inicial de la trayectoria (51) desde una posición de origen y según una dirección y condiciones de propagación determinadas, - por la lectura de la base de datos (32, 33) el sistema de cálculo compara el tramo de la trayectoria (51) con los datos del mapa en relieve (31) para identificar la posición y la naturaleza correspondientes de cualquier punto de impacto del tramo de la trayectoria (51) con un relieve (41, 42), - de acuerdo con la naturaleza especificada en la base de datos del relieve considerado (41, 42), el sistema de cálculo determina las nuevas condiciones de propagación en un tramo aguas abajo de la trayectoria (52) más allá del punto de impacto, - el sistema de cálculo repite, dado el caso, las dos etapas precedentes un número determinado de veces para otros impactos de los tramos de aguas abajo (52-55) de la trayectoria, - de acuerdo con las condiciones de propagación en la totalidad de la trayectoria, el sistema de cálculo determina una atenuación acumulada para cualquier punto seleccionado de ésta, y - el sistema de cálculo repite todas las etapas anteriores una pluralidad de veces para una pluralidad de direcciones iniciales a fin de comprobar toda la célula (1) y así determinar un mapa de atenuaciones de los puntos seleccionados, procedimiento caracterizado por el hecho de que, en una fase inicial, - el sistema elabora la base de datos (32, 33) en la forma de una matriz de datos, de acceso directo, de especificación local y autónoma de las posiciones y naturaleza de los respectivos relieves (41, 42) de una pluralidad de mallas predeterminadas de un entrelazado de mallas correspondiente del mapa (31), y - el sistema memoriza los datos de orientación geográfica de los relieves en la base de datos matricial (32, 33) en la fase de explotación, el sistema de cálculo - compara la posición correspondiente del punto en el entrelazado de mallas para identificar una malla de impacto, - calcula las condiciones de propagación tras el impacto a partir de los datos de especificación local y autónoma del relieve de la malla de impacto, y - calcula una dirección de un rayo reflejado del tramo aguas abajo (52) a partir de los datos de orientación.

Description

Procedimiento de estimación de previsión de la cobertura radioeléctrica de una célula.

El presente invento se refiere a la fase de definición de las redes de telefonía celular para implantar en un territorio y en particular a un procedimiento de estimación de previsión de cobertura radioeléctrica del territorio con objeto de determinar parámetros de funcionamiento y posiciones óptimas de las estaciones de base o repetidores de la red, es decir los límites de las células radioeléctricas correspondientes.

Se recordará que una red radiotelefónica celular está constituida por una pluralidad de estaciones terrestres de base que están interconectadas a través de la red telefónica por cable y a las que los terminales móviles pueden acceder cuando se encuentran en la célula radioeléctrica de la estación.

La propagación radioeléctrica en una célula debe satisfacer las dos exigencias esenciales que son la emisión de una potencia no excesiva para la estación de base y la recepción por los terminales de señales radioeléctricas de potencia suficiente.

En efecto, el alcance de cada estación de base debe, en primer lugar, ser suficiente para que la célula considerada se desborde sobre las vecinas a fin de evitar cualquier riesgo de corte de comunicación cuando un terminal móvil cambia de célula. Ésta necesita aumentar la potencia de emisión de las estaciones más allá de lo estrictamente necesario.

A continuación, como los enlaces radioeléctricos tienen un trayecto sensiblemente lineal a nivel del suelo es preciso cubrir la zona de sombra radioeléctrica de la estación debido a los relieves naturales o a los edificios. Una zona de sombra es una zona en la que la atenuación de la propagación radioeléctrica entre un terminal móvil que se encuentra ahí y la estación sobrepasa el límite de la especificación de sensibilidad de los circuitos radioeléctricos pero el nivel de recepción es insuficiente para detectar correctamente los paquetes de bits emitidos que representan las palabras o los datos para intercambiar. De todos modos se ha excluido aumentar los niveles de emisión.

En efecto, en el lado de la estación de base cualquier aumento haría crecer el tamaño de la célula, lo que provocaría interferencias excesivas entre células vecinas. En el lado de los terminales móviles, su potencia máxima está limitada por imperativos de seguridad de las personas y por la autonomía de su batería.

Es preciso también evitar multiplicar inútilmente el número de estaciones de base o repetidores para las microcélulas que representan las zonas de sombra, con objeto de limitar los costes y las interferencias.

De forma clásica, para una célula se efectúa un cálculo de previsión de las atenuaciones en una pluralidad de puntos de la célula utilizando una base de datos vectorial suministrada por el Instituto Geográfico Nacional (IGN), entre otros, y que representa el mapa de la zona geográfica considerada con los edificios y otros relieves de la superficie del terreno. Palabras de código diferentes definen el tipo de superficie del terreno, tal como bosque, agua, zona urbana, especificados en coordenadas Lambert y en altura por encima de la altitud local del suelo con respecto al nivel del mar.

Para estimar la atenuación previsible en cualquier punto de la célula se efectúa una simulación de propagación de señales radioeléctricas. Se hace un modelo de la propagación lanzando de forma ficticia, mediante cálculo en un calculador de una cadena de producción de previsiones de cobertura radioeléctrica, un rayo electromagnético desde la estación de base en una dirección determinada, y se calculan sus condiciones de propagación en un ángulo sólido elemental que ocupa. Excepto la propagación en el espacio libre cuando la estación está en línea directa con un terminal radioeléctrico ficticio, la propagación de la atenuación lineal conocida, la trayectoria del rayo encuentra obstáculos que lo atenúan o lo desvían de forma suplementaria, en particular en las microcélulas cuyas estaciones están a menudo a una altitud inferior a la de los tejados de los edificios.

Así, en una calle el rayo puede ser desviado por reflexión o refracción. La abertura angular de su ángulo sólido puede incluso encontrarse aumentada.

Se repiten estos cálculos para una pluralidad de ángulos sólidos elementales repartidos en un ángulo sólido global de enfoque de toda la célula, tal como una corona globalmente horizontal, con objeto de así comprobar las diferentes condiciones de propagación del espacio de la célula, véase por ejemplo el documento WO-A-97/44977.

En cada punto de la trayectoria de cada rayo el calculador consulta la base de datos vectorial para determinar si tiene algún obstáculo. Los cálculos vectoriales correspondientes necesitan una potencia de cálculo considerable y emplean una jornada de trabajo, en la práctica deben ser iniciados por la tarde, cuando se utilizan ordenadores clásicos.

El presente invento tiene como fin reducir la potencia de cálculo necesaria para el cálculo de la cobertura radioeléctrica de tales células, ya sean células de gran tamaño, o macrocélulas, o microcélulas.

Para esto, el invento se refiere a un procedimiento de estimación de previsión de la cobertura radioeléctrica de una célula de una red de radiotelefonía celular por una estación de gestión de tráfico de la célula por medio de una base de datos de un mapa en relieve que especifica las posiciones y naturaleza de las elevaciones de la célula, procedimiento en el que un sistema de cálculo en una fase de explotación,

- lanza de forma ficticia un rayo de comprobación, que representa las condiciones de propagación radioeléctrica, según un tramo inicial de trayectoria desde una posición de origen y según una dirección y condiciones de propagación determinadas,

- mediante la lectura de la base de datos el sistema de cálculo compara el efecto del tramo de trayectoria con los datos del mapa en relieve para identificar la posición y la naturaleza correspondientes a cualquier punto de impacto del tramo de trayectoria con un relieve,

- de acuerdo con la naturaleza especificada en la base de datos del relieve considerado, el sistema de cálculo determina las nuevas condiciones de propagación en un tramo aguas abajo de la trayectoria más allá del punto de impacto,

- el sistema de cálculo repite, dado el caso, las dos etapas precedentes un número determinado de veces para otros impactos de tramos aguas abajo de la trayectoria,

- según las condiciones de propagación en la totalidad de la trayectoria el sistema de cálculo determina una atenuación acumulada para todo punto seleccionado de ésta, y

- el sistema de cálculo repite todas las etapas anteriores una pluralidad de veces para una pluralidad de direcciones iniciales con objeto de comprobar toda la célula y de esta forma determinar un mapa de atenuaciones de los puntos seleccionados, procedimiento caracterizado por el hecho de que en una fase inicial,

- el sistema elabora la base de datos en forma de matriz de datos, de acceso directo, de especificación local y autónoma de las posiciones y naturaleza de los relieves respectivos de una pluralidad de mallas predeterminadas de un entrelazado de mallas correspondiente del mapa, y

- el sistema memoriza los datos de orientación geográfica de los relieves en la base de datos matricial en la fase de explotación, el sistema de cálculo

- compara la posición correspondiente a un punto en el entrelazado de mallas para identificar una malla de impacto,

- calcula las condiciones de propagación tras el impacto a partir de los datos de especificación local y autónoma de relieve de la malla de impacto, y

- calcula una dirección de un rayo reflejado del tramo aguas abajo a partir de los datos de orientación.

Habiendo sido fragmentados de esta forma los datos de propagación en una pluralidad de datos autónomos, y por tanto de volumen reducido, es fácil entonces acceder rápidamente a ellos para leerlos en una forma explotable.

Así, el cálculo de las condiciones de propagación aguas abajo del punto de impacto se efectúa a partir únicamente de datos locales y de volumen limitado, con acceso directo y no secuencial como en el caso de una base vectorial, datos que definen para el punto de impacto las condiciones de anisotropía radioeléctrica que determinan, por atenuación, reflexión o difracción con eventualmente difusión, una eventual desviación angular y una nueva atenuación de propagación.

En ausencia de relieve que forma obstáculo, las condiciones de propagación en el espacio libre son perfectamente conocidas. En particular en este caso, una lectura de los datos de una malla atravesada muestra inmediatamente que no existe obstáculo y se pasa por tanto a la malla siguiente, sin necesidad de los cálculos muy pesados de la técnica anterior de reconstitución vectorial de los datos locales a partir de una base de datos global.

Se observará que el término relieve aquí considerado designa globalmente cualquier obstáculo a la propagación, incluido aquí el suelo, incluso horizontal, que es susceptible de absorber o reflejar al menos parcialmente los ra-
yos.

Ventajosamente, el sistema memoriza en la fase inicial datos de orientación geográficos de los relieves en la base de datos matricial y en explotación calcula una dirección de un rayo reflejado del tramo aguas abajo a partir de los datos de orientación.

Preferiblemente, en este caso la memorización se limita a datos de azimut y en explotación la dirección del rayo reflejado del tramo aguas abajo se calcula teniendo en cuenta que los relieves de reflexión son verticales.

Los cálculos son así limitados.

En particular, es preferible integrar en la base de datos matricial los datos que especifican una naturaleza de la superficie del terreno.

La precisión de los cálculos de propagación es así mejor.

Para tener en cuenta los detalles de los relieves, en la fase inicial se pueden integrar datos relativos a las aristas de los relieves en la base de datos matricial y en explotación el sistema de cálculo calcula una dirección del tramo aguas abajo del rayo refractado a partir de dichos datos de las aristas.

También preferiblemente, en la fase inicial, se memorizan en la base de datos matricial los datos de atenuación de los relieves y en explotación el sistema calcula una atenuación de propagación en el tramo aguas abajo a partir de dichos datos de atenuación.

En casos parecidos los datos de atenuación pueden referirse a la reflexión en los relieves, y se utilizan para calcular la atenuación en el tramo aguas abajo, y/o los datos de atenuación que se refieren a la propagación a través de los relieves se utilizan para calcular la atenuación de los rayos que ahí se propagan.

Ventajosamente, los datos de atenuación de la propagación a través de los relieves tienen además datos de transición entre medios de propagación, que especifican atenuaciones de penetración en los relieves, que se utilizan para determinar una atenuación local de penetración.

Para establecer un modelo de más calidad de las condiciones de propagación, y disponiendo de un algoritmo de cálculo de la dispersión angular del rayo tras el impacto, el sistema calcula una pluralidad de tramos aguas abajo con atenuaciones específicas que forman un ángulo sólido de difusión del rayo más allá del impacto.

Se puede además prever contar los impactos sucesivos en la trayectoria y, en caso de un segundo impacto, el sistema considera, para calcular dichas condiciones de propagación más allá, que el rayo ha sido polarizado en el momento de su primer impacto.

Con objeto de limitar los cálculos requeridos, el sistema cuenta los impactos sucesivos en la trayectoria y compara el total con un valor umbral alto para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se alcanza el umbral, o bien, en cada impacto el sistema determina la atenuación de propagación acumulada y la compara con un valor umbral de atenuación máximo para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se alcanza el umbral.

Para explotar al máximo los resultados el mapa de atenuaciones es memorizado en tres dimensiones.

De esta forma se puede estimar un nivel de calidad previsible de los enlaces según los pisos de los edificios.

En particular, para elaborar la base de datos el sistema representa el mapa para un haz de cadenas de píxeles de extensión vertical y divide las cadenas de píxeles para constituir volúmenes elementales apilados de mallas en volumen teniendo cada una datos particulares.

Preferiblemente, el sistema adopta como posición de origen una posición prevista para la estación, pero, sin embargo, puede prever tomar como posición de origen una posición cualquiera en la célula y la dirección de lanzamiento del rayo se escoge, según las posiciones y naturaleza de los relieves próximos, para que el rayo pase en la proximidad de la estación.

Habiendo calculado, según el procedimiento del invento, las condiciones de propagación en una microcélula en contacto con una célula, por tanto más grande y llamada macrocélula, el sistema puede entonces calcular las condiciones de propagación en la célula y efectúa a continuación un cálculo de ajuste de los resultados de los dos cálculos relativos a una zona de frontera entre célula y microcélula.

El procedimiento permite de esta forma integrar mejor funcionalmente los dos tipos de células.

El invento será mejor comprendido con ayuda de la descripción siguiente de un modo de aplicación del invento, con referencia al dibujo adjunto, en el que

- la figura 1 representa un mapa geográfico en relieve que forma una base de datos, en el que se ha situado la posición de una célula de una red de radiotelefonía celular en curso de definición,

- la figura 2 representa una curva de atenuación radioeléctrica en la célula, en una trayectoria que tiene obstáculos y en la que la estación de base constituye uno de los extremos,

- la figura 3 es una vista en planta del contorno de un edificio en una parte del mapa,

- la figura 4 es homóloga a la figura 3 e ilustra una reflexión y una refracción en un edificio, y

- la figura 5 es una vista en sección vertical que ilustra la propagación entre los edificios de una macrocélula.

La figura 1 representa la posición de una célula 1, de una red de radiotelefonía celular prevista para terminales como el que tiene la referencia 21, situado en una parte del mapa geográfico 31 que también tiene la posición prevista de una estación radioeléctrica de base 11 de gestión de la célula 1. El mapa 31 sirve para determinar los contornos previsibles de una pluralidad de células que constituyen la red radioeléctrica para implantar, ajustando su número, tamaños y posiciones con el fin de optimizar el volumen de material asegurando al mismo tiempo la cobertura radioeléctrica deseada con una calidad de servicio especificada.

La referencia 31 designa aquí de hecho la presentación de los elementos del terreno, suelo y elementos de la superficie del terreno, de la zona considerada. Los datos geográficos correspondientes que permiten crear esta presentación son almacenados en una base de datos de relieve 32, 33 de un calculador 30. Esta base de datos tiene un bloque de memoria 32 que especifica la forma y el relieve del terreno, suelo y superficie del terreno, asociado a un bloque de memoria 33 de morfología del suelo y de la superficie del terreno que especifica la naturaleza o características de propagación radioeléctrica de las diversas ocupaciones del suelo, en un intervalo de frecuencias determinado que corresponde a las frecuencias utilizadas por las estaciones de base, presentando estos datos de morfología del bloque de memoria 33 los diversos puntos del terreno considerado con los relieves o formas del bloque geográfico 32. Se observará que el término "relieve" debe ser tomado en una acepción amplia para designar cualquier obstáculo susceptible de ser alcanzado por un rayo, directo o previamente desviado, de la estación 11. Se trata por tanto globalmente del suelo y de la superficie del terreno. Además de los edificios, colinas y equivalentes, se puede también por tanto tratar de laderas de valles o incluso de llanuras o superficies de agua.

Como se explica más adelante, los datos del bloque 33 permiten determinar, directamente o por una tabla de correspondencia entre la naturaleza y los datos de las características de propagación radioeléctrica, la perturbación causada en un rayo radioeléctrico incidente con el fin de determinar la dirección y la atenuación o amplitud correspondiente de un rayo aguas abajo. El mapa 31 en sí mismo no tiene aquí por tanto más que un fin didáctico, ya que los datos que lo definen están contenidos en los bloques 32, 33, que explota un calculador.

Como variante, la estación de base 11 podría estar sustituida por una estación con la misma función, pero de alcance reducido, para definir una microcélula. Como se ha indicado al principio, las microcélulas están implantadas en las zonas de fuertes relieves o en ciudad, para cubrir las zonas de sombra radioeléctrica de las células clásicas.

Se supone aquí que la trayectoria de un rayo radioeléctrico, o haz estrecho, que une la estación 11 con el móvil 21 en la célula 1, encuentra los obstáculos 41 y 42, respectivamente un edificio y los árboles de un bosque. Para exponerlo de forma simple se supone aquí que los obstáculos 41 y 42 de la figura 1 no desvían la trayectoria, que sigue siendo rectilínea, sin reflexión o refracción debida a éstos.

La figura 2 representa en ordenadas, en decibelios (dB), el nivel S de la señal radioeléctrica en función de la distancia X recorrida en la trayectoria, representada en abscisas. Partiendo del nivel de emisión, la disminución del nivel con la distancia de propagación representa por tanto la atenuación. Esta atenuación es la suma de las atenuaciones de los diversos segmentos o tramos de la trayectoria, correspondiendo cada tramo a un medio de propagación espe-
cífico.

Se distinguen aquí cinco tramos, con referencias en orden de 51 a 55, que corresponden respectivamente para el primero 51 a la atenuación debida al trayecto aéreo que va de la estación 11 a un edificio 41, para el segundo 52 a la atenuación debida a la travesía del edificio 41, para el tercero 53 a la atenuación debida al trayecto aéreo que sigue hasta el borde de un bosque 42, para el cuarto 54 a la atenuación debida a la travesía del bosque 42, y para el quinto a la atenuación debida al trayecto aéreo hasta el terminal móvil 21.

La atenuación lineal de propagación radioeléctrica en el espacio libre en el aire, representada por la pendiente del nivel en la figura 2, es una constante física bien conocida para una frecuencia de portadora determinada, y el calculador 30 puede por tanto, a partir de las distancias de propagación tomadas en la base de datos representativa del mapa 31, calcular las tres atenuaciones correspondientes. Por el contrario, los obstáculos 41, 42 corresponden a atenuaciones incrementadas. Además, como se ha mencionado, ciertos tipos de obstáculos pueden también desviar la trayectoria, como está ilustrado en la figura 4. Ahora bien, para verificar la cobertura radioeléctrica previsible es preciso poder estimar mediante el cálculo el nivel de campo en diversos puntos repartidos en toda la célula 1, para los enlaces entre la estación de base 11 y el terminal móvil 21.

El balance del enlace previsible así calculado, o suma de las atenuaciones asociadas a los tramos de trayectoria 51 a 55, no debe exceder de la desviación entre el nivel máximo Nm de emisión de la estación 11 y un umbral predeterminado Sm de sensibilidad del terminal 21. Sucede lo mismo para el sentido denominado ascendente de comunicación del terminal 21 hacia la estación 11 en lo que se refiere a un nivel de emisión máximo del terminal 21, aquí 2 watios, y un nivel de sensibilidad de la estación 11. Estos niveles de sensibilidad tienen en cuenta un código de detección de los errores de propagación, y de corrección de un número limitado de bits erróneos, en los paquetes de bits intercambiados a través de las vías temporales de una trama de radio.

A efectos de eficacia los cálculos de atenuación en ordenador no deben necesitar más que una duración limitada, mucho menor de una jornada de trabajo.

Para hacer esto, el mapa 31 se presenta en la forma de un mapa geográfico digital en relieve que representa la célula 1 y la base de datos 32, 33 especifica las posiciones de los relieves como 41 y 42 y otros, y sus naturalezas determinan las condiciones de propagación radioeléctrica, tales como edificios elevados, bosque, zonas urbanizadas, lagos y otros. En una fase inicial, antes de la fase de explotación de cálculo de las atenuaciones, se efectúa un entrelazado de mallas predeterminado del mapa 31 y en cada malla 34 de la matriz geográfica así determinada se asocian los datos numéricos de los relieves que tiene para así disponer de una base de datos matricial, o mosaico, de especificación de los relieves, utilizable en la fase de explotación.

En la práctica, un operador humano o el calculador 30 define el entrelazado de mallas y almacena, en los bloques 32 y 33, respectivamente los datos de forma del relieve de cada malla 34 y los datos de la naturaleza de los relieves. Como se ha mencionado antes, estos datos identifican relieves, tales como bosques, edificios, y una tabla general de correspondencia permite determinar a partir de ellos valores de las características de radio, es decir de parámetros que determinan las condiciones de propagación de los rayos que alcanzan el relieve considerado. Como variante, los valores de los parámetros de propagación son directamente almacenados en el bloque 33, sin necesidad de almacenar los tipos de los relieves.

En la fase de explotación, ejecutada en la práctica por el calculador 30 para la estimación de previsión de la cobertura radioeléctrica de la célula 1, por la estación de base radioeléctrica 11 de gestión de tráfico de la célula 1, por medio de la base de datos 32, 33 del mapa en relieve se especifican las posiciones y naturaleza de los relieves como los 41 y 42 de la célula 1.

El calculador lanza de forma ficticia sobre la célula un rayo de comprobación representativo de las condiciones de propagación radioeléctrica según un tramo inicial de trayectoria, por ejemplo 11, 41 desde una posición de origen y según una dirección y condiciones de propagación determinadas, es decir en la práctica a través del aire.

Por la lectura de la base de datos el calculador compara el tramo 11, 41 de trayectoria con los datos del mapa en relieve, precisamente aquí los del bloque 32, para identificar la posición y la naturaleza correspondiente a cualquier punto de impacto del tramo de trayectoria con un relieve 41 en el ejemplo.

De acuerdo con la naturaleza especificada del relieve considerado 41, el calculador determina nuevas condiciones de propagación en una parte aguas abajo de la trayectoria 41, 42 (tramo 52) más allá del punto de impacto en
41.

El calculador repite, dado el caso, las dos etapas precedentes un número determinado de veces para otros impactos de partes aguas abajo 53, 54 de la trayectoria.

De acuerdo con las condiciones de propagación en la totalidad de la trayectoria 11 a 21 el calculador determina una atenuación acumulada para cualquier punto seleccionado de ésta, y repite todas las etapas anteriores una pluralidad de veces para una pluralidad de direcciones iniciales a fin de comprobar toda la célula y así determinar un mapa de atenuaciones de los puntos seleccionados.

Además, habiendo previamente elaborado en la fase inicial la base de datos 32, 33 en forma de matriz, o mosaico, de los datos de especificación local y autónoma de la pluralidad de mallas predeterminadas 34 del entrelazado de mallas correspondiente del mapa 31, esto permite en la fase de explotación

- comparar la posición correspondiente a un punto en el entrelazado de mallas para identificar la malla de impacto 34, y

- calcular las condiciones de propagación tras el impacto (tramo 41-42 por ejemplo) a partir de los datos de especificación local y autónoma del relieve de la malla de impacto 34.

Así, de una forma general, la base de datos 32, 33 especifica en cada malla, especialmente en la memoria 33, la anisotropía radioeléctrica local, es decir las distorsiones aportadas al rayo, tales como deflexión, atenuación, difracción, polarización y otras. De cualquier modo está definido para cada malla 34 un elipsoide de anisotropía que determina las condiciones de propagación en el espacio, elipsoide referido a tres direcciones propias, por ejemplo tres vectores unitarios ortogonales de abscisas, ordenadas, tales como paralelo, meridiano y vertical locales.

El elipsoide anterior es de hecho múltiple, pues especifica los valores de varias variables de propagación, permitiendo calcular por ejemplo la dirección de salida de un rayo incidente en función de su ángulo de llegada, en el mapa 31, o incluso la atenuación correspondiente de travesía de la malla 34 en función de las dos direcciones de incidencia y de salida. Se trata por tanto de una matriz de transformación de las condiciones de propagación de las diversas mallas, cuyos datos están almacenados por zonas independientes en el bloque 33.

La lectura en el bloque 33 de la zona apropiada asociada a la malla de impacto 34 permite por tanto determinar rápidamente las condiciones de propagación de salida de la malla a partir del tramo de trayectoria de entrada, por ejemplo 11, 41. En particular, un bit por malla 34 puede especificar si la malla 34 considerada contiene o no un obstáculo. Por la lectura directa de éste, eventualmente clasificado con sus homólogos en un registro de tamaño limitado y de acceso rápido, se detecta de este modo inmediatamente una ausencia de indicación de obstáculo y el calculador 30 pasa inmediatamente al examen de la malla siguiente, sin cálculo de las nuevas condiciones de propagación. Así, excepto la lectura del bit indicador de la presencia de obstáculo, el calculador 30 no consulta entonces el bloque 33 que especifica la naturaleza de los obstáculos radioeléctricos. No es necesario un cálculo de atenuación correspondiente a un punto, de malla en malla, en la trayectoria. La atenuación acumulada puede en efecto ser calculada únicamente en caso de obstáculo por el cálculo de la distancia entre las dos mallas 34 de extremo del tramo considerado. La experiencia ha mostrado que los cálculos para una célula de 500 metros de radio medio necesitan aproximadamente 1 minuto de calculador de potencia media.

Habiendo el calculador 30 fijado o calculado el ángulo del rayo incidente en el espacio del mapa 31, puede así leer directamente en el bloque 33 todos los valores correspondientes de los parámetros de propagación del rayo que sale de la malla 34, caso de que el rayo pueda efectivamente salir.

Se observará que al estar el mapa 31 en relieve, el entrelazado de mallas de los datos es preferiblemente, como en este ejemplo, efectuado en tres dimensiones independientes, como las mencionadas anteriormente. En otros términos, se puede definir un entrelazado de mallas bidireccional de mallas 34 denominadas horizontales, correspondiendo en cada malla horizontal 34 un volumen en extensión vertical dividido en diferentes altitudes, eventualmente específicas de cada malla horizontal 34, por planos u otras superficies, con objeto de determinar volúmenes elementales teniendo cada uno datos de propagación particulares almacenados en una zona del bloque 33. En la mayoría de los casos son suficientes dos volúmenes elementales por malla horizontal 34, conteniendo el de abajo por ejemplo la totalidad de un edificio, y correspondiendo el de arriba al espacio libre. Por el contrario, en el caso de relieves con desplome, tales como los edificios en arco o puentes, hay que prever un tercer volumen elemental, en propagación libre, bajo un volumen elemental que contiene el obstáculo considerado.

En otros términos, para cada malla 34 se representa el mapa 31 por un haz de cadenas de píxeles en extensión vertical y se dividen las cadenas de píxeles para constituir volúmenes elementales apilados de mallas volumétricas, en las que cada una tiene datos particulares.

Los datos de especificación de las características o naturaleza de los relieves de cada malla 34, integradas durante la fase inicial, pueden corresponder a uno o varios de los datos siguientes.

Los datos de especificación de los relieves de la memoria 32 pueden consistir en datos de orientación geográfica de los relieves, que indican por ejemplo un plano de reflexión radioeléctrica. Conociendo la parte o segmento de trayectoria incidente se deduce mediante cálculo la dirección de la parte de la trayectoria aguas abajo reflejada, que es la simétrica con respecto a la normal al plano de reflexión en el punto de impacto. En el aire, en ausencia de obstáculo en el primer elipsoide de Fresnel (propagación directa), la atenuación en campo próximo es aproximadamente 20 dB/km en los primeros 500 metros de trayectoria; más allá toma el valor de 30 dB/km.

La figura 3 ilustra el contenido de una tabla de datos dispuestos en matriz del bloque 33, contenido que está presentado esquemáticamente en la forma gráfica de una parte del mapa 31 con objeto de ser explicado más clara-
mente.

La figura 3 representa algunas mallas horizontales 34 en las que se ha trasladado la superficie ocupada por un edificio. El edificio considerado tiene cuatro muros rectilíneos, con referencias 61 a 64, y presenta una forma de trapecio con cuatro esquinas de muros o aristas verticales 65 a 68.

En el bloque 33 las cuatro mallas que tienen cada una de las aristas de muro tienen datos que especifican esta característica. Puede además estar previsto especificar el valor del ángulo de la arista e incluso la orientación de sus lados. Las otras mallas 34 atravesadas por uno de los muros 61 a 64 tienen datos que especifican esta particularidad. En la práctica aquí, estos datos especifican la orientación del muro considerado, es decir su dirección azimutal. Puede estar previsto especificar también la inclinación del relieve cuando se trata de otros relieves, por ejemplo naturales. En casos parecidos, estos datos de orientación del plano del relieve pueden estar definidos por la normal al relieve, expresada por ejemplo según las coordenadas tridimensionales anteriormente mencionadas.

Sin embargo, para limitar el tamaño del bloque 33 puede estar previsto limitar los datos de orientación del relieve a los datos de azimut y en explotación la dirección del rayo reflejado del tramo aguas abajo se calcula considerando que los relieves de reflexión del rayo considerado son verticales, lo que es el caso general en las ciudades.

Se puede también integrar en el bloque 33 de la base de datos matricial datos que especifiquen una naturaleza de la superficie del terreno tal como bosque, zona urbana y otras, y en explotación el sistema 30 calcula las condiciones de propagación en el tramo aguas abajo de acuerdo con la naturaleza de la superficie del terreno tal como se ha especificado.

En la fase inicial, si se integran los datos de aristas de los relieves en el bloque 33 de la base de datos matricial, esto permite en explotación calcular una dirección de tramo aguas abajo del rayo refractado a partir de los datos de las aristas. Como se ha indicado, la refracción está provocada en general por ángulos o aristas verticales de los edificios. No obstante, pueden igualmente ser especificados en el bloque 33 los bordes y aristas de las cumbreras de los tejados para determinar igualmente una dirección de refracción del rayo incidente, así deflexionado hacia abajo, por ejemplo. Las deflexiones anteriores aumentan el tamaño de la zona de cobertura de la célula 1 ya que dirigen el rayo refractado hacia el volumen que, en propagación lineal, sería una zona de sombra.

En la fase inicial el sistema integra en la memoria datos de atenuación de los relieves en la base de datos matricial 33 y en explotación el sistema determina una atenuación del rayo a partir de los datos de atenuación anteriores.

Los datos de atenuación pueden referirse a la reflexión en los relieves 60 y entonces se utilizan para calcular la atenuación de los rayos reflejados, por ejemplo 7 dB aproximadamente, valor que depende de la naturaleza morfológica de la fachada, tal como vidrio, ladrillo u otros.

Además o en lugar de, los datos de atenuación pueden referirse a la propagación a través de los relieves 41, 42, 60 y son entonces utilizados para calcular la atenuación de los rayos que ahí se propagan, como está ilustrado en la figura 2.

En particular, los datos de atenuación de propagación a través de los relieves 41, 42 pueden tener además datos de transición de los medios de propagación, que especifican las atenuaciones de penetración en los relieves, o de cambio de medio de propagación, que se utilizan para determinar una atenuación local de penetración, aire/edificio por ejemplo.

La figura 4 es homóloga a la figura 3 pero el inmueble 70 que representa tiene, visto desde arriba, una forma simplificada, triangular en este ejemplo, para hacer más simple la exposición. Un rayo incidente 81 alcanza un punto de una fachada 71 del edificio 70, punto de impacto que está situado en una malla 34 atravesada por la fachada 71.

De acuerdo con los datos correspondientes de la malla del bloque 33, que indican la dirección azimutal de la fachada 71 y que indican que la malla 34 considerada está (totalmente) atravesada por la fachada 71, el calculador 30 determina que el rayo incidente 81 se refleja ahí según un rayo 82 del que calcula la dirección de salida, dirección que forma, con la normal local 72 a la fachada 71, un ángulo igual y opuesto al del rayo incidente 81.

Como se ha representado, el rayo reflejado 82 define de hecho la dirección principal de un lóbulo 84 de rayos anejos 83 que lo rodean formando por lo tanto en el espacio un ángulo sólido. En efecto, el rayo 81 excita la zona que alcanza y crea de este modo una fuente secundaria que difunde la radiación electromagnética según un diagrama más difuso, es decir más isótropo, que una fuente primaria clásica.

Con objeto de establecer mejor un modelo de propagación, en este ejemplo el sistema determina, mediante un algoritmo de cálculo de la dispersión angular, la pluralidad de direcciones de los rayos 82 y 83 con atenuaciones específicas que forman el ángulo sólido de difusión del rayo incidente 81 más allá del punto de impacto. Esto puede referirse a los rayos reflejados por superficies no homogéneas, tales como fachadas de edificios con ventanas y balcones, y los rayos difractados. Para ilustrar estos últimos, un rayo incidente 91 alcanza además la fachada 71 pero en la zona de la arista vertical 73. Los datos del bloque 33 de la malla 34 considerada especifican entonces la presencia de la arista, indicando una dirección de difracción principal mediante un rayo saliente 92 y un ángulo sólido 94 de rayos difractados anejos 93. La explicación anterior vale también para las aristas inclinadas sobre la vertical. Por lo tanto se puede en particular también considerar la figura 4 como que es una sección vertical de un relieve a través de las filas horizontales superpuestas de mallas, que ilustran el hecho de que el rayo difractado puede "sumergirse" en el suelo, en un volumen que podría suponerse que es la zona de sombra radioeléctrica.

Se observará que el bloque 33 puede contener a la vez datos de orientación para calcular una reflexión parcial 82 y datos de cálculo de un rayo refractado 92 si se considera que el rayo incidente 81, 91 presenta una sección del orden de magnitud de una malla 34, que no está afectada más que parcialmente por la presencia de la arista 73.

Con referencia a la figura 5, la atenuación de difracción sobre un tejado Ltàm (tejado de móvil), puede calcularse mediante la fórmula siguiente:

Ltàm = -16,9 - 10log(W) + 10log(f) + 20log(hb-Hm)

donde pris=0 si el cálculo anterior da Ltàm<0

con

W: anchura de una rueda de recepción vista de la antena de la estación 11.

F: frecuencia en MHz

Hb: altura del tejado difractante hacia el móvil 21

Hm: altura de antena del móvil 21.

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Con el fin de mejorar aún más la precisión de las estimaciones de atenuación se cuentan en este ejemplo los impactos sucesivos en la trayectoria (51 a 55; 81, 82; 91, 92) y, en este caso de segundo impacto, se considera para determinar las condiciones de propagación más allá de este impacto que el rayo ha sido polarizado durante el primer impacto. En efecto, un rayo que ha sido reflejado o refractado por una fachada de un edificio sufre una polarización, al menos parcial, sensiblemente vertical. Debido a esto, a falta de las componentes de polarización horizontal, eliminadas durante el primer impacto y que representaban una gran parte de la atenuación total, la atenuación tiene un valor reducido durante los siguientes impactos. El rayo de cualquier forma ha sido adaptado a los obstáculos. La atenuación de reflexión pasa así, por término medio, de 7 dB en la primera reflexión a 3 dB en las siguientes.

A fin de disponer de datos de cobertura radioeléctrica en las diversas etapas de los edificios y para también tratar las formas en desplome mencionadas anteriormente, en este ejemplo se establece en tres dimensiones el mapa o base del terreno de las atenuaciones.

Para evitar prolongar inútilmente el tiempo de cálculo el sistema cuenta con los impactos sucesivos del rayo y se compara el total con un valor de umbral alto para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se alcanza el umbral.

Con el mismo fin, como complemento o en lugar de, en cada impacto el sistema determina la atenuación acumulada y la compara con un valor de umbral de atenuación máximo para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se alcanza el umbral.

Se resaltará que se puede, como variante de este ejemplo particular, aplicar el principio de retorno inverso del rayo, es decir emitirlo desde una posición cualquiera del terminal 21 en dirección a la estación 11, desplazando como anteriormente la posición del terminal 21 en toda la célula 1.

Sin embargo, en casos parecidos, existe una cierta incertidumbre sobre el éxito de esta prueba, ya que un rayo emitido en la dirección de la estación 11 se arriesga a ser desviado y que, inversamente, un rayo emitido en otra dirección sufrirá una desviación por un relieve y la alcanzará. Será preciso por tanto prever un número mayor de lanzadores de rayos, por ejemplo en un gran ángulo sólido que contenga la estación 11, teniendo en cuenta las desviaciones previsibles, por ejemplo un tejado de un edificio a efecto de refracción, próximo al terminal 21.

De esta forma, se puede adoptar como posición de origen una posición prevista para la estación 11, o bien se toma como posición de origen una posición cualquiera en la célula 1 y la dirección de lanzamiento del rayo se elige de acuerdo con las posiciones y naturaleza de los relieves próximos para que pase en la proximidad de la estación 11. De este modo es explotable una proporción suficiente de cálculo.

El procedimiento puede en particular ser utilizado para microcélulas en contacto con, si no incluidas en, (macro)células. Teniendo en cuenta la altura elevada de las antenas de estas últimas, la propagación ahí está menos perturbada y los cálculos pueden ahí ser efectuados por un procedimiento clásico de propagación. Habiendo así calculado, según el presente procedimiento, las condiciones de propagación en una microcélula en contacto con una (macro)célula, se calculan las condiciones de propagación en la célula y se efectúa a continuación un cálculo de ajuste de los resultados de los dos cálculos relativos a una zona de frontera entre célula y microcélula.

El mapa 31 tiene aquí un paso de entrelazado de mallas del terreno de aproximadamente 5 metros según paralelos y meridianos. Puede en particular obtenerse por interpolación lineal a partir de un mapa milimétrico del IGN a escala muy pequeña, con mallas sensiblemente con la forma de grandes cuadrados de 50 metros de lado, que tiene una base de datos vectorial que define además la altimetría del terreno, las posiciones de los relieves y su naturaleza. El sistema de cálculo establece una malla con un paso de 5 metros dividiendo cada cuadrado grande en cien pequeños cuadrados de 5 metros de lado. La superficie delimitada por cada cuadrado pequeño determina de este modo un subconjunto correspondiente de los datos que definen las posiciones y naturaleza de los relieves.

A continuación el sistema de cálculo efectúa un ajuste, o filtrado espacial de paso bajo, mediante un cálculo de interpolación que tiene en cuenta los datos de altimetría anteriores de los grandes cuadrados vecinos de este considerado, en línea, en columna y en diagonal. El calculador 30 modula de este modo, por ejemplo, los datos de altitud del suelo por medio del cuadrado grande considerado para determinar un valor local más probable para cada cuadrado pequeño con objeto de obtener así un subbloque matricial de datos de altimetría, que constituye una de la pluralidad de zonas del bloque 32.

Otros datos de orden global, por ejemplo de especificación de la superficie del terreno, tal como bosque, zona urbana, terreno vacío u otros, pueden ser calculados de esta forma. Los datos de orden más puntual, que por ejemplo especifican una orientación de fachada de edificio para el bloque 33, son por el contrario establecidos preferiblemente de acuerdo con las tomas de datos realizadas en el terreno, por ejemplo fotos aéreas. El subbloque matricial de los datos de la superficie del terreno es preferiblemente, como aquí, completado por un subbloque matricial de datos de altura de la superficie del terreno obtenidos por diferencia entre la altitud de este último y la altitud del suelo, con respecto al mar. Los datos de los bloques 32, 33 son de este modo más precisos y actuales.

Claims (17)

1. Procedimiento de estimación de previsión de la cobertura radioeléctrica de una célula (1), de una red de radiotelefonía celular, por una estación radioeléctrica (11) de gestión de tráfico de la célula (1), por medio de una base de datos (32, 33) de un mapa en relieve (31) que especifica las posiciones y naturaleza de los relieves (41, 42) de la célula (1), procedimiento en el que un sistema de cálculo en una fase de explotación,

- lanza de forma ficticia en una célula (1) un rayo de prueba representativo de las condiciones de propagación radioeléctrica, según un tramo inicial de la trayectoria (51) desde una posición de origen y según una dirección y condiciones de propagación determinadas,

- por la lectura de la base de datos (32, 33) el sistema de cálculo compara el tramo de la trayectoria (51) con los datos del mapa en relieve (31) para identificar la posición y la naturaleza correspondientes de cualquier punto de impacto del tramo de la trayectoria (51) con un relieve (41, 42),

- de acuerdo con la naturaleza especificada en la base de datos del relieve considerado (41, 42), el sistema de cálculo determina las nuevas condiciones de propagación en un tramo aguas abajo de la trayectoria (52) más allá del punto de impacto,

- el sistema de cálculo repite, dado el caso, las dos etapas precedentes un número determinado de veces para otros impactos de los tramos de aguas abajo (52-55) de la trayectoria,

- de acuerdo con las condiciones de propagación en la totalidad de la trayectoria, el sistema de cálculo determina una atenuación acumulada para cualquier punto seleccionado de ésta, y

- el sistema de cálculo repite todas las etapas anteriores una pluralidad de veces para una pluralidad de direcciones iniciales a fin de comprobar toda la célula (1) y así determinar un mapa de atenuaciones de los puntos seleccionados,

procedimiento caracterizado por el hecho de que,

en una fase inicial,

- el sistema elabora la base de datos (32, 33) en la forma de una matriz de datos, de acceso directo, de especificación local y autónoma de las posiciones y naturaleza de los respectivos relieves (41, 42) de una pluralidad de mallas predeterminadas de un entrelazado de mallas correspondiente del mapa (31), y

- el sistema memoriza los datos de orientación geográfica de los relieves en la base de datos matricial (32, 33)

en la fase de explotación, el sistema de cálculo

- compara la posición correspondiente del punto en el entrelazado de mallas para identificar una malla de impacto,

- calcula las condiciones de propagación tras el impacto a partir de los datos de especificación local y autónoma del relieve de la malla de impacto, y

- calcula una dirección de un rayo reflejado del tramo aguas abajo (52) a partir de los datos de orientación.

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2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la memorización se limita a los datos de azimut y en explotación la dirección del rayo reflejado del tramo de aguas abajo (82) se calcula considerando que los relieves de reflexión (71) son verticales.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que se integran en la base de datos matricial (32, 33) datos que especifican una naturaleza de la superficie del terreno y en explotación el sistema calcula las condiciones de propagación en el tramo aguas abajo (52) de acuerdo con dicha naturaleza de la superficie del terreno.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que, en la fase inicial, se integran los datos de las aristas (73) de los relieves en la base de datos matricial (32, 33) y en explotación el sistema de cálculo calcula una dirección del tramo aguas abajo refractado (92) a partir de dichos datos de las aristas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, en la fase inicial, los datos de atenuación de los relieves (41, 42) se memorizan en la base de datos matricial (32, 33) y en explotación el sistema calcula una atenuación de propagación en el tramo de aguas abajo a partir de dichos datos de atenuación.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que los datos de atenuación relativos a la reflexión en los relieves (41, 42) se utilizan para calcular la atenuación en el tramo aguas abajo (52).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 y 6, en el que los datos de atenuación relativos a la propagación a través de los relieves (41, 42) se utilizan para calcular la atenuación de los rayos que ahí se propagan.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que los datos de atenuación de propagación a través de los relieves (41, 42) tienen además los datos de transición entre los medios de propagación, que especifican atenuaciones de penetración en los relieves (41, 42), que se utilizan para determinar una atenuación local de penetración.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que, disponiendo de un algoritmo de cálculo de dispersión angular del rayo tras el impacto, el sistema calcula una pluralidad de direcciones de tramos aguas abajo con atenuaciones específicas que forman un ángulo sólido (84) de difusión del rayo más allá del impacto.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el sistema cuenta los impactos sucesivos en la trayectoria y, en caso de un segundo impacto, el sistema considera para calcular dichas condiciones de propagación más allá que el rayo ha sido polarizado durante el primer impacto.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el sistema cuenta los impactos sucesivos en la trayectoria y compara el total con un valor de umbral alto para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se ha alcanzado el umbral.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que en cada impacto el sistema determina la atenuación de propagación acumulada y la compara con un valor de umbral de atenuación máximo para cesar de ejecutar las etapas del procedimiento cuando se ha alcanzado el umbral.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el mapa de atenuaciones es memorizado en tres dimensiones.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que, para elaborar la base de datos (32, 33), el sistema representa el mapa (31) mediante un haz de cadenas de píxeles de extensión vertical y divide las cadenas de píxeles para constituir volúmenes elementales apilados de mallas de volumen, teniendo cada una datos particulares.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el sistema adopta como posición de origen una posición prevista para la estación (11).

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el sistema adopta como posición de origen una posición cualquiera en la célula, y la dirección de lanzamiento del rayo se elige, de acuerdo con las posiciones y naturaleza de los relieves próximos, para que el rayo pase en la proximidad de la estación (11).

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, en el que habiendo calculado así las condiciones de propagación en una microcélula en contacto con una célula, el sistema calcula las condiciones de propagación en la célula y efectúa a continuación un cálculo de ajuste de los resultados de los dos cálculos relativos a una zona de frontera entre célula y microcélula.