ES2336309T3 - Procedimiento para establecer un mapa de cobertura de radio. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de establecimiento de un mapa de cobertura de radio de, al menos, una célula (1) de una red de radiotelefonía celular, por medio de un sistema de cálculo (30) que disponga de datos (32) memorizados previamente de un mapa geográfico (31) que comprenda la posición de la célula (1), y de una estación de radio de base asociada (11), que disponga de datos memorizados previamente que especifiquen un nivel de emisión (35) de la estación (11) y un nivel de umbral de sensibilidad (36) de recepción de radio (S0) de terminales (21) en la célula (1), y que disponga de datos, memorizados previamente, de una ley de atenuación (33) de propagación de radio, por cuyo procedimiento, el sistema de cálculo (30): - a partir de los datos de mapa (32), convierte el mapa (31) de la célula (1) en una estructura reticular formada por pluralidad determinada (N1) de píxeles (34) del mapa (31) que ocupen posiciones en las que memoriza datos representativos, - por comparación de los datos del mapa (32) que especifiquen la posición de la estación (11) con los datos de posición de cada píxel (34), y, de acuerdo con la ley de atenuación (33), calcula una pluralidad (N1) de atenuaciones de propagación de radio del nivel de emisión (35) de la estación (11) en los píxeles respectivos (34), de las que deduce, a partir del nivel de emisión (35) de la estación (11), una pluralidad de niveles medios de recepción (S1m), asociados con los píxeles (34) respectivos, que memoriza (38), - compara la pluralidad de niveles medios de recepción (S1m) memorizados con el umbral de sensibilidad (S0) para determinar una pluralidad de sentidos de desigualdad entre el valor del umbral (S0) y el valor del nivel medio de recepción (S1m) asociado con cada píxel (34), y deducir, a partir de ellos, el mapa de cobertura de radio de la célula (1), - una vez memorizados los datos (37) que representen una ley de fluctuación temporal (370) de la atenuación de propagación de radio, y una vez que pueda acceder a ellos, aplica la ley de fluctuación (370) a la pluralidad N1 de niveles medios de recepción (S1m), - determina, a partir de ello, una pluralidad correspondiente (N1) de probabilidades (P, 311) de que dichas desigualdades respectivas tengan un sentido determinado, y - establece el mapa de cobertura de radio al asociar con cada píxel (34) datos que representen dicha probabilidad (P, 311).
Description
Procedimiento para establecer un mapa de
cobertura de radio.
La presente invención se refiere a redes de
radiotelefonía celular, y, más concretamente, durante la definición
de una red prevista por un operador, a la estimación prevista de la
cobertura de radio en cada una de las células, es decir, a la
eficacia de la oferta de servicio de comunicaciones destinado a
terminales móviles.
Una estimación de este tipo se conoce, en
general, merced al documento
WO-A-01/06349.
Una red de radiotelefonía celular está
constituida por una pluralidad de estaciones de radio terrestres de
base que garantizan la cobertura de radio de zonas que definen
células respectivas. Para poder establecer las comunicaciones entre
los terminales de radio móviles de una célula y la estación, los
circuitos receptores de éstos tienen que recibir las señales por
encima de su umbral de sensibilidad.
El ruido electrónico de los componentes de los
circuitos receptores se añade al ruido de propagación de radio y
puede hacer inutilizable la conexión, por ejemplo, durante una
conexión digital, al provocar una detección errónea de algunos de
los bits transmitidos. Cualquiera que sea el tipo de modulación
utilizado, el riesgo de error de detección de los bits aumenta
rápidamente cuando el nivel de señal útil recibida, y, por tanto,
la relación señal/ruido, baje hasta un valor de umbral que sólo
ofrezca un margen de seguridad mínimo contra los impulsos de
ruido.
Una codificación de emisión de paquetes de bits
de datos con redundancia, mediante código autocorrector, permite al
receptor detectar errores, y corregirlos, si su número es limitado.
Ello permite tolerar una disminución adicional limitada del nivel
de recepción, pero, si se sobrepasa, el número excesivo de errores
impedirá completamente la detección. Aun cuando la conexión lógica
con la estación pueda establecerse inicialmente y mantenerse
mediante señales de servicio, una proporción excesiva de bits
útiles erróneos hará inútilizable la reserva de una vía de
transmisión útil para la voz digitalizada y otros datos.
De manera general, es necesario prever, en las
estaciones y los terminales, circuitos receptores de alta
sensibilidad, es decir, con umbral de detección relativamente bajo,
y circuitos emisores potentes.
Desde el punto de vista de la recepción, los
componentes de los circuitos utilizados se seleccionan de manera
que sólo presenten un nivel bajo de ruido intrínseco. Por tanto, se
puede amplificar mucho la señal útil recibida, hasta que el nivel
de ruido intrínseco, amplificado con la señal útil, empiece a
volverse perturbador. De ese modo se alcanza el umbral de
sensibilidad del receptor. Las distorsiones de propagación de radio
constituyen también una causa de error, que limita las
posibilidades de detección de las señales débiles.
Desde el punto de vista de la emisión, la
potencia de las estaciones tiene que limitarse, para evitar
perturbaciones entre células u otros sistemas de radio. Igualmente,
la potencia de emisión de los terminales tiene que limitarse, para
preservar la autonomía de su batería y la salud de los usuarios.
Por tanto, el operador no puede garantizar que
todos los terminales de una célula recibirán una señal de un nivel,
al menos, igual al umbral de sensibilidad que permita una conexión
de radio, habida cuenta, en particular, de obstáculos de radio
tales como las paredes de un apartamento o la carrocería de un
automóvil que transporte al usuario. Lo anterior es aplicable al
sentido ascendente, en dirección a la estación.
En la práctica, como el nivel del campo de radio
disminuye con la distancia de acuerdo con una ley de atenuación
conocida, el tamaño o "radio" de las células queda limitado por
la distancia a la que el nivel de campo disminuye, sensiblemente,
hasta el umbral de sensibilidad de los terminales, pero con un
margen de seguridad determinado que permita tener en cuenta
obstáculos transitorios a la propagación de radio que provoquen un
desvanecimiento de la señal.
El operador de la red tiene en cuenta, también,
el relieve de la célula y la naturaleza del suelo, edificios,
bosques y otros, con el fin de corregir los cálculos de nivel de
campo efectuados de acuerdo con la ley de atenuación. Así, en
función de estos cálculos, puede determinar zonas ocultas en la
célula, es decir, zonas en las que el nivel de recepción de las
señales de la estación sea inferior al umbral de sensibilidad de los
receptores.
En otros términos, y si cada célula se
estructura a modo de red formada por una pluralidad de píxeles que
representen, cada uno, una superficie de varias decenas o centenas
de metros cuadrados, el mapa de cobertura de radio estará
constituido por un mosaico de píxeles "negros" o "blancos"
en función de que el campo de la estación sea en ellos,
respectivamente, superior o inferior al umbral de buen
funcionamiento de los terminales. El problema de conexión
ascendente, en dirección a la estación, es menos crítico, pues ésta
está equilibrada, merced a la parametrización de las condiciones de
emisión y la concepción de la red, con la conexión descendente.
La solicitante se ha planteado el problema de la
validez de tal enfoque binario para representar, como se ha
mencionado en lo que antecede, o, de otro modo, el mapa de cobertura
del servicio radiotelefónico.
\newpage
La solicitante ha observado que el modo
antedicho de determinación de la existencia de cobertura de radio
no tenía en cuenta los aspectos dinámicos de la propagación de
radio, a saber, la evolución de la misma a lo largo del tiempo, y,
por tanto, las alternancias entre posibilidad e imposibilidad de
conexión de radio en la zona de cada píxel, en función de las
fluctuaciones del nivel recibido en torno al umbral de sensibilidad
de los receptores.
Así, la presente invención tiene por objeto
proponer un procedimiento de determinación del mapa de cobertura de
radio de una célula que exprese mejor la realidad.
Para este efecto, la invención se refiere a un
procedimiento de establecimiento de un mapa de cobertura de radio
con, al menos, una célula de una red de radiotelefonía celular, por
medio de un sistema de cálculo que disponga de datos memorizados
previamente de un mapa geográfico que comprenda la posición de la
célula, y una estación de radio de base asociada, que disponga de
datos memorizados previamente que especifiquen un nivel de emisión
de la estación y un nivel de umbral de sensibilidad de recepción de
radio de los terminales de la célula, y que disponga de datos
memorizados previamente de una ley de atenuación de propagación de
radio, por cuyo procedimiento, el sistema de cálculo:
- -
- a partir de los datos de mapa, convierte el mapa de la célula en una estructura reticular formada por una pluralidad determinada de píxeles del mapa que ocupen posiciones en las que memoriza datos representativos,
- -
- por comparación de los datos de mapa que especifiquen la posición de la estación con los datos de posición de cada píxel, y, de acuerdo con la ley de atenuación, calcula una pluralidad de atenuaciones de propagación de radio del nivel de emisión de la estación en los píxeles respectivos, de las que deduce, a partir del nivel de emisión de la estación, una pluralidad de niveles medios de recepción, asociados con los píxeles respectivos, que memoriza.
- -
- compara la pluralidad de niveles medios de recepción memorizados con el umbral de sensibilidad, para determinar una pluralidad de sentidos de desigualdad entre el valor del umbral y el valor del nivel medio de recepción asociado con cada píxel, y deducir a partir de ellos el mapa de cobertura de radio de la célula,
- -
- una vez memorizados los datos que representen una ley de fluctuación temporal de la atenuación de propagación de radio, y una vez que pueda acceder a ellos, aplica la ley de fluctuación a la pluralidad de niveles medios de recepción,
- -
- a partir de ello determina una pluralidad correspondiente de probabilidades de que dichas desigualdades respectivas tengan un sentido predeterminado, y
- -
- establece el mapa de cobertura de radio al asociar, con cada píxel, datos que representen dicha probabilidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Así, recuperando la representación a base de
imágenes de píxeles negros y blancos de la técnica anterior, la
invención propone píxeles con niveles de gris diferentes, es decir,
un enfoque dinámico que haga desaparecer las distorsiones que
existían entre la realidad y la estimación binaria, estática, de la
cobertura.
De ese modo, un píxel cuyo nivel "estático"
o "medio" de recepción, calculado de acuerdo con la ley de
propagación, sea inferior al umbral de sensibilidad, se asociará
con una probabilidad de posibilidad de conexión, o índice de
cobertura local, comprendida entre 0 y 50%, correspondiendo el
último caso, sensiblemente, al umbral. Así, un píxel blanco de la
técnica anterior se convierte en gris claro. Inversamente, un píxel
negro se convierte en gris oscuro, puesto que existe una
probabilidad de entre 0% y un 50% de que el nivel de recepción
correspondiente sea, temporalmente, inferior al umbral.
Por tanto, la cobertura de radio en cada píxel,
establecida por la probabilidad de superación o no del umbral, que
depende de la ley de atenuación y la ley de fluctuación del nivel de
recepción, traduce con una precisión adecuada la influencia de los
fenómenos que afecten a la propagación de radio.
La desigualdad considerada, y la probabilidad
asociada, puede indicar que el nivel recibido supere el umbral, y,
entonces, expresa el hecho de que hay cobertura de radio, o bien,
trata el caso opuesto, que indica no cobertura de radio. Por tanto,
los dos casos corresponden a cálculos que se refieren a ejes de
porcentajes de cobertura o no cobertura de direcciones opuestas,
expresándose perfectamente la cobertura de radio, en ambos casos,
directamente, por su valor o bien por su complemento. El caso de la
perfecta igualdad de los niveles comparados es un caso particular
sin significado específico, que puede asimilarse a uno u otro de
los casos de desigualdad.
Está previsto que el procedimiento de la
invención pueda aplicarse a varias células y, globalmente, a
cualquier región geográfica o administrativa.
De preferencia, el sistema de cálculo determina
también el mapa de cobertura de, al menos, otra célula de radio con
otra estación de base, que ocupe una posición que le permita cubrir
una zona de borde de la célula considerada, y asigna a los píxeles
de la zona de borde una probabilidad compuesta de desigualdad que
represente la composición de la probabilidad asociada a la emisión
de la estación de la célula considerada con una probabilidad
equivalente asociada a la emisión de la otra estación.
Por tanto, se mejora la modelización de la red
al considerar un efecto de ayuda mutua entre células, de tal manera
que el nivel de cobertura medio estimado de las células aumenta.
Como en la práctica el nivel de emisión de la estación se determina
por la distancia a las zonas de borde, el hecho de aumentar su
probabilidad de cobertura, por composición, evita la necesidad de
aumentar el nivel de emisión de la estación, que, por otro lado, no
presenta ningún interés en las zonas cercanas a la estación. Por
tanto, eventualmente, puede reducirse el nivel de emisión previsto
de la estación, y, en consecuencia, las perturbaciones en las otras
células, si se supera el valor global de cobertura de radio deseado
de la célula, o bien, puede aumentarse el tamaño de la célula.
Ventajosamente, al comprender el mapa datos de
densidad de población, el sistema de cálculo puede determinar la
densidad de población de cada píxel y ponderarla mediante la
probabilidad asociada con cada píxel.
Así, el mapa de cobertura traducirá una realidad
funcional y comercial, a saber, la estimación del porcentaje de
clientela que disponga del servicio de radio en un instante
determinado, o, también, el índice de disponibilidad funcional de
los terminales. Pero se comprenderá que se trata de probabilidades
medias que se aplican al conjunto de la población de terminales, y
que la probabilidad de disponibilidad de un terminal determinado
depende de su posición en la célula, y, en particular, a
priori, es más reducida en el borde de la misma.
Con el fin de verificar las especificaciones,
por ejemplo, el sistema de cálculo puede calcular la suma de las
probabilidades de la pluralidad de píxeles para determinar un índice
de cobertura de radio medio de la célula. El cálculo puede
referirse al mapa de cobertura puramente geográfico o al mapa de
cobertura de población, y, por tanto, a las probabilidades
ponderadas.
La invención se comprenderá mejor a partir de la
descripción que sigue de un modo preferido de puesta en práctica
del procedimiento de la invención destinado a definir las células de
una red de radiotelefonía celular, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
- la figura 1 representa, esquemáticamente, un
mapa geográfico que incluye parte de una red de radiotelefonía
celular en curso de elaboración,
- la figura 2 representa una curva de Gauss que
ilustra una ley de variación del nivel de una señal de radio
recibida,
- la figura 3 representa fluctuaciones de señal
recibida que ilustran la curva de Gauss de la figura 2, y
- la figura 4 ilustra la ponderación del mapa de
cobertura geográfica mediante un mapa de densidad de población.
La figura 1 representa, en un dispositivo de
presentación de un sistema de cálculo 30, un mapa 31 de una zona
geográfica de una red de radiotelefonía celular en curso de
definición, en el que se han incluido las posiciones previstas de
cuatro células de radio, con referencias 1, 2, 3 y 4,
respectivamente, que rodean a estaciones de base 11, 12, 13 y 14
respectivas. Como se ha representado, las células 1 a 4 se solapan
una con otra, presentando la célula 1 zonas de borde 120, 130 y 140
comunes, respectivamente, con las células 2, 3 y 4. Como se
comprenderá, el solapamiento entre células 1 a 4 sólo es un caso
particular en el contexto de la invención.
El mapa 31 consiste en una representación de
datos de un mapa digital (32) almacenado en una memoria 32 de una
base de datos 320 que contiene diversas memorias 32, 33 y 35 a 38
del sistema de cálculo u ordenador 30, cuyos medios de tratamiento
de cálculo, o unidad central, de memorización, registro y
presentación de datos, mediante un teclado y/o una pantalla de
presentación interactiva con ratón o similar, no se han representado
con detalle. El mapa digital (32) especifica los relieves naturales
y artificiales, así como su naturaleza, tales como bosques,
edificios u otros, lo que permite calcular una estimación de la
atenuación de radio de la conexiones afectadas por los
relieves.
El operador de la red a implantar dispone de una
gama de frecuencias y ha definido en ella y memorizado en el
ordenador 30, una pluralidad de valores de frecuencias de portadoras
que constituyen canales de transmisión, digitales en este ejemplo,
tales como los de las redes GSM o UMTS, asignados, respectivamente,
a las estaciones 11 a 14. Los valores de las frecuencias asignadas
se han memorizado en la base de datos 320, asociados con las
estaciones correspondientes.
Como ilustran las flechas 41 y 42, un terminal
de radio móvil 21, situado en la zona de borde con solapamiento
120, puede recibir las emisiones de varias estaciones, en este caso,
las dos estaciones 11 y 12. De las dos señales, o más, recibidas,
se considera como señal útil la de nivel más alto, por ejemplo, la
de la estación 11, y la otra, que proviene de la estación 12, será
una señal parásita, pero que puede convertirse en señal útil si las
condiciones de propagación de radio invierten la desigualdad de los
niveles. De manera accesoria, puede preverse, también, una gestión
de niveles con histéresis, para limitar el número de comunicaciones
de gestión (handover) de la movilidad de los terminales 21 entre
las células 1 a 4. Así, una señal de nivel superior que pierda su
primacía de nivel seguirá considerada como señal útil mientras que
la diferencia con la señal convertida en la más fuerte no supere un
valor determinado. Por tanto, de manera general, los límites de las
células 1 a 4 fluctuarán en función de las condiciones de
propagación de radio.
Puede estimarse un balance de la conexión de
radio correspondiente en función de las posiciones relativas de las
estaciones 11 a 14 en relación con la posición del terminal móvil 21
seleccionada por el ordenador 30, es decir, merced al cálculo de la
atenuación de transmisión. Esta atenuación depende, en particular,
de la distancia entre el emisor considerado y el terminal receptor
21, y puede calcularse fácilmente en caso de propagación en aire
libre, a partir de un valor de atenuación lineal de,
aproximadamente, 20 dB/km para la gama de frecuencias considerada y
para los 500 primeros metros, y 30 dB/km por encima de esa
distancia, o incluso, 40 dB/km en un entorno urbano. Eventualmente,
en caso de obstáculos de radio, los datos acerca de la naturaleza
de los relieves proporcionados por la base de datos 32 permitirán
estimar el balance de conexión de una trayectoria de propagación
determinada.
El mapa 31 se estructura en forma de una
pluralidad de mallas o píxeles adyacentes 34, que, en este caso,
representen, cada uno, un cuadrado de 5 metros de lado,
comprendiendo la célula 1 N_{1} mallas. El mapa 31 registrado
permite al ordenador 30 calcular un nivel de recepción S_{1m}
previsto de las señales de las estaciones 11 a 14 en cualquier
punto o píxel 34, si se ha fijado previamente su nivel de emisión, y
el ordenador podrá entonces guardar la pluralidad de niveles de
recepción previstos, asociados con la pluralidad de píxeles 34, en
una memoria 38 de la base de datos
320.
320.
La referencia 30 representa, de manera general,
un conjunto de tratamiento de datos cuya unidad central tiene
acceso a los datos necesarios, contenidos en la base de datos 320
(datos (32) de mapa geográfico, leyes de atenuación y otros),
habiendo sido guardados estos datos en memorias internas del propio
ordenador 30 o estando disponibles en memorias externas, por
ejemplo, bases de datos accesibles a través de una red de
transmisión de datos.
Una vez seleccionadas a priori las
posiciones de las estaciones 11 a 14 y sus potencias de emisión, y
guardadas en la memoria 35, y una vez determinada la ley de
atenuación de propagación de radio y guardada en la memoria 33, y
una vez hechos accesibles los datos correspondientes para el
ordenador 30, éste puede determinar el nivel de recepción S_{1m}
de las señales de la estación 11 en cualquier punto o píxel 34 del
mapa 31, por ejemplo, en la célula 1. El nivel S_{1m} es, en
realidad, un nivel medio de recepción, como se explicará en lo que
sigue. Igualmente, el ordenador 30 dispone de, guardado en una
memoria 36, un valor de umbral S_{0} de sensibilidad de recepción
del terminal 21, es decir, del nivel mínimo por el que la proporción
de bits erróneos alcanza un máximo admisible. Así, el ordenador 30
podrá determinar la diferencia entre el nivel de recepción S_{1m}
(nivel de emisión de la estación 11 disminuido en el valor del
balance de conexión) y el umbral de sensibilidad S_{0} (figura
2).
Si la diferencia
S_{1m}-S_{0} es positiva la recepción estará
garantizada casi todo el tiempo, y, si no, sólo será, como mucho,
ocasional.
Como se ha mencionado al principio, la
propagación de radio depende de contingencias que modulan el balance
de conexión a lo largo del tiempo t. Así, un obstáculo móvil puede
interponerse en el trayecto de las ondas, y atenuarlas, o por el
contrario, puede dar lugar a una reflexión que refuerce la señal
recibida por el terminal 21, "iluminando", por ejemplo, una
zona de sombra de radio. Tales fluctuaciones han sido estudiadas y
se han determinado sus particularidades estadísticas.
La figura 2 representa una curva de Gauss que
ilustra una ley 370 de fluctuación estadística del nivel de
recepción de radio. La curva de Gauss representa las diversas
probabilidades P asociadas, respectivamente, con diversos niveles
de recepción S_{1i}, representados en el eje de abcisas S_{1},
separados del nivel medio S_{1m}. En la práctica, se ha observado
que se trata de una ley logarítmica normal. A título indicativo, la
suma de las probabilidades asociadas con los niveles separados en
más de 1 desviación típica, DT, por uno de los lados, es igual a,
aproximadamente, un 16%. En otros términos, la probabilidad de que
un nivel instantáneo no esté separado en más de 1 desviación típica
DT en relación con el valor medio S_{1m} calculado mediante el
balance de conexión, es de un 68% (100 - 2x16 = 68), siendo dicha
probabilidad, sensiblemente, la mayor. Pero debe hacerse notar que
la invención no se limita a esta ley particular, susceptible de ser
modificada por efecto de condiciones particulares, por ejemplo,
pasos repetidos de móviles perturbadores, obstáculos o reflectores.
De manera general, resulta suficiente que el ordenador 30 disponga
de, en la memoria 37, la ley de variación o fluctuación estadística
370 para determinar, de acuerdo con el nivel de recepción medio
S_{1m}, la probabilidad de que un nivel instantáneo S_{1i} se
encuentre de un lado u otro en relación con el umbral de
sensibilidad S_{0}. Por tanto, la curva de la figura 2 representa
la forma de curva de Gauss de la ley 370 considerada, centrada en
el nivel de recepción medio S_{1m} calculado.
En la figura 2, se ha representado el umbral de
sensibilidad S_{0} del terminal 21, de valor fijo, y se ha hecho
deslizar (ficticiamente) la curva de Gauss en relación con el eje de
abcisas, para posicionar la abcisa S_{1m} de su vértice al nivel
determinado de acuerdo con el balance de conexión del punto de la
célula 1 considerado. De ese modo, la curva de Gauss 370 queda
dividida en dos partes, inferior y superior, que representan, cada
una, la probabilidad de que la señal instantánea sea inferior o
superior, respectivamente, al umbral de sensibilidad S_{0}. Así,
si el nivel medio recibido S_{1m} (vértice de la curva de Gauss)
es, como en este caso, superior al umbral S_{0} en, al menos, 1
desviación típica DT, la probabilidad de cobertura de radio será
de, al menos, un 84%, es decir, que el riesgo de un desvanecimiento
parcial de amplitud negativa que supere 1 desviación típica DT será
inferior al 16% en cualquier instante. Como muestra la concavidad,
orientada hacia arriba, de la rama inferior de la curva de Gauss, la
probabilidad de no cobertura disminuye rápidamente más allá de 1
desviación típica DT.
Se ha representado también el caso opuesto, en
el que el nivel medio S_{1m} se supone inferior al umbral de
sensibilidad del terminal 21, con referencia S'_{0}. Para
facilitar el dibujo, se ha dejado fijo el nivel medio S_{1m} y se
ha aumentado el umbral S_{0} hasta el nivel S'_{0}. Estos dos
casos de desigualdad entre el nivel medio S_{1m} y el umbral
S_{0} o S'_{0} se ilustran mediante la figura 3.
La figura 3 muestra un ejemplo de fluctuaciones
del nivel recibido S_{1}. Como sugieren muy esquemáticamente las
dos flechas que parten, respectivamente, de las dos zonas de la
curva de Gauss situadas fuera del "corazón" de la misma, que
van desde S_{1m} - DT hasta S_{1m} + DT en la figura 2, la señal
S_{1} permanece, estadísticamente, el 16% del tiempo t por debajo
del nivel S_{1m} - DT, y el 16% del tiempo por encima de S_{1m}
+ DT. Por tanto, puede verse que, para una señal media S_{1m}
recibida superior al umbral S_{0} en, al menos, 1 desviación
típica DT, la probabilidad, de que un impulso parásito negativo haga
bajar la señal instantánea recibida por debajo del umbral S_{0},
será inferior al 16%. Simétricamente, si el nivel medio recibido
S_{1m} es inferior al umbral S'_{0} en, al menos, 1 desviación
típica DT, la probabilidad de que un impulso parásito positivo
desplace la señal instantánea recibida por debajo del umbral
S'_{0}, será inferior al 16%. Como se ha dicho anteriormente,
para facilitar el dibujo se han supuesto dos niveles de umbral
S_{0}, S'_{0}, dejando invariable el nivel medio recibido
S_{1m}, mientras que, de hecho, es éste el que varía con la
atenuación, quedando fijo el umbral de sensibilidad S_{0},
S'_{0}.
Una descripción detallada de los cálculos de
probabilidad de cobertura de radio en función del margen de
seguridad del nivel medio de recepción S_{1m} puede encontrarse
en el artículo "Microwave Mobile Communication", de Jakes Jr.,
John Wiley & Sons, New York, 1974.
El ordenador 30 determina así, por cada punto o
píxel de la pluralidad N_{1} de una matriz de puntos o píxeles 34
del mapa 31 que represente toda la célula 1, el nivel medio S_{1m}
de recepción de las señales de la estación 11 y las fluctuaciones
del nivel medio S_{1m} de acuerdo con la ley de variación
estadística de la memoria 37, y, por comparación con el umbral de
sensibilidad S_{0}, determina la probabilidad de que el nivel
instantáneo S_{1} se encuentre a un lado, determinado, del umbral
S_{0}. Por encima de éste, en un instante cualquiera, habrá
cobertura de radio en el instante considerado, y, por debajo, el
servicio de radio no estará garantizado. Como ya se ha indicado, el
caso particular de igualdad, muy puntual, no presenta significado
específico, y puede asociarse con cualquiera de los dos casos
principales.
Así, de acuerdo con el procedimiento de la
invención, de establecimiento de un mapa de cobertura de radio de
una célula 1 de la red de radiotelefonía celular, por medio del
ordenador 30, que dispone de datos (32) memorizados previamente que
definen el mapa geográfico 31 que comprende la posición de la célula
1, y de una estación de radio de base 11 asociada, que dispone de
datos (35, 36) memorizados previamente que especifican el nivel de
emisión de la estación 11 y el nivel de umbral de sensibilidad
S_{0} de recepción de radio de terminales 21 de la célula 1, y
que dispone de datos memorizados previamente de una ley de
atenuación (33) de propagación de radio, dicho ordenador 30:
- -
- a partir de los datos de mapa (32) convierte el mapa 31 de la célula 1 en una estructura reticular formada por una pluralidad determinada N_{1} de píxeles 34 del mapa 31 que ocupen posiciones en las que memoriza datos representativos,
- -
- por comparación de los datos de mapa (32) que especifiquen la posición de la estación 11 con los datos de posición de cada píxel 34, y, de acuerdo con la ley de atenuación (33), calcula una pluralidad N_{1} de atenuaciones de propagación de radio del nivel de emisión (35) de la estación 11 en los píxeles respectivos 34, de las que deduce, a partir del nivel de emisión (35) de la estación 11, una pluralidad de niveles medios de recepción S_{1m} asociados con los píxeles 34 respectivos, cuyos niveles S_{1m} guarda en la memoria 38, y
- -
- compara la pluralidad de niveles medios de recepción memorizados S_{1m} con el umbral de sensibilidad S_{0} de los terminales 21 para determinar una pluralidad N_{1} de sentidos de desigualdad entre el valor del umbral S_{0} y el valor del nivel medio de recepción S_{1m} asociado con cada píxel 34, y deducir, a partir de ellos, el mapa de cobertura de radio de la célula 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Además,
- -
- una vez memorizados los datos (37) que representen una ley de fluctuación temporal de la atenuación de propagación de radio, y una vez que pueda acceder a ellos, aplica la ley de fluctuación a la pluralidad N_{1} de niveles medios de recepción S_{1m},
- -
- a partir de ello el ordenador 30 determina una pluralidad N_{1} correspondiente de probabilidades P (311, figura 4) de que dichas desigualdades respectivas tengan un sentido determinado, y
- -
- establece el mapa de cobertura de radio al asociar, con cada píxel 34, datos que representen dicha probabilidad P(311).
\vskip1.000000\baselineskip
Se hace notar que la denominación "mapa de
cobertura de radio" designa, fundamentalmente, datos 311 que
indiquen la probabilidad de cobertura de radio en cada píxel 34. Si
se desea, estos datos pueden representarse en forma de mapa, y/o
tratarse digitalmente, con el fin de calcular un índice de cobertura
medio en la célula 1, por suma de los índices de cobertura
puntuales de los píxeles 34 respectivos, normalizándose el resultado
al dividirlo por N_{1}. Se hace notar, también, que los cálculos
que anteceden de nivel absoluto recibido S_{1} son equivalentes a
los cálculos de nivel relativo. En otros términos, podría definirse
el nivel de sensibilidad S_{0} por su deviación (atenuación
máxima tolerable) en relación con el nivel de emisión de la
estación 11.
Mediante cálculos clásicos, a partir de una
fórmula presentada por Jakes para asociar la probabilidad puntual
de cobertura de borde con la probabilidad integrada global en la
célula 1, puede comprobarse que, si la desviación típica DT es, por
ejemplo, de 10 (u 8) dB, y si se considera que el límite de la
célula 1 está definido por un índice de cobertura del 50% (S_{1m}
= S_{0}), la probabilidad de cobertura de la célula 1 (suponiendo
propagación de radio homogénea) es del 75% (o del 78%).
Inversamente, si se parte de un índice de cobertura de radio global
medio deseado en la célula 1, por ejemplo, del 95%, habrá que
limitar su tamaño o aumentar la potencia de la estación 11 para que
la probabilidad de cobertura en el límite de la célula 1 llegue al
85% (o al 80%). La comparación de los dos ejemplos anteriores
muestra que una desviación típica DT reducida es favorable, en el
sentido de que una probabilidad del 80% en el borde resulta
suficiente para cumplir el objetivo global medio del 95%. En el
caso de la desviación típica DT de 10 dB, el valor de probabilidad
del 85% en el borde hace que tenga que preverse en él un margen
(S_{1m}-S_{0}) de 11,3 dB.
Se hace notar que el umbral S_{0} puede variar
con el servicio de radio ofrecido, en particular, un caudal mayor
puede hacer subir este umbral. Por ejemplo, en el sistema de tercera
generación UMTS, para paquetes con un caudal medio útil de 384
kb/s, se utiliza un nivel S_{1m} de -86 dBm en un borde, que
incluye un margen de 12 dB. Por tanto, el umbral S_{0} es de -98
dBm.
Naturalmente, el procedimiento anterior es
aplicable a las otras células 2 a 4, independientemente una de
otra. Pero, además, en este caso está prevista una mejora de los
resultados del procedimiento, que consiste en tener en cuenta un
efecto de borde, es decir, el hecho de ayuda mutua entre estaciones
11 a 14. En efecto, si se supone que el terminal 21 está situado en
la zona de borde 120 de la célula 1 cubierta por una zona de borde
de una célula adyacente 2, o, simplemente, cercana a ella, existe
cierta probabilidad de que un nivel instantáneo S_{2} de
recepción de las señales de la estación 12 por parte del terminal 21
sea superior al umbral S_{0}. En tal caso, el terminal 21 podrá
conectarse con la estación 12 si su conexión con la estación 11
presenta un debilitamiento excesivo. Pero debe entenderse que la
probabilidad de ayuda es limitada, o débil, puesto que se trata de
conexiones, sensiblemente, en el límite de alcance de radio, y, por
tanto, con un vértice de curva de Gauss cuya posición del nivel de
recepción medio S_{1m} asociado, relativamente cercano al umbral
S_{0}, sólo ofrece un margen de seguridad reducido.
En tal caso, la probabilidad compuesta P_{c}
de cobertura de radio en el píxel 34 considerado es la
siguiente:
P_{c} = A + B
-
A.B,
es decir, la suma de las dos
probabilidades de cobertura del píxel 34 considerado, A y B (figura
1), asociadas con las estaciones respectivas 11 y 12, disminuida en
el valor del producto A.B, que representa el hecho de que una de
las dos probabilidades B (o A) es inoperante cuando la otra
probabilidad A (o B) sea efectiva, es decir, cuando funcione la
conexión con la estación 11 (o 12). A título ilustrativo, en la
figura 1, el píxel 34, designado en particular mediante la
referencia 120, comprende un lado representado en toda su longitud
con trazo grueso, por el interior del píxel, mediante una barra
horizontal cuyo grosor es proporcional a la probabilidad A, y,
también, un lado adyacente perpendicular representado en toda su
longitud con trazo grueso, por el interior del píxel, mediante una
barra vertical cuyo grosor es proporcional a la probabilidad B. La
probabilidad compuesta P_{c} está representada por la superficie
total ennegrecida, que, por tanto, será la suma de las dos
superficie de trazo grueso, menos su superficie de
solapamiento.
Pueden tenerse en cuenta, además, otras
estaciones cercanas 13, 14 para aumentar el valor calculado del
índice de cobertura del píxel de la zona de borde.
Así, el ordenador 30 determina también el mapa
de cobertura de, al menos, otra célula 2, 3, 4 de radio, con otra
estación de base 12, 13, 14, que ocupe una posición que le permita
cubrir una zona de borde 120, 130, 140 de la célula 1 considerada,
y asigna a los píxeles 34 de la zona de borde respectiva 120, 130 y
140, una probabilidad compuesta P_{c} de desigualdad que
represente la composición de la probabilidad asociada a la emisión
de la estación 11 de la célula considerada 1 con una probabilidad
equivalente asociada a la estación 12, 13 14 de la otra célula 2,
3, 4.
La figura 4 ilustra otra particularidad del
procedimiento de la invención que permite ofrecer un índice de
cobertura de la población prevista de terminales 21 en la célula 1
considerada. La referencia 311 en el mapa 31 representa las N_{1}
probabilidades distintas de cobertura de los píxeles 34 respectivos,
es decir, el mapa geográfico de cobertura de radio, limitado en
este caso a cuatro píxeles 34, para mayor claridad. La referencia
312, en dicho mapa 31, señala las N_{1} densidades distintas
previstas de terminales 21, o, también, la densidad de población,
modificada, eventualmente, con el fin de tener en cuenta la
proporción de equipamiento con terminales 21 en la zona de la
célula 1 considerada. La referencia 313 representa, también en el
mapa 31, los N_{1} productos distintos de la densidad estadística
o probabilidad de cobertura de radio local 311 por la densidad 312
de los terminales 21 en el píxel 34 considerado. En el ordenador 30,
cada píxel 34 está asociado con una información, representada en
este caso mediante rayas más o menos apretadas, colores, niveles de
gris, etc., que representen el producto de densidad compuesta
resultante. Esta densidad compuesta puede expresarse mediante un
número que represente, efectivamente, cierta densidad relativa entre
píxeles 34, o mediante un número absoluto, si los píxeles 34 tienen
tamaños diferentes. Se comprenderá que los datos 312 de mapa
correspondientes son accesibles para el ordenador 30, y,
preferiblemente, habrán sido almacenados previamente en él, y que
éste efectúa los cálculos deseados de multiplicación o ponderación
de cada píxel 34, y, eventualmente, también, de integración de los
N_{1} resultados del mapa 313, con el fin de ofrecer un valor
integrado de cobertura prevista de la población de usuarios
estimada, y, por tanto, de los terminales 21.
De ese modo, al comprender el mapa 31 datos
(312) de densidad de población, el ordenador 30 puede determinar la
densidad de población de cada píxel 34 y ponderar el índice de
cobertura de radio de los píxeles 34 en función de su densidad de
población respectiva, con el fin de obtener el mapa 313 de cobertura
de radio de la población.
El lector comprenderá fácilmente que el
procedimiento de la invención puede aplicarse, también, a un
conjunto de células de una zona determinada (pudiendo definirse
esta zona mediante un contorno ficticio (arbitrario o simplemente
comercial, administrativo, etc., por ejemplo, el contorno de un
distrito)).
Resultará evidente a los expertos en la técnica
que la presente invención permite modos de realización de muchas
formas específicas distintas sin salirse del campo de aplicación de
la invención reivindicado. En consecuencia, los presentes modos de
realización tienen que ser considerados a título ilustrativo, pero
pueden ser modificados dentro del campo definido por el alcance de
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (5)
1. Procedimiento de establecimiento de un mapa
de cobertura de radio de, al menos, una célula (1) de una red de
radiotelefonía celular, por medio de un sistema de cálculo (30) que
disponga de datos (32) memorizados previamente de un mapa
geográfico (31) que comprenda la posición de la célula (1), y de una
estación de radio de base asociada (11), que disponga de datos
memorizados previamente que especifiquen un nivel de emisión (35)
de la estación (11) y un nivel de umbral de sensibilidad (36) de
recepción de radio (S_{0}) de terminales (21) en la célula (1), y
que disponga de datos, memorizados previamente, de una ley de
atenuación (33) de propagación de radio, por cuyo procedimiento, el
sistema de cálculo (30):
- -
- a partir de los datos de mapa (32), convierte el mapa (31) de la célula (1) en una estructura reticular formada por pluralidad determinada (N_{1}) de píxeles (34) del mapa (31) que ocupen posiciones en las que memoriza datos representativos,
- -
- por comparación de los datos del mapa (32) que especifiquen la posición de la estación (11) con los datos de posición de cada píxel (34), y, de acuerdo con la ley de atenuación (33), calcula una pluralidad (N_{1}) de atenuaciones de propagación de radio del nivel de emisión (35) de la estación (11) en los píxeles respectivos (34), de las que deduce, a partir del nivel de emisión (35) de la estación (11), una pluralidad de niveles medios de recepción (S_{1m}), asociados con los píxeles (34) respectivos, que memoriza (38),
- -
- compara la pluralidad de niveles medios de recepción (S_{1m}) memorizados con el umbral de sensibilidad (S_{0}) para determinar una pluralidad de sentidos de desigualdad entre el valor del umbral (S_{0}) y el valor del nivel medio de recepción (S_{1m}) asociado con cada píxel (34), y deducir, a partir de ellos, el mapa de cobertura de radio de la célula (1),
- -
- una vez memorizados los datos (37) que representen una ley de fluctuación temporal (370) de la atenuación de propagación de radio, y una vez que pueda acceder a ellos, aplica la ley de fluctuación (370) a la pluralidad N_{1} de niveles medios de recepción (S_{1m}),
- -
- determina, a partir de ello, una pluralidad correspondiente (N_{1}) de probabilidades (P, 311) de que dichas desigualdades respectivas tengan un sentido determinado, y
- -
- establece el mapa de cobertura de radio al asociar con cada píxel (34) datos que representen dicha probabilidad (P, 311).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, por el que el sistema de cálculo (30) determina
también el mapa de cobertura de, al menos, otra célula de radio (2,
3, 4), con otra estación de base (12, 13, 14), que ocupe una
posición que le permita cubrir una zona de borde (120, 130, 140) de
la célula considerada (1), y asigna a los píxeles (34) de la zona
de borde (120, 130, 140) respectiva, una probabilidad compuesta
(P_{c}) de desigualdad que represente la composición de la
probabilidad (A) asociada a la emisión de la estación (11) de la
célula considerada (1) con una probabilidad equivalente (B) asociada
a la emisión de la otra estación (12, 13, 14).
3. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 y 2, por el que, al comprender el mapa (31)
datos de densidad de población, el sistema de cálculo (30) puede
determinar la densidad de población (312) de cada píxel (34) y
ponderarla (313) mediante la probabilidad asociada con cada píxel
(34).
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, por el que el sistema de cálculo (30)
calcula la suma de las probabilidades (P, 311, 313) de la pluralidad
de píxeles (34) con el fin de determinar un índice medio de
cobertura de radio de la célula (1).
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, por el que el cálculo se refiere a la suma de las
probabilidades ponderadas.
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