FI107366B - Menetelmä ja laitteisto verkkosuunnittelun toteuttamiseksi - Google Patents

Description

107366

Menetelmä ja laitteisto verkkosuunnittelun toteuttamiseksi

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto verkkosuunnittelun toteuttamiseksi radiojärjestelmässä halutulla alueella, jossa järjestelmän lähet-5 timen kuuluvuusalueen määrityksessä käytetään lähettimen ympäristöä kuvaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikarttaa, joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heijastavista pinnoista.

Keksinnön tausta

Rakennettaessa radiojärjestelmää haluttu peittoalue pyritään saa-10 vuttamaan mahdollisimman pienin kustannuksin. Järjestelmän tukiasemien sijoituspaikkoja harkittaessa otetaan huomioon sekä tarvittava liikennekapasi-teetti että saavutettava peittoalue. Tukiasemat pyritään sijoittamaan siten, että saavutettava kuuluvuusalue on suuri ja että tukiasema sijaitsee radioaaltojen etenemisen kannalta edullisessa paikassa.

15 Radioverkkosuunnitteluun on kehitetty erilaisia menetelmiä ja apu välineitä. Radioverkkosuunnittelun apuvälineenä käytetään yleisesti digitaali-karttoja, joihin on mallinnettu halutun alueen maasto ja rakennustiedot. Vekto-rikartan avulla voidaan tietokonetta apuna käyttäen laskea kuuluvuusalueita ja verkon toimintaan liittyviä parametrejä tukiasemien eri sijaintipaikoille.

20 Tunnetun tekniikan mukaiset ratkaisut vaativat runsaasti laskenta kapasiteettia ja -aikaa, koska jokainen iähetin-vastaanotin linkki lasketaan reaaliajassa. Erityisesti taajaan asuttuja alueita mallinnettaessa käytettäessä ray tracing tekniikkaa laskenta-aika on suuri, koska asutut alueet käsittävät runsaasti radioaaltoja heijastavia pintoja sekä kulmia, joista radioaallot siroa-25 vat. Täten syntyy useita mahdollisia signaaliteitä, jotka on otettava huomioon laskennassa.

Määritettäessä lähettimen peittoaluetta on siis tärkeää määrittää signaalien häipyminen eri alueilla. Simuloitaessa järjestelmän käyttäytymistä signaalin häipyminen on myös mallinnettava mahdollisimman realistisesti. Eri-- ... 30 tyisesti kaupunkiympäristöissä häipymä on ajan myötä muuttuva suure riippu en tukiasemaa ja päätelaitetta ympäröivien rakennusten geometriasta, seinistä ja muista sirontapinnoista.

Perinteisesti häipymä on jaettu kahteen eri tyyppiin, nopeaan ja hitaaseen häipymään, mutta tämä on hyvin karkea jako. Todellisuudessa sig-35 naalin monitiehäipyminen aiheutuu vaihe-eroista, ja päätelaitteen liikkuessa vaihe-erojen muuttumisesta seuraa signaalin voimakkuuden edestakaista 2

1073$ S

vaihtelua, joka näkyy tyypillisesti korrelaatioetäisyyksillä aallon pituuden y io-likkaasta satoihin aallonpituuksiin ympäristöstä riippuen.

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa, liikkuvien radiojärj estelmien simulaattoreissa, esimerkiksi COSSAPilla toteutetuissa linkkitaso i $i-5 mulaattoreissa, on häipymiä simuloitu lisäämällä vaimentuminen ja häip/ ijiä lähetettyyn signaaliin. Nopea häipymä on tyypillisesti generoitu simuloimi lla stationaarista satunnaista prosessia Rayleigh- tai Rice-jakautuneesti. TäTän jälkeen häipymä on keskiarvoistettu sopivaa suodatinta käyttäen.

Tunnetuissa menetelmissä on kuitenkin useita ongelmia ja puiitei-10 ta. Tyypillisissä, esimerkiksi COSSAPilla toteutetuissa linkkitason simulaal toreissa vastaanottoalgoritmit ovat realistisia, mutta ongelmana on kanavani a Iin realistisuus. Realistinen kanavamalli voitaisiin aikaansaada käyttäen ray t lacing- eli säteen etsintäkanavamallia. Tämän esteenä on kuitenkin ray tracing-menetelmän vaatiman laskennan kompleksisuus, joka estää menetelmän c iy-15 tännön toteutuksen.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten toteuttaa menetelmä ja menetelir in toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Tliriä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä verkkosuunnittelun toteul 9-20 miseksi radiojärjestelmässä halutulla alueella, jossa menetelmässä jäijej>1$l-män lähettimen kuuluvuusalueen määrityksessä käytetään lähettimen ynifä-ristöä kuvaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikarttaa, joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heijastavista pinnoista, ja jos$a määritetään lähettimen signaalin voimakkuus halutun alueen eri pisteissä-·*.· 25 Keksinnön mukaisessa menetelmässä valitaan alueen pisteistä osajoukko, määritetään etenemisvaimennus kaikkien osajoukon pisteiden välillä käytjä^n ray tracing-menetelmää, talletetaan lasketut arvot muistiin, ja että suoritetta) sjs-sa verkkosuunnittelua halutulla alueella sijoitetaan lähetin ja vastaanotin I a-luttuihin alueen pisteisiin, ja että muistiin talletettujen arvojen avulla etsitään 30 lähettimen ja vastaanottimen välisistä mahdollisista signaalien etenemistlsi: ijtä :· annettu määrä merkittävimpiä signaaliteitä, ja määritetään lähettimen signiie Iin j -** voimakkuus vastaanottimen sijaintipisteessä määritetyillä signaaliteillä kä^ä-j en ray tracing-menetelmää. ]

Keksinnön kohteena on myös laitteisto verkkosuunnittelun tofejt-l 35 tamiseksi radiojärjestelmässä halutulla alueella, joka laitteisto käsittää y;S|li- neet ylläpitää haluttua aluetta kuvaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikartlt; ia, j joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heij?s:a-j vista pinnoista, ja välineet määrittää lähettimen signaalin voimakkuus halJlunj j 107366 3 alueen eri pisteissä. Keksinnön mukainen laitteisto käsittää välineet ylläpitää tietoa alueen pisteiden osajoukosta, välineet määrittää etenemisvaimennus kaikkien osajoukon pisteiden välillä käyttäen ray tracing-menetelmää, välineet tallettaa lasketut arvot, ja suoritettaessa verkkosuunnittelua välineet määrittää 5 haluttuihin alueen pisteisiin sijoitettujen lähettimen ja vastaanottimen mahdollisista signaalien etenemisteistä annettu määrä merkittävimpiä signaaliteitä muistiin talletettujen arvojen avulla ja välineet määrittää lähettimen signaalin voimakkuus vastaanottimen sijaintipisteessä määritetyillä signaaliteillä käyttäen ray tracing-menetelmää.

10 Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patentti vaatimusten kohteena.

Keksinnön mukaisen menetelmällä ja laitteistolla saavutetaan useita etuja. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa valitaan kartan kuvaamalta alueelta joukko pisteitä, joiden väliset etenemisvaimennukset lasketaan etukäteen ja 15 nämä reitit ja vaimennusarvot talletetaan muistiin. Varsinaista reittisuunnittelua suoritettaessa näitä esilaskettuja arvoja voidaan käyttää hyväksi ja täten laskennan määrä pienenee ja reittisuunnittelu nopeutuu.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen 20 yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 havainnollistaa radiojärjestelmää, jonka suunnittelussa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuviot 2a ja 2b havainnollistavat digitaalista karttaa ja kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaista laitteistoa.

25 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan siis edullisesti soveltaa radiojärjestelmän suunnittelussa. Erään tyypillisen radiojärjestelmän rakennetta on kuvattu esimerkinomaisesti olennaisin osin kuviossa 1. Järjestelmä käsittää joukon tukiasemia 100, 116 sekä joukon yleensä liikkuvia tilaajapää-r 30 telaitteita 102 - 106, joilla on kaksisuuntainen yhteys 108 - 112 johonkin tuki- ..*··. asemaan 100, 116. Tukiasemat 100, 114 välittävät päätelaitteiden 102 - 106 yhteydet tukiasemaohjaimelle 114, joka välittää ne edelleen järjestelmän muihin osiin ja kiinteään verkkoon. Tukiasemaohjain 114 ohjaa yhden tai useamman tukiaseman 100, 116 toimintaa. Esimerkkinä keksinnön mukaisista jär-35 jestelmistä mainittakoon digitaalinen GSM-solukkoradiojärjestelmä. Keksintö ei kuitenkaan ole siihen rajoitettu, kuten alan ammattimiehelle on selvää. Keksintö soveltuu käytettäväksi myös muissa solukkoradiojärjestelmissä.

.................. " ...... ......... ί 107366; 4

Verkkosuunnittelussa tukiasemat 100, 116 pyritään sijoittama äjn mahdollisimman edullisesti siten, että kunkin tukiaseman peittoalue saada m maksimoitua kuitenkin siten, että tarvittava liikennekapasiteetti saavuteta^ iji. Verkkosuunnittelu on tarpeen paitsi silloin kun järjestelmää ollaan ottama s $a 5 käyttöön myös silloin kun olemassa olevaa järjestelmää laajennetaan esinu arkiksi lisäämällä kapasiteetin kasvattamiseksi uusia tukiasemia järjestelmään.

Verkkosuunnittelun apuvälineenä käytetään yleisesti vektorikartto 3, joihin on mallinnettu halutun alueen maasto ja rakennustiedot. Vektoriksi ti in avulla voidaan tietokonetta apuna käyttäen laskea kuuluvuusalueita ja eten 3-10 misparametrejä tukiasemien eri sijaintipaikoille ja näiden laskelmien perusteella valitaan edullisimmat tukiasemien sijainnit. Kuviossa 2 havainnolla >t s-taan esimerkinomaisesti osaa kaupunkialueen vektorikartasta. Vektorikartausa on kuvattuna tarkasteltavan alueen rakennukset halutulla tarkkuudella, joko ra-kennuskohtaisesti tai suuremman mittakaavan kartoissa korttelikohtaisesii.

15 Kuvion 2a kartta käsittää seitsemän rakennusta 200 - 212. Todellinen kartta voi käsittää luonnollisesti muitakin maisemapiirteitä kuin pelkkiä rakennuksia.

Verkkosuunnittelussa on iteratiivinen prosessi, jossa tukiasema sir joitetaan eri paikkoihin ja määritetään tukiaseman peittoalue kullekin sijai ili-paikalle. Keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan peittoalueen laskentaa suit· 20 resti nopeuttaa suorittamalla osa laskennasta etukäteen ja tallentamalla tulol set muistiin.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa valitaan alueen pisteistä ose - i joukko, joka keksinnön edullisessa toteutusmuodossa muodostaa tasavälisen j hilan kuvion 2b mukaisesti. Pisteitä ei kuitenkaan valita rakennusten sisäpuol * j 25 sista alueista. Kaikkien osajoukon pisteiden välillä määritetään etenemisva* 1 • mennus käyttäen ray tracing-menetelmää. Tämä tapahtuu siten, että sijojte - i taan virtuaalinen lähetin kuhunkin osajoukon pisteeseen, ja lasketaan lähetti ] men signaalin etenemisvaimennus muissa osajoukon pisteissä ottaen eri ele - j nemisreitit huomioon. Laskettaessa etenemisvaimennusta tutkitaan siis piste -30 den väliset mahdolliset signaalitiet eli etenemisreitit, joita pitkin signaali v<1 | edetä pisteestä toiseen. Kunkin pisteparin välisistä reiteistä merkitään merlci - J tävimmät reitit muistiin yhdessä etenemisvaimennuksen kanssa. Kuvioon 2) j on esimerkinomaisesti piirretty kahden osajoukon pisteen 214 ja 216 väliset I merkittävimmät reitit, jotka talletetaan muistiin. Reitti P1 kulkee seinäpintoja 1 35 W1 ja W2 kautta. Reitti P2 kulkee kulman C2 kautta. Reitti P3 kulkee kulma 1 C1 ja seinäpinta W2:n kautta ja reitti P4 kulkee kulman C4 kautta.

Lasketut arvot, eli osajoukon pisteiden väliset etenemisvaimennus - j i arvot sekä pisteiden väliset merkittävimmät signaalireitit talletetaan muistifr. j 107366 5

Signaalireiteistä merkitään muistiin ne rakennusten kulmat ja seinäpinnat, joiden kautta reitti kulkee, eli tieto heijastuspintojen ja sirontakulmien koordinaateista vektorikartalla.

Keksinnön mukainen ratkaisu verkkosuunnittelun toteuttamiseksi 5 voidaan edullisesti toteuttaa esimerkiksi nykyaikaisella työasemalla, joka käsittää tehokkaan prosessorin (300), työmuistia (302) sekä levymuistia (304) tietojen pitkäaikaista tallennusta varten sekä tarkoituksen mukaisen ohjelmiston.

Laitteisto käsittää muistivälineet (304) ylläpitää haluttua aluetta kulo vaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikarttaa, joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heijastavista pinnoista. Tarvittavan ohjelmiston sekä prosessorin (300) avulla laitteistolla voidaan määrittää lähettimen signaalin voimakkuus halutun alueen eri pisteissä. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa erityisesti laitteisto käsittää muistivälineet (302, 304) ylläpitää tietoa 15 alueen pisteiden osajoukosta, ja ohjelmiston sekä prosessorin (300) avulla voidaan määrittää etenemisvaimennus kaikkien osajoukon pisteiden välillä käyttäen ray tracing-menetelmää, tallettaa lasketut arvot levymuistiin tai vastaavaan pitkäaikaisen tallennuksen mahdollistavaan muistielementtiin. Muisti-elementti voidaan luonnollisesti toteuttaa useilla tavoilla, kuten kovalevynä, 20 kirjoittavan CD-aseman avulla tai muulla vastaavalla tunnetulla laitteistolla.

Suoritettaessa verkkosuunnittelua ohjelmiston sekä prosessorin (300) avulla määritetään haluttuihin alueen pisteisiin sijoitettujen lähettimen ja vastaanottimen mahdollisista signaalien etenemisteistä annettu määrä merkittävimpiä signaaliteitä muistiin talletettujen arvojen avulla ja lähettimen sig-25 naalin voimakkuus vastaanottimen sijaintipisteessä määritetyillä signaaliteillä : · käyttäen ray tracing-menetelmää.

Kun nyt suoritetaan varsinaista verkkosuunnittelua, sijoitetaan tukiasema haluttuun paikkaan kartalla ja estimoidaan tukiaseman kuuluvuutta päätelaitteeseen eri kartan pisteissä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä 30 hyödynnetään siis muistiin talletettuja arvoja apuna. Tukiasema ja kulloinkin tutkittava päätelaitteen sijaintipiste eivät luonnollisesti välttämättä sijaitse en-’ nakkoon lasketuilla pisteillä. Muistiin laskettuja arvoja voidaan kuitenkin käyt tää apuna laskennassa seuraavasti.

Tarkastellaan keksinnön mukaista ratkaisua esimerkin avulla. Olete-35 taan, että tukiasema on asetettu tiettyyn pisteeseen P1 ja päätelaite pisteeseen P2. Laskentapisteet, joiden välinen etenemisvaimennus on selvitettävä ovat siis Ρλ ja P2. Oletetaan, että laskentapiste P,:tä lähinnä olevat esilasketut pisteet ovat Pta1, P^ ja P^. Vastaavasti oletetaan, laskentapiste P2:ta lähinnä ------;----------------------------------------------------H------------ 107366 i 6 !' i i s olevat esilasketut pisteet ovat Pra1) ja P^. Näiden pisteiden välille saadaan yhdeksän mahdollista reittikombinaatiota (ΡΜ -> Pre1, Pw -> P^, P^ -» P^J P»x2 prxi . jne)· Kaikki yhdeksän reittimahdollisuutta tarkastetaan ja määri :fe- j tään signaalin voimakkuus kullakin reitillä. Koska jokainen reitti on ennalta k iä-5 kettu tiedetään kunkin pisteparin väliset merkittävimmät signaalireitit, jotka: tarvitsee ottaa laskennassa huomioon. Ennalta siis tiedetään mitkä signaali|e itit | voidaan jättää huomiotta ja mitkä tulee huomioida. Tämä nopeuttaa merkit ä-västi verkkosuunnittelulaskentaa.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustuiit sn 10 mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan j sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän j keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

i

S

• ] | i ) « « i \ !

J

i

Claims (5)

107366 7

1. Menetelmä verkkosuunnittelun toteuttamiseksi radiojärjestelmässä halutulla alueella, jossa menetelmässä järjestelmän lähettimen (100,116) kuuluvuus-5 alueen määrityksessä käytetään lähettimen ympäristöä kuvaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikarttaa, joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heijastavista pinnoista, ja jossa määritetään lähettimen signaalin voimakkuus halutun alueen eri pisteissä, tunnettu siitä, että valitaan alueen pisteistä osajoukko, 10 määritetään etenemisvaimennus kaikkien osajoukon pisteiden vä lillä käyttäen ray tracing-menetelmää, talletetaan lasketut arvot muistiin, ja että suoritettaessa verkkosuunnittelua halutulla alueella sijoitetaan lähetin (100, 116) ja vastaanotin (102) haluttuihin alueen pisteisiin, ja että 15 muistiin talletettujen arvojen avulla etsitään lähettimen ja vastaanottimen välisistä mahdollisista signaalien etenemisteistä annettu määrä merkittävimpiä signaaliteitä, ja määritetään lähettimen signaalin voimakkuus vastaanottimen si-jaintipisteessä määritetyillä signaaliteillä käyttäen ray tracing-menetelmää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritettäessä etenemisvaimennusta kaikkien osajoukon pisteiden välillä otetaan huomioon annettu lukumäärä signaalien eri etenemisteitä, ja että talletettaessa eri pisteiden välille laskettuja arvoja muistiin talletetaan myös kuhunkin arvoon liittyvä signaalitie. . 25 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalitie taitetaan muistiin tallentamalla tieto signaalitien heijastuspinto-jen ja sirontakulmien koordinaateista vektorikartalla.

4. Laitteisto verkkosuunnittelun toteuttamiseksi radiojärjestelmässä halutulla alueella, 30 joka laitteisto käsittää välineet (304) ylläpitää haluttua aluetta ku- * ·· vaavaa ainakin kaksiulotteista vektorikarttaa, joka kartta käsittää kuvauksen alueen rakennuksista ja radioaaltoja heijastavista pinnoista, ja välineet (300) määrittää lähettimen signaalin voimakkuus halutun alueen eri pisteissä, tunnettu siitä, että 35 laitteisto käsittää välineet (302, 304) ylläpitää tietoa alueen pistei den osajoukosta, välineet (300) määrittää etenemisvaimennus kaikkien osajoukon pisteiden välillä käyttäen ray tracing-menetelmää, . I 10736$ I 8 i välineet (304) tallettaa lasketut arvot, ja suoritettaessa verkkosuunnittelua välineet (300) määrittää häkit tuihin alueen pisteisiin sijoitettujen lähettimen ja vastaanottimen mahdollisia te signaalien etenemisteistä annettu määrä merkittävimpiä signaaliteitä muistiir 5 talletettujen arvojen avulla ja välineet (300) määrittää lähettimen signaalin voimakkuus vas taanottimen sijaintipisteessä määritetyillä signaaliteillä käyttäen ray tracing menetelmää.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä 10 että laitteisto käsittää välineet (304) tallettaa kaikkien osajoukon pisteiden välisistä yhteyksistä annettu määrä signaaliteitä, joiden etenemisvaimennus or pienin, ja että välineet (304) on sovitettu tallentamaan sekä signaalitie et c signaalitien etenemisvaimennus. • < « • · • Ϊ ; \ 9 107366