FR2806838A1 - Procede de commande dynamique d'inclinaison d'antenne pour un systeme de radiotelecommunication - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande dynamique d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication. La présente invention s'applique à un système de radiotélécommunication, notamment du type système de radiotéléphonie mobile cellulaire, comportant une pluralité de stations de base fixes communiquant avec une pluralité d'unités mobiles, chacune desdites stations de base définissant une cellule et comportant une antenne d'émission et réception dont le faisceau couvre un secteur dans lequel lesdites unités mobiles peuvent communiquer avec ladite station de base, ladite antenne pouvant être inclinée de manière à modifier ledit secteur couvert. La présente invention propose un procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne comportant une étape (50) de détermination a priori d'inclinaison d'antenne consistant à déterminer une inclinaison de ladite antenne optimale relativement au secteur couvert, une étape (51) d'estimation dynamique de charge de cellule consistant à estimer à un instant donné une charge de ladite cellule, une étape (53) de détermination d'inclinaison instantanée consistant à déterminer, audit instant donné, en fonction de ladite inclinaison d'antenne optimale déterminée et de ladite charge estimée, une inclinaison instantanée, et une étape (54) de commande d'inclinaison d'antenne consistant à commander l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite inclinaison instantanée déterminée.
Description
La présente invention concerne de manière générale un procédé de commande dynamique d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication, notamment pour un système de radiotéléphonie mobile cellulaire.
Un système de radiotélécommunication de type radiotéléphonie mobile cellulaire comporte, de manière bien connue, une pluralité de stations de base fixes communiquant avec une pluralité d'unités mobiles. Chacune des stations de base, définissant une cellule, couvre une zone géographique dans laquelle les unités mobiles peuvent communiquer avec cette station de base. Cette zone géographique est appelée secteur.
Est bien connu le fait que le secteur est déterminé par les paramètres de l'antenne de la station de base et notamment par paramètres de position de cette antenne par rapport à son environnement immédiat. Bien entendu, la hauteur de l'antenne par rapport au sol est un paramètre important dans la détermination du secteur. Mais un autre paramètre important est l'inclinaison de l'antenne dans un plan vertical. Normalement, l'antenne s'étend dans direction horizontale, c'est-à-dire que l'axe du faisceau d'antenne est horizontal. L'on peut cependant incliner l'antenne dans un plan vertical, c'est-à-dire incliner d'un certain angle vers le haut ou vers le bas l'axe du faisceau principal d'antenne.
Il est bien connu, ainsi que décrit, par exemple, dans la demande de brevet international WO 97/29557 ou dans la demande de brevet international WO 99/17576, que l'inclinaison de l'antenne vers le bas permet notamment de réduire les problèmes d'interférence entre cellules utilisant des fréquences identiques ou voisines. En effet, les signaux émis par l'antenne inclinée vers le bas sont plus faibles à grande distance de l'antenne que lorsqu'ils sont émis par l'antenne horizontale, alors qu'ils restent identiques ou sont même plus intenses à proximité de l'antenne. La Fig. 1 montre un exemple de l'impact de l'inclinaison de l'antenne vers le bas sur la couverture de la cellule. Une antenne 10 dont le lobe est dirigé l'horizontale émet un faisceau principal 12. Il en résulte une zone de couverture ou secteur 11. Une antenne identique 20 mais dont le lobe est incliné vers le bas dans un plan vertical d'un angle d'inclinaison 0 émet un faisceau principal 22. Il en résulte une zone de couverture ou secteur 21. Ainsi qu'on le voit sur la Fig. 1, le secteur 21 est réduit par rapport au secteur 11 dans la direction de l'axe du faisceau principal où l'interférence avec des cellules voisines est la plus importante. En revanche la couverture de la zone desservie par l'antenne reste assurée et est même augmentée. On peut donc ainsi avantageusement réduire l'interférence produite par une cellule sur des cellules voisines.
En inclinant l'antenne vers le haut, on peut notamment amoindrir les phénomènes d'écran occasionnés notamment par des bâtiments se trouvant à proximité de l'antenne. En inclinant l'antenne, et donc l'axe du faisceau principal, vers le haut, on peut faire en sorte qu'une grande partie du faisceau évite le bâtiment. Du fait de la diffraction électromagnétique, la zone de couverture peut alors s'étendre derrière la bâtiment. La Fig. 2 montre un exemple de l'impact de l'inclinaison de l'antenne vers le haut sur la couverture de la cellule. Une antenne 30 dont le lobe est diria à l'horizontale émet un faisceau principal 32. Ce faisceau vient heurter un bâtiment 33 qui le coupe. Il en résulte une zone de couverture ou secteur 31 limité à la zone trouvant entre l'antenne 30 et le bâtiment 33. Une antenne identique 40 mais dont le lobe est incliné vers le haut dans un plan vertical d'un angle d'inclinaison 0 émet un faisceau principal 42 qui passe en majeure partie par dessus un bâtiment 43 identique au bâtiment 33. La diffraction électromagnétique fait qu' une zone se trouvant derrière le bâtiment est couverte. Il en résulte une zone de couverture ou secteur 41 constituée d'une zone 41A se trouvant entre l'antenne 40 et le bâtiment 43 et une zone 41B se trouvant derrière le bâtiment 43.
Est connu le fait de déterminer pour chaque antenne d'un système de communication une inclinaison optimale permettant d'obtenir une couverture optimale. Cette détermination peut notamment se faire par la connaissance de la topologie de la zone desservie et la simulation des conditions de propagation électromagnétique.
Cependant, dans les systèmes de radiotéléphonie mobile cellulaire type basé sur un accès multiple à répartition par code (CDMA), par exemple, une telle détermination a priori de l'inclinaison optimale d'antenne n'est pas satisfaisante. La technique CDMA est un exemple de technique utilisée pour résoudre problèmes posés par le nombre croissant d'utilisateurs des systèmes de radiotéléphonie mobile cellulaire. Dans cette technique de modulation, le spectre de fréquence peut être réutilisé de multiples fois, ce qui permet d'augmenter la capacité système. La détermination de la couverture nécessaire, dans le cadre d'une telle technique, est difficile. Selon la capacité de la cellule, c'est-à-dire le nombre d'utilisateurs présents dans la cellule, la couverture peut être plus ou moins importante. Lorsque la cellule est fortement chargée, c'est-à-dire lorsqu'il y a un grand nombre d'utilisateurs présents dans la cellule, la puissance de transmission de la station de base doit être partagée entre un grand nombre de signaux. En conséquence, la couverture est réduite. Ce phénomène est bien connu dans technique des systèmes de radiotéléphonie mobile cellulaire utilisant la technique d'accès multiple à répartition par code (CDMA) sous le nom de respiration de cellule. En outre, l'interférence avec des cellules voisines est alors un facteur limitant relativement à la capacité totale du système.
Genéralement, un système de télécommunication n'offre d'uniformité de trafic ni dans l'espace ni dans le temps. Le compromis à réaliser entre couverture et capacité au sein d'une cellule semble très difficile à réaliser a priori.
présente invention a notamment pour objet de résoudre les problèmes précédents.
A cet effet, elle propose un procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication, notamment type système de radiotéléphonie mobile cellulaire, ledit système de radiotélécommunication comportant une pluralité de stations de base fixes communiquant avec une pluralité d'unités mobiles, chacune desdites stations de base définissant une cellule et comportant une antenne d'émission et réception dont le faisceau couvre un secteur dans lequel lesdites unités mobiles peuvent communiquer avec ladite station de base, ladite antenne pouvant être inclinée de manière à modifier ledit secteur couvert, ledit procédé comportant une étape de détermination a priori d'inclinaison d'antenne consistant à déterminer une inclinaison de ladite antenne optimale relativement au secteur couvert, une étape d'estimation dynamique de charge de cellule consistant à estimer à un instant donné une charge de ladite cellule, une étape détermination d'inclinaison instantanée consistant à déterminer, audit instant donné en fonction de ladite inclinaison d'antenne optimale déterminée et de ladite charge estimée, une inclinaison instantanée, et une étape de commande d'inclinaison d'antenne consistant à commander l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite inclinaison instantanée déterminée.
Ainsi, l'on peut régler de manière dynamique l'inclinaison de l'antenne en fonction des contraintes de charge estimées en temps réel. L'inclinaison de l'antenne est alors régulièrement changée de façon à établir le meilleur compromis entre couverture et capacité. Selon un autre aspect de la présente invention, l'inclinaison de ladite antenne tend vers ladite inclinaison optimale lorsque ladite charge est peu importante.
Quand la cellule est faiblement chargée, c'est-à-dire que le nombre d'utilisateurs présents dans la cellule est faible, il est préférable que la zone de couverture soit maximale, manière à couvrir au mieux les zones éloignées. L'inclinaison utilisée sera alors souvent proche de zéro, c'est-à-dire que l'antenne sera dirigée sensiblement à l'horizontale, sauf s'il faut, par exemple, éviter des bâtiments auquel cas elle sera inclinée vers haut.
En revanche, l'inclinaison de ladite antenne s'écarte d'autant plus de ladite inclinaison optimale et d'une inclinaison horizontale que ladite charge augmente. Lorsque cellule est plus fortement chargée, le phénomene de respiration de cellule fait la couverture doit être réduite. L'interférence avec des cellules voisines devient en outre un facteur limitant relativement à la capacité totale du système. Selon l'invention, la couverture est alors délibérément limitée en augmentant l'inclinaison rapport à l'inclinaison optimale, c'est-à-dire en s'écartant encore plus de l'horizontale, à charge pour les cellules environnantes de prendre le relais pour la couverture des zones éloignées qui se trouvent alors moins bien couvertes. La diminution la couverture ne pose pas de problème étant entendu que les cellules environnantes peuvent d'autant mieux prendre le relais de couverture qu'elles subissent moins d'interférence de la part de la cellule considérée.
Le procédé selon l'invention est donc mieux adapté aux cas où les charges de cellules voisines ne sont pas uniformes. Il est d'autant plus efficace que ces charges sont déséquilibrées, ce qui est le cas, notamment, lorsque la répartition géographique des stations base n'est pas adaptée à la répartition géographique du trafic ou lorsque la repartition géographique du trafic varie dans le temps.
Aussi selon un autre aspect de la présente invention, le procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne comprend également une étape d'estimation dynamique déséquilibre de charge entre cellules consistant à estimer, audit instant donné, le déséquilibre de charge entre ladite cellule et des cellules voisines, ladite étape de détermination d'inclinaison instantanée déterminant ladite inclinaison instantanée egalement en fonction dudit déséquilibre de charge estimé.
Lorsque ledit déséquilibre de charge est peu important, l'augmentation de l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite charge est atténuée. Autrement dit, lorsque les charges de cellules voisines sont équilibrées, l'on éloigne moins l'antenne d'une de ces cellules de son inclinaison optimale lorsque sa charge augmente. Cette atténuation peut même conduire à ce qu'il n'y ait pas de changement d'inclinaison lorsque les charges de cellules voisines sont équilibrées.
En revanche, lorsque ledit déséquilibre de charge augmente, l'augmentation de l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite charge est amplifiée. Avantageusement, cette amplification est proportionnelle à un facteur représentant ledit déséquilibre de charge.
L'estimation de déséquilibre de charge peut se faire par echange d'informations entre stations de base, par exemple via un système de centralisation.
Selon un autre aspect de la présente invention, ladite étape d'estimation dynamique de charge de cellule estime ladite charge de ladite cellule à partir de parametres propres à ladite station de base.
Avantageusement, lesdits paramètres propres à ladite station de base peuvent être niveau de puissance totale d'émission de ladite antenne, un débit total d'information émis par ladite antenne ou un nombre de signaux à transmettre dans ladite cellule.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec dessins joints, parmi lesquels Fig. 1 est un schéma illustrant l'impact d'une inclinaison vers le bas d'une antenne sur la couverture d'une cellule; la Fig. 2 est un schéma illustrant l'impact d'une inclinaison vers le haut d'une d'antenne sur la couverture d'une cellule ; et la Fig. 3 est un organigramme illustrant le principe base d'un mode de réalisation d'un procédé de commande d'inclinaison d'antenne selon la présente invention.
mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 3 s'applique à un système de radiotélécommunication, notamment du type système de radiotéléphonie mobile cellulaire, comportant, de manière connue, une pluralité de stations base fixes communiquant avec une pluralité d'unités mobiles, chacune des stations de base définissant une cellule et comportant une antenne d'émission et réception dont le faisceau couvre un secteur dans lequel les unités mobiles peuvent communiquer avec la station de base. Ainsi qu'il est bien connu, l'antenne peut être inclinée de manière à modifier le secteur couvert. Les Fgs. 2 et 3 illustrent l'impact d'une inclinaison vers le bas et vers le haut de l'antenne sur la couverture de cellule, ainsi qu'il a été décrit plus haut.
Globalement, en référence à la Fig. 3, un procédé de commande dynamique d'inclinaison d'antenne selon un mode de réalisation de présente invention comporte étape 50 de détermination a priori d'inclinaison d'antenne, une étape 51 d'estimation dynamique de charge de cellule, une étape 52 d'estimation dynamique de déséquilibre de charge entre cellules, une étape 53 de détermination d'angle d'inclinaison instantané et une étape 54 de commande d'inclinaison d'antenne L'étape 50 consiste à déterminer une inclinaison optimale a priori 0,,Pt. de l'antenne. Cette inclinaison optimale Oopt. est telle que le faisceau de l'antenne couvre une zone geographique maximale. Lorsqu'il n'y a pas d'obstacle à proximité de l'antenne, l'inclinaison optimale 0,,pt. sera généralement nulle, est-à-dire que l'angle d'inclinaison du faisceau principal par rapport à l'horizontale sera nul. Autrement dit, l'axe du faisceau principal sera horizontal. Ainsi, dans l'exemple de la Fig. 1, l'antenne 10 dirigée à l'horizontale, couvre le secteur 11 qui est plus important que le secteur 21 couvert par l'antenne 20, inclinée vers le bas. Lorsqu'il y a un obstacle à proximité l'antenne, l'inclinaison optimale 0opt pourra être négative, c'est à dire que le faisceau principal sera incliné vers le haut, comme c'est le cas du faisceau 42 représenté la Fig. 2. Ainsi qu'il est bien connu, cette inclinaison optimale 0opt pourra être déterminée a priori à partir de la connaissance de la topologie de l'environnement de l'antenne et de moyens classiques d'étude de propagation radioélectrique.
L'étape 51 d'estimation dynamique de charge de cellule consiste à estimer à un instant donné une charge de la cellule. Cette charge dépend notamment du nombre d'utilisateurs présents à cet instant sur la cellule. Cette estimation peut se faire en permanence de manière à pouvoir être utilisée à tout instant. Elle peut également être faite à intervalles réguliers ou à certain moments prédéterminés. Cette estimation est faite à partir de paramètres propres à ladite station de base comme le niveau de puissance totale d'émission de l'antenne, le débit total d'information émis par l'antenne ou le nombre de signaux à transmettre dans la cellule. Il ressort de l'étape 51 un paramètre dynamique @ représentant la charge de la cellule. Il est compris entre 0, qui représente une cellule vide, et 1, qui représente une cellule pleine, c'est-à-dire supportant une charge maximum. L'étape 52 d'estimation dynamique de déséquilibre de charge entre cellules consiste à estimer, parallèlement à l'estimation de charge réalisée par l'étape 51, un déséquilibre de charge entre la cellule considérée et cellules voisines. L'estimation de ce déséquilibre de charge peut se faire par échange d'informations entre les stations de base, par exemple via un système de centralisation. II ressort de l'étape 52 un paramètre dynamique a qui représente le déséquilibre de charge entre cellules. Il est compris entre 0, qui représente un équilibre des charges, et 1, qui représente un fort déséquilibre des charges.
L'étape 53 de détermination d'angle d'inclinaison instantané consiste à déterminer à partir du paramètre a priori 0opt. déterminé par l'étape 50 et des paramètres dynamiques a et (3 déterminés par étapes 51 et 52 un angle d'inclinaison instantané Oint.
Dans le présent exemple de réalisation, cette détermination est réalisée par calcul, en appliquant la formule suivante 0i,st. = 0opt( 1 + a(f(e)-1) ) (1) où f([3) est une fonction croissante de j3 qui est egale à 1 lorsque (3 est nul. L'étape 54 de commande d'inclinaison d'antenne consiste à commander l'inclinaison de ladite antenne de manière à ce que l' du faisceau principal de cette dernière soit incliné d'un angle de Ofn par rapport à l'horizontale.
Ainsi, initialement, l'inclinaison de l'antenne fixée à 0@pt déterminé a priori par l'étape 50. Lorsque le système de radiotélécommunication est en fonctionnement, les étapes 51 et 52 fournissent à l'étape 53 les paramètres dynamiques a et P permettant à cette dernière de calculer l'angle 0;,#st. Lorsque les charges d'un groupe de cellules voisines contenant la cellule considérée sont équilibrées, a est égal à zéro et 0;,,t = 0opt, De même, lorsque la charge de la cellule considérée est nulle ou faible, c'est-à-dire que la cellule est vide ou qu'il n'y a petit nombre d'utilisateurs présents, f((3) est égal à ou très proche de 1 et Ofst sensiblement égal à Oopt. Lorsque le nombre d'utilisateurs présents sur la cellule augmente, f((3) augmente et, par conséquent, 0fst augmente en valeur absolue. C'est-à-dire que si le faisceau était initialement à l'horizontale ou incliné vers le bas, va s'incliner encore plus vers le bas et si le faisceau était initialement incliné vers le haut, il va s'incliner encore plus vers le haut. De ce fait, le secteur couvert diminue pour la cellule considérée, à charge pour les cellules environnantes de prendre le relais pour les zones éloignées. Cette diminution du secteur couvert est importante lorsqu'il existe un fort déséquilibre de charge parmi un groupe de cellules voisines comprenant la cellule considérée. Dans ce cas a est important et l'augmentation de 8;n52 en fonction de<B>0</B> est importante. Lorsque les charges du groupe de cellules voisines sont plus équilibrées, a est plus faible et l'augmentation de On,,c en fonction de (3 est atténuée. Bien entendu, lorsque la charge de la cellule diminue, Ak, se rapproche de Ait et le secteur couvert augmente à nouveau.
Claims (8)
1) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication, notamment du type système de radiotéléphonie mobile cellulaire, ledit système de radiotélécommunication comportant une pluralité stations de base fixes (10<B>20,30</B> ;40) communiquant avec une pluralité d'unités mobiles, chacune desdites stations de base définissant une cellule et comportant antenne (10 ;20 ;30 ;40) d'émission et réception dont le faisceau (12 ;22 ;32 , couvre un secteur (11 ;21 ;31 ;41) dans lequel lesdites unités mobiles peuvent communiquer avec ladite station de base, ladite antenne pouvant être inclinée manière à modifier ledit secteur couvert, ledit procédé comportant une étape (50) de détermination priori d'inclinaison d'antenne consistant à déterminer une inclinaison de ladite antenne optimale relativement au secteur couvert, une étape (5 d'estimation dynamique de charge de cellule consistant à estimer à un instant donné une charge de ladite cellule, une étape (53) de détermination d'inclinaison instantanee consistant à déterminer, audit instant donné, en fonction de ladite inclinaison d'antenne optimale déterminée et de ladite charge estimée, une inclinaison instantanée, une étape (54) de commande d'inclinaison d'antenne consistant à commander l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite inclinaison instantanée déterminée.
2) Proce dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclinaison de ladite antenne tend vers ladite inclinaison optimale lorsque ladite charge est peu importante.
3) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inclinaison de ladite antenne s'écarte d'autant plus de ladite inclinaison optimale et d'une inclinaison horizontale que ladite charge augmente.
4) Proce dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend également une étape (52) d'estimation dynamique de déséquilibre de charge entre cellules consistant à estimer, audit instant donné, le déséquilibre de charge entre ladite cellule et des cellules voisines, ladite étape de détermination d'inclinaison instantanée déterminant ladite inclinaison instantanée également en fonction dudit déséquilibre de charge estimé.
5) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque ledit déséquilibre de charge est peu important, l'augmentation de l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite charge est atténuée.
6) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, lorsque ledit déséquilibre de charge augmente, l'augmentation de l'inclinaison de ladite antenne en fonction de ladite charge est amplifiée. Avantageusement, cette amplification est proportionnelle à un facteur représentant ledit déséquilibre de charge.
7) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape d'estimation dynamique de charge de cellule estime ladite charge de ladite cellule à partir de paramètres propres à ladite station de base.
8) Procédé dynamique de commande d'inclinaison d'antenne pour un système de radiotélécommunication selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits paramètres propres à ladite station de base sont un niveau de puissance totale d'émission de ladite antenne, un débit total d'information émis par ladite antenne ou un nombre de signaux à transmettre dans ladite cellule.
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