SE465246B

SE465246B - Method for determining upstream interference in mobile radio systems

Info

Publication number: SE465246B
Application number: SE8900743A
Authority: SE
Inventors: K Gunmar
Original assignee: Televerket
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1991-08-12
Also published as: SE8900743L; SE8900743D0

Abstract

This invention concerns a method for determining upstream interference and is connected to the allocation of resources in mobile radio systems comprising a number of base stations with associated coverage areas and mobile stations. According to the invention the level of interference in a coverage area with regard to interference from mobile stations in another coverage area is determined by the measured/calculated field strength values related to geographical co-ordinates in the respective coverage areas for the interfering mobile station being represented by a static model. The values of the interference field strength can either be represented in table form and a uniform indication of all the values in the table can be carried out, or they can be represented by a distribution function, preferably with logarithmically normal distribution. <IMAGE>

Description

'4es 246 10 15 20 25 30 35 40 2 föreliggande uppfinning är det nu möjligt att på ett effektivt sätt bestämma interferensgraden för upplänksfallet, för att råda bot på detta problem. According to the present invention, it is now possible to effectively determine the degree of interference of the uplink case, in order to remedy this problem.

SAMMANFATTNINÉ AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning tillhandahåller således en metod för fastställ- ning av upplänksinterferenser i ett mobilradiosystem innefattande ett antal basstationer med tillhörande täckningsområden och mobilstationer, varvid interferensgraden i ett täckníngsområde med avseende på störande mobiler i ett annat täckningsområde fastställes.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention thus provides a method for determining uplink interferences in a mobile radio system comprising a number of base stations with associated coverage areas and mobile stations, wherein the degree of interference in one coverage area with respect to interfering mobiles in another coverage area is determined.

Enligt uppfinningen representeras uppmätta/beräknade fältstyrkevärden relaterade till geografiska koordinater i respektive täckningsområde för den störande mobilen av en statistisk modell för beräkning av interferensgraden.According to the invention, measured / calculated field strength values related to geographical coordinates in the respective coverage area of the interfering mobile are represented by a statistical model for calculating the degree of interference.

Antingen kan den störande mobilens fältstyrkevärden representeras i tabell- form och en likformig utpekning utföras över tabellens alla värden, eller alternativt kan den störande mobilens fältstyrkevärden representeras av en logaritmiskt normal fördelningsfunktion baserad på medelvärdet eller medianen och spridningen hos nämnda störfältstyrkevärden.Either the field strength values of the interfering mobile can be represented in tabular form and a uniform designation is performed over all values of the table, or alternatively the field strength values of the interfering mobile can be represented by a logarithmically normal distribution function based on the mean or median and scatter of said interference field values.

Företrädesvis beräknas interferensgraden genom att sätta Qij (Lﬂk) = q där q är den bråkdel av täckningsområdet för vilken gäller Qi/Qj < Lak där Qi är vid basstationen mottagen effekt från den egna mobilen, Qj är en slumpad störfältstyrka, som representerar vid basstationen mottagen effekt från en störande mobil, och Lük är ett bestämt godhetstal.Preferably the degree of interference is calculated by setting Qij (L ﬂ k) = q where q is the fraction of the coverage area for which Qi / Qj <Lak where Qi is at the base station received power from the own mobile, Q effect from a disruptive mobile, and Lük is a definite goodness figure.

KÛRTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, varav fig. 1 illustrerar hur en mobil utsätts för störning från en intilliggande basstation, fig. 2 illustrerar hur en bas utsättes för störning från en mobil i intilliggande område, fig. 3-5 är exempel på plottbilder för olika interferenssituationer.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, of which Fig. 1 illustrates how a mobile is subjected to interference from an adjacent base station, Fig. 2 illustrates how a base is subjected to interference from a mobile in an adjacent area. , Figs. 3-5 are examples of plot images for different interference situations.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÜREDRAGNA UTFÜRINGSFÜRMER AV UPPFINNINGEN Uppfinningen är förknippad med resurstilldelning i ett radiosystem.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION The invention is associated with resource allocation in a radio system.

Förutsättningarna är att det finns ett antal basstationer med var sitt täckningsområde och ett frekvensband för systemet med ett begränsat antal kanaler. Det finns också krav på vilket störförhållande C/I som krävs för bra mottagning och hur mycket interferens mottagare tål i angränsande kanaler.The prerequisites are that there are a number of base stations, each with its own coverage area and a frequency band for the system with a limited number of channels. There are also requirements on what interference ratio C / I is required for good reception and how much interference the receiver can withstand in adjacent channels.

Fältstyrkor uppmätes längs de relevanta vägarna inom respektive täcknings- områden. Ur mätvärdena beräknas korsinterferensmatriser som med numeriska 10 15 20 25 30 35 40 465 246. 3 värden anger störningsförhållanden mellan täckningsområden. Ur korsinter- ferensmatriserna beräknas en uteslutningsmatris som i symbolisk form anger störförhållanden mellan sändare, speciellt basstationer. Med hjälp av uteslutningsmatrisen utföres kanaltilldelningen.Field strengths are measured along the relevant roads within the respective coverage areas. From the measured values, cross-interference matrices are calculated as with numerical 10 15 20 25 30 35 40 465 246. 3 values indicate disturbance conditions between coverage areas. From the cross-interference matrices, an exclusion matrix is calculated which in symbolic form indicates interference conditions between transmitters, especially base stations. With the help of the exclusion matrix, the channel assignment is performed.

Föreliggande uppfinning avser bestämningen av elementen i en korsinter- ferensmatris; varje element är lika med interferensgraden i ett täcknings- område med avseende på ett annat täckningsområde. Uppfinningen avser närmare bestämt upplänkssituationen, dvs. interferensgraden med avseende störande mobiler i ett annat täckningsområde.The present invention relates to the determination of the elements of a cross-interference matrix; each element is equal to the degree of interference in one coverage area with respect to another coverage area. More specifically, the invention relates to the uplink situation, i.e. the degree of interference with respect to interfering mobiles in another coverage area.

Med användning av en speciellt kalibrerad mottagareutrustning uppmäts mottagen effekt från samtliga basstationer på relevanta trafikleder i det geografiska området som omfattas av mobilradiosystemet. De uppmätta fältstyrkorna utgör för dessa mätningar medelvärden över delsträckor om 20 m (ca 30 våglängder) och varje delsträcka är knuten till en koordinatangivelse.Using a specially calibrated receiver equipment, the power received from all base stations on relevant traffic routes in the geographical area covered by the mobile radio system is measured. For these measurements, the measured field strengths are averages over sections of 20 m (approx. 30 wavelengths) and each section is linked to a coordinate indication.

Fältstyrkevärdena representeras i mätmaterialet av mottagen signaleffekt i dBm. Mätningarna är inte så omfattande som det låter eftersom man i själva verket kan registrera fältstyrkor upp till än tolv basstationer åt gången.The field strength values are represented in the measurement material by the received signal power in dBm. The measurements are not as extensive as it sounds because you can actually register field strengths up to more than twelve base stations at a time.

Det är helt möjligt att göra alla nödvändiga mätningar för en cell inklusive täckning och interferensområde under en natt. Det har redan med framgång utförts denna typ av mätningar i Stockholmsområdet.It is quite possible to make all the necessary measurements for a cell including coverage and interference area during one night. This type of measurement has already been successfully performed in the Stockholm area.

Mätningarna ger kännedom om vilken potentiell effekt en mottagare i en mobil skulle motta från olika celler varhelst mobilen befinner sig inom det geografiska området. Man kan också lätt beräkna den potentiellt mottagna effekten vid en godtycklig basstation härrörande från mobiler inom täcknings- området. Man känner alltså till interferenssituationen både för mobilerna och basstationerna.The measurements provide knowledge of what potential effect a receiver in a mobile would receive from different cells wherever the mobile is located in the geographical area. One can also easily calculate the potentially received power at an arbitrary base station originating from mobiles within the coverage area. The interference situation is thus known for both the mobile phones and the base stations.

Uteslutningsmatrisen utgör således en systematisk beskrivning i symbolisk form av hur olika basstationer, alternativt mobiler i olika täckningsområden, kan samsas samkanalsmässigt och grannkanalsmässigt.The exclusion matrix thus constitutes a systematic description in symbolic form of how different base stations, alternatively mobiles in different coverage areas, can coexist in terms of co-channel and neighboring channel.

Matrisens utseende beror av vilka gränsvärden som satts för störning och täckning. Det är viktigt att förstå att en uteslutningsmatris visserligen innehåller information om hur kanaler kan disponeras men trots detta inte är en storhet som är frekvensberoende utan endast beskriver relationer mellan fältstyrkor i rummet.The appearance of the matrix depends on the limit values set for interference and coverage. It is important to understand that an exclusion matrix does contain information on how channels can be disposed of, but nevertheless is not a quantity that is frequency-dependent but only describes relationships between field strengths in the room.

Eftersom interferenserna kan beskrivas dels med avseende på basstations- mottagarna, dels med avseende på de mobila enheternas mottagare finns det en upplänkmatris och en nedlänkmatris.Since the interferences can be described partly with respect to the base station receivers and partly with respect to the receivers of the mobile units, there is an uplink matrix and a downlink matrix.

Nedlänksituationen visas i fig. 1. Antag att alla basstationerna till- sammans med motsvarande serviceområden är numrerade från 1 till N. I fig. 1 visas två stationer i och j med tillhörande serviceområden. En mobil M i det 10 15 20 25 30 35 ü0 ö465 246 4 i-te täckningsområdet mottar en önskad effekt Pi från den egna basstationen och en ej önskad interferenseffekt Pj från basstationen nummer j. Det är en liten skillnad mellan begreppen "serviceområde" och "täckningsområde". Med täckningsområde menar vi här alla uppmätta vägar vilka, med avseende på en given basstation, har en tillräckligt hög mottagen effekt för att tillåta tillfredsställande mottagning. I serviceområdet kan det finnas ej uppmätta punkter med god mottagning.The downlink situation is shown in Fig. 1. Assume that all the base stations together with the corresponding service areas are numbered from 1 to N. In Fig. 1, two stations i and j are shown with associated service areas. A mobile M in the coverage area receives a desired power Pi from the own base station and an unwanted interference power Pj from the base station number j. There is a small difference between the terms "service area" and "coverage area". By coverage area we mean here all measured paths which, with respect to a given base station, have a sufficiently high received power to allow satisfactory reception. In the service area, there may be unmeasured points with good reception.

Den minsta tillåtna störkvoten C/I (carrier to interference) för acceptabel kvalitet för samkanal är LP1 och det minst tillåtna C/I för acceptabel kvalitet för störning i den första grannkanalen är LP2 osv. För den (k-1):a grannkanalen måste C/I vara större än LPk, k_í M. Utstörnings- måttet p definieras som den bråkdel av täckningsområdet för vilken det gäller att Pi/P3 < LPk k = 1,2, ... M M utgör antalet nödvändiga samkanals- och grannkanalsgränsvärden.The minimum permissible disturbance ratio C / I (carrier to interference) for acceptable quality for co-channel is LP1 and the minimum permissible C / I for acceptable quality for interference in the first neighboring channel is LP2 etc. For the (k-1) neighboring channel, C / I must be greater than LPk, k_í M. The emission measure p is defined as the fraction of the coverage area for which Pi / P3 <LPk k = 1,2, .. MM is the number of required co-channel and neighboring channel limit values.

Elementet Pij i en generell N-te ordningens korsínterferensmatris ges av sambandet Pii (LPk) = p Diagonalelementen sätts till noll, dvs.The element Pij in a general N-th order corrosion interference matrix is given by the relation Pii (LPk) = p The diagonal elements are set to zero, ie.

Pij (LPk) : 0 för alla i och k.Pij (LPk): 0 for all i and k.

Denna korsinterferensmatris P avser nedlänksituationen och beskriver vilken störningsgrad mobiler erfar med avseende på sändande basstationer.This cross-interference matrix P refers to the downlink situation and describes the degree of interference mobile phones experience with respect to transmitting base stations.

Fig. 2 illustrerar upplänksituationen. I figuren visas två basstationer i och j med tillhörande serviceområden. I detta fallet utsättes basstationen i från interferens Qj från en mobil Mj i täckningsområdet för basstationen j.Fig. 2 illustrates the uplink situation. The figure shows two base stations i and j with associated service areas. In this case, the base station i is exposed from interference Qj from a mobile Mj in the coverage area of the base station j.

Basstationen i mottar en önskad effekt 0i från en mobil Mi i sitt täcknings- område. Täckningsområdena är definierade på samma sätt som tidigare eller eventuellt justerade för eventuell obalans i effektbudgetarna för upp- och nedlänk.The base station i receives a desired power 0i from a mobile Mi in its coverage area. The coverage areas are defined in the same way as before or possibly adjusted for any imbalance in the power budgets for uplink and downlink.

Upplänksmatrisen beräknas på följande sätt. När mobilen Mj i fig. 2 genomlöper hela täckningsområdet för basen j genereras en störeffekt i basen i. Den minsta tillåtna störkvoten C/I för acceptabel kvalitet för samkanal 5 betecknas med L01 och den minsta C/I för acceptabel kvalitet för den första grannkanalen betecknad med LQ2 etc. För den (k-1):a grannkanalen måste C/I . vara större än LQk, k í_M, på samma sätt som tidigare. Störeffekten varierar beroende på den störande mobilens momentana position och dessa olika störeffektutfall kan karakteriseras statistiskt med en fördelningsfunktion. ,a) Fördelningsfunktionen beräknas med utgångspunkt från uppmätta fält- styrkevärden. Störvärden genereras genom att utföra slumpning enligt den 10 15 20 25 30 35 40 465 246 . 5 nämnda fördelningen vilket kan realiseras exempelvis genom att låta samtliga störutfall vara representerade i tabellform och utföra en likformig utpekning över tabellens alla talvärden. Alla värdena är alltså lagrade på var sin minnesplats och utpekning sker likformigt över alla adresserna till minnes- platserna. w Antag att en mobil Mi genomlöper täckningsområde i och därmed erfar täckningsfältstyrkan Qi och en slumpad störfältstyrka Qj i en given punkt i täckningsområdet. Utstörningsmåttet eller interferensgraden q (q är elementet Qij (Lßk) i korsinterferensmatrisen för upplänken) definieras som den bråkdel av täckningsområdet för basen i för vilken det gäller att Qi/aj < Lak.The uplink matrix is calculated as follows. When the mobile Mj in Fig. 2 traverses the entire coverage area of the base j, a disturbance effect is generated in the base i. with LQ2 etc. For the (k-1) th neighboring channel, C / I must. be greater than LQk, k í_M, in the same way as before. The interference power varies depending on the momentary position of the interfering mobile and these different interference power outcomes can be characterized statistically with a distribution function. , a) The distribution function is calculated on the basis of measured field strength values. Interference values are generated by performing randomization according to the 10 15 20 25 30 35 40 465 246. 5, which can be realized, for example, by allowing all disturbance outcomes to be represented in tabular form and performing a uniform designation of all numerical values in the table. All the values are thus stored in their respective memory locations and designation takes place uniformly over all the addresses to the memory locations. w Assume that a mobile Mi traverses the coverage area i and thus experiences the coverage field strength Qi and a random interference field strength Qj at a given point in the coverage area. The degree of interference or degree of interference q (q is the element Qij (Lßk) in the crosslink interference matrix for the uplink) is defined as the fraction of the coverage area of the base i for which Qi / aj <Lak.

På grund av att störfältstyrkan Qj är framslumpad utgör kvoten Qi/Qj en stokastisk variabel. Konsekvensen är att även q är en stokastisk variabel som antager nya värden för varje gång beräkningen utföres. Det visar sig i prak- tiken att på detta sätt beräknade q-värden är väl samlade kring sitt medel- värde och att ett enstaka utfall kan betraktas som representativt. Skulle man inte nöja sig med detta återstår alltid möjligheten att uppskatta medelvärdet för q genom att på ovan beskrivna sätt simulera den störande mobilens inverkan ett flertal gånger. b) Fördelningsfunktionen approximeras med en logaritmiskt normal fördel- ning. Det är väl känt i litteraturen att störfältstyrkor härrörande från mobiler belägna på samma avstånd från basen är nära logaritmiskt normal- fördelade. Detta gäller även med god approximation störfältstyrkor i en bas från mobiler i ett angränsande täckningsområde. Den lognormala fördelningen är fullständigt bestämd av medelvärde och spridning vilka parametrar lätt kan beräknas ur givna uppmätta störfältstyrkor. Jämfört med fallet a) så beräknas inte fördelningsfunktionen utan endast medelvärde och spridning för den sanna fördelningen av störvärden. Den sanna fördelningen approximeras vidare med en logaritmiskt normal fördelning. Som medelvärde i lognormala fördelningen kan mycket väl medianen för de sanna logaritmerade störfältstyrkorna användas. De simulerade störeffekterna genereras med hjälp av en generator för normalför- delade talvärden samt kunskap om medelvärde och spridning enligt ovan.Because the interference field strength Qj is random, the ratio Qi / Qj is a stochastic variable. The consequence is that q is also a stochastic variable that assumes new values each time the calculation is performed. It turns out in practice that q-values calculated in this way are well gathered around their mean value and that a single outcome can be regarded as representative. If one were not satisfied with this, the possibility always remains to estimate the mean value of q by simulating the effect of the disturbing mobile phone several times in the manner described above. b) The distribution function is approximated by a logarithmically normal distribution. It is well known in the literature that interference field forces originating from mobile phones located at the same distance from the base are close to logarithmically normally distributed. This also applies with good approximation of interference field strengths in a base from mobiles in an adjacent coverage area. The lognormal distribution is completely determined by the mean value and scatter which parameters can easily be calculated from given measured interference field strengths. Compared with case a), the distribution function is not calculated, but only the mean value and spread for the true distribution of disturbance values. The true distribution is further approximated by a logarithmically normal distribution. As a mean in the lognormal distribution, the median of the true logarithmic interference field strengths can very well be used. The simulated noise effects are generated with the help of a generator for normally distributed numerical values as well as knowledge of mean value and spread as above.

Beräkningen av elementen Qij (LQk) i korsinterferensmatrisen sker analogt med vad som anges i a) ovan.The calculation of the elements Qij (LQk) in the cross-interference matrix takes place analogously to what is stated in a) above.

Effektvärdena Q i basstationerna från sändande mobiler är direkt relaterbara till effektvärdena P från sändande basstationer på grund av att transmissionsförlusten mellan bas och mobil ej är beroende av sändnings- riktningen. Eftersom P-värden erhålls enkelt ur uppmätta vågutbredningsdata gäller detta även för Q-värden.The power values Q in the base stations from transmitting mobiles are directly related to the power values P from transmitting base stations because the transmission loss between base and mobile is not dependent on the transmission direction. Since P-values are easily obtained from measured wave propagation data, this also applies to Q-values.

Fig. 3-5 illustrerar hur upplänksinterferensen i praktiken kan skilja 10 15 20 25 30 35 40 0 465 246 6 sig från nedlänksinterferensen. Figurerna har tagits fram med hjälp av plottprogram som utnyttjar uppmätta fältstyrkevärden. Vid beräkningen av upplänksinterferensen har föreliggande uppfinning tillämpats. Plottprogram beräknar interferensgraden samt ger en visuell bild av störsituationen.Figs. 3-5 illustrate how the uplink interference may in practice differ from the downlink interference. The figures have been produced with the help of plot programs that use measured field strength values. In the calculation of the uplink interference, the present invention has been applied. Plot program calculates the degree of interference and provides a visual picture of the disturbance situation.

I fig. 3-5 visas plottbilder över serviceområdet för basstationen i Vällingby med avseende på interferenser från täckningsområdet kring basstationen vid Ûdenplan. Nedlänksituationen åskådliggörs i fig. 3, varvid gränsvärdet för täckning är -93 dBm. Täckningen utgörs av plottade linje- segment medan interferenser från Ûdenplan betecknas med 0. Interferensgraden dvs. elementet i korsinterferensmatrisen är beräknad till 0,8 %.Figs. 3-5 show plot images of the service area for the base station in Vällingby with regard to interferences from the coverage area around the base station at Ûdenplan. The downlink situation is illustrated in Fig. 3, where the limit value for coverage is -93 dBm. The coverage consists of plotted line segments while interferences from Ûdenplan are denoted by 0. The degree of interference, ie. the element in the cross-interference matrix is calculated to be 0.8%.

Fig. 4 visar en plottbild över motsvarande situation för upplänken. Det är således en bild av hur mobilerna i täckningsområdet för basstationen vid Ûdenplan stör basstationen i Vällingby. Interferensgraden är här ca tio gånger större än i nedlänken.Fig. 4 shows a plot view of the corresponding situation for the uplink. It is thus a picture of how the mobiles in the coverage area for the base station at Ûdenplan disturb the base station in Vällingby. The degree of interference here is about ten times greater than in the downlink.

Fig. 5 visar en plottbild av upplänksituationen när gränsvärdet för täckning höjts till -88 dBm. Täckningsområdet har minskat något, men inter- ferenssituationen har blivit acceptabel med interferensgrad på ca 4 %.Fig. 5 shows a plot image of the uplink situation when the limit value for coverage has been raised to -88 dBm. The coverage area has decreased somewhat, but the interference situation has become acceptable with an interference rate of about 4%.

Ur figurerna framgår det således att det inte är tillräckligt att endast ta hänsyn till nedlänksinterferenserna, eftersom, i exemplet ovan, inter- ferensgraden var tio gånger större i upplänksfallet. 0m denna situation hade tillåtits hade kommunikationen i upplänken, dvs. från en mobil till en annan abonnent, varit störande dålig även om kommunikationen i andra riktningen var acceptabel.The figures thus show that it is not sufficient to only take into account the downlink interferences, since, in the example above, the degree of interference was ten times greater in the uplink case. If this situation had been allowed, the communication would have been uplink, ie. from a mobile to another subscriber, was disturbingly bad even if the communication in the other direction was acceptable.

Claims

465 246 PATENT REQUIREMENTS

A method for determining uplink interferences in a mobile radio system comprising a number of base stations with associated coverage areas and mobile stations, wherein the degree of interference in a coverage area with respect to interfering mobiles in another coverage area is determined, characterized in that field strengths from all relevant base stations are measured. traffic routes within the geographical area of the radio system and are related to the corresponding geographical coordinates in each coverage area, whereby the interfering mobile's instantaneous position is represented by a statistical model, so that one or more field strength values are designated on the basis of the statistical model for calculating interference.

2. A method according to claim 1, characterized in that the field strength values of the interfering mobile are represented in tabular form and that a uniform designation is performed over all the values of the table.

Method according to claim 1, characterized in that the field strength values of the interfering mobile are represented by a logarithmically normal distribution function based on the mean or median and the scattering of said interference field strength values.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the degree of interference Qij (Lük) is calculated by setting Uij (Lük) = q where q is the fraction of the coverage area for which Qi / Qj <Lak where Qi is received at the base station power from one's own mobile, Qj is a random interference field strength, which represents power received at the base station from a disturbing mobile, and LQk is a definite goodness number.