DE60021703T2

DE60021703T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Analyse von Funksignalausbreitung in einem drahtlosen System

Info

Publication number: DE60021703T2
Application number: DE60021703T
Authority: DE
Inventors: John Herndon Arpee; Stan Herndon Gutowski
Original assignee: SOCREBOARD Inc
Current assignee: SOCREBOARD Inc
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2006-04-20
Also published as: EP1154661B1; JP2001320320A; CA2325071C; EP1154661A2; KR20010103553A; DE60021703T8; US6606494B1; CA2325071A1; KR100657369B1; ATE301374T1; EP1154661A3; MXPA00012265A; AR026358A1; BR0004213A; DE60021703D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zellentelephonsysteme und auf die Modellierung von Zellentelephonsystemen zur Optimierung der Verwendung des gesamten verfügbaren Funkspektrums. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine zuverlässige Vorhersage des Betriebsverhaltens auf der Grundlage einer Messtechnik zur unauffälligen Sammlung von Daten über das Betriebsverhalten des Zellensystems ohne Unterbrechung des normalen Betriebs und zur komplexen Analyse der gesammelten Daten.
Der Versorgungsbereich eines drahtlosen Kommunikationssystems ist in als Zellen bekannte verbundene Versorgungsdomänen unterteilt, wo die Funktelephon-(Zellen-)Nutzer über Funkverbindungen mit der Basisstation kommunizieren, die die Zelle bedient. Die Zellen können weiter in Segmente unterteilt sein. Die Basisstation ist mit dem Landkabelnetz gekoppelt.
Derzeit verfügbare kommerzielle Mobilkommunikationssysteme enthalten typisch mehrere feste Zellen, von denen jede an Mobileinheiten in ihrem Kommunikationsbereich Signale sendet und von ihnen empfängt. In AMPS- oder FDMA-Systemen sind jeder Basisstation in einem Frequenzspektrum mehrere Kanäle (jeweils 30 kHz breit) zugeordnet, über die sie mit Mobileinheiten kommunizieren kann. Eine Mobileinheit innerhalb der Reichweite der Basisstation kommuniziert unter Verwendung dieser Kanäle mit der Basisstation. Die von einer Basisstation verwendeten Kanäle sind typisch in einer Weise voneinander getrennt (wobei typisch 1, 7 oder 21 Zwischenkanäle ausgelassen sind), die ausreicht, damit Signale auf irgendeinem Kanal Signale auf einem anderen von dieser Basisstation verwendeten Kanal nicht stören. Um dies zu erreichen, teilt ein Operator typisch einer Basisstation eine Gruppe von Kanälen zu, von denen jeder weit von dem nächsten getrennt ist. Solange eine Mobileinheit in dem Bereich ist, in dem das Signal von einer Basisstation stark genug ist, und nur mit dieser Basisstation kommuniziert, gibt es keine Störung bei der Kommunikation. Die vorliegende Erfindung funktioniert ebenfalls mit GSM- und iDEN-Systemen, die sich nicht auf das gleiche Frequenzmultiplex-Vielfachzugriffsverfahren stützen.
In einem üblichen Typ eines Mobilsystems, das Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (TDMA) genannt wird, das IS-54 und IS-136, GSM und iDEN umfasst, ist jeder Frequenzkanal innerhalb jeder Frequenz in zusätzliche Kanäle zeitmultiplexiert. Jede Basisstation sendet und empfängt während einer Anzahl verschiedener Intervalle oder Zeitschlitze in Bündeln. Diese Zeitintervalle innerhalb der Frequenzbänder bilden dann effektiv die einzelnen Kanäle. Um die Kanalunterteilungen innerhalb einer Frequenz zu unterscheiden und um die Kanäle einer gemeinsamen Frequenz zwischen überlappenden Zellen zu unterscheiden, werden digitale Codes verwendet. Zum Beispiel verwendet IS-136 Digital Verification Colour Codes, die für einen Kanal in einer Zelle eindeutig sind. Das GSM verwendet Basisstations-Identifizierungscodes.
Um zu ermöglichen, dass Mobileinheiten Fernsprechverbindungen senden und empfangen, während sich die Einheiten über einen weiten geographischen Bereich bewegen, ist jede Zelle normalerweise physikalisch so positioniert, dass ihr Einzugsbereich an die Einzugsbereiche einer Anzahl anderer Zellen angrenzt und sich mit ihnen überlappt. Wenn sich eine Mobileinheit aus einem Bereich, der von einer Basisstation versorgt wird, in einen Bereich bewegt, der von einer anderen Basisstation versorgt wird, werden die Verbindungen mit der Mobileinheit in einem Bereich, wo sich die Versorgung von den angrenzenden Zellen überlappt, von einer Basisstation zu einer anderen übertragen. Wegen dieser überlappenden Versorgung werden die den einzelnen Zellen zugeteilten Kanäle sorgfältig ausgewählt, so dass angrenzende Zellen nicht auf denselben Kanälen senden oder empfangen. Diese Trennung wird typisch dadurch erreicht, dass einer Zentralzelle eine Gruppe weit beabstandeter nicht störender Kanäle zugewiesen wird und daraufhin den Zellen, die die Zentralzelle umgeben, unter Verwendung eines Musters, das nicht dieselben Kanäle für die die Zentralzelle umgebenden Zellen wiederverwendet, weitere Gruppen weit beabstandeter nicht störender Kanäle Zellen zugewiesen werden. Das Muster der Kanalzuweisungen wird ähnlich mit den weiteren Zellen, die an die erste Gruppe von Zellen angrenzen, fortgesetzt. Häufig senden angrenzende oder überlappende Zellen auf derselben Frequenz, wobei beide durch eine drahtlose Mobileinheit empfangen werden. Wegen der digitalen Codes, die jeden Kanal identifizieren, kann die drahtlose Mobileinheit aber das richtige Signal verarbeiten und irgendeinen zusätzlichen Empfang ignorieren.
Es ist erwünscht, einen Prozess zu schaffen, durch den die Störung zwischen Zellentelephonsystemkanälen, die bei derselben Frequenz und/oder bei angrenzenden Frequenzen arbeiten, über jede Gesamtzelle eines Gesamtsystems anhand dynamischer Informationen, die dem Betriebsverhalten während der Verwendung entsprechen, genau vorhergesagt werden kann und durch den Kanäle anhand des Störungsbetriebsverhaltens während der Verwendung adaptiv neu zugeteilt werden können, um die Kapazität maximal zu machen, während die Gesamtstörung in dem System minimal gemacht wird.
US-A-5 987 306 offenbart ein System zum Überwachen von Datenkommunikationsnetzen, in dem Mobileinheiten zum Überwachen und Sammeln von Kommunikationsdaten und zum Senden der Daten an eine feste Einheit verwendet werden. Die Daten werden verarbeitet und verwendet, um zu ermöglichen, dass der Operator Tests, Überprüfung, Planung, Wartung und Prüfung des Netzes durchführt. Die Informationen werden in Form statistischer Daten, die auf tatsächlichen Messungen an gewünschten Punkten in dem Netz beruhen, an den Netzoperator geliefert.
ETL 1110-1-175 (30.06.1997), "Engineering and Design – Practical Aspects of Applying Geostatistics at Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Sites", Kapitel 2, Dokument D2, behandelt technische Aspekte der Geostatistik und liefert insbesondere eine Diskussion der Anwendung bestimmter statistischer Modelle zum Verfolgen der Grundwasserverunreinigung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln und Verarbeiten von über ein drahtloses System empfangenen Signalpegeldaten geschaffen, wie sie in den Ansprüchen 1 bzw. 12 beansprucht sind.
Das Ziel der hier gelehrten Sammlung und Analyse ist das Betriebsverhalten hinsichtlich der Dienstbewertungsqualität. Die Fahrtests messen die HF-Ausbreitung eines Zellensystems. Die Qualität des Betriebsverhaltens wird durch die Analyse der gemessenen Testfahrtdaten bestimmt. Als Hilfe bei der Bewertung des Systems werden Fahrtests verwendet, um die Zellenanordnung und die Kanalverteilung zu bestimmen und die Sektorstörung zu bewerten. Es wird ein Zellendienstbereich analysiert und ein Fahrweg festgesetzt. Die Bestimmung eines richtigen und effektiven Fahrwegs ist wesentlich für die richtige Systembewertung. Der Fahrweg beruht auf einer komplexen Analyse des Systems einschließlich seiner elektronischen und geographischen Merkmale. Wenn ein Fahrweg festgesetzt worden ist, werden eines oder mehrere Fahrzeuge durch das Zellensystem gefahren, um Daten zu sammeln. Die Fahrzeuge sind mit Funkempfängern zum Erfassen der Signalstärke von den Zellenstandorten und mit einer Positionierungsanlage wie etwa GPS-Empfängern zur Bestimmung des einem empfangenen Signals entsprechenden Orts versehen. Außerdem sind die Fahrzeuge mit einer Datensammelanlage wie etwa mit Computern zur Sammlung und Korrelation der Daten ausgestattet.
Das Messsystem ist typisch in ein Fahrzeug eingebaut. Die Daten werden gesammelt, während sich das Fahrzeug auf einer vorgegebenen Strecke innerhalb des Versorgungsbereichs bewegt. Außerdem kann das Messsystem zum Sammeln von Daten in einem Gebäude verwendet werden, obgleich dies einen anderen Mechanismus zum Liefern der Positionsinformationen erfordert. Das typische Messsystem besteht aus einem Abtastempfänger, einem GPS und einem Laptop-Computer. Der Abtastempfänger erzeugt für eine vorgegebene Liste von Kanälen Signalpegelmesswerte, während das GPS Positionsinformationen (Breiten/Längen-Informationen) liefert. Der Laptop-Computer protokolliert während des Messereignisses die Signalpegel- und Positionierungsinformationen.
Ein auf eine besondere Frequenz abgestimmter Abtastempfänger in einem AMPS/FDMA-System kann nicht zwischen getrennten Signalen auf derselben Frequenz unterscheiden und besitzt daher nicht die Fähigkeit zu bestimmen, ob ein Signal von einer oder von mehr als einer Zellenantenne ausgeht. Wegen der Überlappung der Signale, wenn alle Zellenstandorte aktiv sind, können die Testfahrzeuge einen Signalpegel von einem gegebenen Antennenort nicht genau bestimmen. Ein empfangener Signalpegel kann die Kombination von Signalen von mehr als einer Basisstation sein. Um dieses Problem während Fahrtests im AMPS-System zu vermeiden, werden in jedem Sektor einzelne Antennen auf einen konstanten Sendezustand in einer einzigen besonderen Frequenz, die von allen anderen Sektoren verschieden ist, aufgetastet. Dies wird üblicherweise als ein aufgetastetes oder Bakensignal bezeichnet. Durch Abstimmen einer besonderen Frequenz kann ein Empfänger in einem Testfahrzeug genau die Basisstation bestimmen, die dem empfangenen Signal entspricht, und den Signalpegel aus diesem einzelnen Sektor bestimmen.
Bei Auftasttests wird in jedem Sektor, der sich in einen Messbereich ausbreitet, ein einziger Testkanal aufgebaut. Durch Aufbauen eines einzigen Testkanals in einem Sektor können Messwerte für den gegebenen Kanal dem Quellsektor positiv zugeordnet werden. Diese Methodik zum Aufbauen des eindeutigen Testkanals erfordert Änderungen an dem System. Der Testkanal wird in eine sol che Betriebsart versetzt, dass er ein konstantes Signal sendet, das als eine "Auftastung" bezeichnet wird. Außerdem wird der gleiche Kanal (und werden gelegentlich angrenzende Kanäle) in allen anderen Sektoren, die sich in den Messbereich ausbreiten, ausgeschaltet ("gesperrt"). Der Prozess des Auftastens und Sperrens von Kanälen erfordert, dass viele Kanäle aus dem Dienst entfernt werden, um diese Messsammlung auszuführen. Somit wird die Messsammlung auf Perioden, wo wenige Mobileinrichtungen in dem System arbeiten, typisch 10 Uhr abends bis 5 Uhr früh, beschränkt.
Falls die Anzahl der Sektoren, die sich in einen Messbereich ausbreiten, größer als die Anzahl der verfügbaren Auftastkanäle ist, werden eine Reihe überlappender Fahrten ausgeführt. In dieser Situation werden einer Teilmenge von Sektoren Auftastkanäle zugewiesen, während die Messungen in einem Bereich ausgeführt werden. Danach wird der Bereich mit einer anderen Teilmenge von Sektoren, denen Auftastkanäle zugewiesen worden sind, erneut durchfahren Dieser Prozess wird wiederholt, bis die Messwerte für jeden Sektor, der sich in den Messbereich ausbreitet, erhalten worden sind.
Das Ziel der Sammlung von Messdaten ist es, an jedem Ort einen vollständigen Satz von Messwerten zu erhalten. Vollständig bedeutet, dass für jeden Sektor ein Messwert erreicht wurde oder dass bestimmt wurde, dass der Sektor unter einem Signalpegel ist, der durch den Abtastempfänger erfasst werden kann.
In den TDMA-Systemen IS-54 und IS-136, GSM und iDEN enthält das Signal eine digitale Informationskomponente, die die Sendeantenne eines besonderen Signals auf einer gemeinsamen Frequenz identifiziert. Es ist nicht notwendig, die Basisstationen aufzutasten, um die Orte von Zellenstandorten zu unterscheiden. Ein Fahrtest kann während des normalen Betriebs des drahtlosen Systems ausgeführt werden. Die Empfangsanlage in den Fahrtestfahrzeugen kann den sendenden Sektor anhand des jedem Sektor zugewiesenen Digital Verification Color Codes DVCC bestimmen. Das drahtlose Signal für die Datensammlung kann unter Verwendung einer für TDMA-Systeme bestimmten Testanlage wie etwa des TDMA-Fahrtestsystems E747A von Agilent Technologies und des Abtastempfängers SeeGull von Dynamic Telecommunications erfasst werden. Die Abtastempfänger müssen mit einer Steuer- und Positionierungsanlage sowie mit Datensammel- und Datenmanagementelementen kombiniert sein.
Der Abtastempfänger kann Messungen und die Decodierung eines auf einem digitalen Kanal übertragenen "Farbcodes" ausführen. Der Farbcode ist eine digitale Signatur, die in durch den Kanal übertragenen Informationen enthalten ist. Durch Zuordnen der durch den Empfänger erfassten Kanal- und Farbcodekombination zu den Kombinationen, von denen bekannt ist, dass sie in einem Sektor vorhanden sind, kann der gemessene Signalpegel einem besonderen Sektor zugeordnet werden. Dabei wird angenommen, dass jede Kombination eines Kanals und eines Farbcodes einen eindeutigen Identifizierer liefert, der mit wenigen Änderungen an dem System ermöglicht werden kann.
Die Fähigkeit zum Decodieren des Farbcodes auf einem Kanal wird durch niedrige Signalpegel und Störungen beeinflusst. Die Wahrscheinlichkeit, den Farbcode zu decodieren, nimmt wegen dieser Faktoren ab. Somit kann ein Messsystem an einigen Orten nicht fähig sein, einen Farbcode zu decodieren. Die resultierenden Daten sind wegen Lücken in den Messwerten für die betroffenen Sektoren unvollständig.
In einigen Systemen ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit, einen Farbcode zu erhalten, dadurch zu erhöhen, dass in jedem in einem Sektor verwendeten Kanal schnelle Decodierungen versucht werden. Insbesondere dann, wenn die Decodierung durch eine Störung beeinflusst wird, kann es möglich sein, in einem Kanal, der keine Störung empfängt, eine Decodierung zu erhalten. Es gibt drei wahrscheinliche Situationen, wann dies auftreten könnte:
Erstens kann, falls das störende Signal in einen vorübergehenden Schwund übergeht, dies eine Möglichkeit zur Verringerung der Störung und zum Decodieren des Signals auf dem überwachten Kanal zulassen.
Zweitens kann die Kombination von in dem überwachten Sektor verwendeten Kanälen von den in dem störenden Sektor verwendeten Kanälen verschieden sein, was wenigstens einen Kanal liefert, der nicht dem überwachten Sektor und dem störenden Sektor gemeinsam ist, und somit einen Kanal liefert, der keine Störung empfängt.
Drittens ist möglich, eine störungsfreie Gelegenheit auf wenigstens einem Kanal des überwachten Sektors zu erhalten, wenn die Kanäle inaktiv werden, wenn sie keinen Verkehr übertragen.
Diese Techniken können die Lücken in den Messdaten erheblich verringern, aber nicht beseitigen.
Selbst beim TDMA können die durch Fahrtests erhaltenen DVCC-Informationen unvollständig und/oder ungenau sein. Falls z. B. alle Sektoren und Kanäle eines besonderen Standorts zugewiesen worden sind, könnte die empfangende Anlage die HF-Rohleistung messen, wobei die Testanlage aber möglicherweise an einem gegebenen Ort kein Signal identifizieren kann. Vorübergehende Systemanomalien können außerdem während des Fahrtests Ausfallflecke oder -löcher im Empfang erzeugen und dadurch die Sammlung von Signalpegelwerten in einem Zellensystem, das ein Messsystem verwendet, stören. Bestimmte physikalische Bedingungen wie etwa Brücken und/oder Tunnel können Empfangsanomalien und/oder erhöhte Störungen erzeugen und dadurch die Normierung der Daten beeinflussen. Außerdem kann der hier als eine Fehlerrate gelehrte Zuverlässigkeitsfaktor einer Signalmessung die Zuweisung einer veränderlichen Analysegewichtung zu bestimmten gesammelten Daten veranlassen.
Die vorliegende Erfindung lehrt die Realisierung der Datensammlungsgewichtung und geostatistischer Analysetechniken bei der Bewertung gesammelter Fahrdaten. Die vorliegende Erfindung, die ursprünglich auf den Gebieten des Bergbaus und der Erdölausbeute erforscht wurde, lehrt die Anwendung geostatistischer Techniken zur Interpretation dünn verteilter Messwerte. Die vorliegende Erfindung erkennt die Anwendbarkeit dieser Techniken auf die Bewertung von Fahrtestdaten und lehrt das Verfahren zur Anwendung einer geostatistischen Analyse auf ein erdräumliches Gebiet eines Zellensystem-Fahrtests. Wenn diese robusten Techniken wie hier gelehrt angewendet werden, können sie Informationen für Orte interpolieren, wo keine Messwerte verfügbar sind. Der Prozess betrachtet die Richtungskorrelation der Daten, um eine von systematischen Fehlern freie Schätzung zu liefern. Insbesondere die Verwendung des Kriging-Verfahrens respektiert das veränderliche Wesen der Daten in einer erdräumlichen Beziehung.
Die Anwendbarkeit der Geostatistik auf die geologische Untersuchung ist z. B. im Patent der Vereinigten Staaten 5.729.451 an Gibbs u. a. zu finden. Gibbs lehrt eine Datenfusions-Workstationvorrichtung sowie ein Datenfusionsverfahren, das Algorithmen verwendet, wobei diese für Anwendungen wie etwa z. B. die hydrogeologische Modellierung, die Modellierung stationärer hydrologischer Flüsse, die Transportunsicherheitsbestimmung, die Fluss/Transport-Fusion, das Ölvorratsmanagement, die Wasserversorgungsentwicklung und geotechnische Konstruktionsprojekte verwendet werden können.
Die Verwendung geostatistischer Techniken, wie sie hier gelehrt wird, ermöglicht, die Lücken in den Messdaten zu interpolieren, was somit zu einem vollständigen Satz von Messwerten an jedem Ort führt. Außerdem ist es möglich, Werte in Bereichen zu interpolieren, wo keine Messungen versucht worden sind.
Zum Beispiel ist es typisch nicht durchführbar, für jede Straße in einem Zellennetz Messwerte zu erhalten. Diese Verfahren ermöglichen, Werte für nicht gemessene Straßen und für Orte zwischen Wegen zu interpolieren.
Neben den tatsächlichen Messwerten gibt es Informationen, die zur Lieferung einer genaueren Interpolation verwendet werden können. Die Interpolationsalgorithmen können modellierte Ausbreitungswerte als Sekundärinformationen verwenden, um die Schätzung aufzubessern. Außerdem können die Messungsinformationen in Fällen, in denen es (wegen der Unfähigkeit, einen Farbcode zu decodieren) nicht möglich sein kann, einen Messwert einem besonderen Vektor zuzuordnen, trotzdem verwendet werden, um eine Obergrenze des Signalpegels zu bestimmen, der an einem Ort vorhanden wäre.
Zum Beispiel senden Steuerkanäle (und Auftastkanäle) ein ununterbrochenes Signal. Wenn in diesen Kanälen ein Messwert erhalten wird, wird angenommen, dass der Signalpegel, der von irgendeinem Sektor empfangen wird, der diesen Kanal in dieser Betriebsart verwendet, unter dem gemessenen Wert ist. Diese Obergrenzeninformationen können beim Liefern einer genaueren Schätzung aufgenommen werden.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit der Zeichnung, in der auf gleiche Elemente in allen mehreren Ansichten durch gleiche Bezeichnungen Bezug genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine beispielhafte Karte eines Abschnitts eines Zellentelephonsystems.
2 ist eine beispielhafte Fahrtest-Planungskarte, die auf das Zellentelephonsystem aus 1 projiziert ist.
3 ist eine beispielhafte Karte eines Bereichs, die den Ort von sechs Zellenstandorten und einen beispielhaften Fahr-Kartenplan zur Bewertung der Standorte veranschaulicht.
4 ist eine graphische Darstellung, die beispielhafte HF-Rohsignalstärkedaten veranschaulicht, die in einem beispielhaften Fahrtest für 3 erhalten wurden.
5 ist eine graphische Darstellung, die beispielhafte erfolgreich deco dierte Digitalcodesignaldaten veranschaulicht, die in einem beispielhaften Fahrtest für 3 erhalten wurden.
6 veranschaulicht die Anwendung eines Bin-Gitters (Bin-Grids) auf den Testbereich.
7 ist ein Variogramm, das die abnehmende Korrelation mit dem Abstand bis zu einem Sims veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das das Ausfüllen fehlender Datenpunkte unter Verwendung der durch die vorliegende Erfindung gelehrten geostatistischen Verfahren veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm der Daten eines beispielhaften Fahrtests nach der geostatistischen Interpretation.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 und 3 veranschaulichen beispielhafte Stadtpläne von Abschnitten beispielhafter Zellensysteme. Außerdem veranschaulichen die Karten der 1 und 3 die Orte mehrerer beispielhafter Zellenstandorte mit Basisstationen 13. Der Standort kann unter Verwendung von Richtantennen in drei oder mehr Segmente unterteilt sein. Die Standorte könnten in irgendeine Anzahl von Segmenten einschließlich eines einzigen Segments pro Zelle unterteilt sein, wobei in 1 lediglich beispielhaft drei Segmente veranschaulicht sind. Das System kann zusätzliche, nicht veranschaulichte Zellen 13 haben, die sich überlappen, um in dem Gebiet des in den 1 und/oder 3 veranschaulichten Zellensystems eine effektive Versorgung zu liefern.
2 veranschaulicht einen beispielhaften Fahrtest-Streckenplan 15, der auf das in 1 veranschaulichte Zellensystem gelegt ist. 3 veranschaulicht einen Fahrtestplan für das System der Zellenstandorte HF1 bis HF6. Der Fahr-Plan 15 ist eine sorgfältig bestimmte Strecke, die eine maximale effiziente Abdeckung des Zellensystems liefert. Der Fahr-Plan 15 wird durch Bewertung der Verteilung der Antennen 13 des Zellensystems und durch Analyse der geographischen Merkmale des Bereichs des Zellensystems festgesetzt. Die Kriterien der Fahrtestplanung sind umfassender in gleichzeitig anhängigen Anmeldungen des gemeinsamen Anmelders beschrieben.
Wie in den gleichzeitig anhängigen Anmeldungen ausführlich geschildert ist, wird ein Fahrzeug, das mit einer geeigneten Zellensignalempfangs- und Zellensignalmessanlage ausgestattet ist, in Übereinstimmung mit der Fahrtest-Plankarte durch das Zellensystem gefahren, um tatsächliche Signalempfangsdaten zu sammeln. Wie in den 4 und 5 veranschaulicht ist, werden im gesamten Zellensystem eine statisch signifikante Anzahl von Messungen 17 gemacht, um die relative Signalstärke zwischen jeder Basisstation 13 und jedem Mobileinheitsort zu bestimmen. Die Funkfelddämpfung des Signals wird in dB gemessen. Während die Stärke des empfangenen Signals abnimmt, hat es eine größere Funkfelddämpfung oder Signaldämpfung, die als stärker positive dB-Zahl aufgezeichnet wird. Zum Beispiel ist die am Ort 19 gemessene Funkfelddämpfung in 8 zwischen +94 und +114 dB (ein Abfall der Funkfelddämpfung des Signals von wenigstens 94 dB gegenüber der ursprünglichen Signalstärke an der Antenne). Die Funkfelddämpfung am Ort 21, der weiter von der Antenne HF1 ist, wird zwischen +154 und +174 dB gemessen (ein Abfall der Signaldämpfung von wenigstens 154 dB gegenüber der ursprünglichen Signalstärke an der Antenne). Je größer die positive Zahl ist, desto niedriger ist die Signalstärke an dem gemessenen Ort. Der Bereich 23 liegt zwischen 114 und 134 und der Bereich 25 zwischen 134 und 154.
Ein Fahrtest kann nicht den gesamten Bereich eines Zellensystems abdecken. Eine Fahr-Gesamtabdeckung ist sowohl unpraktisch als auch unmöglich. Unpraktisch ist sie wegen der Zeit- und Betriebsmittelbeschränkungen bei Fahrtests. Unmöglich ist sie, da einige Teile eines Zellensystems wegen natürlicher und künstlicher Hindernisse unzugänglich sind. Außerdem sind die durch den Fahrtestprozess erhaltenen Daten selbst in den getesteten Bereichen wegen der eigentümlichen Mängel der tatsächlichen Messbedingungen selbst dann unvollständig, wenn Teile des Fahr-Plans mehrmals durchfahren werden. In den meisten Fällen sammelt die Wiederholung eines Abschnitts eines Fahr-Plans für dieselben Mobileinrichtungsorte verschiedene Ergebnisse an, falls Abschnitte des Fahr-Plans mehr als einmal durchfahren werden. Diese Unterschiede müssen gewichtet und berücksichtigt werden.
Da Zellenplanungsentscheidungen einschließlich des Orts des Standorts und der Kanalstörung zurzeit anhand dieses unvollkommenen Datensatzes bestimmt werden, muss zur Interpretation der Fahrtestergebnisse ein zuverlässiges und robustes Verfahren verwendet werden. Die vorliegende Erfindung lehrt die Techniken, die auf die Fahrtestergebnisse anzuwenden sind, um aus den verfügbaren Daten die beste Bestimmung zur Schätzung benötigter Parameter vorzu nehmen. Da die Verteilung des HF-Signals und der Kanalzuordnung komplex sind, kann sich herausstellen, dass selbst ein großer Datensatz nicht ausreicht, um genau die tatsächlichen Verteilungseigenschaften, die das Zellendienstqualitäts-Betriebsverhalten bestimmen, aufzulösen. Es ist wichtig, dass eine Analyse der während des Fahrtests gesammelten Daten ausgeführt wird, um die Lücken in einer Weise auszufüllen, die sowohl genau als auch robust ist. Außerdem muss der Algorithmus zum Auflösen der Daten in einen vollständigen nutzbaren Datensatz auch die Fehlerschätzung besonderer Elemente des Datensatzes berücksichtigen.
Geostatistische Analysetechniken bieten eine Möglichkeit zur Beschreibung der räumlichen Kontinuität, die ein wesentliches Merkmal vieler natürlicher Erscheinungen ist und Anpassungen klassischer Regressionstechniken liefert, um diese Kontinuität zu nutzen. In der Geostatistik liefert die Anwendung hochentwickelter Algorithmen, die für die Parameter der Lieferung des Zellendiensts wie in der vorliegenden Erfindung gelehrt abgeändert wurden, gegenüber anderen Datenglättungstechniken erheblich verbesserte Ergebnisse.
Die Anwendung geostatistischer Techniken auf die Analyse von Zellensystem-Fahrtestdaten ist ein mehrteiliger Prozess. Der Prozess enthält die folgenden Elemente zur Interpretation der gesammelten Daten: Bin-Einteilung, Zusammenmischen und Kriging-Verfahren:
Zunächst werden die Daten durch das Fahrtestverfahren gesammelt. In einem Auftastverfahren der Datensammlung, 4, sind die gemessenen Daten die HF-Rohleistung bei einer gegebenen Frequenz, wie sie an einem besonderen Ort gemessen wird. Diese Form der HF-Rohleistungssammlung liefert eine Anzahl von HF-Leistungsmesswerten, die dem Ort des Leistungsmesswerts entsprechen. Wie in 4 veranschaulicht ist, liefert die Messung der HF-Leistung einen fast kontinuierlichen Satz von Daten, da die HF-Leistung selbst dann erfasst wird, wenn die Signalstärke schwach ist oder eine Störung hat.
Da der Empfänger bei der Messung der HF-Leistung bei einer gegebenen Frequenz bis zu dem durch den Abtastempfänger erfassbaren Signalpegelschwellenwert fast immer einen Signalmesswert empfängt, liefert eine Testfahrt an fast allen Orten Ergebnisse. Somit gibt es in dem Satz von während eines Fahrtests gesammelten Daten wenige tatsächliche Messlücken.
Bei dem auftastungsfreien Verfahren der vorliegenden Erfindung, 5, muss die Sammelanlage nicht nur die Signalstärke bestimmen, sondern auch den dem Signal zugeordneten digitalen Code decodieren, der den digitalen Kanal und/oder die sendende Antenne identifiziert. Die genaue Decodierung eines digitalen Signals ist schwieriger als der Empfang von Roh-HF und erfordert einen stärkeren und/oder klareren Signalempfang. Die Unfähigkeit, wegen der Signalstärke, einer Störung oder anderen Faktoren einen digitalen Code zu decodieren, kann wie in 5 veranschaulicht zu erheblichen Lücken in der Datensammlung führen. Das Vorhandensein von Lücken in den gesammelten Daten führt zu der Notwendigkeit der statistischen Interpretation der Daten, wie sie in der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, um die Lücken auszufüllen.
Der Messbereich wird durch ein Gitter (Grid), 6, in Bins eines vorgegebenen geographischen Bereichs unterteilt. Die gesammelten Daten, 5, werden in Bins physikalisch naher Datenorte kopiert. Alle Datenpunkte, die in einem einzigen Gitterquadrat oder Bin liegen, werden gemittelt, um für jedes Gitter einen einzigen Wert zu bestimmen. Diese Mittelung der Daten verringert Verzerrungen, die sich aus einer größeren Anzahl von Messwerten in einigen Bereichen und aus einer niedrigeren Konzentration von Messwerten in anderen Bereichen ergeben würden. Bei der Durchführung eines Fahrtests wird die Abtastung mit einer konstanten Rate ausgeführt, wobei sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastfahrzeugs aber ändern kann, so dass in einem Bereich, wo sich das Fahrzeug langsamer bewegt, eine größere Anzahl von Abtastwerten erhalten wird. Bestimmte Bereiche können wegen langsamen Verkehrs oder anderer Faktoren mit einer größeren Dichte abgetastet werden, während andere Bereiche wegen schnellen Verkehrs, schlechten Empfangs oder anderer Faktoren weniger dicht abgetastet werden können.
Nach der Sammlung und Mittelung der Daten durch Bins werden die Daten analysiert, um die fehlenden Datenpunkte mit genauen Schätzwerten auszufüllen. Um geostatistische Analysetechniken wie etwa das Kriging-Verfahren genau anzuwenden, muss anhand der Entfernung der Datenpunkte eine Bewertung der Daten ausgeführt werden, um die Varianz der Daten zu bestimmen, und anhand der Größe der Entfernung eine Korrelation der Varianz bestimmt werden. Die Analyse wird als die Entwicklung eines Variogramms für den Datensatz bezeichnet.
Durch Anwenden der Lehren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine DVCC-Datenabtastung zu verwenden und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Das Kriging-Modell sollte bei der Berechnung und Modellierung des Va riogramms den Trend (Abnahme der Funkfelddämpfung) berücksichtigen. Die HF-Ausbreitung zeigt nicht stationäre (Trend-)Eigenschaften, die in das hier gelehrte Analysemodell aufgenommen werden.
Ein verallgemeinerter Datenanalyse-Arbeitsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Variogrammanalyse: Trend, kurzreichweitig, ungerichtet, Anisotropie (Richtungskorrelation in den Daten); Variogrammmodellierung; Kriging-Interpolation; Nachanalyse: Histogramme und Koordinatendarstellungen.
Die Entwicklung eines geeigneten Variogramms erfordert ein Modell der räumlichen Kontinuität. Der Zweck der Analyse der räumlichen Kontinuität ist es, die Variabilität der Funkfelddämpfungsmessungen in Bezug auf Abstand und Richtung zu quantifizieren. Wenn die Daten eine Richtungskorrelation zeigen, eine Eigenschaft, die als Anisotropie bekannt ist, wird der geographische Ort betrachtet.
Die Quantifizierung der räumlichen Informationen umfasst das Vergleichen der an einem Ort gemessenen Datenwerte mit an anderen Orten gemessenen Werten mit dem gleichen Attribut. Zum Beispiel haben zwei Funkfeldmesswerte in nächster Nähe wahrscheinlich ähnlichere Werte als zwei Funkfeldmesswerte, die weiter entfernt sind. Dadurch, dass die Korrelation in Bezug auf den Entfernungsabstand bestimmt wird, können anhand der Werte an den gemessenen Orten Schätzwerte der nicht gemessenen Orte hergestellt werden.
Für jeden untersuchten Azimut und für jeden untersuchten Verzögerungsabstand (Entfernungsabstand) können alle Messwerte räumlich korreliert und als ein statistischer Wert ausgedrückt werden, der als das Variogramm bekannt ist und unter Verwendung des folgenden Ausdrucks:
berechnet wird, wobei:
Z_(xi) = der Abtastort bei xi
Z_(xi+h) = der Abtastort bei xi + die Verzögerungsabstand h
n = die Anzahl der Datenpaare sind.
Der Variogramm-γ_(h)-Term ist ein Maß der Unähnlichkeit oder zunehmenden Varianz in Abhängigkeit vom Abstand. Das Variogramm ist die Summe der quadrierten Differenzen aller Datenpaare, die innerhalb einer Verzögerung liegen, dividiert durch das Doppelte der Anzahl der Paare, die für diese Verzögerung ge funden werden. Die Berechnung und graphische Darstellung von γ_(h) in Abhängigkeit vom zunehmenden Verzögerungsabstand h führt zu einer graphischen Darstellung des experimentellen Variogramms, 7.
Mit zunehmendem Abstand neigt γ_(h)dazu, einen konstanten Wert zu erreichen, der als der Sims (sill) bekannt ist (die gestrichelte horizontale Linie, 7). Für ein Variogramm ist der Sims die Varianz (σ²) der gemessenen Daten. Der Abstand, bei dem das Variogramm den Sims erreicht, wird die Reichweite oder Korrelationslänge genannt. Der Sims und die Reichweite sind nützliche Eigenschaften beim Vergleich von Richtungstrends in den Daten. 7 veranschaulicht ein hypothetisches anisotropes Variogramm, das eine kurzreichweitige Korrelationsreichweite von 800 Metern und eine langreichweitigen Reichweite von 2200 m zeigt.
Die räumliche Kontinuitätsanalyse ist einer der wichtigsten Schritte in einer geostatistischen Untersuchung, da sie stark die Ergebnisse des Kriging-Verfahrens und der bedingten Simulation und zugeordnete Unbestimmtheiten beeinflusst. Anwendungen des Kriging-Verfahrens und der bedingter Simulation erfordern die Kenntnis der Variogrammfunktion für alle möglichen Abstände und Azimute. Dies erfordert ein Modell des experimentellen Variogramms, um die Varianz an irgendeinem Ort, nicht nur entlang spezifischer Zwischenabstandsvektoren, die Winkel/Abstands-Klassen entsprechen, zu kennen.
Um verschiedene Aspekte des Variogramms der HF-1 zu verstehen, werden verschiedene experimentelle Variogramme einschließlich Nahbereich, Fernbereich-anisotrop und Fernbereich-ungerichtet berechnet. Das Nahbereichs-Variogramm und die Fernbereichs-Variogramme für HF veranschaulichen, dass die HF-Daten einen eigentümlichen Trend besitzen, dass ihre Leistung in Abhängigkeit vom Abstand abnimmt. Daten mit einem eigentümlichen Trend werden als nicht stationär bezeichnet und neigen dazu, nicht bei dem Sims abzuflachen (Varianz = 1,0), sondern ihre Varianz nimmt eher mit dem Abstand weiter zu. Da die Funkfelddämpfung (Signal) im freien Raum etwa wie 20 log₁₀[R] abnimmt, wobei R der Abstand von der Antenne ist, wird eine Nichtstationarität erwartet. Eine richtige Variogrammmodellierung erfordert Beseitigung des Trends, um systematische Fehler der interpolierten Werte während der geostatistischen Analyse der Daten zu vermeiden.
Zum Test der "Güte" des räumlichen Modells und der Suchellipsenkonstruktion wird die Praxis des Vergleichstests verwendet. Die Prozedur ver gleicht erneut geschätzte Werte mit Messwerten, genau wie Reste zwischen vorausgesagten und gemessenen Werten in der Regression oder Analyse der Varianz berechnet werden.
Nachdem die Variogramme für die gesammelten Daten festgesetzt worden sind, werden die Daten durch Kriging-Interpolation weiter manipuliert, um die Werte für die fehlenden Datenorte zu bestimmen. Die Konturzeichnung der Daten von Hand oder durch den Computer verwendet einen Typ einer Interpolationsprozedur. Es gibt viele in der Computerabbildung verwendete Algorithmen, die alle erfordern, dass ein Kriterium erfüllt wird. Der inverse gewichtete Abstand ist ein üblicherweise verwendeter Abbildungsalgorithmus und seine Formulierung ist leicht verständlich. Die in dem Interpolationsprozess verwendeten Gewichtungen beruhen darauf, wie weit jeder Steuerpunkt (Messwert) von dem Zielort (Bin-Zentrum) ist. Somit erhalten die Steuerpunkte, die am nächsten bei dem Zielort sind, höhere Gewichtungen. Falls die Daten starke Anisotropie zeigen, gilt allerdings nicht, dass der nächste Steuerpunkt die größte Gewichtung erhalten sollte, sondern müssen eher entferntere Steuerpunkte einen größeren Einfluss auf den interpolierten Wert haben.
Das Kriging-Verfahren ist eine geostatistische Interpolationstechnik. Es ist ein eindeutiges lineares gewichtetes Mittelungsverfahren, das ähnlich dem inversen gewichteten Abstand ist, wobei aber die Kriging-Gewichtungen vom Variogramm-Modell der räumlichen Korrelation abhängen.
8 veranschaulicht an allen Bin-Orten die Kriging-Ergebnisse für die wie in 5 veranschaulicht gesammelten Daten. 9 veranschaulicht die Einzelheiten des Innenstadtbereichs in der Nähe der HF1 aus 3.
Verbesserungen bei der Anwendung geostatistischer Analysetechniken können durch die Verwendung von Polarkoordinaten zur Untersuchung von Trends und zur Variogrammentwicklung und durch die Verwendung komplexerer Datensätze zur Untersuchung der Wirkung der Topographie, des Wassers und anderer physikalischer Faktoren vorgenommen werden. Als Hilfe bei der Quantisierung eines minimalen Messfehlers zur Verbesserung der Näherung nicht gemessener Orte und zur Minimierung der Wirkungen einer Drift und zur Bestimmung der optimalen Bin-Größe kann die Verwendung des Co-Kriging-Verfahrens realisiert werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist klar, dass durch den Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden könnten, ohne von dem wie in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Sammeln und Verarbeiten von über ein drahtloses System empfangenen Signalpegeldaten, das die folgenden Schritte umfasst: Sammeln eines unvollständigen Satzes von Daten von Signalstärkepegeln von eng beabstandeten Orten (19, 21), an denen es wahrscheinlich ist, dass eine Mobileinheit mit einer oder mehreren Basisstationen (13) kommuniziert, Zuordnen der Elemente der gesammelten Daten zu geographischen Orten, die dem jeweiligen Ort (19, 21) entsprechen, an dem die einzelnen Datenelemente gesammelt wurden; Bestimmen der Signalstärke jedes Elements der gesammelten Daten; Identifizieren eines digitalen Identifizierungscodes in den gesammelten Daten; Normieren der Daten auf eine Menge von Bins, die durch ein Gitter (grid) definiert sind, das auf das drahtlose System gelegt wird; dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Varianzbeziehung der gesammelten Daten anhand der Entsprechung der Signalstärkeveränderung und der räumlichen Trennung der Datenelemente; Erkennen der Orte von Datenelementen, die in der vollständigen Menge von Orte in dem drahtlosen System fehlen; Iterpolieren der wahrscheinlichen Signalstärkewerte der fehlenden Datenelemente aus den gesammelten Daten, den entsprechenden geographischen Orten und der Varianzbeziehung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Identifizierung eines digitalen Identifizierungscodes in den gesammelten Daten das Verwenden eines schnellen Farbcode Decodierers umfasst, um die Wahrscheinlichkeit, dass Informationen unter schwierigen Bedingungen erhalten werden, zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Interpolierens der wahrscheinlichen Werte die Verwendung sekundärer Informationen umfasst, um die Genauigkeit interpolierter Schätzungen zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Erkennen eines räumlichen Trends in den gesammelten Daten, der der drahtlosen Ausbreitung eigentümlich ist; und Kompensieren des Trends, bevor die Varianzbeziehung der gesammelten Daten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der eigentümliche räumliche Trend die Abnahme der Funkfelddämpfung, die einer Zunahme des Abstandes von der drahtlosen Quelle entspricht, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Varianzbeziehung ein den gesammelten Daten entsprechendes Variogramm ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Variogramm für den eigentümlichen HF-Ausbreitungstrend der drahtlosen Signale normiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kriging-Verfahren verwendet wird, um die Interpolation auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Erzeugen einer graphischen Darstellung der gesammelten Daten und der wahrscheinlich fehlenden Daten.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die graphische Darstellung die Projektion der Signalstärkewerte auf eine Karte des drahtlosen Systems enthält.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der digitale Identifizierungscode ein Digital Verification Colour Code ist, der für die Identifizierung des digitalen TDMA-Übertragungskanals verwendet wird.
Vorrichtung zum Sammeln und Verarbeiten von über ein drahtloses System empfangenen Signalpegeldaten, die umfasst: eine Anlage für den drahtlosen Empfang, die einen unvollständigen Satz von Daten von Signalstärkepegeln von eng beabstandeten Orten (19, 21), an denen es wahrscheinlich ist, dass eine Mobileinheit mit einer oder mehreren Basisstationen (13) kommuniziert, sammelt, eine Anlage an dem geographischen Ort, die mit der drahtlosen Empfangsanlage verbunden ist, um den Elementen der gesammelten Daten geographische Orte zuzuordnen, die dem jeweiligen Ort entsprechen, an dem die einzelnen Datenelemente gesammelt wurden; eine Anlage zur Messung der Signalstärke, die die Signalstärke jedes Elements der gesammelten Daten bestimmt; eine Anlage zur digitalen Decodierung, die einen digitalen Identifizierungscode in den gesammelten Daten identifiziert; einen Prozessor, der die Daten auf eine Menge von Bins normiert, die durch ein Gitter (grid) definiert sind, das auf das drahtlose System gelegt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor so konfiguriert ist, dass er eine Varianzbeziehung der gesammelten Daten anhand der Entsprechung der Signalstärkeveränderung und der räumlichen Trennung der Datenelemente bestimmt, um den Ort von Datenelementen zu erkennen, die in der vollständigen Menge von Orten in dem drahtlosen System fehlen; und um die wahrscheinlichen Signalstärkewerte der fehlenden Datenelemente aus den gesammelten Daten, den entsprechenden geographischen Orten und der Varianzbeziehung zu interpolieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Anlage zur digitalen Decodierung einen schnellen Farbcode-Decodierer enthält, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, Informationen unter schwierigen Bedingungen zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Prozessor so konfiguriert ist, dass er die wahrscheinlichen Werte anhand sekundärer Informationen interpoliert, um die Genauigkeit interpolierter Schätzungen zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Prozessor außerdem so konfiguriert ist, dass er einen räumlichen Trend in den gesammelten Daten, der der räumlichen Ausbreitung eigentümlich ist, erkennt; und den Trend kompensiert, bevor er die Varianzbeziehung der gesammelten Daten bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der eigentümliche räumliche Trend die Abnahme der Funkfelddämpfung ist, die einer Erhöhung des Abstandes von der drahtlosen Quelle entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Prozessor so konfiguriert ist, dass er die Varianzbeziehung als ein den gesammelten Daten entsprechendes Variogramm bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Prozessor so konfiguriert ist, dass er das Variogramm auf den eigentümlichen HF-Ausbreitungstrend drahtloser Signale normiert.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Prozessor so konfiguriert ist, dass er in Kriging-Verfahren verwendet, um die Interpolation auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: Ausgabemittel, die eine graphische Darstellung der gesammelten Daten und der wahrscheinlich fehlenden Daten erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die graphische Darstellung eine Projektion der Signalstärkewerte auf eine Karte des drahtlosen Systems enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der digitale Identifizierungscode ein Digital Verification Colour Code ist, der für die Identifizierung des digitalen TDMA-Übertragungskanals verwendet wird.