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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren der
Verkehrsbestimmung, gestützt
durch eine Basisstation eines zellulären Funkkommunikationsnetzes.
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In
einem zellulären
Funkkommunikationsnetz ist die Verkehrslokalisierung in einer Zelle
eine wichtige Aufgabe. Ab einem bestimmten Stadium der Verdichtung
des Netzes wird eine Mikrozellularisierung unvermeidlich. In einem
Mikrozellennetz werden Basisstationen mit geringer Reichweite verwendet,
um Zellen einer geringen Größe (Mikrozellen oder
Picozellen) zu bilden, die in Zellen einer größeren Größe (Schirmzellen) enthalten
sind. Diese Mikrozellen erlauben es, die Schirmzellen in den Zonen mit
einer hohen lokalen Verkehrsdichte zu entlasten. In der Praxis erfolgt
die Anordnung eines Mikrozellennetzes häufig durch das Hinzufügen von
Mikrozellen zu einem bereits bestehenden Netz von verhältnismäßig größeren Zellen.
Der Betreiber sieht sich damit dem Problem gegenüber, bessere Standorte für die Mikrozellen
zu bestimmen.
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Der
Betreiber benötigt
also ein Verfahren, das eine Bestimmung der Zonen mit hoher Verkehrsdichte
ermöglicht.
Am häufigsten
stützt
sich der Betreiber auf Marketingdaten, um die Zonen mit starker Verkehrsdichte
zu "erahnen". So zum Beispiel
placiert der Betreiber Mikrozellen in besonders frequentierten Straßen, in
der Nähe
von Einkaufszentren etc.... Die Erfahrung zeigt, dass dieses empirische Verfahren
häufig
ineffektiv ist.
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Im
Fall von Zellen mit sektorierten Antennen ist es möglich, die
Verkehrsverteilung auf die verschiedenen Sektoren zu analysieren
und durch ein Sektor-Rotationsverfahren die Verkehrsaufteilung durch
aufeinanderfolgende Azimute zu folgern. Dieses Verfahren hat den
Nachteil, dass es relativ schwer durchführbar ist und dass es im Fall
eines urbanen Netzes wenig präzise
Ergebnisse liefert.
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Eine
andere Möglichkeit
wäre die
Benutzung einer Schein-Basisstation, die man in der Zelle verlagert,
wobei die Mobilstationen gezählt
werden, die versuchen, sich dort einzuwählen. Dieses Verfahren könnte zwar
effektiv sein, erfordert jedoch umfangreiche Mittel und ist schwierig
durchzuführen.
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Das
Dokument EP-A-0 631 453 beschreibt ein Verfahren zum Analysieren
der Verkehrslokalisierung in einem zellulären Funkkommunikationsnetz, bei
welchem man mit Hilfe eines neuronalen Netzes die Parametermessungen
auswertet, die von den Mobilstationen gegenüber den benachbarten Basisstationen
durchgeführt
werden.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, einen Prozess zur Lokalisierung des tatsächlichen
Verkehrs in einer Zelle zur Verfügung
zu stellen, um die Konzeption eines Funkkommunikationsnetzes in
einer Desaturierungs- oder Mikrozellularisierungsoptik zu orientieren.
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Die
Erfindung schlägt
daher ein Verfahren wie in Anspruch 1 angegeben vor.
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Die
Bestimmung stützt
sich also auf eine Verarbeitung von Ergebnissen von Messungen, die durch
die Mobilstationen durchgeführt
werden, wobei diese Messungen im Rahmen der Maßnahmen für die Verwaltung der Funkhilfsmittel
im Großteil
der Zellennetze auf jeden Fall notwendig sind. Die Messungen werden
in Echtzeit durchgeführt
und bilden anschließend
den Gegenstand einer statistischen Verarbeitung, die es erlaubt,
die Zonen mit stärkerer Verkehrsdichte
zu identifizieren. Das Verfahren beruft sich auf Kartographiedaten,
die entweder mittels eines Prognosewerkzeugs, über das der Betreiber verfügt, oder
experimentell bestimmt werden können, indem
ein Messzyklus durchgeführt
wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. Darin zeigt:
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1 eine stilisierte Ansicht
eines zellulären Funkkommunikationsnetzes,
die im übrigen
die zur Durchführung
der Erfindung dienenden Mittel zeigt;
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2 ein allgemeines Ablaufdiagramm
eines endungsgemäßen Analyseverfahrens
und
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3 bis 7 schematische Darstellungen der Schätzungen
der Verkehrsdichten in einem Netz wie jenem, das schematisch in 1 dargestellt ist.
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1 zeigt sieben Basisstationen
(BTS) 10–16 eines
zellulären
Funktelefonnetzes. Die Erfassungszone jeder Basisstation 10–16 wird
Zelle C0–C6
genannt und ist in 1 in
stilisierter Form durch ein Sechseck dargestellt.
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In
der Folge der vorliegenden Beschreibung wird angenommen, dass das
zelluläre
Netz ein Netz des Typs GSM ist. In einem Netz dieses Typs ist jede Basisstation
mit einer Funktionseinheit verbunden, die als Basisstation-Controller
(BSC) bezeichnet wird, wobei jeder BSC eine oder mehrere Basisstationen
kontrollieren/steuern kann. In dem in 1 dargestellten
Fall ist der BSC 20 also den Basisstationen 10, 14, 15 zugeordnet.
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Die
Erfindung verwertet die Messungen, die durch Mobilstationen MS durchgeführt werden
und die in dem GSM-Netz bei den Kontroll-/Steuerungsprozeduren der
Funkverbindungen, insbesondere des interzellulären automatischen Transfers
(Handover) verwendet werden. Die besagten Messungen sind im Detail
in der Recommandation GSM 05.08 (Draft pr ETS 300 578, 2. Ausgabe,
März 1995,
European Telecommunications Standards Institute) beschrieben. Jede
Basisstation übergibt
an die Mobilstationen, die sie versorgt, eine Liste, die eine Gruppe
von benachbarten Basisstationen identifiziert, die von den Mobilstationen
zu überwachen
sind. Im Fall des GSM-Systems setzt sich die Identifizierung einer benachbarten
Basisstation aus der Trägerfrequenznummer
eines Sendekanals (BCCH) und einem Identifizierungscode (BSIC) aus
sechs Bits zusammen. Die Basisstation übermittelt an die Mobilstationen,
die sie versorgt, die Nummern der zu überwachenden Trägerfrequenzen.
Indem sie den Kanal BCCH absucht, der eine der Frequenzen der Liste hat,
findet die Mobilstation den entsprechenden Identifizierungscode
(BSIC). Die Mobilstation misst den Leistungspegel, den sie von ihrer
sie versorgenden Basisstation und den benachbarten Basisstationen empfängt. Jeder
Leistungspegelwert ist von Dezibel zu Dezibel in sechs Bits codiert
(Parameter RXLEV), wobei der Wert RXLEV = 0 einer unteren Leistung von –100 dBm
und der Wert RXLEV = 63 einer oberen Leistung von –48 dBm
entspricht (siehe Recommandation GSM 05.08).
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Diese
Messungen werden auf einem SACCH ("Slow Associated Control Channel") genannten Kanal
mit einer Periodizität
von 480 ms durch die Mobilstation an die sie versorgende Basisstation
gesandt, das heißt,
alle 480 ms schickt die Mobilstation eine Messprobe, die den sich
auf die versorgende Basisstation beziehenden Parameter RXLEV und
für zumindest
einige der benachbarten Basisstationen den Parameter RXLEV und die
entsprechende Identifizierung (Frequenz + BSIC) umfasst. Diese Messprobe
ist in einer Mitteilung enthalten, die in der GSM-Terminologie MEASUREMENT_REPORT
genannt wird. Für
die Prozeduren der Kontrolle/Steuerung der Funkverbindungen überträgt die Basisstation
diese Messproben in einer MEASUREMENT_RESULT genannten Mitteilung
an den BSC.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine statistische Verarbeitung der in diesen MEASUREMENT_RESULT-Mitteilungen
enthaltenen Informationen vor. Eine Mitteilungs-Registrierungseinheit 21 ist
an der Schnittstelle zwischen der unter suchten Basisstation und
ihrem BSC (Schnittstelle A-BIS) vorgesehen, um die an dieser Schnittstelle
ausgetauschten Mitteilungen zu prüfen und um die durch die untersuchte
Basisstation übertragenen MEASUREMENT_RESULT-
Mitteilungen zu sortieren und registrieren. In dem in 1 dargestellten Beispiel
nimmt man an, dass die untersuchte Basisstation die Station 10 der
Zelle C0 ist und dass sich die Gruppe von dieser benachbarten Basisstationen, deren
Liste an die versorgten Mobilstationen gesandt wird, aus den Basisstationen 11 bis 16 der
Zellen C1 bis C6 zusammensetzt. Die Registriervorrichtung 21 ist
zum Beispiel durch einen Protokollprüfer gebildet, der von der Firma
SIEMENS unter der Bezeichnung K1103 vertrieben wird. Die zugehörigen Messproben werden
auf einem Datenträger 22 wie
einer Diskette registriert. Die Dauer der Registrierung ist abhängig von
der Anzahl N von Messproben, die man benötigt, um die Verkehrslokalisierung
zu analysieren. Im Fall von Zellen im städtischen Umfeld benötigt man
normalerweise mehrere Zehntausend Messproben, wobei diese Zahl gemäß dem angestrebten
Kompromiss zwischen der Zuverlässigkeit
und der Komplexität
der durchgeführten
statistischen Berechnungen stark variieren kann.
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Die
Vorrichtung 21 führt
also den in dem Ablaufdiagramm von 2 angegebenen
Schritt 30 des Sammelns der MEASUREMENT_RESULT-Mitteilungen
durch. Die folgenden Schritte 31–36 werden von einem
Rechner 23 wie einem Computer des PC-Typs durchgeführt.
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Der
erste Schritt besteht aus einer Verarbeitung 31 der gesammelten
Messproben. Um die Berücksichtigung
bestimmter Dämpfungen,
die durch die Umgebungen "in-car" oder "in-door" bedingt sind, zu
vermeiden, werden die von einer Mobilstation relativ zu einer Nachbarzelle
gemessenen Leistungspegel RXLEV_NCELL(n) als relativer Wert in Bezug auf
den ab der versorgenden Basisstation gemessenen Empfangspegel RXLEV_DL
angegeben. Für
die Nachbarstation n definiert man also das Messdatenelement CMC(n)
durch CMC(n) = RXLEV_DL – RXLEX_NCELL(n),
wobei die Parameter RXLEV_DL und RXLEV_NCELL(n) diejenigen sind,
die in der Recommandation GSM 05.08 definiert sind. Für jede Messprobe
werden die Leistungspegel in abnehmender Reihenfolge geordnet. Jede
verarbeitete Probe j (1 ≤ j ≤ N) setzt
sich also aus p Datengruppen Idi(j), CMCi(j) für
1 ≤ i ≤ p zusammen,
wobei Idi(j) die Identität (Frequenz BCCH und BSIC verkettet)
der zur Versorgungsstation benachbarten Basisstation bezeichnet,
ab welcher die Mobilstation am Anfang der Probe den i-ten größeren Leistungspegelwert
unter den überwachten
Nachbarstationen gemessen hat, und wobei CMCi(j)
den entsprechenden Wert des Messdatenelements CMC bezeichnet.
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Die
verarbeiteten Proben werden dann in Kategorien aufgeteilt. Jede
Kategorie k wird durch p geordnete Paare Ai(k),
qi(k)(1 ≤ i ≤ p) definiert,
deren jedes durch die Identität
Ai(k) einer der benachbarten Basisstationen
C1–C6
und durch ein durch den Index qi(k) bezeichnetes
Variationsintervall gebildet wird. Für jede zwischen 1 und p enthaltene
ganze Zahl i kann der Index qi(k) Qi Werte 1, 2, ..., Qi annehmen, so
dass Qi Variationsintervalle möglich sind:
[mi(1), Mi(1) [,
..., [mi(Qi), Mi(Qi) [. Eine verarbeitete
Probe j wird der Kategorie k zugeordnet, wenn für jeden Wert i von 1 bis p
Idi (j) = Ai(k)
und CMCi(j)∈[mi(qi(k)), Mi(qi (k)) [. Die Anzahl von möglichen
Kategorien erscheint a priori sehr groß ([m!/ (m – p) !] xQ1x
... xQp, wenn m die Anzahl von überwachten
Nachbarstationen angibt), doch in der Praxis ist die Anzahl von
beobachteten Kategorien viel geringer, und ein großer Teil
von ihnen kann noch ignoriert werden, weil er eine Anzahl von nicht
bedeutsamen Proben enthält.
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Die
Variationsintervalle der Paare vom Rang i, die die Kategorien definieren,
werden in vorteilhafter Weise auf der Basis der statistischen Verteilung der
Messdaten CMCi(j) der verarbeiteten Proben
j = 1, ..., N bestimmt. Also bestimmt der Rechner in Schritt 32 die
Histogramme der Messdaten CMCi für jeden
der Ränge
i, was die Berechnung eines Mittelwerts Ei und
einer Standardabweichung σi erlaubt:
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Diese
beiden Parameter Ei, σi werden
verwendet, um in Schritt 33 die sich auf Rang i beziehenden
Variationsintervalle zu definieren. In dieser Hinsicht können drei
Möglichkeiten
genannt werden:
- (i) Definieren von Qi = 2 Intervallen bezogen auf den Mittelwert: ] –∞, Ei[, [Ei, +∞ [;
- (ii) Definieren von Qi = 3 Intervallen
bezogen auf den Mittelwert und die Standardabweichung: ] –∞, Ei – σi[,
[Ei – σi,
Ei + σi[, [Ei + σi,
+∞[;
- (iii) Definieren von Qi = 3 Intervallen
bezogen auf den Mittelwert und auf die Standardabweichung und auf
eine Spanne Δi unter Berücksichtigung der Dämpfung: ] –∞, Ei – σi – Δi[,
[Ei – σi – Δi,
Ei + σi + Δi[, [Ei + σi + Δi,
+∞ [.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
verschiedene Definitionen von Intervallen für die verschiedenen Ränge i zuzulassen.
Man hat festgestellt, dass die Methode (iii) die besten Ergebnisse
liefert, typischerweise mit Werten Δi, die
Leistungsabweichungen von 5 bis 10 dB darstellen.
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Sobald
die Variationsintervalle einmal gewählt worden sind, führt der
Rechner 23 den Schritt 34 der Identifizierung
der Kategorien k und der Zählung
der Proben pro Kategorie durch. Dieser Schritt kann mittels einer
Schleife an den N verarbeiteten Proben durchgeführt werden. Für jede zur
Zeit dieser Schleife untersuchte Probe j bestimmt der Rechner, ob
eine der zuvor identifizierten Kategorien k Idi(j)
= Ai(k) und CMCi(j)∈[mi(qi(k)), Mi(qi(k)) [für alle i
verifi ziert. Wenn ja, wird die Probennummer C(k), die der besagten
Kategorie k zugeordnet ist, vor dem Untersuchen der nächst folgenden
Probe um eine Stelle erhöht.
Wenn nein, wird eine neue Kategorie k' im Zusammenhang mit der laufenden Probe
identifiziert und ihre zugeordnete Probennummer C(k') mit 1 initialisiert,
bevor die folgende Probe untersucht wird. Am Ende von Schritt 34 können die
nicht gültigen
Kategorien (C(k) unter einem Schwellenwert) eliminiert werden.
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In
Schritt 35 ordnet der Rechner jeder in Schritt 34 identifizierten
und beibehaltenen Kategorie eine geographische Zone zu. Um diese
Zuordnung zu realisieren, stützt
sich der Rechner auf Kartographiedaten der Parameter RXLEV, die
- – entweder
mit Hilfe einer geeigneten Simulationssoftware, über die der Betreiber verfügt, berechnet
werden können
- – oder
experimentell gemessen werden können, indem
man veranlasst, dass einer oder mehrere Empfänger, die die erfassten Leistungspegel
RXLEV der Stationen 10 bis 16 registrieren, die
Zelle C0 und ihre Zugänge
durchlaufen.
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Ein
Punkt gehört
zu der einer Kategorie k zugeordneten geographischen Zone, wenn
eine an diesem Punkt placierte Mobilstation aus der Richtung der
untersuchten Basisstation und der Basisstationen Ai(k)(i
= 1, ..., p) Leistungspegel wie CMC(Ai(k))∈[mi(qi(k)), Mi(qi(k)) [erfasst.
Die mit einer Kategorie k assoziierte Zone ist also eine Schnittstelle
von Zonen, in denen jeweils Ungleichheiten der Art mi(qi(k)) ≤ CMC(Ai(k)) < Mi(qi(k)) verifiziert
werden.
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Wenn
man zum Zweck der Darstellung eine Kategorie k nimmt, für die das
Paar von Rang 1 die Station 11 der Zelle C1 und das Intervall
[–8, 18[,
das Paar von Rang 2 die Station 12 der Zelle C2 und das Intervall
[–4, 23
[und das Paar von Rang 3 die Station 16 der Zelle C6 und
das Intervall [30, +∞ [(p
= 3) umfasst, kann die Assoziationsberechnung auf der Basis der
Kartographiedaten die in den 3 bis 5 jeweils schraffiert dargestellten
Zonen Z1, Z2, Z3 produzie ren, wobei die am Ende mit der Kategorie
k assoziierte geographische Zone Z = Z1⋂Z2⋂Z3 ist, wie das durch 6 dargestellt ist.
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Auf
der Basis der Probenzahl pro Kategorie und der Assoziationen zwischen
den Kategorien und den geographischen Zonen nimmt der Rechner 23 die
Schätzung
der Verkehrsdichten in den besagten Zonen vor. Die elementare Verkehrsdichte
in einer mit einer Kategorie assoziierten Zone ist im Prinzip proportional
zur Probenzahl in dieser Kategorie, geteilt durch die Fläche der
Zone. Es ist jedenfalls möglich,
dass einige Punkte zu mehreren Zonen gehören, die mit verschiedenen
Kategorien assoziiert sind. Es ist also zweckmäßig, die sich auf die betreffenden Kategorien
beziehenden elementaren Dichten hinzuzufügen. Wenn in 7, auf welche zur Veranschaulichung Bezug
genommen wird, die Zone Z der Fläche 40 mit
einer Kategorie k von C(k) = 2000 Proben und die Zone Z' der Fläche 50 mit
einer Kategorie k' von
C(k') = 1000 Proben
assoziiert werden und die Zonen Z und Z' eine Überschneidung Z'' haben (die Einheiten sind beliebig),
so beträgt
die geschätzte Verkehrsdichte
2000/40 = 50 in der Zone Z und 1000/50 = 20 in der Zone Z', ausgenommen in
der Zone Z'', in der die Dichte
auf 50 + 20 = 70 geschätzt wird.
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Die
geschätzten
Verkehrsdichten können
anschließend
visualisiert werden, zum Beispiel in Form einer Karte, die es dem
Betreiber ermöglicht,
die besten Standorte für
die Einrichtung neuer Basisstationen zu bestimmen.
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Beispielsweise
konnte die Anmelderin die hohe Zuverlässigkeit des Verfahrens zur
Analyse der Verkehrsbestimmung verifizieren, indem sie in einer kleinen
Zone einer Zelle mit einer Fläche
von 0,23 km2 künstlich Verkehr erzeugte. Die
untersuchte Basisstation umfasste m = 6 benachbarte Stationen. Die Anzahl
von Nachbarstationen, die zum Analysieren der Verkehrsbestimmung
beibehalten wurden, betrug p = 3. Es wurden Q1 =
Q2 = Q3 = 3 Variationsintervalle für jeden
Rang (vorstehende Methode (iii)) verwendet. Die a priori mögliche Anzahl
von Kategorien betrug 3240, jedoch wurden von N = 81322 verarbeiteten
Proben nur 365 Kategorien überwacht
und nur 20 von ihnen verarbeitet (5,5% der Gesamtzahl von überwachten
Kategorien, die 91,5% der Gesamtzahl von Proben N darstellen, wobei
die anderen Kategorien eine Anzahl von nicht bedeutsamen Proben
umfassen). Die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hat es ermöglicht,
einen örtlich
sehr begrenzten Verkehr wie vorgesehen zu observieren, wobei es
das Werkzeug, das für
die Vorhersage verwendet wurde, ermöglicht hat, die Zone, in der
der künstliche
Verkehr generiert wurde, mit einer Präzision in der Größenordnung
von 15 Meter zu lokalisieren.
