業務量密度的測量方法
2023-06-07 19:45:16 1
專利名稱：業務量密度的測量方法
技術領域：
本發明涉及在蜂窩無線系統中測量業務量密度的一種方法。
圖1示出了蜂窩無線系統的結構。該系統包括MSC(移動業務交換中心)、BSC(基站控制器)、BTS(基站)、MS(移動臺)以及NMS(網絡管理中心)。該網絡一般包括若干互連的移動業務交換中心MSC，為簡明起見，該圖中僅示出了其中之一。移動臺系統通過移動業務交換中心連接到固定電話網絡，例如PSTN(公用電話交換網)或ISDN(綜合業務數字網)。通常情況下，在體系結構上從屬於MSC的若干基站控制器BSC通過所謂的A接口連接到每個移動業務交換中心。同樣，在體系結構上從屬於BSC的若干基站BTS通過所謂的A-bis接口連接到每個基站控制器。利用通過空中接口的無線路徑的信道，基站可以生成與移動臺MS之間的連接。為了簡單，該圖僅示出了一個基站控制器BSC、一個基站BTS和一個移動臺MS。網絡管理系統NMS用於搜集網絡狀態信息，例如通過改變網絡配置來管理網元操作。這種類型的系統之一是例如GSM系統，該系統在Michel Mouly和Marie-BernadettePautet的「Thc GSM System for Mobile Communications」一書中有詳盡描述。
在設計一個蜂窩無線網絡時，需要無線覆蓋的地區被劃分成小區，每個小區由一個基站提供服務。小區大小由所需網絡容量和成本價格的折衷來確定。因為基站成本較高，設計者旨在使基站數量儘可能少。單個小區中使用的信道的數量以及整個網絡容量都受限於連接之間的幹擾，這種幹擾是由工作在相鄰小區中同一個信道或相鄰信道上的多個連接相互引發的。當然，工作的連接彼此之間相距越近，相互幹擾就會越大。因為幹擾，小區中同時使用的信道之間的距離不能小於所謂的重用距離。在當前情況下，信道的重用一般相隔8個小區或者相隔11個小區。
如果採用低功率小範圍基站，使用同一個信道的地理距離可以比採用較高功率基站更近，從而系統可以實現較大的總容量。因此，可以通過使用距離儘可能近的基站，生成較小的小區來增加網絡容量。另一方面，因為基站成本較高，必須儘可能減少基站的數量。
通過考慮小區服務區域中用戶的估計數量、用戶的預期呼叫行為以及允許的阻塞來估計該小區所需信道的數量。合理地分配所需信道數，使得不同基站所分配的信道之間不會引起太大的幹擾。目前對基站所用信道的分配一般是通過使用FCA(固定信道分配)要求固定網絡設計。其它可能的分配方法是例如DCA(動態信道分配)及其組合HCA(混合信道分配)。
隨著移動臺的使用與要求寬帶的應用(例如多媒體應用)一起增長，網絡組建階段小區所需信道數量的估計通常都太小。從而小區中移動臺開始遇到超過規定阻塞率的呼叫阻塞，尤其是在尖峰時間。例如通過通常的網絡管理步驟發現在尖峰時間小區填充程度非常高(例如全部信道中平均有90％被佔用)，可以確定這種情況的發生。還可以發現在尖峰時間段內，大部分時間中小區的所有信道同時都忙。此外，或者可以發現因為小區的負荷過載，必須解除移動臺發出的較大數量的信道請求。從這些發現中可以得出的結論是必須增加小區容量以使得用戶所察覺到的阻塞能被接受。
增加小區容量的最簡單的方法是，採用新頻率以增加基站可用信道。但是，因為在小區中引入新頻率一般會大量增加網絡的幹擾，所以這種方法在多種情況下無法實現。如果網絡中僅有若干這樣的小區，業務量密度相對於容量過高，那麼也可以使用動態信道分配DCA，或者從相鄰小區借用信道(參見例如1993年8月T-S.P.Yum和W.-S.Wong在IEEE Journal on Selected Areas in Communications第11卷的第6篇論文Hot-Spot Traffic Reliefin Cellular Systems)。但是，這些方法限制了信道在網絡其它地方的使用，使得網絡更加複雜。網絡負荷可能會變得非常高，即使在最佳使用方式下，原小區結構使用的信道仍然不夠。這樣，僅剩的方案是改變網絡的蜂窩結構。
通常採用的一種增加容量的方法是在網絡中安裝較小傳輸容量的新基站。一方面，小區範圍或小區大小變小，由單個小區提供服務的用戶變少，從而基站所用頻率的重用可以相距更近。因為通過這種方式可以增加蜂窩無線網絡的總容量，現有的趨勢是追求更小的小區，所謂的微小區和微微小區。另一方面，必須知道如何定位這些較小的小區以優化效率，從而儘可能有效地減輕原基站的負荷。
小區中的業務量密度不可能是均勻分布，而是存在著一些呼叫業務量高於平均值的業務量熱點。圖2示出了一個基站及其服務區，在該服務區中出現了業務量熱點。在這些業務量熱點中，小區總業務量的大部分集中在小區的一小部分中。這些地區可能是例如火車站、街道交叉路口以及體育場。在查找較小功率的新基站位置時，最明智的做法是查找小區的業務量熱點，設置為該業務量熱點提供服務的新基站位置。
必須得到業務量熱點以及其中移動臺的數量信息，才能夠將新基站設置在最優位置。但是，問題在於目前只能將網絡中的移動臺定位在某個小區，無法做到更為精確。在嘗試確定新基站的最優位置時，以小區的精確度來確定移動臺位置並沒有太大的好處。因為現有技術的這個問題，經常只能僅根據假定的業務量地理分布來進行昂貴的基站建設投資。
本發明旨在消除或者至少減輕現有技術的缺陷。該目的通過後附獨立權利要求書中定義的方法實現。
在該方法中，網絡中設置一個測試發射機，它發射的信號引起移動臺接收的信號發生已知類型的改變。移動臺以其正常方式進行連接質量的測量，在其測量報告中向網絡發送其測量結果。通過比較移動臺所發送的測量報告及已知的測試信號，可以推斷出哪些移動臺位於測試發射機的業務區內。
實際實施例中採用周期工作脈衝載波作為測試信號較為有利，在脈衝啟動時，移動臺接收的信號產生一個簡短但肯定可以覺察的變化。通過該信號，可以對測試發射機服務範圍內的移動臺的例如每第100個比特產生幹擾，這不會明顯損害用戶覺察到的呼叫質量，卻足以計算出移動臺接收的信號質量值。因此，在測試發射機服務區中所有移動臺的測量報告中可以發現質量值隨著測試信號周期變化。
下面結合附圖詳細描述本發明，在附圖中，圖1示出了蜂窩無線網絡的已知層次結構；
圖2示出了出現業務量熱點的基站及其服務區；圖3示出了出現業務量熱點，並且配備按照本發明的測試發射機的基站及其服務區；圖4a示出了測試發射機所發送的測試脈衝為時間函數的一個例子；圖4b示出了測試發射機服務區中移動臺所發送的質量測量報告為時間函數；以及圖4c示出了測試發射機服務區外的移動臺所發送的質量測量報告為時間函數。
下面以GSM系統為例，研究按照本發明的方法的操作。在圖3示出的情況中，利用按照本發明的方法使用測試發射機來搜索圖2基站的業務量熱點。測試發射機位於假定的圖2業務量熱點。測試發射機發送幹擾信號，其對移動臺接收信號的影響效果可以感知。根據這些觀察結果，可以確定移動臺是否位於測試發射機的服務區。測量最好在尖峰時間進行。
測試發射機較為便宜且易於生產。發射機只需要能夠生成所需形狀且進行了下行頻率調製(即用於從蜂窩無線網絡的基站到移動臺方向)的幹擾信號，例如按照圖4的周期脈衝信號。發射機可以完全獨立於蜂窩無線網絡，它可以例如採用內置電池方式工作。
測試發射機位於微小區的假定位置，用於發送例如按照圖4a的信號，該信號具有間隔周期為3毫秒的10微秒幹擾脈衝，這樣信號總是啟動2秒，關閉2秒。該脈衝幹擾基站信號，並引起信號誤碼率的增加。因此在信號啟動期間，發射機覆蓋區域中的話機接收的信號質量比信號關閉期間略差。但是，因為脈衝率相當低，幹擾不會對移動臺接收信號產生太大衰減。
因為無線信道所採用的信道編碼，移動臺用戶甚至可能無法察覺到測試信號所引起的質量損傷，儘管移動臺測量的質量損傷是可覺察的。下面簡單描述信道編碼。
因為幹擾、無線路徑上出現的噪聲和信息丟失，需要傳送的數據並不是原樣在基站和移動臺之間傳送，而是首先對數據進行信道編碼。信道編碼的目的是一方面使得信息傳送更能經受傳送幹擾，另一方面是檢測傳送差錯。在接收端可以進行解碼，例如採用眾所周知的Viterbi解碼器。
例如在GSM系統中，待傳送信息大致可以劃分成語音和數據流量，它們都以幀的形式傳送。因為語音和數據流量的不同性質，可以對它們採用不同的編碼方法以得到可能的最佳結果。
在數據流量方面，首先對待傳送的數據幀進行塊編碼，將校驗位加入到幀中以檢查差錯。其次進行卷積編碼，將n個比特描述成2n比特，從而使得糾錯可以實現。最後，對幀進行交織處理，改變比特的相互順序。因為差錯通常是幾個比特的短突發，交織使得傳送中出現的比特差錯不會以連續比特的形式出現。另一方面，卷積編碼所提供的糾錯能力最能糾正單個比特差錯，從而通過交織處理，糾錯算法可以工作得更好。
在語音流量方面，例如按照GSM規範06.10編碼的語音信號比特根據其重要性劃分成三類，分別為1a、1b和2。首先對1a類比特進行塊編碼，這類比特對傳送語音的質量較為重要。對塊編碼後的1a比特以及未編碼的1b比特進行卷積編碼，在交織前，卷積編碼後的比特串中加入未編碼的2類比特。
通過信道編碼，信道可以承受相當高的誤碼。按照GSM規範GSM05.07，信道上傳送的信道編碼數據中約3％的誤碼率不會引起傳送的用戶數據產生差錯。
根據前述內容，可以產生移動臺能覺察的誤碼率的變化，而不會引起傳送數據的任何差錯。
活躍狀態中的移動臺進行測量，正常監控信號質量，按照本發明的方法不需要對移動臺作任何改變。按照目前技術，它們還定義了其接收信號的誤碼率。可以通過許多方式定義誤碼率。一種可用方法是重新編碼接收到的解碼數據，比較得到的結果和原接收信號。
移動臺將單個連接的質量測量結果通過SACCH(慢相關控制信道)報告給基站。因為所用頻譜的限制，並不是通過無線路徑發送誤碼率，而是將質量值按照下表劃分成8種較為粗糙的質量類。
比較GSM 05.07中指出的3％差錯率值以及上表中的值，可以發現實際上因為信道編碼即使質量類4的數據信號也不會出現差錯。目前，在設計良好的GSM網絡中，大多數話機接收質量為RXQUAL_0值，說明為最佳質量。
通過信道質量測量，位於測試發射機服務區的移動臺檢測到測試信號而引起的信號誤碼率的升高。誤碼率升高的幅度可以例如通過選擇脈衝速率來調節。例如通過選擇100為脈衝速率，則幹擾僅影響每第100個比特，測試信號所引起的誤碼率的升高約為0.5％。從上表中可以看出，這對應於質量類RXQUAL_3。但是，即使如此，誤碼率的升高也非常有限，呼叫質量將不會明顯下降。因此，移動臺用戶不一定需要注意到測試信號的存在。但是，話機在其測量報告中陳述的質量值將從RXQUAL_0值下降到RXQUAL_3。類似地，通過採用該例的脈衝速率300，即例如以3毫秒間隔發送的10微妙脈衝，誤碼率的升高約為0.2％，質量類為RXQUAL_1。
在我們的例子中，按照圖4a，測試信號是周期性的，即脈衝信號啟動2秒，關閉2秒。當然，該測試發射機服務區內的移動臺通過其測量會注意到僅在脈衝信號啟動時才會有的質量下降。為此，該測試發射機服務區內的移動臺在其測量報告中總是在2秒時間內報告按照圖4b的RXQUAL_0值，而在後2秒中報告RXQUAL_1值。相應地，不在該測試發射機服務區內的移動臺不會從測試發射機信號中接收到任何周期幹擾，它們會報告按照圖4c的統一質量值。
移動臺按照GSM規範04.08向網絡正常發送測量報告。網絡利用接收到的測量報告控制發射功率並決定改變信道，這些功能通常位於基站控制器BSC。在按照本發明的方法中，也檢測這些完全正常的質量報告以發現與測試信號的相關性，基於它確定該移動臺是否位於該測試發射機的服務區內。
在研究移動臺在SACCH信道上發送的測量報告中包含的質量測量結果時，發現某些移動臺的質量報告總是按照圖4b，在0到2秒以及在1到2秒周期內。由此可得出結論所述移動臺位於測試發射機覆蓋區域內，從業務量熱點測量角度來看，更重要的是，可以得出有多少移動臺位於該測試發射機的覆蓋區域內。
如果通過分析測量結果發現，該小區中相當多的移動臺不在該測試發射機覆蓋區域中，則沒有發現業務量熱點。然後，測試發射機移動到下一個位置。重複測試，直至發現某個位置的測量表明在該處設置一個新基站最為合理。應當注意，該方法沒有直接給出任何業務量集中的地理區域信息，而是位於發射機服務區內的移動臺數量信息，它將無線信道的信息遺失以及他特性考慮在內。在這些情況下，如果基站天線位於該測試發射機位置，則可以得到基站直接服務的移動臺數量的測量信息。
測量結果與測試信號的相性檢查可以例如通過網元中的軟體來實現(即使並非如此，這些網元中的軟體也處理測量報告)，例如在GSM系統的基站控制器中，結果的處理不需要物理設備，而通過軟體來實現。處理測量報告是為了通過空中接口進行基站和移動臺之間連接的功率控制和信道改變，因此負責這些功能的單元無論如何必須研究單個移動臺的連續質量報告所形成的時間系列。在這些情況下，用於確定質量報告與測試信號相關性的功能可以直接加入到所述單元。但是，因為實際上並不總測量業務量熱點，而是僅在考慮新基站位置時才進行這樣的測量，所以最好至少在某些情況下在獨立的接插件中實現該功能，該接插件可以暫時連接到基站控制器。但是必須注意，質量測量結果分析的實現方式對本發明的主要思想並不重要。
物理分析儀可以是，例如基站和基站控制器間稱為A-bis接口(見圖1)的一個監控設備，它存儲從該接口得到的不同移動臺的質量報告。相應地，可以定位該設備，使其能夠直接監控空中接口的業務量，並直接從該接口得到單個移動臺的質量報告。
在確定測試發射機發射功率時，必須考慮服務區和支配區(dominance area)之間的差別。發射機或基站的服務區是移動臺能夠檢測到發射機信號的區域。該信號幹擾在同一頻率上傳送的另一信號，儘管該信號的功率不一定大於所述另一信號。相鄰基站的服務區總是略為重迭。基站支配區也是該基站信號功率最大的區域。移動臺總是尋求與其所處支配區中基站之間的連接。不同於服務區，相鄰基站的支配區並不重迭。
可以選擇測試信號，使之頻帶等於操作中採用的業務頻率。如果在網絡中採用跳頻，最好使用具有相當寬頻帶的測試信號，該頻率覆蓋該小區中用於跳頻的整個頻率區域。
除了移動臺，測試信號也會引起對無線功率敏感的其他設備的幹擾。可以例如通過正確選擇脈衝速率和啟動周期來儘可能減小這些影響。
顯然，本發明的實施例並不局限於文中作為例子描述的實施例，而可以按照後附權利要求書的範圍進行變化。
權利要求
1．在蜂窩無線網絡中測量業務量密度的一種方法，該蜂窩無線網絡至少包括移動臺(MS)和基站(BTS)，在基站和移動臺之間的連接存在期間，移動臺進行無線信道質量的測量，並向基站報告其測量結果，其特徵在於，一個測試發射機位於該小區中，測試發射機發送測試信號，引起位於該測試發射機服務區中的移動臺從該小區基站接收的信號發生改變，以及如果在移動臺報告的測量結果中檢測到與測試信號的相關性，則發現該移動臺位於該測試發射機的服務區中。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於，該方法確定了位於測試發射機服務區中的移動臺佔該小區基站服務的所有移動臺的份額。
3．根據權利要求1的方法，其特徵在於，測試信號是一個周期脈衝信號。
4．根據權利要求1的方法，其特徵在於，測試信號的頻帶覆蓋一個業務頻率。
5．根據權利要求1的方法，其特徵在於，測試信號的頻帶覆蓋該地區中使用的所有業務頻率。
6．根據權利要求1的方法，其特徵在於，通過軟體實現移動臺質量測量和測試信號之間的相關性分析。
7．根據權利要求1的方法，其特徵在於，由獨立分析儀及其控制計算機實現移動臺質量測量和測試信號之間的相關性分析。
8．在蜂窩無線網絡中為新基站確定位置的一種方法，該蜂窩無線網絡至少包括移動臺(MS)和基站(BTS)，在基站和移動臺之間的連接存在期間，移動臺進行無線信道質量的測量，並向基站報告其測量結果，其特徵在於，一個測試發射機位於該小區中，測試發射機發送測試信號，引起位於該測試發射機服務區中的移動臺從該小區基站接收的信號發生改變，如果在移動臺報告的測量結果中檢測到與測試信號的相關性，則發現該移動臺位於該測試發射機的服務區中，以及如果發現該基站服務的移動臺中有足夠數量的移動臺位於該測試發射機的服務區中，則確定該測試發射機的位置為新基站的位置。
全文摘要
在增加蜂窩無線網絡容量時,通常在原小區中安裝較低功率的第二基站,向原小區的業務量熱點提供服務。最終結果與業務量熱點定位以及移動臺數量確定的精確程度密切相關。在本發明中,通過在小區中定位一個測試發射機來測量業務量熱點位置和移動臺的數量,該測試發射機對移動臺接收的信號產生幹擾。可以在移動臺的質量報告中檢測到幹擾所引起的任何變化。
文檔編號H04B17/00GK1217859SQ98800176
公開日1999年5月26日 申請日期1998年2月19日 優先權日1997年2月24日
發明者彼特裡·喬瑪 申請人:諾基亞電信公司