提供指示蜂窝通信系统小区间的干扰关系的矩阵的方法

专利名称：提供指示蜂窝通信系统小区间的干扰关系的矩阵的方法
技术领域：
本发明涉及一种提供用于指示蜂窝通信系统的小区之间的干扰关系的矩阵的方法。
在蜂窝通信系统中，提供业务的区域可分为若干个称之为小区的小区域。每个小区都由一个基站提供服务，该基站具有一付相应的天线或多付天线，用于向一个用户台(通常是移动台)发送和从一个用户台接收。
一个专用的射频或多个射频被分配给每个小区。由于只用有限频谱和可能只用该有限频谱中的若干个小部分，从而引起某些限制。一种限制是必须在一个系统的不同小区中再用一个专用频率。所引起另一种限制是必须使用相邻的频率值，不同于其他可能的实际情况，这些频率值彼此更接近。这种频率限制会引起同信道干扰和相邻信道干扰。同信道干扰是指，使用同一频率的两个不同小区之间所引起的干扰。相邻信道干扰是指，当两个不同小区在各自小区中正在使用所用频谱的相邻频率部分时，两个不同小区之间所引起的干扰。在对一个系统的频率分配进行规划时，一种考虑是如何减小可能的同信道干扰和相邻信道干扰的电平。
一种现有技术的方法包括进行所谓的传播预测(propagationprediction)。对于某一给定的小区，总的区域还可划分为更小的区域。对于每个所述的更小的区域，可以估算由一个移动台从与当前小区的基站相比不同的小区的基站接收有关信号电平。很多小区都执行这一过程。根据所得到的这些估算，在该系统中进行频率分配，或改变现有的频率分配。这一过程包括提供若干所谓的C/I矩阵(matrix)。这种第一矩阵包含一些由上述传播预测所计算出的C/I值。值C是指载波信号强度，换言之，该被估算的信号将从所考虑的小区的基站被接收。值I是指干扰信号强度，换言之，该被估算的信号将从在各自的传播预测中正考虑的其他小区的基站被接收。
在提供C/I矩阵时，通过驱动测试(drive testing)增加传播预测。驱动测试涉及操作者在蜂窝媒介(vehicle)的覆盖区周围逐个驱动。
选择驱动路由，这种路由是一种用于代表在所研究的小区中所包含的通信业务的路由。该驱动测试方法涉及驱动所选择的路由，这些路由无论在移动台到陆站方向还是陆站到移动台方向都可用于进行多个电话呼叫。每一呼叫的信息都可被记录和后续处理。
这种基本的传播预测方法和附加的驱动测试作用的一个缺点是，其中所用的所有的值仅是从特殊位置得到的一些非代表性的抽样值或平均值。这些位置是人为选择的，因此不代表该小区中实际使用的全面情况。另一个缺点是，除非这些过程经常重复，否则无法考虑该系统的变化。提供C/I矩阵的现有方法的另一个缺点是，这种矩阵中的这些值构成了计算结果C/I的绝对值。因此这种绝对值不能区别好的或不太好的频率再用候选。具体地说，这些值不含用户使用的电平的反射，尽管这种电平实际上在任何频率规划是否可使得在一个系统中顺利进行频率分配的问题中起一定的作用。


图1说明了根据本发明可使用的典型蜂窝通信系统。
图2示出了一种邻近表的表示。
图3是本发明的一种实施方式的过程流程图。
图4说明了在本发明的一种实施方式的方法中形成的直方图。
这一优选实施方式涉及一种为GSM系统的蜂窝通信系统，应当理解，本发明并不局限于这种系统，同样还可用于其他时分多址(TDMA)系统、码分多址(CDMA)系统或其他含有组合的TDMA/CDMA系统的蜂窝通信系统中。
图1说明了一个典型蜂窝通信系统10，该系统具有一个由若干个小区12-22构成的覆盖区。通常用一种六边形小区形式的图解表示法来描述该小区的区域，但实际上，每个小区的形状和大小可以不同。在每个小区中，一般在其中心处，有一个基站24-34，该基站按熟练技术人员众所周知的过程控制各自小区中的通信业务36、38、40。每个基站(BS)24-34可从移动台(MS)42-46接收信号38和向移动台(MS)42-46发送信号40，这些移动台在通信系统10中到处移动-在这一优选实施方式中，基站24、26、28和30都通过某一基站控制器(BSC)47连接到移动业务交换中心(MSC)50，而基站32和34都通过另一个BSC 48连接到MSC 50。运行和维护中心(OMC)49也与MSC 50相连。根据该通信系统的大小，OMC 49可以负责整个系统，或者也可以根据区域提供若干个OMC。MSC 50与公用交换电话网(PSTN)51相连。
MS 44利用下列过程被分配给作为其服务小区的BS 28。当MS 44开机时，它按技术上众所周知的过程进行搜索，试图接收来自基站的信号。在这一搜索阶段中，该MS利用该系统的所有频率进行搜索。MS44接收来自BS 28以及本例中的BS 24、26、30、32和34的信号。该MS判断所接收的信号哪个最强，然后与相应的BS(当前情况下是BS 28)通信，该BS要与该系统相连。BS 28与MS 44进行对话，从而建立一个通信通路，在这一阶段还查询该MS 44以确认来自它的包括其身份的细节。该BS将MS 44的身份以及其他诸如密码信息等细节发送到BSC 47，并发送到MSC 50。该MSC 50存储这些细节，以便当该移动台被寻呼时，它可以为该呼叫选择从PSTN 51经由MSC 50到BSC 47再到BS 28的路由，这样便可进行MS 44与该系统之间的通信。在该分配过程的这一阶段，由BS 28控制MS 44。控制信息从BS28发送到MS 44。这一控制信息尤其包括一个用于指示从此以后应当搜索哪一频率子集的控制消息。该子集中的这些频率对应于BS 28的当前邻近表中的BS所用的频率。该当前邻近表将在后面作更详细的解释。另外，在本实施方式中，该控制信息包括MS 44还应搜索该系统中所用的一些其他频率的一个指令。在该通信系统中，某些频率(频率信道)可以专用于载送控制消息，而某些其他频率(频率信道)可以专用于载送通信业务。要搜索哪些其他频率的一种选择是，选择指令该移动台搜索在该系统中控制消息所用的所有频率，这与通信业务所用的频率相对。这一分配过程的结果是，MS 44被分配给因此被称为其服务小区的BS 28。此后，MS 44将响应一个寻呼或按期与BS 28通信，从而向BS28确认其仍在正常工作。
MS 44将一起被分配给作为其服务小区的BS 28，直到它被关机，或者被越区切换到邻近的另一个小区。越区切换到另一个小区涉及到当前邻近表，下面将详细说明该表。
在本实施方式的系统中，对于每个基站，必须分配一些专门的其他BS，这些BS将作为候选越区切换BS。所分配的越区切换BS以及因此所分配的越区切换小区的身份表被称为邻近表。在根据本实施方式的系统中，该邻近表被存储在该基站处。然而，在其他系统中，它还可以被存储在BSC处、OMC处或甚至更远处。在BS 28的本例中的这些候选越区切换BS，可从与BS 28的小区区域在地理上很接近的那些BS中选定，而在缺乏其他因素的情况下，将简单地根据所有地理上在其周围的那些小区来分配。然而，要注意，某些其他因素诸如地理和建筑物特性可能是有影响的，这些特性例如障碍、用户密度、用户移动方式以及大小或形状不均匀的小区等，此时最好应按较小的系统来分配小区。因此所产生的该蜂窝通信系统中的BS(及相应的小区)之间的候选越区切换关系的分配方案被称为该系统的拓扑结构。在本实施方式中，五个小区中的每一个图示于图1中小区16的周围，即小区12、14、18、20和22都在BS 28的当前邻近表中。再者，在本实施方式中，当前邻近表中没有更多的小区。然而，应当指出，通常在一个给定的蜂窝通信系统中，一般可包含在某一小区的当前邻近表中的小区个数是有最大值限制的。
在本实施方式的GSM系统中，每个BS以某一广播控制信道(BCCH)的形式在其控制频率上连续广播。在本GSM情况下，该控制信道频率以绝对射频信道数(ARFCN)形式出现。在该BCCH中，还对被称为BS标识码(BSIC)的BS标识符进行编码。因此，所有BCCH-ARFCN和BSIC的组合构成与该基站的身份有关的身份数据，换言之，与该小区的身份有关的身份数据。
正如前面所述，MS 44搜索由来自BS 28的控制消息所确定的频率，即所谓的BS 28的搜索表中所包含的频率。由于MS 44接收该控制频率的一些信号，于是它可确定一个信号强度量值(metric)，该量值用于度量关于每个所接收的BCCH的信号强度。它还对BSIC进行解码。因此，被分配给作为其服务小区的BS 28的MS 44获得身份数据和来自已顺利进行搜索的每个BS(即其他小区)的以三部分信息形式组成的信号量值数据，即BSIC、信号强度量值以及各自的控制信道频率。在本GSM情况下，该控制信道频率以ARFCN指数形式出现。这三部分信息以数据模块的形式结合在一起。由多个不同的BS即除该服务小区外的多个小区所确定的各自的数据模块，被传回到BS 28。在本GSM实施方式中，MS 44根据该信号强度量值对这些数据模块进行排列，并仅将六个最高排列等级的数据模块发送到BS 28。它们以测量报表(measurement report)的形式被发送到BS 28。在ETSI GSM的说明书4.08中完整地定义了这种测量报表。
在该测量报表中的信号量值包括两种值。一种值与连续的并使用所谓的全速率信道的传输有关。另一种值则与间断的而随输入信号和寂静期而变的并使用所谓的次速率信道的传输有关。该间断信令通常被称为不连续传输(DTX)。在该测量报表中的一个标志可指示测量报表中哪种值有效。这些数据模块被不断地发送。
在BS 28中，该BCCH-ARFCN和BSIC组合被转换到一个BS身份，这里为BS 32。这种转换只有当该BCCH-ARFCN和BSIC组合以及BS身份都包含在该邻近表中时才能出现。图2示出了一种邻近表的表示，从中可以看到一个BCCH-ARFCN和BSIC组合是如何与某一特殊BS身份相对应的。
这一优选实施方式的方法如图3中的过程流程图300所示。参照图2，功能块305表示用于第一服务小区的收集步骤，该步骤用以收集与除所述第一服务小区外的多个小区的身份有关的身份数据，以及与来自所述第一服务小区和所述多个其他小区的各自信号强度量值有关的信号强度量值数据，从而提供所收集的数据。在本实施方式中，最初由多个移动台通过搜索其他小区和服务小区得到该身份数据和信号量值数据，如前文所述。该数据以包含在测量报表中的数据模块形式出现。因此，例如，关于由MS 44所得到的数据，该测量报表从MS 44发送到BS28，并且其中该数据进一步从BS 28传送到BSC 47，在此，收集该数据，从而提供所收集的数据。在本实施方式中，来自分配给BS 28的多个其他移动台的相应的数据也被发送到BS 28，并进一步从BS 28传送到BSC 47，但是，应当指出，尽管如此，利用仅来自一个移动台的数据就可以有效地使用本发明。应当注意，根据本发明的其他实施方式，可以在BS 28处自己收集该数据，或者也可以在其他网络节点处收集该数据。
在实现本实施方式时，要使用一种统计抽样过程，即该GSM的测量报表要经过一种统计抽样过程。换句话说，不必对所有的测量报表全部进行处理。在本实施方式中，对成千上万个测量报表进行处理，这些测量报表提供了在过去的时间中所得到的大量信号矩阵，从而高精度地执行所进行的计算。其优点在于，例如MS 44和BS 28之间的一次长通信不会使结果产生偏移，因为代之以使用MS 44和BS 28之间的大量通信所得到的结果。因此，可以提供跨越BS 28的整个覆盖区即整个小区上的信息。由于本实施方式的GSM系统中的移动台的可移动性，因此利用来自于大量通信的数据，该测量报表数据可从在整个小区上移动的用户得到。关于任何其他的移动通信系统，也可得到同样的优点。对这些测量报表进行抽样，从而根据这一系列收集到的测量报表，对一个报表进行分析，然后跳过即忽略一个号码，再对下一个测量报表进行分析，然后再跳过一个号码，依次类推。实现这一过程的一个好的方法是，要选择每一第n个测量报表，这里n是一个整数。该抽样过程产生整个统计数据集合中的一个子集。对于一个给定的计算机内存容量和处理能力而言，这一过程允许处理更多的信息。再者，由于很多测量报表是类似的，因此采用一个抽样过程，用给定的计算机就可以将该测量报表中的信息模块的更多的变形列出。其他统计学上的抽样方法也可用于本实施方式，而且可由熟练人员根据普遍的数据型式(pattern ofdata)和所要求的或有效处理容量进行选择。例如，可在抽样的基础上收集该数据，然后再对所有收集的数据进行处理，这可包括只从某个小区中的某些移动台收集。
确定步骤，该步骤至少部分地从所述的所收集的数据，来确定除所述第一服务小区外的所述多个小区的身份，如图3中的功能块310所示。在本实施方式中，该步骤的执行方法如下。根据所收集的数据，对每个测量报表中所报告的各个ARFCN-BCCH和BSIC组合进行分离，并对照当前邻近表中的所保存的这类组合的表单进行比较。这一过程可通过将一台计算机连接到该BSC并利用技术上众所周知的例行计算机方法来实现。实现这些过程的另一种装置是，利用一台计算机或集成于BSC或BS本身的一台计算机的一部分。出现在当前邻近表中的那些身份以及相应的ARFCN-BCCH和BSIC组合被分离。这也可用例行计算机方法来实现。通过假定该ARFCN-BCCH和BSIC组合对一个特定的BS而言是唯一的，便最容易完成该小区的身份的确定。如果在某些情况下，证明这种假定有缺陷，则可以使用补充信息，例如该系统中的每个BS的X和Y座标。采用技术上众所周知的三角计算法，可计算出该服务BS与所有其他BS之间的距离，从而提供一个数据库，该数据库包括与各自离该服务BS的距离相应的各个BS的ARFCN-BCCH和BSIC组合。根据ARFCN-BCCH和BSIC组合并按与该服务BS间距的上升次序来存储这一数据库。搜寻该数据库，从而找到那些具有候选ARFCN-BCCH和BSIC组合并离该服务BS的距离适当的小区。该距离对该服务小区以及它周围的邻近小区的范围和覆盖而言是适当的。例如，在市内小区中，应考虑为几公里远，而在乡村区域中，其邻近小区可以更远。另外还可根据天线的定向以及在服务小区的覆盖区中预知信号强度的信息，用以判别在一个系统中，两个邻近小区何时具有与服务小区相似的距离以及相同的ARFCN-BCCH和BSIC组合。
在任何计算开始之前，分别对这些测量报表进行检测，以确定该信号度量哪部分有效。这通过检测DTX标志并适当利用该测量报表所包含的该服务小区信息中的全速率或次速率值来完成。关于与本实施方式的系统相似的其他系统，熟练人员显然知道，根据该系统中特殊的数据格式，将需要什么样的过程以从有用的数据来确定这种有效值。
用于所述多个其他小区中的每一个小区的比较步骤，该步骤将各自的信号强度量值与来自所述服务小区的相应信号强度量值进行比较，从而为所述多个其他小区中的每一个小区提供各自的一组比较值，如图3中的功能块315所示。在本实施方式中，该步骤的执行方法如下。对于一个给定的ARFCN-BCCH和BSIC组合(即小区身份)，根据被抽样的每个测量报表，确定来自该测量报表信息模块的适当的信号强度值(记为Ni，其中i表示第i个被抽样的测量报表)。另外还根据同样第i个测量报表中的该服务小区，确定全速率或次速率的相应的值，即信号强度值Si。在本实施方式中，根据前面的步骤，将一个来自其他小区的信号量值与一个来自服务小区的信号量值进行比较的比较步骤的方法是，对于每个被抽样的测量报表计算Si减去Ni的值。这可利用一些已知的计算机方法自动实现。根据许多被抽样的测量报表，编制出各Si-Ni结果的计数值一览表。对于各个ARFCN-BCCH和BSIC组合所产生的各Si-Ni表进行统计处理，从而对各种出现情况进行计数，并由此产生一个直方图。这种直方图400如图4所示。于是该直方图示出了对于某个特定ARFCN-BCCH和BSIC组合(换言之，某个其他小区)所得到的各S-N值。
在本实施方式中，确定步骤中使用了如图4所示的400类型的直方图，该步骤根据所述多组比较值和所述身份数据，确定用于指示蜂窝通信系统的各小区之间的干扰关系的矩阵。这一步骤如图3的功能块320所示。该各组比较值就是S-N值。每个S-N值的出现次数(level ofoccurence)用直方图中带阴影线的块来表示。在本实施方式中，这些出现次数每个都相对于在为该服务小区的所收集的全部数据中所包含的所有S-N值的总数进行归一化。然后在直方图中的S-N值的某些预定范围内总计这些归一化值，从而为该特定的其他小区提供各自的干扰系数。这些预定范围根据特定的系统要求指定。至于本实施方式，这些预定范围与该通信系统中所用的频率再用及干扰判据有关。这些预定范围还取决于被确定的干扰矩阵是用于同信道干扰关系还是相邻信道干扰关系。在用于GSM系统的本实施方式中，S-N值的范围可从-63到+63。在本实施方式中，假定相邻信道频率再用和干扰判据为+9dB，并允许有3dB的误差容限，这便得出+6dB值，接着总计在-63与-6之间的经归一化的出现次数，从而计算相邻信道干扰的干扰系数(注意，正S-N值表示服务者信号强度大于所讨论的其他小区的信号强度，反之，负值表示其他小区的信号强度大于服务者信号强度，因此，频率再用判据所用的正dB值与直方图中的负S-N值相对应)。现在考虑有关同信道干扰的干扰系数的计算，假定同信道频率再用和干扰判据为-9dB，当允许有3dB的误差容限时，这便得出-12dB值。接着总计在-63与+12之间的经归一化的出现次数，从而计算同信道干扰的干扰系数。
在本实施方式中，还可能包括一个优先于计算干扰系数的步骤，即对随所述比较值的预定范围而变的所述比较值进行统计加权。这些范围的一个例子如图4的直方图中的范围(ⅰ)、(ⅱ)和(ⅲ)所示，其中，范围(ⅰ)对应于-63和-6之间的S-N值，范围(ⅱ)对应于-6和0之间的S-N值，而范围(ⅲ)对应于0和+12之间的S-N值。例如，关于计算同信道干扰的干扰系数，该统计加权可包括，将范围(ⅰ)中的那些出现次数乘以因子2，将范围(ⅱ)中的那些出现次数乘以因子1，而将范围(ⅲ)中的那些出现次数乘以因子0.5。应当理解，熟练人员要根据所考虑的系统的准确特性选定任何这些范围及其各自乘法因子的恰当的技术要求。
在本实施方式中，对于其他的服务小区可以重复所有上述步骤，从而进一步提供所形成的矩阵中的干扰系数。
本实施方式的所形成的矩阵的一个优点是，其中的值包括上述干扰系数，该干扰系数本质上代表了与相应的服务小区/其他小区组合(相对于在用于该系统的任何频率分配过程中被分配的同信道频率状态或相邻信道频率状态和采用该矩阵而言)的适用性直接有关的相对值。另外，由于根据从该系统中的实际使用中所收集的数据，计算该干扰系数，并相对于该数据对干扰系数进行归一化，因此包括用户使用的电平，并因此有利于顺利进行频率规划。这种形式的干扰系数的另一种有利的结果是，由于它们是相对值，因此通过执行进一步的归一化步骤可获得另一个优点，在该步骤中，矩阵中的最大的干扰系数设为1，而其他系数归一化于此。
本发明的另一方面是在频率规划过程中使用该矩阵。本发明所形成的该矩阵尤其适用于自动频率规划中(AFP)，其过程在技术上众所周知。
应当理解，本发明不局限于上述特定例子。此外，还应理解，本发明并不仅仅包括以所登载的或其他所看到的数据形式提供该矩阵的情况，更确切地说，它还包括以电子装置或其他装置(如磁盒或磁盘)易读取的其他硬拷贝形式提供该矩阵的情况，还包括当仅以电子形式提供该矩阵时例如当在计算机内存或其他电子存储器中提供或存储该矩阵时的情况。同样，本发明还包括这样的情况，即当象这样的矩阵无法直接进行人工分析，却可用于任何类型的频率处理或规划方法(如包括该矩阵中所含信息的自动频率规划)的下一阶段时的情况。
再者，还应意识到，在实施本发明的同时，可用多种方法将在上述本优选实施方式中所提到的各个可选的方面进行组合。
权利要求
1．一种提供用于指示蜂窝通信系统的小区之间的干扰关系的量值的方法，该方法包括以下步骤-用于第一服务小区的收集步骤，该步骤用以收集与除所述第一服务小区外的多个小区的身份有关的身份数据，以及与来自所述第一服务小区和所述多个其他小区的各自信号强度量值有关的信号强度量值数据，从而提供所收集的数据；-确定步骤，该步骤至少部分地从所述的所收集的数据，来确定除所述第一服务小区外的所述多个小区的身份；-用于所述多个其他小区中的每一个小区的比较步骤，该步骤将各自的信号强度量值与来自所述服务小区的相应信号强度量值进行比较，从而为所述多个其他小区中的每一个小区提供各自的一组比较值；和-确定步骤，该步骤根据所述多组比较值和所述身份数据，确定所述矩阵。
2．如权利要求1所述的方法，其中所述步骤针对过去的时间中所得到的多个所述信号量值来执行。
3．如权利要求1所述的方法，其中一个或多个所述步骤根据统计抽样过程执行。
4．如权利要求3所述的方法，其中所述系统是一个GSM系统，所述身份数据和所述信号强度量值数据以测量报表形式出现，而所述统计抽样过程包括选择所述测量报表的一个统计抽样。
5．如权利要求1所述的方法，其中所述身分数据和所述信号量值数据由一个或多个移动台通过搜索所述其他小区和/或所述服务小区得到。
6．如权利要求1所述的方法，其中对于其他的服务小区重复所述步骤。
7．如权利要求1所述的方法，其中所述确定步骤包括以下步骤-根据所述所收集数据，对所述各组比较值中的每一个都进行归一化；和-由此为每个所述其他小区计算各自的干扰系数。
8．如权利要求7所述的方法，其中所述确定步骤还包括以下步骤-在所述计算所述各自的干扰系数的步骤之前，对随所述比较值的预定范围而变的所述比较值进行统计加权。
9．如权利要求8所述的方法，其中所述预定范围与所述系统中所用的频率再用和/或干扰判据有关。
10．如权利要求9所述的方法，其中所述频率再用和/或干扰判据取决于所述干扰矩阵是针对同信道干扰关系还是针对相邻信道干扰关系。
11．提供用于指示蜂窝通信系统的小区之间的干扰关系的矩阵的方法实际上参照附图如上文所述。
12．蜂窝通信系统中频率规划的方法，包括使用由任何上述权利要求的方法所提供的矩阵。
全文摘要
一种提供用于指示蜂窝通信系统的小区之间的干扰关系的矩阵的方法。该方法包括以下步骤:用于第一服务小区的收集步骤;确定步骤,该步骤至少部分地从所述的所收集的数据,来确定除所述第一服务小区外的所述多个小区的身份;用于所述多个其他小区中的每一个小区的比较步骤;确定步骤,该步骤根据所述多组比较值和所述身份数据,确定所述矩阵。
文档编号H04W16/18GK1220560SQ9812534
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月18日 优先权日1997年12月19日
发明者马克·加拉格尔, 特雷弗·汉纳 申请人:摩托罗拉有限公司