专利名称：基于小区边界概率验证覆盖区的系统和方法
背景技术：
发明领域本发明总的涉及在无线通信系统里测量覆盖区域的系统和方法，具体而言涉及利用小区边界概率验证覆盖区的系统和方法。
背景技术：
覆盖区的验证在无线通信系统的设计中至关重要。例如，当使用移动台的用户从无线通信系统中的一个小区移动到另一个小区的时候，必须在非同步的切换之前验证它确实已被新基站所覆盖。对于在通信系统内选择基站位置，基站覆盖区域的验证也是非常重要的，这样才能最有效地分配资源。例如，将基站部署得太接近会导致整个无线通信系统的覆盖区域变小。另一方面，基站相隔太远会导致覆盖区域不连续。因此，在无线通信系统里，为了部署好基站从而获得最大的连续覆盖区域，需要对基站的覆盖区进行验证。
下面将参考
图1介绍一个示例性无线网络，例如全球移动通信系统(GSM)公用陆地移动网(PLMN)10。PLMN10包括多个区域12，每一个区域都有一个移动交换中心(MSC)14和一个集成在其中的访问位置寄存器(VLR)16。MSC/VLR区域12自己又包括多个位置区(LA)18，它被定义为MSC/VLR区域12中的这样一部分，移动台(MS)(终端)20可以在其中自由地移动，而不必发送位置更新信息给控制这一LA18的MSC/VLR区域12。每一个位置区12都被分成许多小区22。移动台(MS)20是物理设备，例如，汽车电话或者其它便携式电话，移动用户用它们跟蜂窝网10通信、互相通信以及注册网以外的用户通信，包括有线的和无线的。
进一步参考图1，PLMN服务区或者无线网络10包括一个归属位置寄存器(HLR)26，它是一个数据库，保存了所有的用户信息，例如用户简档、当前位置信息、国际移动用户标识(IMSI)号和其它管理信息。HLR26可以跟某一MSC14放在一起，跟MSC14集成起来，或者可以为多个MSC14提供服务，图1说明的是最后一种情形。
VLR16是一个数据库，其中包括了当前位于这一MSC/VLR区域12内所有移动台20的信息。如果MS20漫游到了新的MSC/VLR区域12，跟该区域的MSC14连接的VLR16会向HLR数据库26请求获得该移动台20的数据(同时将MS20的当前位置告诉HLR26)。因此，如果MS20的用户想打电话，本地的VLR16就有了必不可少的身份信息，而不必重新查询HLR26。通过这种方式，VLR和HLR数据库16和26分别储存了给定MS20的各种用户信息。
MSC14至少跟一个基站控制器(BSC)23通信，而基站控制器23则跟至少一个基站(BTS)24保持联系。应当明白，BSC23可以跟几个基站24连接，可以是一个独立的节点，也可以跟MSC14集成在一起。不管是在哪种情况下，BSC23和BTS24部件作为一个整体，通常都同称为一个基站系统(BSS)25。BTS24是其中的物理设备，为了简单起见用一个无线电发射塔表示，它为它负责的小区22的地理区域提供无线电覆盖。为了说明小区22的地理区域，假设小区22是一个圆形区域，其半径为R，BTS24在园的中心。
覆盖区定义为小区的边界概率(CBP)，也就是沿着小区22的圆周随机选择的接收信号的强度超过给定阈值的概率，小区区域概率(CAP)则是在小区22内随机选择的接收信号的强度超过给定阈值的概率。当CAP超过所需值例如90％时，覆盖区就得到了验证。估计CAP的一种方法是在整个小区22内对接收信号强度测量值取样，并计算这一测量值满足阈值的比例。但为了获得统计意义上有意义的取样，不仅要进行大量的测量，而且进行这些测量的位置必须遍布整个小区22。另一种方法是从单独一个区域里取样，并用Reudink方程来模拟整个小区22。然而，使用Reudink方程来模拟小区22需要估计某些参数，例如传播常数和截距。因此，估计这些参数的不准确性会带来误差。
所以本发明的一个目的是提供一种系统和方法，用一种方式验证小区的覆盖区，这种方式能够减少必不可少的测量值个数。
本发明的另一个目的是这种系统和方法能够用一种方式验证小区的覆盖区，这种方式能够缩小进行测量的区域。
本发明的再一个目的是提高准确判断的概率。
发明简述本发明的目的是提供一种方法，通过测量整个区域的信号强度，验证无线通信系统内收发信机的覆盖区域，根据测量结果估计区域半径，在估计的半径距离上测量信号强度，并判断在估计的半径距离上是否有足够比例的信号其强度超过阈值。
附图简述下面将参考附图介绍本发明，这些附图给出了本发明非常重要的实施方案实例，在说明书里将它们作为参考，其中图1中的框图说明的是一个传统的地面无线通信系统；图2是本发明取样过程的一个流程图；图2A说明的是本发明中有一台计算机的一辆测量车；图2B给出了测量车的行驶路线；图2C说明的是验证小区边界概率的测试行驶路线；图3给出了一个测量结果实例，测量出来的信号强度作为跟小区站点距离的函数画成图，用来确定半径；和图4示例说明假设选择的判决边界。
优选实施方案下面将参考优选实施方案介绍本发明。但应当明白，这些实施方案只是给出了本发明许多应用的一些实例。总的来说，本申请的说明书中所作的介绍并不是要限制本发明的范围。更进一步，一些说明可以用于某些发明特征，但不能用于其它的。
现在参考图2，其中给出了验证BTS24的小区22覆盖区的取样步骤。过程一开始，先在距离BTS24的各种距离上对接收信号的强度进行取样测量(步骤201)。
参考图2A，测量车220上有一台计算机222，其中安装了测量软件和一个处理程序。计算机222还有一个利用全球定位系统(GPS)的地图绘制软件。计算机222跟一个测量移动台相连，用来测量信号强度，测量移动台又跟天线226连接。
图2B给出了行驶路线。测量车从距离BTS天线1km的地方开始，沿着之字型路线行驶，直到信号强度下降到最终跟BTS失去联系。在这一段距离里至少要采集1000个数据点。用计算机222执行的测量软件将信号强度取样作为半径的函数画成图，见图3。
现在参考图3，介绍它时将提到图1和图2，图3画出了一个示例性的图300，用来估计假想的小区半径(步骤202)。垂直轴表示接收信号的强度，用本领域里都知道的dBm表示，其中的“m”表示是跟1毫瓦功率进行比较。水平轴表示离开BTS24的径向距离。利用图中的测量取样，这些取样的一部分用301表示，计算机222根据处理算法获得一条平均线302，这种算法是本领域里众所周知的线性回归算法。线性回归是一种数据分析方法，利用它能够确定一条曲线，在这里是一条直线，这条曲线以最小的均方误差描述一组数据。
平均线302是测量取样作为径向距离的函数的平均值估计。平均线302的斜率n是基站天线的传播常数。坐标平面300上还有一条阈值线303，它说明的是估计CAP/CBP的阈值。阈值线303跟平均线302的交点对应的是半径。从理论上说，接收信号的强度有50％的概率超过阈值。为了获得更高的概率，采用了衰落余量M衰落。
为了确定获得所需CAP的小区22的半径，必须确定适当的衰落余量。适当的衰落余量可以用Reudink方程来确定CAP=12[1+erf(a)+exp(2ab+1b2){1-erf(ab+1b)}]]]>其中 它给出了传播常数n、测量结果跟平均线302的标准偏差(假设它跟离开BTS天线的距离无关)σ、衰落余量M衰落跟CAP之间的关系。符号“erf”表示误差函数，而符号“exp”则表示指数函数。
表1CAP=90和n=2.5～3.7的衰落余量(M衰落)
表1给出的是给定标准偏差σ和传播常数n的情况下，获得90％的CAP的M衰落值。应当指出，90％的CAP值是这一个实例和另一个实例中任意选择的值，设计所需要的CAP可能不同。在传播常数=3.5，标准偏差=8.5dBm的地方，为了得到90％的CAP，必须有6dB的衰落余量。确定M衰落的计算可以由执行处理算法中一个例行程序的计算机222来完成。
确定了衰落余量以后，就可以在图300上画出衰落余量线304。衰落余量线304是通过将平均线302降低一个衰落余量来得到的。衰落余量线304跟阈值线303相交于假想半径305处，它是CAP达到所需概率时小区22的假想半径。确定假想半径的计算也可以由执行处理算法中例行程序的计算机222来完成。
根据经验验证小区22的小区边界概率(CBP)，以此来评估小区22的CAP(步骤203)。CBP定义为在边界或者假想半径附近，信号强度的测量值超过阈值的概率。跟CAP相比，利用经验验证CBP要容易一些，因为只需对较小的区域采样。CBP按照以下公式跟衰落余量从而跟CAP相关 回想一下，选择M衰落的目的是为了获得所需要的CAP。因此，如果所需要的衰落余量为6dB，而且标准偏差为8.5dB，那么，90％的CAP就可以用CBP不小于76％来得到验证。
在这种状态下，开始进行径向测试行驶以验证CBP。图2C画出了验证CBP的典型测试行驶路线。利用顺序似然比检验来验证CBP。为了验证CBP，做出了两个假设H1p＞cbp+ΔH2p＜cbp-Δ这里的△是大于零的小量。我们假设Ⅰ型误差(错误地将H1选择成大于H2)的概率为α，Ⅱ型误差(错误地将H2选择成大于H1)的概率为β。参数α和β由小区设计人员选择好。
在半径附近测量取样，计算出统计值xx-=1NΣkxk]]>其中xk=1，如果第k个取样信号＞阈值0，如果第k个取样信号＜阈值N=取样数取样持续下去直到不再满足以下不等式
而且cbp=所需要的小区边界概率 图4是Δ=0.05，cbp=0.76，α=0.01和β=0.01的情况下，cN(n)和dN(n)的一个例子。
当一个不等式不成立时，判断CBP是否满足要求(步骤204)。如果不等式1.1不满足，CBP就小于所需值。缩小半径(步骤205)，检查测量取样数(步骤206)。如果有足够的取样数用于似然比检验，(也就是不满足不等式1.3)就用LRT来检验缩短了半径R的情况下的CBP(步骤204)。如果没有足够的取样，就重复SLRT/LRT测试，以验证缩短了半径的CBP(步骤203)。如果不满足不等式1.2，那么CBP就是满意的，小区规划人员就可以认为覆盖区是可以接受的(步骤208)。如果203里SLRT的测量数超过了N衰落(不等式1.3)，就用LRT检验CBP。(见步骤203的详细步骤)。
进一步参考步骤203，用以下方式来进行SLRT/LRT。从k=1开始，获得第k个测量结果(步骤212)。如果k小于N固定(步骤213)，就采用SLRT和不等式1.1和1.2(步骤214)。如果这两个都满足，就采集另一个取样(步骤212)。如果两个中有一个不满足，就退出步骤203。如果k超过了N固定(在步骤213)，就进行LRT测试(步骤215)，退出步骤203。
本领域里的技术人员会认识到，在本申请中描述的本发明的思想可以在很大的应用范围内进行修改。例如，应当指出，前面介绍的本发明可以用于所有的无线信令系统，而不只限于GSM系统。还应当指出，小区边界概率是否足够还可以用许多不同的方法来确定。因此，本专利的范围不应当局限于这里介绍过的任何具体实例，而是应当只由以下权利要求限定。
权利要求
1．测量收发信机周围区域的一种方法，该区域接收该收发信机发射的多个信号，这多个信号中至少有一个预定传播的强度超过预定阈值，该方法包括以下步骤在这个区域内的多个位置上测量多个信号的强度；根据这一测量估计该区域的半径；在圆周上测量第二组多个信号的强度，这个圆周包括多个位置，跟所述收发信机的距离基本上等于所述半径；和判断第二组多个信号中超过预定阈值的比例是否超过第二个预定比例。
2．权利要求1的方法，还包括缩小所述半径的步骤，其中的比例不超过第二个预定比例。
3．权利要求2的方法，还包括重复上述测量和判断的步骤，的比例不超过第二个预定比例。
4．权利要求1的方法，其中的判断步骤还包括进行顺序似然比检验。
全文摘要
一种方法,通过测量整个区域的信号强度,根据测量结果估计区域半径,在所估计半径的距离上测量信号强度,判断在估计的径向距离上是否有足够比例的信号其强度超过阈值,从而验证覆盖区域。
文档编号H04W16/18GK1284246SQ98813514
公开日2001年2月14日 申请日期1998年12月4日 优先权日1997年12月5日
发明者A·R·沙, G·约斯特, H·赫米米 申请人:艾利森公司