用于分析UMTS子网中的干扰和供应情况的方法

摘要

本发明涉及用于分析通用移动通信系统(UMTS)子网中的干扰和供应情况的方法。其中，根据本发明，借助于测量数据求得在所考察的子网中的每个服务的供应说明，这些测量数据可选地在有或者在没有网络业务负载的条件下被检测。

说明书

技术领域

本发明涉及用于分析UMTS子网(通用移动通信系统)中干扰和供应情况的方法。

背景技术

UMTS网络基于ATM(异步传输模式)和IP(因特网协议)，并且能够实现面向线路的和面向分组的服务的传输。可以有效地传输不同格式的、新的用于移动无线电的空中接口被用于此。在欧洲和日本，空中接口基于WCDMA无线电技术(宽带码分多址)。由此，GSM基础设施可以过渡(migrieren)入UMTS网络中。借助WCDMA，欧洲作为全球最重要的移动通信市场获得统一的UMTS标准。由此，与日本的移动宽带通信也是可能的。在那里使用的PDC标准(个人数字蜂窝)可以很容易地被集成入WCDMA。与此相对，在美国只有较少的GSM网络。多数网络基于cdmaOne或者IS95。在第三代移动通信中这些网络过渡成为CDMA 2000(码分多址)并且与WCDMA兼容。WCDMA调制方法不再基于时隙(时分：Time Division)，并且频率被“宽”(宽带)地使用：通过5MHz，传输频率是只有200kHz的GSM的25倍宽。该扩展特性不但对于蜂窝容量并由此对于网络规划有影响，而且对于接收质量都有影响。在用户的时间紧急的要求中，可以使用其它的信道。用户还可以同时运行多个数据流，例如同时打电话、发传真、收E-mail、从网络中下载数据以及网络浏览。

从IS95 CDMA网络和WCDMA网络的第一次研究的经验中看来，在考虑到测量数据的情况下对无线电中继供应(Funkfeldversorgung)进行优化是非常重要的。为此，UMTS网络首先被测量并且求出存在的干扰和供应情况。二者借助下面描述的方法被确定，其中只有导频信道测量的数据作为基础。干扰矩阵构成了干扰分析的基础。作为导频信道测量的结果，对于每个测量点得到多个基站的导频信道的接收功率。由此，提供了构建基于测量数据的干扰矩阵的可能性。在此，在局部被限制的区域(＝像素)内确定供应的基站以及干扰的基站。如果这在整个测量区域上被实施，则对于该区域中所有基站得到对以下情况的说明，即它们有多么干扰其他的单元。在本文档中描述了，干扰矩阵是如何被建立的，以及介绍了干扰矩阵的两种不同的内容。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种分析UMTS子网中的干扰和供应情况的方法，借助于它可以确定不被供应的区域以及它们不被供应的原因。也应可能确定，在何地点何种服务是可用的。

根据本发明，该任务通过独立权利要求的教导来解决。

本发明的有利实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。

本发明使得能够在考虑业务负载的情况下研究对不同服务的干扰和供应情况，以及在没有业务负载的基础上反馈测量数据。

在分析网络时，很重要的是在何地点何种服务是可用的。本发明实现了，基于导频信道测量数据作出关于服务可利用性的说明，其中网络的负荷通过活跃的用户来考虑。由此，可识别没有被供应的区域，并给出不被供应的原因。如果将两种认识总结起来，则后面所描述的方法可基于简单的导频信道测量来实施UMTS网络的必需的和全面的分析。这可作为进一步优化措施的基础。

附图说明

借助于附图来说明本发明的实施例。由附图和下面的描述得出本发明的其它的特征、优点和应用可能性。

图1是用于干扰分析的框架条件的设置可能性的图示；

图2示出了对于一系列基站的干扰矩阵的例子；

图3用图形地表示出干扰的干扰矩阵(总和)；

图4是一个矩阵，它说明了与面积相关的干扰概率(％)；

图5示出了用于清楚呈现根据该方法所确定的供应报告的例子；

图6示出了用于清楚呈现在图5中没有被供应的区域的原因的例子。

具体实施方式

输入数据

所述方法的基础是测量数据，这些数据可由所谓的WCDMA扫描器来求得。这些测量仪器下行链路地检测所谓的公共控制信道(用于与移动站建立通信的共同控制信道)，它们不依赖于通信量地持续被发送。这些是主公共导频信道，在下面被称为导频信道、主同步信道以及次同步信道。这里关心的仅仅是导频信道。以下相关的测量数据是导频信道的接收功率(＝E_c)、在相关的5MHz频带中存在的总干扰功率(＝I_o)，以及比例E_c/I_o，它也定义了导频信道的所测得的功率和总的(干扰)信号功率的比例。通过扰码(SC)来将测量值分配给基站，该扰码也由测量仪器检测和表明(ausweisen)。可每个测量点对于多个、例如8个基站同时获取所有的这些数据。

为了实现更高的静态可靠性，原始测量数据不用作所述方法的基础，而是将对恒定路径间隔(Wegintervalle)中的原始测量数据进行平均。取决于采样率和无线信道的静态特性，路径间隔应为至少20m。

两种方法的前提是，测量数据尽可能面积覆盖地存在于被限制的区域中。如果单个单元的潜在供应区域没有被全面地测量，则，尤其在干扰矩阵的分析中，可以导致错误的解释。

干扰分析

在干扰分析中，所谓的噪声功率密度E_c/N_o，即每信息位的能量与接收机输入端上的频谱噪声功率密度的比例，以及导频污染(pilotpollution)是起作用的。如果在一个地点存在移动站，其中在这个地点上导频信号可由多个具有可比的功率的基站所接收，则产生所谓的导频污染，即这些导频信号彼此间的干扰。分析E_c/N_o和导频污染虽然对于WCDMA网是一个质量尺度，但是它们没有目标针对地导致优化不接受的位置/区域的必要措施。为了优化无线电供应、例如关于导频污染和Ec/No，在存在的网络中提供天线降低(Antennenabsenkung)的变化、即减小天线高度以及改变CPICH功率(公共导航信道的功率)。为此，作为基础，干扰分析是必需的。这可借助干扰矩阵来进行。

为了建立干扰矩阵，对于在被测量为最好服务器的基站之下在例如10dB的窗中的每一个像素(Kachelung)，被记录作为干扰源。该行动被图示地表示在图1中。为了对于所谓的软切换(SHO)所必需的基站不被评估为干扰源，这些必须通过其他窗从该考虑中去除。为此，必须确定活动组(Active Set)中的基站的允许数目以及另一个窗、例如3dB的窗(用于切换HO的附加窗)。在根据图1的例子中，具有扰码SC1的基站给出了最好服务器。具有扰码SC2和SC3的基站是仅仅不显著地弱的，并且位于最好服务器的功率之下3dB的窗内。这三个基站SC1、SC2和SC3因此被用于软切换。其余的基站SC4到SC6在它们的功率中位于最好服务器之下例如10dB的窗中，并被评估为干扰源。

视方法的实现而定地，干扰源的窗与最好服务器或者最好服务器(负值)+附加窗相关。

对于每个面积元素(像素)，根据上述的示意图，求得干扰源。这些数据在矩阵中被总结。在该矩阵中，每个站与其他站的干扰关系被以频度的数目列出。

在按照图2的矩阵中，在单个分析中准确地显而易见的是，一个单元(站)在哪些单元中和以何种频度作为干扰源出现。基站SC88的列被突出。可以看出，站SC88以频度125干扰站SC48，即在125次测量中SC48被SC88干扰。

如果现在在每个站中单个干扰的总和被建立，则得到这些单个站在测量区域中以何种频度作为干扰源出现的一个概况。按照图3的这种表示提供了第一概况，哪个(些)站带来了高的干扰电位。从图3可得悉，具有SC88的站表示在所考察的子网中最大的干扰源。

相反，干扰矩阵另外可被用于考察，一个单元以何种频度被哪些单元干扰。这在图2中在基站SC48的一行被突出，并且可等效于图3被表示。可知，对于单元SC48，单元SC88和SC224是最频繁的干扰源。

图4描述出干扰与面积相关的概率。为了获得干扰与面积相关的概率，首先必须求得，在测量区域中一个单元作为最好服务器出现的频度，即在多少测量过程中该单元被作为最好服务器而被检测到。被干扰的像素(面积元素)与未被干扰的像素之间具有比例关系，并且可作为百分数给出。这样求得的值通过面积被加权。

例如：在10000次测量(＝10000面积元素)时，单元SC48被确定为最好服务器。其中，单元SC88作为干扰出现1903次。干扰与被测量面积相关的概率因此为19.02％，如图4中所示。

这些数据的准备提供了附加的信息，即一个单元被其他单元在何种程度上被干扰。在其他方面，图4可看作与图2一样。

两个干扰矩阵一起为考察者提供了很准确的干扰关系图，以及由此得到的所需的措施。

认识

准备WCDMA网络中的干扰关系给出了这种可能性，即基于测量数据，通过天线下降或改变CPICH功率来减小确定的站，例如SC88，的干扰电位。与其他描述，如最好服务器(E_C)、E_C/N_o、导频污染和地点认识一起，可这样有目的地选择站用于优化。紧接着的控制测量可以认识E_c/N_o和导频污染的改善。

因为在WCDMA网络中，干扰的最小化是容量和质量的一个重要的量，因此这样的分析被归为很重要的。

基于扫描器测量数据的供应说明

根据本发明，现在可以根据业务负载实施对供应状况的预测。根据下面所述的方法，测量值由导频信道测量建立，导频信道测量首先在没有活动用户，即没有业务负载的UMTS网络中被实施。在给定网络中上行链路和下行链路的负荷的条件下，基于这些测量值，得到上行链路和下行链路的供应说明。为了实现更高的统计可靠性，可对确定的路径间隔内的测量值进行平均，并且供应说明可基于这些平均值进行。

开始还有几个用于标记的说明。通常，E_C表示导频信道的芯片能量(Chipenergie)，I_o表示干扰功率密度。即使在下面仅仅从功率出发，其余的标记也应该被保留；即E_C对应于主公共导频信道(pCPICH)的接收功率。此外，发射功率以S表示，接收功率以P来表示。

对于上行链路的供应说明

基于所测量的导频信号接收电平E_C，通过下式可计算在上行链路中的接收电平P_UL

P_UL＝E_c+S_MS max-S_pCPICH                       (1)

其中

S_MS MAX    移动站的最大发射功率

S_pCPICH    基站的导频信道的发射功率

在根据(1)确定P_UL时，可考虑，所测量的导频信道的接收功率不是直接、而是在相关接收以后才可被确定。相应的，正交性因子汇E_C中。因为导频信号仅仅以接收机的RAKE耙指(RAKE-Finger)被检测，所以对于一个RAKE耙指可使用正交性因子。因此，通过(2)从由测量仪器所求得的接收功率E_C，mess得到实际的接收功率。

E_c＝E_c，mess/α₁                         (2)

其中，α₁对应于RAKE耙指的正交性因子。这样求得的E_C在这里所给出的等式中使用。

当接收功率P_UL超过服务特定的所需最小接收电平P_erf，UL时，在上行链路中服务是可用的。P_erf，UL(dBm)可基于E_b/N_o额定值，通过等式(3)被计算出，其中E_b/N_o额定值必须被给出以保证以足够的品质进行数据传输。

P_erf，UL＝10·log(kT_o)+N_f，BS+(E_b/N_o)_soll+10·log(R)+L_pen+N_r-G_TMA+30       (3)

其中，

k      波耳兹曼常数(＝1.38·10^-23Ws/Kelvin)

T₀     环境温度(Grad Kelvin)

N_f，BS 基站的噪声系数(dB)

(E_b/N_o)_soll E_b/N_o的额定值(dB)，它对于一个服务的可用性是必须存在的

R     有效数据率(服务特定的)(kb/s)

L_pen  渗透衰减(dB)

N_r通过通信的噪声上升(＝噪声上升：noise rise)(dB)

G_TMA  通过天线附近的前置放大器(TMA)的增益

对于每一个服务，不仅额定值(E_b/N_o)_soll而且有效数据率R可能是不同的，因此对于每个所考察的服务单独计算P_erf，UL。噪声的上升是由于活动用户的干扰功率所造成的，并且可相应于通信情形被指定。在此，N_r＝3dB对应于50％的负载。该值是通过计算得到的。

当(4)成立时，根据等式(3)，一个服务可被认为在上行链路中是可用的。

P_UL＞P_erf，UL                                  (4)

根据(1)的P_UL基于下行链路测量值，这样天线方向图和馈送损耗(例如电缆损耗)的影响隐含地被包含在P_UL中，并且在计算P_erf，UL时不必特别地被考虑。

对于下行链路的供应说明

为了服务在下行链路是可用的，必须满足两个条件。

-接收电平位于所需的最小接收电平以上

-现存的E_b/N_o的值大于相应的目标值。

虽然第一个条件可由第二个条件直接推出，但是这里还是被单独考虑。

确定对于服务所需的接收电平

首先考虑第一个条件。

在下行链路中，通信信道的接收功率P_TCH可通过(5)、基于所测量的导频信号接收电平E_C来计算。

P_TCH＝E_c+S_TCH max-S_pCPICH           (5)

其中，

S_TCH max  通信信道的最大发射功率，其是对单个用户应该的

S_pCPICH基站的导频信道发射功率

最小接收电平P_erf，DL(dBm)通过(6)来计算。

P_erf，DL＝10·log(kT₀)+N_f，MS+(E_b/N_o)_soll+10·log(R)+L_pen+30      (6)

N_f，MS对应于移动站的噪声系数。其他的量类似于等式(3)。原则上，类似于上行链路，也必须在下行链路中考虑由于活动用户的干扰功率引起的噪声上升。但是，在下行链路中，这方面主要通过E_b/N_o值的估计(如下所述)来考虑，并且因此在计算P_erf，DL时不被注意。

确定本身的接收功率和陌生单元的接收功率

上面介绍的第二个条件-现存的E_b/N_o值大于相应的目标值-要求，可作出关于E_b/N_o的当前值的说明。测量值E_c和E_c/I_o提供了为此的基础。在下面描述，在给定一些假设的情况下可如何基于这些测量值确定Eb/No的值。

为了计算下行链路中的E_b/N_o值，必需的是，确定来自本身单元的接收功率(L_eig)和来自所有陌生单元的接收功率(I_fr)。“本身单元”对应于在一个路径间隔内引起平均最高导频信道接收电平的基站(＝最好服务器)。

首先确定L_eig。由此出发，导频信道测量在一个没有业务负载的网络中进行，这样由持续发射的下行链路公共控制信道得到接收功率I_O。

这些控制信道的接收功率P_CCH通过(7)得到

P_CCH＝E_c+0.1·P_pSCH+0.1·P_sSCH+0.9·P_BCH           (7)

其中，

P_CCH     所有持续发射的下行链路公共控制信道的接收功率

E_c       导频信道的接收功率

P_pSCH    主同步信道(pSCH)的接收功率

P_sSCH    次同步信道(pSCH)的接收功率

P_BCH     广播信道(BCH)的接收功率

因为pSCH和sSCH交替地以BCH被发射，所以在(7)中其发射功率以一个因子来加权，该因子相当于发射时间的各自分量。

相对于导频信道给出其他下行链路公共控制信道的发射功率。因此，式(7)以式(8)来组织，

P_CCH＝E_c·(1+0.1·Δ_pSCH+0.1·Δ_sSCH 0.9·Δ_BCH)   (8)

其中Δ对应于相应发射功率与导频信道的发射功率的比例。由此，化简有：

P_CCH＝E_c·(1+Δ_cch)                                (9)

假设，干扰功率I_O不是通过活动用户、而仅仅通过下行链路公共控制信道产生，则最后得到

I_eig＝P_CCH＝E_c·(1+Δ_cch)                         (10)

根据(10)的L_eig现在由I_fr来确定。对于比例E_e/I_o有：

$>>>>E>c>>>I>o>>>=>>>E>c>>>>I>eig>>+>>I>fr>>>>->->->>(>11>)>>>s>$

其中不包含背景噪声，但是这在测量时被一起获得。因此，热噪声功率要从所测得的I_O(＝I_O，mess)中被减掉。

I_o＝I_o，mess-k·T·W.                            (12)

因此，对于比例I_eig/I_fr以(10)从(11)中得到：

$>>>>I>eig>>>I>fr>>>=>>>>E>c>>/>>I>o>>>>1>/>>(>1>+>>\Delta >cch>>)>>->>E>c>>/>>I>o>>>>->->->>(>13>)>>>s>$

并且，I_fr以(14)给出。

I_fr＝I_o-E_c·(1+Δ_cch)                            (14)

E_b/N_o的计算

应该由所测量的、没有通信的E_e/I_o值，基于对于在下行链路中的基站的负荷的假定来确定服务的E_b/N_o值。对此的前提条件是，将总接收功率I_O分成根据(10)和(14)的I_eig和I_fr。

一般地，通过(15)计算下行链路中的E_b/N_o。

$>>>>E>b>>>N>0>>>=>>W>R>>>>P>TCH>>sup>>I>eig>\prime sup>>·>>(>1>->\alpha >)>>+sup>>I>fr>\prime sup>>+>>I>h>>>>->->->>(>15>)>>>s>$

其中撇号表示在包括通过通信信道的干扰功率的条件下的变量。此外，还有

P_TCH    用于特定服务的用户的通信信道的接收功率(下行链路)

W      片码率(Chiprate)

α     正交性因子。但是这里是对于多于一个的RAKE耙指所给出的因子，例如对于4个RAKE耙指。

对于随后的考虑，有以下的假设。

导频信道的发射功率S_pCPICH相对于基站的总发射功率S_BS被给出。

S_pCPICH＝Δ_pCPICH·S_BS.               (16)

因此，类似于等式(9)，对于所有的下行链路公共控制信道的发射功率得到：

S_CCH＝Δ_pCPICH·(1+Δ_CCH)·S_BS.        (17)  

下行链路中基站的负荷通过所使用的所有通信信道功率来确定，该功率也相对于基站的总发射功率被给出。相应的，由(18)得到对于一个单元的所有通信信道所用的发射功率S_aTCH，

S_aTCH＝Δ_aTCH·S_BS.                    (18)

根据所希望的通信情形预给定Δ_eTCH值。它确定下行链路中网络的负荷。

可供单个用户利用的最大发射功率S_TCH max也相对于基站的总发射功率S_BS被给出：

S_TCH max＝Δ_uTCH·S_BS.               (19)

基于该假设，在(15)中包含的项由导频信道测量数据被确定。

对于在包括通过通信信道的附加干扰P_aTCH的情况下的陌生单元干扰功率I′_fr有：

$>>sup>>I>fr>\prime sup>>>I>fr>>>=>>>>P>CCH>>+>>P>aTCH>>>>P>CCH>>>=>1>+>>>\Delta >aTCH>>>>\Delta >pCPICH>>·>>(>1>+>>\Delta >CCH>>)>>>>->->->>(>20>)>>>s>$

因此，在借助于(14)计算I_fr之后，直接确定I′_fr。

对于在包括通过本身单元的所有通信信道的附加干扰I_aTCH的情况下的本身单元干扰功率I′_eig有：

I′_eig＝I_eig+I_aTCH                      (21)

其中，

$>>>I>cTCH>>=>>E>c>>·>>>\Delta >aTCH>>>\Delta >pCPICH>>>->->->>(>22>)>>>s>$

得到

$>sup>>I>eig>\prime sup>>=>>E>c>>·>>(>1>+>>\Delta >CCH>>+>>>\Delta >aTCH>>>\Delta >pCPICH>>>)>>->->->>(>23>)>>>s>$

类似于此，对于可为服务的用户所利用的最大通信信道接收功率，有

$>>>P>>TCH>max>>>=>>E>c>>>>\Delta >uTCH>>>\Delta >pCPICH>>>->->->>(>24>)>>>s>$

通过在(15)中使用(20)、(23)、(24)，基于导频信道测量值得到下行链路E_b/N_o值。

总结地，应再次提到前提条件。

-接收功率I_O不包括通过活动用户的通信信道引起的干扰功率。

-对于用户的通信信道发射功率，假定总共的最大允许发射功率。

-为所有单元统一地预给定下行链路中单元的负荷。

图5和6示出了呈现用于估计供应的例子。这两个图又给出了上述方法的效果。这里，假设在上行链路中负荷为50％，在下行链路中负荷为80％。对于室内的供应被表示出，为此假设15dB的附加建筑物衰减。

通信加载的UMTS-网络中基于测量的供应说明

上述用于估计供应状态的方法的一个重要的前提条件是，在网络中进行测量而没有活动的参加者(即没有业务负载)。在以后的、在工作的网络中所进行的测量不是这种情况。因此，使用和分析WCDMA扫描器的测量数据是有问题的或者至少应减少其应用范围。

紧接着，现在描述一种方法，用这种方法，可以将来自带有业务负载的网络的测量数据继续用于继续前面所述的干扰分析和基于扫描器测量数据的供应说明。

前述的用于基于扫描器测量数据进行供应说明的方法为此可以一种变化的方式被应用。这里，由此出发，由恒定地发射的下行链路公共控制信道的接收功率得到没有通信的I_O。在该假设下，没有通信的I_eig和I_fr通过所有在测量点进行接收的基站的导频信道接收功率的总和来计算。因此，对于I_fr有：

$>>>I>fr>>=>>(>1>+>>\Delta >CCH>>)>>·>>\Sigma >>k>=>2>>N>>>E>>c>,>k>>>->->->>(>25>)>>>s>$

并且，对于I_eig有：

I_eig＝E_c，1·(1+Δ_cch).           (26)

这里，假设每个测量点，N个基站的导频信道接收功率可被检测，并且k＝1相应于最好的服务器。在该式中，基本的问题在于，考察在路径间隔内的平均值。以(25)以及(26)确定I_fr和I_eig必须用非平均的值来进行，因为进行接收的基站或者其场强可能由测量点到测量点改变，从而在路径间隔内不可被看作是恒定的。在这个角度下，所显示的问题是，根据(25)以及(26)确定I_fr和I_eig是否是有意义的。需要检验的是，是否替代地对于每个测量点不确定类似于(25)的I_O，但包含最好服务器，以及是否基于此求得在路径间隔内的平均值。接着，由等式(7)起的计算路径可被保留。

该方法的另一个不可靠性在于，测量接收者是否获得所有相关基站的导频信道，并从而正确地计算出I_o。由此出发，只要在网络中没有通信存在，供应说明就应该基于所测量的I_o进行。