ES2288599T3 - Procedimiento para configurar la potencia de salida de los canales piloto en una red de radio celular. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para configurar la potencia de salida de los canales piloto en una red de radio celular, comprendiendo la red de radio una pluralidad de células y para cada célula una estación base y un canal piloto asociados, comprendiendo las etapas siguientes: división de la red de radio, o parte de la red de radio, en subáreas /partes de área, estimación de la atenuación () de la señal de radio para la totalidad, o combinaciones definidas de, subáreas/partes de área y células, estimación del tipo de tráfico y carga de tráfico dentro de cada subárea /parte de área, cálculo de una función objetiva para conseguir un valor numérico con respecto a la calidad de la red de radio, o parte de la red de radio, basándose en una configuración de la potencia de salida de canales piloto, optimización con el objetivo de configurar los valores de potencia de salida de los canales piloto de manera que el valor numérico de la función objetiva se maximice, caracterizado porque la división de la red de radio, o parte de la red de radio, se realiza de manera que en cada subárea se espera que la intensidad de señal desde los canales piloto de las células sea esencialmente constante y dentro de cada subárea se espera que la carga de tráfico sea esencialmente constante, y porque la función objetiva incluye un término relacionado con la cobertura y un término relacionado con la capacidad.
Description
Procedimiento para configurar la potencia de
salida de los canales piloto en una red de radio celular.
La presente invención se refiere a un
procedimiento, un sistema y software para planificar y configurar
sistemas de telefonía móvil. Más exactamente se refiere a un
procedimiento, un sistema y software para determinar eficazmente la
potencia de salida del canal piloto en diferentes células en un
sistema de telefonía móvil celular.
En todos los sistemas de comunicación móvil de
radio, el suministro de frecuencias es un factor de limitación.
Cada operador presenta una o más partes de los espectros de radio
asignados al mismo y debe optimizar la utilización de frecuencias
para ofrecer alta capacidad, alta calidad y, con los nuevos sistemas
de telefonía móvil que se implementan actualmente, también
flexibilidad con respecto a la velocidad de transmisión y tipo de
transmisión. En redes basadas en TDMA (Time Division Multiple
Access, acceso múltiple por división de tiempo), tal como por
ejemplo el sistema GSM distribuido globalmente y la norma común a
Norteamérica y Sudamérica TIA/EIA-136 (TDMA), la
planificación de frecuencia es, y ha sido, principalmente el objeto
de la optimización.
Los sistemas de comunicación basados en la
tecnología CDMA (Code Division Multiple Access, acceso múltiple por
división de código), por ejemplo UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System, sistema universal de telecomunicaciones
móviles) e IS-95 son inherentemente de interferencia
limitada. En tales sistemas es de suma importancia que la red de
radio se planifique para proporcionar una utilización óptima, o casi
óptima, de la gama de frecuencia asignada. El denominado canal
piloto (CPICH) es esencial para la planificación de la red de radio
en sistemas basados en CDMA. El canal piloto se utiliza por el
terminal móvil para buscar la mejor célula cuando el terminal móvil
se enciende, y para determinar, con mediciones continuas, qué
célula, en ese momento, ofrece la mejor posibilidad de
comunicación, lo que constituye la base para decidir el cambio de
célula. Durante la comunicación se utilizan mediciones en el canal
piloto como base para decidir el cambio a otra célula (traspaso).
La intensidad de señal recibida por el terminal móvil en un punto
dado dentro de una célula se determina por la potencia de salida
del canal piloto en combinación con el entorno de radio, es decir,
entre otras cosas, desvanecimiento, ensombrecimiento e
interferencia. La potencia de salida del canal piloto constituye
por ello una manera de definir el área de cobertura de tráfico de la
célula, o dicho de otro modo, la cobertura de la célula. También la
capacidad del sistema se ve influida por la potencia de salida de
los canales piloto dado que la potencia de salida total emitida
dentro de un área controla la capacidad disponible. Los canales
piloto se describen con mayor detalle en el documento UMTS
TS25.211.
En la mayoría de los sistemas existentes la
planificación del canal piloto, así como la planificación de
frecuencia para sistemas basados en TDMA, se ha realizado
preferentemente hasta ahora de manera manual. Con frecuencia se
aplica un procedimiento "ensayo-error" en el
que la potencia de salida diferente de los canales piloto se
determina manualmente basándose en mediciones o en el comportamiento
esperado de la red de radio. Después de eso, el plan del canal
piloto se prueba normalmente con una herramienta de simulación para
comprobar si se consigue la potencia deseada. En la mayoría de los
casos se necesita una gran cantidad de reasignación y muchas
simulaciones para alcanzar un buen resultado. Los procedimientos
ensayo-error requieren mucho tiempo y han de
ejecutarse por personal especializado y experimentado para
proporcionar sistemas optimizados. Debido a esto muchas redes de
radio en funcionamiento no están optimizadas.
Consecuentemente, es grande la necesidad de
optimizar redes de radio con procedimientos que no pueden
automatizarse. En el documento de la patente US nº 5.859.839 por
M.T. Ahlenius et al. se describe un procedimiento para
seleccionar automáticamente potencia para canales piloto.
Para la red de radio que va a optimizarse se
determina un número de valores diferentes en un número de puntos
que intenta describir el sistema. Los valores pueden, por ejemplo,
ser interferencia, valor de traspaso, potencia, carga de tráfico y
ponderación con respecto, por ejemplo, al tipo de comunicación. Los
valores se recogen en diferentes mallas para permitir evaluarlos y
proporcionar una imagen del rendimiento de la red de radio. La
optimización se realiza según los principios para el recocido
simulado, pero se mencionan otros algoritmos de optimización, por
ejemplo genético. En la optimización se evalúan las "mallas" y
cierta potencia de salida de los canales piloto para averiguar si
se ha conseguido una mejora en el rendimiento. La evaluación de las
"mallas" y la ponderación junto con su importancia para el
rendimiento de la red de radio pueden ser un proceso extenso y
lento. A partir del documento no es evidente la manera en la que se
calculará un valor numérico inequívoco para el rendimiento de la
red de radio, y por esa razón se desean encontrar otros
procedimientos para, desde un punto de vista de la eficiencia del
tiempo, describir el rendimiento de la red de radio.
La solicitud de patente EP 1028543 por D. Di Hou
describe un procedimiento para el control de potencia de enlace
descendente que también puede utilizarse para la planificación de
canal piloto. El nivel de ruido y la propagación de onda se miden
en un número de puntos en la red de radio, y la potencia de salida
en enlace descendente se calibra para cumplir un valor objetivo
predefinido. El valor objetivo en este caso es un valor
predefinido, un valor "recomendado" y no representa
necesariamente uno para el sistema como una condición óptima
completa.
El documento AKL R.G.: "Multicell CDMA network
design" IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, vol. 50 núm.
3, páginas 711-722, XP002966497 (D1) muestra varios
ejemplos de la optimización de capacidad de red.
El objetivo de la presente invención consiste en
reducir los problemas mencionados anteriormente para conseguir una
planificación de canal piloto eficiente en un sistema de telefonía
móvil celular basado en CDMA.
Esto se consigue mediante un procedimiento y un
producto de software descrito en las partes caracterizadoras de las
reivindicaciones independientes.
Debido a que el procedimiento según la invención
utiliza una función objetiva que describe el rendimiento de la red
de radio celular e incluye un término relacionado con la cobertura y
un término relacionado con la capacidad, la potencia de salida de
los canales piloto puede configurarse de manera que la capacidad se
optimiza al mismo tiempo que se satisfacen las demandas en
cobertura.
Una ventaja de la presente invención es que la
función objetiva no necesita simularse pero puede calcularse, lo
que reduce considerablemente la necesidad de potencia y tiempo del
procesador.
Otra ventaja de la presente invención es que no
necesita realizarse una etapa de verificación particular que
incluya la simulación para conseguir una medida del rendimiento del
sistema.
La figura 1a-b muestra un
sistema de telefonía móvil celular en el que la presente invención
puede utilizarse.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo para la
planificación de canal piloto según la presente invención.
La figura 1a es un dibujo esquemático de una red
de telefonía móvil celular del tipo en el que la presente invención
puede utilizarse. En la figura se muestra un número de células 100
hexagonales, con una estación 110 base situada centralmente en cada
una de ellas. El dibujo se considerará como una imagen idealizada de
una red celular. En una red real el tamaño y la forma de las
células varían considerablemente, por un lado debido a motivos
topográficos, pero también para permitir ofrecer una capacidad más
alta y diferentes grados de servicio en diferentes áreas. En redes
basadas en CDMA (acceso múltiple por división de tiempo) y
W-CDMA (CDMA de banda ancha), tales como redes
según la norma UMTS (sistema universal de telecomunicaciones
móviles) el tamaño de una célula se define por el denominado canal
piloto, en la norma denominado CPICH. Esto se realiza por un
terminal móvil, ejemplificado por el terminal 120 móvil en la figura
1, que mide continuamente qué célula proporciona la mejor
posibilidad de comunicación. La estimación se basa en RSCP (potencia
de código de señal recibida). La intensidad de señal recibida,
RSCP, depende de la intensidad de señal transmitida del canal
piloto, la posición del terminal móvil en relación con la estación
base, y la propagación (atenuación) de las ondas de radio. La
intensidad de señal del canal piloto transmitido puede utilizarse
consecuentemente para determinar el área de cobertura de tráfico de
las células, es decir, el tamaño de las células. La potencia de
salida de los canales piloto desde la estación base núm. N se
representa por P^{CPICH}_{n} (en la figura 1 ejemplificada por,
P^{CPICH}_{1}, P^{CPICH}_{2} y P^{CPICH}_{3}). Cada estación
base presenta además una potencia de salida máxima disponible
designada, Pn,max, (P_{1,max}, P_{2,max}, P_{3,max}). A
menudo existe únicamente asimismo un límite inferior estipulado por
las autoridades que otorgan licencias por debajo del cual la RSCP de
la señal piloto no debe caer. En Suecia, por ejemplo, la Agencia
Nacional de Correos y Telecomunicaciones, PTS, ha establecido este
límite a 58 dB\mu V/m para por lo menos 95% del área. La
designación P_{1v1} se utiliza para el nivel de señal deseado del
canal piloto y p_{objetivo} para la probabilidad de área deseada.
Límites como éste en combinación con la definición de área de
cobertura de tráfico en interacción con otras células y la
satisfacción de las demandas de capacidad y calidad en diferentes
partes de la red son parámetros básicos para la planificación de
canal piloto.
La potencia de salida P^{CPICH}_{n} de los
diferentes canales piloto, así como un número de otros parámetros y
todo el control de llamadas se establecen a través de uno (o más)
controladores de red de radio, RNC 130 con los que comunican todas
las estaciones 110 base.
La configuración de canal piloto se realiza
normalmente en el arranque de una nueva red, o cuando partes de la
red se han cambiado, por ejemplo cuando las nuevas estaciones base
(nuevas células) se han instalado. Además, puede ser aconsejable
realizar una reconfiguración de los canales piloto si la red no
muestra el rendimiento esperado o para considerar condiciones
modificadas en el entorno de radio. También es posible configurar el
canal piloto dinámicamente para seguir mejor los cambios en la
carga de tráfico durante un día, por ejemplo.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo para
las principales etapas del procedimiento para la planificación de
canal piloto según la presente invención. Una descripción matemática
de ciertas partes esenciales para el rendimiento se proporcionará a
continuación. En esta forma de realización se supone que se posee el
conocimiento sobre la red de radio siguiente: a) las ubicaciones de
las estaciones base son fijas y conocidas, b) la propagación de
onda se conoce, o puede calcularse con gran precisión mediante
procedimientos bien conocidos por el experto en la materia, c) la
distribución del tráfico sobre el área se conoce o puede calcularse
o aproximarse. Esencial para el procedimiento es la definición y el
cálculo de una función objetiva F_{III} que expresará el
rendimiento de la red de radio mediante un valor numérico. La
función objetiva debe describir correctamente la influencia de la
potencia de los canales piloto en la red a partir de todos los
aspectos pertinentes. Adicionalmente, debe ser posible calcular la
función objetiva de manera eficiente respecto al tiempo. El
procedimiento de planificación piloto incluye las etapas:
205. La red de radio, o esa parte de la red de
radio que se configurará como potencia de salida, se divide en
áreas más pequeñas. Las áreas deben ser lo suficientemente pequeñas
de manera que ni la intensidad de señal recibida ni la distribución
de tráfico varíe considerablemente dentro del área. En los cálculos
y la optimización siguientes se supone una intensidad de señal
recibida constante y una distribución de tráfico constante dentro
de las áreas. El número de áreas se designa con M, y cada área
O_{p}. (p = 1... M). En la figura 1b se muestra esquemáticamente
cómo una parte de una red de radio puede dividirse en áreas O_{p}.
más pequeñas. En la figura 1b se muestra una división de la red de
radio regular, uniforme y con subáreas O_{p}. igualmente grandes.
Un tipo de división tal es fácil de realizar, pero en algunas
aplicaciones puede ser ventajosa una división irregular y/o no
uniforme. Por ejemplo, el conocimiento de la topología, la geografía
o la intensidad de tráfico esperada pueden indicar que es mejor una
división con mayor detalle en algunas partes de la red de radio que
en otras.
210. En una segunda etapa, se calcula la
atenuación de la señal de radio del canal piloto entre la estación
base n y el área O_{p} (en la que n puede ser cualquiera de las
estaciones base dentro del área que se planificará) según los
procedimientos conocidos por el experto para la propagación de onda.
La atenuación se representa por \lambda_{p}''.
215. En una tercera etapa se supone que el
número promedio de usuarios activos dentro de O_{p}. de número de
servicio s (en la que s = 1 puede representar el servicio de voz, s=
2 transmisión continua etc.) se conoce y es igual a pp^{s}.
220. En una etapa siguiente se proporcionan
valores iniciales a la potencia de canal piloto, P^{CPICH}_{n}.
Éstos pueden, por ejemplo, aunque no necesariamente, seleccionarse
igual para todas las estaciones base y con un nivel suficientemente
alto para satisfacer la demanda de cobertura.
225. En esta etapa la función objetiva se
calcula según:
en la
que
y
La función objetiva según esta forma de
realización presenta dos términos principales que se encargan de que
la función objetiva cumpla las demandas que se han descrito
anteriormente. Estos términos son un término relacionado con la
cobertura, F_{cob}, que se encarga de satisfacer la demanda de
cobertura, y el término restante, que está relacionado con la
capacidad y la calidad. El término cobertura sanciona a las redes
que presentan un área de cobertura demasiado baja mediante/con la
ponderación k_{cob} para cada porcentaje en el que la cobertura
está por debajo del objetivo. El término capacidad consiste en el
principio del valor promedio del margen de potencia restante (en W)
que está en las células. Sin embargo, esto sólo se aplica cuando
ninguna célula supera su potencia de salida máxima. Si esto ocurre,
esto se sanciona mediante/con la ponderación k_{w} para cada W en
exceso. Las ponderaciones son parámetros libres que normalmente
están indicados en la utilización del procedimiento. Los términos
incluidos se definirán y las operaciones matemáticas necesarias se
describirán a continuación.
203. En una etapa de optimización, la función
objetiva se optimiza con respecto a la potencia de salida de los
canales piloto, P^{CPICH}_{n}. La optimización puede, por ejemplo,
basarse en que la potencia de salida de los canales piloto se
modifica y la función objetiva se calcula según la etapa 225.
Preferentemente se utiliza un algoritmo genético (descrito a
continuación) para la optimización, pero también pueden utilizarse
otros procedimientos, como por ejemplo recocido simulado o
procedimientos de evolución.
235. En una etapa de finalización, los nuevos
valores, P^{CPICH}_{n}, para la potencia de salida de canal piloto
se trasmite/transfiere a la estación base respectiva a través de
RCN: 130.
La función objetiva según la presente invención
y que se calcula en la etapa 225 se proporciona por:
en la
que
p_{cob} es la probabilidad de
área obtenida y la potencia de salida total P_{n}^{TOT} se
proporciona por la ecuación de
matriz
en la
que
Q_{n} representa el área de
cobertura para la célula número i, por consiguiente la
cantidad
y b(p) representa la célula
de servicio para el área p. Si p\in Q_{n} entonces se aplica n=
b(p).
A_{n} representa el valor promedio ponderado
de carga de las atenuaciones de propagación de onda para la célula
número n
en la que P_{n}^{común} es la
potencia de salida para los canales de "control común" en la
célula número n. Éstos se establecen con/mediante un desfase
constante, D (en dB), en relación a la potencia de salida del canal
piloto.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, N_{0} representa la potencia de ruido
dentro del ancho de banda, N el número de células, y finalmente la
contribución de carga desde el área p se representa por x_{p}:
En esta expresión, R_{s} representa la
velocidad de transferencia de datos para el número s de servicio y
\gamma_{s} el requisito de señal/ruido (E_{b}/N_{0})
(realmente energía de bit frente a densidad de potencia de ruido)
para el número s de servicio.
Los parámetros libres que se establecen durante
la utilización del procedimiento para la planificación de canal
piloto son k_{cob}, k_{w} y D. Los valores adecuados de estos
parámetros se proporcionan en los ejemplos a continuación.
K_{cob} se selecciona preferentemente de manera que F_{cob}
siempre sea superior al término de capacidad. K_{w}
preferentemente no debería seleccionarse tan pequeño para que el
sistema seleccione proporcionar una potencia de salida demasiado
alta a una célula individual ("bloqueo") para permitir de esta
manera proporcionar mayor capacidad en otras células. Al mismo
tiempo, k_{w} debería seleccionarse para que la proporción entre
F_{cob} y el término de capacidad se conserve.
Debería observarse que la función objetiva
propuesta en la presente memoria puede calcularse y no necesita
simularse, lo que es común en la tecnología conocida. El hecho de
que la función objetiva pueda calcularse da como resultado un gran
ahorro de tiempo. Un ahorro de tiempo adicional se consigue al
volver a formular el problema, tal como se proporciona por la
ecuación (2). La ecuación (2) implica que es necesaria una inversión
de matriz para determinar la potencia de salida total. La matriz
que va a invertirse, 1-\Omega, es una matriz N x
N (en la que N es el número de células), que en todos los casos
normales es una operación ejecutada relativamente de manera rápida.
Sin esta nueva formulación, una matriz de tamaño M x M ha de
invertirse en su lugar (M es el número de áreas pequeñas, O_{p}).
El ahorro de tiempo gracias a esta nueva formulación es grande,
dado que el tiempo necesario para una inversión de matriz es
proporcional al cubo del número de columnas (o filas) de la matriz.
Normalmente, N es de la magnitud 10^{2}, mientras que M es
aproximadamente 10^{4}. Por consiguiente, el ahorro de
tiempo es de aproximadamente un millón, 10^{6} de veces.
La función objetiva puede formularse de muchas
maneras diferentes, lo que resultará evidente para el experto en la
materia, y todavía estar dentro del alcance de la presente
invención. Un número de tales alternativas se describe a
continuación. En las formas de realización descritas a continuación,
solamente varía la estructura de la función objetiva, es decir la
etapa 225. Las etapas de inicio anteriores, así como las etapas de
optimización posteriores, se ejecutan esencialmente de la misma
manera que antes.
En una primera realización alternativa, la
función objetiva está destinada a proporcionar cobertura total y al
mismo tiempo maximizar el valor promedio del margen de potencia (en
dB) entre la potencia de salida total disponible y la potencia de
salida CPICH para todas las células. La distribución de la carga de
tráfico no se considera. La función objetiva, F_{I}, se
proporciona por:
Como alternativa, puede utilizarse en su lugar
el margen de potencia absoluta (en mW), que proporciona la
expresión para la función objetiva F_{II}:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
En las siguientes funciones objetivas también se
considera la distribución de la carga de tráfico. F_{III} se
describió en detalle anteriormente. La función objetiva F_{IV}
ofrece una manera alternativa con respecto a la carga de tráfico.
La potencia de salida total P_{n}^{TOT}, con respecto a la
potencia de salida disponible máxima P_{n,max}, puede describirse
aproximadamente según:
en la que la constante incluye
todos los términos independientes de la carga. La carga máxima con
respecto a la carga actual por célula se proporciona mediante
X_{max,n} con respecto a X_{n}. Si las ecuaciones anteriores se
utilizan para proporcionar una medida del margen de carga, X_{M} =
X_{max,n} - X_{n} por célula, se obtiene la siguiente
expresión;
y la función objetiva puede
formularse como el margen de carga promedio para todas las
células:
La función objetiva F_{II} puede extenderse
para considerar también la carga de tráfico mediante cada término
en la suma que se pondera mediante/con el factor que describe la
carga 1/(1-X_{n}). Las células con una carga de
tráfico que supera el 100% se discriminan mediante/con un factor de
ponderación k_{x}. La función objetiva tendrá entonces la
forma:
La etapa de optimización, 230, está constituida
por un número de fases. El procedimiento propuesto en este caso
para la optimización, el algoritmo genético, se conoce pero se ha
modificado para el problema actual, y las modificaciones se
describen a continuación. Para una descripción completa se remite a
"A Genetic Algorithm for Function Optimization: A Matlab
Implementation" por C. Houck, J. Joines y M. Kay, ACM
Transactions on Mathematical Software, 1996.
La adaptación del algoritmo genético que va a
utilizarse para el problema de planificación piloto se compone de
la implementación de una mutación y cruzamiento (crossover), y la
selección de individuo. Un individuo es la cantidad de potencia de
salida piloto para todas las células, {P^{CPICH}_{n}, \forall n
\leq N}. La mutación es una función que sitúa un individuo en un
nuevo individuo, es decir, crea un nuevo individuo sobre la base de
uno antiguo. Se utiliza el siguiente procedimiento:
1. Seleccionar aleatoriamente K células
diferentes (K es un parámetro libre).
2. Para estas K células la potencia de salida
piloto se modifica aleatoriamente (de manera diferente en cada una
de ellas) según
Etapa se establece por el usuario y rand es un
número aleatorio distribuido de manera uniforme.
La función de cruzamiento sitúa dos individuos
(padres) en dos nuevos individuos (hijos). Funciona según lo
siguiente:
1. Seleccionar un número aleatoriamente entre 1
y N. Llamar a este número z.
2. Cambiar la potencia piloto para la célula
número z entre los dos individuos padres. De esta manera se crean
dos individuos hijos.
El algoritmo genético modifica en cada etapa el
conjunto de individuos (denominado población) mediante las
funciones de mutación y cruzamiento. Después, se aplica un proceso
de selección en la población, que sobre la base del valor de
función objetiva, calculado según la ecuación (1), etapa 225,
selecciona a qué individuos se les permitirá avanzar a la etapa
siguiente. El proceso de selección es una función de rango basada en
la distribución geométrica normalizada, que es un proceso de
selección estándar para el algoritmo genético (véase).
La etapa de optimización en este caso se ha
ejemplificado mediante un algoritmo genético, que es una forma de
realización preferida de la invención. Sin embargo, el experto en la
materia apreciará que un número de otros algoritmos de
optimización, como por ejemplo algoritmos de recocido simulado o
evolución, así como procedimientos de simulación del tipo Monte
Carlo, pueden utilizar las ventajas de la función objetiva F_{III}
propuesta.
Para verificar la aplicabilidad de las formas de
realización de la presente invención descritas en la presente
memoria, se describe en este caso un escenario de prueba constituido
por 16 células. Las células forman una red cuadriculada de
hexágonos con una distancia entre las estaciones base de
aproximadamente 346 m, que proporciona una distancia más larga
desde la estación base al borde de la célula de 200 m. La red se
dividió en un modelo cuadriculado rectangular, con cuadrados de
tamaño 20x20, lo que proporcionó 5.329 puntos de cuadrados. Se
supuso que el tráfico está constituido por voz solamente, con una
velocidad de transferencia de bits R, de 12.200 bits/s y un
objetivo señal/ruido (Eb/no) de 7,9 dB. Se supuso que la carga de
tráfico va a distribuirse a tres puntos calientes (hotspot)
con distribución de carga homogénea entre ellos. Se probaron dos
cargas de tráfico diferentes, una alta y una baja. Adicionalmente,
se utilizaron valores según la tabla 1 para simular un entorno
urbano.
La optimización para las diferentes funciones
objetivas se realizó en 2.000 etapas (generaciones). Los factores
de ponderación se han seleccionado según la tabla 2. Como referencia
se utilizó una red en la que toda la potencia de salida CPICH se
había establecido igual. El resultado después de 2.000 generaciones
se muestra en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Al observar la tabla 3 puede verse que las
funciones objetivas propuestas en este caso en combinación con las
etapas de optimización, proporcionan una mejora con respecto tanto a
la potencia de salida promedio de los canales piloto (CPICH) como
para la potencia de salida total promedio con tiempo de
procesamiento razonable/moderado (tiempo CPU).
Las funciones objetivas y el algoritmo de
optimización se han utilizado en este caso para optimizar la
potencia de canal piloto. En este análisis se ha supuesto que la
ubicación de las estaciones base es fija. El procedimiento descrito
en la presente memoria puede utilizarse también para optimizar la
ubicación de las estaciones base. Entonces se utiliza
preferentemente la función objetiva 1, F_{I} o similar.
El objetivo de la presente invención consiste en
optimizar la planificación piloto en una red celular basada en CDMA
para telefonía móvil, en la presente memoria ejemplificada por una
red celular W-CDMA según las especificaciones UMTS.
Debería ser posible utilizar la invención, con pequeñas
modificaciones en redes CDMA según la norma IS-95,
y el desarrollo adicional de CDMA según la norma
IS-95 que están en desarrollo. Como apreciará el
experto en la materia, pueden utilizarse procedimientos similares
también para otra optimización de redes de radio celulares, pero
necesita que las funciones objetivas se vuelvan a definir para
describir la necesidad de optimización actual. Las optimizaciones
en las que puede utilizarse el procedimiento según la presente
invención pueden ser, por ejemplo, planificación de frecuencia en
redes GSM, potencia de salida de estación base en redes GSM
o
TDMA, etc.
TDMA, etc.
El procedimiento se aplica de manera más
sencilla en forma de un producto de software, en el que la
definición de función objetiva y la entrada de parámetros
necesarios para describir la red de radio actual pueden constituir
un módulo, y los algoritmos de optimización otro. Mediante una
construcción de módulo, por ejemplo, el cambio de algoritmo de
optimización puede realizarse de manera sencilla.
\newpage
El software puede almacenarse en, y ejecutarse
en un ordenador, preferentemente en un PC ,una estación de trabajo,
o si se necesita una alta capacidad de cálculo, un ordenador
especializado de manera específica. El ordenador está conectado de
manera adecuada con el sistema de telefonía móvil para la
transmisión sencilla de valores CPICH recibidos/obtenidos a las
estaciones base, preferentemente comunicados/transmitidos a través
del RNC. Si la potencia de salida de los canales piloto debe
gestionarse de manera dinámica, el producto de software debería
implementarse de manera que la información pueda transmitirse
rápidamente entre el ordenador que realiza la optimización y las
funciones de control de la red de radio. El producto de software
puede proporcionarse y/o comercializarse, por ejemplo, almacenado
en un medio de almacenamiento informático tal como un disquete, CD,
DVD, o transmitirse, por ejemplo, a través de Internet.
Las formas de realización descritas
anteriormente pueden modificarse de diferentes maneras y variar
dentro del alcance de la idea básica de la invención. Tales
variaciones y modificaciones se consideran dentro del alcance de la
invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Procedimiento para configurar la potencia de
salida de los canales piloto en una red de radio celular,
comprendiendo la red de radio una pluralidad de células y para cada
célula una estación base y un canal piloto asociados, comprendiendo
las etapas siguientes:
división de la red de radio, o parte de la red
de radio, en subáreas /partes de área,
estimación de la atenuación (\lambda_{p}'')
de la señal de radio para la totalidad, o combinaciones definidas
de, subáreas/partes de área y células,
estimación del tipo de tráfico y carga de
tráfico dentro de cada subárea /parte de área,
cálculo de una función objetiva para conseguir
un valor numérico con respecto a la calidad de la red de radio, o
parte de la red de radio, basándose en una configuración de la
potencia de salida de canales piloto,
optimización con el objetivo de configurar los
valores de potencia de salida de los canales piloto de manera que
el valor numérico de la función objetiva se maximice,
caracterizado porque la división de la
red de radio, o parte de la red de radio, se realiza de manera que
en cada subárea se espera que la intensidad de señal desde los
canales piloto de las células sea esencialmente constante y dentro
de cada subárea se espera que la carga de tráfico sea esencialmente
constante, y
porque la función objetiva incluye un término
relacionado con la cobertura y un término relacionado con la
capacidad.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el término de cobertura sanciona
mediante/con un factor de ponderación relacionado con la cobertura
(k_{cob}) a las configuraciones propuestas que no satisfacen la
demanda de cobertura.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el término de capacidad describe
esencialmente un valor promedio de margen de potencia restante en
las células, y si cualquier célula supera su potencia de salida
máxima, se sanciona la configuración propuesta con/mediante un
factor de ponderación relacionado con la capacidad (k_{w}).
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de optimización comprende un
algoritmo de optimización que comprende una variación aleatoria de
potencia de salida de canales pilotos seleccionados y un proceso de
selección para seleccionar los valores de potencia de salida de los
canales piloto que maximizan el valor numérico de la función
objetiva.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de optimización se compone de
un algoritmo genético.
6. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la función objetiva (F_{III}) puede
describirse esencialmente según:
\vskip1.000000\baselineskip
en la que F_{cob} es el término
relacionado con la cobertura, la suma \sum\limits
_{n}W^{III}_{n}(P_{max,n} - P^{TOT}_{n}) es el término
relacionado con la
capacidad,
en la que P_{n}^{TOT} es la
potencia de salida total, P_{n,max} es la potencia máxima
disponible de cada estación base, P_{cob} es una probabilidad de
área supuesta y P_{objetivo} es la probabilidad de área
deseada.
\newpage
7. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el término de capacidad se calcula
esencialmente basándose en el margen de carga por célula y porque
el término de capacidad de la función objetiva describe
esencialmente el margen de carga promedio.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la función objetiva (F_{IV}) puede
describirse esencialmente según
en la que F_{cob} es el término
relacionado con la cobertura, la suma \sum\limits
_{n}(1-X_{n})\left(1 -
\frac{P^{TOT}_{n}}{P_{max,n}}\right) es el término
relacionado con la
capacidad,
en la que X_{n} es la carga
actual por célula, P_{n}^{TOT} es la potencia de salida total,
P_{n,max} es la potencia máxima disponible de cada estación base,
P_{cob} es una probabilidad de área supuesta y P_{objetivo} es
la probabilidad de área
deseada.
9. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el término de capacidad de la función
objetiva se pondera mediante/con un factor que describe la carga y
porque las células que presentan una carga de tráfico que supera un
valor predefinido se sancionan mediante/con un factor de ponderación
relacionado con la carga de tráfico de la célula (k_{x}).
10. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la función objetiva (F_{v}) puede
describirse esencialmente según
en la que F_{cob} es el término
relacionado con la cobertura, la suma \sum\limits
_{n}W^{1}_{n}W^{v}_{n}\frac{P^{CPICH}_{max,n} -
P^{CPICH}_{n}}{1 - X_{n}} es el término relacionado con la
capacidad,
\vskip1.000000\baselineskip
en la que P^{CPICH}_{n} es la
potencia de salida de los canales piloto por célula n,
P_{max,n}^{CPICH} es la potencia de salida máxima permitida de
los canales piloto por célula, X_{n} es la carga actual por
célula, P_{n}^{TOT} es la potencia de salida total, P_{n,max}
es la potencia máxima disponible de cada estación base, P_{cob}
es una probabilidad de área supuesta y P_{objetivo} es la
probabilidad de área
deseada.
11. Producto de software que puede cargarse
directamente en una memoria interna en un procesador en un ordenador
destinado para ser utilizado para la configuración de canal piloto,
comprendiendo el producto de software un código de software para
ejecutar las etapas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
10.
\newpage
12. Producto de software almacenado en un medio
de almacenamiento que puede utilizarse en ordenadores, que
comprende uno o más programas para efectuar/conseguir un proceso en
un ordenador destinado para ser utilizado para la configuración de
canal piloto, para comprobar la ejecución de las etapas según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
13. Red de radio para la comunicación móvil en
la que se implementa el procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10.
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