SE514246C2 - Neural nätverksapplikation för frekvensplanering - Google Patents

Description

l5 20 25 30 514246* 2 Om man betraktar ett antal radiosändare utspridda över ett visst geografiskt omráde och vill i en viss punkt mäta signalstyrkan över det spektrum som radiosändarna använder uppstàr vissa problem. Det huvudsakliga problem som då uppstàr är att undersöka vilka sändare som, över en viss tröskelnivá, har bidragit till den uppmätta signalstyrkan.

Vid frekvensplanering av cellulära nät skall frekvenserna som en operatör har licens för allokeras till varje cell pà sà sätt att interferensen mellan cellerna blir acceptabel.

Problemet är dà att för en given cell finna de celler som utgör potentiella störare, dvs som skulle kunna interfera om de tilldelas olämpligt valda frekvenser.

Teknisk lösning.

Den tekniska lösningen beskrivs av vad som anges i patentkraven.

Fördelar Förfarandet ger effektivare sätt att minimiera interferensen mellan cellerna vilket i sin tur leder till en bättre sätt att tilldela frekvenser till enskilda celler.

Figurförteckning Uppfinningen skall nu beskrivas med hjälp av icke begränsade utföringsexempel och med hänvisning till bifogade, schematiskt utförda ritningar. I ritningen visar; figur 1 illustrerar principen enligt algoritmen. figur 2 visar exempel med baserna A,B,C och D märkta. 10 15 20 25_ C514 246 3 figur 3 visar ett fall som visar att svaret beror pà hur uteslutningarna mellan baserna ser ut. figur 4 visar sannolikheten för att vikten fràn en viss bas (typ C i fig.2 ovan) till en annan bas (typ A i fig.2 ovan) är positiv - trots att bas C ej stör bas A, dvs att en överflödig uteslutning erhàlls. Värdena pä x - axeln är antalet frekvenser som mäts upp hos basen A.

Detaljerad beskrivning Metoden implementeras pà sà sätt att signalstyrkan i upplänk mäts över det frekvensspektrum som används av operatören.

Mätningarna sker frán basen i den cell till vilken man vill finna de övriga celler som interferar eller som är potentiella störare.

Med en speciell funktion FAS ( Frequency Allocation Support) blir det möjligt att fràn en bas ( MSC )mäta signalstyrka i upplänk fràn mobiler som ej campar pà den egna basen. (Funktionen utnyttjar tomma tidluckor för dessa mätningar.) Resultatet fràn FAS blir att det för varje bas mäts signalstyrka i upplänk över frekvensspektrumet.

Algoritmens uppgift är att utifrân mätresultatet och information om vilka frekvenser respektive bas har tilldelats bestämma varifrán den uppmätta signalstyrkan härhör. Pa sá sätt skulle resultatet användas för att bestämma uteslutningsvikter i MACO, som är ett frekvensplaneringsverktyg_ --,»~».~_- 10 15 20 25 ïgs14 246 4 Algoritmen - som populärt benämns NENAF (Neural NätverksApplikation för Frekvensplanering) - utgär frän, säg 2xN, där i = 1,2,3,...,N och j=1,2,3,...,N . Talet N är lika stycken noder vardera förbundna med vikter, säg Wij 1 med antalet baser i nätet. Figur 1 illustrerar situationen. I princip finns en vikt frän varje nod i vänstra kolumnen till varje nod i högra kolumnen och vice versa. Alla vikter är dock inte utritade för askádlighets skull.

Lät {ui} och (v¿} representera tillstànden {0,1} i noderna pà vänstra respektive högra sidan i fig.l. (i=l,2,3,...,N och j=1,2,3,...,N som förut och i fortsättningen om inget annat anges) För varje frekvens, säg f, som används i frekvensplanen genomlöps följande steg: 0 När bas nummer i sänder pà frekvens f sa sätts ui till ett, annars till noll. 0 När bas nummer j mäter upp signalstyrka pà frekvens f (över en viss tröskelnivà) sä sätts vi till ett, annars till noll. 0 Vikterna wfi uppdateras enligt följande (s.k. Hebbian learning rule): wü = wü + Awü Aw., =au,.vj-ßu¿(l-vj) a >0,ß>0 u (1) Det är nu klart att om bas nummer i sänder pa frekvens f (ui = 1) och bas nummer j uppmäter signalstyrka pa samma - 10 15 20 25 514 246 5 frekvens (v1= 1), sà ökar vikten wü sitt värde med u. Om bas nummer i sänder pà frekvens f och bas nummer j ej uppmäter signalstyrka pä frekvensen (v1= O), sà minskar wü sitt värde med ß. I övriga fall förblir viktens värde oförändrad.

Ovanstående är principen för algoritmen. Nu följer en analys av dess tillämpning.

Betrakta fíg.2 med baserna A, B, C och D märkta.

Vi vill bestämma uteslutningar fràn basen A till kringliggande basar. Ett antal baser som ligger utanför en cirkels omkrets kan direkt uteslutas p.g.a. att det geografiska avståndet är för stort, typ bas D.

Antag att bas B interfererar med bas A, medan bas C är sàdan att C ej stör A.

Bas A kommer registrera signalstyrka pà de frekvenser bas B använder. Det betyder att vikten frán B till A kommer att öka sitt värde. Hur snabbt värdet ökar bestäms av parametern a enligt sambandet (1).

För uteslutningen mellan bas A och C är situationen besvärligare pä följande sätt: Enligt antagande sä stör C inte bas A, men det skulle kunna slumpa sig pà sä sätt att en eller flera av de frekvenser som C använder mäts upp av bas A - t.ex. beroende pà att B och C har en eller flera frekvenser gemensamma. Ju fler frekvenser som mäts upp vid A desto större blir sannolikheten att någon eller nägra av de frekvenser som bas C sänder pà kommer att ingä bland de uppmätta.

För varje av Czs frekvenser som ingar bland de uppmätta kommer vikten fràn C till A felaktigt (!) att öka med d. 10 15 20 25 30 514 246 6 Det kompenseras i mer eller mindre utsträckning - beroende pá parametern ßzs värde enligt samband (1) - av den nedräkning av vikten som fàs dä C använder en frekvens som ej mäts upp av bas A.

Av ovanstående inses att risken för att fä en felaktig uteslutning frän C till A existerar och beror pà antalet frekvenser som mäts upp vid A samt värdena pà parametrarna a och ß.

Risken för en felaktig uteslutning till en viss bas beror enligt ovan pà antalet frekvenser som mäts upp hos basen. För att beräkna risken görs följande antagande för analysmodellen: frekvenserna till varje bas tilldelas slumpmässigt och oberoende av varandra. Vän av ordning ställer sig fràgan hur detta antagande (som naturligtvis ger en nàgot bisarr frekvensplan) pàverkar analysen jämfört med en realistisk planering av frekvenserna.

Ett fall som visar att svaret beror pä hur uteslutningarna mellan baserna ser ut visas i figur 3.

Antag att de utritade bàgarna (uteslutningar) är de korrekta. Vi jämför nu risken för att fa en felaktig uteslutning fràn nàgon av de övriga noderna till U för de tvà fallen, varav det första är när frekvenstilldelningen sker helt slumpmässigt och det andra enligt ett vanligt förekommande frekvensplaneringsverktyg, där man tilldelar värden pà uteslutningsvikter, benämnt MACO.

De frekvenser som mäts upp hos U är enligt förutsättning Azs frekvenser. Vid en slumpmässig tilldelning sa kan alla övriga baser (B,C,D ...) ha samma frekvens som A 10 15 20 25 30 514 246 7 och det finns risk för att överflödiga uteslutningari uppkommer. Vid en riktig frekvensplanering sà kommer inga av baserna B,C,D och E ha samma frekvens som A och det finns därför ingen risk att för att fa en felaktig uteslutning till U fràn dessa.

Med F förhåller det sig annorlunda. Eftersom F ej får ha samma frekvenser som baserna som F har uteslutning mot, sà är antalet möjliga frekvenser att tilldela färre än vid en slumpmässig tilldelning. (Slumpmässig tilldelning innebär här att alla frekvenser kan användas för en bas oberoende av vilka frekvenser som tilldelats övriga baser.) Eftersom det finns färre möjliga frekvenser att tilldela sä ökar risken att frekvenserna som tilldelas blir samma som hos A. Slutsatsen är att risken för att fa en felaktig uteslutning frän F till U blir större vid en riktig frekvensplanering än vid den slumpmässiga.

Sensmoralen av ovanstàende är att resultaten fràn analysen bör tas med en nypa salt. Beroende pà hur uteslutningarna mellan baserna ser ut sá kommer analysmodellens resultat - t.ex. sannolikheten för att erhälla uteslutningar som är överflödiga - att skilja sig frän den praktiskt implementerade användningen av algoritmen.

I vissa användningsfall sä kommer det med all sannolikhet finnas noder av typen F ovan, där sannolikheten för en överflödig uteslutning är större än den som ges av modellen.

Men det betyder ej att algoritmen är oanvändbar, även om det visar sig att sannolikheten kan vara hög för enstaka vikter.

Fragan är i ett sådant fall hur mànga överflödiga uteslutningar som erhálls i förhållande till det totala 10 15 20 25 514 246 8 antalet uteslutningar som finns och vilken proportion mellan dessa som kan accepteras.

Givet beteckningar nedan och slumpmässig frekvensplanering sà ges sannolikheten för, säg X, frekvenser bland de uppmätta av (2) nedan.

(Grundantagandet är naturligtvis som förut att basen, vars frekvenser kan àterfinnas bland de som mäts upp, ej stör basen som mäter.) * -i-nm+k __' _] Puwkpfinmïfl n" 'H TI n" _ 1<=o,1,...,nm (2) k Elnmq-i+1¿á nmq-1 där beteckningarna har följande betydelse: :antalet frekvenser som används i nätet. nfreq nm :antal frekvenser som det mäts upp signalstyrka pá. nn :antal trxzer pà den bas som det kan erhållas en felaktig uteslutning mot.

Sannolikheten att fà en överflödig uteslutning är per definition detsamma som att erhålla ett positivt värde pá den vikt som representerar uteslutningen.

Viktens värde kan betraktas som tillståndet i en markovkedja där hoppsannolikheterna bestämms av (2) och (1). (Antalet tillstànd i kedjan bestämms av antalet decimaler i Awü.) Sannolikheten för att fá en överflödig uteslutning kan dá uttryckas som sannolikheten att befinna sig i de tillstànd i markovkedjan som motsvarar positiva värden pà vikten. 10 15 20 25 30 514 246 9 Ovan angivna formel ger, givet frekvenser, antal uppmätta frekvenser som tilldelats en bas och totala antalet frekvenser som används, sannolikheten för hur manga frekvenser hos basen som àterfinns bland de uppmätta.

Givetvis antas här att baserna ej stör varandra. Det som ska beräknas är sannolikheten för att en felaktig uteslutning erhålls. Z Z > I figur 4 visas resultatet. Grafen visar sannolikheten för att vikten frän en viss bas (typ C i fig.2 ovan) till en annan bas (typ A i fig.2 ovan) är positiv - trots att bas C ej stör bas A, dvs att en överflödig uteslutning erhälls. värdena pá x - axeln är antalet frekvenser som mäts upp hos basen.

Det bör noteras att den överflödiga uteslutningen som kan uppkomma ej är av statisk natur. Vikternas värden ändras kontinuerligt enligt (1) vid varje frekvensomläggning (àtminstone i princip, men det är klart att Vikternas värde bör begränsas pà nagot sätt. I den föreliggande analysen gjordes begränsningen att alla vikters värden làg mellan -1 och 1). vid en viss frekvensomläggning existerar en överflödig Sannolikheten ska förknippas med händelsen att det uteslutning fràn bas C till bas A.

Uppfinningen är ej begränsad till det ovan angivna utan kan varieras inom ramen för patentkraven.

Claims (2)

10 15 20 25 30 514 246 10 PATENTKRAV 1. Förfarande för att, i ett cellulärt mobiltelefonisystemcell, finna de celler som utgör potentiella störare, dvs som skulle kunna interfera om de tilldelas olämpligt valda frekvenser vid planering, genom en beräkning/uppskattning, kånnetecknat av, att beräkningen/uppskattningen sker genom att signalstyrka i upplänk mäts över det frekvensspektrum som används av en viss operatör, att en neural algoritm används för att, utifràn mätresultatet och vilka frekvenser respektive bas har blivit tilldelade, bestämma varifràn den uppmätta signalstyrkan härhör. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att mätningarna sker fràn basen i den cell till vilken man vill finna de övriga celler som interfererar eller som är potentiella störare. 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att tomma tidsluckor utnyttjas för mätningen. 4.Förfarande enligt patentkrav 1, kännetocknat av, att den neurala algoritmenutgar fran, säg 2xN, stycken noder där i= L2ßv..,N Talet N är lika med antalet baser i vardera förbundna med vikter, säg wü , och j=LZl"“N. nätet Lät {u¿} och {v¿} representera tillstànden {0,l} i noderna pà vänstra respektive högra sidan i fig.1. För varje frekvens, säg f, som används i frekvensplanen genomlöps följande steg: 51.... lO 15 20 25 514 246 ll 0 När bas nummer i sänder pä frekvens f sa sätts ui till ett, annars till noll. 0 När bas nummer j mäter upp signalstyrka pä frekvens f (över en viss tröskelniva) sä sätts vi till ett, till noll. annar S 0 vikterna wü uppdateras enligt följande (s.kà Hebbian learning rule): wii = wü + Awij Awü =au,.vi -ßu,.(1-vj) a>0,ß>0 5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av, att den uppmätta signalstyrkan redovisas pá en till basstationen ansluten utrustning. 6. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att mätresultatet används för att tilldela värden pá de uteslutningsvikter som används i frekvensplaneringsverktyget MACO . PATENTKRAV

1. Förfarande för att, i ett cellulärt mobiltelefonisystemcell, finna de celler som utgör potentiella störare, dvs som skulle kunna interfera om de tilldelas olämpligt valda frekvenser vid planering, genom en beräkning/uppskattning, kännetecknat av, att beräkningen/uppskattningen sker genom att signalstyrka i upplänk mäts över det frekvensspektmm som används av en viss operatör, att en neural algoritm används för att, utifrån mätresultatet och vilka frekvenser respektive bas har blivit tilldelade, bestämrna varifrån den uppmätta signalstyrkan härhör varvid mätningarna sker från basen i den cell till vilken man vill ñnna de övriga celler som interfererar eller som är potentiella störare att tomma tidsluckor utnyttjas för mätningen att den neurala al goritmen utgår från, säg 2xN stycken noder vardera förbundna med vikter, säg WU, där i= 1, 2,3, .. ., N ochj = l, 2,3, N. Talet N ä r lika antalet baser i nätet. Låt {u¿} och {v¿} representera tillstånden (O, l} inodema på vänstra respektive högra sidan ifig. l. För varje frekvens, säg f, som används i frekvensplanen genomlöps följande steg: 0 När bas nummer i sänder på frekvens f så sätts ui till ett, annars till noll. v När bas nummer j mäter upp signalstyrka över en viss tröskelnivå på frekvens f så sätts v, till ett, annars till noll. 0 Vikterna Wij uppdateras enligt följande (s.k. Hebbian learning rule): 514 246 /3 Wij = Wij + AWÜ :auivj ° " a>o, ß) 0

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att den uppmätta signalstyrkan redovisas på en till basstationen ansluten utrustning.