Brevet FR2747874A1 — publié le 19971024

PROCEDE D'ANALYSE DE LA LOCALISATION TRAFIC DANS UN RESEAU DE RADIOCOMMUNICATION CELLULAIRE La présente invention concerne un procédé pour analyser la localisation du trafic supporté par une station de base d'un réseau de radiocommunication cellulaire. Dans un réseau de radiocommunication cellulaire, la localisation du trafic dans une cellule est un problème important. A partir d'un certain stade de densification du réseau, une microcellularisation devient inévitable. Dans un réseau microcellulaire, des stations de base de faible portée sont utilisées pour former des cellules de petite taille (microcellules ou picocellules) incluses dans des cellules de plus grande taille (cellules parapluie) . Ces microcellules permettent de soulager les cellules parapluie dans les zones à forte densité de trafic local. En pratique, la mise en place d'un réseau microcellulaire s'effectue souvent par ajout de microcellules à un réseau déjà existant de cellules relativement plus grandes. L'opérateur est alors confronté au problème du repérage des meilleurs sites pour les microcellules. L'opérateur a donc besoin d'une méthode permettant de déterminer les zones de forte densité de trafic. Le plus souvent, l'opérateur se base sur des données de marketing pour "deviner" les zones à forte densité de trafic. L'opérateur placera ainsi des microcellules dans les rues particulièrement fréquentées, près de centres commerciaux, etc.... L'expérience montre que cette méthode empirique est souvent inefficace. Dans le cas de cellules à antennes sectorisées, il est possible d'analyser la distribution du trafic sur les différents secteurs, et par un procédé de rotation des secteurs déduire la répartition du trafic par azimuts successifs. Cette méthode a l'inconvénient d'être relativement lourde à mettre en oeuvre et de fournir des résultats peu précis dans le cas d'un réseau urbain. Une autre possibilité serait d'utiliser une station de base factice qu'on déplacerait dans la cellule en comptant les mobiles qui cherchent à s'y accrocher. Cette méthode pourrait être efficace, mais elle nécessite de gros moyens et est difficile à mettre en oeuvre. Un but de la présente invention est de fournir un processus de localisation du trafic réel dans une cellule, afin d'orienter la conception d'un réseau de radiocommunication, dans une optique de désaturation ou de microcellularisation. L'invention propose ainsi un procédé pour analyser la localisation du trafic supporté par une station de base étudiée d'un réseau cellulaire de radiocommunication, chaque station mobile desservie par la station de base étudiée transmettant périodiquement à la station de base étudiée des échantillons de mesure comportant chacun des valeurs d'un paramètre radio mesuré par ladite station mobile relativement à la station de base étudiée et à plusieurs stations de base voisines identifiées dans un ensemble prédéterminé de stations de base voisines de la station de base étudiée. Le procédé comporte les étapes suivantes - on recueille des échantillons de mesure reçus par la station de base étudiée - on traite les échantillons de mesure recueillis de manière à produire un échantillon traité de p de groupes de données à partir de chaque échantillon de mesure issu d'une station mobile, chaque groupe de données incluant un identifiant d'une des stations de base voisines dudit ensemble prédéterminé et une donnée de mesure dépendant de la valeur du paramètre radio mesuré par la station mobile relativement à la station de base voisine identifiée, les groupes de données de chaque échantillon traité étant ordonnés de façon qu'un groupe de rang i (lsisp) corresponde à la i-ième plus grande valeur du paramètre radio mesuré relativement aux stations de base voisines dudit ensemble - on répartit les échantillons traités en catégories, chaque catégorie étant associée, pour chaque entier i compris entre 1 et p, à un couple de rang i constitué par un identifiant d'une station de base dudit ensemble prédéterminé et par un intervalle de variation, un échantillon traité étant affecté à une catégorie lorsque, pour chaque entier i compris entre 1 et p, d'une part l'identifiant de station de base du groupe de données de rang i dudit échantillon traité coïncide avec l'identifiant de station de base du couple de rang i associé à ladite catégorie, et d'autre part la donnée de mesure du groupe de données de rang i dudit échantillon traité tombe dans l'intervalle de variation du couple de rang i associé à ladite catégorie - on associe des zones géographiques respectives à certaines au moins des catégories sur la base de données de cartographie du paramètre radio ; et - on estime des densités de trafic dans lesdites zones géographiques sur la base des nombres d'échantillons affectés aux catégories associées. La localisation repose ainsi sur un traitement de résultats de mesures effectuées par les mobiles, ces mesures étant de toute façon nécessaires dans la plupart des réseaux cellulaires, dans le cadre des procédures gestion des ressources radio. Les mesures sont capturées en temps réel, et font ultérieurement l'objet d'un traitement statistique permettant d'identifier les zones à plus forte densité de trafic. La méthode fait appel à des données de cartographie qui peuvent être soit calculées au moyen d'un outil de prédiction dont dispose l'opérateur, soit déterminées expérimentalement en effectuant un parcours de mesures. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue stylisée d'un réseau de radiocommunication cellulaire, montrant en outre les moyens servant à la mise en oeuvre de l'invention - la figure 2 est un organigramme général d'un procédé d'analyse selon l'invention ; et - les figures 3 à 7 sont des schémas illustrant les estimations des densités de trafic dans un réseau tel que celui schématisé sur la figure 1. La figure 1 montre sept stations de base (BTS) 10-16 d'un réseau de radiotéléphonie cellulaire. La zone de couverture de chaque station de base 10-16 est appelée cellule C0-C6, et représentée de façon stylisée par un hexagone sur la figure 1. Dans la suite de la présente description, on supposera que le réseau cellulaire est un réseau de type GSM. Dans un réseau de ce type, chaque station de base est reliée à une unité fonctionnelle appelée contrôleur de station de base (BSC), chaque BSC pouvant contrôler une ou plusieurs stations de base. Ainsi, dans le cas représenté sur la figure 1, le BSC 20 est associé aux stations de base 10, 14, 15. L'invention exploite les mesures faites par les stations mobiles MS et servant, dans les réseaux GSM, dans les procédures de contrôle des liaisons radio, notamment de transfert automatique intercellulaire (handover) . Les mesures en question sont décrites en détail dans la Recommandation CSM 05.08 (Draft pr ETS 300 578, 2ème Edition, Mars 1995, European Telecommunications Standards Institute). Chaque station de base communique aux stations mobiles qu'elle dessert une liste identifiant un ensemble de stations de base voisines à surveiller par les stations mobiles. Dans le cas du système GSM, l'identifiant d'une station de base voisine se compose d'un numéro de fréquence porteuse d'un canal de diffusion (BCCH) et d'un code d'identification de six bits (BSIC). La station de base communique aux mobiles qu'elle dessert les numéros des fréquences porteuses à surveiller. En examinant le canal BCCH ayant l'une des fréquences de la liste, la station mobile trouve le code d'identification (BSIC) correspondant. La station mobile mesure le niveau de puissance qu'elle reçoit de sa station de base serveuse et des stations de base voisines. Chaque valeur de niveau de puissance est codée de décibel en décibel sur six bits (paramètre RXLEV), la valeur RXLEV=0 correspondant à une puissance inférieure à -110 dBm, et la valeur RXLEV=63 correspondant à une puissance supérieure à -48 dBm (voir Recommandation GSM 05.08). Ces mesures sont renvoyées par la station mobile à sa station de base serveuse dans un canal appelé SACCH ("Slow Associated Control Channel"), avec une périodicité de 480 ms, c'est-à-dire que, toutes les 480 ms, la station mobile envoie un échantillon de mesure comportant le paramètre RXLEV relatif à la station de base serveuse, et, pour certaines au moins des stations de base voisines, le paramètre RXLEV et l'identifiant correspondant (fréquence + BSIC) . Cet échantillon de mesure est compris dans un message appelé MEASUREMENT~REPORT en terminologie GSM. Pour les procédures de contrôle des liaisons radio, la station de base transmet ces échantillons de mesure au BSC dans un message appelé MEASUREMENT~RESULT. La présente invention propose un traitement statistique des informations contenues dans ces messages MEASUREMENT~RESULT. Une unité d'enregistrement de messages 21 est installée sur l'interface entre la station de base étudiée et son BSC (interface A-BIS), pour examiner les messages échangés sur cette interface, et sélectionner et enregistrer les messages MEASUREMENT~RESULT transmis par la station de base étudiée. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, on suppose que la station de base étudiée est la station 10 de la cellule CC et que l'ensemble de stations de base voisines de celle-ci, dont la liste est envoyée aux stations mobiles desservies, se compose des stations de base 11 à 16 des cellules C1 à C6. Le dispositif d'enregistrement 21 est par exemple constitué par un testeur de protocole commercialisé sous la référence K1103 par la société SIEMENS. Les échantillons de mesure pertinents sont enregistrés sur un support de mémoire 22 tel qu'une disquette. La durée de l'enregistrement dépend du nombre N d'échantillons de mesure dont on a besoin pour analyser la localisation du trafic. Dans le cas de cellules en milieu urbain, on a typiquement besoin de plusieurs dizaines de milliers d'échantillons de mesure, ce nombre pouvant varier largement selon le compromis recherché entre la fiabilité et la complexité des calculs statistiques effectués. Le dispositif 21 effectue ainsi l'étape 30 de recueil des messages MEASUREMENT~RESULT indiquée sur l'organigramme de la figure 2. Les étapes suivantes 31-36 sont effectuées par un calculateur 23 tel qu'un ordinateur de type PC. La première étape consiste en un traitement 31 des échantillons de mesure recueillis. Pour éviter de considérer certains affaiblissements dûs aux environnements "in-car" ou "in-door", les niveaux de puissance RXLEVNCELL(n) mesurés par le mobile relativement à une cellule voisine sont exprimés en valeur relative par rapport au niveau de champ RXLEV~DL mesuré par le mobile depuis la station de base serveuse. Pour la voisine n, on définit ainsi la donnée de mesure CMC(n) par CMC(n) = RXLEV~DL - RXLEX~NCELL(n), les paramètres RXLEV~DL et RXLEVNCELL (n) étant ceux définis dans la recommandation GSM 05.08. Pour chaque échantillon de mesure, les niveaux de puissance sont rangés en ordre décroissant. Chaque échantillon traité j (lsjsN) se compose ainsi de p groupes de données Idi(j), CMCi(j) pour lisp, où Idi (j) désigne l'identité (fréquence BCCH et BSIC concaténés) de la station de base voisine de la station serveuse, depuis laquelle la station mobile à l'origine de l'échantillon a mesuré la i-ième plus grande valeur de niveau de puissance parmi les stations voisines surveillées, et CMCi(j) désigne la valeur correspondante de la donnée de mesure CMC. Les échantillons traités sont ensuite répartis dans des catégories. Chaque catégorie k est définie par p couples ordonnés Ai(k), qi(k) (lsisp) constitués chacun par l'identité Ai (k) d'une des stations de base voisines C1-C6 et par un intervalle de variation désigné par un index qi(k). Pour chaque entier i compris entre 1 et p, l'index qi(k) peut prendre Qi valeurs 1, 2, ..., Q1, de sorte que Qi intervalles de variation sont possibles : [m1 (1) , Mi(l)[,...,[mi(Qi), Mi(Qi)[. Un échantillon traité j est affecté à la catégorie k si pour chaque valeur i de 1 à p, Idi(j)=Ai(k) et CMCi(j)#[mi(qi(k)), Mi(qi(k))[. Le nombre de catégories possibles semble a priori très grand ([m!/(m-p)!]xQ1x...xQp si m désigne le nombre de stations voisines surveillées), mais en pratique, le nombre de catégories observées est beaucoup plus faible, et une grande partie d'entre elles peuvent encore être ignorées car elles comportent un nombre d'échantillons non significatif. Les intervalles de variation des couples de rang i définissant les catégories sont avantageusement déterminés sur la base de la distribution statistique des données de mesure CMCi(j) des échantillons traités j=1,...,N. Ainsi, à l'étape 32, le calculateur détermine les histogrammes des données de mesure CMCi pour chacun des rangs i, ce qui permet de calculer une moyenne Ei et un écart-type si Ces deux paramètres Ei, ai sont utilisés pour définir les intervalles de variation relatifs au rang i à l'étape 33. Trois possibilités peuvent être mentionnées à cet égard (i) définir Qi=2 intervalles par rapport à la moyenne : ]-#,Ei[, [Ei,+#[ ; (ii) définir Qi=3 intervalles par rapport à la moyenne et à l'écart type : i-,E1-a1[, [Ei-si,Ei+si[, [Ei+vi a +N [ (iii) définir Qi=3 intervalles par rapport à la moyenne et à l'écart-type et à une marge hi tenant compte de l'atténuation: ]-Ei-i-ti[ [Ei-#i-#i,Ei+#i+#i[, [Ei+si+Ai, +X[ - Il est bien entendu possible d'adopter des définitions d'intervalles différentes pour les différents rangs i. On a constaté que la méthode (iii) fournissait les meilleurs résultats, avec typiquement des valeurs Ai représentant des écarts de puissance de 5 à 10 dB. Une fois que les intervalles de variation ont été choisis, le calculateur 23 exécute l'étape 34 d'identification des catégories k et de comptage des échantillons par catégorie. Cette étape peut être exécutée au moyen d'une boucle sur les N échantillons traités. Pour chaque échantillon j examiné lors de cette boucle, le calculateur détermine si l'une des catégories k précédemment identifiées vérifie Idi(j)=Ai(k) et CMCi(j)6[mi(qi(k)) Mi(qi(k))[ pour tout i. Dans l'affirmative, le nombre d'échantillons C(k) affectés à la catégorie k en question est augmenté d'une unité avant d'examiner l'échantillon suivant. Sinon une nouvelle catégorie k' est identifiée en relation avec l'échantillon courant et son nombre C(k') d'échantillons affectés est initialisé à 1 avant d'examiner l'échantillon suivant. A la fin de l'étape 34, les catégories non significatives (C(k) inférieur à une valeur plancher) peuvent être éliminées. A l'étape 35, le calculateur associe une zone géographique à chaque catégorie identifiée et retenue à l'étape 34. Pour réaliser cette association, le calculateur se fonde sur des données de cartographie des paramètres RXLEV qui peuvent - soit être calculées à l'aide d'un logiciel de simulation approprié dont dispose l'opérateur - soit être mesurées expérimentalement en faisant parcourir la cellule CC et ses abords par un ou plusieurs récepteurs enregistrant les niveaux de puissance RXLEV captés des stations 10 à 16. Un point appartiendra à la zone géographique associée à une catégorie k si une station mobile placée en ce point capte, en provenance de la station de base étudiée et des stations de base Ai (k) (i=l,...,p), des niveaux de puissance tels que CMC(Ai(k))6[mi(qi(k)),Mi(qi(k))[. La zone associée a une catégorie k est ainsi une intersection de zones dans lesquelles sont respectivement vérifiées des inégalités du type mi(qi(k))sCMC(Ai(k)) A titre d'illustration, si on considère une catégorie k pour laquelle le couple de rang 1 comporte la station 11 de la cellule C1 et l'intervalle [-8,18[, le couple de rang 2 comporte la station 12 de la cellule C2 et l'intervalle [-4,23[, et le couple de rang 3 comporte la station 16 de la cellule C6 et l'intervalle [30,+co[ (p=3), le calcul d'association sur la base des données cartographiques peut produire les zones Z1, Z2, Z3 représentées hachurées sur les figures 3 à 5, respectivement, la zone géographique finalement associée à la catégorie k étant Z=ZlnZ2nZ3 comme illustré par la figure 6. Sur la base des nombres d'échantillons par catégorie et des associations entre les catégories et les zones géographiques, le calculateur 23 procède à l'estimation des densités de trafic dans les zones en question. La densité élémentaire de trafic dans une zone associée à une catégorie est en principe proportionnelle au nombre d'échantillons dans cette catégorie divisé par la surface de la zone. Il est toutefois possible que certains points appartiennent à plusieurs zones associées à des catégories différentes. Il convient alors d'ajouter les densités élémentaires relatives aux catégories concernées. En se référant à la figure 7 à titre d'illustration, si la zone Z de surface 40 est associée à une catégorie k de C(k)=2000 échantillons et si la zone Z' de surface 50 est associée à une catégorie k' de C(k')=1000 échantillons, et si les zones Z et Z' ont une intersection Z" (les unités sont arbitraires), alors la densité de trafic estimée est de 2000/40=50 dans la zone Z et de 1000/50=20 dans la zone Z', sauf dans la zone Z" où la densité est estimée à 50+20=70. Les densités de trafic estimées peuvent ensuite être visualisées, par exemple sous forme d'une carte, pour permettre à l'opérateur de déterminer les meilleurs emplacements pour l'installation de nouvelles stations de base. A titre d'exemple, la demanderesse a pu vérifier les bonnes performances du procédé d'analyse de localisation de trafic, en générant artificiellement du trafic dans une petite zone d'une cellule de surface 0,23 km2. La station de base étudiée comportait m=6 stations voisines. Le nombre de voisines retenues pour analyser la localisation du trafic était de p=3. Q1=Q2=Q3=3 intervalles de variation étaient employés pour chaque rang (méthode (iii) ci-dessus). Le nombre de catégories a priori possibles était de 3240, mais, parmi N=81322 échantillons traités, seules 365 catégories ont été observées, et seules 20 d'entre elles ont été traitées (5,5% du nombre total de catégories observées, représentant 91% du nombre total d'échantillons N, les autres catégories comportant un nombre non significatif d'échantillons). La mise en oeuvre du procédé selon l'invention a permis d'observer comme prévu un trafic très localisé, l'outil de prédiction employé ayant permis de localiser la zone où était généré le trafic artificiel avec une précision de l'ordre de 15 mètres. REVENDICATIONS 1. Procédé pour analyser la localisation du trafic supporté par une station de base étudiée (10) d'un réseau cellulaire de radiocommunication, chaque station mobile (MS) desservie par la station de base étudiée transmettant périodiquement à la station de base étudiée des échantillons de mesure comportant chacun des valeurs d'un paramètre radio mesuré par ladite station mobile relativement à la station de base étudiée et à plusieurs stations de base voisines identifiées dans un ensemble prédéterminé de stations de base voisines (11-16) de la station de base étudiée, caractérisé par les étapes suivantes - on recueille des échantillons de mesure reçus par la station de base étudiée - on traite les échantillons de mesure recueillis de manière à produire un échantillon traité de p de groupes de données à partir de chaque échantillon de mesure issu d'une station mobile, chaque groupe de données incluant un identifiant (Idi(j)) d'une des stations de base voisines dudit ensemble prédéterminé et une donnée de mesure (CMCi(j)) dépendant de la valeur du paramètre radio mesuré par la station mobile relativement à la station de base voisine identifiée, les groupes de données de chaque échantillon traité étant ordonnés de façon qu'un groupe de rang i (lsisp) corresponde à la i-ième plus grande valeur du paramètre radio mesuré relativement aux stations de base voisines dudit ensemble - on répartit les échantillons traités en catégories, chaque catégorie étant associée, pour chaque entier i compris entre 1 et p, à un couple de rang i constitué par un identifiant (Ai(k)) d'une station de base dudit ensemble prédéterminé et par un intervalle de variation ( [mi (9i(k)),Mi (9i (k) ) [), un échantillon traité étant affecté à une catégorie lorsque, pour chaque entier i compris entre 1 et p, d'une part l'identifiant de station de base du groupe de données de rang i dudit échantillon traité coïncide avec l'identifiant de station de base du couple de rang i associé à ladite catégorie, et d'autre part la donnée de mesure du groupe de données de rang i dudit échantillon traité tombe dans l'intervalle de variation du couple de rang i associé à ladite catégorie - on associe des zones géographiques (Z,Z') respectives à certaines au moins des catégories sur la base de données de cartographie du paramètre radio ; et - on estime des densités de trafic dans lesdites zones géographiques sur la base des nombres d'échantillons (C(k)) affectés aux catégories associées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre radio mesuré par une station mobile relativement à une station de base est un niveau de puissance radio reçue par ladite station mobile depuis ladite station de base. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la donnée de mesure (CMC) incluse dans un groupe de données d'un échantillon traité produit à partir d'un échantillon de mesure issu d'une station mobile est une différence entre la valeur du paramètre radio mesuré par ladite station mobile relativement à la station de base voisine identifiée dans ledit groupe de données et la valeur du paramètre radio mesuré par ladite station mobile relativement à la station de base étudiée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour chaque entier i compris entre 1 et p, les intervalles de variation des couples de rang i associés aux catégories sont déterminés sur la base de la distribution statistique des données de mesure des groupes de rang i des échantillons traités.