СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ТЕСТИРОВАНИЯ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ (ВАРИАНТЫ), БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕЕ КОНФИГУРАЦИИ
METHOD AND APPARATUS FOR TESTING BASE STATION (VERSIONS), BASE STATION AND METHOD FOR DETERMINING CONFIGURATION THEREOF

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к мобильной телефонии. Варианты воплощения изобретения относятся к тестированию базовых станций мобильных телефонных сетей и к определению конфигурации базовой станции, используемой в мобильной телефонной сети.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Мобильные телефонные сети хорошо известны. Мобильные телефонные системы, в которых пользовательское оборудование, такое как мобильные телефоны, связывается через беспроводные каналы с сетью базовых станций, подсоединенных к сетям связи, непрерывно усовершенствуются. Первоначальные системы, использующие аналоговую модуляцию, были заменены вторым поколением цифровых систем, которые в настоящий момент заменяются третьим поколением цифровых систем, таких как UMTS и CDMA. Стандарты третьего поколения предусматривают большую пропускную способность данных, чем это обеспечивается системами второго поколения; эта тенденция продолжается с предложением проекта третьего поколения по так называемой Долгосрочной Системе Развития, часто обозначаемой просто как LTE, которая предлагает потенциально еще более высокую пропускную способность, при помощи более широких диапазонов частот, спектральных методов модуляции и потенциального использования пространственно разнообразных путей распространения, чтобы увеличить пропускную способность (технология передачи данных с помощью N антенн и их приема М антеннами (MIMO)). Обычно такие сотовые беспроводные системы содержат пользовательское оборудование, такое как мобильные телефонные трубки или беспроводные терминалы. Предлагается множество базовых станций, каждая из которых потенциально может связаться через так называемые каналы доступа со многим пользовательским оборудованием, расположенным в зоне охвата, известной как ячейка, и установить двухстороннее соединение, известное как ретрансляция передачи, между каждой базовой станцией и сетью связи, например телефонной сетью общего пользования (PSTN).
Базовая станция обычно имеет башню, поддерживающую антенны. Антенны соединяются кабелями с сигнальными процессорами. Каждый сигнальный процессор включает приемопередатчик и другое оборудование для обработки сигналов. Сигнальные процессоры обычно помещаются в корпус или шкаф на уровне земли. Антенны обычно распределяются по соответствующим секторам вокруг башни и, как правило, на один сектор назначается больше одной антенны. Например, может быть три пары антенн и три сектора при угловом разнесении на 120 градусов, соответствуя одной ячейке, так что в итоге одна башня обслуживает три сектора. Многоэлементные антенны, как правило, имеют одну диаграмму направленности и предоставляют пользовательским терминалам покрытие на той же самой площади. Чтобы обеспечить независимость многократных путей распространения радиоволн между базовой станцией и пользовательским терминалом, антенны могут быть расположены рядом с интервалами между ними и/или может использоваться различная поляризация излучаемых сигналов. Одна физическая антенна может обеспечить два канала поляризации. Как правило, сектор базовой станции обеспечивается различной поляризацией, часто +45 и -45 градусов, и дополнительно пространственное разнесение может быть обеспечено второй антенной с двойной поляризацией. Преимущества разнесения в результате использования каналов многоэлементных антенн вытекают из-за различий в наложении или удалении многократно отраженных сигналов по пути распространения радиолучей, которые вызывают локальный эффект исчезновения. Это исчезновение изменяется независимо от каналов многоэлементной антенны из-за их пространственного разделения или использования различной поляризации излучения. При усреднении во времени или по небольшим изменениям в положении пользовательского терминала средняя сила сигнала, принятого от пользовательского терминала, является общей. Для общего угла азимута пользователя относительно сектора базовой станции и для общей потери на трассе по пути к пользовательскому терминалу любые различия в силе принятого сигнала средней величины, как можно предположить, происходят из-за различий во вносимом затухании в приемнике базовой станции или из-за различий в диаграмме направленности антенны.
В некоторых ранее предложенных базовых станциях сигнальные процессоры, соединенные с разнесенной парой, связаны общими параметрами, например пара сигнальных процессоров, соединенных с разнесенной парой, работает на одной и той же частоте и совместно использует местный гетеродин.
В одном примере мобильной телефонной сети в ячейке базовой станции этим трем секторам выделяются три различных радиочастоты. Такая схема повторного использования частоты ко всем ячейкам сети гарантирует, что никакие два смежных сектора не работают на одной и той же радиочастоте. Такая сеть описывается как имеющая тройное повторное использование частоты. Также известны сети с единственной частотой. Системы LTE могут быть развернуты либо как сети с единственной частотой, либо как сети с тремя частотами повторного использования.
Для функционирования базовой станции важно, чтобы конфигурация базовой станции была выбрана правильно. Например, направления луча антенн и диаграмма направленности антенн должны быть корректными. Разнесенная пара должна быть ориентирована в том же направлении. Лучи смежных разнесенных пар должны накладываться друг на друга только до предопределенной степени и в предопределенных положениях. Кроме того, разнесенная пара должна быть соединена с соответствующей парой сигнальных процессоров, работающих на той же частоте. Могут произойти ошибки в направлении луча или могут быть отказы в антеннах или приемопередатчиках, соединенных с ними. Кроме того, создавая базовую станцию, не легко правильно соединить антенны с сигнальными процессорами. Антенны высоко подняты над корпусом сигнальных процессоров, и соединяющие кабели являются тяжелыми и трудными для контроля. Высота башни делает манипулирование кабелями потенциально опасным, в частности, при плохой погоде. Легко неправильно соединить кабели с антеннами и сигнальными процессорами. Таким образом, есть потребность, по меньшей мере, в проверке базовой станции, чтобы определить, есть ли ошибки в ее конфигурации и/или в определении ее конфигурации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одной целью изобретения, обеспечивается способ конфигурирования базовой станции для использования в мобильной телефонной сети, причем базовая станция имеет антенны, связанные с сигнальными процессорами;
указанный способ содержит следующие стадии:
определение силы тестового сигнала, полученного сигнальными процессорами через антенны;
сравнение и/или корреляция величин силы сигналов, обнаруженных в сигнальных процессорах;
и использование результатов сравнения и/или корреляции для определения конфигурации антенн и/или соединений антенн с сигнальными процессорами и/или нарушений конфигурации.
Изобретение также обеспечивает тестовое устройство для использования на базовой станции мобильной телефонной сети, при этом базовая станция содержит множество сигнальных процессоров, имеющих соответствующие порты для кабельного соединения с соответствующими антеннами, причем это тестовое устройство используется для определения силы тестового сигнала, принятого сигнальными процессорами через антенны. Сравнивая величины силы сигналов, принятых сигнальным процессоры, можно определить, какие сигнальные процессоры соединены с одной и той же разнесенной парой, потому что эти сигналы имеют равную силу.
Сравнивая силу сигнала, принятого в пике диаграммы направленности излучения смежных антенн или принятого разнесенной парой, которые в этом случае должны быть равными, можно определить, имеется ли нарушение, например ошибка в наведении луча или ошибка в диаграмме направленности излучения луча.
Коррелируя силу сигналов, обнаруженных в сигнальных процессорах, можно определить, какие сигнальные процессоры соединены с каналами одинаковой поляризации.
В соответствии с другой целью настоящего изобретения, предлагается способ определения конфигурации базовой станции для использования в мобильной телефонной сети, при этом базовая станция содержит множество пар разнесенных антенн и сигнальных процессоров, соединяющих соответствующие порты с антеннами через кабели для передачи сигналов, причем указанный способ содержит следующие стадии:
(a) измерение силы тестового сигнала, принятого одним сигнальным процессором, измеряя силу тестового сигнала, принятого другим сигнальным процессором;
(b) сравнение величин силы сигналов, принятых указанными одним и другим процессорами; и
(d) если эти величины силы сигналов являются равными, делается вывод, что один и другой сигнальные процессоры соединены с одной парой разнесенных антенн.
Еще одной целью изобретения является обеспечение тестового устройства для определения конфигурации базовой станции для использования в мобильной телефонной сети, когда базовая станция содержит множество пар разнесенных антенн и сигнальных процессоров, соединенных через соответствующие порты с антеннами кабелями для передачи сигналов, при этом тестовое устройство служит для измерения силы тестового сигнала, принятого одним сигнальным процессором, измерения силы тестового сигнала, принятого другим сигнальным процессором, сравнения величины силы сигналов, принятых указанными одним и другим процессорами, и если эти величины равны, один и другой сигнальные процессоры определяются как соединяемые с парой разнесенных антенн.
Таким образом, способ испытаний и устройство проверяют, как антенны соединены с сигнальными процессорами, и указывают, какие сигнальные процессоры соединены с парами разнесенных антенн. Как только это становится известно, в одном примере изобретения выполняются любые исправления соединений. В другом примере изобретения рабочие частоты сигнальных процессоров настраиваются индивидуально. Таким образом, как только сигнальные процессоры связываются с разнесенными парами, частоты сигнальных процессоров устанавливаются, например, в соответствии со схемой повторного использования частоты сети.
Направления, в которых ориентированы разнесенные пары, могут быть неизвестны, и должны быть определены частоты, которые будут использоваться в секторах. В одном примере изобретения частоты устанавливаются, выбирая один из секторов, обнаруживая рабочую частоту смежного сектора базовой станции и устанавливая частоты секторов согласно плану повторного использования частоты сети, чтобы свести к минимуму перекрытие зон обслуживания на общем частотном канале.
В реализации изобретения сила сигнала является силой сигнала, усредненной за предопределенный промежуток времени, разрешая, например, различную поляризацию разнесенных пар и формирование сигналов, равных сигналам средней силы. Здесь ″равный″ означает равный в пределах предопределенного диапазона. Период усреднения и диапазон являются вопросом выбора сетевого оператора или разработчика базовой станции.
Другие особенности и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания примерных вариантов воплощения изобретения, приведенных только в качестве примеров, иллюстрируемых сопроводительными чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - принципиальная схема базовой станции мобильной телефонной сети.
Фигура 2 - блок-схема примера базовой станции, имеющей одно устройство в соответствии с изобретением.
Фигуры 3А и 3В - блок-схемы, иллюстрирующие пример способа и работу устройства фигуры 2 в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 4 - примерная матрица, относящаяся к фигуре 3С.
Фигура 5 - блок-схема, иллюстрирующая другой способ работы устройства фигуры 2.
Фигура 6 иллюстрирует пример известной схемы повторного использования частоты в мобильной телефонной сети.
Фигуры 7А и 7В - блок-схемы, иллюстрирующие пример способа, в соответствии с изобретением, установки частоты секторов вокруг базовой станции.
Фигура 8 - принципиальная схема, иллюстрирующая способ определения, являются ли антенны смежными.
Фигура 9 - блок-схема другого примера устройства в соответствии с изобретением, в котором пары приемопередатчиков совместно используют местный гетеродин.
Фигура 10 - блок-схема одного сектора еще одного примера устройства в соответствии с изобретением.
Фигуры 11 и 12 - блок-схемы, иллюстрирующие способ работы устройства фигуры 10, в котором антенны имеют каналы одинаковой поляризации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для упрощения описания предполагается, что базовая станция, показанная на фигурах 1-8, имеет три сектора, причем каждый сектор имеет две физические антенны, которые формируют пару с разной поляризацией, и каждая антенна имеет единственный основной луч с фиксированным направлением. Однако изобретение не ограничивается этим, и, как будет описано далее, в рамках изобретения возможны многие другие схемы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ КАБЕЛЯ
На фигуре 1 показана обычная базовая станция, имеющая высокую башню, поддерживающую три пары разнесенных антенн: А11, А12; А21, А22 и А31, А32. Антенны каждой пары поляризованы ортогональной поляризацией, например +45 и -45 градусов. Эти шесть антенн соединены соответствующими кабелями с портами Р1-Р6 оборудования, помещенного в шкаф или другой корпус Н на уровне земли. Каждый порт соединен с сигнальным процессором, который включает приемопередатчик и другую схему обработки сигналов. В базовой станции фигуры 1 антенны соединяются с портами предопределенным образом, например заранее решено, что разнесенная пара А31, А32 соединяется с портами Р1 и Р2 и, таким образом, с двумя сигнальными процессорами, приемопередатчики которых в этом примере совместно используют один и тот же местный гетеродин и, таким образом, работают на одной частоте, которая является частотой, выбранной согласно плану повторного использования частоты сети для сектора, связанного с разнесенной парой А31, А32. На фигуре 2 показаны разнесенные пары в секторах, обозначенных штриховыми линиями, которые также указывают на границы между смежными ячейками. Базовая станция может иметь другое количество и выполнение антенн и секторов, как будет описано ниже более подробно.
На практике было найдено, что когда устанавливается новая базовая станция, могут иметь место ошибки в кабельных соединениях, так что не все антенны соединяются с портами должным образом.
На фигуре 2 показана базовая станция, недавно установленная в мобильной телефонной сети. Базовая станция имеет пары разнесенных антенн А11, А12, А21, А22 и А31, А32, которые в этом примере соединяются случайным образом с портами Р1-Р6 соответствующих приемопередатчиков 4. Это может быть сделано потому, что монтажники либо сознательно не пытались соединить разнесенные пары с портами согласно предопределенному плану, либо пытались соединить их по плану, но допустили ошибки. Приемопередатчики 4 имеют сигнальные процессоры и другие схемы обработки сигналов и формируют, в соответствии с принятой практикой, сигналы RSSI, которые указывают на силу сигналов, принятых процессорами: сокращение RSSI обозначает индикатор силы принятого сигнала. Каждый приемопередатчик в этом примере работает независимо от любого другого приемопередатчика, например ни один из них не использует общий местный гетеродин. Каждый приемопередатчик настраивается независимо от других устройств.
Приемопередатчики соединены с модемом 5, который модулирует и демодулирует данные, полученные от пары приемопередатчиков.
В примере воплощения изобретения модем 5 может направить данные произвольно каждой и любой паре приемопередатчиков и использовать их все вместе, чтобы обеспечить функцию MIMO.
Сигналы RSSI обеспечиваются для тестового процессора 6, который определяет конфигурацию базовой станции; иными словами, тестовый процессор 6 определяет порядок, в котором антенны соединены с сигнальными процессорами 4. Процессор 6 имеет дисплей 61, который может быть расположен вдали от станции, например в центре управления сетью, и через который ошибки конфигурации могут быть переданы оператору.
В этом примере тестовый процессор работает в соответствии с диаграммами потока на фигурах 3А, 3В и 3С. Как показано на фигуре 3А, на стадии S2 базовая станция включается для работы на одной частоте, т.е. все приемопередатчики работают на одной и той же частоте, как одночастотная сеть. Все приемопередатчики 4 работают, по меньшей мере, на прием тестового сигнала от источника тестового сигнала, такого как источник 2 на фигуре 2. В этом примере источник тестового сигнала является мобильным источником, но могут использоваться и другие источники сигнала. Источник тестового сигнала может быть пользовательским терминалом, например мобильным телефоном, работающим в пределах мобильной телефонной сети. Мобильный источник тестового сигнала может работать исключительно с целью конфигурирования базовой станции или может быть пользователем, мобильным источником, занятым связью с другой базовой станцией, и в диапазоне конфигурируемой базовой станции S2, работающей в режиме пуска, в котором только один сектор является рабочим и в котором только один канал антенны является активным.
На стадии S4 выбирается любой из портов Р1-Р6, и на стадии S6 принимается тестовый сигнал, и средняя сила сигнала измеряется в течение предопределенного промежутка времени. Средняя сила сигнала сохраняется как идентификатор (ID) порта. На стадиях S12 и S14 выбирается другой порт, принимается тестовый сигнал, и средняя сила этого сигнала измеряется в течение предопределенного промежутка времени. Средняя сила сигнала сохраняется как идентификатор (ID), идентифицирующий другой порт. Этот процесс повторяется на стадии (S18) до тех пор, пока все порты не будут протестированы, таким образом, измеряя и записывая среднюю силу сигнала в каждом из приемопередатчиков. Однако по-прежнему остаются неизвестными соединения портов Р1-Р6 с разнесенными парами A11-A32.
В последующем описании порты выбраны и, как показано на фигуре 2, источник тестового сигнала не обязательно выровнен с основным лучом антенны, соединенной с выбранным портом. Следовательно, возможно, что сигналы тестового источника принимаются через боковые лепестки антенн базовой станции. Следовательно, нельзя определить прямо как соединены антенны. Как показано на фигуре 3В, силы всех сигналов сравниваются со всеми другими силами сигналов, и пары антенн идентифицируются на основе предопределенного критерия сравнения. Как показано на фигуре 3С, идентификация соединений может быть дополнительно или произвольно улучшена, накапливая данные в течение длительного времени из многих источников тестовых сигналов во многих различных местоположениях.
Как показано на фигуре 3В, на стадии S20, используя ID порта и величины силы сигналов, формируемых процессом фигуры 3А, все порты первоначально отмечаются как не выбранные. На стадиях S22 и S24 величины силы сигналов всех портов сравниваются друг с другом, чтобы найти порт с максимальной силой сигнала, и этот порт отмечается как порт, выбранный по максимальному сигналу. На стадиях S26 и S28 силы сигналов оставшихся портов сравниваются с выбранным портом для определения порта, который по силе сигнала минимально отличается от выбранного порта с максимальным сигналом. На стадии S30 эти два порта определяются как пара. Процесс стадий S22-S30 повторяется на стадиях S32 и S34 для всех оставшихся не отмеченных портов до тех пор, пока не будут определены все пары портов.
Процесс, показанный на фигурах 3А и 3В, может использоваться в качестве единственного теста для определения пар антенн базовой станции. Однако процесс может быть совмещен с процессом фигуры 3С, который продолжает процесс фигур 3А и 3В в течение длительного времени и для многих различных местоположений тестового источника 2. Этот процесс может включать функцию управления сетью, сообщая базовой станции, сколько разнесенных пар должно быть на этой базовой станции.
На стадии S36 для каждой пары портов, идентифицированных процессом фигуры 3В, вычисляется сумма величин силы сигналов (или мощности), связанных с этими двумя портами, и на стадии S38 вычисляется сумма величин силы всех сигналов (или мощности), связанных с портами. На стадии S40 для каждой пары портов отношение суммы мощностей пары к сумме всех мощностей вычисляется и определяется как степень достоверности соединения портов. Матрица, показанная в качестве примера на фигуре 4, используется как матрица, имеющая множество рядов и столбцов, каждый из которых равен числу портов. В примере, соответствующем фигуре 2, имеется шесть портов, создавая, таким образом, матрицу 6×6. Пересечение ряда и столбца соответствует паре портов. Весовые коэффициенты, полученные на стадиях S36-S40, сохраняются в матрице в соответствующих местах. Таким образом, для пары Р1 и Р2 весовой коэффициент W12 сохраняется в ячейке Р1-Р2. Поскольку весовой коэффициент W21 для портов Р2 и Р1 будет одним и тем же, он также сохраняется в ячейке Р1-Р2, так что в итоге половина матрицы, обозначенная как X, не является необходимой. На фигуре 4 в репрезентативных ячейках показаны другие возможные весовые коэффициенты.
Содержание матрицы, сохранное во время измерений силы сигнала (или мощности), собирается и обрабатывается процессом на стадиях S36-S40 фигур 3А и 3В, и накопленные весовые коэффициенты суммируются с весовыми коэффициентами, накопленными в матрице.
На стадии S44 все ряды и столбцы матрицы отмечаются как не выбранные. Ячейка, содержащая максимальный весовой коэффициент, находится на стадии S46, и ID пары портов, как показано рядом и столбцом ячейки, сохраняются, и строка и столбец отмечаются как выбранные. На стадиях 50 и 52 процесс повторяется для оставшихся рядов и столбцов.
Использование матрицы обеспечивает доверительные значения, по которым может быть сделан необходимый выбор пар антенн и изменен в случае необходимости.
Таким образом, в примере фигур 3А и 3С процесс взвешивания используется, чтобы обеспечить меру уверенности в выборе пары портов. Значения весовых коэффициентов могут быть накоплены по повторным измерениям при различном расположении одного мобильного тестового устройства и/или для множества мобильных тестовых устройств.
В случае наличия более двух антенн на сектор выбор комплекта антенн может начаться с определения самой высокой взвешенной пары портов. Затем может быть выбран дополнительный порт для комплекта антенн, выбирая наилучшее согласование между любым не выбранным портом и любым из двух первоначально выбранных портов.
В конце процесса, показанного на фигурах 3А и 3В (и дополнительно на фигуре 3С), достигается все, что известно о портах и приемопередатчиках, соединенных с одной парой разнесенных антенн. Например, со ссылкой на фигуру 2, станет известно, что порты Р5 и Р3 соединены с той же самой парой разнесенных антенн, но сектор географического покрытия и фактические углы наведения, к которым относится разнесенная пара, неизвестны. Способы определения углов наведения описываются ниже.
Альтернативный пример (фигура 5)
Рассмотрим конфигурацию, описанную выше со ссылкой на фигуры 1 и 2. Имеются три сектора, каждый из которых имеет пару разнесенных антенн. Альтернативный способ определения конфигурации состоит в следующем.
Выбрать порт, который определен на стадии S52 и который не был соединен с каким-либо другим портом. На стадии S54 включить этот порт для двухсторонней связи с любым мобильным телефоном вблизи базовой станции. На стадии S56 установить двухсторонний трафик с мобильным телефоном: эта операция включает идентификацию мобильного телефона. Там, где базовая станция поддерживает передачу с разнесением MIMO, связь первоначально устанавливается только с одним каналом передачи. На стадии S58 включить все другие порты только в режиме приема на одной рабочей частоте. Для приема с мобильного телефона все порты являются рабочими, пока первоначально выбранный порт остается активным для двухсторонней связи с мобильным телефоном. На стадии S60 RSSI сигнала принимается с идентифицированного мобильного телефона (игнорируя любой сигнал, принятый с любых других мобильных телефонов, которые могут работать в режиме передачи), при этом сигнал с каждого порта измеряется и сохраняется с идентификационными данными порта. Затем на стадии S62 выполняются стадии S20-S30 процесса фигуры 3В для определения пары портов, имеющих самый высокий RSSI и минимальное отличие от самого высокого сигнала RSSI, как описано выше со ссылкой на фигуру 3В. Найденная пара может быть включена на стадии S68, чтобы стать полностью рабочей. Это может включать операцию MIMO. Указанная пара может включать или не включать первоначально выбранный порт, который имеет двухстороннюю связь с мобильным телефоном.
Если не были найдены все пары портов (стадия S64), выбирается другой непарный порт, и стадии S52-S62 повторяются снова на одной рабочей частоте для всех непарных портов с другим идентифицированным мобильным телефоном.
Стадия S64 может включить функцию управления сетью с указанием базовой станции, сколько разнесенных пар должно быть на базовой станции.
Для простоты описания стадии S54 и S58 были показаны как отдельные последовательные стадии, но они могут также выполняться одновременно.
Процесс фигуры 3С может быть выполнен, как только все пары были определены, как показано на стадии S70, или процесс определения пар может включать процесс фигуры ЗС, что показано пунктирной стрелкой. После того как пары были определены на одной рабочей частоте, парам могут быть выделены частоты по схеме повторного использования частоты сети, как описано ниже со ссылкой на фигуры 6 и 7. Ниже также описаны направления, по которым может быть определена точка секторов.
Определение направления наведения
Пример способа определения углов наведения разнесенных пар, с которыми соединяются порты и приемопередатчики, описывается следующим образом. Предположим, что существуют мобильные тестовые устройства, географическое положение которых известно. Мобильное тестовое устройство может быть пользовательским терминалом, в котором установлена система для определения географического местоположения, и тогда мобильное тестовое устройство может передать свое положение базовой станции. Альтернативно местоположение мобильного тестового устройства может быть определено триангуляцией задержек распространения сигналов к многочисленным базовым станциям.
Мобильное тестовое устройство также может быть заранее обеспечено тестовым сигналом, местоположение которого известно. Список характеристик слышимости местоположения мобильного тестового устройства записывается с поддержкой каждой антенны на базовой станции, и географический угол наведения антенны аппроксимируется как центр углового диапазона.
В одном способе в качестве примера предел слышимости для проверки мобильных телефонов, обслуживаемых сектором, объединяется в гистограмму, и это распределение затем ограничивается диапазоном, включающим определение мобильных тестовых устройств. Это устраняет сигналы за пределами из набора пределов слышимости. Затем середина диапазона между положительными и отрицательными крайними значениями выбранного интервала записывается как угол наведения антенны.
Как показано на фигуре 6, можно использовать еще один пример процесса для определения направления луча. Сеть содержит множество ячеек 12. В примере на фигуре 6 ячейкам выделяются частоты по схеме повторного использования частоты, имеющей три частоты, Fl, F2 и F3. Частоты выделяются ячейкам так, чтобы смежные ячейки работали на различных частотах. На фигуре 6 ячейки дополнительно объединяются в группы по три. Каждая группа из трех ячеек обслуживается одной базовой станцией, расположенной в пересечении этих трех ячеек. Каждая ячейка соответствует одному сектору, обслуживаемому базовой станцией. На фигуре 6 показаны две базовых станции 8 и 10. Базовая станция 8 является базовой станцией фигуры 2. Базовая станция 10 является смежной станцией. Имеются другие станции, не показанные на фигуре 6. Базовая станция 8 обслуживает три ячейки А, В и С.
Предположим, что процесс, представленный фигурами 3А и 3В (или фигурой 5), был успешно завершен, так что для каждой из разнесенных пар антенн известно, какие из портов и сигнальных процессоров соединены с одной и той же парой разнесенных антенн, но данные о паре антенн и секторе, которому принадлежит разнесенная пара, не известны.
Связывание секторов с частотами
Теперь будет описан способ связывания пар портов базовой станции 8 с секторами (т.е. ячейками) сети со ссылкой на блок-схемы фигур 7А и 7В.
Сначала все приемопередатчики базовой станции 8 работают на одной и той же частоте. На стадии S80 любая разнесенная пара и связанная с ней пара приемопередатчиков выбираются, выбирая сектор, хотя неизвестно, какой из секторов выбран. Сигналы с мобильных телефонов в смежных секторах принимаются и контролируются приемопередатчиками 4 из этого сектора и тестового процессора 6.
Когда пользовательский терминал перемещается из одного сектора в другой, он остается на той же самой частоте, которая первоначально использовалась во всех секторах базовой станции 8. Когда пользовательский терминал перемещается к сектору или выходит из сектора базовой станции 8 к сектору смежной базовой станции 10, он может изменить свою рабочую частоту. Частота, используемая сектором на смежной базовой станции 10, называется здесь частотой перехода. Частоты перехода мобильных телефонов в смежных ячейках определяются и сохраняются идентификатором сектора на стадии S84. Другой сектор выбирается на стадии S86, и частоты перехода мобильных телефонов в смежных секторах определяются и сохраняются в выбранном секторе. Это повторяется для всех секторов S90. Как только все секторы выбраны, результатом является распределение частот перехода, упорядоченных секторами базовой станции 8.
Процесс на фигуре 7В выделяет частоты секторам по схеме повторного использования сети. Процесс запускается на стадии S80, на которой выбирается любой из секторов. Это определяется из распределения частот перехода, связанных с этим сектором, частота которого отличается от частот перехода смежных секторов на основании того, что частота, которая будет выделена сектору, должна отличаться от частот смежных секторов, потому что это диктуется схема повторного использования. Например, все возможные частоты, выделенные базовой станции 8, могут быть проверены, чтобы найти комбинацию, в которой выделенные частоты привели бы к минимальному числу передач на одной и той же частоте. Это гарантирует то, что никакие два сектора в базовой станции 8 не будут работать на одной и той же частоте. Этот процесс повторяется для всех секторов на стадиях S88 и S90 до тех пор, пока не будут выделены частоты всем секторам (S92). Тестовый процессор может управлять частотами местных гетеродинов приемопередатчиков сигнальных процессоров 6.
Как только соединение антенн с сигнальными процессорами станет известным, в одном примере воплощения тестовый процессор 6 отображает на дисплее 61 карту соединений. Этот дисплей может представить функцию управления программным обеспечением в центре управления сетью, в котором сотовая сеть может управляться оператором или программной функцией управления. В одном примере оператор может использовать указанную карту, чтобы выполнить любые изменения, которые потребуются для соединений. Например, оператор или программа могут оценить соединения как неправильные и, таким образом, повторно подсоединить антенны к сигнальным процессорам. В другом примере сигнальные процессоры 4 настраиваются индивидуально. Таким образом, как будет объяснено ниже со ссылкой на фигуры 6 и 7, могут быть установлены частоты сигнальных процессоров 4.
Обнаружение нарушений
Информация, доступная в конце процесса, отображенного на фигурах 3А и 3В, включает сигналы средней силы, принятые сигнальными процессорами, и сравнение величин силы этих сигналов. Эта информация может использоваться для определения, какие сигнальные процессоры соединены с разнесенной парой. Эта информация, например, может использоваться для обнаружения нарушений, например, если порт не может быть соединен ни с каким другим портом, потому что средняя сила сигнала этого порта не соответствует никакой другой силе сигнала в предопределенных пределах из-за неисправности. Неисправность может быть отказом соединения, например может быть неправильно соединен кабель. Тестовый процессор 6 может использоваться, чтобы вывести аварийный сигнал на экран дисплея 61, идентифицируя порт, связанный с условием аварийного сигнала.
Как будет описано ниже более подробно, некоторые базовые станции могут иметь другие конструкции антенн, и сравнение сигналов средней силы может использоваться для определения смежных антенн, обнаружения нарушений, например ошибок наведения луча, обнаружения разницы в диаграммах направленности излучения и обнаружения неисправностей в радиочастотных компонентах. Эти компоненты могут включать устройства, формирующие радиолучи в сети, такие как антенная решетка с возбуждением от диаграммообразующей матрицы, используемая для формирования радиолучей многоэлементной антенны.
Рассмотрим фигуру 8, которая схематично отображает базовую станцию, имеющую три сектора, каждый из которых включает одну разнесенную пару. Границы секторов обозначены стрелками Ср. Каждая разнесенная пара формирует диаграмму направленности или луч 12, который перекрывает два соседних луча 12а и 12b. Лучи пересекаются в точках, которые лежат на границах Ср между секторами. Базовая станция фигуры 8 работает по протоколу множественного доступа с пространственным разделением каналов (SDMA). Пару лучей 12 можно считать смежной, если найдено, что пользовательские мобильные телефоны должны вести передачу от одного сектора до смежного сектора. Альтернативно, чтобы сформировать пиковый тестовый сигнал, оператор может физически выровнять тестовый пользовательский терминал с границей между двумя секторами. Альтернативно, тестовый сигнал может быть обнаружен как пиковый, если он принимается с равной средней силой сигнала в этих четырех сигнальных процессорах, соединенных с двумя смежными парами разнесенных антенн.
Используя тестовые сигналы в точках перегиба, можно сформировать распределение, чтобы показать изменение в средней силе сигнала, принятого четырьмя сигнальными процессорами от разнесенных пар смежных секторов. Это распределение может использоваться, чтобы обнаружить различия в диаграммах направленности излучения антенн и потенциальные нарушения при формировании луча. Определив, что пара сигнальных процессоров соединена с парой разнесенных антенн, сравнение сигналов средней силы, принятых в пике этими двумя сигнальными процессорами, может использоваться, чтобы обнаружить потенциальные ошибки в наведении луча пар разнесенных антенн. Если антенны будут неправильно установлены (т.е. имеет место ошибка в наведении луча), то сигналы средней силы будут отличаться.
Подобный метод может также использоваться, чтобы обнаружить различия в принятом сигнале между многочисленными антеннами, покрывающими один и тот же сектор. Если средняя сила сигнала одного канала ниже уровня сигналов средней силы другого канала, это может указывать на нарушение в радиочастотных соединениях, низкое усиление усилителя или неправильное соединение с антенной. Если один порт примет более сильный сигнал чем соответствующая пара при передаче к одному сектору, и если разница в силе сигнала будет обратной при передаче к другому сектору, то это, вероятно, укажет на разницу в направлении наведения. В случае, когда антенна является одним блоком с двойной поляризацией, физические направления равны. Различия в величинах относительной силы сигналов в точках перегиба передачи могут, следовательно, указывать на нарушение в антенне, так что нужная диаграмма направленности практически не формируется.
Средняя сила сигнала
Используемый здесь термин ″средняя сила сигнала″ также упоминается как ″мощность″. Сила сигнала усредняется в течение времени, выбранного сетевым оператором. Пары разнесенных антенн имеют различную поляризацию, но поляризация сигнала тестового источника будет изменяться в зависимости от времени из-за многократных отражений и множества различных путей прохождения сигнала. Усредняя силу сигнала из одного источника в течение определенного периода времени, антенны разнесенных пар принимают сигналы равной мощности. Сигналы средней силы сравниваются и считаются равными, если они находятся в пределах установленного допуска.
Чтобы обеспечить тестовые измерения с тем, чтобы пары антенн могли быть определены для каждого из секторов, могут потребоваться многочисленные положения мобильного тестового устройства, как это было обсуждено со ссылкой на фигуру 3С.
Другие примеры воплощения
Вышеописанные примеры воплощения должны пониматься как иллюстративные варианты изобретения. Предусматриваются и дополнительные примеры воплощения изобретения.
Пара приемопередатчиков совместно использует местный гетеродин.
Обратимся теперь к фигуре 9. Базовая станция фигуры 9 имеет приемопередатчики, расположенные парами 10, 12, 14, чтобы они могли быть соединены с соответствующими парами разнесенных антенн. Каждая пара приемопередатчиков 10, 12, 14 совместно использует один и тот же местный гетеродин и, таким образом, пары приемопередатчиков должны быть соединены с одной и той же парой разнесенных антенн. Пары настраиваются индивидуально под управлением процессора управления 16.
Переключатель 8 служит для соединения любого из портов Р1-Р6 с любым из вводов 111-132 приемопередатчиков. Переключатель 8 должен быть малошумящим и не вносить искажения или затухания в принимаемые сигналы. Предположим, что антенны соединены с портами Р1-Р6 тем же случайным образом, как это показано на фигуре 2. Однако в примере фигуры 9 пара разнесенных антенн, например, А11, А12 должна быть соединена с соответствующей парой приемопередатчиков 10, как показано на фигуре 9, пример, как А11, А12. Хотя на фигуре 9 пары сигнальных процессоров 10, 12, 20 и 14 соединены с разнесенными парами A1, A2 и A3, они могут быть соединены в другом порядке, потому что пары настраиваются под управлением процессора 16.
Рабочие частоты приемопередатчиков настраиваются процессором управления 6. Соединения портов с парами приемопередатчиков могут быть выполнены, используя процесс фигуры 3, в котором первоначально все приемопередатчики работают на одной и той же частоте. Предположим, что переключатель соединяет порты с приемопередатчиками в произвольном порядке. Процесс фигуры 3 идентифицирует пары антенн и соответствующих приемопередатчиков, с которыми они соединены. Эта информация используется, чтобы установить конфигурацию переключателя, который затем может быть реконфигурирован, чтобы правильно подключать антенны к парам приемопередатчиков. В другом примере воплощения, где приемопередатчики настраиваются независимо, например, в парах, совместно использующих общий местный гетеродин (как на фигуре 9), но где аппаратные средства расположены, как показано на фигуре 2 (т.е. без переключателя 8 между антеннами и приемопередатчиками), вместо алгоритма фигуры 3 может использоваться описанный выше алгоритм базовой станции, первоначально работающей на единственной частоте для определения пар антенн на основе кабельных соединений. Если будет найдено, что пары соединены так, что два канала приемопередатчика должны работать с различными частотами, формируется аварийный сигнал, который передается в центр управления сетью. Базовая станция может продолжать работать с одним входом антенны на сектор на тех секторах, для которых неправильно соединены кабели.
Идентификация антенн одинаковой поляризации (фигуры 10, 11 и 12)
Как показано на фигуре 10, имеется один сектор базовой станции, которая может иметь, по меньшей мере, еще один сектор. Показанный сектор работает как сектор MIMO. Он имеет две пары антенн АР11 и AP12, которые разнесены друг от друга. Каждая пара антенн имеет две антенны ортогональной поляризации РА и РВ, например вертикальную и горизонтальную поляризацию или на +45 и -45 градусов. Эти четыре антенны подключены четырьмя кабелями к четырем портам Р1А, Р1В, Р2А и Р2 В соответственно. Порты являются портами приемопередатчиков 4, которые связаны с модемом 5, как показано, например, на фигуре 2. Модем выдает сигналы RSSI и указывает на силу сигналов, принятых через соответствующие порты. Тестовый процессор 6 принимает сигналы RSSI и обрабатывает их.
Соединения портов парами с антеннами и наведение антенн могут быть определены, измеряя среднюю силу сигналов RSSI и обрабатывая данные, как обсуждено выше со ссылкой на фигуру 3, например.
При работе MIMO используется пространственное разделение антенн и различные поляризации, чтобы обеспечить различные многоэлементные каналы распространения. В этом случае достаточно определить, какие антенны покрывают один и тот же сектор, но нет необходимости отличить, какие антенны пространственно разделяются или использовать различную поляризацию. Однако для пространственного мультиплексирования, адаптивного формирования луча или других методик, в которых формируется диаграмма излучения, ряд цифровых весов может быть применен к многочисленным каналам антенны на сектор. В этом случае предполагается, что входы антенны, соответствующие общей поляризации, соединены соседними элементами решетки, такими как многочисленные смежные столбцы, необходимо выявить все антенны в секторе, которые имеют одинаковую поляризацию, если она заранее не известна. Для этого вместо измерения средней силы сигналов RSSI тестового источника в данном примере воплощения изобретения измеряют изменение в сигналах RSSI в каждом из портов и определяют, какие антенны имеют одну и ту же поляризация, определяя, какие из сигналов коррелируются.
Как показано на фигуре 11, только в одном секторе, показанном на фигуре 10, стадия S152 выбирает порт, который не связан ни с каким другим портом, чтобы определить поляризацию. На стадии S154 этот порт коммутируется для двухсторонней связи с любым мобильным телефоном вблизи базовой станции. На стадии S156 устанавливается двухсторонний трафик с мобильным телефоном: эта операция включает идентификацию мобильного телефона. На стадии S158 все другие порты в одном секторе переключаются в режим приема только на одной рабочей частоте. Все порты работают на прием с мобильного телефона в течение времени, когда первоначально выбранный порт остается активным в режиме двухсторонней связи с мобильным телефоном. На стадии S160 неусредненный сигнал RSSI, принимаемый с идентифицированного мобильного телефона (игнорируя любой сигнал, принятый с любых других мобильных телефонов, которые могут работать в режиме передачи), измеряется в течение отрезка времени (называемого окном) и сохраняется вместе с идентификационными данными порта. Неусредненный сигнал RSSI изменятся за этот период при нормальной работе. Затем на стадии S162 выполняется процесс фигуры 12 для определения ряда портов, имеющих самые высокие коррелированные изменения в RSSI по окну. Идентифицированный набор может быть активирован на стадии S168, чтобы быть полностью рабочим.
Если поляризация портов (стадия S164) не была найдена с необходимым доверительным коэффициентом, выбирается следующий порт и стадии S152 и S162 повторяются снова на одной рабочей частоте, возможно с другим идентифицированным мобильным телефоном.
Для простоты описания стадии S154 и S158 показаны как отдельные последовательные стадии, но они могут выполняться и одновременно.
Как показано на фигуре 12, используя ID порта и изменения силы сигналов, формируемых в процессе фигуры 11, на стадии S120 все порты одного сектора первоначально маркируются как не выбранные. В этом процессе предполагается, что порты были уже выделены сектору, и что процесс применяется к сектору, который соответствует расположению мобильного тестового устройства (т.е. мобильное тестовое устройство имеет самый сильный средний сигнал RSSI в секторе, к которому применяется данный алгоритм). На стадиях S122 и S124 предполагается, что порты N выделены сектору, и что порты N/2 соединены с каждой их двух поляризаций. На стадии S120 между портами N формируется корреляционная матрица, приводящая к верхней диагональной матрице N×N (главная диагональ исключена). На стадии S122 используемый алгоритм формирует все возможные перестановки двух поляризаций портов N. На стадии S124 суммируются корреляции между всеми соединениями в пределах обоих наборов портов N/2. На стадии S126 определяется перестановка с самой высокой суммой этих корреляций, и эта перестановка затем рекомендуется как выделение портов к поляризации. Сумма корреляций используется в качестве доверительного коэффициента при определении надежности назначения порта.
Вышеупомянутое описание предполагает, что коррелированные изменения в силе сигнала будут использоваться, чтобы определить порты одинаковой поляризации. Однако также может использоваться модуль сложной корреляционной функции, где сравниваются выборки комплексного сигнала.
После выделения портов по этим двум поляризациям, как описано выше, можно начать процесс для определения смежных пар портов на общей поляризации. Как можно ожидать, корреляция будет самой высокой между портами, соединенными со смежными парами элементов антенны, и будет уменьшаться по мере увеличения расстояния между элементами антенны.
Направления при наведении луча
Идентификация мобильных телефонов может быть известна базовой станции, и приблизительное местонахождение мобильного телефона в ячейке может быть определено триангуляцией, используя известные координаты базовой станции и смежной базовой станции, и параметры опережения, которые указывают на приблизительное расстояние мобильного телефона из смежных базовых станций. Отслеживая идентифицированные мобильные телефоны, может быть сформирована информация для определения диапазона курсовых углов каждой пары лучей базовой станции для определения охвата пар лучей и последовательность пар лучей вокруг базовой станции.
Лучи и антенны
Термин "антенна" относится к физической антенне традиционно с одной поляризацией или с одной или двумя или ортогональными поляризациями и с одним или двумя радиочастотными соединительными входами или портами. Антенной также может быть корпус, в котором расположено несколько радиоизлучающих элементов. Антенна также может быть в виде массива излучающих элементов, объединенных в формирующую луч схему, в котором единственная излучающая апертура формирует многоэлементные лучи. Лучи также могут быть формированы, используя цифровую или радиочастотную фазу и амплитуду, применяемые к сигналам в каждом порту приемопередатчика или модема. В этом случае, сигналы, полученные из антенного сектора, выбираются по соответствующей фазе и амплитуде, а не выбором физического соединителя RF 15. Как обсуждено выше, антенна может содержать массив излучающих элементов. Антенна может включать формирующие луч сетки, такие как антенная решетка с возбуждением от диаграммообразующей матрицы, используемые для формирования многоэлементных лучей от единственной антенны, содержащей такие формирователи луча.
Базовая станция и секторы
Базовая станция может иметь больше трех секторов. Секторы могут иметь неравные углы в азимуте.
Каждый сектор может быть основан на технологии передачи данных с помощью N антенн и их приема М антеннами (MIMO), как описано выше, но возможны и другие структуры. Единственный всенаправленный передатчик может иметь всенаправленные приемники, охватывающие различные секторы, известные как MISO (многократный вход, одиночный выход). В настоящем изобретении могут использоваться все другие известные устройства этого типа.
Может быть установлено больше двух пар каналов антенны на сектор. Также могут быть установлены многоэлементные антенны, чтобы обеспечить множество несущих частот для одного сектора, при этом каждая частота используется с независимой антенной. Целью этого является не разнесение, а обеспечение сигнала, передаваемого без устройства уплотнения.
Источник тестового сигнала
Источник тестового сигнала может быть мобильным тестовым устройством, тестовым пользовательским терминалом, другой соседней базовой станцией, мобильным телефоном пользователя или другим пользовательским терминалом.
Пользовательский терминал
Пользовательский терминал может быть мобильным телефоном или другим электронным устройством связи, работающим в сети.
Тестовый процессор и компьютерная программа
Тестовый процессор фигуры 2 или 4 был описан как процессор 6, отличный от другого оборудования базовой станции. Этот процессор может быть подходящим программируемым процессором, содержащим программное обеспечение, пригодное для осуществления изобретения. Базовая станция может содержать подходящий процессор как часть ее обычного оборудования. Такой процессор может быть запрограммирован, чтобы выполнить описанные выше способы в соответствии с изобретением.
Изобретение также обеспечивает компьютерную программу, которая когда она выполняется на подходящем процессоре, осуществляет способ по настоящему изобретению. Компьютерная программа может быть перенесена несущей, например сигналом, или сохранена на любом подходящем считываемом компьютером носителе, включая жесткий диск, оптический диск, магнитный оптический диск, ленту, электронное запоминающее устройство, такое как флэш-память или любая другая подходящая память. Компьютерная программа может быть сохранена на сервере компьютерной сети и загружена на базовую станцию, например, через сеть.
Следует понимать, что любой признак, описанный в связи с любым примером воплощения изобретения, может быть использован как единственный признак или в комбинации с другими описанными здесь признаками и также может использоваться в комбинации с одним или несколькими признаками любых других примеров воплощения или любой их комбинации. Кроме того, эквиваленты и модификации, не описанные выше, также могут быть использованы, не выходя из объема изобретения, которое определяется приложенной формулой изобретения.