DE102004042757B4 - Model based time slot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic - Google Patents
Model based time slot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic Download PDFInfo
- Publication number
- DE102004042757B4 DE102004042757B4 DE102004042757A DE102004042757A DE102004042757B4 DE 102004042757 B4 DE102004042757 B4 DE 102004042757B4 DE 102004042757 A DE102004042757 A DE 102004042757A DE 102004042757 A DE102004042757 A DE 102004042757A DE 102004042757 B4 DE102004042757 B4 DE 102004042757B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cell
- user
- users
- time slots
- selectable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
- H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
- H04W16/10—Dynamic resource partitioning
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/04—Wireless resource allocation
- H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
- H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
- H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
- H04W72/541—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria using the level of interference
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Verfahren
zur Zuweisung von Zeitschlitzen zu Uplink und Downlink, sowie zur
Zuweisung von Nutzern zu Zeitschlitzen zur Durchsatzoptimierung
in einem zellularen Netz, bestehend aus einer Mehrzahl von Zellen,
von denen jede eine Basisstation und damit kommunizierende Mobilstationen
umfasst, mit unterschiedlich asymmetrischem Multimediaverkehr und
Zeit-Multiplexing, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuweisungen
durch eine modellbasierte Steuerung ermittelt werden, welche die folgenden
Schritte umfasst:
• Berechnung
eines im Bereich zwischen 0 und 1 liegenden Risikoindikators für jeden
Nutzer als ein Maß für das Risiko, dass
ein Nutzer ein Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnis unterhalb von wählbaren
ersten Schwellwerten aufweist, bzw. dass ein Nutzer ein Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnis unterhalb
von wählbaren
ersten Schwellwerten bei wenigstens einem weiteren Nutzer verursacht;
• Einteilung
der Nutzer in kritische Nutzer und unkritische Nutzer, wobei ein
kritischer Nutzer einen Risikoindikator oberhalb eines wählbaren
zweiten Schwellwerts aufweist, während
ein unkritischer Nutzer einen Risikoindikator unterhalb des wählbaren
zweiten Schwellwerts aufweist;
• Parametrisierung von Schutzbändern, wobei...A method of allocating time slots to uplink and downlink, and assigning users to time slots for throughput optimization in a cellular network consisting of a plurality of cells, each comprising a base station and mobile stations communicating therewith, with different asymmetric multimedia traffic and time multiplexing , characterized in that the assignments are determined by a model-based control comprising the following steps:
• Calculating a risk indicator ranging between 0 and 1 for each user as a measure of the risk that a user will have a carrier-to-interference power ratio below selectable first thresholds or that a user will be a carrier-to-interference Power ratio below selectable first thresholds in at least one other user causes;
Division of users into critical users and non-critical users, where a critical user has a risk indicator above a selectable second threshold, while an uncritical user has a risk indicator below the selectable second threshold;
• Parameterization of protective tapes, where ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Mobilkommunikation unter Verwendung von Zeitmultiplexing. Sie betrifft insbesondere ein modellbasiertes Zeitschlitz-Zuweisungsverfahren zur Durchsatz-Optimierung in zellularen Netzen mit unterschiedlich asymmetrischem Multimediaverkehr.The The present invention relates generally to the field of mobile communications using time division multiplexing. It concerns in particular a model-based timeslot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic.
Betrachtet wird ein zellulares Netzwerk bestehend aus einer Mehrzahl von Zellen, von denen jede eine Basisstation und damit kommunizierende Mobilstationen umfasst.considered becomes a cellular network consisting of a plurality of cells, each of which is a base station and mobile stations communicating therewith includes.
Ziel eines Netzwerkbetreibers ist es, den Durchsatz zu maximieren, wobei gleichzeitig den Dienstbedürfnissen der Teilnehmer in optimaler Weise genügt sein soll. Diese unterscheiden sich unter anderem in Bezug auf die nachgefragten Datenraten und "Uplink/Downlink"-Verhältnisse. Dabei versteht man unter Uplink (UL) die Kommunikation von einer Mobilstation in Richtung Basisstation, und unter Downlink (DL) die Kommunikation von einer Basisstation zu einer Mobilstation. In Netzwerken, welche lediglich Sprachdienste unterstützen, beträgt das Uplink/Downlink-Verhältnis 1. Jedoch bringt die Verwendung von Datendiensten Asymmetrien zwischen den Uplink- und Downlink-Datenraten mit sich. Zum Beispiel benötigt ein Daten-Download fast nur den Downlink-Kanal. Typische Asymmetriewerte für Uplink:Downlink liegen zwischen 1:4 für niedrigen Multimedia-Datenverkehr, über 1:10 für mittleren Multimedia-Datenverkehr, bis 1:200 für hohen Multimedia-Datenverkehr. Ein System, das seine Ressourcen dieser Situation anpassen kann, hat das Potential, eine höhere spektrale Effizienz zu erreichen.aim A network operator is to maximize throughput, with at the same time the service needs the participant should be optimally satisfied. These differ Among other things, in terms of the demanded data rates and "uplink / downlink" ratios. In this case, the uplink (UL) is understood to mean the communication of one Mobile station towards base station, and downlink (DL) the Communication from a base station to a mobile station. In networks, which support only voice services, the uplink / downlink ratio is 1. However, the use of data services involves asymmetries the uplink and downlink data rates. For example, one requires Data download almost only the downlink channel. Typical asymmetry values for uplink: downlink are between 1: 4 for low multimedia traffic, over 1:10 for medium multimedia traffic, to 1: 200 for high multimedia traffic. A system that can adapt its resources to this situation has the potential to have a higher spectral Achieve efficiency.
So spannt z. B. ein UTRA (Universal Terrestrial Radio Access)-TDD (Time Division Duplex)-System den Funkraum in zwei Dimensionen auf: Spreizcodes und Zeitschlitze. Im Gegensatz zu Funksystemen, welche nur Spreizcodes verwenden, hat dies den Vorteil, dass Zeitschlitze dem Uplink- oder Downlink-Verkehr bedarfsabhängig zugewiesen werden können.So z. As a UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) -TDD (Time Division Duplex) -System the radio room in two dimensions: spreading codes and time slots. Unlike radio systems, which only spread codes Use this has the advantage that timeslots the uplink or Downlink traffic depending on demand can be assigned.
Derzeit wird eine UTRA-TDD-Variante entwickelt, die den Funkrahmen in 15 Zeitschlitze unterteilt, sowie eine weitere Variante, welche den Funkrahmen in 7 Zeitschlitze (TD-SCDMA) unterteilt. Im Folgenden sind alle konkreten Berechnungen auf Basis der ersten Variante erfolgt. Es liegt jedoch keine grundsätzliche Änderung vor, wenn die Ergebnisse auf die 7-Zeitschlitz-Variante oder eine beliebige andere Anzahl von Zeitschlitzen übertragen werden. Der einzige Unterschied liegt darin, dass die erste Variante eine feinere Granularität hat und deshalb genauer an Verkehrsasymmetrien angepasst werden kann.Currently a UTRA-TDD variant is developed, which corresponds to the radio frames in 15 Timeslots divided, as well as another variant, which the Radio frames are divided into 7 time slots (TD-SCDMA). Hereinafter All concrete calculations have been made on the basis of the first variant. However, there is no fundamental change before, if the results on the 7-time slot variant or any transmit different number of timeslots become. The only difference is that the first variant has a finer granularity and therefore more accurately adapted to traffic asymmetries.
Verkehrsasymmetrien tauchen im Netzwerk als Nutzeranfragen auf. Es liegt an dem System zu entscheiden, in welchem Umfang und mit welchen Antwortzeiten es diesen Anfragen genügen kann. Grundsätzlich kann die Zuweisung von Zeitschlitzen zur Uplink- und Downlink-Richtung willkürlich innerhalb eines Zeitrahmens, (welcher 15 Schlitze, nummeriert von 0 bis 14, enthält) sein. Das Ende eines Zeitschlitzes, nach dem das System von einem Uplink zu einem Downlink wechselt, oder umgekehrt, wird als Schaltpunkt bezeichnet. Wenn die Schlitze nicht gruppiert sind, gibt es mehr als einen Schaltpunkt. Andernfalls hat man ein Einzelschaltpunktszenario. Für ein Einzelschaltpunktszenario soll ohne Einschränkung der Allgemeinheit die Uplink-Phase der Downlink-Phase in jedem Rahmen vorangehen, und somit hat jede Zelle einen Schaltpunkt, der durch das geordnete Paar (Anzahl von Uplink-Slots, Anzahl von Downlink-Slots) gekennzeichnet ist, wobei die zweite Zahl redundant ist, jedoch der Klarheit wegen angegeben wird:traffic asymmetries appear in the network as user requests. It's up to the system to decide to what extent and with what response times it meets these requests can. in principle can be the allocation of time slots to the uplink and downlink direction arbitrarily within a time frame, (which is 15 slots numbered by 0 to 14, contains) be. The end of a time slot, after which the system of one Uplink to a downlink changes, or vice versa, is used as a switching point designated. If the slots are not grouped, there is more as a switching point. Otherwise one has a single switchpoint scenario. For a Single switchpoint scenario is intended to be the uplink phase without restriction of generality precede the downlink phase in each frame, and thus each has Cell a switching point, which by the ordered pair (number of Uplink slots, number of downlink slots), the second number is redundant, but for the sake of clarity:
Die Zuweisung von Zeitschlitzen zu Übertragungsrichtungen (Belegung eines Kommunikationsrahmens mit Uplink- und Downlink-Richtung) kann in dreierlei Weise kontrolliert werden: Die erste Möglichkeit besteht darin, überhaupt keine Kontrolle auszuüben und jeden Zeitrahmen in einer symmetrischen SPi = (7,8) Aufteilung für das ganze Zellsystem zu belassen. Oder es wird ein Vorteil aus dem "adaptiven Schaltpunkt" von UTRA-TDD gezogen, welches zwei Varianten aufweist: Entweder das gesamte System bewegt die Belegung seiner Rahmen synchron, wenn die gesamte UL- zu DL-Bedarfsasymmetrie eine solche Bewegung wünschenswert macht (Synchronous Asymmetric Switching Point, oder SASP), das heißt, SPi = SP ist konstant für das gesamte System, welches deswegen einen Parameter aufweist, der frei ist, der Verkehrsasymmetrie angepasst zu werden, nämlich der Zahl von Uplink-Zeitschlitzen. Oder aber, drittens: Jede Zelle kann autonom die Uplink (UL)- und Downlink (DL)-Belegung (Asynchronous Asymmetric Switching Point oder AASP) verschieben, das heißt, die Belegung ist gegebenenfalls für jede Zelle verschieden. So ist "Asymmetrie" pro Zelle definiert, während "Asynchronizität" nur für mindestens zwei benachbarte Zellen definiert ist, welche eine Autonomie im Festlegen der UL/DL-Belegung zeigen. Hierdurch gewinnt das System Flexibilität, auf lokal variierende, angefragte UL/DL-Datenverhältnisse zu reagieren. Gleichzeitig muss die Zuwei sung von Ressourcen so sein, dass ein gewünschtes Gesamtsystemverhalten aufrecht erhalten ist. Das Schaffen von zusätzlichen Ressourcen (Kanäle), um dem Bedarf bei starker Nutzung mittels einer Schaltpunktverschiebung zu genügen, öffnet die Möglichkeit, einen höheren Durchsatz zu erzielen, solange die Asynchronizität keine Zunahme von Interferenz auf dem Kanal bewirkt, welche so groß ist, dass der Gewinn aus ASP wieder zunichte gemacht wird.The allocation of time slots to transmission directions (occupancy of a communication frame with uplink and downlink direction) can be controlled in three ways: The first possibility is to exercise no control at all and each time frame in a symmetric SP i = (7,8) division for the whole cell system. Or an advantage is drawn from the "adaptive switching point" of UTRA-TDD, which has two variants: Either the entire system moves the occupation of its frames synchronously, if the total UL to DL demand asymmetry makes such a movement desirable (Synchronous Asymmetric Switching point, or SASP), that is, SP i = SP is constant for the entire system, which therefore has a parameter free to be adapted to the traffic asymmetry, namely the number of uplink time slots. Or, thirdly, each cell can autonomously move the uplink (UL) and downlink (DL) assignment (Asynchronous Asymmetric Switching Point or AASP), that is, the assignment may be different for each cell. Thus, "asymmetry" is defined per cell, while "asynchronicity" is defined only for at least two adjacent cells, which show autonomy in determining the UL / DL occupancy. This gives the system flexibility to respond to locally varying, requested UL / DL data relationships. At the same time, the allocation of resources must be such that a desired overall system behavior is maintained. The provision of additional resources (channels) to meet the heavy use demand by means of a switching point shift opens the possibility of achieving higher throughput as long as the asynchronicity does not cause an increase in interference on the channel which is so large that the Profit from ASP is nullified again.
In einem Multi-Zellennetzwerk mit benachbarten Zellen mit UL/DL-Synchronizität gibt es zwei Arten von Interferenzen: Jene, welche an den mobilen Stationen auftreten und durch benachbarte Basisstationen verursacht sind, und jene, welche an den Basisstationen auftreten und durch mobile Stationen, sowohl in der gleichen Zelle (Intrazell-Interferenz) als auch in benachbarten Zellen (Interzell-Interferenz) verursacht werden. Ein asynchroner Schaltpunkt führt zu zwei neuen Typen von Interferenzen: Cross-Mobile-Interferenz und Cross-Base-Interferenz. Beides sind Interferenzen der "gleichen Entität" und entstehen aufgrund der Tatsache, dass wenn der gleiche Zeitschlitz in einer Zelle dem Uplink zugewiesen wird und dem Downlink in einer anderen, eine Empfangsstation die benachbarten übertragenden Stationen "hören" kann. Dies ist besonders problematisch, wenn sich beide in direkter Nähe zu den jeweiligen Zellgrenzen befinden.In There is a multi-cell network with adjacent cells with UL / DL synchronicity two types of interference: those at the mobile stations occur and are caused by neighboring base stations, and those that occur at the base stations and by mobile Stations, both in the same cell (intracellular interference) as well as in neighboring cells (intercell interference) become. An asynchronous switch point results in two new types of Interference: cross-mobile interference and cross-base interference. Both are interferences of the "same Entity "and arise due to the fact that if the same timeslot in a cell the Uplink is assigned and the downlink in another, a receiving station the neighboring transferring ones Stations can "hear". This is special problematic if both are in close proximity to the respective cell boundaries are located.
Es erfolgt nun eine Bewertung von Schaltpunkt-Kontrollstrategien. Der TDD-Modus weist synchronisierte Rahmen auf. MS1 und MS2 bezeichnen mobile Stationen in Zelle1 bzw. Zelle2, und BS1 und BS2 bezeichnen die zugehörigen Basisstationen. Ein Zeitschlitz wird im Weiteren durch den jeweiligen Funktionsmodus der beiden Nachbarn als U1U2, D1U2 oder D1D2 gekennzeichnet, wobei U für Uplink steht und D für Downlink. Für jedes Paar von Nachbarn liegt ein Zeitrahmen aus drei verschiedenen Zeitintervallen vor, welche durch die Zahl von Zeitschlitzs mit stationärer Übertragungsrichtung bezeichnet sind:
- • Zahl von Zeitschlitzen im Intervall, wo beide Zellen im Uplink funktionieren,
- • Zahl von Zeitschlitzen im Intervall, wo Zelle1 im Uplink funktioniert und Zelle1 im Downlink funktioniert,
- • Zahl von Zeitschlitzen im Intervall, wo beide Zellen im Downlink funktionieren.
- • Number of time slots in the interval where both cells work in the uplink,
- • Number of time slots in the interval where cell 1 works in uplink and cell 1 works in downlink
- • Number of time slots in the interval where both cells work in the downlink.
Somit ist eine genaue Charakterisierung der relativen Schaltpunktsituation bei jeder Zwei-Zell-Interaktion.Thus is a precise characterization of the relative switching point situation in every two-cell interaction.
Im Folgenden werden die eingangs dargelegten, drei Schaltpunkt-Kontrollstrategien für das TDD-System verglichen. Die folgenden Verkehrssituationen werden beispielhaft bewertet:
- 1. Die Verkehrsanfragen sind symmetrisch, was typisch für Sprachdienste ist (7:8 für einen Rahmen von 15 Schlitzen). Es gibt keine signifikanten Variationen in der Verkehrsdichte und keine UL/DL-Asymmetrie über den gesamten Netzwerkbereich.
- 2. Die Verkehrsanfragen sind UL/DL-aymmetrisch mit einem Verhältnis von 1:4, was ein typischer Wert für das Surfen im Internet ist. Diese Asymmetrie ist an allen Stellen des gesamten Netzwerkbereichs gleich.
- 3. Die Verkehrsanfragen sind UL/DL-asymmetrisch mit einem Verhältnis von 1:4 in einem Teil der Zellen und symmetrisch mit einem Verhältnis von 7:8 im Rest des Netzwerks (räumlich inhomogener Verkehr).
- 1. The traffic requests are symmetrical, which is typical for voice services (7: 8 for a frame of 15 slots). There are no significant variations in traffic density and no UL / DL asymmetry over the entire network range.
- 2. The traffic requests are UL / DL-Aymmetric with a ratio of 1: 4, which is a typical value for surfing the internet. This asymmetry is the same throughout the network area.
- 3. The traffic requests are UL / DL asymmetric with a ratio of 1: 4 in one part of the cells and symmetric with a 7: 8 ratio in the rest of the network (spatially inhomogeneous traffic).
Das Netzwerk kann nun mit verschiedenen Schaltpunkt-Kontrollstrategien auf diese verschiedenen Verkehrssituationen reagieren.
- 1. Das Schalten ist auf ein UL/DL-Verhältnis von 7:8 (symmetrisch) festgelegt.
- 2. Die Schaltpunkte werden global auf eine Asymmetrie eingestellt, welche auf die Verkehrsanfragen aller Zellen optimiert ist.
- 3. Die Schaltpunkte werden den Verkehrsanfragen lokal angepasst. Diese Kontrollstrategie impliziert das Auftreten von neuen Interferenztypen (Cross-Mobile, Cross-Base).
- 1. The switching is set to a UL / DL ratio of 7: 8 (symmetrical).
- 2. The switching points are set globally to an asymmetry that is optimized for the traffic requests of all cells.
- 3. The switching points are adapted to the traffic requests locally. This control strategy implies the appearance of new types of interference (cross-mobile, cross-base).
In Tabelle (I) sind der erreichbare Durchsatzgewinn und zugehörige Berechnungsaufwand als eine Funktion des Verkehrs für eine Volllastsituation bewertet. Der 100 Prozent-Bezugswert ist hierbei der symmetrische Anfrage/symmetrische Schaltpunkt-Fall.In Table (I) is the achievable throughput gain and associated computational effort as a function of traffic for evaluated a full load situation. The 100 percent reference value is here the symmetric request / symmetric switching point case.
TABELLE I SYSTEMDURCHSATZ UND KOMPLEXITÄT (KLEIN S, MITTEL M) FÜR VERSCHIEDENE VERKEHRS- UND SCHALTPUNKT-SZENARIOS. TABLE I SYSTEM THROUGHPUT AND COMPLEXITY (SMALL S, MEDIUM M) FOR VARIOUS TRAFFIC AND SWITCH POINT SCENARIOS.
Hierbei ergibt sich der Reihe nach das Folgende:
- 1. Für symmetrische Verkehrsanfragen (7:8) erzielt man eine 100 %-Last des Systems, wenn der Schaltpunkt auch exakt auf dieses Verhältnis eingestellt wird. Dies zu implementieren, bedarf keiner besonderen Anstrengung. Eine globa le Mittelung beträgt in diesem Fall das Gleiche. Per Definition gibt es keine lokalen Unterschiede.
- 2. Wenn der Verkehr überall eine 1:4-Asymmetrie aufweist, gibt es für 8 DL-Slots zwei zugehörige Uplink-Slots. Wird jedoch die 7:8-Aufteilung beibehalten, so bleiben fünf Uplink-Slots frei, was bedeutet, dass das System lediglich zu 2/3 ausgelastet ist, d. h. ein resultierender Durchsatz von 66,6 %. Wenn andererseits die Belegung so geändert wird, dass diese Asymmetrie in der Nutzeranfrage (was drei Uplink- und 12 Downlink-Schlitze bedeutet) erfüllt ist, kann das System wiederum voll ausgelastet werden. Dementsprechend beträgt der Gewinn in diesem Fall +33 % des maximalen Durchsatzes oder 50 % in Bezug auf die Situation, wo eine symmetrische Aufteilung belassen wird. Die Anstrengungen bei der Implementierung bestehen darin, die vom Nutzer angefragte UL/DL-Asymmetrie aus allen Basisstationen, möglicherweise bei einem RNC (Radio Network Controller), zu sammeln und die Belegung diesem Wert anzupassen. In dieser Situation gibt es auch keine lokalen Unterschiede.
- 3. Die stärker herausfordernde Situation ist die, wenn die Asymmetrie an verschiedenen Stellen des Netzwerks verschieden ist. Das erste Szenario ist, dass der Verkehr in 2/3 aller Zellen des Netzwerks symmetrisch ist und in 1/3 der Zellen mit 1:4 asymmetrisch ist. Wenn die Gesamtsystem-UL-/DL-Belegung bei 7:8 belassen wird, sieht man sich dem oben genannten 33 %-igem Leistungsabfall in den Zellen mit asymmetrischem Verkehr gegenüber. Die gewichtete Summe der Durchsatzleistungen über dem gesamten Netzwerk ergibt einen Wert von 88,8 % des möglichen Durchsatzes. Die erste Frage ist, ob die Belegung global auf einen Wert eingestellt werden kann, der die Tatsache berücksichtigt, dass der Verkehr des Netzwerks in Teilen hochasymmetrisch ist. Es stellt sich heraus, dass eine 7:8 Belegung auch in diesem Fall das Optimum ist, d. h. besser als jede andere globale Belegung. Nur eine lokal abhängige Belegung kann hier eine Durchsatzerhöhung versprechen.
- 4. Wenn noch mehr Zellen asymmetrisch sind (1/2 und 2/3 aller Zellen), dann ist der erreichbare Durchsatzgewinn noch höher, wenn eine lokal abhängige Belegung verwendet wird.
- 1. For symmetric traffic requests (7: 8) you get a 100% load of the system, if the switching point is set exactly to this ratio. Implementing this requires no special effort. Global averaging is the same in this case. By definition, there are no local differences.
- 2. If the traffic has a 1: 4 asymmetry everywhere, there are two associated uplink slots for 8 DL slots. However, if the 7: 8 split is maintained, then five uplink slots remain free, meaning that the system is only 2/3 full, ie, a resulting throughput of 66.6%. On the other hand, if the occupancy is changed to accommodate this asymmetry in the user request (meaning three uplink and 12 downlink slots), the system may again be fully utilized. Accordingly, the gain in this case is + 33% of the maximum throughput or 50% in relation to the situation where a symmetrical division is left. The implementation effort consists in collecting user-requested UL / DL asymmetry from all base stations, possibly in a Radio Network Controller (RNC), and adjusting the occupancy to that value. In this situation, there are no local differences.
- 3. The more challenging situation is when the asymmetry in different parts of the network is different. The first scenario is that traffic is symmetric in 2/3 of all cells in the network and asymmetric in 1/3 of the cells at 1: 4. Leaving the overall system UL / DL occupancy at 7: 8 compares to the above-mentioned 33% power loss in the asymmetric traffic cells. The weighted sum of throughput across the entire network gives a value of 88.8% of the possible throughput. The first question is whether the occupancy can be globally set to a value that takes into account the fact that the traffic of the network is highly asymmetric in parts. It turns out that a 7: 8 occupancy is the optimum in this case as well, ie better than any other global occupancy. Only a locally dependent occupancy can promise an increase in throughput here.
- 4. If more cells are asymmetric (1/2 and 2/3 of all cells), then the achievable throughput gain is even higher if a locally dependent occupancy is used.
Tabelle I, welche den Stand der Technik zusammenfasst, lässt erkennen, dass bei stärkerem asymmetrischen Verkehr der Netzdurchsatz weit von den wünschenswerten 100% entfernt ist und damit Raum für Verbesserung lässt.table I, which summarizes the state of the art, reveals that in stronger asymmetric Traffic the network throughput far from the desirable 100% is and thus room for improvement leaves.
Aus der WO 01/99454 A1 ist ein Verfahren zur dynamischen Ressourcenallokation in einem zellularen System bekannt. Die Allokation wird hierbei durch einen Kompromiss aus Performanz und Konnektivität zwischen den Zellen bestimmt.Out WO 01/99454 A1 is a method for dynamic resource allocation known in a cellular system. The allocation is here through a compromise between performance and connectivity between determined by the cells.
Aus Ravii Jain, Li Fung Chang: "Towards an Asymmetric Air Interface Protocol or Wireless Internet Access", The 8th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1997, "Waves of the Year 2000", PIMRC '97, Publication Date: 1.–4. Sept. 1997, Volume 2, pp 688–692 ist ein asymmetrisches Luftschnittstellenprotokoll für einen drahtlosen Internetzugang bekannt.From Ravii Jain, Li & Fung Chang: "Towards an Asymmetric Air Interface Protocol or Wireless Internet Access", The 8th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1997, "Waves of the Year 2000", PIMRC '97, Publication Date: 1.-4. Sept. 1997, Volume 2, pp 688-692 discloses an asymmetric air interface protocol for wireless Internet access.
Es stellt sich also die Frage, ob eine Durchsatzsteigerung durch asynchrone asymmetrische Schaltpunktsteuerung möglich ist, das heißt, ob es unter Voraussetzung einer AASP (Asynchronous Asymmetric Switching Point)-Funktion eines zellularen Systems, Kontrollmechanismen gibt, welche die resultierende Interferenz auf einem Wert halten, der nicht größer ist als im synchronen Modus. Die Höhe der Interferenz bestimmt mittels des Träger-zu-Interferenz-Leistungsverhältnisses die Qualität einer Übertragung, und damit die Zufriedenheit bzw. Unzufriedenheit der Nutzer. Zur Durchsatzsteigerung ist es erwünscht, Zellen zu erlauben, in einer asynchronen Weise verschiedene Schaltpunkte zu haben, insofern man mit einer geeigneten Kontrollaktion die Gesamtzahl von unzufriedenen Nutzern bei einer Zahl halten kann, die nicht größer ist als im synchronen Fall.It So the question arises whether an increase in throughput through asynchronous asymmetric switching point control is possible, that is, whether it is assuming AASP (Asynchronous Asymmetric Switching Point) function of a cellular system that gives control mechanisms, which hold the resulting interference at a value that is not bigger as in synchronous mode. The height the interference is determined by means of the carrier-to-interference power ratio the quality a transmission, and thus the satisfaction or dissatisfaction of the users. to Increased throughput, it is desirable Allowing cells to switch different switching points in an asynchronous manner in so far as one with a suitable control action the total number of dissatisfied users can stick to a number that is not is larger as in the synchronous case.
Es muss daher die technische Aufgabe gelöst werden, eine Regelvorschrift anzugeben, die auf die steuerbaren Parameter Schaltpunkt-Zuweisung und Zeitschlitz-Zuweisung der Nutzer wirkt und bei einem gegebenen asymmetrischen Verkehr den Gesamtdurchsatz und die Dienstqualität des Netzes optimiert.It Therefore, the technical problem must be solved, a rule specify the controllable parameters switching point assignment and time slot assignment of the user acts and for a given asymmetric traffic the overall throughput and quality of service of the network optimized.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zur Zuweisung von Zeitschlitzen zu Uplink und Down link, sowie zur Zuweisung von Nutzern zu Zeitschlitzen zur Durchsatzoptimierung in einem zellularen Netz, bestehend aus einer Mehrzahl von Zellen, von denen jede eine Basisstation und damit kommunizierende Mobilstationen umfasst, mit unterschiedlich asymmetrischem Multimediaverkehr und Zeit-Multiplexing gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zuweisungen durch eine modellbasierte Steuerung ermittelt werden, welche die folgenden Schritte umfasst:
- • Berechnung eines im Bereich zwischen 0 und 1 liegenden Risikoindikators für jeden Nutzer als ein Maß für das Risiko, dass ein Nutzer ein Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnis unterhalb von wählbaren ersten Schwellwerten aufweist, bzw. dass ein Nutzer ein Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnis unterhalb von wählbaren ersten Schwellwerten bei wenigstens einem weiteren Nutzer verursacht;
- • Einteilung der Nutzer in kritische Nutzer und unkritische Nutzer, wobei ein kritischer Nutzer einen Risikoindikator oberhalb eines wählbaren zweiten Schwellwerts aufweist, während ein unkritischer Nutzer einen Risikoindikator unterhalb des wählbaren zweiten Schwellwerts aufweist;
- • Parametrisierung von Schutzbändern, wobei ein Schutzband einer Zelle den Zellbereich bezeichnet, für welchen der Risikoindikator oberhalb der wählbaren ersten Schwellwerte liegt.
- • Zusammenfassung der Zeitschlitze jeweils einer Übertragungsrichtung (Uplink oder Downlink) zu einem Block, so dass sich ein einziger Schaltpunkt für eine Änderung der Übertragungsrichtung pro Kommunikationsrahmen ergibt und für jede Übertragungsrichtung "sichere" Zeitschlitze vorhanden sind, nämlich solche, in denen der Teil der Zelle für den eine Kontrollaktion optimiert werden soll, mit den nächstliegenden Nachbarn in synchroner Übertragungsrichtung arbeitet;
- • Zuweisung von kritischen Nutzern (Nutzern innerhalb der Schutzbänder) zu sicheren Zeitschlitzen;
- • Ermittlung von optimalen Arbeitspunkten auf einer System-Oberfläche, aufgespannt insbesondere durch die steuerbaren Variablen Uplink/Downlink (UL/DL)-Schaltpunkte, Vektor der Nutzeranzahl in Uplink und Downlink in jeder Zelle und Schutzband-Parametern, umfassend die folgenden Schritte – Modellierung der Nutzer als kontinuierliche räumliche Dichtefunktion; – für jede Wahl eines UL/DL-Schaltpunkts und einer wählbaren Untermenge von Nutzeranzahl-Vektoren: – Berechnung eines Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnisses an jedem Punkt im Raum mittels einer Integration aller Pfadverlust-korrigierten Beiträge aus den Nachbarzellen; – Bestimmung für jede Zelle des Anteils der "unzufriedenen" Nutzer, bei denen das Carrier-zu-Interferenz-Leistungsverhältnis unterhalb der wählbaren ersten Schwellwerte liegt; – Gemeinsame Optimierung der Parameter aller Schutzbänder zur Minimierung des Gesamtanteils der unzufriedenen Nutzer im Netz; – für jede Wahl eines UL/DL-Schaltpunkts: – Ermittlung der maximalen Anzahl von Nutzern, die bei Verwendung der jeweils optimalen Schutzbänder mit einem wählbaren Anteil von unzufriedenen Nutzern bedient werden können; – Ermittlung des mit dieser maximal bedienbaren Nutzerzahl erreichbaren maximalen Netzdurchsatzes für diese Schaltpunktwahl bei einer Datenverkehr-Nachfrage mit vorgegebener Uplink/Downlink-Asymmetrie; – Ermittlung der optimalen Schaltpunkte für jede Zelle und des global maximalen Netzdurchsatzes bei einer Datenverkehr-Nachfrage mit vorgegebener Uplink/Downlink-Asymmetrie.
- • Calculating a risk indicator ranging between 0 and 1 for each user as a measure of the risk that a user will have a carrier-to-interference power ratio below selectable first thresholds or that a user will be a carrier-to-interference Power ratio below selectable first thresholds in at least one other user causes;
- Division of users into critical users and non-critical users, where a critical user has a risk indicator above a selectable second threshold, while an uncritical user has a risk indicator below the selectable second threshold;
- • Parameterization of guard bands, where a guard band of a cell designates the cell range for which the risk indicator lies above the selectable first threshold values.
- • Summary of the time slots in each case one transmission direction (uplink or downlink) to one Block, so that there is a single switching point for a change of the transmission direction per communication frame and for each transmission direction "safe" time slots are present, namely those in which the part of the cell for the one control action to be optimized, with the nearest neighbor in synchronous Transfer direction is working;
- Assignment of critical users (users within the guard bands) to secure time slots;
- • Determination of optimal operating points on a system surface, spanned in particular by the controllable variables uplink / downlink (UL / DL) switching points, vector of user numbers in uplink and downlink in each cell and guard band parameters, comprising the following steps - Modeling the User as a continuous spatial density function; For each selection of a UL / DL switch point and a selectable subset of user number vectors: calculating a carrier-to-interference power ratio at each point in space by integrating all path loss-corrected contributions from the neighboring cells; Determination for each cell of the proportion of "dissatisfied" users where the carrier-to-interference power ratio is below the selectable first thresholds; - Joint optimization of the parameters of all guard bands to minimize the overall content of dissatisfied users in the network; - for each choice of UL / DL switching point: - determination of the maximum number of users that can be served using the optimum guard band with a selectable proportion of dissatisfied users; - Determining the maximum network throughput achievable with this maximum usable number of users for this switching point selection for a traffic demand with a given uplink / downlink asymmetry; Determination of the optimal switching points for each cell and the global maximum network throughput for a traffic demand with a given uplink / downlink asymmetry.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der Zeitschlitze zu dessen Durchführung nicht wesentlich. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die vorgeschlagene optimale Wahl der Schaltpunkte für das zellulare Netz der größtmögliche Datendurchsatz und damit die maximale Rentabilität des Netzes erreicht wird. Hierbei ist es zusätzlich möglich, über den Trade-Off des hohen möglichen Durchsatzgewinns in den stark asymmetrisch beanspruchten Zellen gegen eine geringe Durchsatzeinbuße in den Zellen mit symmetrischem Verkehr die gewährleistete Dienstqualität zu steuern.In The method of the present invention is the number of timeslots not to carry it out essential. An essential advantage of the invention is that by the proposed optimal choice of switching points for the cellular Network the highest possible data throughput and thus the maximum profitability of the network is achieved. Here it is additional possible, over the Trade-off of high possible throughput profit in the strongly asymmetrically stressed cells against a small one Throughput loss in the cells with symmetrical traffic to control the guaranteed quality of service.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Verfahrensschritt der Modellierung der Nutzer als kontinuierliche räumliche Dichtefunktion durch einen Verfahrenschritt der Bestimmung des Orts eines Nutzers mit einer wählbaren Genauigkeit ersetzt werden.In an alternative embodiment of the method according to the invention can be the process step of modeling the user as continuous spatial Density function by a step of determining the location a user with a selectable Accuracy to be replaced.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die zellularen Netze den Spezifikationen eines oder mehrerer Standards entsprechen, die aus der Gruppe, bestehend aus UMTS-TDD, TD-SCDMA und UTRA-TDD, gewählt sind.In the method according to the invention can the cellular networks meet the specifications of one or more standards from the group consisting of UMTS-TDD, TD-SCDMA and UTRA-TDD, chosen are.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Risikoindikator berechnet, indem für jede Zelle ein die Zellgrenze umgebendes Schutzband eingeführt wird, innerhalb dessen der Risikoindikator 1 ist, während er außerhalb dessen 0 ist.at an advantageous embodiment of the method according to the invention The risk indicator is calculated by placing the cell boundary for each cell surrounding protective tape introduced within which the risk indicator is 1 while he is outside whose 0 is.
Ferner können in vorteilhafter Weise für eine Zelle entlang der Zellgrenze zu verschiedenen Nachbarn Schutzbänder mit einer unterschiedlichen Breite gewählt werden.Further can in an advantageous way for using a cell along the cell boundary to different neighbor protective bands a different width can be selected.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Nutzer innerhalb des Schutzbandes als kritisch bewertet, während ein Nutzer außerhalb des Schutzbands als unkritisch bewertet wird.at a further advantageous embodiment of the method according to the invention a user within the guard band is rated as critical, while a user outside of the protective tape is rated as uncritical.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die wählbaren ersten Schwellwerte, einen Schwellwert des Carrier-zu-Interferenzleistungs (C/I)-Verhältnisses an einer Mobilstation und einen Schwellwert des Carrier-zu-Interferenzleistungsverhältnisses an einer Basisstation umfassen.In the method according to the invention can the selectable first thresholds, a threshold of carrier-to-interference power (C / I) ratio at a mobile station and a carrier-to-interference power ratio threshold at a base station.
Ferner ist es möglich, dass die die System-Oberfläche aufspannenden steuerbaren Variablen weiterhin einen oder mehrere Parameter, gewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Schwellwert des Carrier-zu-Interferenzleistungsverhältnisses an einer Mobilstation, einem Schwellwert des Carrier-zu-Interferenzleistungsverhältnisses an einer Basisstation, einem Pegelverhältnis einer Solleingangsleistung an einer Basisstation zu einer Solleingangsleistung einer Mobilstation und einen Radius um eine Basisstation innerhalb dessen eine Leistungskontrolle erfolgt, umfassen.Further Is it possible, that the the system surface spanning controllable variables continue one or more Parameter, selected from the group consisting of a threshold value of the carrier-to-interference power ratio at a mobile station, a threshold of carrier-to-interference power ratio at a base station, a level ratio of a target input power at a base station to a target input power of a mobile station and a radius around a base station within which a power control takes place.
Weiterhin kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Berechnung der Pfadverlust-korrigierten (Interferenz-)Beiträge, sowie bei der Berechnung der Carrierleistung, ein Log-normal shadowing zur Modellierung eines small-scale fading durchgeführt werden, bestehend aus einer Hinzufügung einer Gaußschen Zufallsvariablen zu den Berechnungsschritten für den Pfadverlust, um zufällige Leistungsschwankungen im kleinen Maßstab zu berücksichtigen.Farther can in the process according to the invention when calculating the path loss-corrected (interference) contributions, as well when calculating carrier performance, a log-normal shadowing be carried out for modeling a small-scale fading consisting of an addition a Gaussian Random variables to the path loss calculation steps, to random power fluctuations on a small scale to take into account.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird:The inventive method will now be closer explains with reference to the attached Drawings is taken:
Die
UL- und DL-Zeitschlitze werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu Blöcken
gruppiert, so dass sich, wie in
Um
das akzeptable Risiko zu kennzeichnen, wird ein Schwellwert PT ε [0,1]
aufrechterhalten. Ein kritischer Nutzer ist ein Nutzer, dessen Risikoindikator
oberhalb des Schwellwerts PT liegt, wie
in
Ein
Schutzband bezeichnet den (gegebenenfalls mehrfach verbundenen)
Zellbereich, für
welchen der Risikoindikator kritisch ist, d. h. oberhalb des Schwellwerts
pT, liegt. Die essentielle Kontrollaktion,
um die durch einen asynchronen Schaltpunkt entstandene Situation
beherrschbar zu machen, besteht darin, Nutzer den Zeitschlitzen
der drei Kategorien entsprechend ihrem Risikoindikator zuzuweisen.
Zeitschlitze, in welchen die relevanten Nachbarn in Übertragungs-/Empfangssynchronizität mit der
Zelle vom Typ Zelle1 sind, sind sichere Slots
für die
Zellei. D1U2-Zeitschlitze sind nicht sicher. Als Kontrollaktion
werden kritischen Nutzern sichere Zeitschlitze zugewiesen. Mit anderen
Worten, die Nutzerdichte über
den Schutzbandbereich ist 0 während D1U2-Zeitschlitze. Da
alle Nutzer innerhalb eines Schutzbands per Definition kritisch
sind, werden ihnen D1D2-Slots
(Schlitze) in Zelle1 und U1U2-Slots in Zelle2 zugewiesen,
wie durch die Pfeile in
Wenn der Verkehr zeitinvariant mit einer bekannten räumlichen Verteilung ist, arbeitet für gewöhnlich ein FCA (Fixed Channel Assignment)-Algorithmus am besten. B. Wegmann, Performance Evaluation of Channel Assignment Algorithmus For UTRA-TDD, Proc. IEEE 3G wireless'2000, San Francisco, 2000, S. 340–346 vergleicht Kanalzuweisungsalgorithmen für UTRA-TDD und findet heraus, dass für einen homogenen Poisson-Sprachverkehr DCA-Schemata überlegen sind. Dabei versteht man unter Kanal oder Ressource ein für die Kommunikation des Nutzers erforderliches Medium, welches z. B. ein Zeitschlitz (TS) sein kann, aber auch ein Spreiz-Code, eine Übertragungsfrequenz oder eine Kombination derselben. Aus: Y. Furuya und Y. Akaiwa, Channel Segregation, A Distributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems, IEICE Trans., Bd. E 74, Nr. 6, Juni 1991, S. 1531–1537 ergibt sich, dass eine Kanalsegregation eine gute Wahl ist. Bei einem inhomogenen Verkehr wird sogar eine noch klarere Ausbeute von DCA erwartet. Für den Zweck einer AASP-Untersuchung wird davon ausgegangen, dass ein für das erwartete Verkehrsszenario gut geeigneter Channel Assignment-Algorithmus gewählt ist, und dass dieser nun durch den Zusatz eines asynchronen Schaltpunkts verbessert werden soll. Das Merkmal einer Schaltpunkt-Asynchronizität fügt einen weiteren Typ von Inhomogenität hinzu, welche der folgende Kontrollalgorithmus als Zusatz zum channel assignment algorithmus berücksichtigt.When the traffic is time invariant with a known spatial distribution, a FCA (Fixed Channel Assignment) algorithm usually works best. B. Wegmann, Performance Evaluation of Channel Assignment Algorithm For UTRA-TDD, Proc. IEEE 3G wireless' 2000, San Francisco, 2000, pp. 340-346, compares channel assignment algorithms for UTRA TDD and finds that DCA schemes are superior for homogeneous Poisson voice traffic. Here one understands under channel or resource one for the communication of the user required medium, which z. B. may be a time slot (TS), but also a spreading code, a transmission frequency or a combination thereof. From: Y. Furuya and Y. Akaiwa, Channel Segregation, A Distributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems, IEICE Trans., Vol. E 74, No. 6, June 1991, pp. 1531-1537, it appears that a Channel segregation is a good choice. Inhomogeneous traffic is expected to yield even clearer DCA. For the purpose of an AASP investigation, it is assumed that a well-suited channel assignment algorithm is selected for the expected traffic scenario, and that this should now be improved by the addition of an asynchronous switching point. The switch point asynchronicity feature adds another type of inhomogeneity, which the following control algorithm takes into account as an addition to the channel assignment algorithm.
Dabei geht dieser Kontrollalgorithmus davon aus, dass bei einer gegebenen asymmetrischen Verkehrsnachfrage geeignete Schaltpunkte für eine Durchsatzmaximierung bei vorgegebener maximaler Kundenunzufriedenheit bereits gefunden sind. Wie dies geschieht wird im Anschluss an den Kontrollalgorithmus dargelegt.there This control algorithm assumes that for a given asymmetric traffic demand suitable switching points for throughput maximization already found for given maximum customer dissatisfaction are. How this happens is set out following the control algorithm.
Kontrollalgorithmus: Control algorithm:
Zellgrenzen-Schutzband:
In der folgenden analytischen Behandlung werden Schatten- und Mehrweg-Effekte
ignoriert. Dann ist die Nähe
zur Zellgrenze ein ausreichender Risikoindikator, wobei das Schutzband
der ringförmige
Bereich der Zelle ist, welche die Zellgrenze einschließt, und
pi = 0 außerhalb des Schutzbands und
1 innerhalb gilt, wie in
Im Weiteren wird ein Schutzband durch seine Breite, beginnend von der Zellgrenze, quantifiziert. g1 und g2 sollen die Schutzbänder in Zelle1 bzw. Zelle2 bezeichnen.Furthermore, a guard band is quantified by its width, starting from the cell boundary. g 1 and g 2 are intended to denote the protective bands in cell 1 and cell 2 , respectively.
Unten wird die Interferenzsituation und der Schutzbandeffekt für jede Zeitschlitz-Kategorie charakterisiert. Der Indikator in Klammern ist ein wenn durch Einführen von Schutzbändern dieser Typ von Interferenz verringert wird, ein wenn er erhöht wird, und ein "-" für keinen Effekt.Below, the interference situation and the guard band effect are characterized for each time slot category. The indicator in parentheses is a if this type of interference is reduced by introducing guard bands if he is raised, and a "-" for no effect.
1. U1U2-Phase:1st U 1 U 2 phase:
Zelle1 In Zelle1 stören die Mobilstationen der Zelle2 die Basisstation der Zelle1. Dieser Typ von Interferenz nimmt zu, weil allen Zelle2-Nutzern in der Umgebung der Zellgrenze diese Zeitschlitze zugewiesen werden. In dem Fall von Leistungskontrolle (Übertragungsleistung wird so eingestellt, dass ein konstanter empfangener Leistungspegel innerhalb der Zelle aufrechterhalten ist) liegt ein zusätzlicher erschwerender Effekt darin, dass diese Nutzer mit einer hohen Leistung übertragen, und zwar wegen ihres mittleren größeren Abstands zu ihrer Basisstation BS.Cell 1 In cell 1 , the mobile stations of cell 2 disturb the base station of cell 1 . This type of interference increases because all cell 2 users in the cell boundary environment are assigned these timeslots. In the case of power control (transmission power is adjusted to maintain a constant received power level within the cell), an additional aggravating effect is that these transmit users with high power because of their average greater distance to their base station BS.
Zelle2 (-): In Zelle2 stören die Mobilstationen der Zelle1 die Basisstation der Zelle2. Die Kontrollaktion ändert nicht die Zuweisung von Zelle1-Nutzern während ihrer Uplink-Phase. Somit ist die Interferenzleistung unverändert.Cell 2 (-): In cell 2 , the mobile stations of cell 1 disturb the base station of cell 2 . The control action does not change the allocation of cell 1 OVERALL during their uplink phase. Thus, the interference power is unchanged.
2. D1U2-Phase:2. D 1 U 2 phase:
Zelle1 In Zelle1 stören die Mobilstationen der Zelle2 die Mobilstationen der Zelle1. Diese so genannte Cross-Mobile-Interferenz wird durch Schutzbänder verringert, weil der Abstand zwischen MS2 und MS1 zunimmt. Als ein zusätzlicher günstiger Effekt ist die Übertragungsleistung von MS2 aufgrund der Leistungskontrolle und der kleineren Abstände von MS2 zu deren Basisstation geringer.Cell 1 In cell 1 , the mobile stations of cell 2 disturb the mobile stations of cell 1 . This so-called cross-mobile interference is reduced by guard bands as the distance between MS 2 and MS 1 increases. As an additional beneficial effect, the transmission power of MS 2 is lower due to the power control and the smaller distances of MS 2 to its base station.
Zelle2 In Zelle2 stört die Basisstation der Zelle1 die Basisstation der Zelle2. Diese so genannte Cross-Base-Interferenz ist geringer, weil BS1 mit einer niedrigeren Leistung überträgt, da deren angeschlossene Mobilstationen näher sind.Cell 2 In cell 2 , the base station of cell 1 disturbs the base station of cell 2 . This so-called cross-base interference is lower because BS 1 transmits at a lower power because its connected mobile stations are closer.
3. D1D2-Phase:3. D 1 D 2 phase:
Zelle1 In Zelle1 stört die Basisstation der Zelle2 die Mobilstationen der Zelle1. Dieser Interferenztyp ist erhöht.Cell 1 In cell 1 , the base station of cell 2 disturbs the mobile stations of cell 1 . This interference type is increased.
Wegen der bevorzugten Zuweisung dieser Zeitschlitze an Zelle1-Nutzer, welche sich an der Zellgrenze befinden, werden sie durch die Zelle2-Basisstation stärker gestört, als wie wenn sie über die Zelle homogen verteilt wären. Man könnte annehmen, dass eine räumlich homogene Zelle1-Verkehrsverteilung die gleiche Interferenz von BS2 wie eine ringförmige Verteilung erleidet. In Wirklichkeit hängt dies mit dem Pfadverlust-Modell zusammen. Für Leistungsabfälle gemäß r–χ, χ > 1, kann gezeigt werden, dass eine ringförmige Verteilung eine umso stärkere Interferenz erleidet, je stärker konzentriert der Verkehr an der Grenze ist.Because of the preferred assignment of these timeslots to cell 1 users who are at the cell boundary, they are more disturbed by the cell 2 base station than if they were homogeneously distributed throughout the cell. One might assume that a spatially homogeneous cell 1 traffic distribution suffers the same interference from BS 2 as an annular distribution. In fact, this is related to the path loss model. For power drops according to r -χ , χ> 1, it can be shown that the more concentrated the traffic at the boundary is, the more interference an annular distribution suffers.
Zelle2 In Zelle2 stört die Basisstation der Zelle1 die Mobilstationen der Zelle2. Vermehrte Interferenz an den Zelle2-Mobilstationen in dem Fall einer Leistungskontrolle. Dann hat die Verschiebung von an der Zellgrenze lokalisierten Nutzern zu diesen Zeitschlitzen zur Folge, dass die Basisstation BS1 mit einer vergleichsweise höheren Leistung überträgt.Cell 2 In cell 2 , the base station of cell 1 disturbs the mobile stations of cell 2 . Increased interference to the cell 2 mobile stations in the case of performance control. Then, the shift of users located at the cell boundary to these time slots results in the base station transmitting BS 1 at a comparatively higher power.
Diese qualitativen Betrachtungen sollen im Weiteren quantifiziert werden und es soll analysiert werden, wie sich die verschiedenen Interferenzbeiträge addieren, um zu bewerten, welche Gesamtänderung der Interferenzsituation durch eine Änderung der Nutzer-Zeitschlitzzuweisung bewirkt wird.These Qualitative considerations will be quantified below and to analyze how the different interference contributions add up, to evaluate which overall change the interference situation by a change in the user timeslot allocation is effected.
In der weiteren Analyse sollen Ausdrücke abgeleitet werden, welche eine Nutzerunzufriedenheit als Funktionen der wichtigen Systemparameter beschreiben. Diese Funktionen können dann genutzt werden, um den Unterraum im Parameterraum, wo das System mit der gewünschten Unzufriedenheitsrate arbeiten kann, zu identifizieren.In the further analysis expressions are to be derived which describe a user dissatisfaction as functions of the important system parameters. These functions can then be used to identify the subspace in parameter space where the system can operate at the desired dissatisfaction rate.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der analytischen Vorgehensweise. Für Funksysteme der 3. Generation, die großteils Datendienste unterstützen, wird die Systemleistung gewöhnlich durch eine effektive Datenrate, statt wie bei Systemen der 2. Generation durch Sprechqualität, blockierte, fallen gelassene und verlorene Anrufe, ausgedrückt. Die erzielbare Datenrate hängt stark von der Interferenzsituation ab, gemessen durch die Träger-zu-Interferenz-Leistung, das C/I-Verhältnis. Ein niedriges C/I-Verhältnis führt zu einer Zunahme in der Bitfehlerrate (BER), wodurch fehlerhafte Entscheidungen nur durch Fehlerkorrekturalgorithmen verbessert werden können.It Now a description of the analytical procedure is given. For radio systems the third generation, the majority Support data services, the system performance becomes ordinary through an effective data rate, rather than with 2nd generation systems through speech quality, blocked, dropped and lost calls. The achievable data rate depends strongly dependent on the interference situation, measured by the carrier-to-interference power, the C / I ratio. A low C / I ratio leads to an increase in bit error rate (BER), resulting in erroneous decisions can only be improved by error correction algorithms.
Wenn
PC und PI die Träger- und
Interferenzleistung bezeichnen, folgt
Dies ist im Allgemeinen eine kontinuierliche Funktion von pC/pI. In den folgenden Berechnungen wird diese Funktion durch angenähert.This is generally a continuous function of p C / p I. In the following calculations, this function is performed by approximated.
Die fundamentale Gleichung, von der ausgegangen wird, ist die Randbedingung für das Träger-zu-Interferenz-Verhältnis, um eine adäquate Kommunikation sicherzustellen. worin r → die Probenposition an einem willkürlichen Punkt in dem zellularen System bezeichnet. Wird die Aufmerksamkeit auf eine willkürliche Zelle fokussiert, bildet der Bereich von Punkten r →, die Gleichheit in der obigen Gleichung erzielen, eine allgemein geschlossene Kurve um die Basisstation, welche die Lösung ist vonThe fundamental equation that is assumed is the constraint on carrier-to-interference ratio to ensure adequate communication. where r → denotes the sample position at an arbitrary point in the cellular system. Focusing attention on an arbitrary cell, the range of points r → that achieve equality in the above equation forms a generally closed curve around the base station, which is the solution of
Diese Kurve sei als die kritische Grenze bezeichnet. Ihre besondere Bedeutung liegt darin, dass sie den Raum um die Basisstation in zwei Regionen unterteilt: Jene innerhalb, wo eine adäquate Kommunikation möglich ist, und jene außerhalb, wo sie es nicht ist. Mit anderen Worten, durch Beschränken der Nutzerzufriedenheit versus Unzufriedenheit auf die Qualität der Kommunikationsverbindung gilt das Folgende: Nutzer innerhalb der kritischen Grenze sind mit der Qualität ihrer Verbindung zufrieden, während Nutzer außerhalb es nicht sind.These Curve is called the critical boundary. Their special meaning lies in the fact that they are the space around the base station in two regions divided: those within, where adequate communication is possible, and those outside, where she is not. In other words, by limiting the User satisfaction versus dissatisfaction with the quality of the communication link the following applies: users within the critical limit are with the quality satisfied with their connection while Users outside it is not.
Die Interferenzleistung, welche durch alle Basisstationen Bi des Netzwerks an einem Probenpunkt r → innerhalb der interessierenden Zelle bewirkt wird, hängt nicht nur von dem Abstand der Probe zu der i'ten Basisstation ab, sondern auch von der Position der empfangenden Stationen r →i in der Zellei. Der Grund hierfür ist die Leistungskontrolle, aufgrund welcher die Basisstation jeden Empfängerort innerhalb der Zelle mit der gleichen Empfangsleistung bedient.The interference power that is caused by all the base stations B i of the network at a sample point r → within the cell of interest depends not only on the distance the sample to the i'th base station, but also from the position of the receiving stations r → i in the cell i . The reason for this is the power control, by which the base station serves each receiver location within the cell with the same receive power.
Die durch die übertragenden Mobilstationen der Zellei an einem Probenpunkt r → verursachte Interferenz hängt von r → – r →Bi – r →i ab, dem Abstand der Probe zu dem Ort der übertragenen Mobilstation in der Zellei. Dieser Abstand ist wenigstens so groß wie die Summe der Schutzbänder der beiden Zellen, g1 + gi.The interference caused by the transmitting mobile stations of cell i at a sample point r → depends on r → -r → Bi -r → i , the distance of the sample to the location of the transmitted mobile station in cell i . This distance is at least as large as the sum of the guard bands of the two cells, g 1 + g i .
Für zwei benachbarte Zellen in Übertragungsasynchronizität kann die Interferenz durch Vergrößern eines der Schutzbänder beschränkt werden. Jedoch ist diese Schutzbandzunahme nur bis zu einem bestimmten Punkt möglich, jenseits dessen es nicht möglicht ist, sichere Slots für alle kritischen Nutzer entsprechend dem vorgeschlagenen Kontrollalgorithmus zu finden.For two adjacent Cells in transfer asynchronicity can be the Interference by enlarging a the protective straps are limited. However, this guard band increase is only up to a certain point possible, beyond which it is not possible is safe slots for all critical users according to the proposed control algorithm to find.
Das
maximale Schutzband gmax für eine gegebene
Zelle wird in einfacher Weise als eine Funktion des jeweiligen Schaltpunkts
gewonnen. Der Klarheit wegen sei eine Zelle1 betrachtet,
wo ein Downlink-Schutzband (
Oder mit zum Zellradius normalisierten Längen:Or with normalized cell radius:
Mit dem gleichen Argument ist das maximale Schutzband für die Zelle2:With the same argument, the maximum guard band for cell 2 is :
Kritische
Grenzen: Wenn die Trägerleistung
und die Interferenzleistung an einem Probenpunkt r → in die Gleichung
(7) eingefügt
wird, erhält
man eine integrale Gleichung, welche für r → gelöst werden muss, um die kritische
Grenze zu gewinnen:
Nicht zufrieden gestellte Nutzer: Die Zahl der nicht zufrieden gestellten Nutzer in der Zellei und TSj wird durch Integrieren der entsprechenden Nutzerdichtefunktion ρij (r →) über die Region außerhalb der kritischen Grenze berechnet. Es sei bemerkt, dass sowohl die Dichtefunktion als auch die kritische Grenze von den gewählten Zelle1- und Zelle2-Schutzbändern und der Zeitschlitz-Kategorie abhängen. Die Gesamtzahl von nicht zufrieden gestellten Nutzern ist dann:Unsatisfied Users: The number of unsatisfied users in cell i and TS j is calculated by integrating the corresponding user density function ρ ij (r →) over the region outside the critical limit. It should be noted that both the density function and the critical limit depend on the selected cell 1 and cell 2 guard bands and the time slot category. The total number of unsatisfied users is then:
Die erste Summe läuft über alle relevanten Zellen. Die zweite Summe läuft über alle Zeitschlitze, welche zu den drei Kategorien U1U2, D1U2 oder D1D2 gehören. Die Zahl von Nutzern in der Zelle1 und Zeitschlitz j wird durch nij bezeichnet. Die beiden Summen umfassen alle aufgrund einer starken Uplink- und Downlink-Interferenz nicht zufrieden gestellten Nutzer in allen Zeitschlitzen. Wegen der Annahme eines effektiven Handover-Algorithmus hat der Integrand keinen Anteil außerhalb der Verkehrsdichteabfalllänge.The first sum runs over all relevant cells. The second sum runs over all timeslots, which belong to the three categories U 1 U 2 , D 1 U 2 or D 1 D 2 . The number of users in cell 1 and time slot j is denoted by n ij . The two sums all comprise users who are not satisfied due to a strong uplink and downlink interference in all time slots. Because of the assumption of an effective handover algorithm, the integrand has no fraction outside the traffic density drop length.
Berechnung der optimalen Schutzbandwahl: Die optimalen Schutzbänder ergeben sich durch Lösen voncalculation the optimal guard band option: The optimal guard bands yield by dissolving
Die wesentlichen Anteile zu nr_dissat_users sind im Einzelnen weiter unten diskutiert.The substantial shares to nr_dissat_users are further in detail discussed below.
Für die Computer-Modellierung wird im Folgenden ein spezieller Fall ausgewählt, wobei dieser das erfindungsgemäße Verfahren in keiner Weise einschränken soll.For computer modeling In the following, a special case is selected, this being the method according to the invention restrict in any way should.
Modellannahmen:
Es wird ein hexagonales Zellgitter betrachtet, wie in
Jedoch können die hier dargestellten Prinzipien auf jede andere Zellanordnung angewendet werden, was geeignete rechnerische Modifikationen mit sich bringt.however can the principles presented here on every other cell arrangement be applied, which has appropriate computational modifications brings.
Alle Längen sind auf den Zellradius normalisiert. Deshalb ist R = 1 die Zellgrenze für einen Polarwinkel 0, was dem Radius des eingeschriebenen Kreises der Hexagone gleich ist.All lengths are normalized to the cell radius. Therefore, R = 1 is the cell boundary for one Polar angle 0, which is the radius of the inscribed circle of the hexagons is equal to.
Nutzerdichten: Verkehr erstreckt sich in die Nachbarzelle, der so genannte "Zellüberlappbereich". Die Tatsache, dass Handover-Algorithmen nur zu grob definierten Zellgrenzen führen, wird durch eine Verkehrsabfalllänge adecay berücksichtigt. Damit der von den Nachbarzellen getragene Gesamtverkehr auch in den Zellüberlappbereichen konstant ist, ist es eine notwendige und ausreichende Bedingung für den Verkehrsabfall, symmetrisch in Bezug auf die Zellgrenze zu sein. Als eine plausible Instantiierung wird ein linearer Abfall des Verkehrs um die Zellgrenze angenommen. In den folgenden Berechnungen wird eine Abfalllänge von 8 % des Zellradius als ein realistischer Wert angenommen.User densities: Traffic extends into the neighboring cell, the so-called "cell overlap area". The fact that handover algorithms only lead to coarsely defined cell boundaries is taken into account by a traffic decay length a decay . In order for the total traffic borne by the neighboring cells to be constant even in the cell overlap areas, it is a necessary and sufficient condition for the traffic drop to be symmetrical with respect to the cell boundary. As a plausible instantiation, a linear decrease in traffic around the cell boundary is assumed. In the following calculations, a waste length of 8% of the cell radius is assumed to be a realistic value.
Jede
Art einer räumlichen
Verkehrsverteilung könnte
modelliert werden. Im Folgenden wird ein einheitlicher Verkehr innerhalb
der Zellen angenommen, mit einem linearen Abfall in den Handover-Bereichen.
Somit sind die Iso-Linien im Handover-Bereich konzentrische Sechsecke.
Auf diese Weise wird die Zelle äquivalent durch
eines der Paare (R, adecay) oder (R1, R2) gekennzeichnet,
wobei letztere für
einen Polarwinkel 0 dem Anfang und dem Ende des linearen Abfallbereichs
entsprechen:
Am
Punkt mit den Polarkoordinaten (θ,
r) innerhalb des Sektors θ ε [–π/6, π/6] ist deshalb
die Nutzerdichte für
einen Nutzer gegeben durch: und für andere
Werte von θ,
indem θ durch θ mod(π/6) ersetzt
wird, d. h. durch Replizieren der Verteilung in dem am weitesten
rechts befindlichen hexagonalen Sektor durch identische Kopien in
die anderen fünf
Sektoren. Die Funktion ρ(a →,
R1, R2,
Die
Nutzerdichten in der Abwesenheit von Schutzbändern sind in
Es
wird nun der Effekte des Einführens
eines Schutzbands untersucht. Es sei Zellei mit
BS befindlich bei
Die
Dichten für
alle Zeitschlitze sind in
Es sei auf die unveränderten Nutzerdichten in jenen Zeitschlitzen, die durch die Schutzbänder nicht beeinflusst sind, hingewiesen, sowie auf die Asymmetrie und Schutzbandabhängigkeit der Nutzerdichten in den anderen Zeitschlitzen.It be on the unchanged User densities in those time slots that are not affected by the guard bands are pointed out, as well as on the asymmetry and guard band dependency the user densities in the other time slots.
Leistungen: In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede Form von Sende-Leistungskontrolle modelliert werden, einschließlich der Abwesenheit einer solchen. Es wird als realistisches Anwendungsbeispiel eine ideale Empfangspegel-basierte Leistungskontrolle verwendet, bei der ein konstanter Empfangspegel von P target / MS→BS an einer Basisstation und P target / BS→MS an einer Mobilstation gewährleistet ist.Services: In the method according to the invention Any form of transmit power control can be modeled, including the Absence of such. It becomes a realistic example of application ideal receive level-based power control used at a constant reception level of P target / MS → BS at a base station and P target / BS → MS guaranteed at a mobile station is.
Folgende Leistung kommt im Fall von Empfangs-Leistungskontrolle an der BS von einer angeschlossenen Mobilstation im Abstand r an: worin RPC der Radius um den Transmitter ist, innerhalb dessen eine Leistungskontrolle effektiv ist, und worin χ der Pfadverlustkoeffizient ist.The following power comes in the case of receive power control at the BS from a connected mobile station at a distance r: where RPC is the radius around the transmitter within which power control is effective, and where χ is the path loss coefficient.
Folgende
Leistung kommt im Fall von Empfangs-Leistungskontrolle am Punkt r → von
einer Mobilstation an, die sich am Punkt a → befindet und mit BSi, befindlich bei
Folgende Leistung kommt im Fall von Empfangs-Leistungskontrolle im Abstand r von der BS an:The following Power comes in the case of receive power control at distance r from the BS:
Folgende
Leistung kommt im Fall von Empfangs-Leistungskontrolle am Punkt r → von einer
bei
Wegen geeigneter vorbeugender Vorkehrungen in den gängigen Standards wird eine Intra-Zell-Interferenz, d. h. Interferenz an der eigenen Zelle nicht berücksichtigt.Because of appropriate precautionary measures in the usual standards becomes one Intra-cell interference, d. H. Interference at the own cell not considered.
Es erfolgt nun eine Zeitschlitz-zu-Zeitschlitz-Analyse.It Now a time slot to time slot analysis is performed.
Es erfolgt eine Berechnung der Interferenzsituation für alle Zeitschlitze und deren zugehörige Nutzer-Unzufriedenheitsraten.It a calculation of the interference situation for all time slots takes place and their associated User dissatisfaction rates.
Zelle1, Zeitschlitze U1U2: Die Trägerleistung, die an der Basisstation von Zelle1 von einer angeschlossenen Mobilstation bei r → ankommt, ist aus (20):Cell 1 , time slots U 1 U 2 : The carrier power arriving at the base station of cell 1 from a connected mobile station at r → is from (20):
Die interferierende Leistung, die an der Basisstation von Zelle1 von den Mobilstationen, die mit den identischen Nachbarzellen in dem ersten Ring verbunden sind, ankommt, ist, unter Verwendung von (21) und (19):The interfering power from the mobile stations, which are connected to the identical neighboring cells in the first ring arrives at the base station of cell 1, using (21) and (19):
Die Interferenzwird durch die MS2-Transmitter verursacht und passiert an der Basisstation 1. Deshalb hat sie keine radiale Abhängigkeit. Sie ist von der Wahl des Schutzbands g1 unabhängig, da in TS U1U2 die Nutzerdichte in Zelle1 durch g1 nicht beeinflusst ist. Sie wird umso stärker, je breiter das Schutzband g2 während der D1U2-Zeitschlitze gemacht wird, weil es wegen der veränderten Zuweisung von Nutzern zu den U1U2-Zeitschlitzen eine über dem Mittel befindliche Zahl von Nutzern gibt, die sich nahe der Zellgrenze befinden. An mancher Stelle ist es möglich, dass die Interferenz die erforderliche Schwelle überschreitet, was für diesen Zeitschlitz zu einer 100 % Nutzerunzufriedenheit führt. Für die gegebene Parametereinstellung erfolgt dies nicht für ≥ 3. Für = 2, welches die minimal zulässige Zahl von Uplink-Zeitschlitzen ist, wird der Nullwert für die Kostenfunktion in (26) für g2 = 0,15 erreicht, und größere Schutzbänder bewirken negative Kostenfunktionswerte. Da g2,max gemäß (11) 0,1548 beträgt, stellt dies lediglich eine geringe Einschränkung des Schutzbandbereichs dar.The interference is caused by the MS 2 transmitters and happens at the base station 1. Therefore it has no radial dependence. It is independent of the choice of guard band g 1 since in TS U 1 U 2 the user density in cell 1 is not affected by g 1 . It becomes stronger the wider the guard band g 2 is made during the D 1 U 2 timeslots because there is an above-average number of users due to the changed assignment of users to the U 1 U 2 time slots located near the cell boundary. In some places, it is possible for the interference to exceed the required threshold, resulting in 100% user dissatisfaction for this timeslot. For the given parameter setting, this is not done for ≥ 3. For = 2, which is the minimum allowed number of uplink time slots, the zero value for the cost function in (26) for g 2 = 0.15 is achieved, and larger guard bands cause negative cost function values. Since g 2, max according to (11) is 0.1548, this is only a small limitation on the guard band area.
Die
kritische Grenzeist die Kurve, auf welcher
die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurveist in
Die kritische Fläche Acrit ist die Fläche zwischen der kritischen Grenze und der Grenzlinie des Bereichs innerhalb dessen die Nutzerdichte für diese Zelle (Zelle + Handover-Bereich) größer Null ist. Die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in Zelle1 ist gegeben durchThe critical area A crit is the area between the critical boundary and the boundary of the area within which the user density for this cell (cell + handover area) is greater than zero. The number of dissatisfied users in cell 1 is given by
Die relative Unzufriedenheitsrate hängt nur von der kritischen Grenze ab und nicht explizit von g2 oder g1; deshalb hängt sie hier nur von g2 ab und nicht von g1.The relative dissatisfaction rate depends only on the critical limit and not explicitly on g 2 or g 1 ; therefore it depends only on g 2 and not on g 1 .
Zelle2, Zeitschlitze U1U2:Cell 2 , time slots U 1 U 2 :
Es soll Zellej zu dem ersten Ring von Nachbarn von Zelle1 gehören. Die Trägerleistung, die an der Basisstation von Zelle von einer angeschlossenen Mobilstation von r → ankommt, ist, mit (20):Cell j should belong to the first ring of cell 1 neighbors. The carrier power arriving at the base station of cell from a connected mobile station of r → is, with (20):
Die
interferierende Leistung an der Basisstation von Zelle von den Mobilstationen,
die zu ihrem ersten Ring von Nachbarn angeschlossen sind, kommt
durch die Annahme von
Diese Interferenz ist analog zur Interferenz 1_U1U2. Sie wird sowohl durch sowohl die MS1- als auch MS2-Transmitter verursacht und passiert an der Basisstation j. Deshalb besitzt sie keine radiale Abhängigkeit. Je größer das Schutzband g2 in den Aggressor-Zellen gewählt wird, desto größer ist dieser zweite Term. Es gibt keine Abhängigkeit von der Wahl des Schutzbands g1, weil in den Zellen des Typs Zelle1 der Verkehr nur unter den Downlink-Zeitschlitzen verändert zugewiesen wird. Die vergleichsweise kleinere Interferenzleistung, verglichen mit 1_U1U2 ergibt sich aus der Tatsache, dass der interferierende Nutzerverkehr homogen in den drei Zellen vom Typ Zelle1 verteilt wird und nicht vorherrschend an der Zellgrenze auftritt.This interference is analogous to interference 1_U 1 U 2 . It is caused by both the MS 1 and MS 2 transmitters and happens at the base station j. Therefore it has no radial dependence. The larger the guard band g 2 is chosen in the aggressor cells, the larger this second term is. There is no dependence on the choice of protection band g 1 , because in cells of type cell 1 the traffic changes only under the downlink time slots is assigned. The comparatively smaller interference power compared to 1_U 1 U 2 results from the fact that the interfering user traffic is homogeneously distributed in the three cells of the cell 1 type and does not occur predominantly at the cell boundary.
Die
kritische Grenzeist die Kurve, auf welcher
die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurveist in
Die Zahl unzufriedener Nutzer in dem ersten Ring ist gegeben durch d. h. die Summe über den ersten Ring von Nachbarn j, j = 2, ..., 7, der Zahl von Zellej-Nutzern in diesem Zeitschlitz, die sich außerhalb der kritischen Grenze von Zellej befinden. Die relative Unzufriedenheitsrate hängt von der kritischen Grenze und über ρ von g2 ab (jedoch nicht von g1). Deshalb hängt sie doppelt von g2 ab (und überhaupt nicht von g1).The number of dissatisfied users in the first ring is given by ie, the sum over the first ring of neighbors j, j = 2, ..., 7, the number of cell j users in that timeslot that are outside the critical boundary of cell j . The relative dissatisfaction rate depends on the critical limit and on ρ of g 2 (but not on g 1 ). Therefore, it depends twice on g 2 (and not at all on g 1 ).
Zelle1, Zeitschlitze D1U2 (Cross-Mobile-Interferenz):Cell 1 , time slots D 1 U 2 (cross-mobile interference):
Die Trägerleistung, die an einer Mobilstation bei r → in Zelle1 von der Basisstation ankommt, ist, mit (22):The carrier power arriving at a mobile station at r → in cell 1 from the base station is (22):
Die interferierende Leistung, die an dieser Mobilstation, befindlich bei r → in Zelle1 von den Mobilstationen, die mit den identischen Nachbarzellen in dem ersten Ring verbunden sind, ankommt, ist, unter Verwendung von (21) und (19):The interfering power arriving at this mobile station located at r → in cell 1 from the mobile stations connected to the identical neighbor cells in the first ring is, using (21) and (19):
Diese Interferenz wird durch die MS2-Transmitter verursacht und passiert an den MS1-Mobilstationen. Sie nimmt mit einer Zunahme entweder der Pufferzone g2 oder g1 ab. Für die maximal mögliche Wahl von g2 oder g1 ist sie voll unterdrückt bzw. wirkungslos. Deshalb kann die optimale Schutzbandwahl nur erfolgen, indem alle Interferenzbeiträge zusammen berücksichtigt werden.This interference is caused by the MS 2 transmitters and happens at the MS 1 mobile stations. It decreases with an increase in either the buffer zone g 2 or g 1 . For the maximum possible choice of g 2 or g 1 , it is completely suppressed or ineffective. Therefore, the optimal guard band choice can only be made by taking into account all interference contributions together.
Die
kritische Grenzeist die Kurve, auf welcher
die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurvehängt nur von g2 ab
(und nicht von g1), und von P target / MS→BS/P target / BS→MS. Sie ist
in
Diese Zahl hängt von der kritischen Grenze und über ρ von g1 ab (jedoch nicht von g2), und somit von sowohl g1 als auch g2.This number depends on the critical limit and on ρ of g 1 (but not on g 2 ), and thus on both g 1 and g 2 .
Zelle2, Zeitschlitze D1U2 (Cross-Base-Interferenz):Cell 2 , time slots D 1 U 2 (cross-base interference):
Es soll die Zellej zu dem ersten Ring von Nachbarn von Zelle1 gehören. Die Trägerleistung, die an der Basisstation von Zellej von einer angeschlossenen Mobilstation bei r → ankommt, ist, mit (20):The cell j should belong to the first ring of neighbors of cell 1 . The carrier power arriving at the base station of cell j from a connected mobile station at r → is (20):
Die
interferierende Leistung, die an der Basisstation von Zellej von ihrem ersten Ring von Nachbarn ankommt,
kommt durch die Annahme von
Beide Interferenzen treten bei BSj auf. Der erste Term wird durch die drei BSi vom Typ 1 verursacht. Sie nimmt mit einer Zunahme der Pufferzone g1 + g2 ab. Am maximal möglichen Wert von g1 + g2 ist sie für die in diesem Szenario verwendeten Parameter vollständig unterdrückt. Der zweite Term wird durch die MSi-Transmitter in den drei Nachbarn vom Typ 2 verursacht. Er nimmt mit einer Zunahme von g2 ab. Zwei Effekte spielen hier eine Rolle: a) Wenn g1 und g2 im Leistungskontrollbereich zunehmen, übertragen die Transmitter eine geringere Leistung, weil ihre Empfangsstationen näher sind. b) Für den ersten Term ist der Abstand zwischen den Basisstationen grob um einen Faktor 2 größer als für die anderen hier diskutierten Interferenzen. Abhängig von dem hier verwendeten Pfadverlustgesetz führt dies zu einem Faktor 8 bis 11 in der Leistungsabnahme.Both interferences occur at BS j . The first term is caused by the three BS i type 1. It decreases with an increase in the buffer zone g 1 + g 2 . At the maximum possible value of g 1 + g 2 , it is completely suppressed for the parameters used in this scenario. The second term is caused by the MS i transmitters in the three neighbors of type 2. It decreases with an increase of g 2 . Two effects play a role here: a) As g 1 and g 2 increase in the power control area, the transmitters transmit less power because their receiving stations are closer. b) For the first term, the distance between the base stations is roughly a factor of 2 larger than for the other interferences discussed here. Depending on the path loss law used here, this leads to a factor of 8 to 11 in the power decrease.
Die
kritische Grenzeist die Kurve, auf welcher
die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurvej = 2, ..., 7 hängt von
sowohl g1 als auch g2 ab
und von P target / MS→BS/P target / BS→MS, obgleich weniger stark als in Zelle1,
da nur eine Untermenge von Nachbarn in Uplink-Downlink-Asynchronizität mit Zellej ist. Sie ist in
Die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in dem ersten Ring ist gegeben durchThe Number of dissatisfied users in the first ring is given by
Die relative Unzufriedenheitsrate hängt von der kritischen Grenze und über ρ von g2 ab (jedoch nicht von g1), und somit von g1 und doppelt von g2.The relative dissatisfaction rate depends on the critical limit and on ρ of g 2 (but not on g 1 ), and thus on g 1 and twice on g 2 .
Zelle1, Zeitschlitze D1D2:Cell 1 , time slots D 1 D 2 :
Die Trägerleistung, die an einer Mobilstation bei r → in Zelle1 von der Basisstation ankommt, ist, mit (22):The carrier power arriving at a mobile station at r → in cell 1 from the base station is (22):
Die interferierende Leistung, die an dieser mobilen Station, befindlich bei r → in Zelle1 von den Basisstationen der identischen Nachbarzellen in dem ersten Ring ankommt, ist, unter Verwendung von (23) und (19): Verkehrsdichte in Zelle2 während der D1-D2-Zeitschlitze hängt nicht vom Schutzband g2 ab.The interfering power arriving at this mobile station located at r → in cell 1 from the base stations of the identical neighbor cells in the first ring is, using (23) and (19): Traffic density in cell 2 during the D 1 -D 2 timeslots does not depend on guard band g 2 .
Die
kritische Grenzeist die Kurve, auf welcher
die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurvehängt nicht von g2 oder
g1 ab und ist in
Die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in Zelle1 in diesen Zeitschlitzen ist gegeben durchThe number of dissatisfied users in cell 1 in these timeslots is given by
Diese Zahl hängt von der kritischen Grenze und über ρ von g1 ab (jedoch nicht von g2). Deshalb hängt sie von g1 und nicht von g2 ab.This number depends on the critical limit and on ρ of g 1 (but not on g 2 ). Therefore, it depends on g 1 and not g 2 .
Zelle2, Zeitschlitze D1D2:Cell 2 , time slots D 1 D 2 :
Es sei angenommen, dass die Zelle j zu dem ersten Ring von Nachbarn von Zelle1 gehört. Die Trägerleistung, die von der Basisstation von Zellej zu einer angeschlossenen Mobilstation bei r → ankommt, ist, aus (22):Assume that cell j belongs to the first ring of neighbors of cell 1 . The carrier power arriving from the base station of cell j to a connected mobile station at r → is (22):
Die
Interferenzleistung, die an dieser Mobilstation bei r → in der Zellej von dem ersten Ring von Nachbarzellen ankommt,
kommt durch die Annahme von
Die Verkehrsdichte in Zelle2 während der D1D2-Zeitschlitze hängt nicht von der Wahl des Schutzbands g2 ab. Jedoch hängt die Interferenz von der Wahl des Schutzbands g1 in Zelle1 ab. Die kritischen Nutzer nahe der Grenze erfahren eine Neuzuweisung zu D1D2-Zeitschlitzen und verursachen eine zusätzliche Interferenz.The traffic density in cell 2 during the D 1 D 2 timeslots does not depend on the choice of guard band g 2 . However, the interference depends on the choice of guard band g 1 in cell 1 . The critical users near the boundary are reassigned to D 1 D 2 slots and cause additional interference.
Die
kritische Grenzej = 2, ..., 7 ist die Kurve,
auf welcher die Kostenfunktion über r → zu 0 wird. Die Kurvehängt nur von g1 ab
(und nicht von g2), und ist in
Die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in Zelle, j = 2, ..., 7, in diesen Zeitschlitzen ist gegeben durchThe Number of dissatisfied users in cell, j = 2, ..., 7, in these Time slots are given by
Diese Zahl hängt nur von der kritischen Grenze ab und nicht explizit von g1 oder g2 und somit nur von g1 und nicht von g2.This number depends only on the critical limit and not explicitly on g 1 or g 2 and thus only on g 1 and not g 2 .
Wichtige Systemparameter: Important system parameters:
Berechnungsparameter:Calculation parameters:
- R:R:
- Radius des Kreises, der in hexagonale Zelle eingeschrieben istRadius of the circle, which is inscribed in hexagonal cell
- NR:N R :
- Granularität für Iteration entlang RadiusGranularity for iteration along radius
- Nα:N α :
- Granularität für Iteration entlang WinkelGranularity for iteration along angle
Die Tabellen II und III zeigen die Parameterabhängigkeit der kritischen Grenze und der Anzahl von unzufriedenen Nutzern. N1 bezeichnet die Nachbarschaft von ZelleNi. Die kritische Grenze in Zellei hängt von der Schaltpunktkonfiguration durch die Nutzerdichten der benachbarten Zellen ab, welche in bestimmten Zeitschlitzen durch die Einführung eines Schutzbands geändert werden. TABELLE II worin Ni i die Einheit von Zellei mit seiner Nachbarschaft bezeichnet. Die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in Zellei hängt von der Schaltpunktkonfiguration sowohl durch die Nutzerdichten der Nachbarzellen in den jeweiligen Zeitschlitzen und direkt von der Anzahl der Nutzer in Zellei ab.Tables II and III show the parameter dependence of the critical limit and the number of dissatisfied users. N 1 denotes the neighborhood of cell N i . The critical limit in cell i depends on the switching point configuration by the user densities of the neighboring cells, which are changed in certain time slots by the introduction of a guardband. TABLE II where N i i denotes the unit of cell i with its neighborhood. The number of dissatisfied users in cell i depends on the switching point configuration both by the user densities of the neighboring cells in the respective time slots and directly by the number of users in cell i .
Gewählte Parameterwerte:Selected parameter values:
Die
Parameterwerte, die für
die
TABELLE III TABLE III
TABELLE IV TABLE IV
Die Wahl der C/Icrit-Werte ist es wert, kommentiert zu werden. Wir wissen, dass, wenn jede Zelle1 ein SP = (7, 0, 8) hat, der synchrone, symmetrische Funktionsmodus vorliegt, für welchen bekannt ist, dass er im gewählten Rechenbeispiel zehn Nutzer in jedem Zeitschlitz mit einer akzeptablen Unzufriedenheitsrate, grob nicht über 3 %, unterstützt. Das Gleiche gilt für irgendeinen anderen synchronen Funktionsmodus, was bedeutet, dass alle Zellen den gleichen Schaltpunkt (n, 15-n) haben. Dann gibt es keine Asynchronizität, und somit keine Schutzbänder, und die Unzufriedenheitsrate ist die gleiche wie im symmetrischen Fall. Dies ist der spezielle Fall, dem die Parameterwahl genügen muss. Somit müssen die Parameter so gewählt werden, dass sie diese Randbedingungen in sowohl den U1U2- und D1D2-Zeitschlitzen in der Abwesenheit von Schutzbändern genügen, nämlich indem sie zehn Nutzer in jedem Zeitschlitz mit einer Unzufriedenheitsrate von nicht über ca. 3 % unterstützen (ein niedrigerer Wert kann gewählt werden, was zu strengeren Bedingungen für die Parameter führt).The choice of C / I crit values is worth commenting on. We know that when each cell 1 has an SP = (7, 0, 8), there is the synchronous, symmetric mode of operation which is known to be ten users in each timeslot at an acceptable dissatisfaction rate, roughly not in the chosen calculation example over 3%, supported. The same is true for any other synchronous function mode, meaning that all cells have the same switching point (n, 15-n). Then there is no asynchronicity, and thus no guard bands, and the dissatisfaction rate is the same as in the symmetric case. This is the special case that the parameter selection must satisfy. Thus, the parameters must be chosen to satisfy these constraints in both the U 1 U 2 and D 1 D 2 time slots in the absence of guard bands, namely by leaving ten users in each timeslot at a dissatisfaction rate of not more than about Support 3% (a lower value can be selected, which leads to more stringent conditions for the parameters).
Wie Tabelle III zeigt, hängt die Unzufriedenheitsrate von (C/I) BS / crit in den U1U2-Zeitschlitzen ab, und von (C/I) MS / crit in den D1D2-Zeitschlitzen. Das Festlegen eines Höchstmaßes für die Unzu friedenheitsrate schränkt die jeweiligen (C/I)crit-Werte ein. Die exakten Abhängigkeiten sind in den Tabellen V und VI angegeben. Die Tabellen sind identisch für die Zellen 1 und 2, und zwar wegen einer vollständigen Symmetrie im synchronen Fall mit keinen Schutzbändern. Da es keinen Sinn macht, schärfere Bedingungen an die Mobilstation anzulegen, als an die Basisstation (gewöhnlich hat die BS eine mächtigere Hardware und komplexere Algorithmen und kann somit mit härteren Bedingungen zurechtkommen), ist ersichtlich, dass ein Unzufriedenheitshöchstwert von 3 % (C/I)crit-Werte von 0,14 (0,142 in Tabelle VI – 0,145 ist schon merklich zu hoch) erfordert, während ein Unzufriedenheitshöchstwert von 2 % (C/I)crit-Werte von 0,13 erfordert.As Table III shows, the dissatisfaction rate depends on (C / I) BS / crit in the U 1 U 2 time slots, and on (C / I) MS / crit in the D 1 D 2 time slots. Setting a maximum for the dissatisfaction rate restricts the respective (C / I) crit values. The exact dependencies are given in Tables V and VI. The tables are identical for cells 1 and 2 because of complete symmetry in the synchronous case with no guard bands. Since it makes no sense to apply harsher conditions to the mobile station than to the base station (usually the BS has more powerful hardware and more complex algorithms and thus can cope with tougher conditions), it can be seen that a maximum dissatisfaction level of 3% (C / I ) crit values of 0.14 (0.142 in Table VI - 0.145 is already noticeably too high), while a maximum dissatisfaction level of 2% requires (C / I) crit values of 0.13.
TABELLE V TABLE V
TABELLE VI TABLE VI
Es folgt nun eine Beschreibung der Ergebnisse. Es gilt nun die Schutzbandabhängigkeit der relativen Gesamt-Unzufriedenheitsrate in dem Netzwerk für alle möglichen Schaltpunkte von symmetrisch (7, 0, 8) bis maximal asymmetrisch (2, 5, 8) zu berechnen. Die zugrunde liegenden Formeln sind die folgenden: Für ein gegebenes SP und Nutzerlast beträgt die Gesamtzahl von Nutzern in der Zellei:Below is a description of the results. It is now necessary to calculate the guard band dependency of the overall relative dissatisfaction rate in the network for all possible switching points from symmetric (7, 0, 8) to maximum asymmetric (2, 5, 8). The underlying formulas are as follows: For a given SP and user load, the total number of users in the cell is i :
Für ein gegebenes SP, Nutzerlast und Schutzbandkontrollaktion beträgt die Zahl von nicht zufrieden gestellten Nutzern in Zellei: oder gemessen in %:For a given SP, user load and guard band control action, the number of unsatisfied users in cell i is : or measured in%:
Der Einfachheit halber sei angenommen, dass alle Zellen des gleichen Typs und alle Zeitschlitze in der gleichen Kategorie identische Lasten aufweisen, wobei die relevanten Nutzerzahlen in einer Matrix mit 6 Einträgen eingefangen werden können, worin der erste Index den Zelltyp bezeichnet und der zweite den Zeitschlitztyp:Of the For simplicity, assume that all cells are the same Type and all timeslots in the same category identical Have loads, with the relevant user numbers in a matrix with 6 entries can be captured wherein the first index indicates the cell type and the second indicates the cell type Time-slot type:
Wird
das Zellgitter von
Für jeden Schaltpunkt SP und Last n hängt die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in dem Netzwerk (aufgrund eines unzureichenden C/I) von der Wahl der beiden Schutzbänder g1 und g2 ab. Diese können so gewählt werden, dass die Anzahl von unzufriedenen Nutzern in dem Netzwerk aufgrund des nicht genügenden C/I minimalisiert wird. Das Paar aus optimaler Schutzbandkontrolle und Unzufriedenheitsrate für jeden Schaltpunkt ist:For each switching point SP and load n, the number of dissatisfied users in the network (due to insufficient C / I) depends on the choice of the two guard bands g 1 and g 2 . These can be chosen to minimize the number of unsatisfied users in the network due to insufficient C / I. The pair of optimal guardband control and dissatisfaction rate for each switching point is:
Die Tabelle VII gibt das Ergebnis der Optimierung über die Schutzbänder an, d. h. die minimale erzielbare Gesamt-Unzufriedenheitsrate in dem Netzwerk in Abhängigkeit von Last und Schaltpunkt von symmetrisch (7, 0, 8) bis maximal asymmetrisch (2, 5, 8), zusammen mit den optimalen Schutzbändern. In dieser Tabelle ist nur der Funktionsbereich hervorgehoben, der als interessant erachtet wird, mit einer sich daraus ergebenden Unzufriedenheitsrate um DissCeiling herum. Die Last n, d. h. die Nutzerzahl, die in jedem Zeitschlitz unterstützt werden soll, wurde so gewählt, dass sie die höchste ist, für welche eine Schutzbandkontrolle vorliegt, welche der Einstellung 3 % Unzufriedenheitshöchstwert genügt. Sie kann aus Tabelle VII abgelesen werden, und ist der Bequemlichkeit halber in Tabelle VIII zusammengefasst.The Table VII indicates the result of optimization over the guard bands, d. H. the minimum achievable overall dissatisfaction rate in the network dependent on from load and switching point from symmetrical (7, 0, 8) to maximum asymmetrical (2, 5, 8), along with the optimal guard bands. In this table is only the functional area highlighted, which is considered interesting becomes, with a resulting dissatisfaction rate around DissCeiling around. The load n, d. H. the number of users supported in each timeslot should, was chosen so that they are the highest is for which is a guard band control, which is the setting 3% maximum dissatisfaction enough. It can be read from Table VII, and is convenience half summarized in Table VIII.
Es erfolgen nun Durchsatzberechnungen, um eine optimale Strategie für einen asynchronen asymmetrischen Bedarf zu finden.It Now throughput calculations are done to find an optimal strategy for one to find asynchronous asymmetric needs.
Für einen gegebenen Schaltpunkt SP, der genau durch die Anzahl A von überlappenden Zeitschlitzen (d. h. SP = (7 – A, A, 8)) und einen gegebenen Unzufriedenheitshöchstwert DissCeiling gekennzeichnet ist, ist eine mögliche Last n A / DissCeiling eine Last der Form von Gleichung (52), für welche Schutzbänder gi vorliegen, welche in eine maximale Gesamt-Unzufriedenheitsrate von nicht größer als DissCeiling garantieren.For a given switching point SP, which is exactly indicated by the number A of overlapping time slots (ie SP = (7-A, A, 8)) and a given dissatisfaction maximum value DissCeiling, a possible load n A / DissCeiling is a load of the form of Equation (52) for which there are guard bands g i which guarantee a maximum overall dissatisfaction rate no greater than DissCeiling.
TABELLE VII TABLE VII
TABELLE VIII TABLE VIII
Als maximale Last n*,A, die mit A asynchronen Zeitschlitzen und einem wählbaren DissCeiling bedient werden kann, ist der Lastvektor definiert, welcher den Systemdurchsatz maximiert: worin der Systemdurchsatz TA anschließend definiert wird. Eine Zunahme der Zahl von Nutzern in einem der sechs Eingänge des Vektors der Nutzerlasten würde zu einer höheren Gesamt-Unzufriedenheitsrate führen. In dem Fall von A = 4 enthält Tabelle VII zwei Lastvektoren, welche DissCeiling genügen, nämlich [8, 8; 10, 10; 9, 9] und [7, 7; 10, 10; 10, 10]. Jedoch ist in diesem Fall ersichtlich, dass der zweite Lastvektor zu einem höheren Durchsatz führt, da die letzten beiden Eingänge den 8 D1D2-Zeitschlitze entsprechen, und somit ein höheres Gewicht tragen als die ersten beiden Eingänge, welche den drei U1U2-Zeitschlitze entsprechen.As maximum load n *, A , which can be served with A asynchronous time slots and a selectable DissCeiling, the load vector is defined, which maximizes the system throughput: wherein the system flow T A is subsequently defined. An increase in the number of users in one of the six inputs of the user loads vector would result in a higher overall dissatisfaction rate. In the case of A = 4, Table VII contains two load vectors which satisfy DissCeiling, namely [8, 8; 10, 10; 9, 9] and [7, 7; 10, 10; 10, 10]. However, in this case, it can be seen that the second load vector results in a higher throughput since the last two inputs correspond to the 8 D 1 D 2 slots and thus bear a higher weight than the first two inputs corresponding to the three U 1 U 2-time slots correspond.
Folgendes Verfahren dient der Bestimmung, ob und um wie viel der Schaltpunkt in einer Zelle1 verschoben werden soll, unter der Voraussetzung einer bestimmten asymmetrischen Verkehrsanfrage dieser Zelle1, welche asynchron zu den umgebenden Zellen ist. Die asymmetrische Verkehrsanfrage kann in zwei Arten charakterisiert werden. Entweder durch ein Paar von spezifischen Anfragen für UL und DL, oder durch das Verhältnis zwischen den beiden, was der häufigere Fall für große Datenmengen ist und somit im Folgenden behandelt wird.The following procedure is used to determine whether and by how much the switching point in a cell 1 should be shifted, assuming a certain asymmetric traffic request from this cell 1 , which is asynchronous with the surrounding cells. The asymmetric traffic request can be characterized in two ways. Either through a pair of specific requests for UL and DL, or through the relationship between the two, which is the more common case for large amounts of data, and is thus discussed below.
Bestimmen des optimalen Durchsatzes für ein gegebenes Verhältnis eines angefragten UL zu DL-Verkehrs.Determine the optimal throughput for a given ratio a requested UL to DL traffic.
Der nachgefragte Verkehr in den Zellen des Typs 2 ist symmetrisch. Für einen gegebenen Zeitraum, der viele Rahmen aufspannt, sei das nachgefragte UL und DL-Verkehrsverhältnis in Zelle1 r.The requested traffic in the type 2 cells is symmetrical. For a given period spanning many frames, the UL and DL traffic demanded in cell 1 r is.
Wichtig hierbei ist, dass der für eine Übertragung verfügbare Verkehr in einem gegebenen Rahmen das gleiche Verhältnis r befolgen muss. Mit anderen Worten, wenn beabsichtigt wird, einen DL-Verkehr der Größe DLT im nächsten Rahmen zu bedienen, dann ist die Menge des bedienbaren UL-Verkehrs ULT = r·DLT. Wenn umgekehrt beabsichtigt wird, einen UL-Verkehr der Größe ULT im nächsten Rahmen zu bedienen, dann ist die Menge des bedienbaren DL-Verkehrs DLT = 1/r·ULT. Dies ergibt sich daraus, weil, wenn man zwei große Datenmengen zu senden hat, die in zwei Warteschlangen aufgereiht sind, eine für UL und eine für DL, und diese Daten ein UL zu DL-Verhältnis r aufweisen, dann kann man nicht die in einem gegebenen Rahmen zu sendende Datenmenge unabhängig herausgreifen. Wenn das gemacht würde, dann würde die kürzere Schlange bevorzugt werden, was das Verhältnis r immer mehr verschlechtern würde, und ebenso gilt: Jeder Schaltpunkt würde dann einen Durchsatz von 100 % haben, solange beide Schlagen nicht leer sind. Das einzig vernünftige Dienstkriterium zum Vergleichen der Gesamtleistungen verschiedener Schaltpunkt ist, die Daten im gleichen Verhältnis wie ihr Auftreten in den Warteschlangen zu bedienen, nämlich r.Important here is that for a transmission available Traffic in a given framework the same ratio r must follow. In other words, if intended, one DL traffic of size DLT in next Frame to use, then is the amount of UL traffic available ULT = r · DLT. If conversely, it is intended to have UL UL traffic in the UL next Frame to operate, then the amount of operable DL traffic DLT = 1 / r × ULT. This is because, if you have to send two large amounts of data, which are lined up in two queues, one for UL and one one for DL, and this data is a UL to DL ratio r then you can not get the ones to send in a given frame Data volume independent pick out. If that were done then the shorter line would be preferred what the relationship r would worsen more and more, and also, each switching point would then have a throughput of 100%, as long as both beats are not empty. The only reasonable service criterion to compare the overall performance of different switching point, the data in the same ratio how to use their appearance in the queues, namely r.
Zurück zur Frage,
welche die beste Wahl von SP bei einem gegebenen Verkehrsverhältnis r
ist, und welches die Durchsätze
sind, die bei jeder Wahl von SP erzielt werden können. Es wird das gleiche Modell
wie bisher verwendet, wie in
Durch den angehängten Buchstaben a sei im Folgenden der verfügbare Verkehr für den nächsten Rahmen gekennzeichnet, durch s der in dem nächsten Rahmen bedienbare Verkehr (begrenzt durch die Anzahl von verfügbaren Ressourcen, d. h. Zeitschlitze mal Zahl von Nutzer des nächsten Rahmens, und durch c der Verkehr, der schließlich im nächsten Rahmen bedient wird. Der bediente Verkehr ist das Minimum des verfügbaren und des bedienbaren Verkehrs. Hiermit ist die Menge des bedienten DL-Verkehrs, mit SP = (7 – A, A, 8) und einer gegebenen Unzufriedenheitsrate (welche die Anzahl n der maximal unterstützten Nutzer bestimmt) in Zelle1:In the following, the appended letter a denotes the available traffic for the next frame, s the traffic operable in the next frame (limited by the number of available resources, ie timeslots times number of users of the next frame, and c the traffic The served traffic is the minimum of available and serviceable traffic.This expresses the amount of served DL traffic, with SP = (7-A, A, 8) and a given dissatisfaction rate (which the number n of maximum supported users) in cell 1 :
Und in Zelle2:And in cell 2 :
Aufgrund
der erklärten
Verbindung zwischen dem verfügbaren
UL- und DL-Verkehr ist die Menge des verfügbaren UL-Verkehrs in Zelle1:
Wenn
man jemals in einer langen Schlange gewartet hat (zum Beispiel,
um auf einen Berg zu gehen oder in einem Vergnügungspark), ist dies die Menge
aus der langen Schlange, die in den Warteraum für die als nächstes zu Bedienenden, eingebracht
werden. Jedoch ist nicht garantiert, dass dieser gesamte Verkehr im
nächsten
Rahmen bedient wird. Denn ungeach tet dessen, wie viel UL-Verkehr
aufgereiht ist, kann mangels verfügbarer Ressourcen nicht mehr
als Verkehr mit dem gegebenen
SP und Unzufriedenheitsrate in Zelle1 bedient
werden, und in Zelle2.
In dieser Analogie entspricht dies dem Fall, dass man verschieden
große
Kabinen hat, die auf den Berg hinaufgehen, so dass einige Leute
für die
nächste
Kabine zurückgelassen
werden. Somit ist die Menge des bedienten UL-Verkehrs in Zellei:
Hiermit
ist der Durchsatz für
SP = (7 – A,
A, 8) in Zellei
Dann ist der optimale Schaltpunkt selbstverständlich derjenige, der durch das A gegeben ist, welches den gesamten mittleren Systemdurchsatz maximiert:Then Of course, the optimum switching point is the one through given A, which is the total mean system throughput maximizes:
In Tabelle IX ist die Optimierung durchgeführt, die oben für das in Tabelle I, Zeile 3, behandelte Beispiel abgeleitet ist, nämlich eine 1:4 UL/DL-Asymmetrie (r = 0,25) in Zelle1 und 7:8 in Zelle2. Die maximal unterstützten Nutzerzahlen für jede TS-Konfiguration stammen aus Tabelle VIII.In Table IX, the optimization derived above for the example treated in Table I, line 3, namely a 1: 4 UL / DL asymmetry (r = 0.25) in cell 1 and 7: 8 in cell is performed 2 . The maximum supported user numbers for each TS configuration are from Table VIII.
TABELLE IX TABLE IX
Aus den letzten beiden Zeilen von Tabelle IX ist ersichtlich, dass in diesem Fall eines moderat asymmetrischen Verkehrs ein Durchsatzgewinn von 7,4 % in Bezug auf das symmetrische SP erzielt werden können, indem ermöglicht ist, dass der Schaltpunkt in Zelle1 sich asynchron zu demjenigen in Zelle2 bewegt. Drei Punkte sind festzuhalten: Erstens, der Durchsatz kann tatsächlich erhöht werden, indem eine asynchrone SP erlaubt wird, während der gewünschte Wert der Nutzerunzufriedenheit beibehalten wird; zweitens, wenn man die überlappenden Zeitschlitze die ganze Last der Durchsatzreduktion tragen lässt, so ist es nicht optimal, da alle Nullschutzbänder ein spezieller Fall der betrachteten Kontrollaktion sind, und die Durchsatzoptimierung zu von 0 verschiedenen optimalen Schutzbändern führt; drittens, die optimale Schaltpunktbewegung in Zelle1 ist nicht SP = (3, 4, 8), wie aus der angebotenen 1:4-Asymmetrie erwartet, welche perfekt durch eine 3:12 UL/DL-Zeitschlitzaufteilung bedient würde. Vielmehr ist sie, wie Tabelle IX zeigt, SP = (4, 3, 8), welche den größten Systemdurchsatz aufgrund des Durchsatzverlusts in den symmetrischen Nachbarn für eine größere Asymmetrie erzielt.It can be seen from the last two lines of Table IX that in this case of moderately asymmetric traffic, a 7.4% throughput gain can be achieved with respect to the symmetric SP by allowing the switch point in cell 1 to be asynchronous to that moved to cell 2 . Three points are to be noted: First, throughput can actually be increased by allowing an asynchronous SP while maintaining the desired level of user dissatisfaction; secondly, letting the overlapping timeslots carry the whole burden of throughput reduction, it is not optimal, since all null protection bands are a special case of the considered control action, and the throughput optimization results in 0 different optimal guard bands; third, the optimal switching point motion in cell 1 is not SP = (3, 4, 8), as expected from the offered 1: 4 asymmetry, which would be perfectly served by a 3:12 UL / DL time slot allocation. Rather, as Table IX shows, it is SP = (4, 3, 8) which achieves the greatest system throughput due to the loss of throughput in the symmetric neighbors for greater asymmetry.
Da eine UL/DL-Asymmetrie von 1:4 sehr moderat ist, wird nun der erreichbare Systemdurchsatzgewinn für ein mittleres Multimedia-Verkehrsprofil mit zugehörigem Asymmetrieverhältnis von 1:10 in Tabelle X, und für Hoch-Multimedia-Verkehrsprofil mit zugehörigem Asymmetrie-Verhältnis von 1:200 in Tabelle XI, in Einklang mit Referenz UMTS/IMT-2000 Spectrum, Report No. 6 from the UMTS Forum, Dezember 1998 untersucht. In beiden Fällen ist die optimale Schaltpunktposition (3, 4, 8), d. h. vier gegenüberliegende Zeitschlitze, mit einem Zuwachs im Gesamtsystemdurchsatz der gleichen Größenordnung (6.7 bzw. 5.8 %). Jedoch ist die Durchsatzzunahme in den Zellen des Typs Zelle1 wesentlich bedeutender, in der Größenordnung von 50 %, gegenüber einer sehr moderaten Durchsatzzunahme von 6 % in den Zellen des Typs Zelle2. So scheint es zum Erzielen von niedrigen Gesamtverzögerungen und zufrieden gestellten Nutzern sehr wünschenswert, diese kleine Leistungsabnahme in den Zellen mit dem symmetrischen Verkehr in Kauf zu nehmen, um die 50 %-Durchsatzzunahme in den stark asymmetrischen Zellen zu gewinnen.Since UL / DL asymmetry of 1: 4 is very moderate, now the achievable system throughput gain for a medium multimedia traffic profile with associated asymmetry ratio of 1:10 in Table X, and for high-multimedia traffic profile with associated asymmetry ratio of 1: 200 in Table XI, in Line with reference UMTS / IMT-2000 Spectrum, Report No. 6 from the UMTS Forum, December 1998. In both cases, the optimal switch point position (3, 4, 8), ie four opposite time slots, is the same order of magnitude (6.7 and 5.8%, respectively) with an overall system throughput increase. However, the increase in throughput in cells of type cell 1 is significantly more significant, on the order of 50%, compared to a very moderate increase in the rate of 6% in cells of type cell 2 . Thus, to achieve low overall delays and satisfied users, it seems highly desirable to accept this small decrease in symmetric traffic cells to gain the 50% increase in throughput in the highly asymmetric cells.
TABELLE X TABLE X
TABELLE XI TABLE XI
Schlussfolgerungen: Hiermit ist die Antwort auf die eingangs gestellte Frage, dass ein asynchroner Schaltpunkt möglich ist, d. h. die vorgeschlagene Kontrollaktion über Schutzbänder halten die resultierende Interferenz bei Werten, die nicht größer als jene sind, die man bei einer synchronen Systemfunktion antrifft. Somit kann der potentielle Durchsatzge winn, der durch das AASP-Merkmal von TDD versprochen wird, realisiert werden.Conclusions: Herewith the answer to the question at the beginning is that one asynchronous switching point possible is, d. H. the proposed control action on guardbands hold the resulting interference at values not greater than those you find in a synchronous system function. Consequently The potential throughput can be determined by the AASP feature is promised by TDD.
Der
Preis in Bezug auf einen Funktionscontroller ist nicht vernachlässigbar.
Der Controller muss Nutzer zu Zeitschlitzen zuweisen und rückzuweisen,
und zwar abhängig
von ihrer Gefahr, unakzeptable Werte einer Querinterferenz zu erleiden.
Die Rückzuweisung
der Nutzer erzeugt eine zusätzliche
Signallast. Jedoch sei vorweggenommen, dass solche Rückzuweisungen
ein ziemlich "normaler" Prozess sind und
dass dies den Leistungsgewinn nicht stark beeinträchtigt.
Bezüglich
einer ökonomischen
Fragestellung muss gefragt werden, ob der demonstrierte Durchsatzgewinn
in der Größenordnung
von 50 % für
die stark asymmetrischen Verkehrszellen, gegenüber einem sehr moderaten Durchsatzverlust
von 6 % in den symmetrischen Verkehrszellen die Entwicklungskosten
rechtfertigen. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass die Zeitschlitze
in eine kompakte Uplink- und eine kompakte Downlink-Phase gruppiert
werden sollten. In
Die Berechnungen stützten sich auf eine Anzahl von Idealisierungen. Die Verkehrsverteilungen in echten Systemen sind räumlich nicht homogen, wie hier angenommen wurde, zellulare Systeme sind nicht hexagonal, und es gibt Schatten- und Mehrweg-Effekte. Jedoch lassen sich die identifizierten Systemei genschaften, die relativen Größen der Interferenztypen (Base-Base, Cross-Mobile, Base-Mobile, Mobile-Base) und die Wirkung der vorgeschlagenen Kontrollaktionen auf echte Systeme übertragen. Das Kernergebnis ist, dass eine "System-Oberfläche" existiert und die dargestellten Eigenschaften aufweist. Für jeden Funktionspunkt des zellularen Systems gibt es optimale Schutzbänder im Hinblick auf eine Interferenzminimierung. Die Optimierung des Funktionspunkts des Systems macht nur auf langen Zeitskalen Sinn (in der Größenordnung der Dauer von Verbindungen, d. h. Minuten). Auf der kurzen Zeitskala dominieren zufällige Fluktuationen (z. B. Kurzzeitkonzentrationen von Nutzern bei einem bestimmten Ort in einer Zelle). Das System sollte nicht auf dieser Fluktuations-Kurzzeitskala optimiert werden. Anstelle dessen sollte die realistische System-Oberfläche für jede Schaltpunktanordnung durch einen adaptiven Algorithmus bestimmt werden. Um diesen Algorithmus zu trainieren, wird nicht der gesamte Parameterraum erfasst, weil man ansonsten dramatische Leistungsverluste riskieren würde. Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Cross-Mobile-Interferenz bei kleinen Schutzbändern dramatisch zunimmt. In Richtung der größeren Schutzbänder reagiert das System sehr gut und man kann eine sukzessive Abstimmung vornehmen, um eine optimale Systemleistung zu erzielen.The Calculations supported on a number of idealizations. The traffic distributions in real systems are spatial not homogeneous, as is assumed here, are cellular systems not hexagonal, and there are shadow and reusable effects. however can be the identified Systemei properties, the relative Sizes of Interference types (base-base, Cross-mobile, base-mobile, mobile-base) and the effect of the proposed Transfer control actions to real systems. The core result is that a "system interface" exists and the having shown properties. For each functional point of the cellular system, there are optimal guard bands in terms of interference minimization. The optimization of the functional point of the system only makes on long Time scales sense (in the order of magnitude the duration of connections, d. H. Minutes). On the short time scale dominate random Fluctuations (eg short-term concentrations of users in a specific location in a cell). The system should not be on this Fluctuation short-term scale can be optimized. Instead, should the realistic system interface for every Switching point arrangement determined by an adaptive algorithm become. To train this algorithm will not be the whole Parameter space because otherwise risk dramatic power losses would. From the investigations it follows that the cross-mobile interference with small protective tapes dramatically increases. Reacted towards the larger guard bands the system is very good and you can make a successive vote, for optimal system performance.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich ohne Weiteres in Richtung größerer Allgemeinheit erweitern. Zwei nahe liegende Erweiterungen sind:
- 1. Bei der Berechnung der Pfad-verlust-korrigierten Beiträge zur Interferenzleistung, sowie bei der Berechnung der Carrierleistung, kann ein Log-normal shadowing zur Modellierung eines small-scale fading durchgeführt wird, bestehend aus einer Hinzufügung einer Gauß'schen Zufallsvariablen zu den Berechnungsschritten für den Pfadverlust, um zufällige Leistungsschwankungen im kleinen Maßstab zu berücksichtigen.
- 2. Das verwendete Zellmodell aus
9 in Richtung nichtperiodischer, asymmetrischer Zellmuster zu erweitern. Zelle1 wäre dann nicht durch 6 symmetrische Zellen umgeben, sondern durch 6 Zellen mit eigenem zufälligen asymmetrischen Bedarf. In diesem Fall müssen entlang der Zellgrenzen zu verschiedenen Nachbarn innerhalb einer Zelle Schutzbänder mit unterschiedlichen Breiten gewählt werden. Dies ändert vor allem die Komplexität der Optimierung wegen der höheren Dimensionalität des Variablenraums, nicht aber die grundlegenden, hier aufgezeigten Vorgehensweisen und Verhältnisse.
- 1. When calculating the path loss corrected contributions to the interference power, as well as in the calculation of the carrier power, a log-normal shadowing for modeling a small-scale fading is performed, consisting of adding a Gaussian random variable to the calculation steps for path loss to account for random, small-scale power fluctuations.
- 2. The used cell model
9 towards nonperiodic asymmetric cell patterns. Cell 1 would then not be surrounded by 6 symmetric cells, but by 6 cells with their own random asymmetric demand. In this case, guard bands of different widths must be chosen along the cell boundaries to different neighbors within a cell. Above all, this changes the complexity of the optimization because of the higher dimensionality of the variable space, but not the basic procedures and relationships shown here.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004042757A DE102004042757B4 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Model based time slot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004042757A DE102004042757B4 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Model based time slot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004042757A1 DE102004042757A1 (en) | 2006-03-23 |
DE102004042757B4 true DE102004042757B4 (en) | 2007-04-26 |
Family
ID=36001545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102004042757A Expired - Fee Related DE102004042757B4 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Model based time slot allocation method for throughput optimization in cellular networks with different asymmetric multimedia traffic |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004042757B4 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19857541A1 (en) * | 1997-12-17 | 1999-07-15 | Motorola Ltd | Communication system and corresponding communication method |
WO2001099454A1 (en) * | 2000-06-19 | 2001-12-27 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson | Dynamic uplink and downlink resource allocation |
EP1227602A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-31 | Lucent Technologies Inc. | Method for dynamic allocation of timeslots in a TDD communication system |
US6434128B1 (en) * | 1998-08-07 | 2002-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for channel assignment and a radio communications system |
WO2002104063A1 (en) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Method and system of channel allocation |
WO2003052964A1 (en) * | 2001-12-15 | 2003-06-26 | Motorola Inc | Utra tdd time slots allocation |
-
2004
- 2004-09-03 DE DE102004042757A patent/DE102004042757B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19857541A1 (en) * | 1997-12-17 | 1999-07-15 | Motorola Ltd | Communication system and corresponding communication method |
US6434128B1 (en) * | 1998-08-07 | 2002-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for channel assignment and a radio communications system |
WO2001099454A1 (en) * | 2000-06-19 | 2001-12-27 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson | Dynamic uplink and downlink resource allocation |
EP1227602A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-31 | Lucent Technologies Inc. | Method for dynamic allocation of timeslots in a TDD communication system |
WO2002104063A1 (en) * | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Method and system of channel allocation |
WO2003052964A1 (en) * | 2001-12-15 | 2003-06-26 | Motorola Inc | Utra tdd time slots allocation |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Furuya,Y., Akwiwa,Y.: "Channel Segregation, A Dis- tributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems". IEICE Trans., Bd. E 74, Nr.6, Juni 1991, S.1531-1537 |
Ravii Jain, Li Fung Chang: "Towards an Asymmetric Air Interface Protocol or Wireless Internet Access". The 8th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1997. "Waves of the Year 2000". PIMRC '97. Publi- cation Date: 1-4 Sept. 1997, Vol.: 2, p.688-692 * |
uruya,Y., Akwiwa,Y.: "Channel Segregation, A Dis-tributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems". IEICE Trans., Bd. E 74, Nr.6, Juni 1991, S.1531-1537 * |
Wegmann,B.: "Performance Evaluation of Channel Assigument Algorithms for UTRA-TDD". Proc. IEEE 39 wireless '2000, San Francisco, 2000, S.340-346 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102004042757A1 (en) | 2006-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69634120T2 (en) | Method and apparatus for adaptive channel allocation with power control in a mobile communication system | |
DE69535671T2 (en) | Method and system for channel allocation using power control and mobile-assisted handover measurements | |
DE69636575T2 (en) | System and method for managing adjacent channel interference in cellular systems | |
DE69736615T2 (en) | Wireless communication system with dynamic allocation of the radio channels | |
DE69830601T2 (en) | ALLOCATION OF DATA TRANSMITTERS BETWEEN DIFFERENT NETWORKS | |
DE602005004619T2 (en) | Allocation of limited power frequencies to improve intercell interference | |
DE69914863T2 (en) | RADIO COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD AND DEVICE FOR FREQUENCY AWARD | |
DE69637119T2 (en) | Method and program for managing adjacent channel interference by means of power control and guided channel allocation | |
DE112013003165B4 (en) | Methods and systems for adaptive channel evaluation / prediction filter design | |
DE69632777T2 (en) | DYNAMIC CHANNEL DIVISION IN A CELLULAR TELEPHONE SYSTEM | |
DE60108225T2 (en) | Dynamic frequency selection in a wireless local area network with channel exchange between access points | |
DE69531751T2 (en) | Mobile communication system with independent distributed dynamic channel assignment | |
DE112012004947B4 (en) | Power management in a mobile radio system | |
DE60304104T2 (en) | A method of reuse of frequencies in an OFDM mobile communication system | |
DE60221259T2 (en) | RADIO COMMUNICATION SYSTEM, TERMINAL STATION AND BASE STATION OF A RADIO COMMUNICATION SYSTEM AND TRANSMISSION RULES OF A RADIO COMMUNICATION SYSTEM | |
DE60120505T2 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR LOADING A LOT OF CELLS IN A MOBILE RADIO NETWORK | |
DE60012070T2 (en) | Intelligent distribution of resources for a wireless communication system | |
DE69825892T2 (en) | DYNAMIC CHANNEL DISTRIBUTION METHOD IN A CELLULAR COMMUNICATION NETWORK | |
DE60038164T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR TRANSMITTING BURST SIGNALS IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM, MESSAGE DISTRIBUTION METHOD AND MESSAGE CONTROL | |
DE602005005923T2 (en) | Channel selection method for a wireless audio video device | |
DE60222886T2 (en) | PARTICULAR DISTRIBUTION IN CELLULAR SYSTEMS | |
DE102013022466B3 (en) | Reduce interference in wireless communication | |
DE202004010728U1 (en) | System for resource allocation in wireless communication | |
DE60316603T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR IMPROVING A TRANSMISSION SIGNAL CHARACTER OF A DOWN SIGNAL IN A TDMA WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM | |
DE60313611T2 (en) | Method and system for calculating the optimal allocation of time slots to the line in cellular systems using cell division |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H04Q0007380000 Ipc: H04W0004000000 |