CN100353692C - 电信网络 - Google Patents

Abstract

一种在时分多址(TDMA)电信系统中信道分配的方法，其中时隙被分配给信道，使得被分配的时隙在时域中形成一个连续的组，由此减少重叠且因而减少相互干扰的脉冲串的数量。

Description

电信网络

技术领域

本发明涉及电信网络，并且特别是涉及蜂窝移动电信网。

背景技术

附图中的图1示出了定义若干小区C1...C8的蜂窝移动电信网，每一个小区有一个基站BS1...BS8。移动站MS1...MS3能在小区之间漫游。在最普通的情况下，移动站将与它所处的小区中的基站通信。当不止一个移动站希望与一个基站通信时，电信系统必须将可用的无线电频谱分配给不同的移动站。

无线电频谱量是一个有限的资源，许多蜂窝运营者并不具有他们希望的那样大的分配。有两种将信道分配给移动站以给出高容量的基本途径。一种途径是使用大量的小小区，另一种是提供少量的较高容量小区。由于提供大量小区相关的固定成本较高，所以前一种途径与后一种途径相比实施起来成本容易更高。

因此，当前非常高(而且仍在增长)的移动电话应用的渗透使得增大无线电频谱使用效率成为蜂窝无线电系统制造商和运营者的一个关键的和商业性的因素。由于较高的频谱效率允许更密集的频率重复使用模式，因此允许频率受限的运营者布署较大(因而也较少)的小区。

在某种程度上，一个蜂窝系统中的所有无线电信道在频率和时域上是彼此干扰的。因此期望努力去分配信道，使得信道间的干扰至少是可预测的。

可通过设法分配无线电信道来实现这一目的，该无线电信道有来自现有连接分配的相对较低的干扰电平且相反地不会对这样的现有连接(即在现行分配之前就已根据干扰情况分配的现有连接)带来不可接受的干扰电平。

一个行之有效的分配方案是，载波/干扰比对于朝向所有活动移动站的无线电链路而言大致相等，上述载波干扰比应如可行的一样小，以便与信号应以可接受的保真度运送这一要求一致。由于不同的移动站处在不同的物理位置，而不同的物理位置有相对不同的传播特性，所以这些无线电链路通常具有相应的不同的信号强度值。

信道分配的难题是找到一种将连接映射到频谱的算法，使可用频谱的所有部分都有尽可能相等的载波干扰比。具体地这意味着可用的频谱中没有部分应是(全局地)未被使用的，而其它部分则传送相互干扰的多路连接：相反地，被使用的信道应尽可能均匀地在时间/频率空间中散布开，其中载波/干扰(C/I)比的均方差被减小到最低。

一个众所周知且被理解的多址方案是时分多址(TDMA)方案，在这一方案中移动站信道是按时间分配的。下文给出了已知的TDMA系统的简要说明，而且更加详细的信息能被发现，例如，在Mouly&Pautet所著的“The GSM system for mobile communications(移动通信的GSM系统)”中，ISBN 2-9507190-0-7。

在此说明书中，信道分配是在按GSM推荐标准建立的TDMA蜂窝系统的语境中来说明的，因为这个构成了此时使用最为广泛的蜂窝标准。不过本领域的普通技术人员容易理解所描述的原理同样可以应用于按其它TDMA标准建立的蜂窝系统。

在GSM推荐标准中定义的TDMA系统内，信号是按帧的顺序传送的，每个帧包括8个时隙。在图2中举例说明了一个帧。时隙通常被编号为0-7。每个时隙是在时间中的一个窗口，它可作为一个基本物理信道(BPC)的层1载体来传送一个无线电能量突发。

一个小区有若干个收发机，且因而可同时支持几个帧，这种情况是可能的(事实上通常如此)。图3举例说明了两个帧。在GSM系统中，一个小区中并发的帧必须彼此同步。然而，一般情况是不同小区中的帧不同步。

当在蜂窝无线电系统(及在某些其它环境中)中建立了一个新的连接时，系统必须从目前可用的信道中选择一个信道(BPC)。这一功能称为“信道分配”。

在一个有效的系统中，因为目的是连接将总是具有没受干扰的无线电链路，所以信道分配方法可能是复杂的，且每个被分配的无线电链路对其它小区中的其它信道产生干扰。为努力解决所有当前被使用的无线电链路相对在每个单独的信道上给出最适合总干扰电平的可用频谱的映射，该方法可能要考虑很多因素。

通常，有许多侯选的可用信道，必须从中选择一个要分配给被请求的新连接的信道。

本领域的普通技术人员使用和/或已提出并且已知多个策略。有些策略是基于有关移动站的特性，例如它的传播条件、距基站的距离、是否正在移动等来确定性地选择信道。这些机制一般会减少“受优待的”候选信道数量，但一般仍并不总是导致仅有一个剩余的候选信道。

通常，有许多侯选的可用信道，必须从中选择一个要分配给在考虑中的新连接的信道。

当前系统监视候选(即当前空闲的)信道，以确定每个候选信道上的瞬时干扰量，并由此选择干扰最小的信道用于分配。

此“基于空闲信道测量的分配”方案有几个不足之处。给定小区中的每个信道都有可能受到周围小区中在同一时间使用相同频率的信道的干扰。

这些相互干扰的连接是独立建立、移交和终止的。其结果是，在几分钟的时段上(用移动电话进行一次典型呼叫的持续时间)，各信道上的干扰电平将随着新呼叫建立和旧呼叫结束而重复改变。

如果在使用功率控制，则在不同信道上还会发现干扰电平的进一步变化。

结果，在被选择和分配时看似干扰最小的信道将不能一直到连接终止都保持为该小区中干扰最小的信道。

在该容量场景中的忙时段，在候选信道上的干扰分布将几乎连续变化，也就是说，将不稳定。在分配时基于瞬时质量被分配的信道将不能在任何有用时间段上都维持对平均信道质量的任何系统优势。

在不同步的TDMA网络中，一个小区中的一个时隙只干扰周围小区中的一个时隙，这在统计上是不可能的。这主要是因为所涉及的不同小区不同步，但是在有些场景下，正如所理解的那样，会因传播延迟而变得更为复杂。

这意味着在一个小区中分配的一个信道，一般会部分的与干扰小区中一个以上的信道发生干扰。图4举例说明了这样一个场景，其中第一个小区的一个信道2与第二个小区的两个信道4和6的边界重叠。这个重叠由信道2的阴影3表示。

对于一个小区中的每个活动信道都出现同样的影响，会导致出现这种情况，即每个单独小区中的少数活动信道可能(从统计上讲)导致周围小区中的多数信道至少部分地被干扰。例如，分配在一个小区中的四个活动信道可导致第二个小区中的所有脉冲串受到干扰。

图5示出了第一个小区中4个被分配的时隙8与4个空闲时隙10相交替的情况。第二个小区同样包括交替被分配的时隙12和空闲时隙14。如果小区同步，就可能没有重叠，但是在图5所示的典型事例中，将会有重叠，而且在此例中，所有被分配的时隙都发现它们被部分地重叠(如图5中阴影9所示)。

因此，希望能以减少干扰这样的方式来分配信道。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供一种在时分多址(TDMA)电信系统中分配时隙的方法，它包括步骤：

定义第一时隙以分配给第一信道；

将第一时隙分配给第一信道，以产生第一被分配时隙；

将第二时隙分配给第二信道，以产生第二被分配时隙，使得该第二被分配时隙在时间上与该第一被分配时隙邻近；

将随后的信道分配给各个另外的时隙，以产生另外的被分配时隙，使每个另外的被分配时隙在时间上与前一个被分配时隙邻近，从而在时域中形成一个连续组。

按照本发明的另一个方面，提供一种在时分多址(TDMA)电信系统中信道分配的方法，其中时隙被分配给信道，使被分配的时隙在时域中形成一个连续的组。

按照本发明的另一个方面，提供一种在TDMA蜂窝无线电系统中分配信道的方法，使得在任何一个小区中分配的信道在时域中集成长期稳定的束，此外，还使得该束的中心经过配置，以便方便地落入长期低于平均干扰的时域区域内，使经历的干扰电平有平均的改善。

按照本发明的又一方面，提供一种在时分多址(TDMA)电信系统中用于分配时隙的电信设备，该设备包括：定义第一时隙用于分配给第一信道的装置；将第一时隙分配给第一信道，以产生第一被分配时隙的装置；将第二时隙分配给第二信道，以产生第二被分配时隙，使得第二被分配时隙在时间上与第一被分配时隙邻近的装置；将随后的信道分配给各个另外的时隙的装置，其中每个随后被分配的信道被分配给在时间上与第一时隙最接近的空时隙，并且每个另外的被分配时隙在时间上与前一个被分配时隙邻近，从而在时域中形成一个连续组。

附图说明

图1示出了一种蜂窝电信网络；

图2示出了一个TDMA帧；

图3示出了一对并发的TDMA帧；

图4和5示出了邻近小区中信道之间的干扰；

图6和7示出了按照本发明的一个方面的信道分配；

图8示出了按照本发明一个方面的一种分配方法中小区之间的干扰；

图9和10是按照本发明进行信道分配的可替换的示例；和

图11示出了按照本发明在跳频系统中的信道分配。

具体实施方式

图6示出了根据实现本发明的方法的信道分配，在此方法中，时隙被分配，使得分配的信道在时域中形成一个连续组。第一信道被分配给预定的第一时隙，该第一时隙是提前选定的，下文将对此作详细说明。随后的信道接着被分配给在时间上与已被分配的时隙邻近的时隙。被分配的时隙因此而在时域中形成一个连续组。在图6的示例中，分配被集中在时隙4上。然后将信道按4、5、3、6、2、7、1、0这样的顺序分配给时隙。或者，信道也可按4、3、5、2、6、1、7、0这样的顺序分配。分配是在到达的当时是空闲的第一个TS上进行的。在这一最简单的示例中，这两种不同策略的变型之间(即先分析右还是先分析左)是没有优先的。

虽然不太期望，但是在任何一个小区中在仅一个方向上延续分配是有可能的。然而，因为上文所说的“分配中心”被定位成尽可能靠近离最大干扰脉冲串距离最远的时域中的点，所以在仅一个方向上延续会更快地到达上述受干扰最严重的脉冲串。如果期望只在一个方向上延续分配，则可能从接近于时域中受干扰不太严重的区域的相对侧开始进行分配。由此可以看出，分配策略和选择分配开始点的策略在理想情况下应当是协作的，这点非常重要。

分配信道的问题之一是，无法确定性地知道在任何给定的时刻哪个小区将有比一般高的负荷，因为每个小区中瞬时提供的业务实际上是统计性的。如果小区被静态指配了时域子集(即每个小区有一个可用的未受干扰的脉冲串窗口)，那么，如果在给定的时刻提供给所述小区超过该窗口中可用信道数的上述平均业务，则该额外的业务将要么因拥塞被拒绝，要么在带有这样的风险的情况下被传送，即与名义上静态指配给其它小区的时域其它区域中传送的信道重叠并因而对其造成干扰。因为一个小区可瞬时显示出高于平均业务量的风险部分地被邻近信道将以低于正常密度(也就是指时域使用过程中的“中继”效率)地装入这样的统计概率所抵销，所以如果指配了“分配中心”，就可减少这一问题，分配工作从该分配中心向外展开，而不是从可被“填充”的定义窗口开始。从中点的每一侧平等地向外分配，可将脉冲串距该中点的平均距离减小到最低，并可由此将因所供业务的统计特性造成的、某一时刻在某些随机小区中的过度业务水平而导致的重叠可能性减小到最低程度。

分配中心可布置在帧中的任何地方，被分配的时隙可“翻转”到下一或前一帧。图7示出了这种布置，其中时隙的分配以一个帧的时隙7为中心。

通过这种方法为时域中的信道时隙分配进行编组，可减少单个帧中空闲和忙信道之间的边界数。图8示出了相邻小区中信道如上所述地编组的情况。小区C1和C2各自的组为G1和G2，接着是各自的空闲时段。

假定小区彼此不同步(通常是这种情况)，那么根据所说的信道编组，只有一个边界会遇到任何干扰。这一区域由图8中的灰色区域16表示。因为经历任何重叠的信道的成员减少了，所以通过管理时域中的信道分配可减少干扰量。

本领域的普通技术人员将会理解，小区间平均干扰电平中这样的减少，会使重复使用模式被拉紧，给出更高的频谱效率，并因而提高给定数量站址的容量和网络中得到许可的频带的容量。

初始分配时隙最好选在帧中一个时间上稳定的位置。通过长期监视每个时隙上的干扰电平即可找到此点。

设置长期稳定的初始分配点，意味着每个小区能够标识其自身的信道分配最佳开始点。参考图9，时间帧可用一个时隙环表示，以演示图7所示的“翻转”效应。时间帧的这一环状图示还可方便地演示相邻小区的开始点分配。

参考图10，利用长期的干扰测量，第一个小区C1将其初始分配点选为时隙7。小区C2也利用长期测量，将其初始点选为时隙1，以避开小区C1分配的时隙。

这样，第二个小区将其信道分配在时域中未受干扰的区域，使大多数脉冲串根本不产生干扰。

“分配中心”布置在第一个小区产生的干扰中的“孔”内，且第一个小区因此发现自己相应地处在第二个小区留下的“孔”内。最终结果是，与现有的信道分配策略相比，两小区中的信道之间的平均干扰被大大减小。

应注意，由于分配中心被放置成落入来自潜在干扰小区的干扰中的间隙中心，并且由于小区不同步，所以用作每个小区中分配中心的时隙号是相当任意的。

在非理想的、实际的情况中，活动时隙的提供不是静态的，因为新连接被持续分配空闲信道，且现有连接被终止。这意味着整齐的连续信道分配不会始终存在。起初可能会分配连续的信道组，不过组中间的信道之一将终止而留下一个小“孔”。在这种情况下，信道分配方法将优先填充该连续组中这样的“孔”，而不是加到该组的边缘。因此，甚至是有缺陷的信道编组也优于根本不被确定性地集束的常规分配。

因此，各小区中被分配时隙数是动态变化的。在某些时段(非峰值)内，两小区中的连续组将收缩，且结果将是根本没有重叠。相反在忙时间内，每个小区中一半以上的时隙可被分配，在这种情况下，仍会有很大的重叠。但是由于一个小区的分配中心有与一个干扰小区的分配中心相反的倾向，所以重叠量总被减少或减至最小。

有可能对充当“分配中心”的时隙号进行手动配置。

然而一个优选实施方案包括以这样一种方式进行分配中心的自动自适应配置，即使网络中减小的平均干扰电平的可能性增大。

如上所述，目的是发现时域中有最小干扰的部分。这可在信道空闲时通过用常规监视技术监视干扰来实现。

但是在按照本发明的方法中使用干扰数据的方式有几个主要差别。

在本发明中，长期平均干扰电平被用于确定初始分配点的稳定的长期位置。“长期”平均是指在大大高于平均呼叫保持时间的一段时间上。一旦已标识一个初始分配点，它就被长期保持稳定，即使瞬时干扰值与长期平均值差别很大也是如此。

在当前的系统中，目的是标识目前的“最佳”单个信道。而在本发明中，则标识一个包含几个有较好长期平均的时域的连续时隙的区域；假如多数周围时隙受干扰的程度基本比正常小，则一个接近所选初始分配点的单个时隙就可能会受到相当严重的干扰。

在现今的系统中，每个信道是被独立考虑的。而本发明则将多个信道上，特别是同一时隙的所有信道上记录的干扰聚合在一起。

下例中的方法旨在阐明按照本发明的信道分配的原理。很容易理解，对此例的变化都由本发明的范围涵盖。

考虑一组带ICM(空闲信道测量，是一种著名的技术)“分数”的信道，ICM“分数”反映了在足以延长至具有统计意义的测量时段之上、那些信道上记录的平均干扰电平。(这典型的会超过几百个呼叫，几个小时甚至更长。)

每个时隙依次被考虑作为“分配中心”的候选。这种方法是用于评估候选中心周围区域中的干扰的。

“周围区域”可用各种方式定义。在一个小系统中，其中在所供业务中对于平均供给业务水平有大的瞬时变化，可以使用计算在每个或所有时隙上干扰的加权函数的简单算法。

在其它情况下则只应考虑某些时隙。例如，在一个大的小区中，其中在所供业务的水平上可能有好的统计置信界限，且这样对于每一帧上被分配时隙的平均数目在统计上有一个较小的方差，那么就有可能只考虑以候选分配中心为中心的那一宽度的“组”，而不是全帧。

上述的优选实施方案是每个时隙的平均ICM分数被其平均利用率的统计期望加权。这种方法的一个先进的变型甚至可以考虑这样的期望，即这一平均利用率将响应业务模型或该运行系统的测定(但是长期的)分析而在一天的过程中变化。

一个以这种方式工作、作为本发明的优选实施方案的简单示范算法现在将要被描述。假定可用的8个时隙中平均只有5个需要被分配。

该方法通过为以每个候选中心为中心的5个时隙连续组中的每个时隙添加一个加权分数，来计算每个候选中心的“总分数”。为便于理解，在本例中加权将以简单的方式进行，增大提供给距每个时隙的候选中心更远的干扰的加权。

在本例中，将假定较低ICM分数表示一个较好的信道-即干扰小。如果干扰处在候选中心，则距离计数为x1，如果在邻近的时隙上，则计数为x2，如果在次邻近的时隙上，就计数为x3，等等......。距离是用最短的路径确定的，这样可越过帧的边界环绕(向后及向前)。参考图11，该高干扰信道在时隙3和4处，一些较低干扰值出现在时隙1和7处。因此每个候选中心的“分数”可这样给定：

候选：   分数

TS0：    0×1+1×2+1×2+0×3+0×3＝4

TS1：    1×1+0×2+0×2+3×3+1×3＝13

TS2：    0×1+1×2+3×2+4×3+0×3＝20

TS3：    3×1+0×2+4×2+0×3+1×3＝14

TS4：    4×1+0×2+3×2+0×3+0×3＝10

TS5：    0×1+4×2+0×2+1×3+3×3＝20

TS6：    0×1+1×2+0×2+0×3+4×3＝14

TS7：    1×1+0×2+0×2+1×3+0×3＝4

本示范场景中最低分数出现在TS(0)和(7)上，即在帧边界周围，因为(正如被直觉地预计的)这是距以时隙3和4为中心的重干扰最远的时域区域。

本发明的方法同样能自动处理时域在几个小区之间的划分。

如果在一个重复使用系统中使用两个小区，则它们将自动将其“中心”设置在距异相的4个时隙尽可能近的地方。如果在一个重复使用系统中有三个小区而且有相似的利用率，则它们将尽可能最好地设法把时域平等地分成三个部分。在任何给定的场景下，这一工作的正确完成将依赖于该小区的相对同步，因为这将影响与重叠程度成比例的干扰强度。

同样地，如果三个小区中有一个小区的利用率比平均利用率高，则它的时域的份额自然会相应增大，因为它将产生一个更宽的干扰墙，从而把剩余小区压进间隙中。

在一个现实的系统中，其中小区有很多传播条件不同的邻居，确切的结果可以变化；具有最强干扰耦合的小区自动被给以最大的时域片。

分配中心(初始分配点)不是连续变化的。一个特定的目的是稳定无线电环境。在对系统作基本改变，例如增加一个新基站后，只需将分配中心重新定位即可。否则只需定期(例如，可能在夜间，基于全天汇总的ICM分数)重新定位，就足以跟踪系统特性的缓慢变化。

每次一个小区重新设置其分配中心，都将自然地对附近的小区产生影响。因此用于对中心进行设置的实际ICM机制无条件、稳定地会聚，是非常重要的，因为网络中的所有小区定期不同步地在这一量度迭代，并计算一个新的初始分配点。

这样就有利地改善了频谱效率和一个给定信道质量的容量或一个给定容量所需的频谱量。

容易理解，按照本发明的信道分配方法能够改善频谱效率和因而提高对于一个给定容量的容量。

Claims (5)

1.一种在时分多址TDMA电信系统中分配时隙的方法，包括步骤：

定义第一时隙用于分配给第一信道；

将第一时隙分配给第一信道，以产生第一被分配时隙；

将第二时隙分配给第二信道，以产生第二被分配时隙，使得第二被分配时隙在时间上与第一被分配时隙邻近；

将随后的信道分配给各个另外的时隙，其中每个随后被分配的信道被分配给在时间上与第一时隙最接近的空时隙，使得每个另外的被分配时隙在时间上与前一个被分配时隙邻近，从而在时域中形成一个连续组。

2.在权利要求1中要求的方法，其中第一时隙是基于时隙平均干扰电平在时域上的分布的加权函数来自适应定义的。

3.在权利要求2中要求的方法，其中加权函数近似时隙的平均使用。

4.在权利要求1中要求的方法，其中时隙的连续组以时间帧内稳定的一个时隙为中心。

5.在权利要求1中要求的方法，其中当一个被分配时隙变成未分配时，下一个信道被分配给该时隙，使得该连续组被重新形成。

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