CN1111888A - 选择优选通信资源的方法 - Google Patents

Abstract

在无线通信系统中为在各通信单元之间建立通 信而选择一个优选通信资源的方法可以以下列方式 实现：第一个通信单元或其他等效装置确定(301)哪 些通信资源是可用的。当识别可用通信资源时，对至 少一些可用通信资源确定(303、305)信号质量等级 和负荷情况。信号质量等级和负荷的估计一起用来 选择(317)优选通信资源。

Description

本发明涉及无线通信系统，具体涉及在无线通信系统中选择优选通信资源的方法。

已知的无线通信系统包括多个通信单元和在一个预先设定的地理区域中经射频（RF）信道提供通信资源的多个现场（site）这些系统通过在该地理区域的一部分中分配预定的通信资源组和在该地理区域的一个或多个其他部分重复使用相同的通信资源组，可以在地理上即在该预先设定的地理区域内重复使用这些通信资源。这种重复使用技术和利用减少为包括若干较小地理区域的一个大地理区域提供通信服务所需要的通信资源的数目来改善通信容量。

通信资源是由在具体的无线通信系统中所使用的复用方案确定的。例如，在频分复用（FDM）方案中，通信资源可以是载波频率，或载波频率对;而在时分复用（TDM）方案中，通信资源可以是在一个或多个时帧中的时隙或时隙对。无论所选择的复用方案如何，RF信道支持一个或多个通信资源。

最普通的在地理上重复使用通信资源的通信系统是蜂窝通信系统。在蜂窝系统中，通信资源的分配是当一个通信单元请求通信服务的时候开始的。根据资源的可用性和信号质量，资源控制器为通信单元指配通信资源。电路交换通信诸如语音通话或传真传输出现在该通信单元与另一个通信单元之间，或在该通信单元与经过一个基站连接到公共电话电换网（PSTN）的一个用户之间的通信资源上。通信持续直至完成或者在服务中出现中断。在服务中断的情况下，通信可以被重新指配，或者切换到一个替代的通信资源上以便继续服务。替代通信资源的选择是根据由资源控制器用于分配的原始通信资源（即，可利用性和信号质量）的相同质量。当通信结束时，资源控制器恢复该通信资源，因此使该通信资源可以为另一个通信所利用。

在识别优选通信资源中的一个重要参数是所谓的信号质量。当信息信号在通信资源上经其相关的RF信道传输时，在传输期间不希望的信道影响，诸如衰落和干扰改变了信息信号。为此在通信单元或在现场的广播单元中接收机接收的信息信号由于这些不希望的影响而变坏了。通过确定对可用通信资源变坏程度的指示，可以选择最少变坏的通信资源用于通信。这个变坏的指示通常称为信号质量。

可以利用各种方法估计一个通信资源的信号质量。在一种称为接收的信号强度指示（RSSI）的方法中，接收机测量包括希望的信息信号、同信道干扰和在希望的RF信道上的噪声的信号电平的累加。虽然这种技术精确地估计接收信号的电平，但它不能在希望的信息信号与由同信道干扰引起的那些信号之间区分开。因此，接收的信号产生一个可以接受的RSSI，但由于高的同信道干扰电平可能具有不可接受的信号质量。

另一种可代替的方案是，接收信号的误码率（BER）的测量可用于提供精确的信号质量估计。然而，在误码率低的地理区域中为得到这些精确的估计可能要求多次的测量和过多次数的平均。

估计信号质量的第三种方法是确定通信资源即载波对干扰加噪声的比。按照受让给Mororola公司的申请号为08/069，927、名称为“用于确定信号可用性的方法和设备”的末决美国专利申请详细描述的这种方法能够将RF信道中的干扰和噪声从接收的信号中提取出来。鉴此，载波对干扰加噪声的比值提供了通信资源变坏程度的直接指示。

当切换（handoff）过程开始时，一般情况下是根据可用通信资源的信号质量等级来选择继续电路交换通信的（circuit-switched）新通信资源。当RSSI、BER或载波对干扰加噪声的比值表明当前的通信资源不可使用时，该通信从当前的通信资源切换到另一个通信资源。众所周知，涉及该通信的通信单元和广播单元可以监视有效（active）通信资源的信号质量和当质量变坏时开始上述切换过程。据此，当通信单元或广播单元观察到有效通信资源的信号质量等级实质性变坏时，根据其信号质量等级选择备用通信资源。

虽然现有技术的越区切换技术适合于为诸如话音或传真这样的电路交换通信选择通信资源的越区切换，但它们不能迅速地应用于服务分组交换的（Packet-switched）数据通信。在分组交换数据通信中，数据还以分组的形式通过通信资源交换的。与电路交换的数据不同，分组是相当短的持续时间的数据消息，通常仅要求通信资源的一部分传输数据。鉴此，一个信通资源一般同时为多个分组交换数据通信服务。

因为多个分组交换数据通信是在单个通信资源上传输的，所以该通信资源的话务负荷明显影响它的整个质量。负荷直接影响与分组交换数据通信的传输相关的传输延迟，例如，与仅为10%负荷的通信资源相比较，在60%负荷的通信资源上分组交换数据通信将招致较长的传输延迟。据此，当开始或越区切换分组交换数据通信时，应当考虑目的地通信资源的负荷。然而，现有的越区切换技术考虑了通信资源的负荷和严格地依靠通信资源的信号质量等级。

为此，需要一种选择优选通信资源的方法，根据这种方法，按照优选通信资源的信号质量等级和负荷情况建立或继续进行分组交换通信。

图1示出本发明的无线通信系统。

图2示出本发明的一个具体的射频通信信道的时间分割。

图3示出本发明做出切换决定所执行的步骤的逻辑流程图。

一般来说，本发明提供一种从多个通信资源中选择一个优选的资源以在一个无线通信系统的多个通信单元之间建立通信的方法。这是由首先确定哪些通信资源是可以利用的来实现的。当识别可用的通信资源时，对至少某些可利用的通信资源确定信号质量等级和负荷情况。信号质量等级和负荷情况一起被用来选择优选的通信资源。利用这种方式选择优选通信资源，使通信资源的通过量显著地改善了，特别是在分组交换数据应用中。

参照图1-3全面地描述本发明。图1示出一个无线通信系统100，该系统包括：多个复盖区域或网孔102-104、多个现场105-107、多个通信单元108-114、以及多个射频（RF）通信信道115-118。[虽然网孔102-104被描绘为圆形的，但很容易了解它们也可以具有任何其它的几何形状]。现场105-107一般包括基础的无线设备，诸如天线塔、天线、基站、中央控制器、和互连该设备所需要的任何有关的硬件。通信单元108-114可以包括移动无线电台、便携无线电台、或无线电话机。RF信道115-118根据选择的复用方案支持有关的各种通信资源。鉴此，通信资源可以包括时分复用（TDM）方案中的时隙或时隙对、频分复用（FDM）方案中的载波频率或载波频率对、或TDM-FDM组合方案中的时隙和载波频率的组合。

多个现场的无线通信系统100以下方式操作。在第一网孔如网孔104中，两个RF信道115-116目前在工作。RF信道115（即信道1）被安排支持两个通信资源。第一通信资源分配为通信单元112提供专用通信服务。据此，第一通信资源可以仅被通信单元112使用。第二通信资源被分配用于分组交换数据通信，并且目前由两个通信单元110共用。这两个通信单元110利用分配的通信资源发送和接收短数据消息或分组数据。RF信道116（即信道2）被配置为单个的通信资源，专用于为通信单元111提供专门的通信服务。类似于RF信道115上的第一通信资源，RF信道116的单个通信资源可以仅为通信单元111使用。

在多现场的通信系统100中第二网孔102仅有一个有效的信道117（即信道3）。RF信道117被构成以支持分配用于分组交换数据通信的单个通信资源，并且目前由位于第二网孔102的各通信单元108共用。第三网孔103在其有效RF信道118（即信道4）上具有单个通信资源。类似于RF信道117上的通信资源，在RF信道118上的通信资源被分配用于分组交换数据通信和目前由位于第三网孔103中的各通信单元109共用。

为了说明本发明的方法，假设移动通信单元114要求在多了现场通信系统100中的一个可用通信资源上建立分组交换数据通信。移动通信单元114可以要求开始一个新的通信，或者，在另外一种情况，继续以前已在不同的通信资源上建立通信，在现有技术中称为转移或过区切换。为了建立其分组交换数据通信，移动通信单元114必须从一组可接入的网孔（即，102-104）的一个网孔中选择一个可用的通信资源。在第一网孔104中，由RF信道116提供的通信资源和由RF信道115提供的第二通信资源是不可使用的，因为它是专门分配给其相应的通信单元111-112的。然而，在RF信道115、117-118上的用于分组交换数据通信的通信资源被认为是可以利用的。因为分组交换数据通信本来具有短的传输时间。因此，分组交换数据通信资源能够支持来自多个通信单元的分组交换数据。（应当注意，特定的分组交换通信资源可能是不可用的，如果足够大量的通信单元共享该特定的通信资源，则会使该特定的通信资源满载。为了这里讨论的目的，假设，在RF信道115、117-118上的分组交换数据通信资源设有满载，因此是可以利用的。）

移动通信单元114为了选择建立其通信的优选可用的通信资源，首先确定可用通信资源的信号质量等级。每个可用资源的信号质量水平可以利用公知的信号质量测量技术获得，诸如接收的信号强度指示（RSST）或误码率（BER）;但是，如前所述，确定信号质量等级的优选方法是利用申请号08/069，927的未决美国专利申请中提供的技术，估计每个可用通信资源的载波对干扰加噪声功率的比[C/（I+N）]。

当确定了可接入的和可利用的通信资源的信号质量等级时，移动通信单元114估计每个可用通信资源的负荷情况。现有多种估计每个可用通信资源的负荷情况的方法，在下面描述这样的方法。

第一种方法，根据每个可用通信资源上当前参加分组交换通信单元108-110的数量来估计负荷情况，虽然每个通信单元108-110一般来说在它们各自的通信资源上计算不同的业务负荷，但是这里假设每个通信单元108-110呈现相同的业务负荷。鉴此，通过计算当前利用每个可用通信资源的通信单元108-110的数量，就可以得到每个通信资源的负荷情况。例如，由于由RF信道117支持的可用信道资源是当前正被9个通信单元108使用，所以它被认为是重负荷，而由RF信道115、118支持的可用通信资源被认为是轻负荷，因为它们当前仅被两个通信单元109-110使用。

第二种方法。利用估计每个通信资源的利用率来确定每个可用通信资源的负荷情况。利用率是一个具体的通信资源当前被其所有有效通信单元使用的时间的百分比。

第三种方法。利用接入延迟的测量确定每个可用通信资源的负荷情况。这里所用的接入延迟定义为移动通信单元114在被分配一个特定的通信资源之前必须等待的时间段。因为增加负荷一般导至增加接入延迟，由一个请求的通信单元（例如，通信单元114）经历的平均接入延迟提供了在那个特定的通信资源上负荷情况的合理的精确估计。

第四种估计方法代表本发明的优选实施例，根据过去的或历史的利用率来估计每个可用通信资源的负荷情况。一个特定的通信资源的利用率最好在一个预定的时间期间（例如，250ms）内平均，形成该特定通信资源的历史利用率。

当得到每个可用通信资源的信号质量等级和负荷估计时，移动通信单元114组合每个信号质量等级与每个相应的负荷估计，形成对每个可用通信资源的组合质量度量。组合的质量度量最好估计每个可用通信资源的最大通过量;然而，还可以产生另外的组合质量度量。下面详细描述最大通过量的组合质量度量。

移动通信单元114比较每个可用通信资源的组合质量度量和选择具有最好的组合质量度量的通信资源作为优选通信资源。例如，在图1的多现场通信系统100中，假设与RF信道115、117支持的任何通信资源相比较，由RF信道118支持的通信资源具有较好的组合质量度量。因此，移动通信单元114选择RF信道118的通信资源作为优选的通信资源用来建立它的通信。虽然由RF信道118支持的通信资源的信号质量等级可能低于由RF信道117支持的通信资源的信号质量等级可能低于由RF信道117支持的通信资源的信号质量等级，但是移动通信单元114选择RF信道118支持的通信资源，因为它提供了基于其组合的信号质量等级与负荷情况更好的总的通信质量。

相反，现有技术的通信系统将它们的优选通信资源选择只建立在每个可用通信资源的信号质量等级上。因此，在上述的例子中，移动通信单元114根据现有技术将选择RF信道117的通信资源作为优选通信资源。但是，移动通信单元114可以发现：由于相当大数量的其他通信单元108已经共享那个通信资源，可用于该选择的通信资源的总的通信质量将是不可接受的。从而，利用现有技术的方法选择优选通信单元，移动通信单元114实际上选择了一上非优选的通信资源，因为所选择的通信单元的负荷在选择的决定中没有考虑。

单个现场的无线通信系统（例如，现场104）的操作类似于多现场系统100的操作，除了仅现场107经它的RF信道115-116提供通信资源外。假设，一个通信单元113希望建立分组交换数据通信，但被限制在仅在第一网孔104中操作。此外，为了计论的目的，由RF信道116支持的通信资源现在被分配用做分组交换数据通信和目前仅由单个的通信单元111使用。因此，通信单元113可以在RF信道115和RF信道116上的可用通信资源之间选择。请注意，类似于上面讨论的多现场无线通信系统的情况，由RF信道115支持的多个通信资源中的一个资源向通信单元112提供专用的通信和对于由所讨论的通信单元113的选择是无效的。

正如在多现场的情况下，优选通信资源的选择是根据得到的每个可用通信资源的组合质量度量。然而，在单个现场的通信系统中，RF信道115-116一般不受到同信道干扰。因此，在单个现场系统中，所有可用通信资源的信号质量等级基本相等，因为通信设备共同设置于单个现场107中。因此，负荷情况对组合质量度量的影响基本上确定了优选的通信资源。如图1所示，根据当前使用每个资源的通信单元110-111的数量，由RF信道116支持的通信资源比由RF信道115支持的通信资源具有较轻的负荷。因此，按照本发明的方法，通信单元113选择由RF信道116支持的通信资源作为优选通信资源。很容易理解，虽然上面讨论的多现场和单个现场技术是针对建立分组交换数据通信的，但是这两种情况同样可应用到建立其他类型的通信，诸如，电路交换的话言或数据。

图2表示按照本发明一个具体的RF信道115的时间划分。RF信道115被划分为多个时间顶210-212，其中每个时间帧210-212再划分为多个时隙201-207。这里参考结合图1所详述的单个现场无线通信系统的操作，其中RF信道115被组成支持两个通信资源。第一通信资源包括时隙201-203（即在每个时间帧210-212中的第二个时隙）和对单个通信单元112提供专用的通信服务，诸如电路交换话音通信。因此，第一通信资源是不能由通信单元113使用的。

RF信道115的其余时隙204-207包括一个第二通信资源，第二通信资源可以分配用作分组交换数据通信，和认为通信单元113可使用。如图2所述，时隙204-206的某些时隙由当前共享第二通信资源的通信单元110在使用。因此，第二通信资源的负荷情况的估计可以利用上述的各种方法得到。通过监视在时隙204-206中传输的数据分组和对最好包含在数据分组中的通信单元识别码进行解码，通过确定当前使用第二通信资源的通信单元110的数量可以估计第二通信资源的负荷（即，利用第一种方法）。

另一方案，第二通信资源的负荷情况可以由计算它当前的或历史的利用率来估计。例如，计算第二个时间帧211的利用率为40%，因为在第二时间帧211中5个可用时隙的两个时隙205目前正由通信单元110使用。通信资源负荷情况的更精确的估计是通过计算在几个时间帧内的历史利用率得到的。例如，通过平均三个时间帧210-212期间的利用率，计算出历史利用率大约为27%，因为所有三个时间帧210-212中的15个可用时隙的4个时隙204-206以前由通信单元110使用。因此，利用几个可供选用的方法中的一个方法，通信单元113或在第一现场107上的有关基础结构设备可以估计可用通信资源的负荷情况。

图3出示按照本发明例如由通信单元进行切换决定时所执行的步骤的逻辑流程图300。当通信单元确定（301）多个通信资源中的哪些资源对于继续当前的通信是有用时，该逻辑流程开始。可用通信资源是能够提供所要求的通信服务，例如分组交换数据通信那些通信资源。可用通信资源可以包括该通信单元驻留的或当前的网孔中的备用通信资源。另一方面，被另外的通信服务充分利用的或专门为另外的通信服务所专用的任何通信资源被认为是不可用的。

当识别可用通信资源和其相关RF信道时，通信单元确定（303）每个可用通信资源的信号质量等级。通常，通信单元测量位于它附近的每个可接入网孔中的至少一个可用通信资源的信号质量等级。信号质量等级是通过每个可用RF信道在一段短的时间间隔扫描或接收来测量的。在每个RF信道的接收期间，计算信号质量度量，诸如RSSI、BER或最好是C/（I+N）并且变换为信道质量等级。

当确定可用通信资源的信号质量等级后，通信单元估计（305）可用通信资源的负荷情况。如前所述，负荷情况可以通过确定当前使用每个可用通信资源的通信单元的数量、每个可用通信资源的利用率、每个可用通信资源的历史利用率或者每相可用通信资源的平均接入延迟来确定。在一个优选实施例中，每个可用通信资源的负荷情况是在提供可用RF信道的每个现场的基站计算的。负荷情况由基站在每个可用RF信道上以正规的时间间隔发送。因此，能信单元在信号质量等级确定（301）期间在扫描可用RF信道的同时获得了负荷情况。

通信单元组合（307）每个可用通信资源的信号质量等级与负荷情况估计以形成每个可用通信资源的组合的质量度量（CQM）。对于分组交换数据通信，CQM可以包括对每个通信资源的最大可用数据通过量的估计。但是，其他的CQM还可以用于识别优选通信资源。为了说明最大可用数据通过量的估计，假设一个具体的通信资源已确定的信号质量等级允许每秒30Kb（30Kbps）的数据通过量。还假设，负荷情况的估计表示这个通信资源是60%负荷。因此，对于附加的分组交换数据通信可用最多为40%的通信资源。从而，在该具体的通信资源上最大可用数据通过量是12KbPS。

当产生每个可用通信资源的CQM时，按照每个CQM的值对随后的多个CQM进行排序（309）。根据选择的CQM组合，CQM排序顺序可以是上升的、下降的或变化的。当CQM排列为下降顺序时，最高排序的或最好的CQM通过计算（311）当前通信资源的质量度量与最高排序的CQM之间的差来与当前通信资源的质量度量进行比较。然而，如果与最高排序的CQM相连的通信资源变得不可用时，与一个可用通信资源相连的最高排序CQM则被考虑。在一个优选实施例中，当前的通信资源的质量度量基本上类似于每个可用通信资源计算的CQM，只是它是根据信号质量等级和在当前通信资源上观察的负荷情况计算的。但是，在另个一个实施例中，当前通信资源的质量度量可以包括与先前计算的CQM不同的质量测量，诸如在当前通信资源上实际实现的数据通过量。

将在当前通信资源的质量度量和最高排序的CQM之间计算的差与一个预定的阈值比较（313），确定是否该差值大于预定的阈值。该预定的阈值作为一个质量参考指示，当超过时，认为转换当前通信到一个备用通信资源上是正当的。例如，该预定阈值可被选择以将在任何通信期间的切换数值减至最少。当最高排序的CQM与当前通信资源的质量度量之间的差未超过该预定阈值时，切换过程中止（315）。当最高排序的CQM与当前通信资源的质量度量之间的差大于该预定阈值时，当前的通信被转换（317）到与最高排序的CQM相关的那个通信资源上。例如，在上面最大数据通过量的例子中，假设当前的通信资源为9kbps的CQM和最高排序的CQM为12kbps。因此，差为3kbps。从而，如果预定阈值是5kbps，则不会出现转换;相反，如果预定的阈值是2kbps，则会出现转换。消息序列在该通信单元与当前通信资源和目的地通信资源两者相关的基础之间传送，执行转换在现在技术中是公知的。因此，除了便于理解本发明以外，将不再做进一步的讨论。

请注意，本发明的上述实现也可以应用到一个通信的开始建立。在这种情况下，不执行计算（311）质量差和该差与一个预定阈值比较（313）的步骤，而是，与最高排序的CQM相关的通信资源直接选择用于该新的通信。请还注意，虽然通信单元被表示为执行上述的逻辑流程图300的步骤，该技术可以直接应用由基站、中央控制器或者基站、中央控制器和通信单元的任何组合来执行。

本发明提供了在无线通信系统中在各通信单元之间建立通信的一种选择优选通信资源的方法。利用本发明，选择出提供最高总的通信质量的可用通信资源作为优选通信资源。本发明利用信号质量等级和通信资源的负荷情况来确定通信资源的质量度量。与此相对照，现有技术的通信系统仅使用信号质量等级来确定一个具体的通信资源的质量度量。鉴比，本发明防止选择一个提供足够的信号质量等级但非优选的负荷的非优选的通信资源，而现有技术的通信系统却选择非优选的通信资源。本发明还提供一种切换受通信资源负荷影响很大的分组交换数据通信的方法，一种未由现有的切换技术说明的程序。

Claims (10)

1、在无线通信系统中在多个通信资源中选择一个优选通信资源用于在乡个通信单元之间建立通信的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)确定乡个通信资源中的哪些资源可用于传输该通信，产生可用通信资源；

B)确定至少一些可用通信资源的信号质量等级，产生多个质量测量；

C)估计至少一些可用通信资源的负荷情况，产生多个负荷估计；和

D)利用多个质量测量和多个负荷估计来选择优选通信资源。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的无线通信系统包括多个现场，多个现场中的每一现场提供多个通信资源中的至少一个资源，和其中步骤A）包括在多个现场的每个现场中识别多个通信资源中的至少一个资源。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤B）包括对至少一些可用通信资源估计载波对干扰加噪声功率的比[C/（I+N）]的步骤。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤C）包括对至少一些可用通信资源确定利用率的步骤。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤D）包括以下步骤：

D1）组合该至少一些可用通信资源的每一个资源的信号质量等级和负荷情况，产生多个组合的质量度量。

6、在第一无线通信单元中选择多个分组交换通信资源的一个优选的分组交换通信资源以建立与第二通信单元的分组交换通信的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A）确定多个分组交换通信资源中哪些资源可以用于交换分组数据以产生可用的分组交换通信资源;

B）确定至少一些可用分组交换通信资源的信号质量等级以产生多个质量测量;

C）估计该至少一些可用分组交换通信资源的负荷情况以产生多个负荷估计;和

D）使用多个质量测量和多个负荷估计来选择优选的分组交换通信资源。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于，第一通信单元驻留在包括第一现场的无线通信系统中，和其中步骤（A）包括识别在第一现场中的可用分组交换通信资源的步骤。

8、根据权利要求6的方法，其特征在于，步骤（B）包括对该至少一个些可用分组交换通信资源估计误码率（BER）的步骤。

9、根据权利要求6的方法，其特征在于，步骤D）包括以下步骤：

D1）组合该至少一些可用分组交换通信资源的每个资源的信号质量等级和负荷情况以产生多个组合质量度量。

10、在一种无线通信系统中，该系统包括多个现场和多个通信资源，多个现场的每个现场提供多个通信资源中的至少一个通信资源，一种选择多个通信资源的一个优选通信资源用于建立在多个通信单元之间的通信的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A）在多个现场的每个现场识别用于通信的多个通信资源中的至少一个可用资源以产生可用的通信资源;

B）估计至少一些可用通信资源的载波对干扰加噪声功率比;

C）确定该至少一些可用通信资源的历史利用率;

D）组合该至少一些可用通信资源的每个资源的载波对干扰加噪声比和历史利用率以产生多个组合的质量度量;和

E）比较多个组合的质量度量中至少两个组合的质量度量以识别优选通信资源。

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