CN1115930C - 分层蜂窝移动通信系统中的信道分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分层蜂窝通信系统中的信道分配方法，结合分层蜂窝移动通信系统的具体情况，对宏小区采用动态信道分配方案分配信道，对微小区使用固定信道分配方案分配信道，并通过不同层小区的话务量溢出来调节设备配置不足的问题，从而能够以略多于固定信道分配的设备配置和较小的复杂度实现信道动态分配。
Description
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及分层蜂窝移动通信系统中的资源分配技术。
随着移动通信的快速发展，移动通信用户急剧膨胀，对移动通信的容量提出了越来越高的要求。然而由于移动通信系统的频谱资源有限，为使系统增加容量，就必须提高频谱资源的使用效率。为此，提出了各种各样的系统增容方案。例如，小区分裂，微蜂窝网，衬垫-重叠，多重复用模式，跳频，非连续传输……
信道动态分配(DCA)作为一种方法也已经进行过大量的研究。在这种方法中，每个小区随机选取一个信道判断是否有邻近小区在使用该信道。如果没有，则使用该信道，否则，尝试另一个信道。引入这种方法后，系统无须再进行信道复用规划，信道将动态使用。通过选择良好的信道分配策略，将信道的分散程度加以限制，则系统将获得容量的改善。
然而信道动态分配在实际系统中的应用具有较传统的固定信道分配大得多的复杂度，有些问题甚至是直接影响到动态信道分配是否能够应用到实际系统中的。其中以下两点是动态信道分配实现的瓶颈：1、动态信道分配往往需要大量的携带信道状态的信令交换；2、信道动态分配要求每一个小区都有使用任何可用信道的能力。
对于减小信令交换这个问题，已经有人提出解决的方案。如，F.D.Priscoli，N.P.Magnani，V.Palestini，F.Sestini等的文章《Application of Dynamic Channel Allocation Strategies to the GSMCellular Network》(IEEE J-SAC Vol.15，No.8，Oct.1997.pp1558-1567)讨论了针对GSM系统的信道动态分配应用问题。文中认为，对于动态信道分配有两大类方式：话务量自适应和干扰自适应。前者在分配每一个信道时均需要严格判断是否在信道复用距离内有相同信道被使用，这种方案需要大量的传递信道在各个位置的使用状态的信令交换。干扰自适应则是在分配信道时判断该信道的质量是否满足信道分配的质量门限要求，只要满足分配门限则分配该信道。因此，对于信令的问题我们可以通过选择信令要求少的基于干扰自适应的DCA方案来解决。而其中可供选择的一类DCA方案就是分布型的动态信道分配方案。这类方案并不要求获得大量全局的数据，因此就对信令的要求降低了许多。又如A.Baiocchi等的文章《The Geometric Dynamic ChannelAllocation as a Practical Strategy in Mobile Networks with BurstyUser Mobility》(IEEE Trans.Veh.Technol.Vol.44，No.1，Feb.1995.pp 14-23)提到的几何DCA(GDCA)和基于代价函数的DCA(CFDCA)，也是满足上述要求的方案。
但是，对于系统设备冗余的问题还一直没有得到很好的解决。实际上由于动态信道分配是基于所有信道自适应配置的思想的，因此也就要求每个小区都具有随时使用每一个信道的能力。从这种角度来讲，每个小区就必需配备使用所有信道的收发设备，于是就出现了惊人的设备配置冗余。
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，结合分层蜂窝通信系统的具体情况，提出一个信令交换减少，且系统设备配置降低的分层蜂窝通信系统中的信道分配方法。
本发明的目的是这样实现的，一种分层蜂窝通信系统中的信道分配方法，该系统中的每个收发设备均可以实时调整收发信道，且任何一个信道的使用是基于干扰自适应方式，其特征在于，按照预定的初始信道配置方案，将系统的部分信道配置给实现全局覆盖并采用动态信道分配方案分配信道的宏小区，另一部分信道配置给采用固定信道分配方案分配信道的微小区；在系统运行中，按以下步骤进行信道分配：
(1)当呼叫到来时，首先判断是否应该由宏小区为其服务；
(2)如果需要由宏小区服务，则依据宏小区采用的动态信道分配方案为呼叫选择信道并分配，并转(9)；
(3)对于无须宏小区服务的呼叫，转(5)；
(4)如果宏小区没有可用信道分配，则转(8)；
(5)依据微小区采用的固定信道分配方案，当微小区中有空闲信道时，则为呼叫分配信道，并转(9)；
(6)如果微小区没有可用信道分配，则将呼叫溢出到相应的宏小区中进行处理；
(7)若宏小区同样无法为呼叫提供信道时，则转(8)；
(8)阻塞呼叫；
(9)依据各个宏小区和微小区的信道分配成功/失败数据进行统计，对宏小区和其覆盖范围内的微小区的信道配置方案进行调整；
(10)结束。
本发明的分层蜂窝移动通信系统中的信道分配方法，结合分层蜂窝移动通信系统的具体情况，对宏小区采用动态信道分配方案分配信道，对微小区使用固定信道分配方案分配信道，并通过不同层小区的话务量溢出来调节设备配置不足的问题，从而能够以略多于固定信道分配的设备配置和较小的复杂度实现信道动态分配。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
图1为应用本发明方法的蜂窝移动通信系统的系统组成框图；
图2为应用本发明方法的分层蜂窝移动通信系统的网络规划示意图；
图3为本发明方法的初始信道配置示意图；
图4为本发明方法的信道分配处理流程图；
图5为本发明方法的信道配置调整流程图。
我们以GSM数字移动通信系统为例说明本发明，但本发明的方法同样可以适用于其他类型的蜂窝移动通信系统。
如图1所示，应用本发明方法的移动通信系统包括在系统服务区中移动的若干个移动台(MS)14，基站收发台(BTS)13，基站控制器(BSC)12和移动交换中心(MSC)11。通常，一个基站控制器会管理多个基站收发台。而在一个实际系统中多个如图1所示的系统将通过一个移动交换中心相连。该系统中的收发设备均能够实时调整收发的信道(以GSM为例即频率和时隙)，以便工作在任何一个信道上。而任何一个信道的使用是基于该信道的质量，即基于干扰自适应方式。
如图2所示，本发明方法是应用于分层蜂窝通信系统，图中21为宏小区，22为微小区。可以看到，一个宏小区与多个微小区具有重复的覆盖区。在图2中，宏小区的覆盖区完全被微小区重复覆盖，即一个宏小区的覆盖范围被七个微小区重复覆盖。更一般的情况可能是，宏小区将服务区完全覆盖，而微小区局部或全部覆盖服务区。
本发明方法适合一般的分层无线蜂窝系统，并且对微小区使用固定信道分配方案分配信道，对宏小区采用动态信道分配方案分配信道。宏小区实现全局覆盖，并优先为快速移动移动用户提供服务。此外，宏小区还将作为微小区信道的动态补充为由微小区溢出的呼叫提供服务。
图3是本发明方法为宏小区和其覆盖范围内的微小区进行初始信道配置的一个实施例的示意图。图中将所有的信道资源分为31(阴影部分)和32(空白部分)两部分，分别用于宏小区和微小区。按照不同的话务量分布情况，图中列出了33、34、35几种不同的配置情况。一般情况下，我们认为，大部分话务量由微小区承担。因此，往往给予微小区分配更多的信道资源。
对于一个新产生的呼叫或切换的信道分配请求，本发明按照如图4所示的信道分配流程进行信道分配，其步骤如下：
(1)当呼叫到来时，首先根据其移动速度等参数判断是否应该由宏小区为其服务(具体的判断可能依据不同的系统有不同的实现，例如，在只有宏小区覆盖的地区只能接入宏小区，或者当用户按照现有方向和速率接入微小区时将导致越区切换间隔时间小于一定的间隔时间阈值时，都应该接入宏小区。由于这种判断为现有技术内容，不属本发明所需要阐述的范围，因此我们只是假定有可靠而合理的判断来处理接入小区类型的判断)；
(2)如果需要由宏小区服务，则依据宏小区采用的动态信道分配方案(如前面所述的GDCA、CFDCA或其它可行的任何动态分配方案。这里的动态信道分配方案可能各异，但都是属于本发明的范畴)为呼叫选择信道并分配，并转(9)；
(3)对于无须宏小区服务的呼叫，转(5)；
(4)如果宏小区没有可用信道分配，则转(8)；
(5)按照固定信道分配原则，当微小区中有空闲信道时，则为呼叫分配信道，并转(9)；
(6)如果微小区没有可用信道分配，则将呼叫溢出到相应的宏小区中进行处理；
(7)若宏小区同样无法为呼叫提供信道时，则转(8)；
(8)阻塞呼叫；
(9)依据各个宏小区和微小区的信道分配成功/失败数据进行统计，对宏小区和其覆盖的微小区的信道配置方案进行调整；
(10)结束。
由于系统的话务量状况可能不断地变化，系统的初始信道配置可能在运行一段时间后将不再是优化的资源配置。本发明针对这种情况，提出一种易于实现的信道配置调整方法。这种方法的实现是基于小区的阻塞率数据的上报。这里，本发明假定系统每10分钟统计一次阻塞率状况(统计时间在具体的实现中可能是不同的，本发明并不限定统计周期)，并根据统计项进行信道资源在宏小区和微小区之间的转移。
表1给出了信道资源配置的条件。当统计结果中，宏小区M(i)的阻塞率＞Ph_macro，而同覆盖的某微小区m(j)的阻塞率＜Pl_micro时，本发明将转移微小区的信道资源到宏小区中。反之，当统计结果中，宏小区M(i)的阻塞率＜Pl_macro，而同覆盖的某微小区m(j)的阻塞率＞Ph_micro时，本发明将转移宏小区的信道资源到微小区中。其中，Pl_macro为宏小区信道移出(减少)时的阻塞率门限，Ph_macro为宏小区信道移入(增加)时的阻塞率门限，Pl_micro为微小区信道移出(减少)时的阻塞率门限，Ph_micro为微小区信道移入(增加)时的阻塞率门限。
| 调整内容 | 宏小区阻塞率条件 | 微小区阻塞率条件 |
| 将微小区m(i)的X个信道转移至宏小区M(j)使用 | ＞Ph_macro | ＜Pl_micro |
| 将宏小区M(j)的Y个信道转移至微小区m(i)使用 | ＜Pl_macro | ＞Ph_micro |
表1
表2给出了一个调整信道资源的实施例。如表2所示，假设调整信道配置时，宏小区和微小区分别有Na1和Ni1阻塞用户(当小区有空闲信道时，Na1或Ni1为负)，且满足信道资源由微小区向宏小区转移的要求。于是，我们将X个信道由微小区向宏小区转移。转移后，微小区将不再使用此X个信道，而宏小区则拥有此X个信道的使用权。于是调整后，系统将减少Na1-X-Pos(Na1-X)个阻塞用户。同样，当信道资源由宏小区向微小区转移后，系统将减少Ni2-Y-Pos(Ni2-Y)个阻塞用户。
调整中，X、Y的确定是重要的，保守的调整可以只在被转移小区为空闲信道时进行，且调整的信道数不超过空闲信道数。本发明还给出一种确定信道调整数量的参考算法。
假定目前小区拥有信道数为Nc1，而在本次统计的话务量情况下，达到系统要求的阻塞率Pb需要Nc2个信道，则我们可以调整的信道数Nch为：
Nch＝[Pos(Nc1-Nc2)/2]其中
[Pos(Nc1-Nc2)/2]表示取整。
| 调整内容 | 调整前宏小区M(j)阻塞用户数 | 调整前微小区m(i)的阻塞用户数 | 调整宏小区后M(j)阻塞用户数 | 调整微小区后m(j)阻塞用户数 | 调整后阻塞用户减少数目 |
| 将微小区m(i)的X个信道转移至宏小区M(j)使用 | Na1 | Ni1 | Pos(Na1-X) | Ni1+X | Na1-X-Pos(Na1-X) |
| 将宏小区M(j)的Y个信道转移至微小区m(i)使用 | Na2 | Ni2 | Na2+Y | Pos(Ni2-Y) | Ni2-Y-Pos(Ni2-Y) |
表2
图5为本发明方法中调整信道资源的流程图，调整步骤如下：
(1)获取新的小区阻塞率数据；
(2)依据数据判断是否满足信道调整的条件；
(3)不满足条件，转(5)；
(4)满足条件，则进行信道调整；
(5)结束。
当有多个微小区满足调整条件时，本发明将根据各个小区的空闲信道所占比例的大小决定调整对象。优先调整空闲信道比例大的小区。
Claims (5)
1.一种分层蜂窝通信系统中的信道分配方法，该系统中的每个收发设备均可以实时调整收发信道，且任何一个信道的使用是基于干扰自适应方式，其特征在于，按照预定的初始信道配置方案，将系统的部分信道配置给实现全局覆盖并采用动态信道分配方案分配信道的宏小区，另一部分信道配置给采用固定信道分配方案分配信道的微小区；在系统运行中，按以下步骤进行信道分配：
(1)当呼叫到来时，首先判断是否应该由宏小区为其服务；
(2)如果需要由宏小区服务，则依据宏小区采用的动态信道分配方案为呼叫选择信道并分配，并转(9)；
(3)对于无须宏小区服务的呼叫，转(5)；
(4)如果宏小区没有可用信道分配，则转(8)；
(5)依据微小区采用的固定信道分配方案，当微小区中有空闲信道时，则为呼叫分配信道，并转(9)；
(6)如果微小区没有可用信道分配，则将呼叫溢出到相应的宏小区中进行处理；
(7)若宏小区同样无法为呼叫提供信道时，则转(8)；
(8)阻塞呼叫；
(9)依据各个宏小区和微小区的信道分配成功/失败数据进行统计，对宏小区和其覆盖范围内的微小区的信道配置方案进行调整；
(10)结束。
2.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于：在所述的系统运行中进行信道分配的步骤(9)中，信道配置调整的条件是：当统计结果中，宏小区M(i)的阻塞率＞Ph_macro，而同覆盖的某微小区m(j)的阻塞率＜Pl_micro时，本发明将转移微小区的信道资源到宏小区中；反之，当统计结果中，宏小区M(i)的阻塞率＜Pl_macro，而同覆盖的某微小区m(j)的阻塞率＞Ph_micro时，本发明将转移宏小区的信道资源到微小区中，其中Pl_macro为宏小区信道移出(减少)时的阻塞率门限，Ph_macro为宏小区信道移人(增加)时的阻塞率门限，Pl_micro为微小区信道移出(减少)时的阻塞率门限，Ph_micro为微小区信道移入(增加)时的阻塞率门限。
3.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于：在所述的系统运行中进行信道分配的步骤(9)中，调整步骤如下：
(1)获取新的小区阻塞率数据；
(2)依据数据判断是否满足信道调整的条件；
(3)不满足条件，转(5)；
(4)满足条件，则进行信道调整；
(5)结束。
4.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于：在所述的系统运行中进行信道分配的步骤(9)中，当有多个微小区满足调整条件时，优先调整空闲信道比例大的小区。
5.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于：在所述的系统运行中进行信道分配的步骤(9)中，确定信道调整数量可以依据下面的公式计算：
Nch＝[Pos(Nc1-Nc2)/2]其中，Nc1为目前小区拥有信道数，Nc2为在本次统计的话务量情况下，达到系统要求的阻塞率所需要的信道数，Nch为可以调整的信道数，
[Pos(Nc1-Nc2)/2]表示取整。
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