CN1309875A

CN1309875A - 蜂窝无线电网络中动态信道分配方法和用于信道分配的系统

Info

Publication number: CN1309875A
Application number: CN99808752A
Authority: CN
Inventors: 尤卡·皮尔托拉; 哈里·波斯蒂
Original assignee: Nokia Networks Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-08-22
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: FI981635A0; US6782263B1; AU5043899A; EP1097597A1; WO2000004739A1; CN1135884C; FI981635A; NO20010263D0; NO20010263L; JP2002521888A

Abstract

本发明涉及蜂窝无线电网络中信道分配方法和用于信道分配的系统,此蜂窝无线电网络包括至少一个基站收发信机(100)和通过双向无线电链路(108)连接到此基站收发信机(100)的至少一个用户终端(104)。本发明的特征在于,在信道分配判定时,考虑可能的信道分配对此蜂窝无线电网络的干扰电平的影响。此干扰控制方法使之有可能增加蜂窝网络的容量并更有效地利用蜂窝网络。

Description

蜂窝无线电网络中动态信道分配方法和用于信道分配的系统

本发明涉及蜂窝无线电网络中信道分配方法，此蜂窝无线电网络包括至少一个基站收发信机和通过双向无线电链路连接到此基站收发信机的至少一个用户终端。

还有，本发明涉及蜂窝无线电网络中用于信道分配的系统，此蜂窝无线电网络包括至少一个基站收发信机和通过双向无线电链路连接到此基站收发信机的至少一个用户终端以及服务网孔。

开发蜂窝无线电网络的一个关键问题是有限范围的可利用的无线电频谱，目的是通过仔细规划无线电频率的使用来使同信道信号与相邻信道信号引起的干扰最小。根据不同的复模型将频率分布在不同的网孔中，以使出现在无线电链路中的干扰最小并从而使网络容量最大。在网孔的重复模式中，同一或相邻信道的频率不能相互太靠近，这是因为这在系统中引起太多的干扰。

虽然移动电话机与其他用户终端的使用变得更普通，但网络的容量必须不断增加，这导致频率规划与各种测量形式的高成本。

在现有技术的动态信道分配方法中，信道分配基于某一时刻正在进行的呼叫的平均质量，即，每个网孔的质量等于所述网孔中所有呼叫的平均质量。根据已经连接的呼叫的平均质量定义每个网孔的质量等级。一个网孔的质量等级确定使呼叫通过的概率。信道预留的每个概率值在0与1之间。预留信道的最后概率是相邻网孔1…n的概率P(BTSn)=Pn的乘积，即，总概率P∈[0,1]是

P=P(BTS1)*…*P(BTSn)=P1*…*Pn

此现有技术方法的缺点是实际土根据过去的情形进行有关信道分配的判定，并且不试图估算将在此网孔上建立的呼叫的实际影响。如果非常靠近服务基站收发信机或在服务网孔的边缘上始发此呼叫，则此服务网孔的相邻网孔不受其干扰，而只有与将建立的呼叫最靠近的相邻网孔受干扰。根据现有技术，根据相邻网孔中所有正在进行的呼叫的质量进行有关干扰影响的判定，这尤其在非常靠近服务基站收发信机或在服务网孔的边缘上始发呼叫时太强调将建立的呼叫的干扰影响。然而，如果用户终端非常靠近此服务基站收发信机，此呼叫将有可能不影响其他网孔的呼叫的质量，这是因为上行链路与下行链路则将具有低的发送功率。

因而，本发明的一个目的是以解决上面问题的方式研制一种方法和实施此方法的一种系统。这利用其特征为信道分配判定考虑可能的信道分配对蜂窝无线电网络的干扰电平的影响的引言中所述类型的方法和利用其特征为服务网孔适于通过估算可能的信道分配对蜂窝无线电网络的干扰电平的影响分配信道的信道分配系统来实现。

本发明的优选实施例在从属权利要求中提出。

本发明基于这样一个思想，即，有关信道分配(即，用于一个呼叫的信道的分配)的判定也至少部分地基于至少在此服务网孔的周围此呼叫对此无线电蜂窝网络的干扰电平的实际影响的估算。通过估算每个呼叫对干扰电平的实际影响，有可能避免现有技术方法只因为使用与此服务网孔相同的频率的其他网孔的呼叫具有低质量而拒绝呼叫的问题，即使此呼叫例如由于移动站在无线电环境中的位置而可能一点也不降低其他网孔中呼叫的质量。因为本发明的方法试图估算此呼叫对蜂窝网络中总的质量的实际影响，所以如果估算的将建立的呼叫对干扰电平或质量的影响低，能接受此呼叫而不管其他网孔中发当前质量或干扰电平如何，。

输入呼叫的干扰影响根据移动站相对服务基站收发信机和有可能遭受干扰的网孔的关系而显著不同。如果此移动站靠近服务基站收发信机，则上行链路与下行链路中的发送功率有可能是低的并且此呼叫对其他网孔中的呼叫质量没有大的影响。如果此移动站靠近服务网孔的边缘，则有可能对这一侧的相邻网孔中的呼叫质量比对此服务网孔的另一侧的相邻网孔的影响更大。在本发明的一个实施例中，根据此移动站在无线电环境中的位置以不同的方式加权一个呼叫对各个相邻网孔的估算影响，并因而考虑此移动站的无线电环境位置对接受或拒绝概率的影响。因而，实际上，移动站在无线电环境中的位置确定它如何从不同的网孔接收信号。

在本发明的第一优选实施例中，通过检查在移动站中测量的服务网孔与相邻网孔的接收下行链路信号强度在信道分配判定时考虑此移动站的无线电环境位置。如果从相邻网孔中接收的信号强度高，则能假定此移动站的传输对所述相邻网孔的影响也是高的。如果从相邻网孔接收的信号电平是低的，则能假定此移动站对所述相邻网孔的干扰影响也是低的。因而，有关输入呼叫的干扰影响的估算在从相邻网孔接收的信号强度增加时必须增加并相应地在此信号强度降低时降低。因此，有关相邻网孔上的干扰影响的估算必须在服务网孔信号强度增加时降低并在服务网孔信号强度降低时增加。通过组合各个相邻网孔的估算影响和基于服务网孔估算的影响，获得输入呼叫对总的干扰电平或质量的估算影响并能据此进行分配一个信道或拒绝此呼叫的判定。

本发明的方法与系统提供几个优点。一个大的优点是蜂窝网络的容量随着频率的有效利用而增加，这利用信道的有效选择来实现。

本发明的方法比现有技术更好地考虑在网络进行有关接受或拒绝呼叫的判定之前接入此网络的移动终端在无线电环境中的位置。这通过监视服务网孔与相邻网孔的接收的信号的强度来完成。利用本发明的方法，有可能找到遭受干扰的实际网孔和由将建立的呼叫引起的实际干扰。本发明的方法有效地利用已经收集的信息作为判定进行和有关新网孔的影响的估算的基础。因而，此先进的干扰控制方法允许更好和更有效的利用蜂窝网络容量。在请求服务的用户终端靠近服务基站收发信机时，本发明的方法也减少质量问题。这发生在将建立的呼叫对相邻网孔的干扰影响估算为低时。在这种情况中，此呼叫能连接到服务网孔而不管相邻网孔的质量如何，并避免不必要的呼叫拒绝。

本发明的系统提供与方法的上述优点相同的优点。显然优选实施例与特定实施例能以各种组合形式进行组合，以提供所需的技术能力。

在下面，将结合优选实施例并结合附图更具体描述本发明，其中：

图1表示一般的蜂窝无线电网络，

图2表示本发明的蜂窝无线电网络，

图3表示说明本发明方法的优选实施例的流程图，

图4表示基于概率计算的接收功率电平，和

图5表示一个三网孔示例的概率。

图1表示一般的蜂窝网络结构的一个示例。基站收发信机100、102的服务区域(即，网孔)通常以六边形为模型。基站收发信机100、102可能通过连接线路112连接到基站控制器114。基站控制器114的任务是控制几个基站收发信机100、102的操作。通常，基站控制器11具有至移动交换中心116的连接，而移动交换中心116具有至公用电话网络118的连接。在办公系统中，基站收发信机100、基站控制器114和甚至移动交换中心116的操作能连接到一个设备，此设备则连接到公用电话网络118，例如连接到公用电话网络118的交换机。一个网孔中的用户终端104、106具有至此网孔的基站收发信机100的双向无线电链路108、110。另外，网络部分(即，蜂窝无线电网络的固定部分)能包括各个级别的另外的基站收发信机、基站控制器、传输系统和网络管理系统。对于本领域技术人员来说，显然一个蜂窝无线电网络也包括在此不要求描述的许多其他的结构。

因而，本发明的基本思想是有关信道分配的判定至少部分地基于至少在服务网孔的周围一个呼叫对蜂窝无线电网络总的干扰电平的实际影响的估算。在这种情况中，下面的参数用作此预测信道分配判定的准则：服务网孔与相邻网孔的接收信号强度和相邻网孔的质量。因而，相对现有技术的新颖性是使用RSSI值(接收信号强度指示符)(即，接收信号强度)来预测干扰。

在本发明的第一优选实施例中，为每个相邻网孔与服务网孔指定用于预留信道的概率的一个值，并且此值取决于从此网孔接收的信号强度。换句话说，相邻网孔的概率值Pn在接收的信号强度增加时降低并在接收的信号强度降低时增加。因而，假定高的干扰影响降低分配一个信道给此移动站的概率。在服务网孔的信号强度增加时，此网孔的概率值Ps也增加，而在此信号电平降低时，此概率值Ps降低。因此，在离开服务基站收发信机的距离增加时，信道分配的概率降低。在组合这些概率时，获得用于判定进行的最后概率值，其中考虑此呼叫对蜂窝网络总的质量的影响。

在本发明的一个实施例中，接收功率电平与概率之间的关系最好利用线性关系来表示。在本发明的还一个实施例中，包括质量等级及其预先计算的概率值的一张清楚与易于使用的表用于辅助定义信道分配概率Pn。对于接收干扰的每个网孔，使用平均质量，以便能计算原始概率值P。根据此表的质量等级的预置初始概率值确定不同质量等级的标称概率。

在下面，借助附图更进一步检查本发明。图2表示现有技术蜂窝无线电网络结构的一个示例。图2所示的网孔110、120、130、140、150使用同一频率组，即，相同的频率。如果一个呼叫连接到服务网孔110，它影响其他相邻网孔120、130、140、150的呼叫的质量。根据相邻网孔120、130、140、150的呼叫的质量值确定的概率Pni和预留服务网孔的信道的概率Ps用于计算此呼叫的连接概率P。每个网孔的质量等级根据已经连接到相邻网孔120、130、140、150的呼叫的平均质量来定义。预留一个信道的每个部分概率值Pn在0与1之间。预留一个信道总的概率P是连接到相邻网孔120、130、140、150的呼叫的质量的部分概率P(BTSn)=P_n∈[0,1]乘以预留服务网孔的信道的概率Ps的乘积，即，总的概率P是：

P=P(BTS1)*P(BTS2)*P(BTS3)*P(BTS4)*Ps

=P1*P2*P3*P4*Ps

=Pn*Ps

此后，利用随机数发生器生成一个随机数L∈[0,1]

或可选择地用户预置一个门限值L’。如果此随机数L或预置门限值L’小于概率值P，则接受此呼叫并且为将建立的呼叫预留一个业务信道(TCH)。否则，不将此呼叫连接到网孔110，或以不同的方式将其传送到干扰限制的频率复用组。预定义门限值L’使系统接受总是高达同一最大点的负载。

在现有技术的动态信道分配方法中，信道分配基于此时已经连接的呼叫的平均质量。实际上，根据过去的情况进行有关信道分配的判定，并且不试图评估将建立的呼叫的影响。如果非常靠近服务基站收发信机BTS1始发此呼叫，则引起的对相邻网孔120、130、140、150的干扰最小或接近零，这是因为上行链路与下行链路的低发送功率。并且，如果在服务网孔110的边缘始发此呼叫时，所有的相邻网孔120、130、140、150不遭受干扰，而只有最靠近始发呼叫的那些相邻网孔遭受干扰。因而，特别在非常靠近服务基站收发信机BTS1或在服务网孔110的边缘始发此呼叫时，太强调将建立的呼叫的干扰影响。

图3表示说明本发明方法的优选实施例的流程图。此图表示根据本发明方法的有关信道分配的判定进行。在进行有关是否准许给连接的呼叫分配一个信道的判定时，首先检查用户终端104在无线电环境中的位置，这最好通过检查服务网孔110与相邻网孔120、130、140、150的接收信号强度(即，RSSI值)来完成。如果服务网孔110接收的信号强度足够高，则能假定用户终端104非常靠近服务基站收发信机BTS1。在这种情况中，即使相邻网孔120、130、140、150给出差的质量值，对于服务网孔110也接受此呼叫，这是因为此呼叫未显著降低其他网孔的质量。这因为在用户终端104靠近服务基站收发信机BTS1时发送功率在上行链路与下行链路上都是低的而发生。同样地，在计算总的概率P时，强调最靠近此输入呼叫的网孔。

利用RSSI值估算输入呼叫对总的干扰电平与质量的影响。在计算预留信道的概率时，注意：如果超过预置门限值L’，此时将此呼叫转换到最佳可能的信道。如果未超过门限值L’，则阻塞此呼叫。

图4表示基于概率计算的接收功率电平。图4也包括在图5中。本发明的解决方案允许概率值Ps的变化取决于服务网孔110的接收功率电平RxLev。更优选地，使用线性，在这种情况中接收功率电平RxLev与概率值Ps之间的关系能利用下面的公式来表示：

Ps(RxLev)=a*RxLev+b，其中

a=((Ps)max-(Ps)min)/(RxLevmax-RxLevmin)和

b=(Ps)min

如下计算相邻网孔的接收功率电平RxLev和概率Pn之间的关系。接收信号强度的概率描述符的参数最好基于质量。一张表最好用于计算变量b，即，选择合适的质量等级与相应的概率，或可选择地使用合适的最好线性的修改，以便能直接从质量中计算基本概率。因而，获得一个描述符，其位置相对y轴的关系根据质量来确定。

此曲线的斜率(即，变量a)也最好取决于质量。则用户不必人工输入几个可变参数，而对于每个质量等级只输入变量a与b。因而，基本概率总是某一接收功率电平往前的一个概率，而此斜率取决于质量。

接下来，计算信道分配的概率Pn。对于接收干扰的每个网孔120、130、140、150，使用平均质量，以便能计算原始概率值P。质量等级的预置初始概率值确定不同质量等级的标称概率。

图5表示计算其连接概率的具有至网孔110的连接并具有三个相邻网孔120、130、140的用户终端104的一个示例。图5中的曲线501表示平均具有好的呼叫质量的相邻网孔的概率曲线，曲线502表示质量等级Q1中的相邻网孔的概率曲线，曲线503表示质量等级Q2中的相邻网孔的概率曲线，曲线504表示质量等级Q3中的相邻网孔的概率曲线，和曲线505表示具有平均差的呼叫等级的相邻网孔的概率曲线。与这些曲线相反并且也在图4中示出的曲线510表示服务网孔的概率曲线。点530是(P1,Q1)，点540是(P2,Q2)，而点550是(P3,Q3)。曲线520表示接收功率电平与概率的标称值。

相邻网孔120具有第一质量等级Q2上的平均质量，这意味着Q2曲线用于读取基于测量报告提供的接收功率电平的概率P2。同样地处理其他的相邻网孔130、140。这样，能导出每个相邻网孔130、140的概率Pni。在使用线性相关性时，最好利用以下公式根据相邻网孔接收的信号质量与信号强度计算相邻网孔120、130、140的总概率Pn：

Pni=a(q)*RxLev(i)+b(q)其中

i是相邻网孔索引；和

q是相邻网孔i的平均质量组。

在此公式中，变量a与b或如下进行定义：

a(q)=(Pmin(q)-Pmax(q))/(RxLevmax(q)-RxLevmin(q)),

b=Pmax(q)，

或变量a与b取决于质量。临时结果Pn因而获得为Pn=∏Pni。利用此方法，也有可能允许遭受干扰的网孔120、130、140正的概率，这提供差的质量值，但用户终端104只能以非常低的信号电平收听到此干扰。这使可能的呼叫不能影响此特定网孔120、130、140，并因而避免不必要的呼叫阻塞。同样地，参数的合适设置在相邻网孔120、130、140接收到特别强的信号时减少也具有好的质量值的概率P。这样的情况出现在高塔建筑物或类似位置中。

只有用户终端104已经能解释的相邻网孔120、130、140的信号最好包括在概率计算中。定义为遭受干扰的网孔但用户终端104不考虑的网孔120、130、140不包括在此计算中。这对应于给这些网孔120、130、140提供概率值Pn=1。在计算最后的概率值P时，也考虑服务网孔110的接收功率电平RxLev。这样，对于靠近服务基站收发信机BTS1并因而适于上行链路与下行链路的功率调整的用户终端104允许较高的概率。

在必要时，利用公式P=P_s ^*P_n∈[0,1]，或利用公式P=P_s+P_n∈[-1,1]获得最后的概率P。

乘积Pn=Pn1*Pn2*…*Pni包括从有关相邻网孔120、130、140、150的数据中计算的累积概率，而Ps表示利用服务网孔110的接收信号强度获得的接收信号功率电平的概率。变量Ps能取[0,1]之间的值。

也能利用公式P=Ps+Pn计算信道分配的最后概率P，其中变量Ps取决于服务网孔110的接收功率电平RxLevs，而变量Pn取决于相邻网孔120、130、140、150的接收功率电平RxLevi和相邻网孔120、130、140、150的质量RxQuali。这里，这些概率能取与前面相同的值，但概率Ps也能具有[-1,1]之间合适的正或负的值，在这种情况中最后的概率P将产生所需的结果。这里，变量Ps的足够高的值保证接受此呼叫而不管变量Pn的值如何。利用此方法，因而有可能单独控制服务网孔110的接收功率电平RxLevs对概率P的影响。

即使本发明已经在上面结合附图进行描述了，但显然本发明不限于这些而能在上面与附加权利要求书中公开的本发明思想的范畴内以许多方式进行修改。

Claims

1．蜂窝无线电网络中的一种信道分配方法，此蜂窝无线电网络包括至少一个基站收发信机(100)和通过双向无线电链路(108)连接到此基站收发信机(100)的至少一个用户终端(104)，

其特征在于，在信道分配判定时，考虑可能的信道分配对此蜂窝无线电网络的干扰电平的影响。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于，此蜂窝无线电网络包括一个服务网孔(110)和与之相邻的网孔(120,130,140,150)，并且根据此服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)、相邻网孔(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)进行有关可能的信道分配对此蜂窝网络的干扰电平的影响的预测。

3．根据权利要求2的方法，其特征在于，计算信道分配的概率P=Ps*Pn，其中变量Ps取决于此服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)，而变量Pn取决于相邻网络(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)。

4．根据权利要求2的方法，其特征在于，计算信道分配的概率P=Ps+Pn，其中变量Ps取决于此服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)，而变量Pn取决于相邻网络(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)。

5．根据权利要求3或4的方法，其特征在于，如果概率P超过一个预置门限值，则对于一个所需频率复用组接受一个呼叫。

6．根据权利要求3或4的方法，其特征在于，如果概率P超过一个随机选择的门限值，则对于一个所需频率复用组接受一个呼叫。

7．根据权利要求3的方法，其特征在于，变量Ps取[0,1]之间的值。

8．根据权利要求4的方法，其特征在于，变量Ps取[+1,1]之间的值。

9．根据权利要求3的方法，其特征在于，变量Pn=∏Pni，其中Pni表示有关基站收发信机i的概率，并且其中变量Pni取[0,1]之间的值。

10．根据权利要求8的方法，其特征在于，根据等式Pni=a*RxLevi+b线性计算变量Pni。

11．根据权利要求9的方法，其特征在于，变量b取决于信号质量(RxQuali)。

12．根据权利要求9的方法，其特征在于，变量a取决于信号质量(RxQuali)。

13．根据权利要求8的方法，其特征在于，使用线性、对数、指数、多项式或对应关系来计算变量Pni。

14．用于蜂窝无线电网络中信道分配的一种系统，此蜂窝无线电网络包括至少一个基站收发信机(100)、通过双向无线电链路连接到此基站收发信机(100)的至少一个用户终端(104)和一个服务网孔(110)，

其特征在于，此服务网孔(110)安排为通过预测可能的信道分配对此蜂窝无线电网络的干扰电平的影响来执行信道分配。

15．根据权利要求14的系统，其特征在于，此蜂窝无线电网络包括一个服务网孔(110)和与之相邻的网孔(120,130,140,150)，并且此系统安排为根据此服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)、相邻网孔(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)预测信道分配对此蜂窝无线电网络的干扰电平的影响。

16．根据权利要求15的系统，其特征在于，此系统安排为计算信道分配的概率P=Ps*Pn，其中变量Ps取决于此服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)，而变量Pn取决于相邻网孔(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)。

17．根据权利要求15的系统，其特征在于，此系统安排为计算信道分配的概率P=Ps+Pn，其中变量Ps取决于服务网孔(110)的接收功率电平(RxLevs)，而变量Pn取决于相邻网孔(120,130,140,150)的接收功率电平(RxLevi)和相邻网孔(120,130,140,150)的信号质量(RxQuali)。

18．根据权利要求16或17的系统，其特征在于，如果概率P超过一个预置门限值，则此系统安排为对于一个所需频率复用组接受此呼叫。

19．根据权利要求16或17的系统，其特征在于，如果概率P超过一个随机选择的门限值，则此系统安排为对于一个所需频率复用组接受此呼叫。

20．根据权利要求16的系统，其特征在于，变量Ps取[0,1]之间的值。

21．根据权利要求17的系统，其特征在于，变量Ps取[-1,1]之间的值。

22．根据权利要求16的系统，其特征在于，变量Pn=∏Pni，其中Pni表示有关基站收发信机i的概率，并且其中变量Pni取[0,1]之间的值。

23．根据权利要求21的系统，其特征在于，此系统安排为根据等式Pni=a*RxLevi+b线性计算变量Pni。

24．根据权利要求22的系统，其特征在于，变量b取决于信号质量(RxQuali)。

25．根据权利要求22的系统，其特征在于，变量a取决于信号质量(RxQuali)。

26．根据权利要求21的系统，其特征在于，此系统安排为使用线性、对数、指数、多项式或对应关系来计算变量Pni。