CN1326657A - 信道分配方法和蜂窝无线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜂窝无线系统和一种信道分配方法。在该方法中,根据给定小区(200)及其相邻小区(220到250)之间的相互干扰控制给终端的蜂窝无线网络信道分配。在本发明方案中,根据位于邻接小区(220到250)的用户终端对其最强邻接的测量报告,并根据邻接小区(220到250)与给定小区(200)一起使用的公共频率,确定从给定小区(200)接收干扰的邻接小区连接,这些邻接小区(220到250)使用的频率集至少部分与给定小区(200)相同。从而根据最优数据决定是否分配信道给该用户终端。

Description

信道分配方法和蜂窝无线系统

本发明涉及蜂窝无线系统中将信道分配给终端的一种方法，以及一种蜂窝无线系统。

构造和维护蜂窝无线网络的关键问题之一是可用无线频谱的有限范围。细心规划射频的使用旨在尽可能减小同信道干扰和相邻信道干扰。利用不同的复杂模型，将频率划分成不同蜂窝小区，其目的是尽量减小无线连接上发生的干扰，从而尽量增大网络容量。在小区重复模式中，相同或相邻频率彼此不能靠得太近，因为这会引起系统的过多干扰。随着移动手机和其它用户终端的使用越来越普遍，网络容量必须不断增加。这导致频率规划和不同测量的大量费用。

在已知的移动系统中，将业务信道分配给给定用户终端一般取决于无线小区在该时刻是否有可用业务信道。换句话说，如果所述无线小区具有空闲业务信道，则在需要时讲求分配给用户终端。GSM系统(全球移动通信系统)是以上述方式实现业务信道分配的系统的一个例子。因为GSM系统是时分的，分配给用户终端的业务信道包括给定频率信道上的时隙。或者如果采用跳频，则业务信道的频率信道根据预定跳频序列从一个时隙切换到另一时隙。这样，用户终端在空闲跳频序列所包括的所有频率信道上依次发送。因此，如果采用跳频的网络中信道的重用系数小于9，则容量不再受限于可用业务信道(所谓的“硬阻塞”)，而是受限于干扰(所谓的“软阻塞”)。因此，网络可以看成是受干扰限制。如果在受干扰限制的网络中负载增加，则质量相应降低。所谓动态热点属性(DHS)的基本思想在于，根据干扰控制采用跳频的蜂窝无线业务负荷的业务负载，从而实现更高的网络容量。因而动态热点属性用于控制受干扰限制的蜂窝无线网的负载。如果给定小区的负载超过预定值，从而导致蜂窝无线网络的其它部分中干扰增加，则可以在信道分配中使用所谓的软阻塞。在每个新呼叫分配和小区间越区切换中检查阻塞条件。根据相邻小区的连接质量决定是否允许新呼叫进入网络。如果干扰的相邻小区中质次连接的数量较大，则即使该小区有空闲信道，也同样阻塞该呼叫。

在现有技术的动态信道分配方法中，信道分配例如基于在所述时刻干扰的小区中连接的呼叫的平均质量，即每个小区质量等于所述小区中所有呼叫的质量平均。各小区质量类别根据已连接的呼叫的质量平均来确定，该小区质量类别决定了接通呼叫的可能性。占用信道的最终可能性是相邻小区的可能性的乘积。

以前还没有什么先进的方法来定义实际的干扰小区。上述方案的一个问题在于，例如各干扰小区必须根据不同情况逐一确定，即为了确定干扰邻接小区，必须单独为每个服务小区收集信息，例如从网络配置中手工收集信息，将所述信息发送给信道分配进程。干扰的小区并不总与根据用户终端测量将要建立连接的小区中具有最强信号值的小区相同。其原因是该方法只能用于测量相对于下行干扰而言较弱的上行干扰，不可能利用该方法以所需精度评估干扰小区。

因此，本发明的一个目的是提供一种可以解决上述问题的方法和蜂窝无线系统。这通过本发明的解决方案来实现。本发明涉及蜂窝无线网中的信道分配方法，该蜂窝无线网包括给定小区的至少一个基站，与该基站通信的至少一个用户终端，以及给定小区的邻接小区及与其通信的用户终端，该蜂窝无线系统接收到分配给定小区中的业务信道给用户终端的请求，在该蜂窝无线系统中，用户终端报告该终端检测到的基站所发送的广播控制信道的测量结果，在该方法中，根据给定小区及其相邻小区之间的相互干扰分配蜂窝无线网络信道给终端。在该方法中，根据位于邻接小区的用户终端对其最强邻接的测量报告，并根据邻接小区与给定小区一起使用的公共频率，确定从给定小区接收干扰的邻接小区连接，这些邻接小区使用的频率集至少部分与给定小区相同。

本发明还涉及一种蜂窝无线系统，包括至少一个给定小区的基站，与该基站通信的至少一个用户终端，以及给定小区的邻接小区及与其通信的用户终端，该蜂窝无线系统接收到分配给定小区中的业务信道给用户终端的请求，在该蜂窝无线系统中，与基站通信的用户终端报告基站所发送的广播控制信道的邻接小区测量结果，该蜂窝无线系统根据给定小区及其相邻小区之间的相互干扰分配蜂窝无线网络信道给终端。该蜂窝无线系统根据位于邻接小区的用户终端对其最强邻接的测量报告，并根据邻接小区与给定小区一起使用的公共频率，确定从给定小区接收干扰的邻接小区连接，这些邻接小区使用的频率集至少部分与给定小区相同。

本发明的优选实施例在相关的权利要求中给出。

按照现有技术，例如如下估计对使用相同频率集的小区的干扰：计算该时刻所有正在进行的呼叫的平均质量。在这种情况下，假定所有的质量问题源自干扰。这并不一定是对的，质量问题也可以是源于用户终端位于较弱场，例如室内的原因。本发明方法的基本思想是，仅采用可能被干扰的连接进行干扰估计。这可以根据用户终端是否能够听到干扰小区的广播控制信道来导出，如果答案是肯定的，则得出如下结论：具有同信道或者相邻信道干扰的所述小区的业务信道频率也相互干扰。

通过本发明，可以改进蜂窝无线网中动态热点方法的功能。本发明方法提供的方法较选择干扰邻接小区的现有技术为优。在本申请中，邻接小区是指与即将分配业务信道的小区非常接近，以至于可以假定新业务信道会影响邻接小区中正在进行的呼叫的小区。换句话说，邻接小区不需要紧贴着分配信道的小区，在所述小区之间可以有两个或多个小区。

通过本发明的方法，还可以计算干扰小区中的质次连接比率。本发明方法有利地利用了一种新型的加权因子，后者还可以用于进一步改进原DHS算法。

通过本发明的方法和系统可以得到若干优越性。该方法提供了为给定小区确定干扰小区的自动方法，以及干扰小区的质次对总体质量的比率。因此，该方法给出了干扰的较好的总体情况，所以蜂窝无线网的容量得以增加。DHS方法使得收发信机进行非常密集的频率重用成为可能，前述收发信机最好采用跳频而不出现质量恶化，因为基站控制器可以将业务负载限制在干扰变量值位于可接受区间的区域。此外，业务量可以动态控制。这种特性非常有用，尤其在业务量偶尔临时增加的时候。如果干扰小区的质量仍然保持在可接受值，则允许业务量负载的本地峰值。

按照现有技术，从被需要连接新呼叫的小区干扰的小区中收集质次连接数据。但是，蜂窝无线网不更新这些干扰小区列表。本发明方法可以用于发现对一个基站控制器下各小区的干扰影响。在现有技术方法中，从干扰小区的所有连接收集质次连接数据。在本发明方法中，仅测量实际干扰的连接的连接质量。此外，本发明方法采用新的频率加权因子，该因子将干扰小区频率仅部分重叠的因素考虑在内，而在现有技术方案中，假定不同小区的干扰是相同的，并且与公共频率的数量无关。

本发明方案最好应用于例如GSM类型的蜂窝无线网。该方案不需要对当前GSM规范进行任何改动。所有必需的信息都可以从基站控制器获取。该方法可以通过只改进软件来实现，即只改变网络设备软件。实际设备不需要改动。

本发明系统提供的优点与上述方法相同。显然优选实施例及其细节可以进行不同组合来得到所需的技术效果。

下面结合附图，针对优选实施例来描述本发明，在附图中：

图1示出了蜂窝无线网的整体；

图2示出了本发明的蜂窝无线网；以及

图3说明了本发明的方法。

图1示出了常规蜂窝无线网的结构。该图以六边形示出了基站100、102、130的覆盖区域，即小区。基站100、102、130通过连接线路112与基站控制器114通信。基站控制器114用于控制其附属基站的操作。基站控制器114通常连接到移动业务交换中心116，然后进一步连接到公用电话交换网118。在局系统中，基站100、基站控制器114，甚至移动业务交换中心116的功能可以组合成一个设备，它有到公用电话交换网118的连接，例如到公用电话交换网118的交换局的连接。小区200中用户终端104、106具有到该小区基站100的双向无线连接108、110。小区220的用户终端122、124具有到该小区基站130的双向无线连接126、28。此外，网络部分，即蜂窝无线网的固定部分，可以包括附加基站，基站控制器，传输系统和不同层次的网管系统。对本领域技术人员而言，显然蜂窝无线网还包括许多其它结构，这里不再详细解释。

图2示出了蜂窝无线网的更为广泛的例子，该蜂窝无线网可以应用本发明的动态热点算法来控制业务负载。该无线网包括一组小区，每个小区分配有一组频段，用于用户终端连接。图2的小区200、220、230、240、250使用至少部分相同的频率组，即相同频率。在该例中，让我们假定所用频率如下与小区相关：

小区               频率

200          f₄，f₅，f₆，f₇

220          f₁，f₂，f₃，f₄，f₅

230          f₂，f₃，f₄，f₅，f₆

240          f₅，f₆，f₇，f₈

250          f₁，f₂，f₃，f₄

表1

在蜂窝无线网中，基站一般发送所谓的广播控制信道，后者包括与基站相关的一般信息，用户终端利用该信息与基站联系。广播控制信道还用于评估用户终端的越区切换需求。例如在GSM系统中，广播控制信道是指BCCH。广播控制信道最好还包括一个标识符，用户终端根据该标识符知道信道来自哪个基站。在GSM系统中，标识符数据是所谓的标识码BSIC(基站标识码)。

在本发明的无线系统中，用户终端测量邻接小区的广播控制信道。各用户终端具有到其自己的基站的连接，它们连续测量最强邻接小区的BCCH信号以评估可能的越区切换对象。测量信息最好包括接收的信号值和基站标识码。因为用户终端的测量容量和测量时间是有限的，待测基站的数量也是受限制的。一种比较有利的待测基站的最大数量是6，该值用于GSM系统。例如，小区220中用户终端122测量6个最强接收邻接小区的BCCH信号强度，将测量结果报告给基站130，后者将其转发给基站控制器114。

让我们假定小区200中的用户终端120尝试建立到基站100的连接。按照DHS原理，如果小区中空闲业务信道的数量低于给定阈值，则接受用户终端120的建立请求的决定取决于小区200对使用相同频率的相邻小区所引起的干扰。本发明的基本思想在于，利用邻接小区中进行的BCCH测量估计干扰影响。如果呼叫连接到小区200，它可能会影响邻接小区220、230、240、250中使用相同频率的其它呼叫的质量。

让我们通过图1和2详细考察该例。各用户终端具有到其基站的连接，它们连续测量最强邻接小区的BCCH信号。因此，位于小区200周围的小区中的用户终端也进行测量。此处的重点是使用与小区200相同的频率的小区，在小区200中必须决定用户终端和基站之间是否建立新连接。

原则上，本发明的方法有两步。首先，以下面的方式从小区200的邻接小区220、230、240和250中收集干扰信息。让我们从例如小区220开始。基站控制器收集与所述小区220通信的用户终端的BCCH测量结果。各用户终端最好独立测量6个最强BCCH信号。对位于小区不同侧的终端而言，所述6个信号可以不同。计算小区220和报告的邻接小区之间的公共频率的数量。然后考察公共频率数量是否超过0。如果不是，则这些小区之间没有值得考虑的干扰。例如，邻接小区210使用的频率与小区220的频率不同。为此，该基站的BCCH信号的报告在此情况下将被忽略，尽管位于小区那一侧的多个终端可能测量那个信号。根据用户终端所进行的BCCH测量，汇总与服务小区220的频率有至少一个相同的邻接小区邻接小区，得到最强邻接小区。在该例中，使用相同频率的小区是200、230、240和250。换句话说，如果公用频率的数量超过0，则更新小区220所干扰的邻接小区200、230、240和250表，该表示出了例如使用相同频率的邻接小区200、230、240和250的标识符，小区220与其邻接小区的公用频率，即相同频率，与所述邻接小区中所有可用频率(一次性合计小区220和各邻接小区)的比率，质次样本占所有样本的比例。小区200的表可以例如如下：

相同频率    公用频率数量/所有频率的数    质次样本/所有样本

组的小区    量(小区220＋小区X)                PQ％

                    TS

小区230             4/6                       2/50

小区240             1/8                       3/60

小区250             4/5                       20/80

小区200             2/7                       7/70

…                  …                        …表2

下面将质次样本占所有样本的比例表示为缩写PQ％。为小区200的所有邻接小区220、230、240和250绘出类似的表。

所谓的频率加权因子TS也可以根据该表计算，使得它们可以用作干扰加权因子。这种使用将在本申请后面描述。加权因子的计算使用了被干扰小区和干扰小区之间公共频率的数量信息。生成加权因子的一种方式是象上表描述的那样确定公用频率与所有可用频率的比率。生成加权因子的另一种优选方式是通过以下公式计算： $\mathrm{TS}=\frac{{f_{\mathrm{all}}}^{*}{\mathrm{TRXLKM}}_{\mathrm{int\; erferer}}}{{f_{\mathrm{int\; erferer}}}^{*}{f}_{\mathrm{int\; erfered}}}$

其中f_all＝(干扰和被干扰小区的)公用频率数量；

    TRXLKM_interferer＝干扰小区中收发信机数量；

    f_interferer＝干扰小区中频率数量；

    f_interfered＝被干扰小区中频率数量。

因此，在该表中，干扰小区是检测到的广播控制信道出现在最强几项中的小区，而对应的被干扰小区是其表正被更新的小区。

表2用于指示定期更新的质次百分比PQ％。这样，如果用户终端报告与服务小区220有相同频率，并被包含在最强组中，例如最强的6个中的邻接小区，更新质次对整体质量的比率，直至所述小区不再处于最强(本例中是6个最强)小区中。如果该表报告的多个邻接小区200、230、240、250工作在与6个最强小区相同的频率上，则为该表中每个邻接小区更新质次百分比PQ％。本发明方法可以仅测量源自相同频率组的小区所引起的干扰的质次。源自服务小区220的较低信号值的质次则例如可以忽略。

在本发明方法的第二步中，过程如下。图3示出了先进动态热点算法的流程图，其中该方法用于为小区200收集质次连接信息，并计算频率加权因子。利用上述方法，从被干扰的各邻接小区220、230、240、250收集频率加权因子和质次百分比。具有新型性和创新性的是如何，具体使用什么方法，根据上述列表原则收集被干扰小区220、230、240、250的质次百分比和频率加权因子的使用。

根据图3的DHS算法，用户终端120发送业务请求给小区200。后者检查使用的业务信道(TCH)的数量是否超过所需的预定限值。如果所述数量没有超过所需限值，则将用户终端120连接到接收该业务请求的小区200。但是，如果已用业务信道的数量超过了所需限值，则查找被干扰的邻接小区220到250。在各小区检查所述小区220到250的表是否包含接收该业务请求的小区200。接着利用表2中计算的质次百分比PQ％确定各被干扰邻接小区220到250的连接率。该比率指示了干扰密度。该比率用于在给定范围内调整质量值。可以例如利用下表，根据PQ％值确定连接比率：

质次百分比(PQ％)	连接率
		PQ％＞质次限值	0
质次限值＞＝PQ％＞信号质量限值1	Prob 1
		信号质量限值1＞＝PQ％＞信号质量限值2	Prob 2
信号质量限值2＞＝PQ％＞质优限值	Prob 3
		质优限值PQ％	1

                        表3

连接率的值如下确定：如果计算得到的，所谓过差质次百分比PQ％超过预定的标准质次限值，则该表中连接率是0。如果测得的质次百分比PQ％小于等于预定的标准质次限值，同时超过预定的信号质量限值1，则该表中的比率是常数‘Prob 1’。如果测得的质次百分比PQ％小于等于预定的信号质量限值1，并超过预定的信号质量限值2，则该表中的比率是常数‘Prob 2’。同样，如果测得的质次百分比PQ％小于等于预定的信号质量限值2，并超过预定的信号质量限值3，则该表中的比率是常数‘Prob 3’。如果质优限值大于上述质次百分比PQ％，则比率为1。在必要时，可以调整该表，使其更具体，或者较为粗略，即比率可以以所需步进量在0和1之间变化。

得到的比率接着由频率加权因子TS加权，该因子的计算在前面讨论过，例如通过以下方式将各邻接小区220、230、240、250在0和1之间的比率相乘，计算分配的总概率PROB：

PROB＝TS_200/220 ^*Prob(小区200)^*TS_200/230 ^*Prob(小区230)^*

      TS_200/240 ^*Prob(小区240)^*TS_200/250 ^*Prob(小区250)

其中各项Prob(小区)是所述小区的连接率，项TS_200/N是小区200和小区N之间的频率加权因子。利用该频率加权因子，可以正比于公共频率数改进各小区的重要性。

应当注意，计算总概率PROB的上述方法仅是一种选择。也可以通过其它已知方法计算对应于总概率的值。

之后，将总概率PROB的计算值与以预定方式生成的连接阈值相比较。该阈值可以是例如给定范围内的随机数，如果是预置值(例如0.5)则更好。如果PROB小于所述值，则用户终端120连接到接收该业务请求的小区200。如果PROB大于所述值，则呼叫被阻塞，不将该呼叫连接到所述小区200。

在蜂窝无线网中，按照本发明的功能最好在基站控制器114中实现，或者在负责分配信道给终端的相应单元中实现。该方法可以通过只改动程序来实现，即通过更新网络设备软件，使得它们实现本发明所需的方法步骤。并不一定要改变设备。

尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想范围内通过多种方式改变。

Claims (18)

1.蜂窝无线网中的一种信道分配方法，该蜂窝无线网包括给定小区(200)的至少一个基站(100)，与该基站(100)通信的至少一个用户终端(104、106)，以及给定小区(200)的邻接小区(220到250)及与其通信的用户终端(122、124)，

该蜂窝无线系统接收到分配给定小区(200)中的业务信道给用户终端(120)的请求，

在该蜂窝无线系统中，用户终端(104、106)报告该终端检测到的基站所发送的广播控制信道的测量结果，

在该方法中，根据给定小区(200)及其相邻小区(220到250)之间的相互干扰控制给终端的蜂窝无线网络信道分配，

其特征在于，根据位于邻接小区(220到250)的用户终端对其最强邻接的测量报告，并根据邻接小区(220到250)与给定小区(200)一起使用的公共频率，确定从给定小区(200)接收干扰的邻接小区连接，这些邻接小区(220到250)使用的频率集至少部分与给定小区(200)相同。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在该方法中

基站控制器(114)从与该小区(220)通信的用户终端收集广播控制信道的测量结果，

计算该小区(200)和发送这些终端所测得的广播控制信道的邻接小区之间的公共频率数量，以及

在该小区(220)的最强邻接中，将使用频率至少有一个或者多个与小区(220)相同的小区(200、230、240、250)汇总。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在该方法中

基站控制器(114)接收与用户终端(120)和给定小区(200)相关的连接建立请求，

检查使用的业务信道数量是否大于预定限值，通过检查小区(200)是否出现在邻接小区(220、230、240、250)的表中来查询被干扰的邻接小区(220、230、240、250)，

利用质次百分比计算被干扰的邻接小区(220、230、240、250)的连接率，

计算总概率，

将计算得到的总概率与以预定方式生成的连接阈值相比较，以及

根据比较结果决定连接或拒绝呼叫。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在总概率的计算过程中，以频率加权因子加权连接率，该因子通过被干扰小区和干扰小区间的公共频率数来计算。

5.根据权利要求2或4的方法，其特征在于，用户终端仅报告最强被干扰邻接小区的所需数量。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将测量结果根据小区汇编在一张表或者类似结构中。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，小区(220)与邻接小区之间的公共频率数对所有频率数的比率，以及质次百分比都汇编在该表或类似结构中。

8.根据权利要求3的方法，其特征在于，连接阈值是一个随机数。

9.根据权利要求3的方法，其特征在于，连接阈值是一个预置限值。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法应用于所谓的动态热点算法。

11.一种蜂窝无线系统，包括至少一个给定小区(200)的基站(100)，与该基站(100)通信的至少一个用户终端(104、106)，以及给定小区(200)的邻接小区(220到250)及与其通信的用户终端(122、124)，

该蜂窝线系统接收到分配给定小区(200)中的业务信道给用户终端(120)的请求，

在该蜂窝无线系统中，与基站通信的用户终端(104、106)报告基站所发送的广播控制信道的邻接小区(220、230、240、250)测量结果，

该蜂窝无线系统根据给定小区(200)及其相邻小区(220、230、240、250)之间的相互干扰控制给终端的蜂窝无线网络信道分配，

其特征在于，该蜂窝无线系统根据位于邻接小区(220到250)的用户终端(122、124)对其最强邻接的测量报告，并根据邻接小区(220到250)与给定小区(200)一起使用的公共频率，确定从给定小区(200)接收干扰的邻接小区连接，这些邻接小区(220到250)使用的频率集至少部分与给定小区相同。

12.根据权利要求11的蜂窝无线系统，其特征在于，在该蜂窝无线系统中

基站控制器(114)从与该小区(220)通信的用户终端收集广播控制信道的测量结果，

该蜂窝无线系统计算该小区(200)和邻接小区之间的公共频率数量，以及

该蜂窝无线系统在该小区(220)的最强邻接中，将使用频率至少有一个或者多个与小区(220)相同的小区(200、230到250)汇总。

13.根据权利要求12的蜂窝无线系统，其特征在于，在该蜂窝无线系统中

基站控制器(114)接收与用户终端(120)和给定小区(200)相关的连接建立请求，

该蜂窝无线系统检查使用的业务信道数量是否大于预定限值，蜂窝无线系统通过检查小区(200)是否出现在邻接小区(220到250)的表中来查询被干扰的邻接小区(220到250)，

该蜂窝无线系统利用质次百分比计算被干扰的邻接小区(220到250)的连接率，

该蜂窝无线系统计算总概率，

该蜂窝无线系统将计算得到的总概率与连接概率值相比较，以及

根据比较结果决定连接或拒绝呼叫。

14.根据权利要求11或13的蜂窝无线系统，其特征在于，用户终端仅报告最强被干扰邻接小区的所需数量。

15.根据权利要求12或13的蜂窝无线系统，其特征在于，将测量结果根据小区汇编在一张表或者类似结构中。

16.根据权利要求12或13的蜂窝无线系统，其特征在于，给定小区(220)与邻接小区(200，230到250)之间的公共频率数对所有频率数的比率，以及质次百分比都汇编在一张表或类似结构中。

17.根据权利要求13的蜂窝无线系统，其特征在于，连接概率值是一个随机数。

18.根据权利要求13的蜂窝无线系统，其特征在于，连接概率值是一个预置限值。

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