CN1338877A - Tdma系统中运用相邻基站负载信息进行自适应数据调度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一个电信系统有一个第一基站,该基站应用相邻基站负载信息,在第一基站的覆盖区域内自适应地调度通往移动装置的传输。在向移动装置传输信息之前,第一基站确定对移动装置引入最大干扰的相邻基站的负载是否低于负载阈值(即,相邻的各基站是否“低负载”)。如果第一基站确定相邻的各基站是低负载,那么相邻的各基站在该点对移动装置的干扰极小,甚至没有干扰,第一基站将以高优先级向移动装置进行发送,如果第一基站确定相邻的各基站不是低负载,那么相邻的各基站对移动装置产生足够大的干扰,从而将以低优先级向移动装置进行发送。这样,当能够以高数据速率进行传输时,第一基站调度传输,从而提高了通往移动装置的数据速率以及系统的总吞吐量。

Description

TDMA系统中运用相邻基站负载 信息进行自适应数据调度的方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及电信领域以及，尤其是，在无线电信系统中运用相邻基站负载信息的自适应数据调度。

背景技术

图1举例说明了一个典型多址通信系统10的部分构件。系统10包括一组蜂窝小区1，2，3，4，5，6，7(这里统称为“蜂窝小区”)。蜂窝小区表示系统10所服务的地理覆盖区域的一部分。图1中每个蜂窝小区由图示的六边形表示；然而实际上，每个蜂窝小区的形状一般是不规则的，这取决于系统10服务区地形的拓扑结构。每个蜂窝小区1，2，3，4，5，6，7内分别有基站22A，22B，22C，22D，22E，22F，22G(这里统称为“基站22”)，基站典型地通过移动交换中心(“MSC”)分别连接到公共交换电话网络(“PSTN”)(为方便起见，PSTN和MSC没有示出)。每个蜂窝小区1，2，3，4，5，6，7，如图所示分别分为三部分1^a，1^b，1^c，到7^a，7^b，7^c，它们典型用在实现频率复用模式的通信系统中。也就是说，典型系统10具有1/3频率复用模式(即，如本领域中所知，系统10可以给每三个蜂窝小区分配一个特定的频率)。

在操作中，基站22利用在各小区20中打算发送和接收数字数据的无线或移动装置，例如移动装置M，来建立无线通信链路。移动装置和基站之间的无线链路包括从移动装置向基站传送信息的上行链路，以及从基站向移动装置传送信息的下行链路。有时下行链路也称为前向链路。

在给定的有限可用带宽上，人们采用多址技术来管理蜂窝小区中各种移动装置的通信。典型的多址技术包括TDMA(“时分多址”)。在TDMA系统中，各频道被分为多个时隙。一些时隙用于控制用途，其他的用于传送信息。典型地，多个用户在一个频道内分配各自的时隙，这样一个单一频道就可以容纳多个用户。

许多第三代系统都由当前的无线通信技术进化而来，如TDMAIS-136和GSM(“全球通信系统”)系统。这些第三代系统向其用户的移动装置传送语音或非语音数据。这些第三代TDMA系统的例子包括通用分组无线业务(“GPRS”)及增强GPRS(“EGPRS”)。第三代系统的目标是使移动装置向因特网发送信息及接收因特网发来的信息成为可能。这样，当前因特网提供的服务，如FTP(“文件传输协议”)，网页浏览，聊天，电子邮件(“e-mail”)，远程登录等，将为作为第三代TDMA系统一部分的移动装置所利用。

在第二代TDMA系统中，基站发射功率通常是固定的。这样，为了使下行传输链路的载波干扰比(“C/I”)在蜂窝小区的大部分区域都达到所要求的最小阈值，每个移动装置分配的功率必须很高。分配了高功率，下行传输链路的C/I就超过了大部分蜂窝小区的最小阈值。

一些第三代TDMA系统将获得很高的频率复用，如“紧凑的EDGE(“GSM演进的增强型数据率”)”具有1/3频率复用模式(见图1)，及EGPRS将有4/12频率复用模式。给出高的频率复用，这些系统的数据传输速率将受干扰的限制，尤其是在分配给每部移动装置的功率为固定数值并且该数值很高的情况下。其他扇区的干扰可能导致用户低的数据速率和总体上很低的系统吞吐量。

这样就希望并要求充分增加第三代通信系统个体用户的数据速率。也希望和要求增加第三代通信系统的总体吞吐量。

发明内容

本发明提供了一种用于充分提高第三代通信系统用户数据速率的机制。

本发明也提供了一种用于增加第三代通信系统吞吐量的机制。

具备第一基站的电信系统可以实现本发明的上述及其他特性和优点，该基站利用了相邻信道的负载信息自适应地调度基站覆盖范围内通往移动装置的传输。在向移动装置传送信息之前，第一基站确定为移动装置引入最大干扰的相邻基站的负载是否低于负载阈值(即，相邻基站是否“低负载”)。如果第一基站确定相邻的各基站是低负载，那么相邻的各基站在该点对移动装置的干扰极小或没有，第一基站将以高优先级向移动装置进行发送，因为这种情况下可使用较高的数据速率。如果第一基站确定相邻的各基站不是低负载，那么相邻的各基站将对移动装置产生足够大的干扰，从而决定应当以低优先级向移动装置进行当前的发送，因为数据将会很少。这样，当能够以高数据速率传输时，第一基站不时地调度传输，从而提高了通往移动装置的数据速率以及系统总体吞吐量。

附图说明

通过在下文中参照诸附图而给出的对本发明各优选实施例的详细描述，将使本发明的前述及其他优点和特性将变得更加明显。其中：

图1所示为无线通信系统的一部分；

图2所示为根据本发明的一个典型实施例构造的典型基站；

图3所示为图2基站所执行的典型呼叫处理方法的流程图形式；以及

图4所示为图2基站所执行的另一种典型呼叫处理方法的流程图形式。

具体实施方式

本发明适用于无线电信系统，如第三代TDMA系统。如上所述，第三代TDMA系统的一个例子包括GPRS系统，这样本发明也适用于GPRS。然而值得一提的是，本发明适用于任何类型的电信系统(例如，码分多址(CDMA)，GSM等)，尤其是那些受到该无线或移动装置所在蜂窝小区以外的基站的干扰的无线或移动装置所构成的系统。移动装置所在蜂窝小区外的基站在此指“相邻基站”。这里使用的“移动装置”指基站可为其提供服务的任意无线通信装置或终端。

这里的短语“产生干扰的相邻基站”用来描述对某个移动装置产生最大干扰(相对于其他相邻基站干扰)的相邻基站。这里的短语“低负载”描述产生干扰的相邻基站的负载小于负载阈值的情况，这样该基站对移动装置不产生大的干扰。值得一提的是，如果一个蜂窝小区被分成几个扇区或系统采用频率复用模式，则同一基站将要对蜂窝小区的所有扇区进行发送。这样就使同一基站在一个扇区内是低负载，然而在另一扇区则成为充分负载。此外，同一基站可能干扰某一扇区的移动装置，但不干扰另一扇区的移动装置。这里的短语“产生干扰的扇区”指在其中移动装置受到实质上的干扰的扇区，干扰来自产生干扰的相邻基站或同一蜂窝小区的其他扇区。这里的短语“提供服务的基站”指为移动装置提供服务的基站(即该基站在移动装置所在蜂窝小区范围内提供服务)。

通过以下的详细描述可知，当本发明的提供服务的基站被纳入到一个对每个移动装置使用固定发射功率(以下称为“固定功率系统”)  的无线电信系统时，若可以实现更高的数据速率，提供服务的基站将利用来自移动装置的产生干扰的基站的负载信息不时地自适应调度通往移动装置的传输。这样，当干扰更小并且有更好的C/I时，就会有更高的数据速率。必须指出的是，产生干扰的相邻基站可能仅干扰一个扇区，这样就仅根据产生干扰的扇区内下行链路的功率来确定基站是否低负载。

以下将对图4加以讨论，当本发明的提供服务的基站被用于实施功率控制的系统(下文称为“功率控制系统”)中时，若可以实现低功率传输，提供服务的基站将利用来自产生干扰的基站的负载信息自适应地调度通往移动装置的传输。必须再次指出的是，产生干扰的邻近基站可能仅干扰一个扇区，这样就仅根据产生干扰的扇区内下行链路的功率来确定基站是否低负载。因此在固定功率系统中，当可以实现高数据速率时，本发明的基站会调度传输。在功率控制系统中，本发明在可以实现低功率传输的调度传输，这样以低功率来为移动装置提供服务，可降低对相邻蜂窝小区的干扰。在任一系统中，本发明的基站都提高了系统的总体吞吐量。

本发明利用了每个蜂窝小区的前向链路发射功率的统计起伏。基站的发射功率可能随着它所服务的移动装置数目而起伏。而且，由于因特网业务量经常出现猝发，以至高数据速率周期接着就是静止周期，当基站所服务的正在接收数据的移动装置数目减少时，基站的发射功率常常会降低。在其他时间，基站将以接近它的最大功率发送，例如当基站有许多活动的移动装置时，所有移动装置都同时接收数据。

图2所示为根据本发明所构造的基站22。基站22包括以常规方式连接的一个控制器30，天线34以及射频模块32。射频模块32包括许多无线电台32a，32b，…32x。控制器30可能包括一个耦合到存储器的可编程微处理器或者它可能是一块专用集成电路(ASIC)。控制器最好包括一个可编程处理器和存储器，这样本发明的方法就可以用软件来实现。控制器30被连接到射频模块32并与MSC通信。控制器30控制并协调基站22的操作，后者包括，但不局限于，呼叫处理以及功率控制功能(如果系统采用功率控制)，同时与MSC进行通信。考虑到一些附加软件的支持，控制器30也将能实现本发明的方法100(图3)，200(图4)。

下面的例子将用来说明本发明基站的工作。参考图1，系统10采用了1/3频率复用模式并且移动装置M位于蜂窝小区1的1^b扇区。本例中，基站22所服务的移动装置M，位于连接蜂窝小区1到蜂窝小区2和7的顶点附近。本例假设移动装置M所受到的大部分干扰来自服务于扇区2^c和3^a的基站。应注意干扰也可能来自服务于扇区7^c的基站或系统10内的其他扇区，但是对于本例，假设移动装置M所受到的大部分干扰来自服务于扇区2^c和3^a的基站。可以在系统建立、校准或任何其他适当的时间，通过测量该移动装置M从每一个相邻基站(以及每一个扇区)所受到的干扰，或者通过任何其他方法，包括但不局限于，地理的或数学的评估与仿真，来确定对该移动装置M产生最大干扰的各基站。然而需要指出的是，用来确定哪个基站对移动装置M有干扰以及哪些基站对移动装置M施加了最大干扰所用的准确机制是无关紧要的。因此，产生干扰的扇区为2^c和3^a，这意味着移动装置M所经受的大部分干扰来自基站22b和22c(来自通往2^c和3^a的下行链路传输)。于是，本例中提供服务的基站是基站22a，并且产生干扰的基站是基站22b和22c。本例的系统为固定功率系统，并且最好是当产生干扰的相邻基站22b，22c相对于扇区2^c和3^a来说是低负载时，提供服务的基站22a向移动装置M发送信息，从而能以较高的数据速率向移动装置M进行传输。

现在参考图1和图3，描述利用相邻基站负载信息实现自适应数据调度的第1示例性方法100。如前所述，希望用软件来实现本方法100，并被图2所示的基站22所执行。需要指出的是，方法100也可以用硬件，如ASIC，来实现，或通过硬件和软件的结合来实现。也希望系统10中的每一个基站22都能执行方法100。

当提供服务的基站22a选择向一个移动装置M传送数据时(步骤102)，方法100开始。提供服务的基站22a还基于移动装置M的位置以及移动装置M接收其他基站信号的强度来识别潜在的产生干扰的相邻基站。对位于蜂窝小区或扇区边界附近的移动装置M，例如2^c和3^a，服务于这些扇区的基站通常可能就是产生干扰的相邻基站。因此扇区2^c和3^a以及服务于这些扇区的基站22b和22c将被识别为产生干扰的相邻基站。依据地形、业务量和经验，提供服务的基站22a可以在初始化和基站22a的测试期间被编程为监控和识别其他产生干扰的相邻基站组。例如，对于蜂窝小区或扇区边界附近的移动装置M，可以监控所有相邻的蜂窝小区或紧邻着提供服务的基站22a的蜂窝小区之外的蜂窝小区。

在步骤104，提供服务的基站22a确定移动装置的产生干扰的相邻基站22b，22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a是否低负载。一项用于确定产生干扰的基站22b，22c是否低负载的技术在共同未决的申请序列号为09/584，404、题为“通过蜂窝小区内部相互监控进行自适应前向链路调度”的专利申请中被公开，该专利于2000年6月1日申请，由本发明人发明，并且转让给本发明的受让人，其内容全文已作为参考文献被收入本文。简而言之，该份共同未决的申请描述了为提供服务的基站安装一组天线，用以直接测量产生干扰的相邻基站的下行功率。一旦测量到下行功率，将其与相邻基站的参考下行功率进行比较，并基于较结果来确定产生干扰的相邻基站是否低负载。

相同的“相互监控”技术能够被本发明被应用。因为当前的例子使用了1/3频率复用模式以及一个蜂窝小区中有多个扇区，共同未决的申请中的“相互监控”技术需要作轻微的扩展来保证在每一个扇区的基础上对干扰进行适当的监测。例如，因为移动装置M潜在地可能经由扇区6^b接收来自基站22f的大量干扰，提供服务的基站应该能够测量基站22f从扇区6^b方向来的下行功率。然而，如果扇区1^b内的下行功率测量天线只接收在其本身扇区的方向上的功率，则此天线将不会接收到从基站22f沿着扇区6^b方向上来的有效功率，即使移动装置能做到这一点。在这种情况下，扇区1^a内的基站22a的下行功率测量天线可以用来测量基站22f从扇区6^b方向来的下行功率，此信息能够从扇区1^a到1^b通过基站硬件来传输。

另一种用于确定产生干扰的基站22b，22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a是否低负载的技术是通过移动装置M来测量它所接收的来自产生干扰的相邻基站的功率。一旦移动装置M进行这些测量，它能够向提供服务的基站22a报告，提供服务的基站使用测量功率来确定产生干扰的相邻基站相对于产生干扰的扇区是否低负载。

如果在步骤104，提供服务的基站22a确定产生干扰的相邻基站22b，22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a并非低负载，那么方法100在步骤106继续执行。在这一步，通往移动装置M的传输将会是低C/I。在步骤106，提供服务的基站22a将不会立即向移动装置M传输，除非没有服务优先等级更高的其他的移动装置。提供服务的基站22a能够应用时隙以高数据速率向没有受到各相邻基站干扰的移动装置M进行发送。

如果在步骤104，提供服务的基站22a确定产生干扰的相邻基站22b，22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a是低负载，那么方法100在步骤110继续执行。在这一步，通往移动装置的传输将会是高的或是可接受的C/I。在步骤110，提供服务的基站为向移动装置M的传输提供高优先级。因此，在所用数据速率达到最高时，方法100力图向移动装置M进行传输。这充分地提高了移动装置M的数据速率以及系统10的总吞吐量。

现将描述本发明在功率控制系统中的应用。如业界所熟知的那样，基站进行被称为功率控制的处理过程，用以调整基站以及与基站进行通信的移动装置的发射功率。这典型发生在CDMA(码分多址)系统中，但它也可以被纳入到第三代TDMA系统中。功率控制处理过程也对一个蜂窝小区(根据小区内所出现的噪声与干扰的数值)在任何一段时间内所能支持的用户数目进行调整。同一蜂窝小区内部的用户干扰以及其他蜂窝小区的用户干扰是蜂窝小区和系统容量的限制因素。希望能够降低基站接收的以及从基站发射的功率，并因而减小蜂窝小区(或蜂窝小区内部的各扇区)内部的干扰总值，从而提高系统容量及吞吐量。

下面的例子将用来说明在采用功率控制系统中，本发明基站的操作。参考图1，系统10采用1/3频率复用模式并且移动装置M位于蜂窝小区1的扇区1^b内。与上例相同，被基站22a所服务的移动装置M，位于连接蜂窝小区1到蜂窝小区2和7的顶点附近。假设移动装置M所受的大部分干扰来自服务于扇区2^c和3^a的基站。需要注意的是，也有干扰来自服务于扇区7^c的基站或系统10内的其他扇区，但对本例来说，假设移动装置M所受的大部分干扰来自服务于扇区2^c和3^a的基站。产生干扰的扇区是2^c和3^a，这意味着移动装置M所受的大部分干扰来自基站22b和22c(来自它们通往2^c和3^a的下行链路传输)。提供服务的基站是基站22a并且产生干扰的基站将是基站22b和22c。本例中系统采用了功率控制，因此希望提供服务的基站22a在产生干扰的相邻基站22b、22c相对扇区2^c和3^a是低负载时向移动装置M进行发送，以便在通往移动装置M的传输过程中使用较低功率。

参考图1和4，现在描述利用相邻基站负载信息来实现自适应数据调度的另一种典型方法200。如上所述，希望图2所示的基站22能执行方法200。同样希望系统10内的每个基站都能执行方法200。

当提供服务的基站22a选择向一个移动装置M传送数据时(步骤202)，方法200开始。提供服务的基站22a同样基于移动装置的位置(上述)以识别潜在的产生干扰的相邻基站。步骤204中，提供服务的基站22a确定移动装置的产生干扰的相邻基站22b、22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a是否是低负载。此项确定可由上述两种技术中的一种完成。

如果步骤204中提供服务的基站22a确定产生干扰的相邻基站22b、22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a不是低负载，那么方法200在步骤206继续执行。在这一步，通往移动装置M的传输将导致移动装置M处于低的C/I，并需要增加传输功率来补偿低的C/I。在步骤206，提供服务的基站22a向通往移动装置M的传输提供低的优先级。这样，提供服务的基站22a将不在此种传输上浪费功率。更重要地，通过不用增加的功率来传输，则提供服务的基站22a将不会增加对那些所受大部分干扰都来自提供服务的基站22a的移动装置的干扰。

如果在步骤204，提供服务的基站22a确定产生干扰的相邻基站22b，22c相对于产生干扰的扇区2^c和3^a是低负载，那么方法200在步骤210继续执行。在这一步，通往移动装置的传输将会是高的或是可接受的C/I，并且传输所需功率较低。在步骤210，提供服务的基站以高优先级向移动装置M进行传输。因此，方法200仅在可采用低数据速率传输时，才力图向移动装置进行传输。这充分地降低提供服务的基站22a所导致的同信道干扰，并且充分提高了系统10的总吞吐量。

本发明的方法可以优选地用软件实现，并且软件指令和数据可以存储在PROM，EEPROM或其他连接到或包含于控制器的非易失性存储器中。本发明所用软件可以存储在硬盘驱动器，软磁盘，CD-ROM或其他永久性或半永久性存储媒介上，并随后转到控制器的存储器中。用以实施本发明方法的程序同样能够分成程序代码段，也可以例如从一台服务器下载，或如业界所熟知那样，可作为包含在载波中的数据信号发送到控制器。

在结合各优选实施例对本发明进行详细描述的同时，本发明应当被容易地理解为不局限于这些已公开的实施例。进一步，本发明可以被修改，以纳入任何数量的变化，改变，替代或没有在上面描述的等价装置，但是只要它们相应于本发明的宗旨和范围。因此，本发明不应当被看作被前面的描述所限制，但仅受限于所附的权利要求书的范围。

Claims (23)

1.在电信系统中向无线装置传输信息的方法，所述方法包括的步骤如下：

确定是否至少有一个无线装置的相邻基站有低于负载阈值的负载；以及

基于该项确定调整通往无线装置的数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，若确定至少有一个相邻基站的负载低于负载阈值，则上述调整步骤向通往无线装置的传输给予高的优先级。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，若确定至少有一个相邻基站的负载不低于负载阈值，则上述调整步骤向通往无线装置的传输给予低的优先级。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，上述确定步骤包括：

基于无线装置的位置以及在与已识别的各基站相关的一个无线装置处接收信号的强度来识别可能会干扰到无线装置的传输的相邻基站。

监测已识别的各基站的负载；以及

将被监测的负载跟负载阈值进行比较。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述监测步骤包括：

从已识别的各基站接收一个指示负载的信号；以及

将该信号跟对应于负载阈值的参考信号进行比较。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述监测步骤包括：

从无线装置接收一个表示已识别基站的负载的信号；以及

将该信号跟对应于负载阈值的参考信号进行比较。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，无线装置位于一个蜂窝小区的一个扇区内，至少有一个邻近基站是向无线装置提供显著干扰的基站。

8.在电信系统中向无线装置传输信息的方法，所述方法包括的步骤如下：

确定是否有无线装置的相邻基站的负载低于负载阈值；以及

基于该项确定调整通往无线装置的数据传输。

9.为无线电信系统服务的基站，上述基站包括：

一个控制器，上述控制器用于确定是否至少有一个无线装置的邻近基站的负载低于负载阈值，并基于该项确定调整通往无线装置的传输。

10.根据权利要求9所述的基站，其中，若已经确定来自一个产生显著干扰的相邻基站的总负载低于负载阈值，则所述控制器通过以高数据速率向无线装置进行发送，来调整数据传输。

11.根据权利要求9所述的基站，其中，若已经确定来自一个产生显著干扰的相邻基站的总负载大于或等于负载阈值，则所述控制器通过以低优先等级向无线装置进行发送，来调整数据传输。

12.根据权利要求9所述的基站，其中，所述控制器根据无线装置的位置或者跟已识别的各基站相关的无线装置所接收的信号强度，通过识别可能干扰通往无线装置的传输的相邻的各基站，监测已识别的各基站的负载，并将所监测的负载跟负载阈值进行比较，来确定是否至少有一个相邻基站的负载低于负载阈值。

13.根据权利要求12所述的基站，其中，所述控制器通过从已识别的各基站接收一个指示负载的信号，并将该信号与对应于负载阈值的参考信号进行比较，来监测已识别的各基站的负载。

14.根据权利要求12所述的基站，其中，所述控制器通过从无线装置接收一个用以指示已识别的各基站负载的信号，并将该信号与对应于负载阈值的参考信号进行比较，来监测已识别的各基站的负载。

15.根据权利要求12所述的基站，其中，无线装置位于一个蜂窝小区的一个扇区内，并且该控制器将相邻的各基站识别为向无线装置提供最多干扰的基站。

16.无线电信系统，所述系统包括：

一个第一基站，所述第一基站确定无线装置的相邻基站是否有低于负载阈值的负载并基于该项确定来调整通往无线装置的数据传输。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，若已经确定相邻的各基站的负载低于负载阈值，则所述第一基站通过以高的优先等级向无线装置进行发送，来调整数据传输。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，若已经确定相邻的各基站的负载不低于负载阈值，则所述第一基站通过以低的优先等级向无线装置进行发送，来调整数据传输。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一基站根据无线装置的位置或者从已识别的各基站所接收的信号强度，通过识别可能干扰通往无线装置的传输的相邻的各基站，监测已识别的各基站的负载，并将所监测的负载跟负载阈值进行比较，来确定在相邻的各基站中，是否有一个低于负载阈值的负载。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一基站通过从已识别的各基站接收一个指示负载的信号，并将该信号跟对应于负载阈值的参考信号进行比较，来监测已识别的各基站的负载。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一基站通过从无线装置接收一个指示已识别的各基站的负载的信号，并将该信号跟对应于负载阈值的参考信号进行比较，来监测已识别的各基站的负载。

22.根据权利要求16所述的系统，其中，所述系统是一个时分多址(TDMA)系统。

23.一个时分多址电信系统，所述系统包括：

一个基站，所述基站确定来自一个产生显著干扰的基站的总负载是否低于负载阈值，并基于该项确定来调整通往无线装置的数据传输。

Images