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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Ressourcenverwaltung
in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere einem TD/CDMA-basierten
Mobilfunksystem, und eine entsprechende Einrichtung.
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In
einem Mobilfunksystem werden Nachrichten, wie beispielsweise Sprache,
Bildinformationen oder andere Daten, mittels elektromagnetischer
Wellen über
eine Funkschnittstelle zwischen dem Netzwerk und seinen stationären oder
mobilen Teilnehmerstationen übertragen.
Für jeden
Teilnehmerkanal wird eine bestimmte Bandbreite benötigt, wobei
der Zugriff auf einzelne Teilnehmerkanäle nach einem oder mehreren
für das
jeweilige Funksystem typischen Vielfachzugriffsverfahren erfolgt.
Für das
im Aufbau begriffene universelle mobile Funk-Kommunikationssystem UMTS (Universal
Mobile Telecommunication System) sind beispielsweise Bandbreiten zu
5 MHz geplant, die im 2 GHz-Trägerfrequenzbereich
liegen, und eine Separierung der Kanäle ist auf der Grundlage frequenz-,
zeit- und spreizcodeselektiver Vielfachzugriffsverfahren vorgesehen.
Zur bidirektionalen Nachrichtenübertragung
vom Netzwerk zu den Teilnehmerstationen (Downlink) und umgekehrt
(Uplink) wird im UMTS sowohl Frequenzduplex (Frequency Division
Duplex FDD) als auch Zeitduplex (Time Division Duplex TDD) angewendet
werden. Im FDD-Modus des UMTS wird ein Kanal durch die Freiheitsgrade
Frequenz und Spreizcode charakterisiert, man spricht von einem Wideband-Code
Division Multiple Access- (WCDMA) Verfahren, und im TDD-Modus durch
die Freiheitsgrade Frequenz, Zeitschlitz und Spreizcode. Man spricht
bei letzterem Verfahren verkürzt
von einem Time Division/Code Division Multiple Access- (TD/CDMA)
Verfahren. Eine auf TD/CDMA basierende Richtung zeichnet sich durch
eine hochgenaue Synchronisation der Empfangssignale in der Aufwärtsstrecke
und damit einer Verbesserung der Detektionseigenschaften aus und wird
verkürzt
als TD/SCDMA-Verfahren (SCDMA = Synchronous CDMA) bezeichnet.
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Zusätzlich zur
Vielfachnutzung der Kanäle erfolgt
in einem zellularen Funk-Kommunikationssystem eine sendeenergiemäßige Verteilung
des zu Verfügung
stehenden Spektrums aus der knappen Ressource "Frequenz" auf die Teilnehmer. Hierzu wird eine
beliebig große
topographische Fläche
in Funkzellen mit absichtlich geringer Sendeleistung unterteilt,
womit in einem gewissen Abstand dasselbe Frequenzband immer wieder
verwendet werden kann. Je kleiner die Zellen sind, desto mehr Teilnehmer können bei
limitiertem Frequenzspektrum pro Fläche versorgt werden. Damit
sich direkt benachbarte Zellen nicht gegenseitig stören, werden
sie zu einer logischen Gruppe von z. B. 3, 4 oder 7 Zellen (Cluster) zusammengefaßt, auf
die die zur Verfügung
stehenden Kanäle
aufgeteilt werden.
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Wenn
im weiteren der Begriff Kanal gebraucht wird, ist nicht notwendigerweise
ein einzelner Frequenzkanal gemeint, es können ebenso ein oder mehrere
Zeitschlitze in einem oder mehreren Zeitmultiplexrahmen oder ein
oder mehrere Spreizcodes in einem oder mehreren Zeitschlitzen gemeint
sein, die den Bedarf an einer Verbindung abdecken.
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Bewegt
sich eine mobile Teilnehmerstation aus dem Versorgungsbereich einer
Zelle heraus, wird automatisch eine Verbindung in der neuen Zelle aufgebaut.
Man bezeichnet diesen Vorgang als Handover. Die Entscheidung über einen
Verbindungswechsel wird anhand von Kriterien getroffen, zu denen
nach dem Stand der Technik Empfangsleistung, Bitfehlerrate und/oder
Störabstand
zählen.
Im Falle eines teilnehmerstationsunterstützten Handovers werden diese
Meßwerte
an das Netzwerk übertragen,
wo ein Handover-Algorithmus unter Berücksichtigung einer effektiven
Ressourcenverwaltung einen neuen geeigneten Kanal auswählt.
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Auch
mit Hilfe einer Sendeleistungsregelung lassen sich vorhandene Ressourcen
besser ausschöpfen.
Eine Verringerung der Sendeleistung verursacht nicht nur einen geringeren
Stromverbrauch, sondern auch weniger Gleich- und Nachbarkanalstörungen und
damit bessere Übertragungsbedingungen.
Entscheidungen über
eine Änderung
der Sendeleistung werden im Netzwerk anhand von teilnehmer- und
netzwerkseitigen Meßwerten
getroffen.
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Weiterhin
wird mit einer dynamischen Kanalzuteilung (Dynamic Channel Allocation
DCA) eine deutliche Erhöhung
der spektralen Effizienz erreicht. Dieses Konzept ermöglicht die
intelligente Verteilung der dem Funk-Kommunikationsnetz zur Verfügung stehenden
spektralen Ressourcen und eine dynamische Zuweisung von Übertragungskapazität an die Zellen,
natürlich
ebenfalls unter Beachtung notwendiger Gleichkanal- und Nachbarkanal-Störabstände. Ein
im Netzwerk implementierter DCA-Algorithmus ist
für die
Zuteilung von Ressourcen zu Zellen einerseits und zu Teilnehmern
bzw. Diensten andererseits verantwortlich. Eine dynamische Kanalzuteilung kann
auch mit einem statischen Kanalzuteilungsverfahren FCA (Fixed Channel
Allocation) kombiniert sein, indem mit einem fest zugeteilten Kanalkontingent
und einem zusätzlichen "Pool" von Kanälen gearbeitet
wird, auf das alle Zellen eines Clusters zur gleichen Zeit unter
Beachtung der Interferenzsituation zugreifen dürfen.
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Durch
eine geeignete Zuteilung von Ressourcen mittels dynamischer Kanalvergabeverfahren läßt sich
die Systemkapazität
erhöhen.
Es werden insbesondere die Interferenzsituation und die Lastsituation
bewertet, um zum Beispiel zu vermeiden, daß ein Teilnehmer mit einem
empfindlichen Dienst eine Ressource zugeordnet bekommt, die einer
extrem hohen Intrazell-Interferenz und/oder Interzell-Interferenz
ausgesetzt ist.
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Beispiele
für eine
dynamische Kanalzuweisung beim Verbindungsaufbau finden sich in
Furukawa, H. und Akaiwa, Y., „A Self-organized
Reuse-Partitioning Dynamic Channel Assignment Scheme with Quality
Based Power Control",
in Proceedings of 6th IEEE International
Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC'95), 1995 und in
US5898927.
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Aus
der
US 5491837 ist ein
weiteres Verfahren zur dynamischen Zuweisung von Kanälen in einem
Funkkommunikationssystem bekannt, bei dem Messungen von Mobilstationen
und Basisstationen verwendet werden, um Kanäle derart zuzuweisen, dass
eine Systemkapazität
maximiert wird während die
Sendeleistungen der Mobilstationen minimiert werden. Beispielsweise
wird für
eine Mobilstation ein neuer Uplink-Kanal anhand einer Interferenzsituation einer
Basisstation, anhand eines Sollwertes eines Signal-zu-Interferenzverhältnisses
und anhand eines Pfadverlustes zugewiesen, so dass eine auf dem neuen
Uplink-Kanal verwendete
Sendeleistung geringer ist, als eine auf einem zuvor zugewiesenen Uplink-Kanal
verwendete Sendeleistung.
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Für eine Optimierung
des Gesamtsystems werden verschiedene Messungen ausgewertet und mit
zuvor definierten Kriterien bewertet. Solche Messungen sind:
- – Messung
des Interferenzpegels auf einem, mehreren oder allen Zeitschlitzen,
- – Messung
des Signal-zu-Interferenz-Verhältnisses
(SIR) einer bestimmten Verbindung,
- – Messung
des Empfangspegels des physikalischen Kanals zum Übertragen
von Broadcast-Informationen (Broadcast Channel).
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Für die Downlink-Verbindungen
werden diese Meßwerte
oder eine Untermenge davon entweder beim Verbindungsaufbau oder
bei bereits bestehender Verbindung in den Teilnehmerstationen ermittelt und
in regelmäßigen Abständen oder
auf Anfrage entsprechend dem Protokoll oder ereignisgesteuert zum
Netzwerk übertragen.
Für die
Uplink-Verbindungen werden die entsprechenden Messungen vom Netzwerk
ermittelt und müssen
deshalb nicht mehr über
die Luftschnittstelle übertragen
werden. Das Netzwerk wertet die aktuelle Signal- und Interferenzsituation
anhand der gemessenen und übertragenen Werte
mit Hilfe des DCA-Algorithmus in einem Steuerrechner aus und trifft
eine Entscheidung zur dynamischen Vergabe von Ressourcen an die
Teilnehmer.
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Das
Signal-zu-Interferenzverhältnis
(SIR) als Meßgröße für die Verbindungsqualität ist bei
Verwendung einer SIR-basierten Leistungsregelung nur bedingt brauchbar,
da das SIR immer möglichst
am Zielpegel bleibt, solange der Dynamikbereich für die Regelung
noch nicht ausgeschöpft
ist. Dies hat zur Folge, daß die
Sendeleistung oft unnötig
hoch ist, was einerseits eine hohe Intrazell-Interferenz verursacht,
die bei der Ermittlung freier Ressourcen im Steuerrechner berücksichtigt
werden muß und
andererseits die Interzell-Interferenzen erhöht, was die Leistungsfähigkeit
in anderen Zellen beeinträchtigt. Ferner
ist die Betriebszeit dieser Teilnehmerstationen stark beeinträchtigt und
der Elektrosmog erhöht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dynamische Ressourcenzuteilung
eines Funk-Kommunikationssystems dahingehend zu verbessern, dass
mit nur geringem Mehraufwand eine weitere Optimierung der Ressourcen
des Funk-Kommunikationssystems erzielt wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
geben die abhängigen
Ansprüche
und Anspruch 7 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens an.
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Gemäß der Erfindung
werden von den Basisstationen und/oder Teilnehmerstationen selbst
ihre eigenen aktuellen Sendeleistungen festgestellt und an die zuständige Ressourcenverwaltung
im Netzwerk übertragen.
Hierfür
kann nach einer Ausprägung
der Erfindung die Sendeleistung über
ein gewisses Intervall gemittelt und erst dann an die Instanz zur
Ressourcenverwaltung übertragen
werden. Die Übertragung
kann in einer Ausgestaltung periodisch erfolgen. In einer weiteren
Ausgestaltung kann die Übertragung
der Sendeleistung im Zusammenhang mit sonstigen zu übertragenden
Meßergebnissen
in einem gemeinsamen Meßprotokoll
erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Übertragung
ereignisgesteuert erfolgen, beispielsweise verursacht durch eine
Veränderung
der Sendeleistung über
einen vorbestimmten Schwellenpegel. Die Sendeleistung kann nach
einer weiteren Ausprägung
quantisiert in eine definierte Anzahl von Wertebereichsklassen übertragen
werden, wodurch für
die Übertragung der
Sendeleistung besonders wenig Ressourcen benötigt werden, wenn jede Klasse
durch einen Index beschrieben wird, dessen Übertragung nur relativ wenig Übertragungskapazität erfordert.
Die Übertragung
der Sendeleistung der Teilnehmerstationen kann in einer weiterer
Ausgestaltung auf einem Steuerkanal, der ein dedizierter (Dedicated
Control Channel DCCH) oder gewöhnlicher
(Common Control Channel CCCH) Steuerkanal sein kann, oder innerhalb
des Verkehrskanals als sogenannte Inband-Signalisierung vorgenommen
werden.
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Die
Sendeleistungen der Basisstationen und/oder Teilnehmerstationen
werden bisher nicht in den Entscheidungsprozeß für die Ressourcenoptimierung
innerhalb eines Funk-Kommunikationssystems
herangezogen.
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Bekannte
Verfahren optimieren die Auslastung der Ressourcen auf der Grundlage
der Kenntnis der Empfangssignalpegel, die infolge Mehrwegeausbreitung,
Schwund, Abschattung und anderer Unwägbarkeiten auf der Funkschnittstelle
jedoch keine zuverlässige
Berechnung der tatsächlichen
Sendeleistung zulassen. Außerdem
ist, wie obenstehend erläutert,
ein ausgeregeltes Signal-zu-Interferenzverhältnis (SIR) als Meßgröße für eine Verbindungsqualität nur sehr
bedingt brauchbar.
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Unter
Berücksichtigung
der zusätzlich
eingeführten
und von den Sendern selbst ermittelten eigenen Sendeleistungen als
Parameter für
die Optimierung der Ressourcenzuteilung kann eine bessere Systemauslastung
erreicht werden.
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Eine
Ressourcenoptimierung unter Verwendung der in den Sendern selbst
gemessenen Sendeleistungen kann sowohl im Uplink als auch im Downlink
erfolgen. Für
die Downlinkkanäle
teilen die Basisstationen ihre Sendeleistungswerte der Einrichtung zur
Ressourcenzuteilung mit. Die Einrichtung zur Ressourcenzuteilung
kann beispielsweise innerhalb einer Funknetzsteuerung (Radio Network
Controller) der Basisstationen realisiert sein. Die Uplink-Sendeleistungen
werden von den Teilnehmerstationen gemessen und über die Funkschnittstelle an
die zugehörige
Basisstation signalisiert und gleichfalls der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung
zur Verfügung gestellt.
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Zum
Zwecke einer adaptiven Sendeleistungsregelung beispielsweise werden
nach einer Ausgestaltung die von einer Basisstation Node B empfangenen
Meßdaten
aktiver Teilnehmerstationen sowie die eigenen Meßdaten über die aktuelle Sendeleistung
an die Funknetzsteuerung RNC des Netzwerks übertragen und dort in einem
Algorithmus des Steuerrechners zur Sendeleistungsregelung mit verwendet.
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Weitere
Ressourcen können
sich durch eine adaptive Kanalcodierung erschließen, indem dem Datenstrom sendeleistungsabhängig mehr
oder weniger Redundanz mit dem Ziel hinzugefügt wird, die Bitfehlerhäufigkeit
auf die für
einen bestimmten Dienst oder eine bestimmte Dienstgüte akzeptablen Wert
zu halten.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung werden zum Zwecke einer dynamischen
Kanalzuteilung die Sendeleistungen der Teilnehmerstationen und/oder Basisstationen
einem in einem Steuerrechner der Funknetzsteuerung RNC implementierten
DCA-Algorithmus zugeführt.
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Mit
der Einbeziehung der gemessenen Sendeleistung kann durch das Netzwerk
eine vorteilhafte Umverteilung der Teilnehmer derart erfolgen, daß die Gesamtinterferenz
minimiert und somit sowohl eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit
des Gesamtsystems als auch eine Minimierung des Energieverbrauchs
der einzelnen Teilnehmerstationen erreicht werden.
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Beispielsweise
wird der DCA-Algorithmus unter Berücksichtigung der Sendeleistungen
der Teilnehmerstationen den mit hoher Sendeleistung sendenden Teilnehmerstationen
am ehesten Ressourcen zuweisen, deren Interferenz-Niveau es erwarten läßt, daß die betreffenden
Teilnehmerstationen auf diesen Ressourcen mit geringerer Sendeleistung auskommen
können
als bisher. Außerdem
kann in vorteilhafter Weise vom DCA-Algorithmus berücksichtigt werden, daß durch
eine mit hoher Leistung sendenden Teilnehmerstation andere Teilnehmer
so gering wie möglich
beeinträchtigt
werden, indem der Störabstand
zu diesen vergrößert wird.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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In
der zugehörigen
Zeichnung zeigt:
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1 das
Prinzip eines zellularen Mobilfunksystems und
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2 ein Beispiel für eine optimierte Kanalvergabe
bzw. Kanalzuteilung, worunter eine Umverteilung von Kanälen, eine
Zuteilung zusätzlicher
oder weniger Kanäle
zu einer Verbindung oder eine Zuteilung besserer Kanäle fallen,
unter Berücksichtigung der
Sendeleistung von Teilnehmerstationen.
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Ein
Mobilfunksystem nach 1, das als Beispiel für ein zellulares
Funk-Kommunikationssystem dienen soll, besteht aus mehreren Mobilvermittlungseinrichtungen
MSC, die untereinander vernetzt sind und den Zugang zum analogen
und/oder digitalen Festnetz PSTN/ISDN herstellen und von denen nur
einer dargestellt ist. Sie sind mit mehreren Funknetzsteuerungen
RNC verbunden, in denen im Beispiel die Instanzen zur Ressourcenverwaltung
bzw. Einrichtungen zur Ressourcenzuteilung angeordnet sind. Außerdem sind
sie mit einem Betriebs- und Wartungszentrum OMC verbunden, welches
Organisationsinformationen für
das Mobilfunksystem bzw. Teile davon überträgt.
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Jede
Funknetzsteuerung RNC ermöglicht eine
Verbindung zu einer oder mehreren Basisstationen Node B. Alle vorgenannten
stationäre
Einrichtungen sollen im weiteren als Netzwerk bezeichnet werden,
wobei ihre Bezeichnungen und Funktionen durchaus variieren können.
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Durch
jede Basisstation Node B wird mindestens eine Zelle Z gebildet,
die mit anderen Zellen Z zu einer logischen Gruppe zusammengefaßt wird.
Bei einer Sektorierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden
je Basisstation Node B auch mehrere Zellen Z versorgt. Jeder Basisstation
Node B kann über
eine Funkschnittstelle Verbindungen zu seinen Teilnehmerstationen
MS, beispielsweise Mobilstationen, aufbauen und umgekehrt. Zur Mehrfachauslastung
der knappen Ressource "Fre quenz" werden auf der Funkschnittstelle
mehrere Verbindungen gleichzeitig hergestellt, indem ihnen vom Netzwerk
teilnehmerindividuelle Übertragungskanäle auf der
Grundlage eines Vielfachzugriffsverfahrens zugeteilt werden. In
einem TD/CDMA-System, das als Beispiel für die Anwendung der Erfindung
dienen soll, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, erfolgt
ein Vielfachzugriff auf die Funkschnittstelle in der Zuordnung von Frequenz,
einem oder mehreren Zeitschlitzen und einem oder mehreren Spreizcodes
zu einem Übertragungskanal.
Insgesamt ergeben sich bei 16 Zeitschlitzen je Rahmen und der Benutzung
von 8 Spreizcodes je Zeitschlitz maximal 64 Vollduplexkanäle je Trägerfrequenz.
Durch eine Kombination von Kanälen
können
flexibel die verschiedensten Datenraten von einigen Kbit/s bis zu
2 Mbit/s eingestellt werden.
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Die
Erfindung ist selbstverständlich
auch auf andere Mobilfunksysteme, beispielsweise TDMA-Systeme ohne
CDMA-Komponente oder CDMA-Systeme ohne TDMA-Komponente, anwendbar.
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Während einer
Verbindung zwischen einer Basisstation Node B und einer Teilnehmerstation
MS kann ein Umschalten auf einen anderen Funkweg notwendig oder
wünschenswert
sein. Dies ist beispielsweise der Fall bei einer Ortsveränderung
einer Teilnehmerstation MS. Ein weiterer wichtiger Grund für einen
Kanalwechsel ist die Minimierung von Interferenzen. Es ist bekannt,
daß sich
die benötigte
Sendeleistung mit zunehmenden Signalverlusten auf der Funkschnittstelle
erhöht.
Das bedeutet, daß eine
Teilnehmerstation MS mit geringem Signalverlust zur Basisstation
Node B eine geringere Sendeleistung für die Übertragung benötigt als
eine Teilnehmerstation MS, die einen großen Signalverlust aufweist.
Da weiterhin bekannt ist, daß die
Kapazität
eines Funk-Kommunikationssystems stark durch Interferenzen beeinflußt wird, "beansprucht" eine Teilnehmerstation
MS mit geringer Sendeleistung lediglich einen kleineren Bereich
der Ressourcen der Funkschnittstelle. Durch eine vorteilhafte Umverteilung der
Kanäle
auf die aktiven Teilnehmerstationen MS kann die Gesamtinterferenz
beträchtlich
ver ringert werden. Es können
dann zum Beispiel weiteren Teilnehmern Verbindungswünsche realisiert
werden oder Dienste mit geringerer Bitfehlerrate angeboten werden.
Auch kann der Leistungsverbrauch der einzelnen Teilnehmerstationen
MS verringert werden, was sich auf die Erhöhung der Leistungsdauer und die
Verringerung der Leistungsdichte (Elektrosmog) auswirkt.
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Die
von einem Sender selbst gemessene eigene Sendeleistung ist bisher
nicht für
die Kanalvergabe und damit Ressourcenzuteilung herangezogen worden.
Durch eine der Situation bezüglich
Verbindungswünschen
und Vielfachzugriffsinterferenz besser angepaßte Zuteilung der Kanäle gemäß der Erfindung
wird die Systemkapazität
deutlich erhöht
und die Sendeleistung der Teilnehmerstationen verringert.
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In 2 ist schematisch eine Zelle mit einer Basisstation
Node B dargestellt, die mehrere Teilnehmerstationen MS1 bis MS4
versorgt. Zum Zwecke einer dynamischen Kanalvergabe an die Teilnehmerstationen
MS1 bis MS3 senden diese zusätzlich
zu ihren üblichen
Meßwerten
ihre aktuelle Sendeleistung an den Steuerrechner im Netzwerk, der
als Einrichtung zur Ressourcenzuteilung dient. An welcher Stelle
im Netzwerk diese Einrichtung zur Ressourcenzuteilung angeordnet
ist, ist erfindungsunwesentlich und kann weitgehend frei vom Netz-Errichter bestimmt.
Die Einrichtung zur Ressourcenzuteilung kann beispielsweise, wie 2 zeigt, in der Funknetzsteuerung RNC
oder aber auch in der Basisstation Node B angeordnet sein. Bei UMTS
wird z.B. der Steuerrechner mit dem DCA-Algorithmus in der Funknetzsteuerung
RNC installiert sein.
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Mit
einem zentralen Steuerverfahren lassen sich die größten Kapazitätsgewinne
erzielen, weil die Teilnehmerstationen MS ständig den Pfadverlust zu mehreren
Basisstationen Node B ausmessen. Nachteilig ist der sehr hohe Signalisierungsaufwand
zwischen den Basisstationen Node B und der Funknetzsteu erung RNC
sowie die geforderte hohe Rechenleistung in der Funknetzsteuerung
RNC. Eine dezentrale und damit flexiblere Arbeitsweise des Kanalzuteilungsalgorithmus
hat zum Nachteil, daß nur
die Meßergebnisse
der eigenen Zelle gemessen werden, wodurch die Gefahr besteht, daß mit einer
Kanalvergabe in der eigenen Zelle die Verbindungen in benachbarten
Zellen beeinträchtigt
werden.
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Im
Beispiel nach 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
eine von vielen Basisstationen Node B mit der Funknetzsteuerung
RNC symbolhaft zu einer Netzwerkkomponente zusammengefaßt, wobei
der DCA-Algorithmus in der Funknetzsteuerung RNC implementiert sein
soll.
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Vom
DCA-Algorithmus werden aus weiteren von den Teilnehmerstationen
MS1 bis MS3 gemessenen und übertragenen
Meßdaten,
wie dem Interferenzpegel, dem Sigal-zu-Interferenzverhältnis und sonstiger
Meßwerten,
die von den Teilnehmerstationen und/oder den Basisstationen ermittelt
werden, sowie weiterer z.B. vom Netzbetreiber vorgegebener Einflußfaktoren,
wie Dienstanforderungen (Bitfehlerrate) und/oder statistisch ermittelter
und ständig
aktualisierter Werte und den Meßwerten
der Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 zu ihren aktuellen Sendeleistungen
die vorhandenen Kanalzuteilungen überprüft und geändert.
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Für die Übertragung
von Informationen auf der Luftschnittstelle unterscheidet man logische
und physikalische Kanäle.
Die logischen Kanäle
werden aufgeteilt in Verkehrskanäle
und Steuerkanäle.
Die Verkehrskanäle
dienen der Übertragung
von Verkehrsinformationen, wie beispielsweise Sprache. Auf den Steuerkanälen werden
Signalisierungsinformationen übertragen,
die beispielsweise für
eine Zuweisung von Kanälen
oder eine Sendeleistungssteuerung benötigt werden. Die logischen
Kanäle
werden von den physikalischen Kanälen übertragen.
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Die
Sendeleistung von Teilnehmerstationen, die im folgenden betrachtet
wird, ist u.a. abhängig von
ihrem Abstand zur zugehörigen
Basisstation, der Interferenzsituation, den Ausbreitungswegen, dem gewählten Übertragungsverfahren,
der individuellen maximalen Sendeleistung der Station sowie der
Art des Dienstes, da unterschiedliche Dienste unterschiedliche Bitfehlerraten
bzw. Übertragungsqualitäten voraussetzen.
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Nach 2a überträgt eine
erste Teilnehmerstation MS1 ihre Verkehrsinformationen auf einem
Verkehrskanal V1 und eine zweite Teilnehmerstation MS2 auf einem
Verkehrskanal V2 mit jeweils mittleren Sendeleistungen. Eine dritte
Teilnehmerstation MS3 sendet auf dem Verkehrskanal V3 mit ihrer maximalen
Sendeleistung. Alle drei Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 senden
alle in einem ersten Zeitschlitz (dieser bildet gemeinsam mit den
verwendeten CDMA-Codes Ressourcen des Funksystems). Die Intrazell-Interferenzsituation
läßt es nicht
zu, dass die dritte Teilnehmerstation MS3 mit geringerer als der
maximalen Sendeleistung sendet. Hierdurch müssen auch die erste und die
zweite Teilnehmerstation MS1, MS2 mit relativ hoher Sendeleistung
senden. Sofern die Empfangspegel in der Basisstation Node B sehr
unterschiedlich sind, kann die Teilnehmerstation MS3 sogar so hohe
Intrazell-Interferenzen verursachen, daß diese vom Netzwerk selbst
unter Anwendung geeigneter Technik nicht mehr eliminiert werden
können.
Durch hohe Intrazell-Interferenzen
werden auch Verbindungen in benachbarten Zellen stark gestört (Interzell-Interferenzen).
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Aufgrund
der Signalisierung der Meßwerte ihrer
Sendeleistungen auf den Steuerkanälen SP1
bis SP3 durch die Teilnehmerstationen MS1
bis MS3 an die Basisstation Node B werden von dem DCA-Algorithmus
in der Funknetzsteuerung RNC (also der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung)
die Ressourcen für
die Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 neu verteilt, so daß eine Situation
nach 2b entsteht.
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Die
dritte Teilnehmerstation MS3 sendet jetzt auf einem anderen Verkehskanal
V3 (neu), der einem zweiten Zeitschlitz (d.h. einer anderen Ressource des
Funksystems) zugeordnet ist und aufgrund einer günstigeren Interferenzsituation
im zweiten Zeitschlitz eine Übertragung
mit deutlich geringerer Sendeleistung zulässt. Damit verbessert sich
die Interferenz-Situation
für die
erste und die zweite Teilnehmerstationen MS1, MS2, die im ersten
Zeitschlitz senden, und sie können
ebenfalls ihre Sendeleistung, der neuen Interferenzsituation angepaßt, verringern.
Die Gesamtsituation erlaubt es jetzt, daß gegenbenenfalls eine vierte
Teilnehmerstation MS4 im ersten Zeitschlitz auf dem Verkehrskanal
V4 Nachrichten mit einer mittleren Sendeleistung in Richtung Basisstation
Node B überträgt. Da die
vierte Teilnehmerstation MS4 mit geringerer als der maximalen Sendeleistung
sendet, ist die Intrazell-Interferenzsituation
im ersten Zeitschlitz nach der 2B günstiger
als nach der 2A, bei der die dritte Station MS3
im ersten Zeitschlitz mit maximaler Sendeleistung sendete. Daher
können
die erste und die zweite Station MS1, MS2 in 2B trotz
der gleichzeitigen Übertragung
der vierten Station MS4 im ersten Zeitschlitz gegenüber dem
in 2A gezeigten Zustand mit jeweils verringerter
Sendeleistung senden. Selbstverständlich signalisiert auch die
vierte Teilnehmerstation MS4 auf einem Steuerkanal SP4
ihre aktuelle Sendeleistung zum Steuerrechner des Netzwerks zwecks
weiterer Berücksichtigung
im DCA-Algorithmus.
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Insgesamt
gesehen hat sich durch die Neuverteilung der Ressourcen die Systemkapazität erhöht, da die
Intrazell-Interferenzen
und damit auch die Interzell-Interferenzen in den benachbarten Zellen
durch jeweils gesenkte Sendeleistungen der Stationen MS1 bis MS3
reduziert werden konnten.
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Die
Einrichtung zur Ressourcenzuteilung wertet die Informationen über die
Sendeleistungen der Teilnehmerstationen in der Weise aus, dass die Sendeleistungen
der Teilnehmerstationen so gering wie möglich eingestellt werden können. Auf
diese Weise wird zum einen die Gesamtinterferenz des Mobilfunksystems
verringert, so dass eine möglichst geringe
Störung
der Verbindungen die Folge ist. Außerdem wird durch die Reduzierung
der Sendeleistungen der Leistungsverbrauch der Stationen reduziert,
so dass ihre Betriebsbereitschaft für einen längeren Zeitraum gewährleistet
ist.
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Durch
die Einführung
der unmittelbar von den Teilnehmerstationen selbst gemessenen Sendeleistungen
als Kriterium in den Entscheidungsprozeß der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung
läßt sich also
der Leistungsverbrauch der Teilnehmerstationen und die Performance
des Gesamtsystems optimieren.
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Hierzu
ist nur ein sehr geringer Mehraufwand notwendig, der im Signalisieren
der Sendeleistungen von den Teilnehmerstationen an das Netzwerk
besteht. Die Sendeleistung kann nach einer vorteilhaften Ausprägung quantisiert
in eine definierte Anzahl von Wertebereichsklassen übertragen
werden, wodurch für
die Übertragung
der Sendeleistung in Form entsprechender Indizes, die jede Klasse
eindeutig kennzeichnen, nur geringe Ressourcen benötigt werden.
Die Übertragung
kann beispielsweise im ohnehin von einer Teilnehmerstation regelmäßig zu sendenden
Meßprotokoll
eingebunden sein. Soll eine eigenständige Signalisierungsnachricht übertragen werden,
so kann diese ebenfalls periodisch oder auch ereignisgesteuert erfolgen,
wobei dann die Periodendauer oder die Ereignisschwelle relativ frei wählbar sind.
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Im
Beispiel der 2 ist eine Ressourcen-Neuzuteilung
im Uplink beschrieben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dem DCA-Algorithmus
für eine
optimale Neuzuteilung von Ressourcen im Downlink die Sendeleistungen
der Basisstationen Node B mitzuteilen, wobei der Signalisierungsaufwand
wegen des Wegfalls der Funkschnittstelle niedriger ist als bei der Übermittlung
der Sendeleistungen der Teilnehmerstationen.
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In
vorteilhafter Weise können
die der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung mitgeteilten aktuellen Sendeleistungen
auch für
weitere Systemverwaltungsaufgaben genutzt werden. So bietet es sich
an, die von den Teilnehmerstationen MS gemessenen eigenen Sendeleistungen
zusätzlich
oder anstelle der von den Basisstationen Node B gemessenen Empfangspegel
zur Uplink-Sendeleistungsregelung
zu verwenden. Von Seiten des DCA-Algorithmus
können
in vorteilhafter Weise außerdem
auch die Downlink-Sendeleistungen der Node B für eine Sendeleistungsregelung
im Downlink einbezogen werden. Diese sind dem Netzwerk ohnehin bekannt
und brauchen dem DCA-Algorithmus des Steuerrechners für eine Downlink-Kanalzuteilung
nur noch zur Verfügung
gestellt werden.