DE10039209A1

DE10039209A1 - Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE10039209A1
Application number: DE2000139209
Authority: DE
Inventors: Egon Schulz; Bernhard Wegmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-21
Also published as: WO2002013394A3; WO2002013394A2; EP1308061A2; AU2001285705A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem zu Übertragungskanälen (CH1-CHv) zugehörige Signale mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung von einer Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) empfangen und/oder gesendet werden. Die Richtung DOLLAR I1 von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zu einer Teilnehmnerstation (TS1-TSu) wird ermittelt. Für eine Zuteilung eines Übertragungskanals werden zumindest zwei Übertragungskanäle (CHr-CHv) in Abhängigkeit von der ermittelten Richtung DOLLAR I2 vorselektiert. Zur Ermittlung mindestens einer übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) werden Funkkanalmessungen durchgeführt. Abhängig von der ermittelten übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) wird ein vorselektierter Übertragungskanal (CHt) für einen Austausch von Sprach- und/oder Dateninformationen zwischen der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) und der Teilnehmerstation (TS1-TSu) ausgewählt.

Description

Neben Leistungsregelung und Handover zählt die dynamische Ka nalzuteilung in Funk-Kommunikationssystemen zu den wichtig sten Maßnahmen zur Verwaltung von Systemressourcen. In einem Funk-Kommunikationssystem, in dem eine dynamische Kanalzutei lung angewendet wird, besteht keine feste Zuweisung von Teil nehmerfrequenzbändern zu Basisstationen. Statt dessen erfolgt ein Zuweisen von Teilnehmerfrequenzbändern zu Basisstationen adaptiv. Dies bedeutet, daß die Zuweisung dem jeweiligen Sy stemzustand bezüglich Verbindungswünschen und Vielfachzu griffsinterferenz angepaßt ist. Das Ziel einer dynamischen Kanalzuteilung besteht darin, einen Ausgleich zwischen der Erfüllung von Interferenzbedingungen und einer Maximierung der Systemkapazität zu schaffen. Die Maximierung der System kapazität ist gekoppelt an eine Minimierung des Reuse-Abstan des von Teilnehmerfrequenzbändern, wobei zur Verfügung ste hende Teilnehmerfrequenzbänder in einem engeren Raster wie derverwertet werden.

Bei Verwendung adaptiver Antenneneinrichtungen sinkt aufgrund der an die Position von Teilnehmerstationen innerhalb einer Funkzelle angepaßten Antennencharakteristik der Einfluß von Gleichkanalstörungen, wodurch vorhandene Übertragungskanäle in einem engeren Wiederholungsmuster wiederverwendet werden können. Somit resultiert ein erheblicher Koordinierungsbedarf bei Nutzung adaptiver Antenneneinrichtungen unter Verwendung von dynamischen Kanalzuteilungsverfahren.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe be steht darin, ein Verfahren zur dynamischen Zuteilung von Übertragungskanälen, durch das Gleichkanalstörungen und die Blockierwahrscheinlichkeit für Übertragungskanäle minimiert werden, in einem Funk-Kommunikationssystem mit adaptiven An tenneneinrichtungen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprü chen 2 bis 13 zu entnehmen.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die Koordinierungsaufgaben, die sich bei einer gleichzeitigen Verwendung dynamischer Kanalzuteilungsverfah ren und adaptiver Antenneneinrichtungen ergeben, durch Einbe ziehen der Kenntnis über die Ausrichtung von Strahlungskeulen adaptiver Antenneneinrichtungen in ein dynamisches Kanalzu teilungsverfahren gelöst werden. Vorbedingung für eine Zutei lung von Übertragungskanälen sind Funkkanalmessungen zur Er mittlung übertragungskanalspezifischer Kenngrößen, die dahin gehend überprüft werden, ob sie beispielsweise für eine Zu teilung von Übertragungskanälen relevante Gütebedingungen er füllen.

Durch die übertragungskanalspezifischen Kenngrößen können zahlreiche Aspekte berücksichtigt werden, wie mittlere Stör signalleistungen, Pfadverluste, Wiederholungsraten für eine Übertragung von Paketdaten, Verbindungsausfallraten, Bitfeh ler-Raten und das Signal-Stör-Verhältnis, um nur einige Bei spiele aufzuzählen. Aufgrund der Gütebedingungen kann vorge sehen sein, daß die übertragungskanalspezifischen Kenngrößen für eine Zuteilung eines zugehörigen Übertragungskanals un terhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen oder einen Extremwert - ein Maximum oder ein Minimum - annehmen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zur Verfügung stehende Übertragungskanäle zunächst an Funk zellen bzw. Kommunikationsdienste zugewiesen. Dies erlaubt eine Unterteilung des Kanalzuteilungsverfahrens in zumindest zwei Phasen. In einer ersten Phase wird die Menge aller zur Verfügung stehenden Übertragungskanäle in Untermengen unter teilt, die Funkzellen bzw. Kommunikationsdiensten zugeordnet sind. Eine derartige Unterteilung kann adaptiv im Hinblick auf eine veränderliche Verkehrsdichte erfolgen. In einer zweiten Phase werden Übertragungskanäle zu Verbindungen zuge ordnet, wobei ein Wechsel der Zuteilung aus einem Verbin dungsaufbau oder einem Handover resultiert. Im Gegensatz zur ersten Phase ist die zweite Phase deutlich zeitkritischer, während in der ersten Phase eine wesentlich höhere Informati onsverdichtung zur Kanalzuteilung erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Funk-Kommunika tionssystems mit mehreren Funkzellen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit mehreren Teil nehmerstationen in Verbindung stehenden Basis-Sende- Empfangsstation mit einer adaptiven Antenneneinrich tung,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Struktur einer Allo kationstabelle.

Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem weist zumindest eine Mobilvermittlungseinrichtung MSC auf, die mit mehreren Basisstationen BS verbunden ist. Die Mobilvermitt lungseinrichtung MSC nimmt primär vermittlungstechnische Auf gaben wahr und stellt den Zugang zu einem nicht näher darge stellten Festnetz her, während die Basisstationen BS vorran gig für die Verwaltung von Funkressourcen vorgesehen sind.

Jede Basisstation BS weist zumindest eine Basisstationssteue rungseinheit BSC auf, die mit mehreren Basis-Sende-Empfangs stationen BTS gekoppelt sind. Eine Basis-Sende-Empfangssta tion BTS kann über eine Funkschnittstelle Sprach- oder Daten verbindungen zu Teilnehmerstationen TS1 bis TSk, TSk+1 bis TSn, TSt bis TSu aufbauen. Zu diesem Zweck werden auf der Funkschnittstelle Übertragungskanäle CH1 bis CHm, CHm+1 bis CHr, CH5 bis CHv verfügbar gemacht. Ein nicht näher darge stelltes Operations- und Wartungszentrum nimmt Kontroll- und Wartungsfunktionen für vorgebbare Bereiche innerhalb des Funk-Kommunikationssystems wahr. Die Funktionalität und die Struktur des in Fig. 1 dargestellten Funk-Kommunikations systems ist insbesondere auch auf Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß übertragbar.

In Fig. 2 ist schematisch eine Basis-Sende-Empfangsstation BTS dargestellt, die über auf der Funkschnittstelle verfüg bargemachte Übertragungskanäle CH1 bis CH6 mit Teilnehmersta tionen TS1 bis TS3 in Verbindung steht. Die Basis-Sende-Emp fangsstation BTS weist eine adaptive Antenneneinrichtung auf, deren Antennencharakteristik derart eingestellt ist, daß die Abstrahlung der Sendeleistung auf keulenförmige Bereiche BEAM1 bis BEAM3 - nachfolgend Antennenkeulen genannt - gebün delt ist. Die Antennenkeulen BEAM1 bis BEAM3 werden auf die Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 ausgerichtet. Hierzu ist eine Bestimmung der Richtungen ₁ bis ₃ von der Basis-Sende-Emp fangsstation BTS zu den Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 not wendig.

Üblicherweise werden die Richtungen ₁ bis ₃ zwischen Basis- Sende-Empfangsstation BTS und den Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 als Einfallswinkel ϕ₁ bis ϕ₃ ermittelt. Ändert eine der Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 ihre Position relativ zur Ba sis-Sende-Empfangsstation BTS, so wird die jeweilige Anten nenkeule BEAM1 bis BEAM3 entsprechend der Bewegung der Teil nehmerstation nachgeführt. Eine alternative Vorgehensweise, die in Fig. 2 allerdings nicht explizit skizziert ist, be steht darin bei Vorhandensein mehrerer Antennenkeulen eine Umschaltung von einer Antennenkeule auf eine benachbarte An tennenkeule vorzunehmen.

Das in Fig. 3 dargestellte Ablaufdiagramm dient der Veran schaulichung des erfingungsgemäßen Verfahrens. Ausgehend da von, daß zu Übertragungskanälen CH1 bis CH6 zugehörige Signa le mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung von der Basis- Sende-Empfangsstation BTS empfangen bzw. gesendet werden (Schritt 1), werden nachfolgend die Richtungen ₁ bis ₃ von der Basis-Sende-Empfangsstation BTS zu den Teilnehmerstatio nen TS1 bis TS3 ermittelt (Schritt 2). Für einen Austausch von Sprach- bzw. Dateninformation zwischen der Basis-Sende- Empfangsstation BTS und den Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 wird in Abhängigkeit von den Richtungen ₁ bis ₃ von der Ba sis-Sende-Empfangsstation BTS zu den Teilnehmerstationen TS1 bis TS3 eine Vorauswahl möglicher Übertragungskanäle CHr bis CHv getroffen (Schritt 3).

Für jeden der vorausgewählten Übertragungskanäle CHr bis CHv werden Funkkanalmessungen zur Ermittlung von übertragungska nalspezifischen Kenngrößen M1 bis Mg durchgeführt (Schritt 4). Derartige Kenngrößen können beispielsweise eine mittlere Störsignalleistung, Pfadverluste, Wiederholungsraten für eine Übertragung von Paketdaten, Verbindungsabbruchraten, Bitfeh ler-Raten, das Signal-Stör-Verhältnis oder die Anzahl durch geführter Handover-Vorgänge innerhalb einer Funkzelle sein. Als nächstes werden die ermittelten übertragungskanalspezi fischen Kenngrößen M1 bis Mg dahingehend überprüft, ob sie vorgegebene Gütebedingungen CR1, CR2 erfüllen (Schritt 5). Auf Basis dieser Überprüfung erfolgt schließlich die Auswahl eines geeigneten Übertragungskanals CHt (Schritt 6), bei dem die ermittelten übertragungskanalspezifischen Kenngrößen Mc, Mf die Gütebedingungen CR1, CR2 erfüllen.

Beispielsweise wird derjenige Übertragungskanal ausgewählt, für den das geringste Signal-Stör-Verhältnis von allen zur Verfügung stehenden Übertragungskanälen und unter Berücksich tigung der Richtung von der Basis-Sende-Empfangsstation zur betreffenden Teilnehmerstation ermittelt wurde. Bei einem Verbindungsaufbau kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Interzellinterferenz als übertragungskanalspezifische Kenngröße zu ermitteln. Während einer aufgebauten Verbindung können durchaus andere übertragungskanalspezifische Kenngrö ßen für eine Kanalzuteilung ausgewählt werden als beim Ver bindungsaufbau.

Während einer aufgebauten Verbindung wird beispielsweise lau fend die Übertragungsqualität mittels Signal-Stör-Verhältnis messungen kontrolliert. Sobald sich die Qualität derart ver schlechtert hat, daß ein vorgegebener Schwellwert unter schritten wird, werden auch für andere, gemäß Schritt 3 in Frage kommende Übertragungskanäle Qualitätsmessungen durchge führt. Reichen andere Regelungsmöglichkeiten, wie beispiels weise Leistungsregelung nicht mehr aus, um die geforderte Qualität zu halten, so wird über das Zuteilungsverfahren ein Übertragungskanalwechsel eingeleitet. Ferner können die Güte bedingungen für die Überprüfungen der übertragungskanal spezifischen Kenngrößen bei einem Verbindungsaufbau und bei aufgebauter Verbindung im Sinne einer einfachen Implementie rung identisch sein.

Vorteilhafterweise ist der Belegungszustand der Übertragungs kanäle in einer Allokationstabelle gespeichert, deren Struk tur in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Ähnlich wie die übertragungskanalspezifischen Kenngrößen wird auch die Allo kationstabelle in regelmäßigen Zeitabständen aktualisiert und geprüft. Die Struktur der Allokationstabelle ist in Fig. 4 dreidimensional dargestellt und weist die Achsen Zeitschlitz, Code/Frequenz und Einfallswinkel auf. Durch die Struktur der Allokationstabelle werden Funk-Kommunikationssysteme mit zeitbezogener, code-/frequenzbezogener und raumbezogener Teilnehmerseparierung berücksichtigt. Aus dem Produkt von Zeitschlitzen, Codes bzw. Frequenzen und Einfallswinkeln er gibt sich die maximale Anzahl von Übertragungskanälen in ei ner Funkzelle.

Jedem der möglichen Übertragungskanäle ist ein Informations element IE zugeordnet, welches beispielsweise Angaben über die Kanalbelegung, die Signalstärke, die Interzell-Inter ferenz und die Intrazell-Interferenz aufweist. Zudem ist eine Unterteilung hinsichtlich der für den Uplink UL und Downlink DL zur Verfügung stehenden Übertragungskanäle vorgenommen. Die Zeitschlitze D1 bis D3 sind für den Downlink DL vorgese hen, während die Zeitschlitze U1 bis Un für den Uplink UL vorgesehen sind. Mittels eines Umschaltpunktes SP kann diese Aufteilung jedoch variiert werden. Die Veränderung der Lage des Umschaltpunktes SP kann insbesondere adaptiv in Anpassung an die jeweiligen Verkehrsbedingungen erfolgen.

Bei einer diskreten Umschaltung von einer Antennenkeule auf eine andere Antennenkeule als Alternative zu einer kontinu ierlichen Nachführung von Antennenkeulen ist es vorteilhaft Prioritätstabellen vorzusehen. Aus den Prioritätstabellen geht hervor, welcher Zeitschlitz mit welchem Einsatzwinkel bevorzugt zu kombinieren ist. Die Prioritätstabellen dienen als Hilfsmittel, um bei sich überlappenden, zu benachbarten Funkzellen gehörigen Antennenkeulen eine gegenseitige Störung der innerhalb des Einflußbereiches der Antennenkeulen über tragenen Funkkanäle auszuschließen. Bei einer Verwendung der Allokationstabelle und der Prioritätstabelle wird zunächst der optimale Einfallswinkel bestimmt. Dann wird der Zeit schlitz ausgewählt, dem in Kombination mit dem zuvor bestimm ten optimalen Einfallswinkel in der Prioritätstabelle der höchste Prioritätswert zugeordnet ist. Außerdem sollten für Übertragungskanäle mit gleichem Einfallswinkel und gleichem Zeitschlitz jeweils ein anderer Code bzw. eine andere Fre quenz vorgesehen werden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Allokationstabelle ist auch in einem Intrazell-Handover zu sehen. Bewegt sich bei spielsweise eine Teilnehmerstation in die Nähe einer weiteren Teilnehmerstation, die bisher auf Grund der räumlichen Sepa rierung einen Übertragungskanal mit gleichem Zeitschlitz und gleichem Code bzw. gleicher Frequenz nutzen konnte, so kann aufgrund der in der Allokationstabelle vorgehaltenen Informa tion ein Intrazell-Handover eingeleitet werden.

Bei aufgebauter Verbindung ist es vorteilhaft, Störsignale und den Empfangspegel des gewünschten Signals zu messen. Zweckmäßigerweise wird dies auch für Übertragungskanäle durchgeführt, die in der Allokationstabelle benachbart sind. Bewegt sich eine Teilnehmerstation aus dem Sende- bzw. Emp fangsbereich einer Antennenkeule heraus, wird der Empfangspe gel des gewünschten Signals immer schwächer. Dies hat zur Folge, daß auf eine benachbarte Antennenkeule umgeschaltet wird. Wird dagegen die Interferenz größer, so ist die Emp fangsqualität eher durch einen Wechsel des Zeitschlitzes zu verbessern. In diesem Falle wird der Zeitschlitz mit der ge ringsten oder einer unter einem definierten Schwellwert lie genden Störsignalleistung ausgewählt. Die Aktualisierung der Messungen kann dabei entweder periodisch oder ereignisgesteu ert erfolgen, sobald Qualitätsverschlechterungen erkennbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem
zu Übertragungskanälen (CH1-CHv) zugehörige Signale mit tels einer adaptiven Antenneneinrichtung von einer Basis- Sende-Empfangsstation (BTS) empfangen und/oder gesendet werden,
die Richtung (₁-₃) von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zu einer Teilnehmerstation (TS1-TSu) ermittelt wird, für eine Zuteilung eines Übertragungskanals zumindest zwei Übertragungskanäle (CHr-CHv) in Abhängigkeit von der er mittelten Richtung (₁-₃) vorselektiert werden,
Funkkanalmessungen zur Ermittlung mindestens einer über tragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) durchgeführt werden,
abhängig von der ermittelten übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) ein vorselektierter Übertragungskanal (CHt) für einen Austausch von Sprach- und/oder Dateninfor mationen zwischen der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) und der Teilnehmerstation (TS1-TSu) ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verbindungsaufbau mindestens ein vorselektier ter Übertragungskanal (CHt) ausgewählt wird, für den eine Kenngröße (Mc, Mf) ermittelt wurde, die eine erste vorgebbare Gütebedingung (CR1) erfüllt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufgebauter Verbindung geprüft wird, ob eine für ei nen genutzten Übertragungskanal (CH1-CHv) ermittelte Kenn größe (M1-Mg) eine zweite vorgebbare Gütebedingung (CR2) er füllt, und daß bei aufgebauter Verbindung ein Übertragungs kanalwechsel eingeleitet wird, falls die für den genutzten Übertragungskanal (CH1-CHv) ermittelte Kenngröße (M1-Mg) die zweite vorgebbare Gütebedingung (CR2) verletzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkkanalmessungen zur Ermittlung der mindestens ei nen übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) für die vorselektierten Übertragungskanäle (CHr-CHv) durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Funkkanalmessungen das Signal-Stör-Verhältnis als eine übertragungskanalspezifische Kenngröße (M1-Mg) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Funkkanalmessungen die Interzell-Interferenz als eine übertragungskanalspezifische Kenngröße (M1-Mg) ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CR1) und/oder die zweite Güte bedingung (CR2) bei einem minimalen Signal-Stör-Verhältnis und/oder bei einer minimalen Interzell-Interferenz erfüllt ist/sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CR1) und/oder die zweite Gütebe dingung (CR2) bei einem unter einem vorgebbaren Schwellwert liegenden Signal-Stör-Verhältnis und/oder bei einer minimalen Interzell-Interferenz erfüllt ist/sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CR1) und die zweite Gütebedin gung (CR2) identisch sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungskanal (CH1-CHv) durch eine Zeitlage und eine Trägerfrequenz oder durch eine Zeitlage und einen teil nehmerseparierenden Code festlegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Belegungszustand von Übertra gungskanälen (CH1-CHv) in einer Allokationstabelle gespei chert wird, und daß die Ausrichtung (₁-₃) von mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung gebildeten Antennenkeulen (BEAM1-BEAM3) durch die Allokationstabelle erfaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche Übertragungskanäle (CH1-CHv) ausgewählt wer den, die durch eine in einer Prioritätstabelle angegebenen bevorzugten Kombination aus einem Zeitschlitz (D1-D2, U1-Un) und einer Richtung (₁-₃) von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zur Teilnehmerstation (TS1-TS3) festgelegt sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verfügung stehende Übertragungskanäle an Funkzellen und/oder Kommunikationsdienste zugewiesen werden.