DE19651082C2

DE19651082C2 - Verfahren zur Zuordnung von Funkkanälen zu Mobilstationen in einem Funkübertragungssystem

Info

Publication number: DE19651082C2
Application number: DE19651082A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl Ing Gossner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: DE19651082A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuordnung von Funk kanälen zu Mobilstationen in einem Übertragungssystem, wobei die Zuordnung unter Berücksichtigung von Prioritätswerten, die charakteristische Werte für die Übertragung auf den je weiligen Funkkanälen zwischen der Basisstation und den Mobil stationen umfassen, durchgeführt wird.

Aus der EP 0 687 077 ist ein ein intelligentes Frequenz sprungverfahren anwendendes Funkübertragungssystem mit beweg lichen Funkstationen bekannt, wobei bei dem Frequenzsprung verfahren für jede Übertragungsrichtung die Frequenzen für eine Übertragung von bzw. zu den Mobilstationen bestimmt wer den und eine entsprechende Zuteilung der Frequenzen zu den Verbindungen erfolgt. Bei derartigen schmalbandigen Funküber tragungssystemen ist es wichtig, die Übertragungsqualität, den Leistungsbedarf und die Störfestigkeit zu erhöhen. Dies ist durch eine optimale Zuteilung der Frequenzen zu den Ver bindungen erreichbar.

Bei dem bekannten System, das für Sprach- und Datenübertra gung, sowie für den Einsatz in ISDN und auch ATM-Systemen bestimmt ist, werden der Pegel und die Störungen auf allen zur Verfügung stehenden Kanälen durch Meßeinrichtungen in den Mobilstationen gemessen, das Ergebnis der Messung wird der Basisstation mitgeteilt, und die Basisstation weist dann den Mobilstationen den jeweils optimalen Kanal zu, wobei schnelle Frequenzwechsel möglich sind. Die Zuordnung der Frequenz kanäle zu den Mobilstationen erfolgt demnach über Prioritäts werte, die charakteristische Werte für die Übertragung auf den Funkkanälen darstellen. Charakteristische Werte können der jeweilige Empfangspegel, die Übertragungsqualität oder dergleichen sein. Einer bestimmten Mobilstation wird dann auf Anfrage der jeweils verfügbare Funkkanal mit dem höchsten Prioritätswert zugeordnet, wie ebenfalls aus einem Kanal zuweisungs-Steuersystem gemäß DE 197 03 438 A1 bekannt ist.

Diese Art der Zuordnung ist solange akzeptabel, wie jede Mobilstation den Frequenzkanal zugeteilt bekommt, der aus der Sicht der Mobilstation den höchsten Prioritätswert hat. In der Praxis wird es jedoch häufig vorkommen, daß verschiedene Mobilstationen denselben Frequenzkanal mit höchster Priorität anfordern. In diesem Konfliktfall ist eine derartige Zuord nung der Frequenzkanäle zu den Mobilstationen nicht möglich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zuordnung von Funkkanälen zu Mobilstationen in einem Funkübertragungssystem anzugeben, mit dem eine verbes serte Zuteilung von Funkkanälen an die Mobilstationen unter Berücksichtigung der Prioritätswerte vorgenommen werden kann. Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genann ten Art derart ausgestaltet, daß zur Zuordnung die Summe der Prioritätswerte, die zu der getroffenen Kanalzuordnung ge hören, das heißt, die Prioritätensumme, maximal wird. Als Kriterium für die optimale Zuordnung wird somit die Priori tätensumme verwendet. Für jede Zuordnung von einer Mobilsta tion zu einem Frequenzkanal gibt es einen Prioritätswert oder eine Priorität, mit der diese Mobilstation den hier zugeord neten Kanal belegen wollte. Diese Summen all der Prioritäts werte, die sich entsprechend der Kanalzuordnung ergeben, ist die Prioritätensumme, wobei eine optimale Zuordnung dann ge geben ist, wenn die Prioritätensumme maximal wird.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn als charaktistischer Wert für die Über tragung der Betrag der Übertragungsfunktion |H| oder das Träger-zu-Interferrenz-Verhältnis gewählt wird. Ebenso ist es möglich, andere qualitätsbezogene Parameter zu verwenden. Der Prioritätswert eines Frequenzkanals ist daher beispielsweise |H| aus Sicht der Mobilstation. Der Kanal mit dem größten |H| bekommt die höchste Priorität, der Kanal mit dem zweitgrößten |H| die zweithöchste Priorität usw. Wenn der C/I Wert (Träger zu-Interferenz-Verhältnis) benutzt wird, erhält der Kanal mit dem günstigsten C/I Wert die höchste Priorität usw. Beide Werte können ebenso kombiniert werden.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Prioritätswerte in einer Prioritätenmatrix für n Mobilstationen und k Frequenz kanäle enthalten sind, die pro Mobilstation p Prioritätswerte umfaßt, wobei < p ≦ k gilt. Die Länge der Prioritätslisten, aus denen die Prioritätenmatrix zusammengesetzt ist, kann in der Praxis im Bereich 1 < p ≦ 6 liegen. Damit wird der Auf wand und die Komplexität des Systems herabgesetzt.

Ein vorteilhaftes Verfahren, um die Prioritätensumme zu maxi mieren, umfaßt folgende Schritte:

- Aussuchen der m größten Prioritätswerte (Wi) aus der Prio ritätsmatrix, wobei i = 1 .... m (m < 1) gilt;
- Berechnen der Summe (Vi) aller Prioritätswerte in der Ma trixzeile n und der Matrixspalte k eines jeden der m größten Prioritätswerte (Wi) mit Ausnahme des größten Prioritätswertes (Wi) selbst;
- Auswählen des Prioritätswertes Wio mit dem kleinsten Wert der Summe (Vio);
- Zuordnen der zu dem ausgewählten Prioritätswert Wio zuge hörigen Mobilstation no zu dem dem ausgewählten Matrixwert Wio zugehörigen Funkkanal ko; und
- Löschen der Zeile no und der Spalte ko aus der Prioritäts matrix.

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren, um die Zuordnung so zu treffen, daß die Prioritätensumme ein Maximum wird, umfaßt die Schritte:

- Aussuchen der m größten Matrixwerte (Wi) aus der Priori tätsmatrix, wobei i = 1 .... m (m < 1) gilt;
- Berechnen der Summe (Vi) aller Matrixwerte in der Matrix zeile n und der Matrixspalte k eines jeden der m größten Matrixwerte (Wi) mit Ausnahme des größten Matrixwertes (Wi) selbst;
- Berechnen der Differenz (Di = Wi - Vi) aus dem größten Matrixwert (Wi) und der Summe (Vi) für jeden der m größten Matrixwerte (W);
- Auswählen des den größten Differenzwert (Dio) aufweisenden Matrixwerts (Wio);
- Zuordnung der zu dem ausgewählten Matrixwert (Wio) zuge hörigen Mobilstation no zu dem dem ausgewählten Matrixwert (Wio) gehörigen Funkkanal ko;
- Löschen der Zeile no und der Spalte ko aus der Prioritäts matrix.

Die vorstehend beschriebenen Schritte des Verfahrens werden so oft wiederholt, bis jeder der n Mobilstationen einer der k Funkkanäle zugeordnet ist.

Das Ergebnis der beiden zuletzt beschriebenen Verfahren er gibt auf jeden Fall eine höhere Prioritätensumme als bei dem eingangs beschriebenen Auswahlverfahren. Es hängt von den Werten in der jeweiligen Prioritätsmatrix geringfügig ab, welches der beiden Verfahren zu einem besseren Ergebnis, das heißt zu einer höheren Prioritätensumme, führt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der bei liegenden Flußdiagramme beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Flußdiagramm für ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die im folgenden geschilderten Verfahren sind beispielsweise in Mobilfunksystemen, siehe dazu beispielsweise das allgemein bekannte GSM-Mobilfunksystem, anwendbar. Eine Prioritäts matrix ist in einem Basisstationscontroller, eine oder meh rere Basisstationen steuert, oder alternativ in der Basis station selbst gespeichert. Ständig von den Mobilstationen einlaufende Meßwerte bezüglich der Übertragungsbedingungen aktuallisieren in der Prioritätsmatrix eingetragene Priori tätswerte. Die Messungen können jedoch ebenso von der Ba sisstation durchgeführt werden.

Zur Erläuterung des in Fig. 1 gezeigten Verfahrens wird fol gende beispielhafte Prioritätsmatrix zugrunde gelegt, die bei "Start" aufgerufen wird:

Für den Fall m = 2 ergibt sich folgende Vorgehensweise:

Suche die m (zwei) größten Werte der Prioritätsmatrix. Das sind der Wert 21 in Zeile 3 und Spalte 3 und der Wert 22 in Zeile 3 und Spalte 4.

Berechne für jeden dieser beiden Werte die Summe aller Prio ritätswerte (Matrixelemente), die sich in derselben Zeile und derselben Spalte befinden. Dabei ergibt sich für den Wert 21 in Zeile 3 und Spalte 3:
V1 = 14 + 0 + 22 + 8 + 8 + 2 = 54
und für den Wert 22 in Zeile 3 und Spalte 4:
V2 = 14 + 0 + 21 + 8 + 19 + 20 = 82.

Wähle aus den zwei Maximalwerten 21 und 22 denjenigen aus, dessen Summe Vi die kleinste ist und ordne der entsprechenden Mobilstation den entsprechenden Kanal zu. Da diese Summe V1 kleiner als die Summe V2 ist, wird der Wert 21 ausgewählt, der in Zeile 3 und Spalte 3 der Prioritätsmatrix steht, so daß der Mobilstation Nr. 3 die Kanalnummer 3 zugeordnet wird.

Streiche Zeile 3 und Spalte 3 aus der Prioritätsmatrix.

Diese Schritte des Verfahrens werden so wiederholt, bis jedem der k Funkkanäle eine der n Mobilstationen zugeordnet ist.

Als nächstes wird dann folgende Matrix betrachtet:

und es wird wie vorstehend vorgegangen, nämlich:

Suche die zwei größten Werte der Prioritätsmatrix. Das sind die Werte 20 in Zeile 1 und Spalte 4 und 19 in Zeile 2 und Spalte 4.

Berechne die Summe aller Prioritätswerte in derselben Zeile und Spalte. Es ergibt sich für den Wert 20 in Zeile 1 und Spalte 4:
V1 = 1 + 7 + 9 + 19 = 36
und für den Wert 19 in Zeile 2 und Spalte 4:
V2 = 11 + 0 + 6 + 20 = 37.

Wähle den Wert mit der kleinsten Summe Vi aus und ordne der entsprechenden Mobilstation den entsprechenden Kanal zu. Da die Summe V1 kleiner ist als die Summe V2, wird der Wert 20 ausgewählt, und der Mobilstation 1 wird der Kanal 4 zuge teilt.

Streiche Zeile 1 und Spalte 4 aus der Prioritätsmatrix. Es ergibt sich verkleinerte Prioritätsmatrix wie folgt:

Suche die zwei größten Werte in der Restmatrix. Das sind der Wert 11 in Zeile 2 und Spalte 1 und der Wert 6 in Zeile 2 und Spalte 5.

Berechne die Summe aller Prioritätswerte in derselben Zeile und Spalte mit Ausnahme von dem ausgewählten Wert. Das ist für den Wert 11 in Zeile 2 und Spalte 1 die Summe V1 = 6, und für den Wert 6 in Zeile 2 und Spalte 5 die Summe V2 = 11.

Wähle den Wert mit der kleinsten Summe Vi aus und teile der Mobilstation einen Kanal zu. Da V1 kleiner V2 ist, wird der Wert 11 ausgewählt, und der Mobilstation 2 wird der Kanal 1 zugeteilt. Damit ist die Zuteilung abgeschlossen.

Bei der endgültigen Kanalzuteilung erhält die Mobilstation 1 den Kanal 4, die Mobilstation 2 den Kanal 1 und die Mobil station 3 den Kanal 3. Addiert man die ausgewählten Prio ritätswerte, so erhält man die Prioritätensumme:
21 + 20 + 11 = 52.

Zur Erläuterung des Verfahrens nach Fig. 2 wird von derselben Prioritätsmatrix wie bei den vorhergehenden Ausführungsbei spiel ausgegangen, die bei "Start" aufgerufen wird, das heißt die Prioritätsmatrix lautet:

Für den Fall m = 2 ergibt sich folgende Vorgehensweise:

Berechne die Differenz zwischen dem ausgewählten Prioritäts wert und der zugehörigen Summe Vi:
D1 = 21 - 54 = -33
D2 = 22 - 82 = -60.

Wähle aus den zwei ausgewählten Prioritätswerten 21 und 22 denjenigen aus, dessen Differenz Di am größten ist und ordne der entsprechenden Mobilstation den entsprechenden Kanal zu. Da D1 größer als D2 ist, wird 21 ausgewählt, und der Mobil station 3 wird der Kanal 3 zugeordnet.

Streiche Zeile 3 und Spalte 3 aus der Prioritätsmatrix.

Es entsteht die verkleinerte Prioritätsmatrix:

und es wird wie vorstehend vorgegangen, nämlich:

Berechne die Differenz der ausgewählten Prioritätswerte und der Summe Vi:
D1 = 20 - 36 = -16
D2 = 19 - 37 = -18.

Wähle den Wert mit der größten Differenz aus und ordne der entsprechenden Mobilstation den entsprechenden Kanal zu. Da D1 größer als D2 ist, wird der Wert 20 ausgewählt, und der Mobilstation 1 wird der Kanal 4 zugeordnet.

Streiche Zeile 1 und Spalte 4 aus der Prioritätsmatrix.

Es entsteht die verkleinerte Prioritätsmatrix.

Berechne die Summe aller Prioritätswerte in derselben Zeile und Spalte, mit Ausnahme von dem ausgewählten Wert. Das ist für den Wert 11 in Zeile 2 und Spalte 1 die Summe V1 = 6, und für den Wert 6 in Zeile 2 und Spalte 5 die Summe V2 = 11.

Berechne die Differenz zwischen den ausgewählten Matrixwerten und der Summe Vi:
D1 = 11 - 6 = 5
D2 = 6 - 11 = -5.

Wähle den Wert mit der größten Differenz aus und teile der Mobilstation einen Kanal zu. Da D1 größer als D2 ist, wird der Wert 11 ausgewählt, und der Mobilstation 2 wird der Kanal 1 zugeteilt.

Die Zuteilung der Kanäle an die Mobilstationen ist damit ab geschlossen, und der Mobilstation 1 ist der Kanal 4, der Mo bilstation 2 der Kanal 1 und der Mobilstation 3 der Kanal 3 zugeordnet. Die entsprechende Prioritätensumme ist:
21 + 20 + 11 = 52.

Zum Vergleich wird nun das Verfahren beschrieben, bei dem m = 1.

Es wird wieder ausgegangen von der Matrix:

Suche den größten Wert in der Prioritätsmatrix. Das ist der Wert 22 in Zeile 3 und Spalte 4.

Ordne dementsprechend der Mobilstation 3 den Kanal 4 zu.

Streiche Zeile 3 und Spalte 4 aus der Prioritätsmatrix.

Es entsteht die verkleinerte Prioritätsmatrix:

Suche den größten Wert in der Prioritätsmatrix. Das ist der Wert 11 in Zeile 2 und Spalte 1.

Ordne dementsprechend der Mobilstation 2 den Kanal 1 zu.

Streiche die Zeile 2 und Spalte 1 aus der Prioritätsmatrix.

Es entsteht die verkleinerte Prioritätsmatrix:

Suche den größten Wert in der Prioritätsmatrix. Das ist der Wert 9 in Zeile 1 und Spalte 5.

Ordne dementsprechend der Mobilstation 1 den Kanal 5 zu.

Somit ist jeder Mobilstation ein Kanal zugeteilt und das Ver fahren abgeschlossen.

Endgültig wird nun der Mobilstation 1 der Kanal 5, der Mobil station 2 der Kanal 1 und der Mobilstation 3 der Kanal 4 zu geteilt, die erreichte Prioritätensumme ist:
22 + 11 + 9 = 42.

Die Verfahren mit m < 1 haben ersichtlich eine höhere Prio ritätensumme als das Verfahren mit m = 1, so daß den Ver fahren mit m < 1 der Vorzug zu geben ist. Wenn bei dem Ver fahren mit m = 1 immer das Maximum der Prioritätsmatrix gesucht wird und eine Mobilstation/Kanalzuordnung entspre chend vorgenommen wird, muß die entsprechende Zeile und Spalte aus der Prioritätsmatrix gestrichen werden. Dadurch kommen alle Prioritätswerte, die in dieser Zeile bzw. in dieser Spalte stehen, für die nächste Mobilstation/Kanal zuordnung nicht mehr in Frage. Stehen in dieser Zeile und Spalte relativ hohe Prioritätswerte, können diese zu den erreichbaren Prioritätensummen nichts mehr beitragen.

Die Verfahren mit m < 1 wählen dagegen nur solche Prioritäts werte zur Mobilstation/Kanalzuordnung aus, in deren Zeile und Spalte möglichst geringe Prioritätswerte stehen. Mit der in den Beispielen gegebenen Prioritätsmatrix wird somit der Unterschied in den Ergebnissen der drei Verfahren deutlich.

In einer das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Basis station oder einem Basisstationscontroller kann eine Steuer vorrichtung vorgesehen sein, die entsprechend bestimmter Vorgaben eine Umschaltung zwischen den verschiedenen Va rianten vornimmt. Auch der Parameter m kann eingestellt wer den. Diese Einstellung erfolgt durch ein Operations- und War tungszentrum.

Claims

1. Verfahren zur Zuordnung von Funkkanälen zu Mobilsta tionen in einem Funkübertragungssystem, wobei die Zuordnung unter Berücksichtigung von Prioritätswerten, die charakte ristische Werte für die Übertragung auf den jeweiligen Funk kanälen zwischen einer Basisstation und mehreren Mobilsta tionen umfassen, durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summe der Prioritätswerte der Mobilstationen, die zu der getroffenen Kanalzuordnung gehören, maximal wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Summe die Prioritätswerte von mehreren Funkkanälen für eine Mobilstation und/oder die Prioritätswerte von mehreren Mobilstationen für einen Funkkanälen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als charakteristische Werte für die Übertragung der Betrag einer Übertragungsfunktion |H| oder das Träger-zu-Inter ferenz-Verhältnis C/I gewählt wird.

4. Verfahren nach einer der vorherigen Ansprüche, bei dem die Prioritätswerte in einer Prioritätsmatrix für n Mobil stationen und k Kanäle enthalten sind, die pro Mobilstation p Prioritätswerte umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1. Aussuchen der m größten Prioritätswerte (Wi) aus der Prio ritätsmatrix, wobei i = 1 .... m (m < 1) gilt,
2. Berechnen der Summe (Vi) aller Prioritätswerte in der Ma trixzeile n und der Matrixspalte k eines jeden der m größten Prioritätswerte (Wi) mit Ausnahme des ausgewählten Prioritätswertes (Wi) selbst;
3. Auswählen des Prioritätswertes (Wio) mit dem kleinsten Wert der Summe (Vi),
4. Zuordnen der zu dem ausgewählten Prioritätswert (Wio) gehörenden Mobilstation (no) zu dem dem ausgewählten Matrixwert (Wio) zugehörigen Funkkanal (ko); und
5. Löschen der Zeilen (no) und der Spalte (ko) aus der Prioritätsmatrix.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1. Aussuchen der m größten Matrixwerte (Wi) aus der Priori tätsmatrix, wobei i = 1 .... m (m < 1) gilt;
2. Berechnen der Summe (Vi) aller Matrixwerte in der Matrix zeile n und der Matrixspalte k eines jeden der m größten Matrixwerte (Wi) mit Ausnahme des größten Matrixwertes (Wi) selbst;
3. Berechnen der Differenz (Di = Wi - Vi) aus dem größten Ma trixwert (Wi) und der Summe (Vi) für jeden der m größten Matrixwerte (Wi);
4. Auswählen des den größten Differenzwert (Dio) aufweisenden Matrixwertes (Wi0);
5. Zuordnen der zu dem ausgewählten Matrixwert (Wio) zugehö rigen Mobilstation (no) zu dem dem ausgewählten Matrixwert (Wio) zugehörigen Funkkanal (ko);
6. Löschen der Zeile (no) und der Spalte (ko) aus der Priori tätsmatrix.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Schritte des Verfahren wiederholt werden, bis jeder der n Mobilstationen einer der k Funkkanäle zugeordnet ist.