DE19939571C2 - Verfahren zum Zuweisen von Funkkanälen in einem drahtlosen Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Funkkanalzuweisungsverfahren ei­ nes drahtlosen Kommunikationssystems und insbesondere auf ein effizientes Funk­ kanalzuweisungsanforderungsverfahren in einem drahtlosen System, das eine Ba­ sisstation und eine Vielzahl von Teilnehmerendgeräten oder Terminals umfasst.

Drahtlose Kommunikationssysteme wurden beispielsweise in einem System der zweiten Generation, einem System der dritten Generation IMT 2000 und einem System der vierten Generation einer drahtlosen asynchronen Übertragungsbetrieb­ sart (ATM) entwickelt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, teilt eine Netzverwaltungsvorrichtung eines drahtlosen Kommunikationsnetzes ein Dienstgebiet in Zellen auf und betreibt Basisstationen 40 und 60, so dass die Teilnehmerendgeräte 41, 42, 43, 55, 61 und 62 eine gege­ bene Frequenzressource verwenden können.

Die Teilnehmerendgeräte 41, 42 43 55, 61 und 62 im Dienstgebiet fordern die Ba­ sisstationen 40 und 60 auf, die Kanäle zuzuweisen. Die Basisstationen 40 und 60 müssen die Kanäle so zuweisen, dass so viele Teilnehmer wie möglich mit einer hohen Qualität kommunizieren können.

Hier wird der Funkkanal (im folgenden auch als Kanal bezeichnet) unterschiedlich gemäß einem Kommunikationssystem zugewiesen. Das heißt, es wird jedem der Teilnehmer in einer Zelle eine spezielle Trägerfrequenz in einem Frequenzmultip­ lexsystem (FDMA), ein spezieller Zeitschlitz in einem Zeitmultiplexsystem und ein spezifischer Kode in einem Codetrennungssystem (CDMA) zugewiesen.

Das drahtlose Kommunikationssystem fordert eine Kanalzuweisung in verschiede­ nen Situationen. Wenn beispielsweise ein Teilnehmer einer Zelle einen Telefonan­ ruf vornimmt, um eine Datei zu übertragen, so wird eine Kanalzuweisung angefordert, und wenn ein Teilnehmer 55 mit dem Telefon, das einen schon zugewiesenen Kanal verwendet, sich von der speziellen Zelle zu einer anderen Zelle bewegt, so wird die Zuweisung eines neuen Kanals angefordert, um zu verhindern, dass die Kommunikation unterbrochen wird. Wenn der Teilnehmer sich zu einer Zelle be­ wegt, die durch eine benachbarte Basisstation gesteuert wird, während er am Te­ lefon spricht, so empfängt das Teilnehmerendgerät ein starkes Signal von der be­ nachbarten Basisstation und erzeugt eine Ubergabe.

Insbesondere in einem zellularen CDMA-System, das dasselbe Frequenzband zwi­ schen Zellen verwendet, wenn ein Endgerät sich zu einer benachbarten Zelle be­ wegt, wird eine Ubergabe in einem Gebiet erzeugt, wo ein starkes Signal von der benachbarten Zelle empfangen wird.

Ein Verfahren zur wirksamen Zuweisung eines Kanals in diesem drahtlosen Kom­ munikationssystem wurde beschrieben in "Gongestion Gontrol System and Method For Efficient Multi-frequency Messaging" von J. H. Lin et al. (US-Patent Nr. 5,740,533 A) und in "System and Method For Providing Priority Access and Channel Assignment In a Gellular Telecommunication System" von R. 5. Joseph et al. (US- Patent Nr. 5,574,977 A).

Wenn mehrere Endgeräte eine Kanalzuweisung von einer Basisstation zur gleichen Zeit fordern, so nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass eine Kollision zwischen den Anforderungen der Endgeräte auftritt. Somit wurde ein Kanalzu­ weisungsanforderungsalgorithmus und ein Verfahren zur Lösung des Problems der Kollision in Group Special Mobil (GSM), IS-95 und IEEE802.11 vorgeschlagen.

Betrachtet man Fig. 2, so wird, wenn das Endgerät (a) einen Anwendungsbefehl, wie einen Befehl für das Herstellen einer Telefonverbindung oder für das Übertra­ gen einer Datei, der einer Kanalzuweisungsanforderung von einem Benutzer ent­ spricht, in Schritt 202 empfängt, ein Rufanforderungspaket in Schritt 203 zur Basis­ station (b) übertragen. Dann prüft die drahtlose Basisstation (b) den Parameter des empfangenen Rufanforderungspakets in Schritt 302, und in Schritt 303 erfolgt eine Entscheidung, ob die Kanalzuweisung erfolgt. Hier führt die drahtlose Basisstation (b) einen Kanalzuweisungentscheidungsalgorithmus durch und sendet eine Nach­ richt, die ein Gelingen oder ein Misslingen der Kanalzuweisung anzeigt, an das Endgerät (a). Das Endgerät (a) initiiert in den Schritten 204 und 205 einen Kommu­ nikationsdienst, wenn eine Nachricht für eine erfolgreiche Kanalzuweisung von der drahtlosen Basisstation (b) empfangen wird.

Sogar in diesen Normen der drahtlosen Kanalzuweisung können jedoch mehrere Endgeräte die Kanalzuweisung gleichzeitig anfordern, ohne eine Information über die aktuelle Kanalbelegung zu besitzen. Somit ist es sehr wahrscheinlich, dass die Anforderungen dieser Endgeräte miteinander kollidieren. Sogar wenn keine Kollisi­ on auftritt, kann es sein, dass es keine Funkkanäle gibt, die den Endgeräten zuge­ wiesen werden können. Somit können die Kanäle nicht wirksam verwendet werden.

Die US 5,548,809 A offenbart ein System zum Überwachen des verfügbaren Fre­ quenzspektrums eines Mobilkommunikationssystems. Das mobile Kommunikati­ onsnetzwerk kann bekannte Techniken, wie dynamische Kanalzuweisung und mo­ bilstationsunterstütztes Handoff, benutzen. Das mobile Kommunikationsnetzwerk emfpängt periodisch Parameter, die für Frequenzbereiche stehen. Ferner offenbart diese Schrift zu berechnen, ob für einen festgelegten Frequenzbereich, der dem Mobilkommunikationsnetzwerk zugeteilt werden soll, wahrscheinlich Interferenz zwischen dem Mobilkommunikationsnetzwerk und wenigstens einer nahegelegenen Funkstation besteht.

Die US 5,687,171 A handelt die Zuweisung von Funkkanälen in einem CDMA- System, das eine Vielzahl von Zellen umfasst, wobei jede Zelle eine Basisstation zum Verwalten des Dienstes in der Zelle umfasst. Wenn ein Teilnehmer eine Basis­ station anruft, sendet die Basisstation die Telefonnummer einer angerufenen Mobil­ station über ihre Zelle als eine Paging-Nachricht an die Gegenpartei. Falls, ande­ rerseits, eine Mobilstation anruft, wird eine Gegenpartei über die Basisstation ange­ rufen, bei der sie eingetragen ist. Durch dieses Verfahren verwaltet die Basisstation verschiedene Arten von Funkressourcen, um den Dienst allen Mobilstationen in dem von ihr überwachten Gebiet zur Verfügung zu stellen. Ferner wird ein Signal­ stärkenbereich berechnet. Ein Funkkanal wird reserviert, wenn das Rechenergebnis zeigt, dass der Bereich kleiner als die erforderliche Leistung ist. Ferner steuert eine Steuereinheit einer Basisstation den Kanalzuweisungsalgorithmus aufgrund der Stärke der von den Mobilstationen empfangenen Signale.

Ferner offenbart die US 5,574,977 A ein System und ein Verfahren mit einem nach Dringlichkeit gesteuerten Zugriff auf Sprach- oder Verkehrskanäle in einem zellula­ ren Telekommunikationssystem für Zeiten, in denen diese Kanäle knapp werden.

Auch die US 5,740,533 A beschreibt ein Stausteuerverfahren für ein Nachrichten­ system mit einer Vielzahl von Rufempfängern mit Roaming-Fähigkeit. Dabei wird ein Dringlichkeitswert dem Bezeichnen der Rufempfänger in einer Teilnehmerda­ tenbank zugeordnet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine wirksames Zuweisungsverfahren für Funkka­ näle für ein zellulares Funkkommunikationssystem anzugeben.

Diese Aufgabe wir durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Im folgenden werden Weiterbildungen der Erfindung anhand der beiliegenden Figu­ ren erläutert.

Fig. 1 zeigt ein drahtloses Kommunikationssystem;

Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein konventionelles Verfahren der Zuweisung eines Kanals zwischen einem Endgerät und einer Basisstation zeigt;

Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für die Zuweisung eines Kanals zwischen einem Endgerät und einer Basisstation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren der Zuweisung eines Kanals zwi­ schen einem Endgerät und einer Basisstation gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Zuweisung eines Kanals zwi­ schen einem Endgerät und einer Basisstation gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Als erstes überträgt in Schritt 501 eine Basisstation (b) periodisch Kanalinformation, für eine Zelle an ein öffentliches Netz. Ein Endgerät (a) empfängt in Schritt 402 die Kanalinformation, die durch die Basisstation (b) übertragen wird und speichert sie in einem (nicht gezeigten) Speicher.

Hier kann die Kanalinformation, die durch die Basisstation (b) übertragen wurde, die Frequenz, den Zeitschütz und eine Pseudorausch-(PN)-Kodeinformation etc. um­ fassen. Alternativ kann die von der Basisstation (b) übertragene Kanalinformation die Zahl der vorher zugewiesenen Kanäle und die Zahl der nicht zugewiesenen Ka­ näle neben der Gesamtzahl der Kanäle umfassen.

Mittlerweile empfängt das Endgerät (a) in Schritt 403 einen Anwendungsbefehl, wie den Befehl für das Herstellen einer Telefonverbindung oder für das Übertragen ei­ ner Datei, der einer Kanalzuweisungsanforderung von einem Benutzer entspricht, wobei die Kanalinformation, die in einem Speicher gespeichert wird, in Schritt 404 gelesen wird. Dann bestimmt das Endgerät in Schritt 405 (a), ob ein Rufanforde­ rungspaket an die Basisstation übertragen wird, (b) durch das Durchführen eines Kanalzuweisungsanforderungsentscheidungsalgorithmuses auf der Basis der Ka­ nalinformation im Speicher.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kanalzuweisungsanforderungs­ entscheidungsalgorithmus ein Betriebsverfahren, in welchem das Endgerät (a) Parameterwerte, die aus der Kanalinformation herausgezogen werden, mit voreinge­ stellten Werten vergleicht. Hier können die voreingestellten Werte eines normalen Gesprächs und einer Gesprächsübergabe verschieden sein.

Im Schritt 405 wird bestimmt, dass die Basisstation (b) eine Rufanforderung verar­ beiten kann, wenn die Parameterwerte kleiner als die kritischen Werte sind. Somit wird das Rufanforderungspaket in Schritt 406 zur Basisstation (b) übertragen. Ande­ rerseits wird in Schritt 405 bestimmt, dass die Basisstation (b) die Rufanforderung nicht verarbeiten kann, wenn die Parameterwerte aus der Ressourceninformation größer oder gleich den kritischen Werten sind. Somit wird in Schritt 407 der Benut­ zer durch eine Zurückweisungsnachricht der Kanalzuweisung informiert.

Wenn die Basisstation (b) das Rufanforderungspaket vom Endgerät (a) empfängt, so führt sie einen typischen Kanalzuweisungsentscheidungsalgorithmus durch und sendet eine Nachricht, die über das Misslingen oder den Erfolg der Kanalzuweisung informiert, in Schritt 502 an das Endgerät (a).

Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Zuweisung eines Kanals zwi­ schen einem Endgerät und einer Basisstation gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung zeigt.

Das Endgerät (a) führt einen Kanalzuweisungsanforderungsentscheidungsalgorith­ mus unter Verwendung wiederhergestellter Kanalinformation durch. Wenn in Schritt 405 bestimmt wird, dass die Basisstation (b) die Möglichkeit hat, eine Rufanforde­ rung zu verarbeiten, so wird ein Rufanforderungspaket in Schritt 406 zur Basisstati­ on (b) übertragen. Ansonsten wird der Algorithmus in Schritt 407 für eine vorbe­ stimmte Zeit verzögert, und dann wird in Schritt 405 der Kanalzuweisungsanforde­ rungsentscheidungsalgorithmus wiederholt durchgeführt. Hier empfängt das Endge­ rät (a) neu übertragene Kanalinformation von der Basisstation (b), und der Algo­ rithmus wird dann für eine vorbestimmte Zeit verzögert, um einen Zuweisungsan­ forderungsbestimmungsalgorithmus auf der Basis der empfangen Kanalinformation in Schritt 405 durchzuführen. Das Endgerät (a) kann die Zeitverzögerung auch so einstellen, dass sie etwas länger ist als die Übertragungsperiode der Kanalinforma­ tion, die durch die Basisstation (b) übertragen wird.

Eine erfindungsgemäße Basisstation kann eine in einem GSM-System, einem IS-95 System, einem IMT 2000 System und einem drahtlosen ATM System sein. Die In­ halte der übertragenen Information und die Bestimmungsnorm für eine Kanalzuwei­ sungsanforderung können für jedes System anders sein.

Gemäß der Erfindung führt ein Endgerät eine Bestimmung für eine Kanalzuwei­ sungsanforderung unter Verwendung von Information durch, die es von einer Ba­ sisstation empfängt, um somit die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen An­ forderungen von Basisstationen durch ihre gleichzeitigen Kanalzuwei­ sungsanforderungen zu vermindern, und um die Verwendbarkeit der gesamten drahtlosen Kanäle zu erhöhen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Zuweisen von Funkkanälen in einem drahtlosen Kommunikati­ onssystem, das eine Vielzahl von Basisstationen (40, 60) und eine Vielzahl von Endgeräten (41, 42, 43, 61, 62) enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
periodisches Übertragen (501) von Funkkanalinformation, die durch die Basisstatio­ nen verwaltet wird an die Endgeräte;
Empfangen und Speichern (402) der periodisch übertragenen Funkkanalinformation in den Endgeräten;
Vergleichen (405) eines aus der gespeicherten Funkkanalinformation extrahierten Parameterwerts des Funkkanals mit einem vorbestimmten Wert, wenn ein Endgerät einen Anwendungsbefehl empfängt, der der Funkkanalzuweisungsanforderung von einem Benutzer entspricht; und
Anfordern (406) einer Funkkanalzuweisung an die Basisstationen bei einem vorbe­ stimmten Vergleichsergebnis.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funkkanalinformation die aktuelle Situa­ tion der verwendeten Frequenz, Zeitschlitzinformation und PN-Kode Information umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Basisstation eine GSM Basissta­ tion, eine IS-95 Basisstation, eine IMT 2000 Basisstation oder eine drahtlose ATM Basisstation ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ergebnis des Vergleichs (405) angibt, ob die Frequenzzuweisungsanforderung verarbeitet werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Wert auf verschiedene Werte in Abhängigkeit davon, ob ein Ruf ein normaler Ruf oder eine Rufübergabe ist, eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die Kanalzuwei­ sungsanforderung nicht bearbeitet werden kann, das Endgerät nach einer vorbe­ stimmten Verzögerungszeit (407) neu bestimmt, ob die Ressourcenzuweisungsan­ forderung verarbeitet werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Verzögerungszeit länger als die Übertragungsperiode der Ressourceninformation ist, die durch die Basisstation übertragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Funkkanalinformation, die durch die Basisstation an das Endgerät übertragen wird, die Zahl der Funkka­ näle, die durch die Basisstation vorher zugewiesen wurden, und die Zahl der nicht zugewiesenen Funkkanäle unter der Gesamtzahl der Funkkanäle enthält.