DE60016373T2 - Verfahren und Mobilfunksystem mit verbesserten Ressourcenzuweisung für die Aufwärtsrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Telekommunikationssystem; in einem derartigen System bestimmt das zur Zuteilung von Ressourcen auf der Aufwärtsstrecke, d.h. auf den Verbindungen zu den Mobilteilnehmern benutzte Verfahren die Anzahl von Kanälen, die gleichzeitig in jeder Telekommunikationszelle aktiv sein können. Es sind Grenzen gesetzt, die konservativ sein können, um die Stabilität des Systems aufrechtzuerhalten und auch um sicherzustellen, daß der bereitgestellte Dienst unter dem im Netz zulässigen maximalen Ausfallniveau bleibt.
• In einem mit CDMA betriebenen System (Code Division Multiple Access), in dem der Verkehr homogen ist, z.B. nur aus Sprachverkehr besteht, und es eine feste Anzahl von Kanälen gibt, kann die Anzahl gleichzeitiger Verbindungen in jeder Telekommunikationszelle oder jedem Telekommunikationsabschnitt hart begrenzt sein, das heißt es kann eine bestimmte Anzahl gesetzt sein.
• In einem System wie beispielsweise dem UMTS (Universal Mobile Telephone System), das ein heterogenes System ist, das heißt der Verkehr ist gemischter Beschaffenheit, und es keine feste Anzahl von Kanälen gibt, würde die harte Begrenzung der Anzahl von Kommunikationsverbindungen zu einer sehr unstabilen Leistung führen. Auch wäre es notwendig, mit steigender einzelner Datenrate des Verkehrs die harte Grenze zu ändern und die Anzahl von Verbindungen zu verringern, das heißt mit geringerem Ausbreitungsgewinn.
• Bei einem Breitbandsystem wird die Zellenbelastung oft als die "Interferenz über dem Grundrauschen" gemessen. Das heißt jeder aktive Mobilteilnehmer erzeugt einen gewissen Betrag an Interferenz im Netz und erhöht damit die Belastung im Netz. Das Grundrauschen ist der Interferenzpegel, wenn es keine aktiven Teilnehmer im System gibt.
• In WO9824199 beruht die Lastregelung auf dem Vergleich eines Schwellwerts mit der gegenwärtigen Last, die sich durch Gewichten eines Signal-zu-Interferenz-Verhältnisses mit einer Bandbreite oder einer Datenübertragungsrate ergibt.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren der Ressourcenzuteilung bereitzustellen, das für die Anwendung in einem heterogenen Telekommunikationssystem geeignet ist.
• Gemäß der Erfindung, in einem Breitband-Mobilfunktelekommunikationssystem mit heterogenen Diensten mit unterschiedlichen Raten, ein Verfahren der Ressourcenzuteilung, gekennzeichnet durch die Schritte des Bestimmens der gegenwärtigen Anteile des Verkehrs jeder Rate in einer Telekommunikationszelle; und Anwenden eines Schwellwerts auf die Belastungshöhe in der Zelle gemäß dem bestimmten Anteil.
• Ebenfalls gemäß der Erfindung, ein Breitband-Mobilfunktelekommunikationssystem mit einem Kernnetz, einer Mehrzahl von Funknetzsteuerungen, die jeweils eine Mehrzahl von Basisstationen steuern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Basisstation angeordnet ist, die Anteile des Verkehrs jeder Rate in Zeitabständen in einer durch die Basisstation gesteuerten Zelle zu bestimmen; und jede Basisstation angeordnet ist, einen veränderlichen Schwellwert an die Belastungsschwelle in jeder Zelle anzulegen.
• Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• 1 ein Schaltschema eines UMTS-Systems ist;
• 2 zeitliche Belastungsveränderungen in einer Telekommunikationszelle anzeigt; und
• 3 eine graphische Darstellung von Summenverteilungsfunktionen der momentanen Belastung mit unterschiedlichen Anteilen von hochratigen Diensten ist.
• In dem in 1 dargestellten UMTS-System (Universal Mobile Telephone System) weist ein Kernnetz CN (Core Network) 10 eine Schnittstelle 12 mit einer Mehrzahl von Funknetzsteuerungen RNC (Radio Network Controllers) 14, 16 auf, die jeweils eine Mehrzahl von Basisstationen BTS (Base Transceiver Stations) 18, 20, 22, 24 steuern. Der Einfachheit halber sind nur zwei RNC dargestellt, die jeweils zwei BTS steuern. Die BTS sind über eine Funkschnittstelle 28 an eine Anzahl von Mobilteilnehmern 30, 32 angeschlossen.
• Jede BTS 18, 20, 22, 24 ist zum Überwachen der Belastung in der von ihr gesteuerten Telekommunikationszelle angeordnet. Nunmehr bezugnehmend auf 2 gibt es in jeder Zelle ein Grundrauschen F, das vorliegt, wenn keine Teilnehmer aktiv sind, und jede BTS mißt den Interferenzpegel über diesem Grundrauschen, der im Verhältnis zu der Last in ihrer Zelle steht. Die Messung beruht auf dem RSSI (Received Signal Strength Indicator – Empfangssignalstärkenanzeiger), der ein Maß der Gesamtinterferenz in einer Zelle gibt. Jede BTS weist eine aktuelle Lastgrenze auf, und wenn diese Grenze erreicht ist, wird die nächste Anforderung einer Ressource, d.h. für eine neue Verbindung mit einem Mobilgerät, von der BTS abgewiesen.
• Wenn der Verkehr in der Zelle Sprache ist, verändert sich die eigentliche Belastung kurzfristig relativ wenig, wie in der 2 durch die Linie V angedeutet.
• Es ist daher möglich, eine feste Grenze L zu setzen, die vom Sprachverkehr selten überschritten wird. Da die Belastungsschwankungen im Fall reiner Sprache minimal sind, läßt sich dieser Schwellwert in eine feste Anzahl von maximal zulässigen Leitungen, und daher Teilnehmern, umsetzen.
• Wenn jedoch der Verkehr wie durch die Linie M gezeigt eine Mischung von Sprache und Daten darstellt, kann es bedeutsame Perioden geben, wenn die eigentliche momentane Belastung die feste Belastungsschwellwertgrenze überschreiten würde, und auch Perioden, während denen der Verkehr weit unter der festen Grenze liegt. Das beruht auf der burstartigen Beschaffenheit von hochratigen Teilnehmern sowie dem mit hochratigen Kanälen verbundenen geringen Ausbreitungsgewinn. Während der Perioden gesteigerter Belastung oberhalb der Linie L (dem Schwellwert) werden einige Teilnehmer blockiert oder in der Mitte ihrer Gespräche fallen gelassen, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Blockierung höher wird, wenn die oberhalb der Linie L verbrachte Zeit länger ist. Das bedeutet, daß ein niedrigerer Belastungsschwellwert L' so eingestellt werden muß, daß das System unterhalb des erforderlichen Belastungspegels L arbeitet. Wenn daher das System homogenen Verkehr führt, arbeitet es mit einem niedrigeren Belastungspegel, wodurch das System weniger wirkungsvoll wird. Die Linie F zeigt das Grundrauschen an.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine dynamische Grenze eingestellt, die sich entsprechend dem Anteil von hochratigen Endgeräten verändert, die in einer bestimmten Telekommunikationszelle aktiv sind.
• 3 ist eine Aufzeichnung der modellierten Summenverteilungsfunktionen CDF (Cumulative Distribution Functions) der Belastung in einer Zelle mit unterschiedlichen Bruchteilen von hochratigen und niederratigen Diensten.
• Der dynamische Verkehr wurde unter Verwendung einer Poisson-Ankunftsrate und inverser exponentieller Haltezeit unter Verwendung des inversen Übertragungsverfahrens (Inverse Transfer Method) modelliert. Die CDF für die poissonschen und inversen exponentiellen Verteilungen wurden zur Feststellung der Anzahl von Ankünften und der Werte für Anfangshaltezeiten benutzt. Die Ergebnisse sind hier über eine Periode von 10 000 Sekunden mit einer Abtastzeit von 1 Sekunde dargestellt.
• Es wurden zwei Arten von Dienst simuliert, 8 kbps Sprache mit Aktivität von 0,5 und 144 kbps Daten mit Aktivität von 1,0. Es wurden vier unterschiedliche Mischungen modelliert und die vier Kurven zeigen die CDF für keinen hochratigen Datendienst und für 10%, 20% und 30% hochratigen Datendienst. In dem Modell wurde ein Wert von 10 dB Belastungsschwellwert (Interferenzpegel über dem Grundrauschen) benutzt.
• 3 zeigt, daß für durch die strich-punktierte Linie dargestellten reinen Sprachverkehr die momentane Belastung selten den Schwellwert von 10 dB überschreitet. Für 10% hohe Datenrate und 90% Sprache, durch die gepunktete Linie dargestellt, gibt es etwas Belastung, die den Schwellwert überschreitet, während der Schwellwert bei 20% hoher Datenrate (gestrichelte Linie) und 30% hoher Datenrate (durchgezogene Linie) höchstwahrscheinlich überschritten wird.
• Die Belastungswerte sind weitverteilt; wenn ein Erfordernis gesetzt wird, daß das System für einen gewissen Zeitprozentsatz unter 10 dB belastet sein sollte, sollte ein anderer Schwellwert höher als 10 dB eingestellt werden.
• Man nehme beispielsweise an, daß ein Schwellwert für die 10% Belastung mit hoher Datenrate 99,9% der Zeit unter 10 dB belastet sein muß; der Schwellwert muß dann von 10 dB auf 10–0,9 = 9,1 dB verringert werden.
• Durch umfassende Simulation ist es möglich, die Unteraussteuerungswerte für alle möglichen Verkehrsmischungen zu finden.
• Anstatt einfach einen festen Schwellwert einzustellen, der auf eine Situation zutrifft, in der viele Endgeräte mit hoher Datenrate aktiv sind, wird nunmehr vorgeschlagen, daß ein dynamischer Schwellwert in Abhängigkeit von der tatsächlichen Mischung von aktiven Endgeräten in einer Zelle eingestellt wird. Diese Information steht bereits über die Messungen des RSSI (Received Signal Strength Indicator – Empfangssignalstärkenanzeiger) in jeder BTS 18, 20, 22, 24 für jede Zelle zur Verfügung, wird aber gegenwärtig nicht auf die nunmehr vorgeschlagene Weise benutzt.
• Schwellwerte können so ausgewählt werden, daß für die gegenwärtig zutreffende Verkehrsmischung der Verkehr unter dem Schwellwert für einen ausgewählten Zeitanteil liegt. Es kann dann ein stabiles System bereitgestellt werden, wenn es einen höheren Anteil von Teilnehmern mit hoher Datenrate gibt, und während Zeiten, wenn weniger Teilnehmer mit hoher Datenrate aktiv sind, wird eine größere Anzahl von Verbindungen zugelassen.
• Eine zutreffende Position für die Einstellung eines dynamischen Belastungsschwellwerts befindet sich in jeder RNC 14, 16. Ein Mobilgerät in einer von einer BTS gesteuerten Zelle verbraucht einen Teil der Belastung in seiner versorgenden Zelle und auch in Nachbarzellen so daß für wirkungsvolle Steuerung durch die steuernde RNC ein Satz von BTS gesteuert werden sollte und ihnen Schwellwerte zugeteilt werden sollten. Eine Zelle, die gegenwärtig eine Belastungsspitze erfährt, kann dann die entsprechende Ressource zugeteilt bekommen, wird aber auch in einen stabileren Zustand rückversetzt, sobald die Belastungsspitze verringert wird.
• Bei einer derartigen Anordnung sendet jede BTS 18, 20, 22, 24 in Zeitabständen ein Signal zu ihrer steuernden RNC 14, 16, das die Anteile von Teilnehmern mit hoher und niedriger Datenrate anzeigt, die gegenwärtig in einer von dieser BTS gesteuerten Zelle aktiv sind. Die RNC 14, 16 kann dann den von ihr gesteuerten BTS in Zeitabständen einen zutreffenden Belastungsschwellwert zuteilen, der den Verkehr in von Nachbar-BTS gesteuerten Zellen berücksichtigt. Die Zeiten zwischen der Signalisierung in Zeitabständen und der Zuteilung wird für das Netz zutreffend ausgewählt. Die RNC kann eine Tabelle von Schwellwerten für bestimmte Mischungen von Diensten wie die in 3 dargestellten unterhalten und kann einen Schwellwert für eine Zelle auswählen, um optimalen Netzbetrieb aufrechtzuerhalten.

Claims (9)

1. Verfahren der Ressourcenzuweisung in einem Breitband-Mobilfunksystem mit heterogenen Diensten mit unterschiedlichen Raten, gekennzeichnet durch die Schritte des Bestimmens der gegenwärtigen Anteile von Verkehr jeder Rate in einer Telekommunikationszelle; und Anlegens eines Schwellwerts an die Belastungshöhe in der besagten Zelle entsprechend den bestimmten Anteilen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anteil von hochratigen Benutzern aus einer empfangenen Signalstärkeanzeige für die Zelle bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Bestimmens in einer Basisstation durchgeführt wird, die die Zelle steuert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Basisstation die bestimmten gegenwärtigen Anteile zu einer zentralen Funknetzsteuerung sendet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der angelegte Schwellwert veränderlich ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der veränderliche Schwellwert jeder Zelle durch die Funknetzsteuerung zugeteilt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Funknetzsteuerung eine Tabelle von Schwellwerten für bestimmte Mischungen von Diensten unterhält und einen Schwellwert für eine Zelle auswählt, um optimalen Netzbetrieb aufrechtzuerhalten.
8. Breitband-Mobilfunksystem mit einem Kernnetz (10) und einer Mehrzahl von Funknetzsteuerungen (14, 16), die jeweils eine Mehrzahl von Basisstationen (18, 20, 22, 24) steuern; dadurch gekennzeichnet, daß jede Basisstation für die intermittierende Bestimmung des Anteils des Verkehrs jeder Rate in einer durch die Basisstation gesteuerten Zelle angeordnet ist; und daß jede Basisstation zum Anlegen eines veränderlichen Schwellwerts an die Belastungshöhe in der Zelle angeordnet ist.
9. System nach Anspruch 8, wobei jede Basisstation (18, 20, 22, 24) angeordnet ist, der sie steuernden Funknetzsteuerung (14, 16) ein die Anteile anzeigendes Signal zuzusenden und von der Funknetzsteuerung eine anzulegende veränderliche Belastungsgrenze zu empfangen.