DE60036219T2 - Verfahren zur leistungszuweisung für die abwärtsverbindung in einem cdma-kommunikationssystem - Google Patents

Verfahren zur leistungszuweisung für die abwärtsverbindung in einem cdma-kommunikationssystem Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren bei Telekommunikationssystemen und insbesondere Verfahren für die Zuweisung und Steuerung von Abwärtsleistung in der Basisstation eines CDMA-Kommunikationssystems (CDMA = Code Division Multiple Access).
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Bei CDMA-Kommunikationssystemen (CDMA = Code Division Multiple Access) decken mehrere Basisstationen jeweils ein bestimmtes geografisches Gebiet ab und stellen für Benutzer in diesen Gebieten Kommunikationsdienste zur Verfügung. Das Charakteristische bei CDMA-Systemen ist, dass sich verschiedene Benutzer das allgemeine Übertragungsmedium teilen, indem den Aufwärts- und den Abwärtskanälen zwischen Basisstation und Benutzergerät bestimmte eindeutige Codesequenzen zugeordnet werden. Diese Codesequenzen werden von den Sendern dazu verwendet, Signale in Breitband-Spreizspektrumsignale umzuwandeln. In den Empfängereinheiten, der Basisstation oder dem Benutzergerät werden diese von einem bestimmten Sender stammenden Breitbandsignale durch Verwenden der gleichen Codesequenz wie der Sender wieder in die ursprüngliche Bandbreite umgewandelt, während Signale, die mit anderen Codes markiert sind, Breitbandsignale bleiben und somit von dem Empfänger als Bestandteil des Hintergrundrauschens interpretiert werden.
  • Ein für die beim CDMA verwendete Mehrfachzugangstechnik typischer Aspekt betrifft die Tatsache, dass alle Benutzer potentiell zur gleichen Zeit und mit der gleichen Bandbreite Breitbandsignale übertragen. Somit besteht ein einschränkender Faktor bei Systemen auf CDMA-Basis in einem sich verringernden Signal-Rausch-Verhältnis in den Kommunikationskanälen, wozu es aufgrund eines sich erhöhenden Störpegels kommt, der durch andere Sender verursacht wird. Der Signalstörpegel pro Zelle entsteht durch Sender innerhalb der Zelle sowie durch Sender in den benachbarten Zellen. Daraus wird deutlich, dass die Leistungssteuerung sowohl bei Aufwärts- als auch bei Abwärtssignalen äußerst wichtig ist, damit eine maximale Systemkapazität und eine hohe Dienstqualität erzielt werden kann. Dies bedeutet, dass die Übertragungsleistung des Benutzergerätes bei Aufwärtssignalen gesteuert werden muss, damit z.B. vermieden werden kann, dass Benutzer, die sich in der Nahe ihrer Dienst-Basisstation befinden, anderen Benutzern gegenüber, die weiter weg gelegen sind, Vorteile haben, und damit es innerhalb der Grenzen des zulässigen Störpegels eine optimale Anzahl von Benutzern gibt. Für die Abwärtssignale ist eine Leistungssteuerung notwendig, um unter anderem die Störung anderer Zellen auf ein Minimum zu beschränken und dementsprechend Störungen aus anderen Zellen zu kompensieren. Auf diese Weise kann eine Basisstation vorzugsweise Benutzer an allen Stellen innerhalb der Zelle bedienen, ohne zu stark zum Störpegel bei den benachbarten Zellen beizutragen. Noch ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei der Steuerung der Abwärtsleistung betrifft die Tatsache, dass eine Erhöhung der Leistungswerte zu einer Spreizung des Signalspektrums führt. Daher muss die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung für eine Basisstation auf einen maximalen Leistungspegel beschränkt werden, damit ein Spreizen des gesamten Abwärtssignalspektrums außerhalb des zulässigen Frequenzbereiches, der für die Abwärtssignale eines Kommunikationssystems auf CDMA-Basis reserviert ist, vermieden werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine digitale Leistungsbegrenzung geschehen. Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass alle Benutzer gleichermaßen betroffen sind.
  • Da somit die Abwärtsübertragungsleistung einer Basisstation eine begrenzte Ressource ist, werden Verfahren benötigt, mit denen den verschiedenen Abwärtskanälen auf eine solche Weise entsprechende Leistungspegel zugewiesen werden können, dass die zugewiesene Gesamtleistung unterhalb des maximalen Leistungspegels bleibt. Eine Lösung für die Steuerung der Abwärtsleistung betrifft die feste Zuweisung einer maximalen Abwärtsleistung pro Benutzer, so dass die Summe der zugewiesenen Leistungspegel unterhalb des maximalen Schwellwertes bleibt. Dadurch verringert sich das Risiko, dass der maximale Leistungspegel überschritten wird, zwar auf ein Minimum, dies führt jedoch aufgrund fehlender Flexibilität auch zu einer schlechten Systemkapazität.
  • Das Dokument WO97/47094 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Leistungsregelung in einem CDMA-Funkverbindungssystem, bei dem die Leistung des von einer Basisstation ausgehenden Abwärtsstrecken-Sendekanals so gesteuert wird, dass sich der Leistungspegel auf dem notwendigen Minimum befindet und die Übertragung auf dem Kanal abgebrochen wird, wenn sich kein Vorort-Gerät in dem Versorgungsbereich der Basisstation befindet. Die Basisstation überwacht außerdem einen Zugangskanal.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Leistungszuweisung und -verwaltung von Leistungsressourcen für Abwärtskanäle in einer Basisstation eines Kommunikationssystems mit beschränkter Abwärtsleistung zur Verfügung zu stellen, insbesondere ein Verfahren für das Beseitigen von Überlastungen, die auf eine zu hohe Anzahl von Leistungsanforderungen für die Abwärtskanäle zurückzuführen sind, und für das Aufnehmen neuer Benutzergeräte, ohne dass sich die Dienstqualität für andere Benutzergeräte verschlechtert.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren, durch das ein Kommunikationssystem mit beschränkter Abwärtsleistung entsteht, das dadurch optimiert werden kann, dass hinsichtlich der unterstützten Benutzergeräte und/oder der verfügbaren Dienstqualität ein oder mehrere definierbare Kriterien angewendet werden.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden kurz gesagt durch ein Verfahren erfüllt, das Befehle benutzt, die von den einzelnen Benutzergeräten periodisch an die Basisstation gesendet werden und eine Anforderung für eine Erhöhung oder Verringerung der Übertragungsleistung ihrer zugeordneten Abwärtskanäle entsprechend einer kurz- oder langfristigen Steuerung der gesamten Abwärtsleistung darstellen. Die kurzfristige Steuerung der gesamten Abwärtsleistung erfolgt durch das Sammeln der Befehle im Verlauf eines Zeitraumes und das Annehmen oder Ablehnen der Leistungsanforderungen für alle oder eine entsprechend gewählte Teilmenge der Benutzergeräte. Die langfristige Steuerung der gesamten Abwärtsleistung erfolgt durch das Aufnehmen neuer Benutzergeräte oder das Freigeben einer gewählten Teilmenge der Benutzergeräte auf der Grundlage einer Auswertung der Anzahl abgelehnter Leistungsanforderungen für einen bestimmten Zeitraum.
  • Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Basisstation die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung auf einen zulässigen maximalen Leistungspegel für die Abwärtsübertragung steuern und einschränken kann.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Einschränkungen nur für entsprechende Teilmengen der Abwärtskanäle gelten, die nach einem oder mehreren Auswahlkriterien ausgewählt werden können.
  • Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Auswahlkriterien den spezifischen Bedürfnissen eines Systembetreibers entsprechend definiert werden können.
  • Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass insbesondere die Abwärtsleistung für Benutzergeräte gesteuert werden kann, die einen Dienst für Echtzeitanwendungen benötigen.
  • Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen betrachtet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zur besseren Verständlichkeit wird auf die nachfolgenden Zeichnungen und die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwiesen.
  • 1 zeigt einen Überblick über ein Kommunikationssystem auf CDMA-Basis, bei dem das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
  • 2a zeigt die Hauptschritte bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2b bezieht sich auf die Steuermaßnahmen für die Abwärtsleistung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2c bezieht sich auf die Überlastungssteuermaßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2d bezieht sich auf die Zugangssteuermaßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt in Form eines Beispiels eine Anzahl von Benutzergeräten, die jeweils durch ein oder mehrere Merkmale beschrieben sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt einen Überblick über ein Funkkommunikationssystem auf CDMA-Basis, das in mehrere Zellen unterteilt ist, die jeweils mit einer Basisstation 12 ausgestattet sind, die Kommunikationsdienste zu und von den Benutzergeraten 13a–13d innerhalb des Versorgungsbereiches der Basisstation 12 zur Verfügung stellt. Die Benutzergeräte 13a–13d können verschiedenen Gesichtspunkten entsprechend beschrieben werden, wobei die Übertragungsleistung, die ihren Aufwärts- und Abwärtskanälen zugeordnet werden muss, zumindest teilweise von diesen Gesichtspunkten abhängig ist. Diese Gesichtspunkte betreffen beispielsweise Umgebungsparameter, die hinsichtlich der Funkwellenausbreitungsbedingungen berücksichtigt werden müssen, z.B. die allgemeinen Geländemerkmale und verschiedene Hindernisse, wie beispielsweise Bäume 15 oder Gebäude 16, die Einfluss auf den Funkkanal haben. Aufgrund einer verstärkten Mobilität bestimmter Benutzer 13b können sich diese Umgebungsparameter sehr schnell ändern, so dass die Übertragungsleistung entsprechend schnell angepasst werden muss. Zu anderen Auswirkungen kommt es durch den gesamten Signalstörpegel, der aufgrund von Umgebungsrauschen oder Übertragungen anderer Benutzer innerhalb der Zelle entsteht. Zusätzlich dazu kann ein Benutzergerät 13d besonders an den Zellenrändern auch beispielsweise durch Signalstörungen von Basisstationen 17a, 17b oder Benutzern 18 in benachbarten Zellen beeinflusst werden, während sich die Qualität des Abwärtskanals von der Dienst-Basisstation verschlechtern kann.
  • Noch ein weiterer Gesichtspunkt betrifft die Art des Kommunikationsdienstes, den die Benutzergeräte anfordern. Diese Dienste lassen sich in zwei Klassen unterteilen: Eine Dienstklasse unterstützt bestmögliche Anwendungen für verschiedene Arten der Datenkommunikation, z.B. elektronische Post oder eine Internet-Verbindung. Für diese Dienste entstehen keine kritischen Ansprüche hinsichtlich der Lieferzeit und somit hinsichtlich der Übertragungsbitrate einer Verbindung für einen solchen Dienst. Eine andere Dienstklasse soll Echtzeitanwendungen unterstützen, d.h. Dienste, die zeitlichen Verzögerungen gegenüber empfindlich sind, wie beispielsweise Sprachverbindungen oder Datenkommunikationsverbindungen, z.B. Video.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren in einem System mit beschränkter Abwärtsleistung, mit dem den Abwärtskanälen zu den Benutzergeräten, die verschiedene Übertragungsleistungsmengen benötigen und anfordern, u.a. in Abhängigkeit von den Gesichtspunkten Leistung zugeordnet werden kann.
  • Die 2a–2d zeigen ein Flussdiagramm, das die verschiedenen Schritte dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend darstellt. 2a zeigt eine allgemeine Beschreibung der Hauptschritte des Verfahrens, während sich 2b insbesondere auf Maßnahmen für die Steuerung und letztendliche Einschränkung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung für eine Basisstation bezieht. 2c bezieht sich insbesondere auf Maßnahmen zur Überlastungssteuerung für den Gesamtverkehr aller Benutzergeräte, die einen zugeordneten Abwärtskanal von einer Basisstation besitzen, und 2d bezieht sich auf Maßnahmen zur Zugangssteuerung für neue Benutzergeräte, die Verbindung mit der Basisstation aufnehmen wollen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zentral an der Basisstation durchgeführt, indem die dezentral erzeugten Leistungsanforderungsbefehle von den Benutzergeräten, die eine bestehende Kommunikationsverbindung mit der Basisstation haben, analysiert und ausgewertet werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Kommunikationssystem auf CDMA-Basis, in dem die bidirektionale Kommunikation zwischen Benutzergeräten und Basisstation separat mit Hilfe von dedizierten Kanälen (DCH = dedicated channel) für die Aufwärts- und die Abwärtsstrecke der einzelnen Benutzergeräte erfolgt. Hinsichtlich der Aufwärtsstrecke sind zwei Kanalarten definiert: der dedizierte physische Aufwärts-Datenkanal (DPDCH = dedicated physical data channel), der die dedizierten Schicht-2-Daten führt, und der dedizierte physische Aufwärts-Steuerkanal (DPCCH = dedicated physical control channel), der Schicht-1-Aufwärtssteuerinformationen führt. Die Übertragung auf den dedizierten Kanälen ist in Zeitrahmen unterteilt, die jeweils eine gegebene Länge und eine Anzahl von Zeitschlitzen aufweisen. Die Steuerinformationen werden von den einzelnen Benutzergeräten einmal pro Zeitschlitz zur Basisstation gesendet und enthalten u.a. einen Befehl, der eine Anforderung einer stufenweisen Erhöhung oder Verringerung der Abwärtsübertragungsleistung angibt. Dieser Befehl wird nachfolgend als TPC-Befehl (TPC = Transmit Power Control – Übertragungsleistungssteuerung) für den Abwärtskanal bezeichnet. Diese TPC-Befehle für die Abwärtskanäle werden von den Benutzergeräten gesendet, da der Abwärtsleistungsbedarf hauptsächlich von Bedingungen abhängig ist, die der Basisstation nicht bekannt sind, z.B. von der Position innerhalb der Zelle, aber auch von der geografischen Umgebung. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung reicht es jedoch aus, wenn man davon ausgeht, dass die Benutzergeräte in periodischen Zeitintervallen einen Befehl an die Basisstation senden, wobei diese Befehle eine Anforderung für eine Erhöhung oder Verringerung der zugewiesenen Leistung für den Abwärtskanal für dieses Benutzergerät darstellen. Diese Zeitintervalle werden nachfolgend als Zeitschlitze bezeichnet.
  • 2a stellt die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar, z.B. für einen beliebigen Zeitrahmen, der eine Anzahl Zeitschlitze enthält, die an periodischen Zeitpunkten tk beginnen. Das Verfahren wird hier innerhalb der einzelnen Zeitschlitze durchgeführt, z.B. an den gemeinsamen Zeitpunkten tk+1, an denen alle TPC-Befehle von den verschiedenen Benutzergeräten, die einen zugeordneten Abwärtskanal von der Basisstation besitzen, für diesen Zeitschlitz k empfangen worden sind. Somit werden in einem ersten Schritt (Block 21) alle TPC-Befehle, die im Verlauf des Zeitschlitzes k, d.h. innerhalb des Zeitintervalles (tk, tk+1), empfangen worden sind, gesammelt. In einem nächsten Schritt (Block 22) werden diese Befehle dafür benutzt, die benötigte gesamte Abwärtsleistung für den nachfolgenden Zeitschlitz (k+1) zu schätzen und diese möglicherweise auf den maximal zulässigen Abwärtsleistungspegel Pmax zu begrenzen. Als Nächstes (Block 23) muss die Auswirkung der Steuerung der Abwärtsleistung analysiert und ausgewertet werden. Wenn die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung der Basisstation für den nachfolgenden Zeitschlitz (k+1) eingeschränkt werden muss, werden Überlastungssteuerungsmaßnahmen eingeleitet (Block 24). Dies kann zu einer Entscheidung darüber führen, ob die derzeitige Anzahl Benutzergeräte in der Zelle verringert werden muss. Wenn die Abwärtsleistung der Basisstation jedoch derzeit nicht eingeschränkt ist, werden Zugangssteuermaßnahmen eingeleitet (Block 25). Dies kann zu einer Entscheidung führen, dass die Basisstation mindestens ein zusätzliches Benutzergerät annehmen kann.
  • 2b stellt für einen Zeitschlitz k die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung einer Basisstation für einen nachfolgenden Zeitschlitz (k+1) dar. Dies entspricht Block 22 in 2a. Zunächst (Block 221) wird der neue Abwärtsleistungspegel Pout(tk+1) für den Zeitschlitz (k+1) auf der Grundlage des derzeitigen Leistungspegels und der empfangenen, gesammelten TPC-Befehle im Verlauf des Zeitschlitzes k geschätzt. Jeder TPC-Befehl, der von einem bestimmten Benutzergerät gesendet wird, stellt eine Anforderung für eine Erhöhung oder eine Verringerung der Leistung für dessen dedizierten Abwärtskanal um eine Stufe dar. Typische Werte für den Absolutwert der Stufengröße st liegen zwischen 0,5 dB und 1 dB, was bedeutet, dass die Übertragungsleistung des Abwärtskanals bezüglich der zuvor zugewiesenen Abwärtsleistung Pi für einen Abwärtskanal Nummer i um einen bestimmten Stufengrößenfaktor K = 100,1·s i erhöht oder verringert wird. Somit führt die Gesamtanzahl der TPC-Befehle möglicherweise zu einer Erhöhung oder Verringerung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung im nachfolgenden Zeitschlitz (k+1). Dementsprechend kann die geschätzte insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung Pout(tk+1) folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00060001
  • Solange die geschätzte insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung Pout(tk+1) unterhalb der maximal zulässigen Abwärtsleistung Pmax bleibt (Block 222), kann jedem Benutzergerät der angeforderte Leistungspegel zugeordnet werden, und somit wird die Abwärtsleistung für jedes Benutzergerät der Anforderung entsprechend angepasst, die durch den TPC-Befehl angegeben wird, der von diesem Benutzergerät gesendet worden ist. Wenn die geschätzte insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung Pout(tk+1) jedoch den maximal zulässigen Abwärtsleistungspegel Pmax übersteigt, müssen Maßnahmen ergriffen werden, damit insgesamt ein Abwärtsleistungspegel erzielt wird, der unterhalb des Maximalpegels Pmax liegt. Dies geschieht, indem eine Teilmenge von Kanälen unter den Benutzergeräten ausgewählt wird, die einen höheren Abwärtsleistungspegel anfordern (Block 223), und die TPC-Befehle für diese ausgewählte Teilmenge von Benutzergeräten abgelehnt werden (Block 224).
  • Eine Teilmenge der Benutzergeräte, für die die Anforderung gemäß dem TPC-Befehl abgelehnt wird, kann auf verschiedene Art und Weise ausgewählt werden, indem ein oder eine Reihe von entsprechenden, von dem Betreiber definierten Auswahlkriterien angewendet werden. Bei einer einfachen Herangehensweise erhält man eine Teilmenge von Benutzergeräten, indem nach dem Zufallsprinzip eine ausreichend große Anzahl an Abwärtskanälen zu den Benutzergeräten ausgewählt wird, die eine Erhöhung ihrer zugeordneten Abwärtsleistung benötigen. Alternativ dazu erhält man die Teilmenge dadurch, dass zyklisch eine Teilmenge an Abwärtskanälen zu diesen Benutzergeräten ausgewählt wird. Auf diese Weise muss innerhalb bestimmter Zeiträume jeder der Abwärtskanäle aufgrund einer abgelehnten Anforderung eines erhöhten Leistungspegels eine vorübergehend verringerte Dienstqualität akzeptieren. Von den Basisstationen her gesehen lässt sich dieses Auswahlverfahren einfach realisieren und aufrechterhalten, und das Verfahren ist fair, da alle Benutzer gleichermaßen betroffen sind. Die Auswahlverfahren konzentrieren sich jedoch lediglich auf die Anzahl der Benutzer und vernachlässigen andere Kriterien, die einen Einfluss auf die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung haben können. Daher beschreibt der nachfolgende Text anhand eines Beispiels einige mögliche Auswahlkriterien, die bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Diese Kriterien werden für die Einschränkung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung einer Basisstation und danach für die Überlastungs- und Zugangssteuerung benutzt. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt, sondern kann außerdem auch für andere Arten von Auswahlkriterien angewendet werden.
  • Ein erstes mögliches Auswahlkriterium betrifft den Dienst, der von einem Benutzergerät angewendet wird. Wenn man beispielsweise zwei Dienste vergleicht, die sehr unterschiedliche Übertragungsbitraten und demnach für ihre Abwärtskanäle sehr verschiedene Abwärtsleistungsmengen benötigen, dann wird ersichtlich, dass abhängig von ihrem Dienst eine andere Anzahl von Benutzern erforderlich ist, um eine bestimmte Verringerung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung unter einen gegebenen Schwellwert zu erreichen. Dienste können beispielsweise in Echtzeitanwendungen oder bestmögliche Anwendungen beziehungsweise ihrer Art entsprechend (z.B. Übertragungen für Video, Sprache oder Datenpakete) unterteilt werden. Dann besteht ein mögliches Auswahlverfahren darin, nach dem Zufallsprinzip oder zyklisch entweder Abwärtskanäle aus bestimmten bevorzugten Teileinheiten oder einen vordefinierten Anteil an Abwärtskanälen aus allen Arten von Teileinheiten auszuwählen.
  • Ein weiteres Auswahlkriterium betrifft die Qualität der Abwärtskanäle zu den verschiedenen Benutzergeräten. Die Abwärtskanalqualität kann man über das Signal-zu-Störleistungsverhältnis Eb/I0 erhalten. Ein Verhältnis, das unterhalb eines bestimmten zulässigen Niveaus liegt, kann darauf hindeuten, dass sich ein Benutzergerät zu weit von der Basisstation entfernt oder in einer ungünstigen geografischen Umgebung befindet. Folglich ist es wahrscheinlich, dass diese Benutzergeräte TPC-Befehle senden, die eine Anforderung für eine Erhöhung der Abwärtsleistung für ihren dedizierten Abwärtskanal darstellen. Da jedoch ein unzureichendes Signal-zu-Störleistungsverhältnis auch durch einen zu hohen Störpegel entstehen kann, der durch eine zu große Anzahl von Benutzergeräten verursacht wird, muss das Verhältnis für einen bestimmten Abwärtskanal im Vergleich zum Signal-zu-Störleistungsverhältnis der Abwärtskanäle anderer Benutzergeräte interpretiert werden. Dementsprechend werden hauptsächlich die Benutzer für eine Abwärtsleistungseinschränkung ausgewählt, die im Moment einen zu hohen Abwärtsleistungsverbrauch haben (z.B. aufgrund einer unzureichenden Abwärtskanalqualität), und sie können wahrscheinlich die Qualität ihres dedizierten Abwärtskanals nicht mit Hilfe von erhöhter Abwärtsleistung wesentlich verbessern, wie dies von dem TPC-Befehl angegeben wird. Somit ist es mit Hilfe des Auswahlkriteriums möglich, die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung zu reduzieren und gleichzeitig eine optimale Anzahl an Benutzergeräten mit einer akzeptablen Abwärtskanalqualität innerhalb des Versorgungsbereiches der Basisstation zu erhalten.
  • Noch ein weiteres Auswahlkriterium betrifft eine Priorisierung, die zwischen den verschiedenen Benutzergeräten eingeführt werden kann, so dass eine Auswahl mit Hilfe einer von dem Betreiber definierten Priorität im Benutzerprofil erfolgt. Dieses Profil kann außer zwischen gewöhnlichen Benutzern beispielsweise zwischen einem Höchsttarif-Benutzer und einem Billigtarif-Benutzer unterscheiden. Im Fall einer notwendigen Einschränkung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung können die Benutzer, die Billigtarife verwenden, zuerst oder zumindest in einem größeren Ausmaß davon betroffen werden. Eine Priorisierung kann beispielsweise auch für Notrufe definiert werden.
  • Noch ein weiteres Auswahlkriterium betrifft die Tatsache, dass ein Benutzergerät, z.B. über ein Soft Handover Kanäle zu verschiedenen Basisstationen eingerichtet haben kann. In diesen Fällen wird eine Ablehnung einer Leistungserhöhung für den Abwärtskanal für einen solchen Benutzer die Dienstqualität nicht verringern, solange dieser Benutzer einen besseren Abwärtskanal von einer anderen Basisstation hat.
  • 3 beschreibt mit Hilfe eines Beispiels, wie die Auswahlkriterien dafür angewendet werden können, die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung einzuschränken oder eine Überlastung zu beseitigen. Alle Benutzergeräte {UE1, ..., UEM} werden beispielsweise in einer Matrix aus Merkmalen Cj(i) beschrieben, in der jede Zeile ein Benutzergerät UEi (i∊{1, ..., M}) darstellt und jede Spalte ein Auswahlkriterium Cj(j∊{1, ..., N}). Der Inhalt der Matrix gibt an, ob ein bestimmtes Kriterium Cj(i) für ein Benutzergerät UEi zutrifft (z.B. Cj(i)=1) oder nicht (z.B. Cj(i)=0). Hinsichtlich der Steuerung der Abwärtsleistung kann die Matrix dafür angewendet werden, eine geeignete Teilmenge S an Benutzergeräten abzuleiten, für die eine Erhöhung der Abwärtsleistung abgelehnt werden soll. Dann kann die Matrix hinsichtlich der Überlastungssteuerung dafür angewendet werden, die Ablehnungen auszuwerten. Somit wird ersichtlich, dass die Wahl und Abfolge der Kriterien den spezifischen Bedürfnissen eines Netzbetreibers entsprechend definiert werden können. Daher kann das Netzwerk verschiedenen Gesichtspunkten entsprechend optimiert werden, z.B. entsprechend der Anzahl der Benutzergeräte, die einen zugeordneten Abwärtskanal von einer Basisstation haben, oder der Dienstqualität, die der Mehrheit der Benutzer innerhalb des Versorgungsbereiches geboten wird.
  • Eine Menge S von Benutzergeräten, für die eine Erhöhung der Abwärtsleistung abgelehnt werden soll, wird durch logisches Kombinieren der Kriterien oder einer Auswahl davon in einer bestimmten Reihenfolge abgeleitet. Dies erfolgt entsprechend den Bedürfnissen des Betreibers. Bei dem Beispiel in 3 werden die folgenden Kriterien angewendet: Billigtarif-Benutzer (C1), hoher Leistungsverbrauch (C2), bestmöglicher Dienst (C3), Telefondienst (C4) und Höchsttarif-Benutzer (C5). Die Anzahl der ausgewählten Benutzer wird hinsichtlich der Gesamtmenge an Leistung ausgewertet, die einer Leistungsverringerung um eine Leistungsstufe für die ausgewählten Abwärtskanäle entspricht. In einem ersten Schritt werden die Benutzergeräte für eine Ablehnung der Erhöhung der Abwärtsleistung ausgewählt, die das erste Auswahlkriterium C1 erfüllen. Wenn diese Anzahl zu groß ist, kann sie reduziert werden, indem die Benutzergeräte ausgewählt werden, die mehrere Kriterien erfüllen. Diese Reduzierung wird fortgesetzt, bis eine geeignete Anzahl Benutzergeräte ausgewählt worden ist. Somit enthält die ausgewählte Teilmenge S={UE2} durch Anwenden der Kriterien C1 und C2 nur ein Benutzergerät für eine Einschränkung der Abwärtsleistung. Wenn die Anzahl der ausgewählten Benutzergeräte zu gering ist, kann sie gleichermaßen erhöht werden, indem die Benutzergeräte ausgewählt werden, die mindestens eines von mehreren Kriterien erfüllen. Somit wird die ausgewählte Teilmenge S={UE1, UE2, UE3} durch Anwenden der Kriterien C1 und C3 für eine Einschränkung der Abwärtsleistung ausgewählt. Alternativ dazu erhält man, wenn die Anzahl der ausgewählten Benutzergeräte zu hoch ist, eine geeignete Teilmenge, indem nach dem Zufallsprinzip oder zyklisch aus diesen ausgewählten Benutzergeräten ausgewählt wird. Die ausgewählten Benutzergeräte werden in einem Zeitplan markiert, der Statuseinträge für jedes Benutzergerät und jedes Zeitintervall enthält. Bei dem oben genannten Beispiel sind UE1, UE2 und UE3 mit einer Markierung 0 versehen, die anzeigt, dass ihre Anforderungen für eine Erhöhung der Abwärtsleistung abgelehnt worden sind. Für andere Benutzergeräte, z.B. UE4, kann der TPC-Befehl angegeben sein. Dieser Zeitplan wird dann als Grundlage für Überlastungs- und Zugangssteuermaßnahmen verwendet.
  • Um die Anforderungen an die Datenspeicherung und die Rechenkapazität für das Führen des Zeitplans zu reduzieren, kann eine ausreichende statistische Analyse durchgeführt werden, indem ein Mittelwert für die Anzahl der abgelehnten TPC-Befehle abgerufen wird, wenn eine Anzahl von Zeitintervallen betrachtet wird:
    Figure 00080001
  • Hier wird die durchschnittliche Anzahl der für das Zeitschlitzintervall [tk, tk+1] berechneten, abgelehnten TPC-Befehle
    Figure 00090001
    mit Hilfe eines gewichteten Terms ausgedrückt, der den vorherigen Schätzwert der geschätzten Anzahl aus dem vorherigen Zeitintervall darstellt, und mit Hilfe eines Terms N0(tk), der für die Anzahl der abgelehnten TPC-Befehle innerhalb des eigentlichen Zeitintervalls [tk, tk+1] steht.
  • Mit Hilfe der Abwärtsleistungssteuerung wird wie oben beschrieben sichergestellt, dass die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung der Basisstation unterhalb der maximal zulässigen Abwärtsleistung Pmax bleibt. In einem nächsten Schritt müssen jedoch die Konsequenzen der Abwärtsleistungssteuerung analysiert werden. Eine Einschränkung der insgesamt zugewiesenen Abwärtsleistung hängt möglicherweise von einer Überlastung in dem Netzwerk ab, die beseitigt werden soll. Eine Überlastung bedeutet hier, dass die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung Pout nicht dafür ausreicht, alle zugewiesenen Abwärtskanäle auf einem akzeptablen Pegel zu halten. Andererseits kann ein System, bei dem die Abwärtsleistung im Moment nicht begrenzt ist, anzeigen, dass zusätzlichen Benutzern Zugang zum System gewährt werden kann.
  • 2c bezieht sich auf die Überlastungssteuermaßnahmen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Dies entspricht Block 24 in 2a. Diese Maßnahmen werden angewendet, um für Benutzergeräte, denen die Basisstation einen Abwärtskanal zugewiesen hat, eine Überlastung festzustellen und zu beseitigen. Eine Überlastung wird durch das Analysieren einer Anzahl von Überlastungskriterien für die Benutzergeräte, für die eine Erhöhung der zugewiesenen Abwärtsleistung abgelehnt worden ist, festgestellt (Block 241). Diese Überlastungskriterien wenden die oben beschriebenen Auswahlkriterien an und definieren obere Schwellwerte für die Anzahl der Benutzergeräte innerhalb der Teilmenge, die ein solches Kriterium erfüllen. Für den derzeitigen Zeitschlitz wird eine Überlastung festgestellt (Block 242), wenn ein oder bestimmte Überlastungskriterien erfüllt sind. Bei dem Beispiel nach 3 kann ein mögliches Überlastungssteuerkriterium beispielsweise in der Festlegung bestehen, dass keines der Benutzergeräte in der ausgewählten Teilmenge S das Kriterium C5 erfüllen darf, d.h. ein Höchsttarif-Benutzer ist. Bei dem Beispiel wird gegen dieses Kriterium verstoßen, weil es sich bei dem ausgewählten Benutzergerät UE3 um einen Höchsttarif-Benutzer handelt. Somit wird bei diesem Beispiel eine Überlastung für den derzeitigen Zeitschlitz festgestellt.
  • Wenn für eine ausreichend große Reihe von Zeitschlitzen Überlastungen festgestellt worden sind, sorgt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für geeignete Maßnahmen, um diese Überlastungen zu beseitigen. Die Anzahl der aufeinander folgenden Überlastungen kann beispielsweise mit Hilfe eines Überlastungszeitschlitzzählers τ überwacht werden. Wenn der Zähler einen ersten Schwellwert τ1 übersteigt (Block 243), ergreift das Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorläufige Überlastungssteuermaßnahmen (Block 244). Wenn der Zähler einen zweiten Schwellwert τ2 (τ2 > τ1) übersteigt (Block 245), werden geeignete Maßnahmen eingeleitet, um die Überlastung zu beseitigen. Alternativ dazu kann τ (was in der Figur nicht ausdrücklich gezeigt ist) statt als Anzahl der aufeinanderfolgenden Zeitschlitze mit einer Überlastung auch als die Anzahl der Zeitschlitze innerhalb eines bestimmten Zeitraumes definiert werden.
  • Die vorläufigen Überlastungssteuermaßnahmen (Block 244) bereiten die Basisstation für das Beseitigen einer Überlastung vor. Durch das Definieren des Schwellwertes τ1, der die Anzahl von Zeitschlitzen mit festgestellten Überlastungen angibt, wird vermieden, dass vorübergehende Überlastungen das System dazu zwingen, ohne Grund Ressourcen für das Beseitigen einer Überlastung zuzuweisen. Zu Beispielen für vorläufige Überlastungssteuermaßnahmen gehört das Nachverfolgen der einzelnen Benutzergeräte, z.B. durch Speichern der empfangenen Ablehnungen von TPC-Befehlen für eine Erhöhung der Abwärtsleistung, das Erfassen von Funkkanalparametern oder das Kontaktieren benachbarter Basisstationen, um Informationen über ihre Systemauslastung einzuholen sowie darüber, ob einige der Benutzergeräte der Basisstation auch eine bestehende Verbindung zu einer benachbarten Basisstation haben.
  • Wenn die Anzahl der Überlastungen den zweiten Schwellwert τ2 übersteigt, müssen geeignete Maßnahmen zum Beseitigen der Überlastung eingeleitet werden. Dies erfolgt beispielsweise durch das oben beschriebene Anwenden der Auswahlkriterien, das Auswählen einer Anzahl von Benutzergeräten (Block 246) und das Freigeben der Verbindung zur Basisstation für diese ausgewählten Benutzergeräte (Block 247). Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Benutzergeräte ausgewählt, die außerdem eine bestehende Verbindung zu einer anderen Basisstation haben. Es können jedoch auch andere Auswahlkriterien angewendet werden. Und schließlich werden die vorläufigen Überlastungsmaßnahmen deaktiviert (Block 248), wenn eine Überlastungssituation beseitigt worden ist. Der Überlastungszähler wird auf einen Anfangswert zurückgesetzt, wenn eine Überlastung beseitigt worden ist oder die Anzahl der Überlastungen den Schwellwert τ2 nicht überstiegen hat.
  • 2d bezieht sich auf die Zugangssteuermaßnahmen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung. Dies entspricht Block 25 in 2a. Wenn die Basisstation derzeit keine Abwärtsleistungsbegrenzung aufweist, kann dies darauf hinweisen, dass sie zusätzliche Benutzergeräte bedienen kann. Diese Annahme muss jedoch sorgfältig überlegt werden, damit verhindert wird, dass neue Benutzergeräte sofort eine Überlastung verursachen. Somit ist es für die Aufnahme eines Benutzergerätes (Block 251) erforderlich, dass die Basisstation zumindest im derzeitigen Zeitintervall oder alternativ dazu für eine bestimmte Anzahl vorhergehender Zeitintervalle keine Abwärtsleistungsbegrenzung aufweist. Zusätzlich dazu ist es notwendig, dass die insgesamt zugewiesene Abwärtsleistung für das derzeitige Zeitintervall unter einem bestimmten Zugangsschwellwert Padm liegt (Block 252), der mit einem bestimmten Spielraum unterhalb des maximal zulässigen Abwärtsleistungspegels definiert ist. Dieser Spielraum sollte so groß gewählt werden, dass er mindestens ein zusätzliches Benutzergerät aufnehmen kann. Somit wird ersichtlich, dass die Größe des Spielraums in Abhängigkeit von der Leistungsmenge, die der Betreiber einem neuen Benutzergerät als Minimum zuordnen will, vom Betreiber definiert werden kann. Der Spielraum kann des Weiteren beispielsweise hinsichtlich der Systemleistung angepasst werden.

Claims (7)

  1. Verfahren für das Zuweisen und Steuern von Abwärtsleistung in einem Telekommunikationssystem, das Folgendes umfasst: mehrere Basisstationen (12), von denen jede mit Hilfe von Abwärtskanälen, die bestimmte Anteile der zugewiesenen Abwärtsleistung benötigen, Kommunikationsdienste zur Verfügung stellt, mehrere Benutzergeräte (13a, 13b, 13c, 13d), von denen jedes zur Benutzung der Kommunikationsdienste einen Abwärtskanal mindestens einer Basisstation (12) belegt und von denen jedes innerhalb allgemeiner periodischer Zeitintervalle Leistungsanforderungen an die Basisstation (12) sendet, um die Übertragungsleistung des von ihm belegten Abwärtskanals abzustimmen, gekennzeichnet durch das Durchführen folgender Schritte für jede Basisstation (12) innerhalb der Zeitintervalle: Sammeln (21) der empfangenen Leistungsanforderungen für jeden der belegten Abwärtskanäle in einem ersten Zeitintervall, Schätzen (221) des gesamten zugewiesenen Abwärtsleistungspegels für die Basisstation auf der Grundlage der empfangenen Leistungsanforderungen für jeden der belegten Abwärtskanäle für das darauffolgende Zeitintervall, Annehmen (23) der empfangenen Leistungsanforderungen für alle Abwärtskanäle und Auslösen von Zugangssteuermaßnahmen (25), wenn der geschätzte Abwärtsleistungspegel unterhalb eines zulässigen Höchstpegels für die Abwärtsleistung liegt, wobei zu den Zugangssteuermaßnahmen (25) das Annehmen (251) eines neuen Benutzergerätes für die Basisstation gehört, wenn der geschätzte Abwärtsleistungspegel unterhalb eines vom Betreiber definierbaren Zugangsleistungspegels liegt (252), Ablehnen (23) der empfangenen Leistungsanforderungen für eine ausgewählte Teilmenge der Abwärtskanäle und Auslösen von Überlastungssteuermaßnahmen (24), wenn der geschätzte Abwärtsleistungspegel einen zulässigen Höchstpegel für die Abwärtsleistung übersteigt, wobei zu den Überlastungssteuermaßnahmen (24) Folgendes gehört: das Anwenden der Anzahl abgelehnter Leistungsanforderungen für das derzeitige und/oder eine Anzahl vorhergehender Zeitintervalle bei einem oder einer Kombination von vom Betreiber definierbaren Überlastungskriterien (241), das Ermitteln (242) einer Überlastung für das derzeitige Zeitintervall, wenn ein oder mehrere Überlastungskriterien erfüllt sind, und das Auswählen (246) einer Teilmenge von Abwärtskanälen für eine Anzahl von Benutzergeräten, wenn die Anzahl der nachfolgend ermittelten Überlastungen oder die Anzahl von Überlastungen innerhalb mehrerer Zeitintervalle einen gegebenen Schwellwert τ2 (245) übersteigt, und das Beseitigen der Überlastung durch das Freigeben (247) der Abwärtskanäle der ausgewählten Teilmenge.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Auslösen (244) vorläufiger Überlastungsmaßnahmen umfasst, wenn die Anzahl nachfolgender Überlastungen oder die Anzahl von Überlastungen innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls einen ersten Schwellwert τ1 < τ2 übersteigt (243).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das Auswählen (223, 246) einer Teilmenge von Abwärtskanälen für eine Anzahl von Benutzergeräten umfasst, indem ein oder eine Kombination von vom Betreiber definierbaren Auswahlkriterien angewendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das Anwenden der Dienstart, die von einem Benutzergerät angefordert wird, als Auswahl- und/oder Überlastungskriterium umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das Anwenden des Signal-zu-Störleistungsverhältnisses der Abwärtskanäle als Auswahl- und/oder Überlastungskriterium umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das Anwenden einer vom Betreiber definierbaren Priorität eines Benutzergerätes als Auswahl- und/oder Überlastungskriterium umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das Anwenden der Anzahl der Abwärtskanäle, die einem Benutzergerät von verschiedenen Basisstationen zugeteilt sind, als Auswahlkriterium umfasst.
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