-
Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfahren zur Erkennung und Berechnung des momentanen Leistungspegels
eines externen Störsendersignals,
der durch eine Rückwärtsstrecke
eines. Kommunikationssystems empfangen wird.
-
Allgemeiner
Stand der Technik
-
Kommunikationssysteme und insbesondere
drahtlose Kommunikationssysteme umfassen mehrere Kommunikationskanäle, durch
die Teilnehmer solcher Systeme miteinander und mit dem System kommunizieren.
Drahtlose Kommunikationssysteme, wie zum Beispiel Systeme mit Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) und
andere Kommunikationssysteme weisen eine bestimmte Kapazität auf; das
heißt,
sie sind dadurch beschränkt,
wie viele Kommunikationskanäle
Teilnehmern solcher Systeme zur Verfügung gestellt werden können. Die
Kapazität
eines Kommunikationssystems ist die Menge an Gesamtinformationen
pro Zeiteinheit (d. h. die Informationsrate RT),
die (in dem System) übermittelt
werden kann, während
eine annehmbare Qualität der
Kommunikation aufrechterhalten wird. Die annehmbare Qualität der Kommunikation
wird in der Regel vom Betreiber (oder Dienstanbieter) des Kommunikationssystems
definiert. Gewöhnlich
hängt die
Kapazität
mit der Anzahl von das System benutzenden Teilnehmern zusammen;
je mehr Teilnehmer das System benutzen, desto höher ist die Informationsrate.
-
Mit Bezug auf 1 ist ein Teil einer typischen Topographie
eines zellularen drahtlosen CDMA-Rommunikationssystems
gezeigt. Das in 1 abgebildete
Kommunikationssystem umfaßt
mehrere Zellen, die jeweils ein bestimmtes geographisches Gebiet
oder ein von dem Kommunikationssystem abgedecktes Terrain abgrenzen.
Die Zellen haben Grenzen, die Sechsecke bilden. Die Sechsecke (108, 114, 110, 112)
stellen symbolisch Abdeckungsgebiete dar, in denen Teilnehmer, die
sich in derselben Zelle befinden, mit der Zelle (d. h. Zellensystemgeräten) kommunizieren.
Jede Zelle besitzt Systemgeräte
(die einem Systembetreiber oder Dienstanbieter gehören und
von diesem gesteuert werden), die von dem System zum Zulassen von
Teilnehmern zu dem System benutzt werden; das heißt, um Teilnehmern
des Systems zu gestatten, auf das Kommunikationssystem zuzugreifen,
um miteinander und/oder mit dem System zu kommunizieren. Mindestens
ein Teil der Systemgeräte
befindet sich in der Regel in der Basisstation (z. B. 100, 102, 104, 106).
Ein Teil der Systemgeräte
in den Basisstationen sind Hochfrequenzsender (HF-Sender) und -empfänger zum Übermitteln
(d. h. Senden und Empfangen) von Kommunikationssignalen.
-
Andere Systemgeräte, die sich ebenfalls in einer
Basisstation befinden können,
liefern die Dienste für Betrieb,
Verwaltung und Wartung (OA&M),
die in der Regel Kommunikationsgeräten zugeordnet sind. Zum Beispiel
sind die Teilnehmer-Gebührenberechnung,
das Zuteilen von Kommunikationskanälen für Teilnehmer und das Bereitstellen
von Zugang zu dem Kommunikationssystem für Teilnehmer einige der von
den OA&M-Geräten bereitgestellten
Dienste. Teilnehmer, denen Zugang zu dem Kommunikationssystem gegeben wird,
können über die
Basisstation der Zelle mit anderen Teilnehmern kommunizieren.
-
Bei einem CDMA-Kommunikationssystem,
wie zum Beispiel dem in 1 abgebildeten,
erhält
ein Teilnehmer Zugang, indem er eine Anforderung zu Systemgeräten (die
sich gewöhnlich
in einer Basisstation befinden) sendet. Zum Beispiel fordert der
Teilnehmer 124 in der Zelle 112 von der Basisstation 100 an,
Zugang zu dem Kommunikationssystem zu erhalten. Die Systemgeräte in der
Basisstation 100 empfangen die Anforderung und entscheiden,
ob dem Teilnehmer 124 Zugang zu dem Kommunikationssystem
gegeben werden soll. Der Teilnehmer 124 und die Basisstation 100 (sowie
andere Basis stationen und Teilnehmer) kommunizieren über Kommunikationskanäle, die
als Vorwärtsstrecken
und Rückwärtsstrecken
bezeichnet werden. Eine Vorwärtsstrecke
ist ein Kommunikationskanal, durch den die Basisstation 100 Kommunikationssignale
zu dem Teilnehmer 124, sendet. Eine Rückwärtsstrecke ist ein Kommunikationskanal,
durch den der Teilnehmer 124 Kommunikationssignale zu der
Basisstation 100 sendet. Also besitzt jeder Teilnehmer
eine Vorwärtsstrecke
und eine Rückwärtsstrecke,
die er zur Kommunikation mit Systemgeräten und/oder mit anderen Teilnehmern
des Kommunikationssystems benutzt.
-
In der Regel entscheidet das System,
einem Teilnehmer Zugang zu geben, durch Durchführen einer Leistungspegelanalyse,
die versucht, die Qualität
der Kommunikation zwischen Teilnehmern auf einem annehmbaren Wert
zu halten, der vom Systembetreiber definiert wird. Das System könnte weiter
Teilnehmer zulassen, die Kommunikationsdienste anfordern (oder weiter
auf eine Systemanforderung oder ein „Pagen" zur Zulassung von
Teilnehmern reagieren) und könnte
somit weiter seine Informationsrate erhöhen. An einem bestimmten Punkt
entsteht ein Überlastzustand,
der bewirkt, daß die
Qualität
der von dem Kommunikationssystem bereitgestellten Kommunikation
verschlechtert wird. Ein Überlastzustand
tritt auf, wenn die Informationsrate des Kommunikationssystems bewirkt,
daß die
Qualität
der Kommunikation (z. B. bestehende Sprach- und/oder Datenverbindungen)
unter einen annehmbaren Wert abfällt,
der vom Systembetreiber gesetzt wird. Der annehmbare Wert wird gewöhnlich als
eine Schwelle unter der letztendlichen Kapazität des Systems gesetzt. Ein
Beispiel für
einen Überlastzustand
liegt dann vor, wenn eine Zelle mit relativ vielen Teilnehmern kommuniziert,
so daß das
System nicht die Anforderung . an das gewünschte Signal/Rausch-Verhältnis (SNR)
erfüllen
kann. Die Anzahl von Teilnehmern, die adäquat von einer Zelle versorgt.
werden kann, richtet sich nach dem SNR, das gewöhnlich über ein Verhältnis
![Figure 00040001](https://patentimages.storage.googleapis.com/4f/7a/ec/4fc3be3f42b6a2/00040001.png)
ausgedrückt wird,
wobei E
b die Gesamtempfangssignalenergie
pro Informationseinheit (z. B. Energie pro Bit) und N
0 die
Gesamtrauschleistungsdichte darstellt. Je höher das
des
im Empfänger
gemessenen Signals ist, desto besser ist die Qualität der Kommunikation.
-
Die folgende Gleichung definiert
das Signal/Rausch-Verhältnis
der Rückwärtsstrecke für den Teilnehmer
i in der Zelle k, gemessen durch die Zelle m:
-
Die Indizes i und j bezeichnen bestimmte
Teilnehmer, und die Indizes k, λ und
m bestimmte Zellen. M
λ ist die Anzahl von Teilnehmern
in der Zelle λ,
M
k die Anzahl, von Teilnehmern in der Zelle
k, L die Gesamtzahl von Zellen in dem System,
wird als die Verarbeitungsverstärkung für den Teilnehmer
i in der Zelle k bezeichnet, wobei W die Bandbreite eines CDMA-Trägersignals
ist, und R ist die Informationsrate des Teilnehmers i. Die mittlere
Leistung des Rückwärtsstreckensignals
ist definiert als das Produkt des Leistungspegels (S) und des Sprachaktivitätsfaktors
(ν) des
Rückwärtsstreckensignals.
In der obigen Gleichung (1) ist S m / j,k der Leistungspegel des Kommunikationssignals
des Teilnehmers j in der Zelle k, gemessen in der Zelle m, und die
Sprachaktivität ν
j,k stellt
dar, wie häufig
der Teilnehmer j in der Zelle k während eines Telefongesprächs spricht
oder wie häufig
ein Datenenergieburst vom Teilnehmer gesendet wird. N
th stellt
den Leistungspegel des in der Regel von elektrischen und elektronischen
Schaltkreisen erzeugten thermischen Rauschens dar. J stellt den
Leistungspegel eines etwaigen externen Störsendersignals dar, wobei es
sich um eine Art von Störungen
handelt. Jedes andere Signal als das Kommunikationssignal des Teilnehmers
wird als Störung
bezeichnet. Zwei Hauptquellen von Störungen sind thermisches Rauschen
und externe Störsendersignale.
Ein externes Störsendersignal
ist jedes Signal, das nicht von dem Kommunikationssystem erzeugt,
sondern durch das Kommunikationssystem oder durch einen Teilnehmer
des Kommunikationssystems empfangen wird. Ein externer Störsender,
der ein CDMA-Kommunikationssystem
stört,
ist zum Beispiel ein Analogmobiltelefonbenutzer, der Signale sendet,
deren Frequenzspektrum teilweise oder vollständig mit dem Spektralband des
CDMA-Systems übereinstimmt;
in einer solchen Situation stört
das analoge Mobilsignal CDMA-Teilnehmersignale,
da der Teilnehmer oder das Kommunikationssystem oder beide das analoge
Mobilsignal empfangen.
-
Die zusammengesetzte Leistung, die
von einer Basisstation empfangen wird, ist auf thermisches Rauschen
(N
th), externe Störsender (J) und die CDMA-Teilnehmersignale
(νS) zurückzuführen. Die
Gesamtempfangsleistung durch eine bestimmte Rückwärtsstrecke einer Basisstation,
die als der Empfangssignalstärkeanzeiger
(RSSI) bezeichnet wird, hat also drei Komponenten und wird für eine bestimmte
Zelle m durch die folgende Gleichung dargestellt:
wobei der letzte Term
auf der rechten Seite von Gleichung (2) die Leistung von CDMA-Teilnehmersignalen
darstellt. Man beachte, daß RSSI
zunimmt, wenn die Anzahl von Teilnehmern zunimmt, wenn die Leistung
aufgrund von Störsendersignalen
zunimmt und/oder auch wenn die thermische Rauschleistung zunimmt.
-
Eine übliche und aktuelle Vorgehensweise
bei der Kontrolle der Systemüberlastung
für eine
Rückwärtsstrecke
besteht darin, die Zunahme von RSSI zu messen und auf der Grundlage
des Anstiegs von RSSI zu entscheiden; ob das Kommunikationssystem
etwaige zusätzliche
Teilnehmer, die Dienste anfordern, zulassen soll. Ein auf RSSI basierendes
Verfahren wird in der Regel dann verwendet, wenn das gemessene RSSI mit
einer Schwelle verglichen. wird, und wenn dieses gemessene RSSI
im wesentlichen gleich der Schwelle ist oder über ihr liegt, blockiert. das
System zusätzliche
Zugangsanforderungen von Teilnehmern. Ein solches auf RSSI basierendes
Verfahren setzt voraus, daß ein
Anstieg von RSSI hauptsächlich
auf die Teilnehmer des Systems zurückzuführen ist. Wenn RSSI eine vom
Systembetreiber definierte Schwelle erreicht, werden folglich keine
zusätzlichen
Teilnehmer in das System zugelassen. Der Fehler in dem auf RSSI
basierenden Verfahren besteht darin, daß, wenn ein Anstieg von RSSI
auftritt und dieser Anstieg auf externe Störsender zurückzuführen ist, das auf RSSI basierende
Verfahren den Anstieg der Empfangsleistung nicht auf spezifisch
J oder irgendeine bestimmte der beiden anderen Komponenten (d. h.
Nth, νS)
von RSSI zurückführen kann.
Anders ausgedrückt
ist das gemessene RSSI eine Aggregatzahl und die bestimmten Beiträge zu RSSI
aus J können
nicht direkt gemessen werden.
-
Obwohl sich die externen Störsendersignale
praktisch nicht direkt auf die Kapazität eines Systems auswirken,
wirken sie sich auf die Abdeckung des Kommunikationssystems, wie
zum Beispiel die Abdeckung einer Basisstation, aus. Der Leistungspegel
des externen Störsen dersignals
kann so hoch sein, daß viele
der Teilnehmer aufgrund von Störungen
nicht mit den Systemgeräten
kommunizieren können;
die einzigen Teilnehmer, die mit dem System kommunizieren können, sind
die Teilnehmer, die sich relativ nahe bei der Basisstation befinden
und mit einem Leistungspegel zu der Basisstation senden können, der
groß genug
ist, um Störungen
zu überwinden.
Störungen
aufgrund externer Störsender
wirken sich also direkt mehr auf die Abdeckung (einer Zelle oder
eines Kommunikationssystems) aus als auf seine Kapazität. Die Abdeckung
ist das Gebiet, in dem eine Kommunikation zwischen einem Teilnehmer
und Systemgeräten
(z. B. einer Basisstation) stattfinden kann. Je höher die
Störsenderleistung
J ist, desto kleiner ist die Abdeckung. Man beachte jedoch, daß, wenn
die Abdeckung so klein wird, daß die
Zelle überhaupt
keine Teilnehmer versorgen kann, dies, letztendlich zu einem gesamten
Verlust ihrer Kapazität
führt.
-
Sowohl die verminderte Abdeckung
als auch der Kapazitätsverlust
würden
zu einer höheren
Verbindungsblockierrate und/oder Verbindungsabbruchrate führen. Die
Verbindungsblockierrate bedeutet die Rate, mit der Teilnehmern,
die Zugang zu dem Kommunikationssystem anfordern, der Zugang verwehrt
wird. Die Verbindungsabbruchrate bedeutet die Rate, mit der Teilnehmer,
die Zugang zu dem Kommunikationssystem erhalten haben, aus dem Kommunikationssystem
entfernt werden. Wenn eine Zelle eine erhöhte Verbindungsblockierrate
oder eine erhöhte
Verbindungsabbruchrate oder beides aufweist, muß der Dienstanbieter in der Lage
sein, die Ursachen zu unterscheiden, da, die zur Behebung des Problems
(oder zur Verbesserung der Verbindungsblockierrate/ Abbruchrate)
zu unternehmenden Maßnahmen
von der bestimmten Ursache des Problems abhängen. Wenn das Problem auf
die reduzierte Kapazität
zurückzuführen ist,
die sich aus einer erhöhten
Teilnehmerlast in der Zelle ergibt, kann der Systembetreiber wählen, die
Schwelle für
die Überlaststeuerung
herabzusetzen, um zu Lasten der Qualität mehr Teilnehmer in das System
zuzulassen, oder kann wählen,
mehr Zellen und Zellengeräte
einzusetzen, um die übermäßige Zellenlast
auf ihre benachbarten Zellen abzuladen. Wenn das Problem auf die
verminderte Abdeckung zurückzuführen ist,
die sich aus der Anwesenheit externer Störsender ergibt, würde der
Systembetreiber wünschen,
die Quelle der Störsenderleistung
zu finden und die Störsender
zu entfernen, um eine ordnungsgemäße Abdeckung wiederherzustellen.
-
Aus US-A-5950110 ist die Erkennung
eines Störsendersignals
durch Durchführen
von Kurzzeit- und Langzeit-Rauschmessungen
bekannt.
-
Es wird deshalb ein Verfahren zur
Bestimmung des Beitrags externer Störsendersignale zu dem gemessenen
RSSI benötigt,
um so die Kapazität
des Kommunikationssystems besser und effizienter auszunutzen und
um insbesondere die Kapazität
der Rückwärtsstrecken
des Kommunikationssystems effizienter auszunutzen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
-
Die vorliegende Erfindung liefert
ein Verfahren zur Erkennung und Berechnung der Signalleistung eines
externen Störsenders,
die von Systemgeräten
in einer Rückwärtsstrecke
eines Kommunikationssystems empfangen wird. Die durch eine Rückwärtsstrecke
empfangene Gesamtleistung (d. h. RSSI) und der thermische Rauschleistungspegel
(d. h. Nth) werden gemessen und außerdem werden
das Eb/N0 und die
Sprachaktivitäten
für die
Rückwärtsstrecke
auf wohlbekannte Weisen gemessen. Lastabschätzungen, die auf RSSI und Eb/N0 basieren, werden
berechnet; das heißt,
eine auf RSSI basierende Lastabschätzung U und eine auf Eb/N0 basierende Lastabschätzung X
werden berechnet. Es zeigt sich, daß die Signalleistung des externen
Störsenders
direkt mit dem Produkt der Gesamtempfangsleistung und der Differenz
zwischen den beiden Lastabschätzungen
zusammenhängt.
Die Lastabschätzungen
sind Abschätzungen
der Zellenkapazitätsausnutzung
aufgrund von gerade das System benutzenden Teilnehmern. Die Abschätzung X
basiert auf dem Verhältnis
der Gesamtleistung zu dem Hintergrundrauschen, wobei Hintergrundrauschen
als Nth + J definiert ist. Die Abschätzung U
basiert auf dem Verhältnis
der Gesamtleistung zu dem thermischen Rauschen Nth.
Die Signalleistung J des externen Störsenders beträgt deshalb
RSSIx(X–U).
Also kann. ein Kommunikationssystem die Kapazität seiner Rückwärtsstrecken effizienter ausnutzen,
da es die Leistung aus externen Störsendersignalen berechnen und
somit bestimmen kann, ob ein Anstieg von RSSI auf externe Störsendersignale
zurückzuführen ist.
-
Insbesondere. liefert das Verfahren
der vorliegenden Erfindung die, folgenden Schritte: als erstes werden
die Gesamtempfangsleistung (RSSIm) für eine Rückwärtsstrecke
einer Zelle m und das thermische Rauschen für die Systemgeräte der Zelle
gemessen; außerdem
werden das Eb/N0 und
der Sprachaktivitätsfaktor für alle Benutzer
in der Zelle m und ihrer benachbarten Zellen gemessen; zweitens
wird eine auf RSSI basierende Lastabschätzung Um für die Zelle
m aus dem gemessenen RSSI und Nth berechnet
und außerdem
wird eine auf Eb/N0 basierende
Lastabschätzung
Xm für
die Zelle m berechnet; als drittes wird somit eine momentane Störsenderleistung
J aus RSSIm, Um und
Xm berechnet, wobei J = RSSIm × (Xm – Um) gilt. Durch Nehmen des Mittelwerts momentaner
Störsenderleistungspegel über eine
definierte Zeitspanne kann eine mittlere Störsenderleistung berechnet werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine typische Topographie eines Teils eines zellularen Kommunikationssystems;
und
-
2 ist
ein Flußdiagramm
des Verfahrens dar vorliegenden Erfindung.
-
Ausführliche
Beschreibung
-
Die vorliegende Erfindung liefert
ein Verfahren zur Erkennung und Berechnung der Signalleistungspegel
eines externen Störsenders,
die durch Rückwärtsstrecken
von Kommunikationssystemen von Systemgeräten empfangen werden. Für eine bestimmte
Zelle m wird eine auf RSSI basierende Lastabschätzung Um aus gemessenem
RSSIm und Nth berechnet.
Eine auf Eb/N0 basierende
Lastabschätzung
Xm für
die Zelle m wird aus. dem gemessenen Eb/N0 und der Sprachaktivität berechnet. Die Differenz
zwischen den beiden Lastabschätzungen,
d. h. (Xm – Um)
, wird berechnet und die externe Störsenderleistung J wird als
das, Produkt von RSSIm und der Differenz
berechnet; anders ausgedrückt
gilt J = RSSIm × (Xm – Um). Auf der Grundlage der Berechnung von
J ermöglicht
das Verfahren der vorliegenden Erfindung einem Dienstanbieter, die
Kapazität
der Rückwärtsstrecke
in der Zelle m besser auszunutzen. Es versteht sich ohne weiteres,
daß das
Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht auf CDMA-Kommunikationssysteme
beschränkt
ist, sondern auf beliebige Kommunikationssysteme anwendbar ist,
bei denen die Kommunikationssignale von Teilnehmern die gesamte Bandbreite
des Kommunikationssystems benutzen können (d. h. Breitband-Kommunikationssysteme).
-
Nunmehr mit Bezug auf
2 sind die Schritte des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Schritt
200 wird die
Gesamtempfangsleistung RSSI
m für eine bestimmte
Rückwärtsstrecke
einer Zelle m gemessen. Das E
b/N
0 und der Sprachaktivitätsfaktor ν für die Rückwärtsstrecke werden ebenfalls
für alle
Teilnehmer in der Zelle m und ihren benachbarten Zellen gemessen.
Die Nachbarzellen der Zelle m sind die Zellen, die direkt an die
Zelle m angrenzen, und andere Zellen, deren Signale (von Teilnehmern)
durch die Zelle m empfangen werden. Viele Kommunikationssysteme,
einschließlich
CDMA-Kommunikationssystem, enthalten Systemgeräte, die es einem Dienstanbieter
ermöglichen,
auf wohlbekannte Weisen die Gesamtempfangsleistung einer Rückwärtsstrecke
und den Sprachaktivitätsfaktor
für einen
bestimmten Benutzer der Rückwärtsstrecke
zu messen. Ähnlich
kann das thermische Rauschen durch dieselben oder andere Systemgeräte gemessen
werden, die sich in einer Basisstation befinden oder an die Basisstationsgeräte angekoppelt
sind. Die mathematischen Ausdrücke
für das
gemessene E
b/N
0 und
das gemessene RSSI wurden als Gleichungen (1) bzw. (2) dargestellt.
Zur leichten Bezugnahme werden die Gleichungen (1) und (2) nachfolgend
wiedergegeben:
-
Durch Umordnen der Gleichung (1)
für RSSI
m erhält
man die folgende Gleichung:
-
Der Leistungsanstieg über das
Hintergrundrauschen wird gegeben durch:
mit
-
X
m ist eine
auf E
b/N
0 basierende
Lastabschätzung.
Gleichung (4) kann in der folgenden Form umgeschrieben werden:
-
Der Leistungsanstieg über das
thermische Rauschen wird als Ym bezeichnet,
d. h.
-
-
Die auf dem in Gleichung (7) definierten
Leistungsanstieg basierende Lastabschätzung lautet:
wobei U
m folgendermaßen mit
X
m zusammenhängt:
-
Im Schritt 202 wird die
auf RSSI basierende Lastabschätzung
Um unter Verwendung von Gleichung (8) berechnet.
Im Schritt 204 wird die auf Eb/N0 basierende Lastabschätzung Xm unter
Verwendung von Gleichung (5) berechnet. Im Schritt 206 wird
per Gleichung (9) eine momentane Störsendersignalleistung für einen
bestimmten Benutzer einer bestimmten Rückwärtsstrecke aus Xm,
Um und RSSIm berechnet.
Durch Nehmen eines arithmetischen Mittelwerts von mehreren momentanen
Störsenderleistungspegeln über eine
bestimmte Zeitspanne kann eine mittlere Störsenderleistung für eine bestimmte
Rückwärtsstrecke
in einer bestimmten Zelle berechnet werden. Es können auch andere Mittelwertbildungstechniken
(z. B. statistische Mittelwertbildung) zur Berechnung der mittleren
Störsendersignalleistung
verwendet werden. Die Zeitspanne wird durch den Dienstanbieter definiert.
Die Berechnung der Lastabschätzungen
kann mit Systemgeräten,
die sich in einer Basisstation befinden, oder mit an die Basisstation
angekoppelten Systemgeräten
durchgeführt
werden.