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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Leistung
in einem Telekommunikationssystem, das eine Vielzahl von Sendern
Ei und eine Vielzahl von Empfängern
Rj, einen Übertragungskanal Lij
zwischen einem Sender Ei und einem Empfänger Rj, der durch eine Übertragung
auf einen Kanal Lkl (k,l) ≠ (i,j)
gestört
werden kann, aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Steuern
der Leistung von Aufwärtsstreckensignalen
oder Abwärtsstreckensignalen
in einem Zellulartelekommunikationssystem mit Vielfachzugriff durch
Codemultiplex.
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Bei
einem Mobilfunksystem vom Typ mit Vielfachzugriff durch Codemultiplex
(CDMA) müssen
die Übertragungsleistungen
jedes der gesendeten Signale (durch die Basisstationen oder durch
die Mobilgeräte) derart
eingestellt werden, dass der Pegel des Signal/Rausch-Verhältnisses
plus Interferenz genau den erforderlichen Pegel erreicht, der von
dem Durchsatz der Verbindung und von der Qualität des gewünschten Signals abhängt, erreicht.
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Für einen
gegebenen Empfänger
ist das Signal/Rausch-Verhältnis
plus Interferenz gleich dem Verhältnis
zwischen dem empfangenen Signalpegel und dem Hintergrundrauschpegel
plus dem empfangenen Gesamtinterferenzpegel definiert. Der empfangene
Interferenzpegel ist daher gleich der Summe der empfangenen Leistungen
jedes der interferierenden Sender.
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Zwischen
jedem Sender und jedem Empfänger
dämpft
der Übertragungskanal
das übertragene
Signal, so dass das empfangene Signal eine Empfangsleistung gleich
der Übertragungsleistung
vermindert durch eine dem Übertragungskanal
eigene Dämpfung
zwischen dem Sender und dem Empfänger
hat.
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In
dem Fall einer Aufwärtsstrecke
(up-link, reverse channel), das heißt in dem Fall, in dem eine
Mobilstation Mi ein Signal zu der sie versorgenden Basisstation
Bf(i) sendet, kann man das Signal/Rausch-Verhältnis plus Interferenz wie
folgt ausdrücken:
wobei
PtM
i die Übertragungsleistung des von
der Mobilstation Mi übertragenen
Signals ist;
η der
Reduktionsfaktor der Intrazellularinterferenz ist;
Gi,k der
Dämpfungskoeffizient
des Übertragungskanals
zwischen der Mobilstation Mi und der Basisstation Bk ist;
f(i)
der Index der die Mobilstation Mi versorgenden Basisstation ist;
N0
der Leistungspegel des Hintergrundrauschens ist.
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Der
zweite Ausdruck, der im Nenner der Gleichung (1) steht, stellt die
Intrazellularinterferenz dar, nämlich
eine Interferenz, die von den Mobilstationen Mj erzeugt wird, die
von der Basisstation Bf(i) versorgt werden. Der dritte Ausdruck,
der im Nenner steht, stellt die extrazellulare Interferenz dar,
nämlich
die Interferenz, die von den Mobilstationen Mj erzeugt wird, die
sich außerhalb
der Zelle Cf(j) befinden, die von der Basisstation Bf(j) versorgt
wird.
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In
dem Fall einer Abwärtsstrecke
(down-link, forward channel), das heißt in dem Fall, in dem eine
Mobilstation Mi ein Signal von der sie versorgenden Basisstation
Bf(i) empfängt,
kann das Signal/Rausch-Verhältnis
plus Interferenz wie folgt beschrieben werden:
wobei
PtBf(i),i die Übertragungsleistung
des von der Basisstation Bf(i) zur Mobilstation Mi übertragenen Übertragungssignals
ist;
PtcBk die Leistung der gemeinsamen von der Basisstation
Bk übertragenen
Signale ist;
PtBk der Gesamtleistungspegel oder der zusammengesetzte
Leistungspegel ist, der von der Basisstation Bk zu allen von ihr
versorgten Mobilstationen gesendet wird;
Gi,k der Dämpfungskoeffizient
des Übertragungskanals
zwischen der Basisstation Bk und der Mobilstation Mi ist.
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Der
zweite Ausdruck, der im Nenner der Gleichung (2) steht, stellt die
intrazellulare Interferenz dar, nämlich die Interferenz, die
auf die Signale zurückzuführen ist,
die von der Basisstation Bf(i) zu den von ihr versorgten Mobilstationen
gesendet werden. Der dritte Ausdruck, der im Nenner der Gleichung
(2) steht, stellt die extrazellulare Interferenz dar, nämlich die
Interferenz, die auf die Signale zurückzuführen ist, die von anderen Basisstationen
als Bf(i) übertragen
werden.
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Die
oben angegebene Leistungssteuerung zielt darauf ab, die Leistungspegel
PtMi (in dem Fall der Aufwärtsstrecke)
und PtBf(i),i (in dem Fall der Abwärtsstrecke) zu suchen, die
es erlauben, die Signal/Rausch-Verhältnisse plus Interferenz zu
erzielen, die für
die verschiedenen Verbindungen zwischen Mobilstationen und Basisstationen
erforderlich sind.
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Es
ist zum Beispiel aus dem Artikel mit dem Titel "Downlink Power Allocation and Adjustments
for CDMA Cellular Systems" von
Dongwoo Kim, veröffentlicht
in IEEE Communications Letters, Band 1, Nr. 4, Juli 97, bekannt
vorzusehen, dass jede Mobilstation den Interferenzpegel, den sie
empfängt,
misst und diese Information an die sie versorgende Basisstation
weiterleitet. Die verschiedenen Basisstationen zeigen den verschiedenen
Mobilstationen an, welche die Übertragungsleistungspegel
sind, die sie jeweils verwenden müssen, um das erwünschte Signal/Rausch-Verhältnis zu
erzielen. Dieser Typ von Algorithmus stellt eine Konvergenz der Übertragungsleistungspegel
sicher, ohne dass irgendeine Einheit alle Parameter des Systems
kennen muss. Der Hauptnachteil dieses Typs von Algorithmus besteht
jedoch in der Notwendigkeit, die Leistungswerte aller Sender sehr
oft aufzufrischen, um seine Konvergenz sicherzustellen. Wenn alle
Berechnungen in einer einzigen Recheneinheit durchzuführen sind,
stellt das eine konsequente Menge an durchzuführenden Berechnungen dar, die
die präzise
Simulation dieses Typs von Erscheinungen in der Praxis für die existierenden
Recheneinheiten unzugänglich
macht.
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Ferner
erlaubt es diese Rechenkomplexität
nicht, das dynamische Verhalten des Systems mitzuverfolgen, wenn
die Merkmale eines Übertragungskanals
im Laufe der Zeit modifiziert werden.
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Ein
alternativer Ansatz bestünde
darin, das Problem mit Matrizen auszudrücken, indem man im Voraus alle
Parameter des Systems kennt. Man kann daher in der Tat das Problem
in der Form A × P
= B ausdrücken,
wobei P der Vektor der Sendeleistungspegel ist. Um das Problem zu
lösen,
reicht es daher, die inverse Matrix A–1 von
A zu finden, so dass A–1A = 1, die Identitätsmatrix,
ist. Dann kann man den Vektor der Leistungen P erzielen gemäß: P = A–1B.
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Das
Problem dieses Matrizen-Ansatzes besteht darin, dass er auch hier
ebenfalls schnell nicht verwendbar wird, sobald man mehrere Hundert
Basisstationen oder einige Tausend Mobilstationen zu verarbeiten hat.
Das Problem des Umkehrens bzw. Invertierens der Matrix ist ein Problem
von N3. Der Matrizen-Ansatz ist hier daher
ebenfalls nicht empfehlenswert.
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Außerdem berücksichtigt
dieser rein mathematische Ansatz in keiner Weise Auflagen hinsichtlich
der Übertragungsleistungen.
Diese müssen
in der Praxis zwischen einem vorbestimmten maximalen Leistungswert
und einem vorbestimmten minimalen Wert liegen. Das Invertieren der
Matrix kann daher zu zu großen oder
zu schwachen Leistungswerten führen,
das heißt
außerhalb
des Bereichs der akzeptablen Werte.
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Schließlich ist
eine Matrizenverarbeitung ungeeignet für die Verarbeitung des weichen
Weiterreichens. Das weiche bzw. Soft-Weiterreichen ist die Fähigkeit
eines Netzes, zum Beispiel (Fall einer Aufwärtsstrecke) mehrere gleichzeitige
Verbindungen zwischen einer Mobilstation und mehreren Basisstationen
zu erstellen und daher trotz des Versagens einer elementaren Verbindung
eine globale Übertragungsqualität zu garantieren.
In einem solchen Fall zählt
allein die Summe der Signal/Rausch-Verhältnispegel plus Interferenz
der Signale auf den entsprechenden Verbindungen. Das Berücksichtigen
der Summe dieser Verhältnisse
entspricht dem Umwandeln eines linearen Problems in ein quadratisches
Problem, das durch eine einfache Matrizen-Methode nicht gelöst werden
kann.
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Das
der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht in der Leistungssteuerung
in einem Telekommunikationssystem mit mehreren Sendern und mehreren
Empfängern,
die nur eine vernünftige
Anzahl von Berechnungen erfordert.
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Spezifischer
besteht das der Erfindung zu Grunde liegende Problem in einer Sendeleistungssteuerung mit
verringerter Komplexität
für eine
Aufwärtsstrecke
oder eine Abwärtsstrecke
eines Zellularkommunikationssystems, das mit Vielfachzugriff durch
Codemultiplex funktioniert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die Leistungssteuerung mit dem Einhalten von Übertragungsleistungsbereichen
kompatibel gemacht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Leistungssteuerung mit einem Funktionieren
des Systems im Soft-Weiterreichmodus
kompatibel.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung kann die Leistungssteuerung dynamisch ausgeführt werden,
um die Variationen der Charakteristiken des Systems mitzuverfolgen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern von Sendesignalpegeln
in einem Telekommunikationssystem, das mehrere Sender Ei und mehrere
Empfänger
Rj aufweist, wobei jeder Empfänger
Rj Signale empfangen kann, die von einer Untereinheit Sj von Sendern
gesendet werden, und jeder Übertragungskanal
Lij zwischen einem Sender Ei und einem Empfänger Rj durch eine Übertragung
auf einem beliebigen Kanal Lkl mit (k, l) ≠ (i, j) gestört werden kann, wobei die Störung proportional
zu der Leistung Ekl ist, die auf diesem Kanal übertragen wird, wobei der Pegel
des Signals Rij, das vom Sender Ei kommend vom Empfänger Rj
empfangen wird, wie folgt ausgedrückt werden kann:
wobei G
i,j die
Dämpfung
auf dem Kanal Lkj ist und
G ij / kl der Kopplungskoeffizient zwischen
dem Kanal Lkl und dem Kanal Lij ist
N
o das
Hintergrundrauschen ist
Ext
i,j die
Interferenz auf dem Kanal Lij ist, wobei das Verfahren durch die
folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- (a)
Initialisieren der Werte Exti,j auf einen vorbestimmten Wert
- (b) Berechnen der Werte Eij, die es erlauben, angesichts der
Interferenzpegel Exti,j auf dem Kanal Lij ein gegebenes Signal/Rausch-Verhältnis Aij
zu garantieren,
- (c) Bewerten der Interferenzpegel Exti,j auf den Kanälen Lij
in Abhängigkeit
von den Sendeleistungspegeln Ekl, wobei die Schritte (b) und (c)
so oft wiederholt werden, wie der Unterschied zwischen den zwei
aufeinander folgenden Interferenzpegeln Exti,j für einen beliebigen Kanal Lij
größer ist
als ein Schwellenwert.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern von Signalsendepegeln
in einem Telekommunikationssystem, das mehrere Sender Ei und mehrere
Empfänger
Rj aufweist, wobei jeder Empfänger
Rj Signale empfangen kann, die von einer Untereinheit Sj von Sendern
gesendet werden, und jeder Übertragungskanal
Lij zwischen einem Sender Ei und einem Empfänger Rj durch eine Übertragung
auf einem beliebigen Kanal Lkl mit (k,l) ≠ (i,j) gestört werden kann, wobei die Störung proportional
zu der Leistung Ekl ist, die auf diesem Kanal übertragen wird, wobei der Signalpegel
Eij, der von dem Empfänger
Rj von dem Sender Ei kommend empfangen wird, wie folgt ausgedrückt werden
kann:
wobei Gij die Dämpfung auf
dem Kanal Lij ist und
G ij / kl der Kopplungskoeffizient zwischen dem
Kanal Lkl und dem Kanal Lij ist,
N
0 das
Hintergrundrauschen ist,
Extra
i,j die
Interferenz auf dem Kanal Lij ist, wobei das Verfahren durch die
folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- (a)
Initialisieren der Werte Extraij auf einen vorbestimmten Wert,
- (b) Berechnen der Werte Eij, die es erlauben, angesichts der
Interferenzpegel Extrai,j auf dem Kanal Lij ein gegebenes Signal/Rausch-Verhältnis SNRij
zu garantieren,
- (c) Bewerten der Interferenzpegel Extrai,j auf den Kanälen Lij
in Abhängigkeit
von den Sendeleistungspegeln Ekl,
wobei die Schritte (b)
und (c) wiederholt werden, solange für einen beliebigen Kanal Lij
der Unterschied zwischen zwei aufeinander folgenden Interferenzpegeln
Extrai,j größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
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Die
oben angegebenen Eigenschaften der Erfindung sowie weitere ergeben
sich klarer bei der Lektüre der
folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, wobei sich die
Beschreibung auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:
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1 Aufwärtsstrecken
zwischen Mobilstationen und einer diese versorgenden isolierten
Basisstation darstellt,
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2 Abwärtsstrecken
zwischen einer isolierten Basisstation und von ihr versorgten Mobilstationen darstellt,
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3 eine
Gruppe benachbarter Zellen mit interferierenden Aufwärtsstrecken
darstellt,
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4 die
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Schritte zum Steuern der Leistung in dem Fall des Systems der 3 darstellt,
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5 eine
Gruppe benachbarter Zellen mit interferierenden Abwärtsstrecken
darstellt,
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6 die
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Steuern der Leistung in dem Fall des Systems der 5 darstellt.
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1 stellt
den Fall einer isolierten Basisstation dar, die mehrere Mobilstationen
M1, M2, ... Mi versorgt und mit dieser Letzteren Aufwärtsstrecken
erstellt.
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Die
Leistungssteuerung in den Einzellenfällen führt darauf hinaus, die Übertragungsleistungen
PtMi der verschiedenen Mobilstationen zu suchen, die die erforderlichen
Signal/Rausch-Verhältnisse
SNRi für
die Verbindungen mit der Basisstation haben.
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Die
Gleichung (1) kann daher wie folgt ausgedrückt werden:
SNRi = Signal/Rausch-Verhältnis des
von der Basisstation empfangenen Signals und von der Mobilstation
Mi gesendeten Signals;
Pi = PtMi*Gi,k Leistung, die die Basisstation
von dem von der Mobilstation Mi gesendeten Signal empfängt;
η = Reduktionsfaktor
der Intrazellularinterferenz.
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Wie
im Anhang A gezeigt ist, wird die Lösung für dieses Problem gegeben durch
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Die Übertragungsleistungen
der Mobilstationen Mi sind daher gegeben durch:
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2 stellt
den Fall einer isolierten Basisstation dar, die mehrere Mobilstationen
M1, M2 ... Mi versorgt und mit diesen Letzteren Abwärtsstrecken
erstellt.
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Die
Leistungssteuerung in diesem Einzellenfall entspricht dem Suchen
der Übertragungsleistungen Ptbk,i
der Signale, die von der Basisstation Bk an die verschiedenen Mobile
Mi gesendet werden, die für
die Abwärtsstrecken
die erforderlichen Signal-/Rauschverhältnisse SNRi haben.
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Die
Gleichung (2) kann daher wie folgt ausgedrückt werden:
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Wenn
man den Übertragungsleistungspegel
PtBk der Basisstation kennt, lautet die Lösung einfach:
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3 veranschaulicht
ein Zellulartelekommunikationssystem, das aus mehreren benachbarten
Zellen besteht, wobei jede Basisstation Bk mehrere Mobilstationen
Mi1, Mi2, ... Mi1n versorgt.
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Die
betrachteten Verbindungen sind Aufwärtsstrecken.
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Die
Basisstation Bk empfängt
Nutzsignale von den verschiedenen Mobilstationen Mi1, Mi2, ... Min, welche
sie versorgt, aber auch interferierende Signale, die von Mobilstationen
stammen, die von anderen Basisstationen versorgt werden.
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Die
Erfindung geht von der Feststellung aus, dass man den Fall mehrerer
benachbarter Basisstationen auf den Fall mehrerer isolierter Basisstationen
zurückführen kann,
vorausgesetzt, dass man für
jede Basisstation den Extrazellularinterferenzpegel abschätzen kann,
der von den Mobilstationen erzeugt wird, die sich außerhalb
der betreffenden Zelle befinden.
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Wenn
man nämlich
den Extrazellularinterferenzpegel als für jede Basisstation bekannt
annimmt, fügt sich
dieser zum Hintergrundrauschpegel hinzu, und man gelangt wieder
zur Gegenüberstellung
von N Einzelzellenproblemen, deren Lösung in 1 beschrieben
wurde.
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Das
Schätzen
des Extrazellularinterferenzpegels für eine Basisstation erfordert
jedoch, dass man die Übertragungsleistungen
der Mobilstationen außerhalb
dieser Zelle kennt, wobei diese Leistungen selbst von Extrazellularinterferenzpegeln
ihrer versorgenden Zellen abhängen
und daher insbesondere von den Sendeleistungen der Mobilstationen
der Zelle, die man eben bestimmen will.
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Die
von der Erfindung vorgeschlagene Lösung besteht im rekursiven
Bestimmen des Extrazellularinterferenzpegels für jede Zelle. Bei jeder Wiederholung
verwendet man einen für
jede Basisstation geschätzten Extrazellularinterferenzpegel.
Dieser Pegel wird verwendet, um die Übertragungsleistungen der Mobilstationen
zu erzielen, die von dieser Basisstation versorgt werden, und zwar
gemäß dem oben
angegebenen Einzelzellenverfahren. Sobald alle Stationen verarbeitet
sind, wird die von jeder Zelle empfangene Extrazellularinterferenz
ausgehend von den Sendeleistungen der Mobilstationen erneut berechnet,
die sich außerhalb
der von der Station versorgten Zelle befinden. Diese Schritte werden
so lange wiederholt, bis man einen als übermäßig betrachteten Unterschied
zwischen zwei aufeinander folgenden Extrazellularinterferenzpegeln
für eine gleiche
Basisstation beobachtet.
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4 veranschaulicht
das Verfahren zum rekursiven Bestimmen des Extrazellularinterferenzpegels
in einer Aufwärtsstrecken.
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Das
Bestimmungsverfahren beginnt mit einem Initialisierungsschritt (10).
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Der
Extrazellularinterferenzpegel lextk wird für jede Zelle k zum Beispiel
auf einen Wert gleich Null oder auf einen Wert, der aus einer vorhergehenden
Schätzung
hervorgeht, initialisiert: ∀k, lext_oldk = 0
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Eine
Marge wird auch zuvor zum Parametrieren der Präzision der rekursiven Verfahren
definiert. Die Reduktion dieser Marge bewirkt die Erhöhung der
Wiederholfrequenz und das Verbessern der Präzision der Konvergenz. Der
Unterschied zwischen zwei Extrazellularinterferenzpegeln muss kleiner
als diese Marge gemacht werden. Der Unterschied zwischen zwei aufeinander
folgenden Extrazellularinterferenzpegeln wird auf das zweifache
dieser Marge initialisiert, so dass der anfängliche Unterschied als eine
Marge zu betrachten ist, die auf dem erforderlichen Signal/Rausch-Verhältnispegel
genommen wird: ∀k,Deltak = 2*Marge
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Der
am Ende der Iteration erzielte Signal/Rausch-Verhältnispegel
liegt zwischen dem erforderlichen Rauschpegel und diesem Wert plus
zweimal die Marge.
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In
einem ersten Schritt (11) führt man das Berechnen zum Steuern
der Leistung gemäß dem Einzelzellenverfahren
für alle
Basisstationen aus, die eine als übermäßig angesehene Extrazellularinterferenzschätzung haben
(nämlich
Deltak > Marge). Dazu
verwendet man die Gleichung (3), indem man in der Formel (4) No
durch No + lext_upk ersetzt, wobei lext_upk (das wir im vorliegenden
Abschnitt lext_oldk nennen) der der zuletzt geschätzte Extrazellular-Interferenzpegel
ist. Mit anderen Worten kann der Schritt (11) wie folgt
zusammengefasst werden:
∀k
wenn Deltak > Marge, ∀i wie
f(i) = k, Berechnen von PtMi gemäß (3)
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In
einem zweiten Schritt (
12) berechnet man erneut den Extrazellularinterferenzpegel
lext_newk für alle
Basisstationen ausgehend von den zuletzt berechneten Übertragungsleistungswerten
PtMi. Man erzielt danach die Fehlerschätzung als den Absolutwert des
Logarithmus des Verhältnisses
lext_newk/lext_oldk, wobei lext_oldk der vorangehende Interferenzpegel
ist. Wenn dieser Fehler die als vernünftig angesehene Marge überschreitet,
frischt man den Pegel lext_oldk auf den Wert lext_newk auf, und
eine neue Iteration erfolgt für diese
Basisstation. Mit anderen Worten kann der Schritt (
12)
wie folgt zusammengefasst werden:
wobei
Fin ein Stoppflag ist.
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Die
erste Schleife (statische Simulation) stoppt, sobald alle Extrazellularinterferenzwerte
bis auf die Marge genau beständig
sind. Wenn die Variation zwischen zwei aufeinander folgenden Extrazellularinterferenzwerten
für eine
beliebige Basisstation die Marge bzw. den Spielraum überschreitet
(das heißt,
wenn Fin = 0), wird die Schleife wiederholt. Dieser Stopptest (Fin
= 1?) ist in (13) dargestellt.
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Zu
bemerken ist, dass die Komplexität
des Algorithmus eine Komplexität
in 0(N) ist.
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Wenn
sich die Charakteristiken des Systems im Laufe der Zeit weiterentwickeln,
wie zum Beispiel dann, wenn eine Mobilstation die Zelle wechselt
oder wenn eine Verbindung unterbrochen/aufgebaut wird, ist es wünschenswert,
ein neues Schätzen
der Extrazellularinterferenzpegel vorzunehmen. Der Test der Nichtvariation
der Charakteristiken des Systems ist in (14) dargestellt.
Wenn diese Charakteristiken unverändert sind, endet der Algorithmus.
Anderenfalls wird die oben beschriebene Schleife (dynamische Simulation)
mit aktualisierten Parametern (f(i), SNRi, Gk,i) in (15)
wiederholt. Die zuletzt bestimmten Extrazellularinterferenzpegel dienen
als Ausgangswerte für
die neue Schleife.
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Es
ist in dem oben beschriebenen ersten Schritt möglich, Mindest- und Höchstwerte
der Übertragungsleistung
der Mobilstationen zu berücksichtigen.
Das kann sehr einfach ausgeführt
werden, indem man den Wert PtMi außerhalb des Intervalls jeweils
durch den Mindestwert und durch den Höchstwert ersetzt.
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Ferner
kann das Verfahren zur Leistungssteuerung ein Netz unterstützen, das
im Soft-Weiterreichmodus verwaltet wird.
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Wie
es oben bereits angegeben ist, besteht der Soft-Weiterreichmodus
für die
Abwärtsstrecke
darin, von verschiedenen Basisstationen das gleiche Signal zu empfangen,
das von einer Mobilstation gesendet wurde. Die empfangenen Signale,
die für
das gleiche gesendete Signal repräsentativ sind, können rekombiniert werden,
um die Kommunikationsqualität
zu verbessern.
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Es
existieren verschiedene Rekombinationstechniken. Die Geläufigste
besteht darin, die Demodulation jedes dieser Signale unabhängig auszuführen und
das Signal auszuwählen,
das nach der Demodulation die beste Qualität hat (auch Selection Combining
genannte Technik). In diesem letzteren Fall unterscheidet sich das
von der Mobilstation in Soft-Weiterreich-Situation gesendete Signal
nicht von dem, das in einer Nicht-Soft-Weiterreich-Situation übertragen
worden wäre.
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Die
im Laufe des Soft-Weiterreichens hinzugefügte Diversity kann jedoch zu
einem niedrigeren Übertragungsleistungspegel
führen
als er erforderlich ist, um eine bestimmte Service- bzw. Dienstqualität sicherzustellen.
Das kann leicht berücksichtigt
werden, indem eine Verstärkung
in dem erforderlichen SNR gezählt wird.
Diese Verstärkung
hängt jedoch
von der Umgebung ab. Bei Umgebungen mit starker Diversity (große Streuung
der Signalverzögerung,
Empfangsdiversity, Übertragungsdiversity
usw.), ist die zusätzliche
Verstärkung
marginal und kann vernachlässigt
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung führt
man ein Sortieren der Verbindungen aus, welche eine Basisstation
mit den verschiedenen Mobilstationen hat. Die Verbindungen, die
der besten Verbindung einer Basisstation (unter den Verbindungen
dieser Mobilstation mit verschiedenen Basisstationen) entsprechen, sind
jene, die allein für
das Bestimmen der Einzellenleistungssteuerung berücksichtigt
werden. Die anderen Verbindungen werden einfach als Extrazellularinterferenz
betrachtet. Das Leistungssteuerverfahren kann daher das Soft-Weiterreichen
ohne Konzeptänderung
unterstützen.
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Schließlich können die
Berechnungen von Leistungspegeln vereinfacht werden, wenn man in
der Gleichung (1) nur die Beiträge
der Mobilstationen, die von der Basisstation Bf(i) am stärksten empfangen
werden, berücksichtigt,
um die Extrazellularinterferenz zu bewerten. In diesem Fall kann
die Gleichung (1) wie folgt geschrieben werden:
wobei Ei (die Einheit der
am stärksten
von der Basisstation Bf(i) empfangenen Mobilstationen ist. Die Beiträge außerhalb
der Einheit E(i) werden als Null angenommen und sind nicht an der
Berechnung beteiligt.
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5 veranschaulicht
ein Zellulartelekommunikationssystem, das aus mehreren benachbarten
Zellen besteht, wobei jede Basisstation Bk mehrere Mobilstationen
Mi1, Mi2, ... Min versorgt.
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Die
betrachteten Verbindungen sind Abwärtsstrecken.
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Die
Basisstation Bk überträgt Nutzsignale
an die verschiedenen Mobilstationen Mi1, Mi2, ... Min. Eine gegebene
Mobilstation empfängt
ein Nutzsignal von seiner versorgenden Station, aber auch interferierende Signale,
die von Mobilstationen stammen, die von anderen Basisstationen versorgt
werden. Eine Verbindung zwischen einer Mobilstation Mi und ihrer
versorgenden Basisstation wird auch von den anderen Verbindungen zwischen
den anderen Mobilstationen ihrer Zelle und der versorgenden Basisstation
aufgrund der nicht perfekten Orthogonalität der übertragenen Abwärtssignale
beeinträchtigt
(Intrazellularinterferenz).
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Die
Erfindung geht von der Feststellung aus, dass man den Fall mehrerer
benachbarter Basisstationen auf den Fall mehrerer isolierter Basisstationen
zurückführen kann,
vorausgesetzt, dass man für
jede Mobilstation den Extrazellularinterferenzpegel abschätzen kann,
der von anderen Basisstationen als der versorgenden Basisstation
erzeugt wird.
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Der
gleiche Ansatz wie für
die Aufwärtsstrecken
kann angewandt werden. Die Gleichung (5) kann daher neu geschrieben
werden, indem N0 durch N0 + lext_downi ersetzt wird, wobei lext_downi
(das wir im vorliegenden Abschnitt lexti nennen) die Extrazellularinterferenz,
die von der Mobilstation Mi empfangen wird) ist:
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Ebenso
wie für
die Aufwärtsstrecken
besteht die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
im rekursiven Bestimmen des Extrazellularinterferenzpegels für jede Mobilstation.
Bei jedem Schritt nimmt man diese Pegel als bekannt an und leitet
man aus ihnen Signalleistungswerte Ptbf(i),i gemäß der Gleichung (6) ab. Dann verwendet
man diese Übertragungsleistungspegel,
um den Wert des von jeder Mobilstation empfangenen effektiven Interferenzpegels
zu bestimmen. Diese Schritte werde solange wiederholt, wie man zwischen
zwei aufeinander folgenden Interferenzpegeln, die von einer Mobilstation
empfangen werden, einen als übermäßig angesehenen
Unterschied beobachtet.
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6 veranschaulicht
das rekursive Bestimmungsverfahren des Extrazellularinterferenzpegels
für eine
Abwärtsstrecke.
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Das
Bestimmungsverfahren beginnt mit einem Initialisierungsschritt (20).
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Der
Gesamtleistungspegel PtBk jeder Basisstation wird zum Beispiel auf
den Leistungswert der gemeinsamen Signale PtcBk oder auf den Wert
einer vorangehenden Schätzung
initialisiert. Mit anderen Worten: ∀k, PtBk = PtcBk.
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Der
ursprüngliche
Extrazellularinterferenzpegel jeder Mobilstation wird dann abgeleitet:
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Es
wird zuvor ebenfalls eine Marge definiert, um die Präzision des
rekursiven Verfahrens zu parametrieren. Das Verringern dieser Marge
bewirkt das Erhöhen
der Wiederholungsfrequenz und verbessert die Präzision der Konvergenz. Der
Unterschied zwischen zwei Extrazellularinterferenzpegeln muss kleiner
als diese Marge gemacht werden. Der Unterschied zweier aufeinander
folgender Extrazellularinterferenzpegel wird auf zweimal diese Marge
initialisiert, so dass der anfängliche
Unterschied als eine Marge zu betrachten ist, die auf dem erforderlichen
Signal/Rausch-Verhältnispegel
genommen wird. Mit anderen Worten: ∀i, Deltai
= 2*Marge.
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Der
am Ende der Iteration erzielte Signal/Rausch-Verhältnispegel
liegt daher zwischen dem geforderten Signal mit Rauschen und diesem
Wert plus zweimal die Marge.
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In
einem ersten Schritt (21) führt man die Berechnung der
Leistungssteuerung gemäß dem Einzelzellenverfahren
für alle
Mobilstationen aus, die eine als übermäßig betrachtete Extrazellularinterferenzschätzung haben
(das heißt
Deltai > Marge). Dazu
verwendet man die Gleichung (6), indem man in der Formel (4) No durch
No + lext_downi ersetzt, wobei lext_downi (das wir im vorliegenden
Abschnitt lext_oldi nennen) der zuletzt bestimmte Extrazellularinterferenzpegel
ist. Mit anderen Worten kann der Schritt (21) wie folgt
zusammengefasst werden:
∀i,
wenn Deltai > Marge,
Berechnen von PtBi,f(i) gemäß (6).
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In
einem zweiten Schritt (
22) berechnet man zuerst die Gesamtsendeleistung
jeder Basisstation ausgehend von den Werten PtBf(i),i (und der gemeinsamen
Signale) und dann die neuen Extrazellularinterferenzpegel lext_newi
für alle
Mobilstationen ausgehend von den zuletzt berechneten Übertragungsleistungswerten PtMi.
Man erzielt danach den Schätzungsunterschied
als den Absolutwert des Logarithmus des Verhältnisses lext_newi/lext_oldi,
wobei lext_oldi der vorangehende Interferenzpegel ist. Wenn dieser
Unterschied die als vernünftig
betrachtete Marge überschreitet,
frischt man den Pegel lext_oldi auf den Wert lext_newi auf, und eine
neue Iteration wird für
diese Mobilstation ausgeführt.
Mit anderen Worten kann der Schritt (
22) wie folgt geschrieben
werden:
wobei
Fin ein Stoppflag ist.
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Die
erste Schleife (statische Kontrolle) stoppt, wenn alle Extrazellularinterferenzwerte
bis auf die Marge genau beständig
sind. Wenn die Variation zwischen zwei aufeinander folgenden Extrazellularinterferenzpegeln
einer beliebigen Mobilstation die Marge überschreitet (das heißt Fin =
0), wird die Schleife wiederholt. Dieser Stopptest ist in (23)
dargestellt.
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Es
ist anzumerken, dass die Komplexität des Algorithmus auch hier
eine Komplexität
in 0(N) ist.
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Wenn
sich die Charakteristiken des Systems im Laufe der Zeit weiterentwickeln,
wie zum Beispiel dann, wenn eine Mobilstation die Zelle wechselt
oder wenn die Verbindung unterbrochen/aufgebaut wird, ist es wünschenswert,
eine neue Bewertung der Extrazellularinterferenzpegel durchzuführen. Dieser
Nichtvariationstest der Charakteristiken des Systems ist in (24)
dargestellt. Wenn die Charakteristiken unverändert sind, endet der Algorithmus.
Anderenfalls wird die oben beschriebene Schleife (dynamische Simulation)
mit aktualisierten Parametern (f(i), SNRi, Gk,i) in (25)
wiederholt. Die Gesamtleistungspegel der zuletzt geschätzten Basisstationen
dienen dabei als Ausgangswerte für
die neue Schleife.
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Es
ist in dem zweiten oben beschriebenen Schritt möglich, Mindest- und Höchstwerte
der Gesamtübertragungsleistung
der Basisstationen zu berücksichtigen.
Das kann sehr einfach ausgeführt
werden, indem der Wert PtBk außerhalb
des Intervalls durch den Mindestwert respektive den Höchstwert
ersetzt wird.
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Es
ist ferner in dem zweiten oben beschriebenen Schritt möglich, Mindest-
und Höchstwerte
der dedizierten Übertragungsleistung
PtBk,i jeder Basisstation Bk zu einer Mobilstation Mi zu berücksichtigen.
Das kann sehr einfach ausgeführt
werden, indem der Wert PtBk,i außerhalb des Intervalls durch
den Mindestwert respektive den Höchstwert
ersetzt wird.
-
Ferner
kann das Leistungssteuerverfahren ein Netz unterstützen, das
im Soft-Weiterreichmodus
verwaltet wird.
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Für die Abwärtsstrecke
besteht der Soft-Weiterreichmodus darin, über eine Mobilstation das gleiche Signal
zu empfangen, das von verschiedenen Basisstationen gesendet wird.
Die empfangenen Signale, die für das
gleiche gesendete Signal repräsentativ
sind, können
rekombiniert werden, um die Kommunikationsqualität zu verbessern. Die Tatsache,
dass in der Abwärtsstrecke
der gleiche Empfänger
die verschiedenen Signale empfängt,
erlaubt eine klügere
Rekombination als bei der Aufwärtsstrecke,
nämlich
eine gewichtete Rekombination aller dieser Signale (auch Maximum
Ratio Combining-Technik genannt). Diese Rekombination wird vorteilhafterweise
in dem RAKE-Empfänger
der Mobilstation implementiert.
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Die
Eigenschaft der RAKE-Empfänger
besteht darin, dass das Signal/Rausch- Verhältnis
des rekombinierten Signals gleich der Summe der Signal/Rausch-Verhältnisse
der Signale ist, die für
die Rekombination verwendet werden.
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Wie
man sieht, erlegt das Berücksichtigen
dieser Auflage das Lösen
eines vom ersten geringfügig
unterschiedlichen Problems auf, nämlich:
wobei ASi die Größe der Einheit
der aktiven Basisstationen für
die Mobilstation Mi ist. Wenn man ferner annimmt, dass das Netz
die Gleichgewichtsfunktion der Leistung, die von den verschiedenen
Basisstationen, die in jedem Weiterreichen beteiligt sind, übertragen
wird, ausführen
kann, kann man neu schreiben:
-
Man
bemerkt, dass, auch wörtlich
ausgedrückt,
das Problem in seiner allgemeinsten Form nicht mehr linear ist (Summe
der Brüche,
die nicht den gleichen Nenner haben). Es kann jedoch gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung gelöst
werden, indem Folgendes angenommen wird: 1 〉〉 αSNRij
-
Das
läuft darauf
hinaus, zu sagen, dass der Übertragungskanal
hinsichtlich der Wahrung der Orthogonalität wenig störend ist oder auch dass der
verwendete Durchsatz ein niedriges erforderliches SNR fordert (aufgrund
des Ausbreitens des Spektrums). Man erzielt daher:
das heißt direkt
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Schließlich können die
Berechnungen der Leistungspegel für die Aufwärtsstrecke vereinfacht werden, wenn
man in der Gleichung (2) zum Schätzen
der Extrazellularinterferenz nur Beiträge der Basisstationen berücksichtigt,
die von der Mobilstation Mi am stärksten empfangen werden. In
dem Fall der Gleichung (2), kann man schreiben:
wobei E(i) die Einheit der
Basisstationen ist, die von der Mobilstation Mi am stärksten empfangen
werden. Die Beiträge
außerhalb
der Einheit E(i) werden als Null angenommen und greifen in der Berechnung
nicht ein.
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Anhang A
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Diese
Gleichungen können
neu formuliert werden:
-
Nun
werden die folgenden Quadratmatrizen N × N definiert:
-
Das
Lösen des
Gleichungssystems (10) entspricht dem Finden des Vektors P = (P
0, P
1, ..., P
N-1).
(D + A) ∘ P = L das heißt P = (D + A)–1 L wobei
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In
den meisten Fällen
kann (D + A) leicht wie folgt umgekehrt werden:
wobei
-
Wenn
man wie folgt definiert
wird die oben stehende Lösung auch
ausgedrückt
gemäß:
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Man
bemerkt, dass Li gleich ∀i
ist, was sich reduziert gemäß:
das heißt:
wobei Gi,k der Dämpfungsfaktor der Übertragung der mobilen Station Mi zur Basisstation Bk ist.
wobei PtcBk die von der Basisstation Bk auf dem gemeinsamen Kanal übertragene Leistung ist.
die von der mobilen Station Mi empfangene Gesamtleistung ist, No der Leistungspegel des Hintergrundrauschens ist, Gi,k der Dämpfungsfaktor der Strecke der Basisstation Bk zur mobilen Station Mi ist, und α ein Orthogonalitätsfaktor der von einer gleichen Basisstation gesendeten Signale ist.
