DE60203906T2

DE60203906T2 - Verfahren und gerät zur othogonalen kodeverwaltung in cdma systemen mittels intelligenter anennentechnologie

Info

Publication number: DE60203906T2
Application number: DE60203906T
Authority: DE
Inventors: Ashvin H. Chheda; Yiping Wang; Mehmet Yavuz
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: WO2003009576A2; CN1541493A; US6996056B2; CN1328926C; AU2002337473A1; BR0209762A; HK1070779A1; US20030114162A1; WO2003009576A8; EP1397929A2; EP1397929B1; DE60203906D1; WO2003009576B1; WO2003009576A3

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf die Zuordnung von orthogonalen Codes in einem Codemultiplex-Vielfachzugriff-Kommunikationssystem.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Die Bundes-Kommunikationskommission (FCC) regelt die Verwendung des Funkfrequenz- (RF-) Spektrums und entscheidet, welche Industrie bestimmte Frequenzen erhält. Weil das RF-Spektrum begrenzt ist, kann lediglich ein kleiner Teil des Spektrums jeder Industrie zugeteilt werden. Das zugeteilte Spektrum muss daher effizient genutzt werden, um es zu ermöglichen, dass so viele mobile Stationen wie möglich einen Zugang an das Spektrum haben.
Vielfachzugriff-Modulationstechniken sind einige der wirkungsvollsten Techniken zur Ausnutzung des RF-Spektrums. Beispiele derartiger Modulationstechniken schließen den Zeitvielfachzugriff (TDMA) den Frequenzvielfachzugriff (FDMA) und den Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) ein. Die CDMA-Modulation verwendet eine Spreizspektrum-Technik für die Übertragung von Information. Ein Spreizspektrumsystem verwendet eine Modulationstechnik, die das ausgesandte Material über ein breites Frequenzband aufspreizt. Dieses Frequenzband ist typischerweise beträchtlich breiter als die minimale Bandbreite, die für die Aussendung des Signals benötigt wird. Die Spreizspektrum-Technik wird durch Modulieren jedes auszusendenden Basisband-Datensignals mit einem eindeutigen Breitband-Spreizcode erreicht. Unter Verwendung dieser Technik kann ein Signal mit der Bandbreite von lediglich einigen wenigen Kilohertz über eine Bandbreite von mehr als einem Megahertz aufgespreizt werden.
Eine Form der Frequenz-Diversity wird beim Aufspreizen des ausgesandten Signals über einen breiten Frequenzbereich erreicht. Weil lediglich 200–300 kHz eines Signals typischerweise von einem frequenzselektiven Schwund betroffen sind, bleibt das verbleibende Spektrum des ausgesandten Signals unbeeinflusst. Ein Empfänger, der das Spreizspektrumsignal empfängt, wird daher weniger durch den Schwundzustand beeinflusst. Zusätzlich hat ein derartiges System eine gute Betriebsleistung in den Fällen, in denen eine Störung ein schmales Band belegt.
In einem Funktelefon-System vom CDMA-Typ werden mehrere Signale gleichzeitig über die gleiche Frequenzbandbreite ausgesandt. Ein bestimmter Empfänger stellt dann mit Hilfe eines eindeutigen Spreizcodes in dem Signal fest, welches Signal für diesen Empfänger bestimmt war. Die Signale in dieser Frequenzbandbreite erscheinen ohne den speziellen für den bestimmten Empfänger bestimmten Spreizcode als Rauschen für diesen Empfänger, und werden durch die Verarbeitungsverstärkung des Systems reduziert.
Weil Codemultiplex-Vielfachzugriff-Netzwerke ein System verwenden, bei dem alle Aussendungen in dem gleichen Frequenzband erfolgen, ist es gut bekannt, dass es wichtig ist, mit der niedrigstmöglichen Leistung zu senden, die die Zustellung eines Kommunikationssignals mit einem bestimmten Genauigkeitsgrad oder bestimmten Dienstgüte-Kriterien ermöglicht. Der Grund dafür, dass es wichtig ist, dass Basisstationen an die Mobilstationen mit einem minimalen Leistungspegel senden und dass auf der Rückwärtsstrecke Mobilstationen an die Basisstationen mit einer minimalen Leistungsmenge senden, besteht darin, dass jede Aussendung zu dem Rauschpegel für alle anderen Empfänger beiträgt. Zusätzlich steht, wenn die Leistung pro Mobilstation auf der Vorwärts-Übertragungsstrecke zu einem Minimum gemacht wird, mehr Leistung für andere Mobilstationen zur Verfügung, wodurch die Kapazität des Systems vergrößert wird. In ähnlicher Weise kann auf der Rückwärts-Verbindungsstrecke bei Verwendung einer geringeren Leistung abgesehen von den vorstehend erwähnten Vorteilen hinsichtlich der Störungen die Mobilstation ihre Batterielebensdauer und/oder den Sendebereich erweitern.
In CDMA-Systemen besteht das Netzwerk aus einer Vielzahl von Zellen. Jede Zelle kann weiterhin eine Vielzahl von Sektoren enthalten, in Abhängigkeit von dem Einsatz-Szenarium. Jeder Sektor wird von jedem der anderen Sektoren durch die Verwendung eines Pseudo-Zufallscodes unterschieden. In der IS2000/IS95-Version von CDMA sind diese Codes als PN-Sequenzen bekannt. In der UMTS-Version von CDMA werden Segmente von Gold-Codes von jedem Sektor verwendet, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Daher muss ein Benutzer, der versucht, Signale von einem bestimmten Sektor zu dekorrelieren, die passende Sequenz verwenden. Innerhalb jedes Sektors kann eine Vielzahl von Mobilstationen aktiv mit dem System kommunizieren. Mobilstationen innerhalb des gleichen Sektors werden voneinander durch die Verwendung von orthogonalen Codes unterschieden. Daher kann ein bestimmter Benutzer in einem Sektor sein Signal eindeutig von der Vielzahl von von diesem Sektor ausgesandten Signalen ableiten. In IS2000/IS95 sind diese orthogonalen Codes als Walsh-Codes bekannt. In UTMS-Systemen werden diese Codes durch eine Technik erzeugt, die als die OVSF- oder orthogonale variable Spreizfaktor-Technik bezeichnet wird, doch sind dies im Wesentlichen Walsh-Codes. Beispielsweise gibt es in IS2000 RC3-Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Netzwerken bis zu 64 Walsh-Codes, die zur Verwendung bei 9600 Bits/s verwendet werden können, um einen Kommunikationskanal für Benutzer zu schaffen, der mit dieser Rate arbeitet. In einem IS2000 RC4-CDMA-Netzwerk können jedoch bis zu 128 Walsh-Codes für 9600 Bits/s-Benutzer verwendet werden. Gemäß der Systemkonstruktion bilden diese Walsh-Codes den gesamten Pool von Codes, die entweder innerhalb einer Zelle oder innerhalb eines Sektors entsprechend der Systemkonstruktion verwendet werden können.
Diese orthogonalen Codes müssen jedoch auch für Zusatzkanäle verwendet werden. Zusätzlich verringert eine weiche Übergabe die Anzahl von orthogonalen Codes, die verfügbar sind, weil mehrere Codes für Mobilstationen zugeteilt werden müssen, die sich im Übergabevorgang befinden. Entsprechend beschränkt, obwohl 64 oder 128 Walsh-Codes pro Sektor oder Zelle in dem vorstehenden Beispiel zur Verfügung stehen, die Verwendung der Walsh-Codes für Zusatzkanal- und Bedingungen mit einer weichen Übergabe effektiv die Anzahl von Walsh-Codes, die für die Zuteilung zu Mobilstationen verfügbar sind, auf ungefähr 30 oder 60 Walsh-Codes, in Abhängigkeit davon, ob das System ein RC3- oder ein RC4-System ist.
Anders gesagt, begrenzt die begrenzte Anzahl von orthogonalen Codes die maximale Anzahl von gleichzeitigen Verkehrskanälen, die unterstützt werden können. In der Vergangenheit war die geringe Anzahl von orthogonalen Codes nicht der beschränkende Faktor für die Netzwerk-Kapazität. Vielmehr waren die oben genannten Leistungskontrollfragen typischerweise der überwiegende Faktor bei der Beschränkung eines Zugangs an ein Netzwerk. Es stehen jedoch nunmehr intelligente Antennen für die Verwendung in Codemultiplex-Vielfachzugriff-Kommunikationssystemen zur Verfügung.
Intelligente Antennen vergrößern die Leistungsblockierungsgrenze um einen großen Betrag aufgrund der intrinsischen Störunterdrückungseigenschaften, die mit intelligenten Antennen verbunden sind. Die Leistungsblockierungsgrenze ist eine Grenze, die von Systemkonstrukteuren festgelegt wird, bei der ankommende Anrufe blockiert werden, um sicherzustellen, dass der Leistungsverstärker der Basisstation nicht übersteuert wird und dass ein unstabiler System-Betriebspunkt-Schwellenwert nicht überschritten wird. Wenn mehr Benutzern ein Zugang an das System gestattet wird, muss Leistung auf der Vorwärts-Verbindungsstrecke oder der Abwärts-Verbindungsstrecke für jeden der Benutzer zugeteilt werden. Der Basisstations-Leistungsverstärker kann lediglich eine gewisse Ausgangsleistung verarbeiten, bevor er beschädigt wird. Zusätzlich wird, wenn es keine Grenze für die Ausgangsleistung geben würde und unter der Annahme, dass der Basisstations-Leistungsverstärker nicht ausbrennt, ein Punkt erreicht, an dem jeder Benutzer beginnt, mehr und mehr Leistung zu benötigen, um die Verbindungsqualtitäts-Forderungen zu erfüllen. Sobald dieser Punkt erreicht wird, könnte jeder Benutzer einzeln große Mengen an Leistung benötigen, um seine Verbindungsqualtität aufrechtzuerhalten. Wenn die Leistung diesen Benutzern gewährt wurde, würde dies ein großes Ausmaß an Störungen beitragen, wodurch die Leistungsvergrößerungsforderungen weiter angeheizt würden. Der Punkt, an dem diese unstabile Situation eintritt, wird in manchen Fällen als die asymptotische Kapazität bezeichnet. Daher entsteht der Eindruck, dass weil intelligente Antennentechnologien die pro Sektor für eine Mobilstation erforderliche Leistung um große Beträge verringern, dass viel mehr Mobilstationen in einem Sektor oder einer Zelle unterstützt werden können. Der Schwellenwert, der eine Funktion der Anzahl von Benutzern aufgrund der Leistungsblockierung ist, wurde beträchtlich vergrößert.
Weil der Leistungsblockierungs-Schwellenwert vergrößert wurde, wird die oben erläuterte orthogonale Code-Beschränkung zu dem beschränkenden Faktor. Weil die orthogonale Codeblockierung anstatt der Leistungsblockierung die Schwellenwertgrenze für die Kapazität eines Telekommunikationsnetzwerkes in zukünftigen Systemen sein wird, die intelligente Antennen verwenden, kann der Diensteanbieter zusätzliche Einkünfte erzielen, wenn die Netzwerk-Kapazität vergrößert werden kann. Weil es jedoch eine begrenzte Anzahl von orthogonalen Codes in dem System gibt (als Beispiel lediglich 64 orthogonale Walsh-Codes, die in einem RC3-System verwendet werden können, und 128 Walsh-Codes in einem RC4-System) können zusätzliche Codes nicht ohne weiteres geschaffen werden. Es sei bemerkt, dass die Anzahl der orthogonalen Codes dadurch vergrößert werden kann, dass die Datenrate jedes Nutzers in dem Sektor abgesenkt wird, doch ist dies für die Dienste der nächsten Generation keine gültige Option. Zusätzlich erfordern grundlegende Dienste, wie z. B. Sprache, eine bestimmte Betriebs-Datenrate, um eine gute Verbindungsqualtität sicherzustellen. Weiterhin gibt es bestimmte minimale Betriebsraten, die in den IS2000- und UMTS-Normen festgelegt sind.
Wie dies für den Fachmann bekannt ist, ist die Anzahl der vorhandenen orthogonalen Codes aufgrund ihrer eigentlichen Eigenart beschränkt, dass sie orthogonal sind. Es werden andere Lösungen in Betracht gezogen, um die Anzahl der Mobilstationen zu vergrößern, die in einem definierten Dienstebereich mit Diensten versorgt werden können. Eine Lösung besteht in der Definition einer Gruppe von quasi-orthogonalen Codes. Quasi-orthogonale Codes können die Anzahl von nutzbaren Codes dadurch vergrößern, dass eine Familie von Codegruppen mit bestimmten Eigenschaften geschaffen wird. Die von der gleichen Familie verwendeten Codes würden vollständig orthogonal zueinander sein, doch würden die von getrennten Familien verwendeten Codes in gewisser Weise orthogonal sein, und als ein Ergebnis würden sie etwas weniger Störungen zueinander liefern. Als Ergebnis ergibt die Verwendung von quasi-orthogonalen Codes nur einen Gewinn in festen drahtlosen Zugangssystemen, bei denen sich keine Mobilität oder ein Ortswechsel der drahtlosen Endgeräte ergibt. Zusätzlich kann lediglich eine begrenzte Anzahl von quasi-orthogonalen Codes verwendet werden. Dies ergibt sich daraus, dass die große Anzahl von Benutzern, die die regelmäßigen orthogonalen Codes von einer Familie verwenden, sehr starke Störungen für die wenigen Benutzer hervorruft, die die quasi-orthogonalen Codes von einer anderen Familie verwenden, und dies führt dazu, dass sie mit sehr hohen Leistungen senden. Dies kann zu einer schlechten Sprachqualität für einige der Benutzer führen, insbesondere für Benutzer, die sich näher am Rand einer Zelle befinden, wo sie ohnehin bereits näher an ihrer oberen Leistungsgrenze arbeiten würden, und dies würde schließlich die oben erwähnte Leistungsblockierungs grenze verringern. Weiterhin benötigt jede Gruppe von quasi-orthogonalen Funktionen ihren eigenen Pilot-Kanal für eine optimale Betriebsleistung, wodurch eine zusätzliche Zusatzleistung verwendet wird. Aus diesen und anderen Gründen ist die Verwendung von quasi-orthogonalen Codes problematisch und verringert die Netzwerk-Zuverlässigkeit. Schließlich sei erwähnt, dass die UTMS-Norm die Verwendung von quasi-orthogonalen Funktionen nicht erlaubt. Derzeit erlaubt lediglich die IS2000-Norm ihre Verwendung.
Was benötigt wird, ist daher eine Möglichkeit zur Vergrößerung der Kapazität eines Codemultiplex-Vielfachzugriff-Netzwerkes und insbesondere eine Vergrößerung der Anzahl von Kommunikationskanälen trotz der Beschränkung der Anzahl von orthogonalen Codes, die zur Verwendung durch ein mobiles Endgerät verfügbar sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, das bzw. die die Netzwerk-Kapazität durch eine Wiederverwendung von orthogonalen Codes pro Sektor vergrößert, um zusätzliche Kommunikationskanäle in einer Weise zu schaffen, die die Wahrscheinlichkeit von Störungen oder „Kollisionen" zwischen zwei Mobilstationen zu einem Minimum macht, die den gleichen orthogonalen Code für ihre Kommunikationskanäle innerhalb des gleichen Sektors verwenden. Es sollte verständlich sein, dass Benutzer in unterschiedlichen Sektoren die gleiche Familie von orthogonalen Codes verwenden. Die Tatsache, dass jeder Sektor eine unterschiedliche PN-Sequenz verwendet, führt jedoch zu Störungen zwischen Sektoren. Daher ist ein Versuch, die Verwendung von orthogonalen Codes zwischen den Sektoren zu koordinieren, zwecklos und würde weiter in schwerwiegender Weise die Codes beschränken. In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden intelligente (Strahlformungs-) Antennen verwendet, um ihre Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendeenergie in Richtung auf den Benutzer zu fokussieren. Entsprechend können durch Überwachen der Richtung oder des Winkels des Eintreffens der Sendeenergie und weiterhin durch Studieren der Charakteristiken der Seitenkeulen für derartige Aussendungen orthogonale Codes zu Mobilstationen zugeordnet werden, wobei die primären fokussierten Sendestrahlen sowie die Seitenkeulen dieser Sendestrahlen die Sendestrahlen anderer Mobilstationen, die den gleichen orthogonalen Code wiederverwenden, nicht stören (oder wobei der Pegel der Störung mit größter Wahrscheinlichkeit minimal ist). Weil das vorliegende System die Verwendung von orthogonalen Codes durch mehrere Mobilstationen erleichtert, wird die Netzwerk-Kapazität vergrößert.
Ein wichtiges Ziel des Systems, bei dem orthogonale Codes von mehr als einer Mobilstation verwendet werden, besteht in der Zuteilung der Codes in einer derartigen Weise, dass die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen vermieden oder zu einem Minimum gemacht wird. Eine Kollision tritt ein, wenn eine Mobilstation die Kommunikationssignale empfängt, die für eine andere Mobilstation bestimmt waren die den gleichen orthogonalen Code/den gleichen Kommunikationskanal und die gleiche Spreizsequenz verwendet, das heißt Benutzer innerhalb des gleichen Sektors, die den gleichen orthogonalen Code wiederverwenden. Somit besteht ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung darin, zu identifizieren, wie in geeigneter Weise Codes, die von mehr als einer Mobilstation verwendet werden, zur Wiederverwendung in einem bestimmten Sektor ausgewählt werden.
Die vorliegende Erfindung schließt eine Zelle ein, die in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilt ist, von denen jeder viele Betriebseigenschaften einer Zelle annimmt. Entsprechend durchläuft eine Mobilstation, die von einem Sektor zu einem anderen übergeht, sogar ein weiches Übergabeverfahren. In diesem Schema ist jeder Sektor, der einen Satz von orthogonalen Codes hat, in eine Anzahl von Zonen unterteilt. Entsprechend wird ein orthogonaler Code üblicherweise nicht zu einer anderen Mobilstation in irgendeiner Zone neu zugeteilt, in der die primäre Sendeenergie fokussiert ist, oder in irgendeiner Zone, die erhebliche Sendeenergie von einer Nebenkeule enthält. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können jedoch orthogonale Codes für die Auswahl durch Benutzer innerhalb der gleichen Zelle (Rundzelle) oder den gleichen Sektor einer Mehrsektor-Zelle für Benutzer in Betracht gezogen werden, die mit einer unterschiedlichen Frequenz in einem Mehrträger-CDMA-Netzwerk arbeiten. Zusätzlich werden verschiedene Kriterien, wie sie hier beschrieben werden, analysiert, um festzustellen, welche der verbleibenden Zonen die besten sind, um einen orthogonalen Code für die Zuteilung zu einem anderen Benutzer auszuwählen.
Durch Auswählen von Kriterien, wie z. B. der möglichen Störung zwischen Zonen, die die gleichen orthogonalen Codes wiederverwenden, der Winkeltrennung zwischen einer Mobilstation, die für eine Wiederverwendung dieses orthogonalen Codes ausgewertet wird (Geber) und der Mobilstation, der der wiederverwendete orthogonale Code zugeteilt wird (Nehmer) der orthogonalen Codes, die in jeder Zone verwendet werden, der verschiedenen Bewegungsparameter des Gebers, wie z. B. Geschwindigkeit, Richtung und Position, und anderer Faktoren, unter Einschluss der Rahmenfehlerrate und der Leistung wählt das vorliegende System somit einen orthogonalen Code aus, der für die Zuordnung zu der nehmenden Mobilstation optimal ist.
Für jeden Benutzer in einem Sektor wird die folgende Information geführt (unter der Annahme, dass die verschiedenen Algorithmen/Merkmale, die zur Gewinnung einer derartigen Information erforderlich sind, realisiert sind), und sie wird zur Erzeugung von Wertigkeiten verwendet. Diese Informationen schließen Folgendes ein: die Entfernung von einem Sektorstandort-Mittelpunkt, die Geschwindigkeit der Mobilstation, die Richtung der Mobilstation, die Verbindungs-Datenrate, den Verbindungstyp, die Dauer der Verbindung und die erwartete Dauer der Verbindung, die derzeitige Rahmenfehlerrate des Benutzers verglichen mit seiner erwarteten Betriebs-Rahmenfehlerrate, die derzeit von dem Benutzer verwendete Leistung verglichen mit seiner oberen Leistungsgrenze, den Übergabezustand, den Winkel des Einfalls des Benutzers, die Feststellung, ob der dem Benutzer zugeteilte Walsh-Code bereits von einer anderen Zone innerhalb des gleichen Sektors verwendet wird (und von wievielen), und die Feststellung, ob der Benutzer einen schmalen Strahl verwendet, sowie der Eigenschaften eines derartigen schmalen Strahls (weil unterschiedliche Benutzer unterschiedliche Strahlen verwenden können). Diese Information kann an der Basisstations-Steuerung oder an den einzelnen Basisstationen gespeichert werden. In manchen Fällen kann es aufgrund der offenen Schnittstellen-Art zwischen den verschiedenen Verbindungsknoten in einem Netzwerk zu bevorzugen sein, dass diese Information an der Basisstation gespeichert wird. Sobald das System festgestellt hat, dass eine Notwendigkeit besteht, orthogonale Codes wiederzuverwenden, um die Anforderungen an die Durchsatzkapazität zu erfüllen und das System feststellt, welche Zonen zur Verfügung stehen, von denen ein orthogonaler Code für einen bestimmten Benutzer bezüglich der Position des Nehmers geborgt werden kann, wird eine Liste von Kandidaten-Orthogonalcodes, die von anderen Endgeräten in dem gleichen Sektor verwendet werden, erzeugt oder aus denjenigen Zonen ausgewertet, die nicht aus einer Betrachtung ausgeschlossen wurden. Die auszuwertenden Codes können von Benutzern innerhalb des gleichen Frequenzbandes oder von Benutzern innerhalb eines anderen Frequenzbandes kommen, wenn das spezielle Netzwerk oder der Sektor mehrere Träger verwendet. Die speziellen Geber-Faktoren, die als Teil der Feststellung der optimalen Codes für die Zuordnung zu anderen Mobilstationen bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ausgewertet und bewertet werden, schließen die Feststellung, ob ein orthogonaler Code von einer festen „nicht beweglichen" Mobilstation mit drahtlosem Zugriff verwendet wird, und ob eine Mobilstation nicht ortsfeste drahtlose Station ist, ein, wobei deren Geschwindigkeit bestimmt wird. Zusätzlich sind, wie dies hier noch mit weiteren Einzelheiten erläutert wird, die Richtung, in der sich die Mobilstation bewegt, ihre Position, von der aus die Entfernung von dem Zellenstandort-Mittelpunkt und dem Einfallwinkel bekannt oder berechnet werden, die Frage, ob dies ein Daten- oder Sprache-Benutzer ist, ob die Mobilstation Daten sendet, die Datenrate und die Charakteristik der Daten (beispielsweise burstartige Daten gegenüber Videoströmen (kontinuierlich)), die Dauer der Verbindung und die erwartete Dauer der Verbindung auf der Grundlage der Art der Verbindung, die Rahmenfehlerrate für die Mobilstation und ihre Beziehung zu dem erwarteten Rahmenfehlerraten-Zielwert, die derzeitige Vorwärtsverbindungsstrecken-Leistung, die an die Mobilstation ausgesandt wird, und ihre Beziehung zu einer vordefinierten oberen Grenze der Leistung, die für diesen bestimmten Benutzer zugelassen wird, die Mobilstations-Störung in der derzeitigen Zone (von der der Code ausgewählt wird) bezogen auf die Position der Mobilstation in der Mobilstations-Zone, die den Code benötigt, die Korrelation zwischen der Zeit und der Geschwindigkeit, die Frage, ob eine Hysterese für eine bestimmte Mobilstation aufgrund von weichen oder harten Übergaben wirksam ist, die diese Mobilstation in der letzten Zeit durchlaufen hat, wie oft der Kandidaten-Orthogonalcode derzeit erneut verwendet wird und andere Faktoren von Bedeutung.
Ein Beispiel eines weiteren Faktors könnte eine Umsetzung zwischen der Verbindungsdauer bezogen auf die Bewegung oder einen Geschwindigkeitssektors des Benutzers sein. Beispielsweise wird in vielen Fällen erwartet, dass eine Mobilstation, die sich bewegt, Unterhaltungen mit kürzerer Dauer hat, als die Mobilstation, die aus Gründen, die die Sicherheit und Legalität einschließen, stationär sind.
Das Verfahren zur Zuteilung von orthogonalen Codes in CDMA-Netzwerken schließt den Schritt der Feststellung ein, ob eine Notwendigkeit zur Wiederverwendung eines Codes innerhalb eines definierten Zellen-/Sektor-Gebietes besteht. Dieser Feststellungsschritt schließt weiterhin den Schritt der Feststellung ein, ob eine Notwendigkeit zur Wiederbenutzung eines Codes aufgrund einer bevorstehenden Kollision zwischen einem wiederverwendeten Code und einer anderen Mobilstation besteht, die den gleichen Code in dem gleichen Sektor verwendet. Sobald die Codes wiederverwendet werden, wird die Kollisionsdetektion ein wichtiger Gesichtspunkt des Algorithmus. Wenn man zulässt, dass die Kollision erfolgt, so erleiden beide Benutzer, die die Walsh-Codes wiederverwenden, eine Verbindungs-Beeinträchtigung. Bei der Feststellung der Kollision kann das System eine der Verbindungen auf einem anderen Walsh-Code über eine harte Übergabe auf die gleiche Frequenz und den gleichen Sektor, jedoch mit einem anderen Verkehrskanal-Walsh-Code oder Walsh-Codes verweisen. Zusätzlich kann, wenn es mehrere in einem derartigen System verwendete Träger gibt, die harte Übergabe auch zu einem unterschiedlichen Frequenzband erfolgen, wenn es einen verfügbaren orthogonalen Code in dem oder den anderen Frequenzbändern gibt. Wenn zu diesem Zeitpunkt Walsh-Codes zur Verfügung stehen, so kann der Verbindung, von der erwartet wird, dass sie länger auf dem System verbleibt, der neue Code zugeteilt werden. Wenn ein anderer Code wiederverwendet werden muss, so werden die Codes für beide Benutzer unter Verwendung des vorstehenden Schrittes 1 und 2 bestimmt, und der Benutzer, der einen wiederverwendbaren Code mit der höheren Wertigkeit hat, durchläuft die harte Übergabe.
In einem System, das mehrere Träger beinhaltet, würden Benutzer wahrscheinlich einem Frequenzband unter Verwendung irgendeiner Art von Mehrträger-Verkehrszuteilungsalgorithmus zugeteilt. Sobald die Walsh-Codes aller nutzbaren Frequenzbänder innerhalb des Sektors erschöpft sind, kann der Wiederverwendungs-Algorithmus für orthogonalen Code eingreifen, um geeignete Kandidaten für die Code-Wiederverwendung zu bestimmen. Wenn Benutzer ihre Verbindungen innerhalb unterschiedlicher Frequenzbänder beenden, so können orthogonale Codes wieder frei werden, und es ist daher für jeden Mehrträger-Verkehrszuteilungs-Algorithmus wichtig, dass er modifiziert werden kann, um diesen orthogonalen Code-Wiederverwendungs-Algorithmus einzuschließen. Daher sollte der orthogonale Code-Wiederverwendungs-Algorithmus die verschiedenen Auslösemerkmale für Benutzer in allen nutzbaren Frequenzbändern innerhalb des gleichen Sektors einschließen.
Die Kollisionsdetektion kann eine Teilmenge der vorstehend beschriebenen Eigenschaften verwenden. Die wichtigste hiervon würde die Beobachtung sein, wann die gemessene Rahmenfehlerrate der Verbindung die Ziel-Rahmenfehlerrate um einen vorgegebenen Schwellenwert für eine festgelegte vorgegebene Zeitperiode übersteigt. Wenn sich die Entfernung zwischen Benutzern verringert, entweder weil sie sich in der gleichen Richtung oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen oder sich näher an den Sektorstandort-Mittelpunkt bewegen, so können geeignete Schwellenwerte definiert werden, um eine harte Übergabe auszulösen. Schließlich können, wenn sich die Benutzer in Zonen bewegen, die keine Zonen-Komplement-Paare sind und die tatsächlich schlechte Störeigenschaften aufweisen, die passenden Schwellenwerte ausgelöst werden.
Als eine Alternative zu einer harten Übergabe, und wenn es verfügbare Freiheitsgrade gibt, kann die intelligente Antenne der zwei Benutzer getrennt so eingestellt werden, dass Nullstellen in der Winkelposition der jeweiligen anderen Mobilstation angeordnet werden. Dies ist jedoch schwierig durchzuführen, weil die Benutzer sich bewegen und außerdem mit anderen Benutzern in dem Sektor in Wechselwirkung stehen.
Daher schließen die Arten von Datenpunkten, die ausgewertet werden, die Analyse, ob sich die Rahmenfehlerrate vergrößert, und, wenn dies der Fall ist, die Beobachtung von entweder der Anstiegsgeschwindigkeit oder des Erreichens eines festgelegten Schwellenwertes, die Auswertung der Änderungsgeschwindigkeit der Vorwärts-Verbindungsstrecken-Verkehrssendeleistung, die Beobachtung einer Änderung der Geschwindigkeit, beispielsweise einer erheblichen Änderung der Geschwindigkeit, die Beobachtung einer Änderung der Richtung in einer Richtung, die nahelegt, dass die zwei Mobilstationen mit dem gleichen Code in sich gegenseitig störenden Sektorzonen enden können, die Beobachtung einer Übergabe, die zu einer nicht-kompatiblen Zone erfolgt, die Beobachtung, dass sich die Mobilstation in Richtung auf einen Zellen-Mittelpunkt bewegt, oder die Beobachtung, dass die Signalqualität unter einen festgelegten Schwellenwert abgesunken ist, ein.
Wie dies zu erkennen ist, schließt die vorliegende Erfindung einen Prozess ein, der allgemein versucht, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision oder einer Störung zwischen zwei Mobilstationen zu einem Minimum zu machen, denen der gleiche orthogonale Code zugeteilt wurde. Somit sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, das versucht, eine Auswahl zu treffen, die die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten Kollision zu einem Minimum macht. Die Erfindung schließt somit auch die kontinuierliche Überwachung der Mobilstationen mit dem gleichen Code ein, um festzustellen, ob die Wahrscheinlichkeiten einer Kollision für einen oder mehrere einer Vielzahl von Faktoren ansteigen. In dem Fall, dass eine gewisse Wahrscheinlichkeit einer Kollision einen festgelegten Schwellenwert erreicht, schließt die Erfindung die Neuzuteilung einer der Mobilstationen mit dem wiederverwendeten orthogonalen Code zu einem wiederverwendeten (falls erforderlich) orthogonalen Code ein, der eine niedrigere Wahrscheinlichkeit aufweist, dass eine Kollision auftritt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein typisches CDMA-Sendesystem zur Verwendung auf dem Vorwärtskanal von einem Basisstations-Sendeempfänger-System (BTS) zu einer CDMA-Mobilstation;
2 ist eine Erläuterung einer Zelle innerhalb eines Kommunikationsnetzwerkes, in dem sich eine Vielzahl von Mobilstationen in Kommunikation mit einem Basisstations-Sendeempfänger-System befindet, wobei sich jede in einer definierten Zone befindet;
Die 3A, 3B und 3C sind Erläuterungen, die einen ersten Schritt in der Identifikation eines Orthogonalcodes zeigen, der von einer neuen Mobilstation wiederverwendet wird,
4 zeigt ein Verfahren zur Auswahl einer Geber-Mobilstation, deren Orthogonalcode wiederverwendet und einer Mobilstation zugeordnet werden soll, die einen Kommunikationskanal benötigt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Auswahl einer Geber-Mobilstation zeigt, deren Code gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wiederverwendet werden soll;
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Feststellung erläutert, ob eine Kollision zwischen zwei Mobilstationen, die den gleichen Kommunikationskanal (Orthogonalcode) verwenden, bevorsteht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
7 ist ein funktionelles Blockschaltbild eines Basisstations-Sendeempfänger-Systems, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Ein begrenzter Satz von orthogonalen Walsh-Codes ist zur Verwendung in typischen Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Netzwerken verfügbar. Um die Kapazität zu vergrößern, wurden Zellen in Sektoren unterteilt, um es zu ermöglichen, dass der begrenzte Satz von orthogonalen Walsh-Codes in dem Zellensektor erneut verwendet werden kann. Beispielsweise ist in der internationalen Veröffentlichung WO99/60809 eine Zelle gezeigt, die in drei Zellensektoren unterteilt ist, von denen jeder den begrenzten Satz von orthogonalen Walsh-Codes verwendet. Die Verwendung von adaptiven Antennenfeldern gemäß dieser Druckschrift ermöglicht es, den geografischen Bereich zu begrenzen, in den eine Aussendung abgestrahlt wird, um die Zellenabschnitte zu definieren und um mehrfache Codesätze, einen pro Zellenabschnitt oder Zellensektor, zu verwenden.
Ein Problem, von dem erkannt wurde, dass es bei in Sektoren unterteilten Zellen auftritt, und dem begegnet wurde, ist in der europäischen Patentanmeldung EP 1 026 911 A2 beschrieben. Die EP-Druckschrift beschreibt, dass der Flankenabfall des Antennenstrahlungsdiagramms Störungen zwischen Benutzern in benachbarten Zellensektoren hervorrufen kann (die den gleichen Code von den unterschiedlichen Codesätzen in den benachbarten Zellensektoren verwenden). Entsprechend sieht die Druckschrift die Ausbildung einer Vielzahl von sich gegenseitig ausschließenden Codesätzen aus der Gruppe von verfügbaren Codes und die Zuordnung von Codes von den sich gegenseitig ausschließenden Codesätzen entsprechend der Position einer Mobilstation (Sektor-Mittelpunkt oder Sektor-Randbereich) vor. Entsprechend ergeben Nebenkeulen (Strahlungsdiagramm-Abfallflanken) in dem benachbarten Zellengebiet keine Störung mit Benutzern in dem benachbarten Gebiet hervor. Somit tritt selbst bei in Sektoren unterteilten Zellen eine Störung zwischen Benutzern auf, die sich in unterschiedlichen Sektoren befinden, denen jedoch der gleiche Walsh-Code zugeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung befasst sich allgemein mit einem anderen Problem, als das, das in den vorstehend genannten PCT- und EP-Druckschriften genannt wurde. Speziell befasst sich die vorliegende Erfindung mit dem Problem einer mangelnden Verfügbarkeit von Codes (weil alle möglichen Codes in einem einzigen Zellengebiet (entweder einem Zellensektor oder einer Rundstrahl- (nicht geteilten) Zelle) zugeteilt wurden). Um eine Diensteverweigerung zu vermeiden, sieht die vorliegende Anmeldung die Zuordnung eines Codes zu einer Vielzahl von Benutzern innerhalb des Zellensektors oder der Rundstrahlzelle vor. Keine der vorstehend genannten PCT- und EP-Druckschriften sieht die Zuordnung eines Codes von einem Codesatz zu mehrfachen Benutzern innerhalb eines aneinander angrenzenden Zellengebietes (ungeteilte Rundstrahlzelle oder Zellensektor) vor. Um die Wahrscheinlich einer Kollision zu einem Minimum zu machen, wird ein Algorithmus (Verfahren) zur Feststellung befolgt, welcher Code von allen den zugeteilten Codes einem zweiten Benutzer zugeteilt werden sollte. Die Mobilstation, der der ausgewählte Code ursprünglich zugeordnet war, wird hier als der Geber bezeichnet. Das Verfahren schließt weitherhin die Auswertung der Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen den Benutzern ein, die den gleichen Code verwenden, sowie die Zuteilung eines neuen Codes, falls erforderlich, um die Kollision zu vermeiden.
Der Algorithmus oder das Verfahren schließt die Unterteilung eines Gebietes, das von einem Codesatz (beispielsweise in einer Rundstrahlzelle) versorgt wird, in eine Vielzahl von Zonen ein. Die Zonen werden allgemein für die Logik verwendet, die der Verwaltung der Zuteilung von Codes innerhalb des Gebietes zugeordnet ist, der von dem einen Code versorgt wird. Das Verfahren sieht somit die Auswertung von Zonen-Beziehungen zwischen einer Mobilstation, die einen Code benötigt, und jedem der Kandidaten-Mobilstationen (Kandidaten-Geber) vor, um festzustellen, welcher Kandidaten-Geber ausgewählt werden sollte, damit sein Code der Mobilstation zugeteilt wird, die ebenfalls einen Code benötigt. Diese Lösung ermöglicht weiterhin eine erhebliche Vergrößerung der Kapazität durch dynamisches Zuteilen und Wiederverwenden von Walsh-Codes auf der Grundlage von Wahrscheinlichkeits-Feststellungen auf der Grundlage von Benutzercharakteristiken (Geschwindigkeit, Position, usw.), anstatt durch geografische (statische) Unterscheidungen.
1 zeigt ein typisches IS95/IS2000-CDMA-Sendersystem zur Verwendung auf dem Vorwärtskanal von einem Basisstations-Sendeempfänger-System (BTS) zu einer CDMA-Mobilstation. Die UMTS-Norm hat ebenfalls ihr eigenes unterschiedliches Sendersystem zur Verwendung auf dem Abwärtsstrecken- (Vorwärtsverbindungsstrecken-) Kanal; grundlegend sind die zwei Systeme jedoch Spreizspektrum-Technologien, die sich den gleichen Orthogonalcode-Fragen gegenübersehen. Ein Codierer 104 erzeugt ein digitales Basisbandsignal durch Codieren eines digitalisierten Signals, das einen Analog-Sprache- oder Digitaldaten-Dienst darstellt. Der Codierer 104 nimmt Datenbits an und erzeugt Codesymbole an einem Ausgang. Für jeden Taktzyklus wird ein neues Datenbit in ein Register des Codierers 104 verschoben. Bei CDMA weist das Schieberegister typischerweise eine Länge von 8 auf. Während jedes Datenbit hineinverschoben wird, werden die anderen 7 vorhergehenden Werte um eine Position verschoben, und der älteste Wert wird herausverschoben. Einige der verschiedenen Eingänge eines Codierers in dem Schieberegister werden in einer bestimmten Weise (Modulo 2) addiert, um zwei oder mehr abgehende Symbole für jeden Taktzyklus zu erzeugen. Weil die für jeden Taktzyklus erzeugten neuen Symbole von den Werten der neuen Bits abgeleitet werden, die eingegeben werden, kann ein bestimmter Grad der Vorhersagbarkeit realisiert werden. Die Ausgangssymbole des Codierers 104 werden dann einem Blockverschachteler 106 zugeführt. Der Blockverschachteler 106 dient zur Erzeugung einer Matrix von Symbolen, bei denen jede Matrix die gesamte Information innerhalb eines definierten Intervalls darstellt. Beispielsweise können in einer Ausführungsform 384 Modulationssymbole in eine Matrix mit einer Rate von 19200 Symbolen pro Sekunde eingegeben werden. Die Matrix wird dann neu angeordnet, um eine Ausgangsmatrix zu erzeugen, um die Daten zu dekorrelieren und um benachbarte Symbole zeitlich zu trennen.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Effekte von burstartigen Fehlern verringert werden, weil die Folge von Daten dekorreliert wurde, und weil Information, die durch den burstartigen Fehler vernichtet wurde, möglicherweise bei der Decodierung zurückgewonnen werden kann. Weiterhin werden bei manchen Ausführungsformen Daten mit einer niedrigeren Übertragungsrate wiederholt. Hier sind die eine niedrigere Rate aufweisenden wiederholten Symbole ebenfalls voneinander getrennt, wodurch die Überlebensfähigkeit von Symbolen gegenüber Signalbitfehlern vergrößert wird. Zusätzlich wird aus Gründen, die außerhalb dieser Anmeldung liegen, die Datenmatrix, die von dem Blockverschachteler 106 abgegeben wird, geringfügig dadurch modifiziert, dass definierte Leistungssteuerbits anstelle verschiedener Datensymbole eingefügt werden.
Die Leistungssteuerbits werden zu Leistungssteuerzwecken zur Optimierung der Netzwerk-Effektivität verwendet. Jedes Symbol, das von dem Multiplexer 108 abgegeben wird, wird einem Demultiplexer 113 zugeführt, der die Eingangsbits abwechselnd zu einem gleichphasigen Zweig 115 und einem Quadratur-Zweig 117 leitet. Jedes Symbol, das von dem Demultiplexer 113 abgegeben wird, wird einer EXKLUSIV-ODER-Funktion mit einer zugeordneten Walsh-Funktion unterworfen. Die Walsh-Funktion ist diejenige, die in einem CDMA-Kontext die orthogonalen Kanäle der Kommunikation erzeugt.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist zu erkennen, dass ein Generator 110 für lange PN-Codes lange Pseudozufallszahl- (PN-) Folgen erzeugt, um benutzerspezifische Folgen von Symbolen zu erzeugen. Die Orthogonalcode-Spreizsymbole von dem Kombinierer 112 werden dann in Quadratur aufgespreizt. Die Symbole werden zwei EXKLUSIV-ODER-Kombinierern zugeführt, um ein Paar von kurzen PN-Folgen zu erzeugen. Der erste Kombinierer führt eine EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Orthogonalcode-Spreizsymbole auf dem gleichphasigen Zweig 115 mit der Endphasen-Folge aus, während der zweite Kombinierer eine EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der Orthogonalcode-Spreizsymbole auf dem Zweig 117 mit den Quadraturphasen- (I-) und (Q-) Folgen ausführt. Die I- und Q-Folgen werden dann einem PN-Prozessor 114 zugeführt, der seinerseits die abschließenden gleichphasigen und Quadratur-Chipfolgen für die Aussendung erzeugt.
Die resultierenden I- und Q-Kanalcode-Spreizfolgen werden zur Biphasenmodulation eines Quadratur-Paares von Sinussignalen verwendet, indem der Leistungspegel des Paares von Sinussignalen angesteuert wird. Die sinusförmigen Ausgangssignale werden dann zur Aussendung von einer Antenne verarbeitet.
2 ist eine Erläuterung einer Rundstrahl-Zelle innerhalb eines Kommunikationsnetzwerkes, in dem eine Vielzahl von Mobilstationen in Kommunikation mit einem Basisstations-Sendeempfänger-System steht, wobei sich die Mobilstationen jeweils in einer definierten Zone befinden. Unter Bezugnahme auf 2 ist zu erkennen, dass eine allgemein bei 200 gezeigte Zelle ein Basisstations-Sendeempfänger-System (BTS) 204 einschließt, das mit Mobilstationen in Kommunikation steht, die ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs-Schema verwenden, bei dem die Kommunikationskanäle zwischen dem BTS und jeder Mobilstation durch einen einer Gruppe von orthogonalen Codes erzeugt wird.
Für die Zwecke dieser Erläuterung ist die Zelle in 2 eine Rundstrahlzelle. Das heißt, es gibt eine Basisstation, die das Gebiet abdeckt, und es wird eine PN-Folge (falls eine IS95/IS2000-Zelle) verwendet. Die folgende Beschreibung kann auch auf eine Drei-Sektoren- oder N-Sektoren-Zelle bezogen werden, weil jeder Sektor innerhalb der Zelle unabhängig von einem anderen betrachtet werden kann, tatsächlich als getrennte Zellen bezüglich der nachfolgenden Beschreibung, als ob sie alle getrennte PN-Folgen und möglicherweise getrennte Antennenfelder und Hardware-Elemente innerhalb einer oder mehrfachen Basisstation verwenden würden. Für die Zwecke dieses Beispiels erfolgt die Erläuterung daher hinsichtlich einer Rundstrahlzelle, bei der Zellensektoren nicht definiert sind. In einem Netzwerk, in dem jede Zelle in Sektoren unterteilt ist, und in dem jeder Sektor seinen eigenen Satz von Orthogonalcodes zugeteilt bekommen hat, gelten die vorliegenden Beispiele genauso gut in einem Sektor, in dem Zonen definiert sind.
Wie dies zu erkennen ist, befindet sich jede Mobilstation innerhalb einer definierten Zone, oder sie befindet sich an der Grenze zwischen zwei Zellenzonen. Beispielsweise befindet sich eine Mobilstation 208 innerhalb der Zone 1 und bewegt sich in der allgemein mit 210 bezeichneten Richtung. Eine zweite Mobilstation 212 bewegt sich in einer Richtung 214 innerhalb der Zone 3. Eine dritte Mobilstation 216 bewegt sich in einer Richtung 218 innerhalb der Zone 4, wobei die Richtung 218 angenähert auf den Mittelpunkt der Zelle 200 gerichtet ist. Eine vierte Mobilstation 216 bewegt sich in einer Richtung, die allgemein bei 218 innerhalb der Zone 6 gezeigt ist.
Ein fünfter Benutzer, der allgemein bei 220 gezeigt ist, befindet sich außerhalb der Reichweite der Zelle 200, bewegt sich jedoch in einer Richtung 222 in die Zone der Rundstrahlzelle hinein. Entsprechend erfolgt, wenn die Mobilstation 220 sich in die Rundstrahlzelle 200 bewegt, eine Übergabe von einem anderen BTS zu dem BTS 204. Damit die Übergabe erfolgen kann, muss das BTS 204 einen Orthogonalcode der Mobilstation 220 zuteilen, um den Kommunikationskanal zwischen dem BTS und der Mobilstation 220 zu schaffen.
Ein sechster Benutzer, der allgemein bei 224 gezeigt ist, ist innerhalb der Zone 11 gezeigt und ist stationär. Ein siebter Benutzer, der allgemein bei 226 gezeigt ist, bewegt sich in einer bei 228 gezeigten Richtung und befindet sich angenähert auf der Grenze zwischen den Zonen 13 und 14. Entsprechend erfolgt eine harte Übergabe für die Mobilstation 226, während sie sich von einer Zone zu einer anderen bewegt, wodurch es erforderlich wird, dass das BTS 204 einen neuen Kommunikationskanal bei dem gleichen oder einem anderen Frequenzband zuteilt, wenn der derzeitige Kommunikationskanal (Orthogonalcode) nicht innerhalb der Zone 14 verwendet werden kann.
2 schließt weiterhin Diagramme ein, die die theoretische Hauptkeule und die Nebenkeulen zeigen, die bei der Verwendung von gerichteten oder intelligenten Antennen auftreten. Im Einzelnen zeigt zu Beispielszwecken die Darstellung nach 2 eine Primär- oder Hauptkeule 250 und zwei Nebenkeulen 252 und 254. In Wirklichkeit können die Aussendungen von den Richtantennen des BTS 204 eine unterschiedliche Anzahl von Nebenkeulen haben, die sich hinsichtlich ihrer Größe und Form ändern. Tatsächlich kann es einen bestimmten Wert an Energie in jeder anderen Zone als der Hauptkeule geben. Entsprechend müssen die Systembetreiber den mittleren Energiepegel verfolgen, der in jeder Zone erwartet wird. Der Zweck der Darstellung nach 2 besteht darin, das hier vorliegende erfinderische Konzept zu zeigen.
Im Allgemeinen wird ein Orthogonalcode, der der Mobilstation 212 zugeteilt ist, in einer Hauptkeule ausgesandt, die von dem BTS 204 in Richtung auf die Mobilstation 212 ausgesandt wird, wie dies durch die Keule 250 gezeigt ist. Die Nebenkeulen 252 und 254 liegen bei dem vorliegenden Beispiel in den Zonen 1 und 5. Entsprechend wird der Schluss gezogen, dass ein Orthogonalcode sicherlich nicht mehrfachen Mobilstationen in den Zonen 1, 3 und 5 zugeteilt werden darf, weil eine sichere Kollision auftreten würde, wenn mehrere Mobilstationen in diesen Zonen versuchen würden, über den gleichen Kommunikationskanal zu kommunizieren, der durch den gleichen Orthogonalcode geschaffen wurde.
Wie dies zu erkennen ist, ist es daher wichtig, die Mobilstations-Charakteristiken unter Einschluss ihrer Position als Kandidaten-Mobilstationen auszuwerten, die als „Geber" ausgewertet werden, damit ihre Orthogonalcodes wiederverwendet werden. Wenn beispielsweise sich die Mobilstation 220 auf den Weg macht, um sich in die Zone 5 der Zelle 200 zu bewegen, und wenn es keine unbenutzten Orthogonalcodes gibt, die während des Übergabeprozesses zuzuteilen sind, so wird das BTS 204 die Positionen und die Richtungsvektoren der Mobilstationen innerhalb ihrer Zelle analysieren, um die besten Geber zu finden.
So ist beispielsweise zwischen den Mobilstationen 216 und 224 die Mobilstation 224 gegenüber der Mobilstation 216 aus einer Vielzahl von Gründen vorzuziehen. Erstens befindet sich die Mobilstation 224 in einer Zone, die eine größere Winkeltrennung von der Zone 5 hat (der Zone, in die sich die Mobilstation 220 bewegt). Weiterhin ist der Richtungsvektor 222 der Mobilstation 220 in Richtung auf die Zone 4 gerichtet, in der sich die Mobilstation 216 derzeit befindet. Entsprechend besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass diese und die Mobilstation 220 in der gleichen Zone enden, mit einer direkten Kollision zwischen ihren jeweiligen Kommunikationskanälen. Weiterhin bewegt sich die Mobilstation 216 in Richtung auf den Zellen-Mittelpunkt, was ebenfalls nicht wünschenswert ist, weil eine Mobilstation, die sich an einem Zellenmittelpunkt befindet, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision vergrößert. Dies ergibt sich aus zwei Gründen.
Erstens sind Benutzer, die sich näher an dem Mittelpunkt des Zellenstandortes befinden, ebenfalls hinsichtlich ihres Abstandes näher beieinander. Zweitens haben die Antennendiagramme üblicherweise eine Menge an Störungen aufgrund ihrer vertikalen Diagramme (nicht gezeigt) in Richtung auf den Mittelpunkt des Zellenstandortes oder des Antennenmastes. Tatsächlich kann dieses Konzept weiter erweitert werden, wenn der Einsatz die Kompliziertheit gerechtfertigt, um die vertikalen Diagramme neben den (gezeigten) horizontalen Diagrammen der Antenne einzuschließen.
Weil die Mobilstation 224 andererseits sich in keiner Weise in der Nähe der Zone 5 oder der Mobilstation 220 befindet, und weil die Mobilstation 224 stationär ist, ist die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen der Mobilstation 220 und der Mobilstation 224 niedriger als zwischen der Mobilstation 224 und der Mobilstation 216.
Wenn andere Mobilstationen untersucht werden, so bewegt sich die Mobilstation 212 ebenfalls in Richtung auf den Mittelpunkt der Zelle, was die Wahrscheinlichkeit einer Kollision größer macht, und daher weniger wünschenswert ist. Die Mobilstation 208 bewegt sich in einer Richtung 210, die angenähert entgegengesetzt zu der der Mobilstation 220 ist, die sich in der Richtung 222 bewegt. Weil eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich beide Mobilstationen in Richtung aufeinander zu bewegen und in der gleichen Zone enden können, können sie einander direkt stören, was zu einer Kommunikationskanal-Kollision führt. Zusätzlich befindet sich, selbst wenn die Mobilstation 208 stationär sein würde, beispielsweise die Mobilstation 208 in einer störenden Zone bezüglich der Zone 5. Wie dies zu erkennen ist, befinden sich die Nebenkeulen 252 und 254 in den Zonen 1 und 5, so dass diese Zonen zu störenden Zonen gemacht werden. Entsprechend wird der Orthogonalcode der Mobilstation 208 aus einer Erwägung bei der vorliegenden Erfindung in den meisten Fällen ausgeschlossen, und zwar aufgrund der Beziehung zwischen den zwei Zonen. Schließlich ist es bemerkenswert, dass eine intelligente Antenne typischerweise eine gewisse Menge an Störungen in den meisten anderen Zonen innerhalb eines Sektors oder einer Zelle zusätzlich zu der Hauptkeule erzeugt, und zwar aufgrund der Eigenart der intelligenten Antenne. In der Praxis können sich eine sehr dominierende Haupt- oder Primärkeule und einige wenige sekundäre oder Nebenkeulen ergeben, die in diesem Gebiet ebenfalls von Bedeutung sind, und viele schwächere Nebenkeulen. Entsprechend schließt bei der Zuordnung von Wertigkeiten eine Lösung lediglich die Zuordnung der höchsten Wertigkeit zu der Zone ein, die den niedrigsten oder niedrigsten Wert der erwarteten Signalenergie bezogen auf die Zone der Hauptkeule aufweist. Alternativ und für eine bessere Genauigkeit kann der niedrigste Mittelwert der Störung über die Zone hinweg ausgewertet werden. Zusätzlich können, wenn zwei Störwerte ähnlich sind (nicht notwendigerweise gleich), andere Faktoren, wie z. B. die Störpegel benachbarter Zonen in Betracht gezogen werden.
Die 3A, 3B und 3C sind Darstellungen, die einen ersten Schritt bei der Identifikation eines Orthogonalcodes zeigen, der von einer neuen Mobilstation wiederverwendet werden soll. Im Einzelnen zeigen die 3A, 3B und 3C zusammen die Schritte, die bei der Auswahl einer Geber-Mobilstation verwendet werden, deren Orthogonalcode zur Wiederverwendung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung geborgt werden kann.
In 3A ist ein einfacheres Zellendiagramm gezeigt, bei dem die Zelle in 12 Zonen anstatt in 16 Zonen wie in 3 unterteilt ist. Wie dies in 3A zu erkennen ist, bewegt sich eine Mobilstation in die Zone 2 (was nahelegt, dass eine Übergabe zum BTS 302 bevorsteht) und erfordert einen Orthogonalcode, um einen Kommunikationskanal mit dem BTS 302 zu schaffen. Für die vorliegenden Beispielszwecke wird angenommen, dass es keine unbenutzten Orthogonalcodes gibt, die zur Schaffung eines Kommunikationskanals mit der Mobilstation 304 verfügbar sind.
Es ist weiterhin zu erkennen, dass sich die Hauptkeule 308 innerhalb der Zone 22 befindet, während sich die Nebenkeulen 312 in den Zonen Z12 und Z4 befinden. 3B zeigt eine Bewertungstabelle, die die Störbeziehungen für die verschiedenen Zonen bezogen auf die Zone Z2 abbildet. Jede Reihe zeigt die Abbildung einer Zone und eine Wertigkeit, die dieser Zone gegeben wird, wobei diese Wertigkeit eine Funktion der Größe der Störung von Nebenkeulen für eine vorgegebene Hauptkeule von einer intelligenten Antenne ist. Beispielsweise ist, wie dies in der ersten Reihe gezeigt ist, die Zone Z9 mit der höchsten Wertigkeit W(9) eingetragen. Dies ergibt sich daraus, dass eine intelligente Antenne, die auf die Zone Z2 fokussiert ist, die geringste Menge an Nebenkeulen-Energie in Richtung der Zone Z9 und umgekehrt hat. Die Tabelle 3B zeigt daher, dass die Zonen bewertet sind und dass ihnen Wertigkeiten für die Größe der Störung gegeben wurden, die bezüglich der Zone 2 erwartet wird. Eine Tabelle ähnlich der nach 3B wird somit für jede der Zonen in einer Zelle (Rundstrahlzelle) oder jedem Zellensektor (in Sektoren unterteilte Zellen) definiert.
Ein Zweck der 3B besteht darin, den Teil der Erfindung zu zeigen, der eine statistische Bestimmung und Aufrechterhaltung einer Wahrnehmung, entweder in Tabellenformat oder in einem anderen Format, von Stördiagrammen zwischen allen Zonen als Ergebnis der Aussendung der Haupt- und Nebenkeulen einschließt. Wenn die Art der intelligenten Antenne in dem System geändert werden kann, so muss die Tabelle so oft gewonnen werden, wie die Antennen gewechselt werden, weil sich die Störeigenschaften ebenfalls ändern könnten. Zusätzlich wird, wenn die Strahlbreite der Antennen tatsächlich während der Verbindung geändert werden kann, wie es für einige intelligente Antennen möglich ist, die größte Strahlbreite der intelligenten Antenne zur Erzeugung der Tabelle verwendet.
3C ist eine Tabelle, die die Zuteilung von Wertigkeiten gemäß der Winkeltrennung für Zonen zeigt, und die die Hauptkeule und die erwarteten Störungen für jede der anderen Zonen berücksichtigt. Allgemein setzt die Tabelle nach 3C voraus, dass eine maximale Winkeltrennung gegenüber der Hauptkeule wünschenswert ist. Entsprechend zeigt die Tabelle nach 3C die Winkeltrennung bezogen auf die Zone 2, und dass jeder Zone eine Wertigkeit entsprechend ihrer Winkeltrennung gegeben ist. Wie dies zu erkennen ist, werden für eine Hauptkeule innerhalb der Zone Z2 die Zonen Z4 und Z12 außer Betracht gezogen, weil sie die Nebenkeulen für eine Primärkeule in der Zone Z2 führen. Danach wird, wie dies allgemein bei 318 gezeigt ist, der Zone Z8 eine Wertigkeit W(1) (beste Wertigkeit) gegeben, weil sie die größte Winkeltrennung von der Zone Z2 aufweist. Den Zonen Z7 und Z9 werden Wertigkeiten W(2) (zweitbeste) gegeben, weil sie die zweitbeste Winkeltrennung haben. Den Zonen Z6 und Z10 werden in gleicher Weise die Wertigkeiten W(3) gegeben, während den Zonen Z5 und Z11 die Wertigkeit W(4) gegeben wird, und den Zonen Z12 und Z4 die Wertigkeit W(5) gegeben wird, und schließlich wird den Zonen Z1 und Z3 die Wertigkeit W(6) gegeben, weil sie sich benachbart zu der Hauptkeule in der Zone Z1 befinden. Es sei bemerkt, dass diese Wertigkeiten zahlenmäßig nicht die gleichen sein müssen, wie die Wertigkeiten in 3B.
Die Zone mit dem höchsten Gesamtwert würde als das Komplementpaar von Z2 zugeordnet. Wenn beispielsweise alle Mobilstations-Faktoren die gleichen in jeder der Zonen sein würden, so würde der Orthogonalcode von einer Mobilstation in der Zone Z8 wiederverwendet, weil er die beste Bewertung oder den höchsten Punktestand der 8 Zonen haben würde, die für das Borgen eines Orthogonalcodes weiter in Betracht gezogen werden. Wenn somit beispielsweise alle 12 Zonen einen stationären Benutzer haben würden, so würde der der stationären Mobilstation in Zone Z8 zugeordnete Orthogonalcode geborgt, um ihn der Mobilstation 304 zuzuteilen, die in die Zone Z2 übergeht und einen Orthogonalcode benötigt.
Wie dies zu erkennen ist, zeigen die 3A, 3B und 3C einen ersten Schritt bei der Bestimmung eines Orthogonalcodes, der von einer neuen Mobilstation 304 wiederverwendet wird. Der Schritt schließt allgemein die Feststellung einer optimalen Zone ein, von der ein Orthogonalcode zu borgen ist. Ein zweiter Schritt, der nachfolgend ausführlich erläutert wird, schließt eine Verarbeitung zur Feststellung der besten Geber-Mobilstation ein, von der ein Orthogonalcode verwendet werden sollte. Es dürfte jedoch verständlich sein, dass auf der Grundlage der Ergebnisse der nachfolgenden Analysen eine Mobilstation innerhalb der Zone, die nicht die höchstbewertete Zone ist, als ein Ergebnis der verschiedenen Mobilstations-Charakteristiken bevorzugt werden kann. Somit werden die tatsächlichen Zonen bewertet und mit entsprechenden Wertigkeiten versehen, so dass die Analyse die Auswahl orthogonaler Codes von Mobilstationen einschließen kann, die sich nicht in der höchstbewerteten Zone befinden, beispielsweise von der zweit- oder dritthöchstbewerteten Zone.
Bei der Auswahl eines Benutzers, dessen Orthogonalcode einem einen Code benötigenden Benutzer zugeteilt wird, werden auch andere Faktoren hinsichtlich der möglichen Orthogonalcode-"Geber" ausgewertet. Zunächst wird das Code-Komplementpaar bestimmt, wie dies weiter oben beschrieben wurde, und dann werden die Benutzer innerhalb des Zonenkomplementes ausgewertet, um den besten Kandidat aus diesen auszuwählen, dessen Code wiederverwendet wird. Wenn keiner vorhanden ist, so wird die nächst wahrscheinliche Zone auf der Grundlage der vorstehenden Wertigkeiten verwendet, und es werden die Benutzer aus dieser Zone in Betracht gezogen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung schließen die Faktoren, die ausgewertet werden, Folgendes ein:

1. Entfernung von dem Mittelpunkt des Sektor-Standortes: wenn sich der Benutzer weiter von dem Mittelpunkt des Sektor-Standortes befindet, so sollte ihm eine höhere Wertigkeit zugeteilt werden, als wenn sich der Benutzer näher am Mittelpunkt des Sektor-Standortes befindet. Wenn sich Benutzer näher an dem Mittelpunkt des Sektor-Standortes befinden, so steigt die Chance einer Kollision mit einem anderen Benutzer in seiner Zonenpaar-Gruppe, die den gleichen Walsh-Code wiederverwendet, an. Die heißt mit anderen Worten dass der Benutzer eine kleinere Strecke zurücklegen muss, bevor er in andere Zonen eintritt. Die Wertigkeit kann durch die Funktion W¹(d) definiert werden, worin d die Entfernung von dem Mittelpunkt des Sektors ist. Es wird erwartet, dass mit Lokalisierungsdiensten-/Anforderungen, die von der FCC aufgestellt werden, die Technologie im Einsatz sein würde, um die Position der Mobilstation innerhalb gewisser Fehlergrenzen zu bestimmen.
2. Geschwindigkeit der Mobilstation (FWA-Benutzer eingeschlossen): wenn die Geschwindigkeit ansteigt, sollte die zugeteilte Wertigkeit verringert werden. Eine Mobilstation, die sich mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt, bewegt sich größerer Wahrscheinlichkeit durch die Zonen mit einer schnelleren Rate und vergrößert die Chancen einer Walsh-Code-Wiederbenutzungs-Kollision. Die Wertigkeit kann durch die Funktion W²(s) definiert werden, worin s die Geschwindigkeit der Mobilstation ist. Die ortsfesten drahtlosen Benutzer könnten die besten Kandidaten für die Wiederverwendung von Walsh-Codes bilden. Tatsächlich hat, wenn es eine große Anzahl von Elementen pro Strahlformungs-Antennengruppe gibt, der Algorithmus einen größeren Freiheitsgrad, mit dem er abzustimmen ist; dies bedingt, dass eine Null von einem festen Benutzer, der einen Walsh-Code von einem anderen Benutzer wiederverwendet, exakt dort angeordnet werden kann, wo sich der andere feste Benutzer befindet.
3. Richtung der Mobilstation: die Richtung des Endgerätes ist wichtig, weil sich ein Endgerät, das sich von seiner derzeitigen Zone in Richtung auf dessen Komplement in dem Zonenpaar bewegt, gefährdeter ist, als ein Endgerät, das sich fortbewegt, und zwar hinsichtlich der Wiederbenutzung des Walsh-Codes des Endgerätes. Zusätzlich können, wenn die Richtung des Benutzers in dem Komplement-Zonenpaar, das die Walsh-Code-Wiederverwendung erfordert, bekannt ist, die Chancen einer Kollision weiter verringert werden. Die Wertigkeit kann durch Auswerten der Richtung, in der sich das Endgerät bewegt, und der Richtung definiert werden, in der sich der Benutzer bewegt, der die Code-Wiederverwendung in der Komplement-Zone benötigt.
4. Verbindungs-Datenrate: die Datenrate der Verbindung sollte ebenfalls dazu verwendet werden, zu beeinflussen, ob der Walsh-Code, der der Verbindung zugeteilt ist, wiederverwendet werden kann, oder nicht. Die Datenrate der Verbindung definiert die Walsh-Codelänge, die verwendet wird, wobei eine höhere Datenrate aufweisende Verbindungen den Walsh-Code-Pool schneller erschöpfen, als Verbindungen mit niedrigerer Rate. Eine Verbindung mit höherer Rate verwendet mit größerer Wahrscheinlichkeit mehr Leistung, und sie kann als Ergebnis einen anderen Benutzer beeinflussen, der den gleichen Walsh-Code verwendet, oder Benutzer, die eine größere Länge aufweisende Walsh-Codes von dem gleichen Knoten verwenden, das heißt eine Anzahl von eine größere Länge aufweisenden Walsh-Codes bildet einen eine niedrigere Länge aufweisenden Walsh-Code. Die Wertigkeit kann durch Überprüfen der Datenrate des Benutzers überprüft werden.
5. Verbindungsart (WWW, ftp, Videoströme, E-Mail, Sprache, usw.): bestimmte Arten von Verbindungen sind stärker burstartig, wie z. B. ein Web-Browsen. Derartigen Verbindungen sollte eine größere Wertigkeit zugeteilt werden, weil eine geringere Wahrscheinlichkeit einer Kollision bei der Wiederverwendung von Codes besteht. Verbindungen, wie z. B. Videoströme, die in Echtzeit verlaufen, sind in gewisser Weise verzögerungsempfindlich und von ihrer Art her stärker kontinuierlich, so dass diesen eine niedrigere Wertigkeit zugeteilt werden sollte. Die Wertigkeit kann durch die Auswertung der Art der Sitzung definiert werden, die sich in Gang befindet.
6. Dauer der Verbindung und erwartete Dauer der Verbindung: eine Verbindung, die für eine Weile in Gang befindlich war und die sich nahe an der erwarteten Verbindungszeit für diese Art von Sitzung befindet oder diese überschritten hat, sollte mit einer höheren Wertigkeit versehen werden. Eine Verbindung, die gerade hergestellt wurde, oder eine Verbindung, deren erwartete Endzeit noch weit entfernt ist, sollte mit einer niedrigeren Wertigkeit versehen werden. Im Wesentlichen besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung, die wahrscheinlich als erste beendet wird, einen Konflikt mit einem Benutzer hat, der deren Code in einer anderen Zone wiederverwendet. Die Wertigkeit kann unter Auswertung der Zeit, über die die Verbindung hergestellt wurde, bezogen auf die erwartete Verbindungs-Zeitdauer definiert werden, auf der Grundlage von Statistiken oder Messungen.
7. Derzeitige Rahmenfehlerrate eines Benutzers verglichen mit seiner erwarteten Betriebs-Rahmenfehlerrate: ein Benutzer, dessen Rahmenfehlerrate über eine Messperiode kleiner oder gleich seinem erwarteten Betriebspunkt ist, sollte mit einer höheren Wertigkeit versehen werden. Ein Benutzer, dessen Betriebs-Rahmenfehlerrate wesentlich höher als seine erwartete Ziel-Rahmenfehlerrate ist, sollte mit einer niedrigeren Wertigkeit versehen werden, weil ein derartiger Benutzer gegenüber Störungen stärker empfindlich ist. Die Wertigkeit kann als eine Funktion der Rahmenfehlerrate (FER) und FER^t definiert werden, worin FER die derzeitige Betriebs-Rahmenfehlerrate über die vordefinierte Messperiode ist, und FER^target die Ziel-Rahmenfehlerrate für den Benutzer ist.
8. Derzeitige von einem Benutzer verwendete Leistung verglichen mit seiner oberen Grenze der Leistung: ein Benutzer, dessen mittlere Leistung über eine Messperiode näher an seiner oberen Grenze der Leistung liegt, sollte mit einer niedrigeren Wertigkeit versehen werden, als ein Benutzer, der nicht zu nahe an seiner oberen Grenze liegt. Benutzer, die nahe an der oberen Grenze liegen, hätten nicht viel Raum für mehr Leistung, wenn die Störung aufgrund der Kollision mit einem anderen Benutzer ansteigt, der den gleichen Code wiederverwendet. Die Wertigkeit kann durch Auswerten der derzeitigen mittleren verwendeten Leistung über die Messperiode bezogen auf die obere Leistungsgrenze für den Benutzer oder den Dienste-Typ definiert werden.
9. Übergabe-Zustand: ein Benutzer, bei dem eine Übergabe erfolgt, ist mit größerer Wahrscheinlichkeit von dem Mittelpunkt des Sektor-Standortes entfernt. Er dürfte weiterhin mit größerer Wahrscheinlichkeit einen Anstieg der Störungen aufgrund von Diversity abwickeln. Die Wertigkeit kann als Auswertung der Reihenfolge der Übergabe des Benutzers definiert werden. Andere Informationen, die bei der Wertigkeit berücksichtigt werden können, schließen Informationen darüber ein, welcher Sektor der dominierende Sektor ist. Wenn einem Sektor die Walsh-Codes ausgegangen sind, er jedoch einige Walsh-Codes zu bestehenden Verbindungen, die sich im Übergabezustand befinden, zugeteilt hat, und weiterhin einer der schwächeren Verbindungsstrecken bei einer Übergabe mit der Mobilstation ist, ist ein derartiger Walsh-Code ein guter Kandidat für eine Wiederverwendung.
10. Einfallwinkel des Benutzers: Dies steht zu der Position des Benutzers in Beziehung. Wenn der Einfallwinkel des Benutzers bekannt ist, so sind die Winkel, an denen die geringste Störung von einem derartigen Benutzer in der Komplement-Zone zu erwarten ist, ebenfalls bekannt. Diese Wertigkeit wird durch Auswerten des Einfallwinkels des Benutzers sowie des Einfallwinkels des Benutzers in der Komplement-Zone erzeugt, die die Widerverwendung des Codes erwartet. Mit je größerer Wahrscheinlichkeit sich der Benutzer in der Komplement-Zone in der Nullstelle des Strahls befindet, der auf den ersten Benutzer gerichtet ist, desto höher ist die Wertigkeit.
11. Wenn der Walsh-Code, der dem Benutzer zugeteilt ist, bereits durch eine andere Zone innerhalb des gleichen Sektors in Benutzung ist (und durch wieviele). Ein Walsh-Code, der ein oder mehrere Male bereits in Verwendung ist, ist wesentlich gefährlicher wiederzuverwenden. Die Wertigkeit kann durch Auswerten der Anzahl der Male definiert werden, über die der Code wiederverwendet wird.
12. Benutzt der Benutzer einen schmalen Strahl: einige Benutzer können tatsächlich keine intelligente Antennentechnologie verwenden und können tatsächlich die Sektorantenne benutzen, die typischerweise eine wesentlich größere Strahlbreite hat. In diesen Fällen kann der Walsh-Code dieses Benutzers nicht wiederverwendet werden, weil die Signalenergie über den gesamten Sektor abgestrahlt wird. Dies gilt auch für Benutzer, die eine intelligente Antenne verwenden, deren Strahlbreite jedoch derzeit groß ist. Es kann eine Wertigkeit definiert werden, die die Strahlbreite der Antenne berücksichtigt, und dies wird durch Auswerten der Strahlbreite der Antenne definiert, die von der Mobilstation verwendet wird.
13. Gibt es eine Zone mit höherem Übersprechen, die jedoch besser bewertete benachbarte Zonen hat: gelegentlich kann eine Zone gegenüber einer anderen Zone bevorzugt werden, die tatsächlich ein geringeres Nebensprechen oder eine niedrigere Stör-Charakteristik hat, weil die benachbarten Zonen Stör-Charakteristiken haben, die noch viel schlechter sind. Wenn beispielsweise eine „Geber"-Mobilstation einen Geschwindigkeitsvektor hat (sich bewegt) und ihre benachbarten Zonen wesentlich höhere Störpegel haben, so wird es bevorzugt, eine Zone auszuwählen, die derzeit geringfügig höhere Störpegel (Nebensprechpegel) hat, die jedoch benachbarte Zonen hat, deren Störpegel merklich niedriger als die Zone sind, die derzeit den niedrigsten Störpegel hat.

Die verschiedenen vorstehenden Wertigkeiten sollten normalisiert werden, um die Bedeutung zwischen diesen mit Prioritäten zu versehen. Dann wird für jeden Benutzer in jeder Zone die Gesamtsumme der Wertigkeiten berechnet. Eine grundlegende Grenze sollte so eingestellt werden, dass der Benutzer nicht verwendet werden kann, selbst wenn die Gesamtsumme der Wertigkeiten hoch ist. Dies heißt mit anderen Worten, dass wenn eine der Wertigkeiten einzeln unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt, der Walsh-Code von der Liste der für eine Wiederverwendung verfügbaren Codes entfernt wird.
Jedem Benutzer, der einen Code von seinem Komplement-Zonenpaar wiederverwenden muss, sollte ein Code von einem Benutzer mit der höchsten Gesamtwertigkeit von dem Komplement-Zonenpaar zugeteilt werden. Für Sprache-Nutzer oder Benutzer, die den Walsh-Code mit der höchsten Länge verwenden, sollte dies ziemlich wirkungsvoll arbeiten. Für die Wiederverwendung von Codes mit einer niedrigeren Walsh-Codelänge wird die Auswahl jedoch komplizierter. Dann wird der folgende zusätzliche Prozess erforderlich, und er wird durch ein Beispiel erläutert. Wenn ein Benutzer einen Walsh-Code mit der Länge 64 benötigt, jedoch alle verbraucht sind, so wird das Zonenpaar-Komplement zur Erzeugung eines Satzes von möglichen Codes für eine Wiederverwendung verwendet. In dem Zonenpaar-Komplement können alle Benutzer Walsh-Codes mit Längen von 128 oder 64 verwenden. Alle die Benutzer, die Walsh-Codes mit der Länge 128 verwenden, werden in Paaren gesammelt, derart, dass sie von dem gleichen Code sind (das heißt 2 Walsh-Codes mit der Länge 128 können aus einem Walsh-Code mit der Länge 64 erzeugt werden). Ihre Wertigkeiten werden durch irgendeine Funktion kombiniert (die so einfach wie (1/W¹ + 1/W²)^–1 sein können. Dies kompensiert automatisch die Gefahr der Verwendung von Codes von zwei Benutzern zur Zuteilung zu einem Benutzer, wenn auch mit einer höheren Rate. Dann wird der Code (der nunmehr für die Länge 64 normalisiert ist) von dem Benutzer oder den Benutzern mit der höchsten Wertigkeit wiederverwendet. In dem vorstehenden Beispiel können, wenn es weiterhin Benutzer in der Zone gibt, die Walsh-Codes mit noch niedrigerer Länge als 64 verwenden, diese als Teil des Auswahlprozesses verwendet werden oder nicht. Das heißt mit anderen Worten, dass der Algorithmus so definiert werden kann, dass er die Wiederverwendung von Codes von Benutzern mit der gleichen oder einer niedrigen Datenrate oder von Benutzern mit allen Datenraten einschließt.
Es ist möglich, dass ein Wiederverwendungs-Code nicht von einem Code von dem Zonen-Komplementpaar zugeteilt werden kann, weil die einzelnen eine niedrigere Rate aufweisenden Benutzer in dieser Zone keinen Walsh-Code mit ausreichender Länge bilden können. Dann ist die Option der Wiederverwendung von Codes von zwei Zonen zur Bildung eines Codes mit ausreichender Länge des Benutzes ebenfalls möglich. In einem derartigen Fall wird die zweite Zone unter Verwendung des gleichen Verfahrens ausgewählt, wie es zur Auswahl der ersten Zone verwendet wird, und dies ist der nächstwahrscheinliche Kandidat für das Zonenpaar. Dann können die Codes gebildet und von den zwei Zonen wiederverwendet werden. Schwellenwerte werden ebenfalls derart gesetzt, dass, wenn Codes lediglich von dem Zonen-Komplementpaar verwendet werden können, die Verbindung in eine Warteschlange gebracht oder blockiert werden kann.
Zusätzlich können Schwellenwerte aus den Wertigkeiten gebildet werden, derart, dass wenn sie ausgelöst werden, die Verbindung blockiert oder in eine Warteschlange gebracht wird. Das heißt, wenn die Wertigkeit nicht ausreicht, um einen Code auszuwählen, die verzögerungsempfindliche oder leitungsvermittelte Verbindung blockiert wird, während die weniger verzögerungsempfindliche paketvermittelte Verbindung in eine Warteschlange gebracht wird.
4 zeigt ein Verfahren zur Auswahl einer Geber- Mobilstation, deren Orthogonalcode wiederverwendet werden soll und einer Mobilstation zugeordnet werden soll, die einen Kommunikationskanal benötigt. Zu Anfang stellt ein BTS fest, dass ein neuer Kommunikationskanal in einem Codemultiplex-Vielfachzugriffs-System erforderlich ist oder in Kürze erforderlich wird (Schritt 402). Diese Feststellung kann sich daraus ergeben, dass das BTS eine Anforderung für einen Kommunikationskanal empfängt, oder aus der Feststellung, dass eine Kollision zwischen zwei Mobilstationen, die den gleichen Kommunikationskanal aufweisen, mit zunehmender Wahrscheinlichkeit eintritt, und dass einer Mobilstation ein neuer Kommunikationskanal zugeteilt werden sollte.
Sobald das BTS feststellt, dass ein neuer Kommunikationskanal benötigt wird, stellt sie fest, ob alle der Orthogonalcodes (Kommunikationskanäle) zugeteilt sind und dass eine Notwendigkeit zur Wiederverwendung eines Orthogonalcodes besteht, der derzeit zugeteilt ist (Schritt 404). Danach bestimmt das BTS einen bevorzugten Orthogonalcode, der wiederzuverwenden ist, um einen Kommunikationskanal für eine Mobilstation zu schaffen (Schritt 406). Die Feststellung des optimalen Orthogonalcodes für die Wiederverwendung schließt die Feststellung von zumindest einer bevorzugten Zone (Schritt 408) ein, von der ein Orthogonalcode wiederverwendet werden kann, sowie die Auswertung der Charakteristiken der Mobilstation der Mobilstationen in der zumindest einen bevorzugten Zone (Schritt 410), und die Auswahl eines Codes, der wiederverwendet werden soll (Schritt 412).
Obwohl 4 die Auswahl eines Codes von einer Mobilstation vorschlägt, die sich in einer bevorzugten Zone befindet, ist es selbstverständlich, dass der Code, der ausgewählt wird, auch von irgendeiner der anderen Zone sein kann, die ausgewertet werden. Typischerweise ist der Code der ausgewählt wird, ein Code, der sich in einer Zone befindet, die durch einen großen Winkelbetrag von der Zone getrennt ist, zu der der Code zugeordnet wird und minimale Übersprech- oder Störeigenschaften mit der Zone hat, in der sich der Nehmer befindet, wobei gleichzeitig spezifische Mobilstations-Charakteristiken ausgewählt werden. Die Charakteristiken der Mobilstation und die Bewertungsstruktur sind vorstehend beschrieben.
Es ist selbstverständlich, dass es viele unterschiedliche Parameter gibt, die ausgewertet werden können, und die Realisierung und die Wertigkeiten, die jedem der Faktoren zugeordnet werden, können von System zu System geändert werden. Entsprechend bleiben die speziellen Beziehungen zwischen den vorstehenden Faktoren und Faktoren, die nachfolgend beschrieben und gelehrt werden, dem speziellen Systemkonstrukteur überlassen.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Auswahl einer Geber-Mobilstation zeigt, deren Code entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wiederzuverwenden ist. Anfänglich schließt das Verfahren das Ausschließen irgendwelcher Mobilstationen ein, die sich in einer störenden Zone befinden (Schritt 502) sowie das Ausschließen derjenigen Mobilstationen, die einen zeitlichen Hystereseeffekt aufweisen (Schritt 504). Eine Mobilstation könnte einen zeitlichen Hystereseeffekt dahingehend aufweisen, dass beispielsweise der Code der Mobilstation kürzlich zugeteilt wurde oder die Mobilstation kürzlich eine harte Übergabe durchlaufen hat, weil sie kürzlich auf einem Kollisionspfad mit einem anderen Benutzer war, der den gleichen Code verwendete.
Nach dem Ausschließen der Mobilstationen, die nicht für eine Code-Wiederverwendung in Betracht gezogen werden können, schließt das Verfahren die Überprüfung der Charakteristiken der Mobilstationen innerhalb der bevorzugten Zone oder der bevorzugten Zonen ein. Die Charakteristiken der Mobilstation, die speziell in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgewertet werden, schließen die Feststellung, ob die Mobilstation eine feste Mobilstation mit drahtlosem Zugang ist (was unter anderen Faktoren durch Analysieren ihrer Mobilstations-ID festgestellt werden kann), ist, die Feststellung der Geschwindigkeit der Mobilstation (die durch Berechnungen bestimmt werden kann, die übliche Triangulations-Techniken einschließen, oder durch einen Empfänger des globalen Ortsbestimmungssystems in dieser Mobilstation bestimmt werden können), die Bewegungsrichtung der Mobilstation (aus GPS-Messungen berechnet), die derzeitige Position des Benutzers (GPS-Koordinate), die Verbindungsdauer, die Rahmenfehlerrate für den Benutzer, die berichtete, von der Mobilstation verwendete Leistung, eine bekannte Störung zwischen der Geber-Mobilstation und der Nehmer-Mobilstation, der der Code zugeteilt werden soll oder für die dieser Code wiederverwendet werden soll, eine Korrelation der Zeitdauer der Verbindung des Benutzers und dessen Geschwindigkeit, ob die Mobilstation Daten oder Sprache-Signale aussendet, und wenn sie Daten aussendet, ob die Daten burstartig oder kontinuierlich sind, und andere ähnliche Faktoren ein.
Ein Grund, warum es wichtig ist, festzustellen, ob eine Mobilstation eine stationäre Mobilstation mit drahtlosem Zugriff ist, oder eine Mobilstation ist, besteht darin, dass sich stationäre Mobilstationen mit geringerer Wahrscheinlichkeit oder überhaupt nicht in eine Zone bewegen, in der eine Code-Kollision auftreten könnte. Entsprechend wird, wenn der Code einem mobilen Benutzer neu zugeteilt wird, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision auf zumindest die Hälfte verringert (weil sich lediglich eine Mobilstation bewegt). Aus dem gleichen Grund sind die Geschwindigkeit, die Richtung und die Position einer Mobilstation, die dafür in Betracht gezogen wird, dass ihr Code wiederverwendet wird, wichtige Faktoren bei der Feststellung einer Wahrscheinlichkeit, dass eine Kollision auftreten könnte oder würde, wenn ihr Code wiederverwendet würde. Beispielsweise würde eine Mobilstation, die sich in der Nähe der Mitte der Zelle findet, eine größere Wahrscheinlichkeit haben, dass eine Kollision auftritt, wenn die Mobilstation, der der Code neu zugeteilt wird, sich von einer Vielzahl von Zonen und durch diese hindurch bewegt. Andererseits ist selbst wenn eine Mobilstation, die dafür in Betracht gezogen wird, dass ihr Code neu verwendet wird, sich nicht in der Nähe des Mittelpunktes bewegt und die Mobilstation sich in einer Richtung bewegt, die eine Vielzahl von Zonen mit einer hohen Geschwindigkeit schneidet, die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich in eine störende Zone bewegt und zu einer Kollision führt, größer.
Andere Faktoren, die berücksichtigt werden, sind in gewisser Weise ähnlich hierzu und schließen die Dauer der Verbindung und möglicherweise die Korrelation zwischen Zeit und Geschwindigkeit ein. Beispielsweise dauerte eine typische drahtlose Verbindung etwas unter 2 Minuten im Mittelwert. Man kann jedoch einfach abschätzen, dass Mobilstationen, die sich bewegen, mit größerer Wahrscheinlichkeit kürzere Verbindungen als stationäre Mobilstationen haben. Entsprechend kann eine Korrelation der Zeit und Geschwindigkeit als Teil der Feststellung analysiert werden, ob der Code der Mobilstation ein guter Code für eine Neuzuteilung ist. Wenn beispielsweise eine Kandidaten-Mobilstation sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die eine Fahrzeugbewegung anzeigt, und wenn die Länge ihrerer Verbindung unter einer Minute liegt, während eine andere Mobilstation stationär ist, und deren Verbindung eine Länge von über 3 Minuten aufweist, so würde der erste Kandidat ein besserer Kandidat dafür sein, dass sein Orthogonalcode neu zugeteilt wird, weil im Mittelwert Mobilstationen, die Verbindungs- und Bewegungscharakteristiken der ersten Mobilstation haben, mit größerer Wahrscheinlichkeit die Verbindung vor der zweiten Mobilstation beenden.
Was die Rahmenfehlerrate und die Leistungsnutzung der Mobilstation betrifft, so sind diese Faktoren wichtig, weil, wenn alles andere gleich ist, es wünschenswert ist, einen Code von einer Mobilstation zu verwenden, bei der eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie einen neuen Code in der unmittelbaren Zukunft benötigt. Wenn die Rahmenfehlerrate für eine bestimmte Mobilstation hoch ist oder der Leistungsverbrauch hoch ist, so besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass die Mobilstation wahrscheinlich bereits Störungen ausgesetzt ist, so dass deren Code nicht für eine Wiederverwendung wünschenswert ist.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Feststellung zeigt, ob eine Kollision zwischen zwei Mobilstationen bevorsteht, die den gleichen Kommunikationskanal (Orthogonalcode) aufweisen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Allgemein ist das Verfahren nach 6 ein fortlaufendes Verfahren, das immer dann abläuft, wenn zwei oder mehr Mobilstationen den gleichen Orthogonalcode verwenden. Die beschriebene Analyse ist eine Analyse, die für jeden Satz von Mobilstationen ausgeführt wird, die einen Orthogonalcode (Kommunikationskanal) gemeinsam nutzen, und dies erfolgt vor dem tatsächlichen Eintritt einer Kollision. Die Faktoren, die bei der Feststellung analysiert werden, ob eine Mobilstation, die einen Code hat, der auch einer anderen Mobilstation zugeteilt ist, ein anderer Code oder Kommunikationskanal zugeteilt werden sollte, schließt die Feststellung ein, ob sich die Rahmenfehlerrate bezüglich eines Schwellenwertes vergrößert (Schritt 602), ob der Leistungsverbrauch bezüglich einer definierten oberen Grenze ansteigt (Schritt 604), die Auswertung der Änderung der Geschwindigkeit (Schritt 606) oder die Änderung der Richtung (Schritt 608) des Benutzers, die Feststellung, ob die Mobilstation gerade in eine Übergabe läuft oder in eine Übergabe mit einer nicht-kompatiblen Zone gelangt ist (Schritt 610) oder ob sich die Mobilstation in Richtung auf den Zellenmittelpunkt bewegt (Schritt 612) oder ob sie sich zu nahe an einem Zellenmittelpunkt bewegt (Schritt 614).
7 ist ein funktionelles Blockschaltbild eines Basisstations-Sendeempfänger-Systems, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Gemäß 7 schließt ein BTS 700 einen Prozessor 702 ein, der so angekoppelt ist, dass er über einen Bus 704 kommuniziert. Der Bus 704 und die Kommunikationen auf diesem werden durch eine Bus-Steuerung 706 gesteuert, die mit dem Bus 704 gekoppelt ist. Die Bus-Steuerung 706 ist weiterhin mit einem Netzwerk-Port 708 gekoppelt.
Weiterhin ist ein Speicher 710 mit dem Bus 704 gekoppelt und dient zum Speichern von Daten sowie von Computerbefehlen, die die Betriebsweise des BTS definieren. Insbesondere schließt der Speicher 710 einen Abschnitt 712 zum Speichern von Computerbefehlen ein, die die Betriebslogik für die Zuteilung und Wiederverwendung von Orthogonalcodes definieren, wie dies in dieser Anmeldung beschrieben wurde. Es ist selbstverständlich, dass ein durch Computerbefehle und einen Prozessor angesteuertes System gemäß 7 durch ein System ersetzt werden kann, dessen logische Betriebsweise zumindest teilweise in Hardware definiert ist.
Im Betrieb kommuniziert der Prozessor 702 mit dem Speicher 710 über den Bus 704, um die Computerbefehle zu empfangen, die die Betriebslogik des BTS festlegen, und um diese Befehle auszuführen, um die Betriebsfunktionalität zu erreichen, die hier beschrieben wurde. Entsprechend kommuniziert der Prozessor 702 mit externen Geräten über den Netzwerk-Port 708, um beispielsweise Kommunikationssignale von den verschiedenen Mobilstationen der Mobilstationen zu empfangen, um festzustellen, wann ein Orthogonalcode zugeteilt oder neu zugeteilt werden muss. Als Teil dieser Operation speichert der Prozessor 702 in dem Speicher 710 die Betriebsparameter des Systems (Zelle), die er mit Diensten versorgt, um festzustellen, welche Orthogonalcodes von einer Mobilstation wiederverwendet werden sollte, die einen Orthogonalcode benötigt, um einen neuen Kommunikationskanal zu schaffen.

Claims

Verfahren zur Zuteilung orthogonaler Walsh-Codes von einem Satz von Walsh-Codes in entweder einer Rundstrahl-Zelle (200) oder einem Zellensektor in einem Codemultiplex-Vielfachzugriff-Netzwerk zur Schaffung von Kommunikationskanälen zwischen den Mobilstationen und einer Basisstation (204), wobei das Verfahren durch Folgendes gekennzeichnet ist: Feststellen (404), dass es eine Mobilstation (212) gibt, die einen Walsh-Code benötigt, und dass es keine verfügbaren Codes von dem einen Satz von Walsh-Codes innerhalb der Rundstrahl-Zelle (200) oder dem Zellensektor gibt; Feststellen (408–412) einer optimalen Mobilstation, deren orthogonaler Walsh-Code wieder zu verwenden ist; und Zuteilen des ermittelten Walsh-Codes, der wiederzuverwenden ist, an die Mobilstation, die den Walsh-Code benötigt, um einen Kommunikationskanal zu schaffen, wobei der ermittelte Walsh-Code zu zwei Mobilstationen innerhalb entweder der Rundstrahl-Zelle oder des Zellensektors zur gleichen Zeit zugeteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Definition einer Vielzahl von Zonen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin den statischen Aufbau einer geordneten Liste von Zonen entsprechend der Störung zwischen diesen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin einen statischen Aufbau einer geordneten Liste von Zonen entsprechend ihrer winkelmäßigen Trennung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin die Definition einer geordneten Liste von Zonen entsprechend der Störung zwischen Zonen und entsprechend der Winkeltrennung zwischen Zonen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem Zonen, in denen Nebenkeulen für eine Hauptkeule in einer Zone vorhanden sind, in der der wiederverwendete Code zugeteilt werden soll, aus der geordneten Liste entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Mobilstation dadurch ausgewählt wird, dass zumindest teilweise einer der folgenden Punkte berücksichtigt wird (508): ob die Mobilstation ein Benutzer mit festem drahtlosen Zugang ist; ihre Geschwindigkeit; ihre Bewegungsrichtung; ihre Position; ihre Länge der Verbindungsdauer; ihre Rahmenfehler-Rate; ihr Leistungsverbrauch-Pegel; eine bekannte Störung zwischen der Mobilstation und der Mobilstation, der der Code neu zugeteilt werden soll; eine Korrelation seiner Zeit und Geschwindigkeit; ob eine Hysterese für den Benutzer wirksam ist; ob die Verbindung eine Daten- oder Sprachverbindung ist; oder ob, wenn die Verbindung eine Datenverbindung ist, sie burstartig oder kontinuierlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Notwendigkeit zur Wiederverwendung eines orthogonalen Codes aufgrund einer Feststellung auftritt, die durch Auswerten der Hauptkeulen- und Nebenkeulen-Muster bezüglich definierter Zonen durchgeführt wird, dass eine Kollision zwischen den zwei Mobilstationen bevorsteht, die den gleichen Orthogonal-Code verwenden, und deren Hauptkeulen oder Nebenkeulen sich wahrscheinlich überlappen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Notwendigkeit vor dem Auftreten einer tatsächlichen Kollision bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Feststellung durch Berücksichtigung eines der folgenden Punkte erfolgt: ob die Rahmenfehler-Rate ansteigt (602); ob der Leistungsverbrauch ansteigt (604); ob sich eine erhebliche Änderung der Geschwindigkeit ergibt (604); ob sich eine erhebliche Änderung der Richtung ergibt (608); ob eine Übergabe zu einer nicht kompatiblen Zone erfolgt (610); ob sich die Mobilstation in Richtung auf den Zellen-Mittelpunkt bewegt (612); ob sich die Mobilstation zu nahe an dem Zellen-Mittelpunkt befindet (614); oder ob die Signalqualität unter einen festgelegten Schwellenwert absinkt.
Basisstations-Sendeempfänger-System (204) zur Zuteilung von orthogonalen Walsh-Codes von einem Satz von Walsh-Codes zur Schaffung von Kommunikationskanälen in einem Zellensektor eines Codemultiplex-Vielfachzugriff-Netzwerkes, wobei die Basisstation durch Folgendes gekennzeichnet ist: logische Schaltungen (712) zur Auswahl eines Orthogonal-Codes aus einem Satz von Walsh-Codes in dem Zellensektor zur Wiederverwendung von einer Geber-Mobilstation, die sich in dem Zellensektor befindet, entsprechend der Position der Mobilstation und bestimmten Mobilstations-Charakteristiken.
Basisstations-Sendeempfänger-System (204) nach Anspruch 11, bei dem die Logikschaltung (712) die Winkeltrennung zwischen einem Zellenteil, in dem sich die Geber-Mobilstation befindet, und dem Zellenteil auswertet, indem der Code wiederverwendet werden soll, alles innerhalb des gleichen Zellensektors.