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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die
Erfindung bezieht sich auf drahtlose Nachrichten- bzw. Kommunikationssysteme.
Speziell bezieht sich die Erfindung auf Systeme und Verfahren zur
Erleichterung der Lastaufteilung zwischen Frequenzen in drahtlosen
Kommunikationsnetzwerken unter Verwendung von Zellen mit Mehrfachfrequenzen.
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Beschreibung verwandter Technik:
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Drahtlose
Kommunikationssysteme werden in verschiedene Anforderung stellenden
Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise im Internet, bei der
Fax-Übertragung
und bei Sprachkommunikationsanwendungen. Solche Anwendungen erfordern
einen kosteneffektiven und zulässigen
Service. Mit dem Anstieg nach drahtlosen Dienstleistungen, zusammen
mit neuen Anwendungen, müssen
drahtlose Kommunikationssysteme in effizienter Weise den erhöhten Netzwerkgebrauch
ermöglichen.
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Systeme
zur effizienten Verarbeitung der erhöhten drahtlosen Netzwerkverwendung
sind insbesondere zweckmäßig bei
neuen digitalen drahtlosen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise
einem CDMA (code division multiple access)-Telekommunikationssystem.
Ein CDMA-System weist oftmals eine Vielzahl von mobilen Stationen
(beispielsweise zellulare Telefone, Handys, mobile Einheiten, drahtlose
Telefone oder mobile Telefone) auf, und zwar in Verbindung mit einer
oder mehreren Basisstations-Transceiver-Subsystemen (base station transceiver
subsystems = BTS's).
Durch Mobilstationen übertragene
Signale werden durch ein BTS empfangen, und oftmals an ein mobiles
Schaltzentrum (mobile switching center = MSC) weitergegeben, wobei
dieses eine Basisstationssteuervorrichtung (base station controller
= BSC) aufweist. Das MSC seinerseits leitet das Signal zu einem öffentlichen
Telefonnetzwerk (public switched telephone network = PSTN), zu einem
Paketdatennetzwerk (Packet Data Network = PDN)-Internet oder über eine
BTS zu einer anderen Mobilstation. In ähnlicher Weise kann ein Signal
von dem öffentlichen
Telefonnetzwerk oder PDN zu einer Mobilstation übertragen werden, und zwar über eine
Basisstation oder ein BTS und ein MSC.
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Jedes
BTS ist für
eine Zelle verantwortlich, und zwar entsprechend einer Region innerhalb
der eine Mobilstation mit dem BTS in Verbindung stehen kann. Anrufe
innerhalb der Zellen werden von den Mobilstationen zu und von einem
Telekommunikationsnetzwerk geleitet, und zwar über ein zugehöriges BTS
und ein MSC. Die Fläche
oder das Abdeckgebiet eines typischen zellularen Telekommunikationssystems
ist in mehrere Zellen unterteilt. Unterschiedliche Kommunikationssystemressourcen,
wie beispielsweise Frequenzen, sind oftmals jeder Zelle zugewiesen,
um die Kommunikationssystemressourcen zu erhöhen. Wenn sich eine Mobilstation
aus einer ersten Zelle in eine zweite Zelle bewegt, so wird eine Übergabe
bzw. ein Handoff ausgeführt,
um neue Systemressourcen assoziiert mit der zweiten Zelle der Mobilstation
zuzuweisen.
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Ein
BTS leitet Anrufe zwischen Mobilstationen innerhalb einer vorbestimmten
geographischen Fläche, d.
h. einer Zelle beherrscht durch das BTS und zu und von einem MSC
und einem BSC. Das MSC und das BSC erleichtern das Routen oder Leiten
der Anrufe zwischen den BTSs und zwischen dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk
und dem PSTN oder Internet, was auch als das Drahtnetzwerk (wireline
network) oder das Landleitungsnetzwerk (landline network) bezeichnet
wird.
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Ein
BSC oder ein MSC ist oftmals mit einem speziellen geographischen
Gebiet oder einer Fläche
assoziiert, und zwar weist dieses Gebiet eine oder mehrere Zellen
auf, und oftmals verschiedene Komponenten, wie beispielsweise ein
Auswahlbanksubsystem (selector bank subsystem = SBS), einen Hochfrequenzverbindungsmanager
(radio link manager = RLM) und zwar zur Erleichterung der Zuweisung
von Netzwerkressourcen zwischen Sprach- oder Datenanrufen und anderen
Netzwerkfunktionen. Die Netzwerkressourcen können verfügbare Hardwareressourcen umfassen,
wie beispielsweise Kanalelemente, Handhabungsressourcen, wie beispielsweise
verfügbare
Walsh-Codes und
Luftverbindungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Sendeleistung.
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Die
drahtlosen Kommunikationssysteme müssen in effizienter Weise die
Netzwerkressourcen ausnutzen, um den erhöhten Netzwerkgebrauch zu ermöglichen.
Die drahtlosen Netzwerke verwenden oftmals zusätzliche Frequenzen im Systembetriebsfrequenzband,
um zusätzliche
Benutzer unterzubringen. in solchen Systemen ist jede zusätzliche
Frequenz typischerweise von zusätzlicher
Hardware begleitet, um Benutzer, die zusätzliche Frequenzen verwenden,
unterzubringen.
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Wenn
ein Benutzer ein drahtloses Telefon, wie es innerhalb des Netzwerks
arbeitet, einschaltet, so wird der Benutzer einer der verfügbaren Frequenzen
in dem Abdeckgebiet zugewiesen, in dem der Benutzer tätig ist,
und zwar basierend auf einer Pseudozufallsfunktion, die als eine "Hash"-Funktion bekannt
ist. Die Hash-Funktion basiert auf einer Benutzeridentifikationsnummer
oder -zahl. Sobald ein Anruf im Gang ist, bekommt jeder Nutzer eine
gegebene Frequenz, die als Zugriffs- oder Access-Frequenz bekannt
ist, zugewiesen, wobei der Benutzer typischerweise dieser Frequenz
zugewiesen bleibt bis der Benutzer die Grenze des Frequenzabdeckgebiets
erreicht, und einer weiteren Frequenz übergeben (handed off) wird.
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Unglücklicherweise
berücksichtigt
dieses Verfahren der Zuweisung von drahtlosen Frequenzressourcen
unter den Benutzern nicht in effizienter Weise die Bewegung der
Benutzer, überlappende
Frequenzabdeckflächen
und auch wird die Position der Benutzer innerhalb der gesamten drahtlosen
Netzwerkabdeckfläche
nicht berücksichtigt.
Infolgedessen können
einige Frequenzen überlastet
werden, was zu abgeschalteten Anrufen führt, wohingegen andere verfügbare Frequenzen
unterbenutzt verbleiben. Beispielsweise kann eine mit einer Frequenz
f1 assoziierte Abdeckfläche eine kleinere überlappende
Abdeckfläche
mit einer zusätzlichen
verfügbaren
Frequenz f2 besitzen. Wenn ein Benutzer
der Frequenz f1 zugewiesen ist, und sich
in die überlappende
Abdeckfläche
bewegt, wo f1 und f2 verfügbar sind,
so bleibt der Benutzer der Frequenz f1 zugewiesen,
obwohl f1 bezüglich f2 überlastet
ist. Wenn f1 überlastet ist, so werden Anrufe
oftmals "fallengelassen" oder abgeblockt,
um den Überlastzustand
zu erleichtern, was eine verminderte Servicezuverlässigkeit
zur Folge hat. Alternativ wird zusätzliche teure Hardware hinzugefügt, um zusätzliche
Benutzer von f1 unterzubringen, wohingegen
die Hardware assoziiert mit f2 unterbenutzt
verbleibt. Solche Lastungleichgewichte sind unerwünscht und
stellen eine ineffiziente Verwendung von Netzwerkressourcen dar.
Zusätzlich
zu der reduzierten Netzwerkzuverlässigkeit können diese Lastungleichgewichte
erhöhte
Kosten zur Folge haben, da Netzwerkadministratoren teure Hardware
hinzufügen,
um die zusätzlichen
Benutzer unterzubringen.
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Es
besteht somit ein Bedürfnis
in der Technik nach einem System und ein Verfahren, welches in effizienter
Weise die Last zwischen Frequenzen in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk
mit Abdeckflächen innerhalb
Mehrfachfrequenzen aufweist, und zwar durch Minimierung der Hardwareerfordernisse
und zur Maximierung der Kapazität
pro Frequenz. Es besteht ferner ein Bedürfnis nach einem System, das
in effizienter Weise die Bewegung der Benutzer berücksichtigt,
und die Position der Benutzer relativ zu überlappenden Frequenzabdeckflächen, und
wobei ferner die Aufteilung der Hardwareressourcen über die
Frequenzen hinweg erleichtert wird.
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US-Patent Nr. 6,069,871 offenbart
ein System zur Verkehrszuweisung und zum dynamischen Lastausgleichen
in einem zellularen Mehrfachträger-Drahtloskommunikationssystem.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung sieht ein System und ein Verfahren vor zur Verbesserung
der Effizienz eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, welche
eine Vielzahl von Frequenzen pro Zelle besitzt, und wobei System
und Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen ausgebildet
sind.
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Das
in der Technik vorhandene Bedürfnis
wird durch das System zur Verbesserung der Effizienz eines drahtlosen
Kommunikationsnetzwerkes gemäß der Erfindung
angesprochen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße System
geeignet zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem,
welches eine Vielzahl von Frequenzen pro Zelle verwendet. Das System
weist einen ersten Mechanismus auf zur Überwachung der Netzwerklast,
die mit jeder der Vielzahl von Frequenzen verbunden ist, und zum
Vorsehen von entsprechenden Statuswerten ansprechend darauf. Ein
zweiter Mechanismus vergleicht die Statuswerte mit vorbestimmten
Kriterien und liefert eine Anzeige ansprechend darauf, wenn eine
oder mehrere Statuswerte die Kriterien erfüllen.
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Ein
dritter Mechanismus verteilt die Netzwerklast entsprechend der Anzeige
erneut.
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In
einem speziellen Ausführungsbeispiel
umfassen die Kriterien eine oder mehrere vorbestimmte Schwellen
derart, dass dann, wenn eine oder mehrere der vorbestimmten Schwellen
durch eine oder mehrere der Statuswerte überschritten werden, die Kriterien
erfüllt
sind. Die Statuswerte sind repräsentativ
für die
Lastbedingungen oder Lastzustände
der Kommunikationssystemressourcen, assoziiert mit jeder der Frequenzen eines
gegebenen Sektors einer Zelle. Die Belastungszustände sind
repräsentativ
für die
derzeit verfügbaren Ressourcen,
zugewiesen jeder der Vielzahl von Frequenzen in einem gegebenen
Sektor eines BTS. Jeder Statuswert umfasst ein Hardwareressourcenkomponente,
eine Luftverbindungsressourcenkomponente und ei ne Handhabungsressourcenkomponente.
Jede Komponente bildet eine Anzeige der entsprechenden verbleibenden
Ressourcen. Die Hardwareressourcenkomponente umfasst die Anzahl
der derzeit verfügbaren
Kanalelemente für
eine zugehörige
oder assoziierte Frequenz. Die Luftverbindungsressourcenkomponente
umfasst die Sendleistung, die für
eine bestimmte Frequenz eines Sektors verfügbar ist, bevor diese ihre
maximale Luftverbindungskapazität
erreicht. Die Handhabungsressourcenkomponente umfasst die Anzahl
verfügbarer Walsh-Codes
für eine
bestimmte Frequenz.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der erste Mechanismus Sektorfrequenzsteuervorrichtungen (sector
frequency controller) auf, und zwar eine für jede der Vielzahl von Frequenzen
in einem Sektor. Jede Sektorfrequenzsteuervorrichtung steht mit
einem entsprechenden Anrufressourcenmanager in Verbindung. Der Anrufressourcenmanager
ist an einem Basisstationstransceiver-Subsystem positioniert. Der zweite
Mechanismus umfasst Software, die auf jeder der Sektorfrequenzsteuervorrichtungen
läuft.
Die Software erzeugt einen Statuswert, assoziiert mit einer entsprechenden
Frequenz, vergleicht den Statuswert mit einer der vorbestimmten
Schwellen und erzeugt eine Statusnachricht ansprechend darauf. Die
Statusnachricht spezifiziert dass entweder die entsprechende Frequenz
verfügbar
ist, dass die entsprechende Frequenz nur für Übergabe (Handoff) verfügbar ist,
dass die entsprechende Frequenz nur für Notrufanrufe verfügbar ist,
oder dass die entsprechende Frequenz nicht verfügbar ist. Die durch den zweiten
Mechanismus gelieferte Anzeige umfasst die Statusnachricht, wenn
die Statusnachricht spezifiziert dass die entsprechende Frequenz
nur für Handoff
verfügbar
ist, nur für
Notrufanrufe verfügbar
ist, oder ansonsten unverfügbar
ist.
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Der
dritte Mechanismus umfasst einen Lastausgleichsbroker, der die Anzeige
empfängt.
Der Lastausgleichsbroker steht mit einer Pilotdatenbasis und Selektorelementen
in Verbindung. Die Selektorelemente sind an einer Basisstationssteuervorrichtung
positioniert, und stehen in Verbindung mit Kanalelementen eines
Basisstationstransceiver-Subsystems, assoziiert mit der Zelle und
der entsprechenden Frequenz. Der Lastausgleichsbroker umfasst einen
Mechanismus zur Auffindung der Mobilstationen, die derzeit keinen
Handoff oder keine Übergabe
erfahren, die innerhalb einer vorbestimmten eingeschränkten Region
um das Basisstationstransceiver-Subsystem herum arbeiten, und die
mit Frequenzen assoziiert sind, die über die Anzeige spezifiziert
sind. Mobilstationen, die innerhalb eines eingeschränkten Bereichs
oder einer eingeschränkten
Region arbeiten, besitzen Round-Trip- oder Hin- und Rückverzögerungen
(round trip delays = RTDs), die kleiner sind als eine konfigurierbare
Hin- und Rückverzögerungsschwelle.
Nach Auffinden dieser Mobilstationen und der verfügbaren Ziel-
oder Target-Frequenzen, gibt der Lastausgleichsbroker eine Lastteil-
bzw. Lastverteilungs-Anforderung bzw. Lastabbau-Anforderung (load
shed request) an die Selektorelemente (selector elements), die Anrufe
zu diesen Mobilstationen verarbeiten.
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Die
Selektorelemente umfassen einen Mechanismus zum Implementieren der Übergabe
(Handoff) einer Mobilstation von einer ersten Frequenz zu einer
Zielfrequenz, entsprechend Lastausgleichsübergabekriterien. Die Selektorelemente
umfassen einen Mechanismus zum Vorsehen eines Lastteil- bzw. Lastverteilungs- bzw.
Lastabbau-Ansprechens (load shed response) an den Lastausgleichsbroker,
ansprechend auf den Empfang der Lastteil- bzw. Lastabbau-Anforderung.
Das Lastteil- bzw. Lastverteilungs- bzw. Lastabbau-Ansprechen zeigt
an, ob die Mobilstationen erfolgreich übergeben wurden, und zwar über den
Mechanismus zum Implementieren der Übergabe, und zwar an verfügbare Frequenzen,
spezifiziert in der Lastteil-Anforderung. Die Lastausgleichsübergabekriterien
oder das Kriterium spezifiziert, dass eine Übergabe nur gestattet ist von
der ersten Frequenz zu einer Zielfrequenz mit einem höheren Frequenzverfügbarkeitswert
als die erste Frequenz, und wenn die Zielfrequenz innerhalb des
gleichen Sektors wie die erste Frequenz ist. Die Handoff- oder Übergabekriterien
oder das Kriterium geben den Vorzug Zielfrequenzen mit höheren Frequenzverfügbarkeitswerten.
Eine Pilotdatenbasis wird verwendet, um bei der Bestimmung der Frequenzverfügbarkeitswerte
zu helfen, und spezifiziert übereinander
liegende Frequenzen (vertikale Nachbarn einer Sektor plus Frequenz)
und benachbarte Frequenzen (Nach barn in benachbarten Sektoren plus
Frequenzen), assoziiert mit jeder Frequenz in einem gegebenen Sektor.
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Das
neue Design der vorliegenden Erfindung wird durch den dritten Mechanismus
erleichtert, der die Netzwerkressourcen erneut verteilt, und zwar
von Frequenzen, die Belastungsprobleme besitzen, zu Frequenzen,
die keine Belastungsprobleme besitzen. Durch das effektive Ausgleichen
der Lasten zwischen Frequenzen erhöht die vorliegende Erfindung
die Kommunikationssystemeffizienz durch Reduzieren der Anrufblockade,
der Übergabeblockade
und der Anrufwegfallwahrscheinlichkeiten, wobei die Hardware reduziert
wird, die erforderlich ist, um diese Wahrscheinlichkeiten innerhalb
annehmbarer Grenzen zu halten.
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Das
neue Design der vorliegenden Erfindung wird ferner erleichtert durch
die Verwendung der Hin- und Rück-(round
trip)-Verzögerungen
zwischen den Mobilstationen und dem Dienst tuenden Basisstationstransceiver-Subsystem. Die Round-Trip-Verzögerung liefert
eine Schätzung
der Stelle oder Lokation (auf einem Kreis um das BTS herum) einer
Mobilstation bezüglich
der Organisation der Frequenzabdeckflächen innerhalb des Systems.
Demgemäß werden
nur Mobilstationen nicht nahe den Grenzen von bestimmten Abdeckflächen zu
anderen Frequenzen übergeben
(Handoff). Infolgedessen ist es unwahrscheinlich, dass die Mobilstationen
darauffolgend eine harte Übergabe
(hard handoff) zu benachbarten Frequenzen infolge der Bewegung der
Mobilstation erfordern. Ferner gilt, dass dann, wenn Mobilstationen
nahe einer Kante der Abdeckung sind, die Übergabe für Lastausgleichszwecke nicht
erfolgreich sein könnte.
Dieses Szenario, d. h. die Übergabe
von Mobilstationen nahe den Frequenzabdeckungsflächengrenzen für Lastausgleichszwecke
wird größtenteils
durch die vorliegende Erfindung vermieden. Da sich nahe dem Zentrum
oder einer Mitte einer Zelle die Frequenzen der Zelle überlappen,
hilft die Auswahl von Mobilstationen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs
um die Mitte der Zelle herum dabei die darauffolgenden harten Übergaben
zu minimieren.
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Durch
Verwendung eines neuen vertikalen Nachbarfeldes in einer Pilotdatenbasis
zur Erleichterung der Bestimmung von Frequenzverfügbarkeitswerten
für jede
Frequenz wird ferner eine weitere Netzwerkeffizienz erreicht. Ein
Frequenzverfügbarkeitswert
für eine
spezielle Frequenz in einem gegebenen Sektor steht in inverser Beziehung
zu der Anzahl der vertikalen und horizontalen benachbarten Frequenzen.
Die Verwendung von Frequenzverfügbarkeitswerten
erleichtert die Unterscheidung oder die Diskriminierung zwischen
benachbarten Zielfrequenzen derart, dass die Anzahl von darauffolgenden
harten Übergaben
(hard handoffs) weiter minimiert wird. Dieses maximiert die Verwendung
der Systemressourcen weiterhin.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines exemplarischen CDMA drahtlosen Kommunikationssystems
für das
die vorliegende Erfindung geeignet ist.
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2 ist
ein Diagramm, welches eine exemplarische Abdeckfläche oder
ein Abdeckgebiet des drahtlosen Kommunikationssystems der 1 zeigt,
und zwar mit Mehrfachfrequenzabdeckgebieten oder -flächen.
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3 ist
ein detailliertes Diagramm des drahtlosen Kommunikationssystems
der 1, wobei das mobile Schaltzentrum (MSC) die Basisstations-Steuervorrichtung
(BSC), das erste Basisstations-Transceiver-Subsystem (BTS) und die Mobilstation
der 1 dargestellt sind.
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4 ist
ein Flussdiagramm der Software, die entsprechend den Lehren der
vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, und zwar betrieben auf
dem drahtlosen Kommunikationssystem der 3, zur Erleichterung
des Lastausgleichs über
die Frequenzen hinweg.
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5 ist
eine graphische Darstellung der Kapazität, abhängig von Frequenzen, vorgesehen
oder getragen für
einen gegebenen Anruf unter Verwendung des Lastausgleichssystems
der 3 und 4 und für eine Zelle, die kein Lastausgleichssystem
stützt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf veranschaulichende
Ausführungsbeispiele für bestimmte
Anwendungen beschrieben, es soll aber klar sein, dass die Erfindung
darauf nicht begrenzt ist. Der Fachmann mit Zugriff auf die Lehren,
die hier gegeben werden, erkennt zusätzliche Modifikationen, Anwendungen
und Ausführungsbeispiele
innerhalb des Rahmens dieser Lehren und zusätzliche Gebiete, in denen die
Erfindung mit signifikanter Nützlichkeit
verwendet werden könnte.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften drahtlosen Kommunikationssystems 10 für das die vorliegende
Erfindung geeignet ist. Das System 10 weist ein mobiles
Schaltzentrum (MSC) 12 auf, mit einer Basisstationssteuervorrichtung
oder einem Basisstations-Controller (BSC) 14. Ein öffentliches
Telefonschaltnetzwerk (PSTN) 16 leitet Anrufe von den Telefonleitungen
und anderen Netzwerken und (nicht gezeigten) Kommunikationsvorrichtungen
zu dem MSC 12 und von diesem weg. Das MSC 12 leitet
(routes) Anrufe von dem PSTN 16 hin zu und weg von einem
ersten BTS 18 und einem zweiten BTS 20, assoziiert
mit einer ersten Zelle 22 bzw. einer zweiten Zelle 24.
Die BTSs 18 und 20 werden oftmals Zellensteuervorrichtungen
oder Zellen-Controller
genannt.
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Das
MSC 12 leitet Anrufe zwischen den BTSs 18 und 20.
Das erste BTS 18 leitet Anrufe zu der ersten Mobilstation 26 innerhalb
der ersten Zelle 22 über
eine erste Kommunikationsverbindung 28. Die Kommunikationsverbindung 28 ist
eine Zweiwegeverbindung mit einer Vorwärtsverbindung 30 und
einer Rückwärtsverbindung 32.
Wenn das BTS 18 Kommunikationen mit der Mobilstation 26 aufgebaut
hat, ist das Link oder die Verbindung 28 typischerweise
als ein Verkehrskanal (traffic channel) charakterisiert. Obwohl
nur zwei BTSs 18 und 20 in 1 gezeigt
sind, können
jedoch ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen mehr BTSs oder weniger
BTSs verwendet werden.
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Das
erste BTS 18 und das zweite BTS 20 sind nahe den
Mitten der entsprechenden Zellen 22 bzw. 24 positioniert.
In dem vorliegenden speziellen Ausführungsbeispiel verwenden die
BTSs 22 und 24 mehr als eine Frequenz, d. h. zelluläres Kommunikationsfrequenzband,
um den zusätzlichen
Verkehr innerhalb der Zellen 22 und 24 unterzubringen.
Die Frequenzen (Frequenzabdeckgebiete oder -flächen) überlappen sich, wie weiter
unten im Einzelnen diskutiert und sind annähernd um jedes BTS 18 und 20 zentriert.
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Wenn
sich die Mobilstation 26 von der ersten Zelle 22 zur
zweiten Zelle 24 bewegt, so wird die Mobilstation 26 zu
dem zweiten BTS 20 übergeben.
Die Übergabe
erfolgt typischerweise in einer Überlappungsregion
oder -zone 36, wo die erste Zelle 22 die zweite
Zelle 24 überlappt.
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Bei
einer weichen Übergabe
baut die Mobilstation
26 eine zweite Kommunikationsverbindung
34 mit dem
Ziel-BTS-System
20 auf, und zwar zusätzlich zu der ersten Kommunikationsverbindung
28 mit
dem Quellen- oder Ausgangs-BTS
18. Während einer weichen Übergabe,
wo die Mobilstation
26 auf der gleichen Frequenz bleibt,
werden sowohl die erste Verbindung
28 als auch die zweite
Verbindung
34 gleichzeitig aufrechterhalten. Nachdem die
Mobilstation
26 in die zweite Zelle
24 gekreuzt
oder eingetreten ist, kann sie die erste Kommunikationsverbindung
28 fallenlassen.
Beispiele für
die weiche Übergabe
(soft Handoff) sind im
US-Patent
5,101,501 , ausgegeben am 31. März 1992 mit dem Titel "SOFT HANDOFF IN A
CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" veranschaulicht,
wobei dieses Patent auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde und dieses Patent durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
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Bei
einer harten Übergabe,
wo die Mobilstation 26 die Frequenz ändert, wird die Kommunikationsverbindung 34 nicht
aufgebaut. Wenn sich die Mobilstation 26 aus der ersten
Zelle 22 in die zweite Zelle 24 bewegt, so wird
die Verbindung 28 zu dem Quellen-BTS 18 fallengelassen,
und eine neue Verbindung wird mit dem Ziel-BTS 20 gebildet.
Wenn die Zellen wenig oder keine Überlappung besitzen, so wird
oftmals die harte Übergabe
durchgeführt,
um die neuen Ressourcen des Ziel-BTS 20 der Mobilstation 26 zuzuweisen.
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Eine Übergabe
umfasst die Ausführung
eines Satzes von Negotiations- oder
Verhandlungsinstruktionen zwischen der Mobilstation 26 und
einem oder mehreren herrschenden BTSs und/oder MSCs, beispielsweise
dem BTS 18 und dem BTS 20 und dem MSC 12.
Um die harte Übergabe
zwischen benachbarten Zellen zu erleichtern, wird oftmals ein (nicht
gezeigtes) Übergabe-Beacon (handoff beacon)
bzw. eine Bake verwendet. Ein Beacon in jeder Zelle sendet ein Signal
mit einem begrenzten Bereich um die Zelle herum. Wenn eine Mobilstation
in einer ersten Zelle eine Beacon von einer zweiten Zelle detektiert,
so wird das Telefon zur zweiten Zelle hart übergeben.
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Wenn
eine Mobilstation, die einen Anruf aufrechterhält von einer ersten Systemabdeckfläche, assoziiert
mit einem ersten BSC (oder BTS) zu einer zweiten Systemabdeckfläche, assoziiert
mit einem zweiten BSC (oder BTS) läuft, so wird die Mobilstation
zu dem zweiten BSC (oder BTS) und zugehörigen BTSs übergeben. Wenn das Ziel-BTS,
assoziiert mit dem zweiten BSC (oder BTS) nicht in ausreichendem
Maße Verkehrskanäle zur Unterbringung
der harten Übergabe
aufweist, so wird die Übergabe
typischerweise durch einen Anrufressourcenmanager (call resource
manager = CRM) des Ziel-BTS blockiert, und die Anrufqualität wird degradiert, was
zu einem möglichen
Fallenlassen des Anrufs führt.
Wenn somit sämtliche
Verkehrskanäle
in einem BTS in Gebrauch sind, so werden typischerweise jedwede
zusätzlichen
Anrufe, denen die harte Übergabe
zum BTS versagt wurde, degradiert und schließlich fallengelassen und jedwede
neu entstehenden Anrufe werden typischerweise blockiert.
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Die
vorliegende Erfindung berücksichtigt
mehrere Typen des Entstehens des Anrufs und der Übergabe einschließlich einer
Intersystemübergabe
und einer Intrasystemübergabe.
Eine Intersystemübergabe
tritt dann auf, wenn eine Mobilstation, die unter der Steuerung
eines gegebenen zellularen Telekommunikationssystems, wie beispielsweise
des Systems 10 arbeitet, sich außerhalb des Abdeckbereichs
oder der Abdeckfläche
des Telekommunikationssystems bewegt und zu einem benachbarten System
(nicht gezeigt) übergeben wird.
Die Intrasystemübergabe
wird dann verwendet, wenn zwei Telekommunikationssysteme benachbart
zueinander oder einander überlappend
vorgesehen sind, und das benachbarte System besser in der Lage ist, die
Mobilstation 26 zu versorgen als das derzeit versorgende
System 10. Das benachbarte System und das versorgende System 10 müssen angrenzende
Versorgungsflächen
oder -gebiete besitzen. Die Intersystemübergabe kann zwischen zwei
Systemen erfolgen, die das gleiche Luftinterface verwendet, oder
zwischen zwei Systemen, die unterschiedliche Luftinterfaces verwenden.
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Die
Intrasystemübergabe
erfolgt dann, wenn sich eine Mobilstation von einer Zelle (BTS)-Abdeckfläche zu einer
anderen Zellenabdeckfläche
bewegt. Die Intrasystemübergabe
kann entweder eine weiche Übergabe
sein oder eine harte Übergabe,
wobei die weiche Übergabe
vorliegt, wenn die Anker- und Zielzellen auf der gleichen Frequenz
arbeiten, während
die harte Übergabe
vorliegt, wenn die Zellen unterschiedliche Frequenzen besitzen.
Die harte Intrasystemübergabe
wird oftmals in Systemen verwendet, bei denen Mehrfachfrequenzen
einigen BTSs zugewiesen sind, um in effizienter Weise die Spektrumsressourcen
auszunutzen, wobei die Kapazität
des CDMA-Netzwerkes
maximiert wird. Die Verwendung von Mehrfachfrequenzen sieht oftmals
Vorteile gegenüber
Verfahren vor, die eine Kapazitätserhöhung anstreben,
wie beispielsweise ein Zellenspalten (cell splitting) oder eine
Zellensektorisierung (cell sectorization). Die harte Intrasystemübergabe kann
auch zwischen zwei Netzwerken des gleichen Systems unter Verwendung
von zwei unterschiedlichen Luftinterfaces erfolgen.
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In
Mehrfachfrequenzsystemen ist eine harte Übergabe oftmals dann erforderlich,
wenn eine Mobil(station) sich aus einem Gebiet oder einer Fläche, das
Mehrfachfrequenzen besitzt, zu einem Gebiet oder einer Fläche bewegt,
das unterschiedliche Frequenzen besitzt oder aber die gleichen aber
weniger Frequenzen. Die harte Übergabe
wird oftmals erforderlich sein, wenn sich eine Mobilstation von
einen Gebiet oder einer Fläche mit
geringer Last auf der Dienstfrequenz (serving frequency) zu einem
Gebiet oder einer Fläche
mit einer hohen Last auf der Serving- oder Dienstfrequenz befindet,
und ein Lastausgleich entsprechend der vorliegenden Erfindung ist
erforderlich.
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2 zeigt
ein Diagramm einer beispielhaften Abdeckfläche 40 des drahtlosen
Kommunikationssystems 10 der 1 unter
Verwendung von Mehrfachfrequenzen. Die Abdeckfläche 40 ist ein Sektor,
der die erste Zelle 22 und die zweite Zelle 24 aufweist.
Die erste Zelle 22 besitzt eine erste Frequenzabdeckfläche (F1) 42,
welche die gesamte Zelle 22 abdeckt. Eine erste innere überlappende
Abdeckfläche
(F1, F2) 44 ist innerhalb der ersten Frequenzabdeckfläche 42 zentriert
und umfasst überlappende
Frequenzen F1 und F2, d. h. die Frequenzabdeckfläche F2 überlappt die Frequenzabdeckfläche F1.
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In ähnlicher
Weise besitzt die zweite Zelle 24 eine zweite Frequenzabdeckfläche (F1) 46,
die die gesamte zweite Zelle 24 abdeckt. Eine zweite innere überlappende
Abdeckfläche
(F1, F3, F4) 48 weist überlappende
Frequenzen F1, F3 und F4 auf. Die Zellen 22 und 24 umfassen
die entsprechenden BTSs 18 bzw. 20 und zwar zentriert
innerhalb der entsprechenden Zellen 22 und 24.
Die BTSs 18 und 20 erleichtern die Kommunikationen
mit den Mobilstationen, wie beispielsweise der Mobilstation 26 auf
den Frequenzen F1, F2, F3 und/oder F4.
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Wenn,
in konventionellen Systemen, eine Mobilstation wie beispielsweise
die Mobilstation 26, die innerhalb der ersten Frequenzabdeckfläche (F1) 42 der
ersten Zelle 22 arbeitet, sich in den ersten inneren Überlappungsabdeckbereich
(F2) 44 der ersten Zelle 22 bewegt, so setzt die
Mobilstation den Betrieb auf Frequenz F1 fort, selbst wenn F1 überlastet
ist, und F2 reichlich verbleibende Kapazität besitzt. Wenn F1 überlastet
wird, können
vorhandene Anrufe, d. h. Kommunikationsverbindungen zwischen einer
Mobilstation in der Zelle 22, fallengelassen werden und
jedwede neuen Anrufe oder Übergabeanforderungen
können
blockiert werden. Dies erhöht
die Wahrscheinlichkeit des Anrufsfallenlassens und des Blockierens
des Kommunikationssystems. Zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeiten
des Anrufsblockierens und des Anrufsfallenlassens auf akzeptable
Pegel, wurden konventioneller Weise zusätzliche teure Hardwareressourcen
hinzugefügt,
wie beispielsweise Kanalelemente, und zwar erfolgte die Hinzufügung zu
dem assoziierten BTS 18 um den zusätzlichen Verkehr unterzubringen.
Dies ist eine ineffiziente Ausnutzung von Netzwerkressourcen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet, wie unten im Einzelnen erläutert, jedes BTS 18 und 20 Positionsinformation
(auf einem Kreis um das BTS herum), die sich auf die Lage oder Position
der Mobilstationen innerhalb jeder Zelle 22 und 24 bezieht,
um so den Lastausgleich und die zugehörige Übergabe zwischen Frequenzen,
entsprechend der durch jede Frequenz derzeit gehandhabten Last,
zu erleichtern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel misst jedes
BTS 18 und 20 die Hin- und Rückverzögerung (round trip delay =
RTD) für
jede innerhalb der beispielhaften Abdeckfläche 40 arbeitenden
Mobilstation. Die RTD repräsentiert
die Zeit, die erforderlich ist, die ein Signal braucht um von dem
regierenden BTS zu der zugehörigen
Mobilstation und zurück
zu der BTS zu laufen. Der Abstand zwischen der Mobilstation und
dem BTS wird basierend auf der RTD und der Lichtgeschwindigkeit
bestimmt. Wenn sich somit beispielsweise Mobilstationen innerhalb
der ersten überlappenden
Frequenzabdeckfläche 44 befinden,
so sind beispielsweise die RTDs der zugehörigen Mobilstationen kleiner
als ein bestimmter RTD-Wert. Wenn die mit F1 assoziierte Last eine
vorbestimmte Lastschwelle erreicht, dann wird bzw. werden die innerhalb
der ersten überlappenden
Abdeckfläche 44 arbeitende Mobilstation
wie dies durch die RTDs der Mobilstationen angezeigt wird, durch
harte Übergabe
zur Frequenz F2 übergeben,
und zwar unter der Annahme, dass die Last an F2 noch nicht eine ähnliche
Lastschwelle erreicht hat. Die Lastschwellen sind anwendungsspezifisch
und können
dynamisch basierend auf den Netzwerkbedingungen auf den neuesten
Stand gebracht werden.
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Wenn
auf der Frequenz F2 innerhalb der ersten überlappenden Abdeckfläche 44 arbeitende
Mobilstationen sich außerhalb
der überlappenden
Abdeckfläche 44 zur
ersten Abdeckfläche
(F1) 42 bewegen, wo F2 nicht verfügbar ist, so werden die Mobilstationen
zur Frequenz F1 hart übergeben.
Das Lastausgleichsystem der vorliegenden Erfindung, welches im Folgenden
im Einzelnen diskutiert wird, stellt sicher, dass hinreichend Kapazität auf F1
verfügbar
ist, um die harten Übergaben
von F2 zu F1 zu ermöglichen,
und zwar dadurch, dass die Last an F1 unterhalb einer vorbestimmten
Lastschwelle gehalten wird. Um die darauffolgenden harten Übergaben
von F2 nach F1 zu minimieren, werden die harten Übergabe von F1 nach F2 für Lastausgleichszwecke
nur für
Mobilstationen gestattet innerhalb eines vorbestimmten Bereichs,
um das BTS 18 herum, wie dies durch die RTDs unterhalb
einer vorbestimmten Schwelle gezeigt ist. Der vorbestimmte Bereich
kann kleiner sein als die erste innere überlappende Abdeckfläche 44.
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Wenn
die Mobilstation 26 von der ersten Frequenzabdeckfläche (F1) 42 der
ersten Zelle 22 zur zweiten Zellenfrequenzabdeckfläche (F1) 46 der
zweiten Zelle 24 läuft,
so setzt die Mobilstation den Betrieb auf F1 fort. Wenn die Mobilstation 26 von
dem zweiten Frequenzabdeckbereich oder -gebiet (F1) 46 übergeht
zu dem zweiten überlappenden
Abdeckgebiet oder Fläche 48 und
sie innerhalb einer gegebenen RTD des BTS 20 befindet,
und die Last auf der Frequenz F1 eine gegebene Lastschwelle übersteigt,
so wird die Mobilstation 26 übergeben und zwar entweder
zur Frequenz F3 oder zur Frequenz F4, und zwar unter der Annahme,
dass die Lasten auf F3 und F4 unterhalb der entsprechenden vorbestimmten
Lastschwelle liegen. Die Entscheidung zur Übergabe der Mobilstation 26 nach
F3 oder F4 basiert partiell auf den Frequenzverfügbarkeitswerten (frequency
availability values = FAV's),
die entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung vorgesehen
wurden, wobei diese jeder Frequenz F1, F2, F3 und F4 zugewiesen
werden.
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Der
FAV-Wert für
eine bestimmte Frequenz basiert auf einer vertikalen Nachbaraufzeichnung
und einer horizontalen Nachbaraufzeichnung in einer Pilotdatenbasis,
wie dies im Einzelnen unten erläutert
wird. Die einzigartige vertikale Nachbaraufzeichnung spezifiziert
für jede
Frequenz eines Sektors Frequenzen, die diese Frequenz in diesem
Sektor überlappen.
Beispielsweise gilt Folgendes: in der Zelle 48 umfasst
F1 überlappende
Frequenzen F3 und F4, die in einem vertikalen Nachbarfeld eine vertikale
Nachbaraufzeichnung der Pilotdatenbasis spezifizieren würden. In ähnlicher
Weise umfasst in der Zelle 44 F2 die überlappende Frequenz F1, die
in dem assoziierten vertikalen Nachbarfeld spezifiziert würde. Die
horizontale Nachbaraufzeichnung zeichnet die Nachbarfrequenzen in
benachbarten Sektoren für
jede Frequenz eines gegebenen Sektors auf. Frequenzen von Sektoren
mit großen
Zahlen von horizontalen und vertikalen Nachbarn, wie dies angegeben
ist über
die entsprechenden horizontalen bzw. vertikalen Nachbarfelder, werden
in der Pilotdatenbasis niedrigere FAV-Werte zugewiesen, wie dies
unten noch im Einzelnen beschrieben wird.
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Wenn
die Entscheidung getroffen wird, die Mobilstation 26 zu
entweder F3 oder F4 in der zweiten inneren überlappenden Abdeckfläche 48 zu übergeben,
so wird der Frequenz mit dem größten FAV
der Vorzug gegeben. Typischerweise besitzen Frequenzen mit kleineren
Bereichen um das BTS 20 herum höhere FAV-Werte. Infolgedessen
hält die
vorliegende Erfindung die Lasten auf den Frequenzen mit den meisten Nachbarn
unterhalb bestimmter Lastschwellen und bewegt die Mobilstationen,
für die
es unwahrscheinlich ist, dass sie eine weitere Übergabe (RTD < RTD-Schwelle) benötigen zu
Frequenzen mit weniger Nachbarn. Dies hilft bei der Minimierung
der harten Übergaben
und der Maximierung der Ausnutzung der Netzwerkressourcen.
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Nahe
der Mitte einer Zelle überlappen
sich Frequenz-Abdeckflächen.
Infolgedessen gilt Folgendes: Durch Verwendung der RTD zur Abschätzung der
Position von Mobilstationen bezüglich
der Frequenz-Abdeckflächen
innerhalb der Systemabdeckfläche 40,
werden Mobilstationen, die am weitesten weg sich von Frequenz-Abdeckgrenzen
(RTD < RTD-Schwelle)
befinden, aus Gründen
des Lastausgleichs übergeben.
Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass die Mobilstationen darauf
folgend eine harte Übergabe
benötigen
infolge der Bewegung der Mobilstation. Durch Minimierung der harten Übergaben
erreicht die vorliegende Erfindung weitere Hardware-Effizienz. Ferner
gilt Folgendes: Durch Sicherstellung, dass die Mobilstationen, die eine Übergabe
zum Zwecke des Lastausgleichs erfahren, sich nicht nahe der Frequenz-Abdeckflächen befinden,
besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Übergabe
mit anderen Typen von Übergaben interferieren
und umgekehrt.
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Ein
drahtloses Netzwerk wird dann überlastet,
wenn die Anzahl der durch das Netzwerk geleiteten Anrufe hinreichend
groß wird,
um so in signifikanter Weise die Performance des Netzwerkes abzuschwächen. Die
exakten Parameter zur Bestimmung, wann ein Netzwerk überlastet
ist, ändern
sich von System zu System. Durch Vergleichen verfügbarer Netzwerkressourcen,
wie beispielsweise der Luftverbindungsressourcen, der Hardwareressourcen
und der Handhabungs- oder Verarbeitungsressourcen mit entsprechenden
Schwellen, die bezüglich
der Netzwerkkapazitätsgrenzen
eingestellt sind, werden Regeln für die Bestimmung, wann ein gegebenes
Netzwerk für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung überlastet ist, leicht ermittelt,
was weiter unten im Einzelnen erläutert wird.
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Die
Last auf einer gegebenen Frequenz, wie beispielsweise F1, verändert sich
entsprechend der Anzahl von aktiven Mobilstationen, d. h. Benutzern,
die die Ressourcen von F1 benutzen. Die Last auf der Frequenz F1
kann ansteigen oder abnehmen, und zwar abhängig von der Anzahl der Benutzer,
die in F1 eintreten oder austreten, wie beispielsweise über Handoff
oder über
einen neuen Anrufaufbau einer Mobilstation. Solche Übergaben
umfassen weiche/weichere Übergaben
(soft/softer handoffs) und harte Übergaben (hard handoff), und
zwar ausgelöst
durch die Beweglichkeit des Benutzers, (wie beispielsweise zwischen
den Grenzen benachbarter CDMA-Systeme) und harte Übergabe
infolge des Lastausgleichs über
die Frequenzen hinweg, initiiert durch die vorliegende Erfindung.
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3 ist
ein detaillierteres Diagramm, welches das mobile Schaltzentrum (mobile
switching center = MSC) 12 zeigt ferner die Basisstationsteuervorrichtung
oder den Basisstations-Controller (BSC = base station controller) 14,
die erste Basisstation (BTS) 18 und die Mobilstation 26 der 1.
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Aus
Gründen
der Klarheit ist die zweite Basisstation 20 gemäß 1 aus
der 2 weggelassen. Zudem sind verschiedene andere
Systemkomponenten weggelassen, wie beispielsweise Overhead-Kanal-Manager,
die HF-Verbindungs-Manager,
die Paging- und Zugriffsmanager, die Anrufs-Manager-Transaktions-Prozessoren
und andere Hardware und/oder Software-Module. Der Fachmann weiß jedoch,
wie diese Komponenten zu erhalten und aufzubauen sind und wie sie
in das System 10 passen. Beispielsweise sind bekannte Komponenten,
wie beispielsweise die folgenden weggelassen: Ein Zellenplatz-Modem
(cell site modem) in der BTS 18 zum Aufbau einer Luft-Interfaceverbindung 28 zwischen
der Basisstation 18 und der Mobilstation 26 und ein
CDMA-Zwischenverbindungs-Subsystem zum Leiten von Nachrichten von
verschiedenen Elementen innerhalb der Basisstation 18 zu
verschiedenen Elementen innerhalb des BSC 14 und des MSC 12.
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Das
BTS 18 umfasst einen Basisstations-Transceiver-Subsystem-Controller (BTSC
= base station transceiver subsystem controller) 60 mit
einem Sektorfrequenz-Controller (Sector Frequency Controller) 62 in Verbindung
mit einem Anrufressourcen-Manager 64. Das BTS 18 weist
ferner eine Vielzahl von Kanalkarten 66 auf. Jede Kanalkarte 66 besitzt
Verkehrskanalelemente 68. Andere Zwischenverbindungen zwischen
den verschiedenen Modulen 60, 62, 64, 66 und 68 des
BTS 18 sind nicht gezeigt, um so die Erfindung deutlicher zu
veranschaulichen. Die Mobilstation 26 ist in Verbindung
mit dem BTS 18 über
die Luft-Interfaceverbindung 28 dargestellt.
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Das
MSC 12, welches mit dem PSTN 16 kommuniziert,
weist einen Basisstationsmanager (BSM) 70 auf, ferner einen
Ergänzungs-Dienstleistungs-Zusatz (SSA) = supplementary
service adjunct) 72, einen Anrufsteuer- oder Control-Prozessor
(CCP = call control prozessor) 74 und die BSC 14.
Die BSC 14 weist ein Selektor-Bank-Subsystem (SBS = selector
bank subsystem) 76 auf mit einer Vielzahl von Selektorkarten 78.
Die Selektorkarten 78 weisen ein Selektorelement-Hauptcontroller
(Selector Element Main Controller) 80 auf, der als ein
Computer arbeitet, der auf einer einzigartigen Software der vorliegenden
Erfindung arbeitet, und zwar zum Implementieren eines einzigar tigen
Lastausgleich-Brokers LLB (= load balancing broker) 82 und
einer Pilotdatenbasis 84, wobei die untereinander kommunizieren.
Die Selektorkarten 78 weisen auch Selektorelemente 86 auf,
die in Verbindung stehen mit dem Selektorelement Hauptcontroller 80.
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Der
BSM 70 der MSC 12 steht mit dem BTS 18 in
Verbindung und kann mit anderen Modulen des MSC 12 und
des BSC 14 über
verschiedene (nicht gezeigte) Verbindungen verbunden sein. Der BSM 70 ist
ein Computer, der häufig
dazu verwendet wird, Diagnosetests am System 10 auszuführen und
Software und Parameter zu laden (upload), wie beispielsweise Software,
die entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut
ist und zu und von den verschiedenen Komponenten des Systems 10 führt.
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Obwohl
andere (nicht gezeigte) Zwischenverbindungen zwischen verschiedenen
Modulen des MSC 12 existieren, veranschaulicht die folgende
Diskussion von Zwischenverbindungen zwischen den Modulen des Systems 10 die
vorliegende Erfindung. Das SSA 72 ist, wie gezeigt, verbunden
mit dem SBS 76 des BSC 14, mit dem CCP 74 des
MSCs 12 und mit dem PSTN 16. Der CCP 74 steht
in Verbindung mit den SEs 86 der Selektorkarten 78 mit
dem BTSC 60 des BTS 18, ferner mit dem Selektorelement-Hauptcontroller 80 und
mit dem SSA 72. Die SEs 86 sind mit dem Selektorelement-Hauptcontroller 80 verbunden
und stehen in Verbindung mit dem LLB 82 und der Pilotdatenbasis 84 des
Selektorelement Hauptcontroller 80. Zusätzlich sind die SEs 86 mit
dem CCP 74 verbunden, mit den Kanalkarten 66 und
stehen in Verbindung mit den zugehörigen TCEs 68, mit
dem CRM 64 des BTSC 60 und ferner mit dem SFC 62 des
BTSC 60. Die Pilotdatenbasis 84 steht in Verbindung
mit dem LLB 82 und dem SFC Controller 62. Der
LLB 82 steht in Verbindung mit der Pilotdatenbasis 84.
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Gemäß der Erfindung
weist der LLB 82 eine einzigartige Lastverteilungs- bzw. Lastabbauroutine 88 auf.
Die Pilotdatenbasis 84 weist eine neue vertikale Nachbaraufzeichnung 90 auf,
und zwar zusätzlich
zu den Frequenzvorzugs-Tabellen,
begleitende Frequenzstatus-Aufzeichnungen und Frequenzverfüg barkeits-Aufzeichnungen
(nicht gezeigt) für
jedes BTS (BTS 18), und zwar gesteuert durch das BSC 14.
Das SFC 62 des BTSC 60 auf dem BTS 18 umfasst
eine Frequenzstatus-Routine 92 und andere Software- oder
Hardware-Routinen
(nicht gezeigt) zum Verfolgen des Status jeder Frequenz, die durch
jeden Sektor des BTS 18 verwendet wird, wie dies durch
den zugehörigen
CRM 64 angezeigt ist. Die TCEs 68 auf den Kanalkarten 66 umfassen Funktionalität (nicht
gezeigt) zur Durchführung
Rundreise-verzögerungs-(RTD)-Berechnungen für jede Mobilstation
(Mobilstation 26) gesteuert durch das BTS 18.
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Im
Betrieb hält
das BTS 18 Kommunikationsverbindungen mit einer Vielzahl
von Mobilstationen aufrecht, wie beispielsweise die Kommunikationsverbindung 28 mit
der Mobilstation 26. Den Kommunikationsverbindungen sind
unterschiedliche Ressourcen zugeordnet, assoziiert mit unterschiedlichen
Frequenzen, wie beispielsweise Frequenzen F1 oder F2. Die Ressourcen
umfassen Luft-Verbindungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Sendeleistung,
Hardware-Ressourcen, wie beispielsweise verfügbare TCEs 68 und
Handhabungs- oder Verarbeitungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Walsh-Codes.
Das BTS 18 leitet die Anrufe zwischen Mobilstationen oder
zwischen Mobilstationen oder anderen Kommunikationsvorrichtungen (nicht
gezeigt), die mit den PSTN 16 verbunden sind. Der CRM 64 verwaltet
die verschiedenen Ressourcen, die den Mobilstationen zugewiesen
sind, die in Verbindung stehen mit dem BTS 18. Der CRM 64 liefert
Ressourcen-Information, wie beispielsweise die Verkehrskanalelemente 68,
die derzeit für
jede Frequenz verwendet werden. Das SFC 62 empfängt die
Ressourcen-Information und erzeugt einen Frequenzstatuswert (SF_CRMStatus)
für jede
Frequenz eines gegebenen Sektors in dem BTS. Jeder Frequenzstatuswert
zeigt die derzeitige oder laufende Last an, d. h. die Größe des Verkehrs,
der derzeitig durch jede Frequenz eines Sektors unterstützt wird.
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In
dem vorliegenden speziellen Ausführungsbeispiel
sind die Frequenzen eines Sektors Statuswerte von entweder 0, 1,
2 oder 3 zugewiesen. 0 wird Frequenzen zugewiesen, die nicht verfügbar sind,
was auftreten kann infolge von Hardware-Ausfall, administrativer
Wartung oder anderen Dingen. 1 wird Frequenzen zugewiesen, die etwas
mehr verfügbar
sind, als diejenigen mit dem Status 0. Frequenzen mit einem 1-Status
sind nur für
Notrufe verfügbar.
2 wird Frequenzen zugewiesen, die etwas mehr verfügbar sind,
als diejenigen mit einem Status 1 und sie sind verfügbar nur
für Übergabe-
und Notrufe. 3 ist Frequenzen zugewiesen, die allgemein verfügbar sind
für alle
Arten von Verbindungen, einschließlich Standarddaten, Fax-Anrufe
und Sprachanrufe.
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Die
Frequenzstatusroutine 92 vergleicht die Last auf jeder
Frequenz mit einer Lastschwelle. Wenn die Last auf einer speziellen
Frequenz mit einem Status von 3 die Schwelle übersteigt, so wird der Status
der Frequenz auf entweder 0, 1 oder 2 geändert, und zwar abhängig von
der Größe, um die
die Schwelle überschritten ist.
Der entsprechende Frequenzstatus (0, 1, oder 2) wird an die Pilotdatenbasis 90 geliefert,
wo der neue Status für
diese spezielle Frequenz in diesem speziellen Sektor aufgezeichnet
wird.
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Die
Frequenzstatusinformation in der Pilotdatenbasis 84 ist
für den
LLB 82 und für
die begleitende Lastteil- bzw. Lastverteilungs-Routine 88 verfügbar. Sobald
eine Frequenz eines Sektors auf einen Status 0, 1, oder 2 gesetzt
ist, d. h. nicht vollständig
verfügbar
ist, fragt die LLB 82 die SEs 86 hinsichtlich
Information gemäß den Mobilstationen
ab, die derzeit auf einem Anruf auf dieser Frequenz sind, die bestimmte
Lastteilkriterien erfüllen.
Die Abfrage wird über
eine „Anforderung
hinsichtlich Leistungsteil-Report-Nachricht" (RequestForLoadSheddingReport message)
vom LLB 82 zu den SEs 86 gesandt. Die SEs 86 antworten
mit einer Lastteil-Report-Nachricht (LoadShedReport message), und
zwar im Detail angebend, welche Mobilstationen die Lastteilkriterien
erfüllen.
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Die
Frequenzstatusinformation in der Pilotdatenbasis 84 ist
auch für
die SEs 86 verfügbar,
die einen (nicht gezeigt) Controller aufweisen zum Betreiben der
Software für
die Verbesserung der Selektorelement-Funktionaliät. Eine (nicht gezeigt) Mobilstationsstatus-Routine,
die auf dem Controller in den SEs 86 läuft, übernimmt Information hinsichtlich
jeder Frequenz, die nicht vollständig
verfügbar
ist, d. h. einen anderen Status als 3 besitzt. Die gefundene Information
umfasst die Frequenzverfügbarkeitswerte
(FAVs = Frequency Availability Values) entnommen aus der Pilotdatenbasis 84,
die Hin- und Rück-Verzögerungs-(RTD)-Werte, entnommen
aus den TCEs 68 und Pilotsignale im aktiven Satz für jede Mobilstation.
Wenn eine Mobilstation mehr als ein Pilotsignal im aktiven Satz
besitzt, dann erfährt
die Mobilstation eine Übergabe.
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Der
LLB 82 erhält
Nachricht von Mobilstationen, die die vorbestimmten Lastverteilungskriterien
erfüllen,
und zwar basierend auf entnommene Werte. Die Benachrichtigung wird
an den LLB 82 geschickt, und zwar wie unten im Einzelnen
erläutert
wird, in einem „LoadShedReport-Message", d. h. einer Lastverteilungsreport-Nachricht.
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In
dem derzeitigen Ausführungsbeispiel
muss zur Erfüllung
der vorbestimmten Lastverteilungskriterien eine Mobilstation durch
eine Frequenz bedient werden mit einem Status (SF_CRMStatus) nicht
gleich 3; muss ferner einen einzigen Pilot im aktiven Satz besitzen
(sich nicht im weichen oder weicheren Handoff befinden); und muss
eine RTD besitzen, die geringer ist als eine konfigurierbare RTD-Schwelle.
Mobilstationen, die die obigen Kriterien erfüllen werden dem LLB 82 berichtet,
und zwar über
die LoadShedReport-Message.
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Nach
Empfang der LoadShedReport-Message (Lastverteilungs-Report-Nachricht) bestimmt
der LLB 82 verfügbare
Kandidatenfrequenzen, um die Mobilstationen zu bewegen, die die
Lastverteilungskriterien erfüllen.
Kandidatenfrequenzen besitzen SF_CFRM-Status-Werte von 3 und Vorzug
wird den Frequenzen mit dem höchsten
FAV gegeben, d. h. umgeben durch die geringste Anzahl von Nachbarsektoren
mit der gleichen Frequenz, was die Tendenz besitzt, die kleinste
Region zu umfassen mit der gleichen Frequenz in dem assoziierten
BTS, wie beispielsweise dem BTS 18. Die vertikalen Nachbaraufzeichnungen 90 erleichtern
die Bestimmung der FAVs durch Vorsehen von Information über die
vertikalen Nachbarn jeder Frequenz. Eine erste Frequenz ist ein
vertikaler Nachbar einer zweiten Frequenz, wenn sie die zweite Frequenz überlappt.
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Wenn
Kandidatenfrequenzen über
den LLB 82 bestimmt werden, gibt der LLB 82 eine
Last-Verteilungs-Anforderungsnachricht an die SEs 86, und
zwar im Detail, welche Mobilstationen auf welche verfügbaren Frequenzen übergeben.
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Darauf
folgend initiieren die SEs 86 die Übergaben, die in der Lastverteilungs-Anforderungsnachricht spezifiziert
sind und danach erfolgt das Ansprechen auf den LLB 82 mit
dem Status der Übergaben
in einer Last-Verteilungs-Ansprechnachricht.
Infolge dessen wird die Systemlast über die Frequenzen hinweg verteilt und
es ist weniger wahrscheinlich, dass irgendeine Frequenz bis zu dem
Punkt überlastet
wird, wo Anrufe fallen gelassen oder blockiert werden.
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Die
genauen Kriterien zur Bestimmung, wann eine Frequenz für Lastausgleichszwecke
der vorliegenden Erfindung überlastet
ist, sind anwendungsspezifisch und können geändert werden, um die Anforderungen einer
gegebenen Anwendung durch einen Fachmann zu erfüllen, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Der
Fachmann erkennt, dass die Einzellastschwelle verwendet durch die
Frequenzstatusroutine 92 ersetzt werden kann durch eine
Vielzahl von Lastschwellen, eine für jede Type der Frequenzressource
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zudem gilt Folgendes:
Anstelle der Verwendung einer Schwelle, die durch eine Last überschritten
werden muss, kann man eine Ressourcen-Schwelle verwenden, unterhalb
welcher verfügbare
Ressourcen fallen müssen,
um eine erneute Zuweisung eines verfügbaren Statuswertes auszulösen, und
zwar zu einem geringeren Statuswert hin, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Frequenzstatusroutine 92 und die Lastverteilungsroutine 88 werden
in der Software des vorliegenden Ausführungsbeispiels implementiert,
jedoch erkennt der Fachmann, dass die Routinen 88 und 92 in
Hardware implementiert werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Mit
dem Zugriff zu den Lehren, die offenbart sind, kann der Fachmann
leicht den entsprechenden Code implementieren zum Aufbau verschiedener
erforderlicher Nachrichten, wie beispielsweise der Lastverteilungsberichts-Nachrichten und der
Lastverteilungsansprechnachrichten und andere Funktionalitäten die
notwendig sind, um die Erfindung zu implementieren.
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Das
neuartige Design der vorliegenden Erfindung wird verbessert durch
die Verwendung der FAV-Werte der vorliegenden Erfindung. Die FAV-Werte
erleichtern das Bewerten der Frequenzen von der besten bis zur schlechtesten
hinsichtlich der Nachbarn für
einen gegebenen Sektor. Wenn beispielsweise M-Frequenzen mit Verkehrskanälen innerhalb
einer gegebenen Zellen-Nachbarschaft
existieren, so hat die beste Frequenz (durch die meisten Nachbarn
geteilt) einen FAV von 1. Die schlechteste Frequenz (geteilt von
der geringsten Anzahl von Nachbarn) hat einen FAV von M.
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Wenn
die Frequenzen eine ähnliche
Verfügbarkeit
besitzen, werden ähnliche
FAV-Werte diesen Frequenzen über
den BSM 70 zugewiesen. Wenn somit sämtliche Frequenzen ähnliche
System-Fußabdrücke (genau übereinander
liegend) besitzen, so ist das gleiche FAV von 1 allen Sektorfrequenzen
zugewiesen.
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Der
BSM 70 erhält
FAV-Information von einem Netzwerkplanungswerkzeug. Die Netzwerkplanungswerkzeuge
sind im Stand der Technik bekannt und können einfacher Weise angepasst
werden, um die FAV-Werte entsprechend den Lehren der vorliegenden
Erfindung zu sammeln.
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Die
beste Frequenz in einem gegebenen Sektor ist nicht notwendiger Weise
die beste Frequenz in einem anderen Sektor. Wenn bestimmten Fre quenzen ähnliche
Ränge oder
Bewertungen (ähnliche
FAV's) gegeben werden,
dann werden die unmittelbar folgenden Rang- oder Bewertungszahlen übersprungen,
um zu garantieren, dass der Rang oder die Bewertung der schlechtesten
Frequenz gleich der Anzahl der Frequenzen in dem Sektor ist. Nimmt
man beispielsweise an, dass drei Frequenzen durch einen gegebenen
Sektor angeboten werden, so gilt Folgendes: Wenn zwei der Frequenzen
den Rang 1 (FAV = 1) besitzen, dann wird der Rang 2 übersprungen
und der nächste
verfügbare
Rang ist 3 (die letzte Frequenz hat FAV = 3).
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Die
anfängliche
Verkehrskanalzuweisung (traffic channel assignment) gemäß der vorliegenden
Erfindung sollte zur Folge haben, dass die Systemlast auf der besten
Frequenz (Primärfrequenz)
konzentriert wird. Überflusslast
wird der nächstbesten
Frequenz (beispielsweise sekundäre
Frequenz) zugewiesen usw. bis die Frequenz mit dem höchsten FAV
(kleinste Abdeckung in der Nähe
des Sektor des Mobils) verwendet wird. Verkehrskanalzuweisungsroutinen
zum Erreichen der obigen Ergebnisse kann der Fachmann aufgrund der
Lehren der Erfindung entwickeln.
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Jedes
SFC 62 überwacht
kontinuierlich die Last an einer zugehörigen Frequenz eines Sektors
und berichtet den Status der Frequenz an das BSC 14. Der
Bericht tritt auf bei Änderung
des Frequenzstatus (SF_CRM-Status). Jedes SFC, einschließlich des
SFC 60 und anderer (nicht gezeigter) SFCs in dem System 10 sollen Änderungen
in dem Frequenzstatus zu dem BSC 14 senden. Der Frequenzstatus
wird über
den neuen Parameter SF_CRMStatus spezifiziert. Wie oben erwähnt, wird
der SF_CRMStatus-Parameter auf einen der folgenden Werte eingestellt:
3 = Frequenz verfügbar,
2 = Frequenz verfügbar
nur für Übergabe
und Notrufe; 1 = Frequenz nur für
Notrufe verfügbar
und 0 SF nicht verfügbar.
Wenn SF_CRMStatus = 3, dann ist die entsprechende Frequenz verfügbar für neue Anrufe, Übergabe
und Notrufe. Wenn SF_CRMStatus = 2 dann ist die entsprechende Frequenz
verfügbar
nur für Übergabe
und Notrufe. Wenn SF-CRMStatus = 1, dann ist die entsprechende Frequenz
verfügbar
nur für
Notrufe. Schließlich
gilt Folgendes: Wenn SF_CRMStatus = 0, dann ist die entsprechende
Frequenz für
Service nicht verfügbar.
Die Pilotdatenbasis 84 bringt den Status jeder Frequenz
eines gegebenen Sektors auf den neuesten Stand, und zwar bei Empfang
des Sendestatus von dem entsprechenden SFC 62.
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Das
erfindungsgemäße System
zur Erleichterung der Lastaufteilung zwischen den Frequenzen ist
angepasst für
die Verwendung mit einem einzigartigen Anrufursprungsalgorithmus
der unten erläutert
wird. Bei einem Anrufsursprung (call origination) oder Entstehen
eines Anrufs wählt
das SB 76 einen Sektor und Frequenz aus und fordert eine
Luft-Verbindungsressource von seinem CRM 64 an, und zwar
basierend auf dem FAV-Wert der Frequenz und den FAV-Werten der vertikalen
Nachbarn in der vertikalen Nachbaraufzeichnung 90; eine
Liste von Pilotsignalen berichtet durch die Mobilstation 26 (jedes
Pilotsignal ist mit einer Sektorfrequenz assoziiert); dem SF_CRMStatus
der Frequenz und SF-CRMStatus der vertikalen Nachbarn der Frequenz
(vertikale Nachbarn sind in der neuen vertikalen Nachbaraufzeichnung 90 der
Pilotdatenbasis 84 spezifiziert), und dem RTD der Mobilstation 26 zur
BTS assoziiert mit der Sektorfrequenz, die das Ursprungs- oder Page-Ansprechen
gehandhabt hat.
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Das
SBS 76 fordert nur Ressourcen vom CRM 64 der SFCs
an mit einem verfügbaren
Ressourcenstatus, d. h. SF-CRMStatus = 3. Das SBS 76 fordert
eine Ressource von dem CRM 64 des Anrufsursprungs- oder
Erzeugungs-BTS 18 (oder „Page"-Ansprechen) an, und zwar vorausgesetzt,
dass die RTD, gemessen über
die TCEs 68 unterhalb irgendeiner konfigurierbaren Schwelle
liegt. Für
die Zwecke des Entstehens gilt Folgendes: Wenn die RTD oberhalb
der konfigurierbaren Schwelle liegt, so fordert das SBS 76 eine
Luft-Verbindungsressource
von dem CRM 64 des BTS 18 an, und zwar assoziiert
mit der besseren Frequenz (Minimum-FAV), wenn möglich. Die RTD-Komponente des Ursprungs-Algorithmus
für den
derzeitigen Anruf kann abgeschaltet werden, und zwar durch Einstellen
der RTD-Schwelle auf irgendeine willkürliche große Zahl. Wenn sämtliche
Frequenzen den gleichen Fußabdruck
besitzen (d. h. die Zugriffsfrequenz hat einen FAV = 1), so wird
die zugewiesene Frequenz Standard für die Zugriffsfrequenz. Das
SBS 76 wählt eine
Frequenz mit dem niedrigstmöglichen
FAV aus, und zwar für
Mobilgeräte
außerhalb
der Kernfläche
der Abdeckung (RTD überschreitet
die Schwelle).
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Das
SBS 76 wählt
eine Zugangsfrequenz für
Mobilgeräte
aus innerhalb der Kernfläche
oder Kerngebiets der Abdeckung (RTD unterhalb der Schwelle). Wenn
die Sektorfrequenz nicht verfügbar
ist, so wählt
das SBS 76 eine verfügbare
Frequenz mit der schlechtest möglichen
FAV (der geringsten Anzahl von Nachbarn) für Mobilstationen innerhalb
der Kernfläche
der Abdeckung (RTD unterhalb der Schwelle) aus. Jede TCE 68 behält eine
Schätzung
des RTD für
jeden im Gang befindlichen Anruf bei.
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Die
RTD schätzt
den Abstand zwischen einer Mobilstation 26 in einem Anruf
und der Zellendienstleistungsstelle (cell serving site) (BTS 18).
Diese RTD-Information wird an das Selektorelement 86, das
in den Anruf verwickelt ist, gesandt, und zwar immer dann, wenn
die Änderung
von dem zuletzt berichteten RTD-Wert einen bestimmten Wert übersteigt.
Wenn die Mobilstation 26 mehr als ein Pilotsignal in seiner
Anforderung (IS-95 kompatibles Mobil) berichtet, so fordert das
SBS 76 Ressourcen von höchsten
drei entsprechenden Sektoren mit der gleichen Frequenz an.
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Das
SBS 76 wählt
den besten der drei Sektoren mit der gleichen Frequenz aus, und
zwar gemäß dem Handoff
Granting Algorithm (HGA), d. h. dem Übergabegarantie-Algorithmus.
Der HGA selbst ist dem Stand der Technik bekannt und in IS-95B definiert,
aber seine Verwendung für
den Anrufaufbau ist neu. In konventionellen Systemen wird der HGA
typischerweise nur verwendet für
die weiche Übergabe
von Mobilstationen, die bereits einen Anruf ausführen.
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Da
bei dem Anrufaufbau noch kein aktiver Satz vorhanden ist, nimmt
das SBS 76 an, dass das beste Pilotsignal (mit dem höchsten EC/Io
(Chip-Energie zu Interferenz-Verhältnis), (chip energy to interference
ratio)) der einzige aktive Setzpilot ist und läuft dann zum nächst besten
Piloten durch das HGA, um zu bestimmen, ob das nächste Pillotsignal zu dem aktiven
Satz hinzuad diert werden soll. Wenn das nächste Pilotsignal hinzuaddiert
werden soll, dann wird das nächst
beste Pilotsignal mit zwei Piloten im aktiven Satz analysiert usw.
Wenn ein gegebenes Pilotsignal den HGA-Test nicht besteht, so werden
alle verbleibenden Pilotsignale (mit geringerem Echo) berichtet
in der Zugriffsnachricht (Ursprungs- oder Page-Ansprechen) fallen
gelassen.
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Die
Software zum Implementieren des obigen Anruf-Entstehungs- oder Origination-Algorithmus
kann entwickelt und in geeigneten Modulen des Systems 10 positioniert
werden, und zwar durch den Fachmann mit Hilfe der vorliegenden Lehre.
Zudem sind Systeme zur Messung und zur Berechnung von RTD-Werten
für Mobilstationen über Funktionalität, eingebaut
in die TCEs 68 im Stand der Technik bekannt und können zur
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung angepasst werden.
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4 ist
ein Flussdiagramm einer Lastverteilungsroutine 88 der 3,
aufgebaut entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung zur
Erleichterung des Lastausgleichs über die Frequenzen hinweg.
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Unter
Bezugnahme auf 3 und 4 sei folgendes
ausgeführt:
In einem anfänglichen
Austritts-Check- oder Austrittsüberprüfungsschritt 102,
prüft die
Software 88, um festzustellen, ob ein Austrittsbefehl über eine
Eingabevorrichtung ausgegeben wurde, einer Eingabevorrichtung, wie
beispielsweise dem BSM 70. Wenn ein Ausgangs- oder Austrittsbefehl
ausgegeben wurde, so endet die Software 10. Ansonsten wird die
Steuerung zu einem LLB Entnahme- oder Retrievingschritt 104 geleitet.
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In
dem LLB-Entnahme-Schritt 104, entnimmt die LLB 82 den
Status der Frequenzen, gesteuert durch den CRM 64 von der
Pilotdatenbasis 84. Darauffolgend geht die Steuerung zu
einem Status-Prüf-Schritt
(status checking Stepp) 106.
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Im
Status-Prüf-Schritt 106 prüft die Software
die Statusvariablen (SF_CRMStatus) für Frequenzen der Pilotdatenbasis 90,
um festzustellen, ob irgendwelche Frequenzen einen 0, 1 oder 2-Status
besitzen, d. h. einen Status nicht gleich 3. Frequenzen mit einem
Status von 0, 1 oder 2 sind nicht vollständig verfügbar, was auftreten kann infolge
der Tatsache, dass entsprechende Frequenz-Ressourcen unter vorbestimmte
Ressourcen-Schwellen fallen. Wenn keine der Frequenzen einen Status
von 0, 1 oder 2 besitzt, dann geht die Steuerung zurück in den
anfänglichen
Austritts-Überprüfungsschritt 102.
Ansonsten wird die Steuerung zu einem ersten Zeitsteuer-Prüfschritt
(first timer-checking Stepp) 108 geleitet.
-
In
dem ersten Timer-Prüfschritt 108 für ein gegebenes
Sektorfrequenz-Paar
mit Status 0, 1 oder 2 prüft die
Software 88 ihre entsprechende Zeitsteuerung (T1), die
auf Null (d. h. Zeitsteuerung abgelaufen) initialisiert wird, und
zwar bei Aktivieren der Software 88. Wenn T1 nicht abgelaufen
ist, geht die Steuerung zurück
zu dem anfänglichen
Austritts-Prüfschritt 102.
Ansonsten geht die Steuerung zu einem Berichtsanforderungs-Schritt 110 weiter.
-
Der
Berichtsanforderungs-Schritt (report-requesting step) 110 fordert
Lastverteilungsberichte von den SEs 86 assoziiert mit den
Frequenzen an, die einen Status von 0, 1 oder 2 besitzen. Eine zweite
Zeitsteuervorrichtung (T2) wird auch auf Null gesetzt und fängt an zu
zählen
bei Anforderung der Lastverteilungsberichte durch den Berichtsanforderungs-Schritt 110,
der auf dem LLB 88 läuft.
Die Steuerung geht dann zu einem zweiten Zeitsteuerprüfschritt 112.
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Der
zweite Zeitsteuerprüfschritt 112 bestimmt,
ob der LLB 82 einen entsprechenden Bericht von den SEs 86 empfangen
hat, und zwar ansprechend auf die Berichtsanforderung von dem LLB 82 bevor
die Zeitsteuerung T2 abgelaufen ist. Wenn der Lastverteilungsbericht
durch den LLB 82 nach Ablauf von T2 empfangen wird, dann
geht die Steuerung zurück
zu dem anfänglichen
Austritts-Prüfschritt 102.
Ansonsten geht die Steuerung zu einem Frequenzverfügbarkeits-Prüfschritt 114.
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Der
Frequenz-Verfügbarkeits-Prüfschritt 114 durchsucht
die Pilotdatenbasis 84 auf die Anwesenheit von verfügbaren Frequenzen,
d. h. Frequenzen mit einem SF_CRMStatus von 3 auf dem gleichen Sektor
als die nicht verfügbare
Frequenz oder Frequenzen (SF_CRMStatus = 0, 1 oder 2) Wenn eine
verfügbare
Frequenz nicht gefunden wird, dann geht die Steuerung zurück zu dem
anfänglichen
Austritts-Prüfschritt 102.
Ansonsten geht die Steuerung zu einem Lastverteilungsanforderungsschritt 116.
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Der
Lastverteilungsanforderungsschritt 116 sendet eine Lastverteilungsanforderung
von der LLB 82 an die SEs 86, die mit den Frequenzen
assoziiert sind, die einen Status von 0, 1 oder 2 besitzen. Die
SEs 86 initiieren daraufhin Übergabe von Mobilstationen,
die auf der Frequenz oder den Frequenzen arbeiten, die einen Status
von 0, 1 oder 2 besitzen zu einer verfügbaren Frequenz oder Frequenzen,
die einen Status von 3 besitzen. Die Mobilstationen, die übergeben
werden sollen erfüllen
zusätzliche
Auswahlkriterien, wie beispielsweise RTDs unterhalb einer bestimmten
Schwelle und Einzelpilotsignale in den entsprechenden aktiven Sätzen, wie
oben beschrieben. Die zusätzlichen
Auswahlkriterien werden in der Lastverteilungsanforderungsnachricht
von dem LLB 82 eingeschlossen. Die SEs 86 versuchen
die Übergabe
(attempt handoff), d. h. Netzwerklastverteilung oder Lastausgleich
und berichten dann die Ergebnisse zurück an den LLB 82.
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Daraufhin
wird die Steuerung zu einem Ansprech-Prüfschritt 118 geleitet.
Der Ansprech-Prüfschritt 118 bestimmt,
ob der LLB 82 erfolgreiche Lastverteilungs-Ansprechnachrichten
von den Selektorelementen empfangen hat, die von der Lastverteilungsanforderung
von dem LLB 82 über
den Lastverteilungsanforderungsschritt 116 ausgegeben wurden.
Wenn kein erfolgreiches Lastverteilungsansprechen durch den LLB 82 von
den entsprechenden SEs 86 erhalten wurden, wird die Steuerung
an den anfänglichen
Austritts-Prüfschritt 102 zurückgeleitet.
Andernfalls wird die Steuerung an einen Zeitsteuerungseinstellschritt 120 weitergeleitet, wo
der Timer T1 für
die Sektorfrequenzen gesetzt wird, die zusätzliche Mobilstationen empfangen
haben. Timer T1 wird gesetzt, um eine Überlastung zu vermeiden, was
ein uner wünschtes
Phänomen
ist, das auftritt, wenn zu viele Mobilstationen unmittelbar hintereinander
auf eine neue Frequenz geschaltet werden. Das Einstellen des Timer
T1 wird nachfolgend im Einzelnen besprochen.
-
Zusätzliche
Funktionalität,
die die Software 88 begleitet, ist auf die Module in dem
System 10 verteilt und umfasst Software (wie beispielsweise
die Frequenzstatusroutine 92, die vertikale Nachbaraufzeichnung 90 und
Software, die auf dem Controller (nicht gezeigt) der Selektorelemente 86 der 3)
läuft,
installiert auf verschiedenen Teilen des Systems 10. Mit
Zugriff auf die vorliegenden Lehren, erkennt der Fachmann, wie die zusätzliche
Software aufzubauen oder zu erhalten ist und wie die zusätzliche
Software durch die Module des Systems 10 der 3 zu
verteilen ist.
-
Für jedes
SBS 76 existiert nur eine Lastausgleichsfunktion (bezeichnet
als Last-Ausgleichs-Broker (LLB)). Der LLB 82 hat Zugriff
zur Pilotdatenbasis 84, wo der SF_CRMStatus für jede gestützte Frequenz
eines gegebenen Sektors dynamisch von dem entsprechenden SFC 62 aktualisiert
wird.
-
Wie
oben beschrieben, überwacht
der LLB 82 den Status jeder Frequenz eines Sektors. Bei
Feststellung einer Frequenz mit einem Status nicht gleich 3, fragt
der LLB 82 sämtliche
SEs 86 hinsichtlich jedweder Mobilstationen, die das folgende
Kriterium (Lastteilkriterium) erfüllen. Die Mobilstation wird
durch die Frequenz (identifiziert durch den ExtendedBaseId) bedient,
dessen Status nicht gleich 3 ist. Die Mobilstation besitzt einen
einzigen Pilot in dem aktiven Satz. Die Mobilstation hat eine RTD
kleiner als eine konfigurierbare Schwelle.
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Jede
SE 86, die eine Mobilstation bedient oder handhabt, welche
das obige Kriterium erfüllt,
umfasst die internationale Mobilstationsidentität IMSI in dem Bericht zu dem
LLB 82. Bei Empfang des ersten Berichts von einer der SEs 86,
prüft der
LLB 82 hinsichtlich einer verfügbaren Frequenz (SF_CRMStatus
= 3) innerhalb des gleichen Sektors und es wird Präferenz oder
Vorzug der Frequenz gegeben mit dem schlechtesten FAV. Wenn eine solche
Frequenz verfügbar
ist, dann sendet der LLB 82 eine ShedLoad-Anforderungsnachricht (ShedLoadRequest
message) zu dem entsprechenden SE 86 und fragt die SE die
Mobilstation zu einer unterschiedlichen verfügbaren Sequenz zu bewegen.
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Wenn
keine Frequenz mit einem Status 3 existiert, dann startet der LLB 82 die
Zeitsteuervorrichtung T1 (Timer) für dieses Sektorfrequenzpaar
und bewegt sich zu dem nächsten
Sektorfrequenzpaar. Der LLB 82 umfasst die IMSI der Mobilstation
für harte Übergabe
und die neue Frequenz zu der die Mobilstation in dem ShedLoadRequest
bzw. Lastteilanforderung bewegt wird.
-
Bei
einer erfolgreichen harten Übergabe
der Mobilstation sendet das SE 86 eine Lastteilansprechnachricht
(ShedLoadResponse Message) an den LLB 82 zur Anzeige des
Erfolgs. Der LBB 82 setzt sodann die Zeitsteuervorrichtung
T1 für
das neue Sektorfrequenzpaar (ExtendedBaseID) ein, und initiiert
keine Lastteilung (Load Shed) von dieser Frequenz auf diesem Sektor
bis die Zeitsteuervorrichtung abläuft. Der LLB 82 setzt
die Zeitsteuervorrichtung T1 auf A, wenn die belastete Frequenz
einen Status von 2 besitzt, und setzt die Zeitsteuervorrichtung
T1 auf B, wenn die belastete Frequenz einen Status von 1 oder 0
besitzt, wobei B kürzer ist
als A.
-
Wenn
zu der Zeit wo die Lastteilanforderung durch das SE 86 vom
LLB 82 empfangen wird, die obigen Lastteilkriterien nicht
mehr erfüllt
sind, so sendet das SE 86 ein Lastteilansprechen mit einem
Ausfallstatus. Wenn die harte Übergabe
nicht erfolgreich ist, zeichnet der LLB 82 den Fehler auf,
prüft den
Status der Frequenz und startet wiederum den Lastteilprozess.
-
Die
Implementierung der Lastteilung entsprechend den Lehren der vorliegenden
Erfindung, minimiert die Wahrscheinlichkeit der Übergabeblockade, und hilft
bei der Garantie der Nicht-Null-Überschusskapazität für Übergabe
auf den besten Frequenzen (mit niedrigstem FAV). Die Lastteilsoftware 88 hält die Last
auf den besten Frequenzen unterhalb einer konfigurierbaren Schwelle
durch Bewegung der Mobilstationen, die unwahrscheinlich in Über gaben
geraten (nahe der Mitte der Zelle) und zwar Übergaben zu Frequenzen mit
höheren
FAVs. Wenn die auf einer gegebenen Frequenz in einem gegebenen Sektor
vorhandene Last eine bestimmte Verstopfungsschwelle übersteigt,
so ändert
sich der Status der Frequenz und wird in der Pilotdatenbasis 84 am
BSC 14 reflektiert. Sodann startet der LLB 82 das
Lastteilverfahren um die Last auf einen annehmbaren Pegel herab
zu bringen. Der LLB 82 steuert die Rate der harten Übergaben
durch eine Zeitsteuervorrichtung T1, die den ursprünglichen
Lastpegel auf der verstopften und überlasteten Frequenz anzeigt (SF_CRMAStatus
= 2 oder 1).
-
Der
LLB
82 schickt eine HF- oder Sendenachricht "RequestForLoadSheddingReport" (= Anforderung eines
Lastteilberichts) an alle SEs
86, und zwar anzeigend, dass
eine gegebene Frequenz Lastteilung erfahren soll. Die Sendenachricht
hat die folgende Form. Tabelle 1
RequestForLoadShedding
Report/Anforderung eines Lastteil-Berichts |
Parameter
Name | Typ |
Erweiterte
Basis ID
ExtendedBaseId | notwendig
MANDATORY |
-
Wenn
eine SE
86 bestimmt, dass die Mobilstation, die mit dem
SE
86 in Kommunikation steht die Lastteilkriterien erfüllt, so
schickt sie einen Lastteilbericht oder LoadShedReport an den LLB
82,
der die folgende Form besitzt: Tabelle 2
LoadShedReport/Lastteil-Bericht |
Parameter
Name | Type |
Erweiterte
Basis ID
ExtendedBaseId | notwendig
MANDATORY |
SE-ID | notwendig
MANDATORY |
IMSI | notwendig
MANDATORY |
-
Nach
Bestimmen, dass eine Kandidatenfrequenz vorhanden ist zu der die
Mobilstation bewegt werden kann, sendet der LLB
82 die
folgende Lastteilanforderung (LoadShedRequest) an das Kandidaten
SE: Tabelle 3
LoadShedRequest/Lastteil-Anforderung |
Parameter
Name | Type |
Erweiterte
Basis ID
ExtendedBaseId | notwendig
MANDATORY |
SE-ID | notwendig
MANDATORY |
IMSI | notwendig
MANDATORY |
Ziel_erweiterteBasisId
Target_ExtendedBaseId | notwendig
MANDATORY |
-
Nach
Empfang der Lastteilanforderung führt das SE
86 als
erstes die harte Übergabe
aus, und spricht dann auf den LLB
82 an, und zwar mit einem
Lastteilansprechen, welches den Status der Übergabe wie unten angegeben
anzeigt: Tabelle 4
LoadShedResponse/Lastteil-Ansprechen |
Parameter
Name | Typ |
Erweiterte
Basis ID | notwendig |
ExtendedBaseId | MANDATORY |
SE-ID | notwendig
MANDATORY |
Status | notwendig
MANDATORY |
-
Die
Lastteilsoftware 88 arbeitet auch entsprechend den folgenden
Guidelines oder Richtlinien. Die Lastteilung (Load Shedding) ist
zulässig
von Frequenzen mit einem gegebenen FAV bis zu Frequenzen nur mit einem
höheren
FAV. Die Lastteilung ist nur zulässig
zwischen Frequenzen im gleichen Sektor. Schließlich gilt Folgendes: wenn
eine Mobilstation sich zwischen zwei Sektoren bewegt, so, wenn möglich, muss
die weiche Übergabe
eintreten bevor eine harte Übergabe
für Lastteilungszwecke
zwischen Frequenzen in dem neuen Sektor in Betracht gezogen wird.
Daher geben die SEs 86 Priorität den weichen Übergaben
dann, wenn eine Lastteilanfrage und eine Weichübergabeanfrage gleichzeitig
durch die SE 86 empfangen werden.
-
5 ist
eine grafische Darstellung 130 der Kapazität, abhängig von
Frequenzen, gestützt
für eine
gegebene Zelle, unter Verwendung des Lastausgleichssystems der 3 und 4 und
für eine
Zelle, die keinen Lastausgleich unterstützt. Die grafische Darstellung 130 besitzt
eine Vertikalachse 132 und eine Horizontalachse 134,
wobei die Vertikalachse 132 den Verkehr in "Anrufe in Erlang" repräsentiert,
und die Horizontalachse 134 die Anzahl der Frequenzen in
einem gegebenen Sektor repräsentiert.
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Eine
erste Darstellung 136 repräsentiert den Verkehr pro Anzahl
der Frequenzen, der für
ein Mehrfachfrequenzsystem gestützt
werden kann, was keinen Lastausgleich verwendet und mit einer gegebenen Hardwarekonfiguration
und mit Anrufblockier- und Abfallwahrscheinlichkeiten, aufrechterhalten
innerhalb akzeptabler Grenzen. Die erste Darstellung 136 erhöht sich
linear mit der Anzahl der Frequenzen pro Sektor.
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Eine
zweite Darstellung 138 repräsentiert den Verkehr pro Anzahl
der Frequenzen für
ein vergleichbares Mehrfachfrequenzsystem, welches den Lastausgleich
verwendet, und zwar entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die
zweite Darstellung 138 schlägt vor, dass ein System mit
Lastausgleich gemäß der Erfindung
mehr Verkehr für
die gleiche Hardwarekonfiguration unterstützen kann, wobei die Blockier-
und Abfallwahrscheinlichkeit innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.
Somit kann die Ressourceneffizienz eines Kommunikationssystems verbessert
werden durch das Lastausgleichssystem der vorliegenden Erfindung.
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Die
Gewinne ergeben sich teilweise aus der Tatsache, dass die Luftverbindungsressourcen
nunmehr allen Mobilstationen auf irgendeiner der Sektorfrequenzen
verfügbar
sind. Zudem ist weniger Hardware erforderlich, um die gleichen Blockier-
und Abfallwahrscheinlichkeiten zu erfüllen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde somit hier unter Bezugnahme auf ein
spezielles Ausführungsbeispiel für einen
speziellen Anwendungsfall beschrieben. Der Fachmann mit Zugriff
zu den beschriebenen Lehren erkennt, dass zahlreiche Modifikationen,
Anwendungen und Ausführungsbeispiele
im Rahmen der Erfindung liegen. Es ist daher beabsichtigt, dass
die beigefügten
Ansprüche
alle derartigen Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsbeispiele
innerhalb des Rahmens der Erfindung abdecken.