DE60310711T2

DE60310711T2 - Modellierung von hybriden zeit-/kodemultiplex-mehrfachzugriffs-kommunikationssystemen

Info

Publication number: DE60310711T2
Application number: DE60310711T
Authority: DE
Inventors: Eldad Huntington ZEIRA; Frank East Setauket LA SITA
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: US20030223389A1; EP1510019B1; DE60310711D1; EP1510019A4; TW200308172A; ATE349817T1; US6704286B2; ES2276083T3; WO2003103158A3; WO2003103158A2; AU2003245307A1; AU2003245307A8; US20040185790A1; EP1510019A2; TWI233308B; US7133366B2

Description

Hintergrund
Diese Erfindung betrifft allgemein drahtlose Kodemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung die Modellierung derartiger Systeme.
Die europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP 1 189 369 offenbart ein computerimplementiertes Verfahren, das tatsächlich empfangene Signalpegeldaten nutzt, die von dicht beabstandeten Standorten, welche ein gesamtes CDMA-System abdecken, empfangen werden, um Interferenzpegel an jedem Standort zu berechnen, das diejenigen Basisstationen bestimmt, die höchstwahrscheinlich mit einer mobilen Einheit an jedem bestimmten Standort kommunizieren, und das für jede Basisstation an jedem Standort über das System hinweg eine Liste mit Nachbarstationen zusammenstellt. Ferner bestimmt das Verfahren die Sendeleistung, die für jede Basisstation notwendig ist, um mit einer mobilen Einheit an jedem Standort zu kommunizieren, berechnet Interferenzpegel an jeder Basisstation und bestimmt die Sendeleistung, die für eine mobile Einheit an jedem Standort notwendig ist, um mit jeder Basisstation zu kommunizieren, die höchstwahrscheinlich mit einer mobilen Einheit an diesem bestimmten Standort kommuniziert.
1 ist eine Darstellung eines vereinfachten drahtlosen Kodemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystems (CDMA-Kommunikationssystems). Das System hat mehrere Basisstationen 20₁ –20₄ (20), die mit mehreren Benutzergeräten (UEs) 22₁ –22₈ (22) kommunizieren. Jedes UE 22 kommuniziert typischerweise mit der Basisstation 20 mit dem stärksten Signal. Basierend auf der Zuweisung von Funkressourcen können UEs 22 jedoch mit Basisstationen 20 kommunizieren, die nicht das stärkste Signal haben. Zur Veranschaulichung kann das UE 22₄ mit der Basisstation 20₃ anstelle der näheren Basisstation 20₂ kommunizieren, da die Basisstation 20₂ eine höhere Last (UEs 22₃ –22₆ ) als die Basisstation 20₃ hat.
In derartigen Systemen müssen Funkressourcen den Benutzern (UEs 22) zugewiesen werden. Dies wird üblicherweise als Funkressourcenverwaltung bezeichnet. In einem Frequenzmultiplexduplex- (FDD-) Kommunikationssystem weist das System den Benutzern für die Kommunikation Kodes innerhalb von Frequenzspektren zu (um eine Sitzung zu unterstützen). In hybriden Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs- (TDMA)/CDMA-Kommunikationssystemen werden Benutzern für die Kommunikation nicht nur Kodes innerhalb von Frequenzspektren, sondern auch ausgewählte Zeitschlitze aus einem Satz von Zeitschlitzen innerhalb der Frequenzspektren zugewiesen. In Zeitmultiplexduplex- (TDD)/CDMA-Kommunikationssystemen werden Kommunikationen auf der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke verschiedene Zeitschlitze innerhalb eines gegebenen Frequenzspektrums zugewiesen.
Aufgrund der zahlreichen Kombinationen möglicher Ressourcenzuweisungen an Benutzer ist es schwierig, eine optimale Zuweisung zu machen. Während ein System arbeitet, ist es äußert schwierig, alle Variablen zu berücksichtigen, die erforderlich sind, um Ressourcenzuweisungen vorzunehmen. Entsprechend ist es wünschenswert, in der der Lage zu sein, derartige Systeme für die Verwendung bei der Auswertung von Ressourcenzuweisungsansätzen zu modellieren.
Zusammenfassung
Ein drahtloses Kodemultiplex-Mehrachzugriffs-Kommunikationssystem wird modelliert. Mehrere Momentaufnahmen werden bereitgestellt. Jede Momentaufnahme hat mehrere Benutzergeräte (UEs) und Basisstationen. Die Standorte der UEs in einer Momentaufnahme unterscheiden sich zwischen den Momentaufnahmen. Für jede Momentaufnahme werden die UEs Basisstationen zugewiesen. Jedem UE oder jeder Gruppe von UEs werden sequentiell Ressourcen zugewiesen, und für jedes UE wird ein Sendeleistungspegel bestimmt. Für jede sequentielle Zuweisung wird ein aktualisierter Sendeleistungspegel für jedes vorher zugewiesene UE bestimmt. Fallengelassene, betreute und nicht zugelassene (gesperrte) UEs in der Momentaufnahme werden bestimmt. Unter Verwendung der bestimmten fallengelassenen, betreuten und gesperrten UEs werden Statistiken über die Systemleistung gesammelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
1 ist eine Darstellung eines vereinfachten drahtlosen Kodemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystems (CDMA-Kommunikationssystems).
2 ist ein Flußdiagramm eines bevorzugten Auswertungsverfahrens.
3 ist eine Darstellung von UEs, die Basisstationen zugewiesen sind.
4 ist eine Darstellung des Hinzufügens eines ersten UE zu einer Momentaufnahme.
5 ist eine Darstellung des Hinzufügens eines zweiten UE zu einer Momentaufnahme.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführunasform(en)
Die Ausführungsformen der Erfindung können im allgemeinen mit jeder Art von hybridem Zeit-Kode-Mehrfachzugriffssystem, wie etwa TDD/CDMA, TDMA/CDMA oder synchronem Zeitmultiplex-Kodemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystem (TD-SCDMA-Kommunikationssystem), ebenso wie mit anderen Arten von Kommunikationssystemen verwendet werden.
Das bevorzugte Modell verwendet eine Momentanaufnahmen-basierte Simulation und wird in Verbindung mit dem Flußdiagramm von 2 beschrieben. Die Auswertung eines Systems wird zu einem spezifizierten Zeitpunkt (Momentaufnahme) durchgeführt. Für jedes UE 22 wird ein bestimmter Standort in dem Kommunikationssystem angegeben, Schritt 24. Die Standorte ebenso wie die Zahl der UEs 22 basiert auf den Kriterien, die in dem Modell ausgewertet werden. In einer Anwendung einer Auswertung werden unterschiedliche Algorithmen für die Funkressourcenverwaltung für eine angegebene Anzahl von Benutzern in einem System ausgewertet. In verschiedenen Momentaufnahmen kann eine Vielzahl an unterschiedlichen UE-Standorten verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit eines bestimmten Algorithmus wird in jeder der Momentaufnahmen analysiert. Die Leistungsstatistiken jedes Algorithmus über alle Momentaufnahmen werden verwendet, um für die bestimmte Last einen besten Algorithmus zu bestimmen. Die UEs 22 können in jeder Momentaufnahme zum Erzeugen von Statistiken zufällig angeordnet sein. Alternativ kann der Standort der UEs 22 systematisch geändert werden, um die Statistiken zu erzeugen.
In einer anderen Auswertungsanwendung kann die UE-Mobilität analysiert werden. In jeder Momentaufnahme werden ein UE 22 oder UEs 22 relativ zu einer vorhergehenden Momentaufnahme bewegt. Jede Momentaufnahme kann zeitlich um eine feste Zeitspanne von einer vorhergehenden Momentaufnahme getrennt werden. Der Einfluß dieser Bewegung wird für eine bestimmte Ressourcenzuweisung für einen bestimmten Ressourcenzuweisungsalgorithmus analysiert.
In dem Modell werden die UEs 22 Basisstationen 20 zugewiesen, Schritt 26. Diese Zuweisung ist in 3 durch Pfeile mit Doppelspitzen zwischen einem UE 22 und seiner zugewiesenen Basisstation 20 dargestellt. Typischerweise wird ein UE 22 der Basisstation 20 mit dem stärksten Signal zugewiesen. Basierend auf der Verfügbarkeit von Ressourcen, kann jedoch nicht die Basisstation 20 mit dem stärksten Signal an das UE 22, wie etwa das UE 22₄ , zugewiesen werden.
Wenn Kanäle der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke nicht miteinander interferieren, so daß sie durch die Frequenz und/oder Zeit getrennt sind, können die Aufwärtsstrecke und die Abwärtsstrecke als zwei getrennte Teil- Momentaufnahmen behandelt werden. Diese Behandlung verringert die Komplexität bei der Analyse der Modelle. Das folgende beschreibt das Ableiten einer Momentaufnahme, wobei die Kanäle der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke miteinander interferieren. Es kann jedoch der gleiche Ansatz getrennt auf die Aufwärtsstrecke und die Abwärtsstrecke angewendet werden. Die kombinierten Statistiken können aus den zwei Teil-Momentaufnahmen gesammelt werden.
Unter Verwendung des gerade geprüften Ressourcenverwaltungsalgorithmus werden jedem UE 22 unter Verwendung eines Ressourcenverwaltungsalgorithmus sequentiell (einem nach dem anderen) Ressourcen einer Basisstation 20 zugewiesen, Schritt 28. Alternativ können die UEs 22 in Gruppen hinzugefügt werden. Die UEs 22 jeder Gruppe haben wechselseitig wenig Interferenz. Unter Verwendung der zugewiesenen Ressourcen bestimmt das Modell, ob ausreichend Sendeleistung vorhanden ist, um seine Zielqualitätsmessung, wie etwa ein Zielsignal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder ein Signal-Interferenz-Verhältnis (SIR) zu erreichen. Bevorzugt wird der Sendeleistungspegel jedes Benutzers unter Verwendung einer geschätzten Funkfelddämpfung zwischen dem UE 22 und der Basisstation und auf bereits verbundenen Benutzern basierenden Interferenzschätzungen abgeschätzt. Gleichung 1 ist eine mögliche Gleichung für die Verwendung in der Berechnung des Sendeleistungspegels T unter Verwendung eines Zielsignal-Interferenz-Verhältnisses (SIR_Ziel). T = PL·ISCP·SIRZiel Gleichung 1
PL ist die geschätzte Funkfelddämpfung zwischen dem Benutzer und der Basisstation 20. Die Funkfelddämpfung kann unter Verwendung der Entfernung zwischen der Basisstation 20 und dem UE 22 geschätzt werden. ISCP ist die Interferenzsignal-Kodeleistung. Die ISCP kann durch die Sendungen von anderen Benutzern, die zur gleichen Zeit wie das UE 22 kommunizieren, die zum Beispiel in dem gleichen Zeitschlitz senden, und der Entfernung zwischen den Benutzern geschätzt werden.
Zuerst wird, wie in 4 gezeigt, ein erstes UE 22₁ zu dem Modell hinzugefügt. Der Sendeleistungspegel T₁, um eine gewünschte Kanalqualität zu erreichen, wird bestimmt. Benutzer, für welche die Leistung (entweder Aufwärtsstrecke oder Abwärtsstrecke) unzureichend ist, werden gesperrt (nicht zugelassen). Wenn zusätzliche Benutzer zu dem Modell hinzugefügt werden, werden ihre Sendeleistungspegel bestimmt, um die gewünschte Signalqualität zu erreichen, wobei die von den bereits hinzugefügten Benutzern erzeugte Interferenz berücksichtigt wird. Zur Veranschaulichung wird ein zweites UE 22₂ hinzugefügt. Der Sendeleistungspegel T₂, wie in 5 gezeigt, wird unter Verwendung des Sendeleistungspegels T₁ des früher zugelassenen UE bestimmt. Benutzer können einzeln oder in Gruppen hinzugefügt werden. Die Gruppen können derart ausgewählt werden, daß ihre gegenseitige Wechselwirkung minimiert wird.
Nach dem Hinzufügen des neuen Benutzers wird der Einfluß der Sendungen eines neu hinzugefügten UE verwendet, um die Sendeleistungspegel des neuen und der bereits hinzugefügten UEs 22 anzupassen, da die Sendungen des neuen UE mit den anderen UE-Sendungen interferieren können, Schritt 30. Unter Verwendung von 5 zur Veranschaulichung wird ein neuer Sendeleistungspegel für das UE 22₁ bestimmt. Das Anpassen der Sendeleistungspegel der UEs ansprechend auf den neuen Benutzer wird bevorzugt iterativ durchgeführt, bis die Sendeleistungspegel all der hinzugefügten Benutzer konvergieren. Alle Benutzer, deren Sendeleistungspegel nicht ihre gewünschte Qualität erreichen können, werden als ausgefallen betrachtet und fallengelassen, Schritt 32. Der Sendeleistungspegel eines UE 22 ist begrenzt. Wenn der Sendeleistungspegel eines UE diese Grenze überschreiten muß, um die gewünschte Kanalqualität zu erfüllen, kann dieses UE 22 den gewünschten Kanal nicht erreichen.
Nachdem alle Benutzer für eine Zuweisung betrachtet wurden, ist das Modell abgeschlossen, und die Momentaufnahme wird beendet. Unter Verwendung verschiedener Momentaufnahmen werden Statistiken der Leistung des Systems bestimmt, Schritt 34. Eine Art der Systemauswertung kann sein, nach dem Hinzufügen eines Benutzers zu bestimmen, ob eine Sitzung fallengelassen wird oder der neue Benutzer nicht zugelassen werden kann. Wenn ein vorhandener Benutzer seine gewünschte Kanalqualität nicht erreichen kann, wird dieser Benutzer als nicht zugelassen betrachtet. Wenn ein neuer oder vorhandener Benutzer seine gewünschte Signalqualität nach dem Hinzufügen eines neuen Benutzers nicht erreichen kann, wird er als ein fallengelassener Benutzer betrachtet. Als eine Funktion der Anzahl von Benutzern und der Verteilung der Benutzer innerhalb des Systems wird die Anzahl fallengelassener Sitzungen und die Anzahl nicht zugelassener Sitzungen bestimmt, um den Zuweisungsalgorithmus zu bewerten. Es ist unerwünscht, Sitzungen nicht zuzulassen. Es ist äußerst unerwünscht, Sitzungen fallenzulassen.
Die sequentielle Zuweisung jedes Benutzers oder einer Gruppe von Benutzern verringert die Komplexität des Modells. Die Änderung des Sendeleistungspegels nach jeder sequentiellen Zuweisung kann ohne weiteres bestimmt werden. Typischerweise werden die berechneten Sendeleistungspegel ziemlich schnell konvergieren. Im Gegensatz dazu führt das Hinzufügen aller Benutzer in einem einzigen Schritt zur Nutzung komplexer Algorithmen für die Berechnung der Sendeleistungspegel. In einem derartig komplexen Modell können die berechneten Sendeleistungspegel nicht konvergieren.

Claims

Verfahren zur Modellierung eines drahtlosen Kodemultiplex-Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystems, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen (24) mehrerer Momentaufnahmen, wobei jede Momentaufnahme mehrer Benutzergeräte (UEs 22) und Basisstationen (20) umfaßt und Standorte der UEs sich in jeder Momentaufnahme zwischen den Momentaufnahmen unterscheiden; für jede Momentaufnahme: Zuweisen (26) der UEs an die Basisstationen; sequentielles Zuweisen (28) von Ressourcen an jedes UE und nach dem sequentiellen Zuweisen von Ressourcen an das UE Bestimmen (30) eines Sendeleistungspegels des UE; für jede sequentielle Zuweisung Bestimmen (30) eines aktualisierten Sendeleistungspegels für alle UEs, denen vorher Ressourcen zugewiesen wurden; Bestimmen (32) einer Anzahl fallengelassener UEs und nicht zugelassener UEs aus den UEs, denen in der Momentaufnahme Ressourcen zugewiesen waren; und Erfassen (34) von Statistiken über eine Systemleistung unter Verwendung der bestimmten Anzahl fallengelassener UEs und nicht zugelassener UEs aus den mehreren UEs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung (30) des Sendeleistungspegels eine geschätzte Interferenzmessung verwendet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geschätzte Interferenzmessung unter Verwendung der bestimmten Sendeleistungspegel der UEs (22), denen Ressourcen zugewiesen wurden, geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bestimmte (30) Sendeleistungspegel eine Funkfelddämpfungsschätzung verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für alle Momentaufnahmen mehrere Ressourcenverwaltungsalgorithmen ausgewertet werden und Statistiken für jeden Algorithmus erfaßt werden (34).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein nicht zugelassenes UE (22) keine ausreichende Leistung hat, um eine gewünschte Signalqualität zu erfüllen, nachdem versucht wurde, das nicht zugelassene UE (22) zu einer Momentaufnahme hinzuzufügen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein fallengelassenes UE (22) eine Sendeleistungsgrenze unterhalb eines Sendeleistungspegels hat, der erforderlich ist, um eine gewünschte Signalqualität zu erfüllen, nachdem ein anderes der UEs (22) zu der Momentaufnahme hinzugefügt wurde.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das aufweist: sequentielles Zuweisen (28) von Ressourcen an eine Gruppe von UEs (22) und Bestimmen (30) eines Sendeleistungspegels für jedes UE in der Gruppe, wobei jedes UE in einer Gruppe eine geringe gegenseitige Korrelation aufweist; für jede sequentielle Zuweisung Bestimmen (30) eines aktualisierten Sendeleistungspegels für jedes UE (22) in der Gruppe, der vorher Ressourcen zugewiesen wurden; und Bestimmen (32) einer Anzahl fallengelassener UEs und nicht zugelassener UEs in der Momentaufnahme.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, das aufweist: sequentielles Zuweisen (28) von Ressourcen einzeln an die UEs (22).