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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf drahtlose Kommunikationssysteme
und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswahl
einer Betriebsfrequenz einer Basisstation eines drahtlosen Kommunikationssystems.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
einem drahtlosen Kommunikationssystem, welches kleine Niederenergie-Basisstationen verwendet,
die im Allgemeinen unterhalb des lokalen Gebäudeechos installiert sind,
ist der Abdeckungsbereich aufgrund physikalischer Fortpflanzungsgegebenheiten
beschränkt.
Um einen großen
Bereich abzudecken, sind daher potentiell Tausende kleiner Basisstationen
erforderlich, von denen jede die Abdeckung eines Gebietes liefert,
dessen Größe und Form
von den Standorten von Gebäuden,
Bäumen, Belaubung,
Terrain und verschiedenen anderen Umgebungskomponenten beeinflusst
werden (siehe z. B. Abdeckungsbereich 720 von 7).
Ein weiteres Erfordernis für
solch ein Kommunikationssystem, ist, dass jede Basisstation bezüglich Ihrer
zugewiesenen Frequenz ausreichenden Wiederverwendungsabstand von
einer anderen Basisstation hat, welche dieselbe Frequenz verwendet,
so dass das Signalniveau von einer dieser Gleichkanal-Basisstationen im Abdeckungsbereich
der anderen unterhalb eines vordefinierten maximalen Niveaus liegt,
da das Signal mit dem Empfang des von einem Benutzer im Abdeckungsbereich
erwünschten
Signals interferiert. Das Verhältnis
der an ei nem Empfänger
empfangenen, erwünschten
Signalleistung zu der Summe der Leistungen von allen Gleichkanal-Benutzern
her wird als Gleichkanal-Träger-zu-Interferenz-Verhältnis (C/I: carrier
to interference) bezeichnet und normalerweise in Dezibel (dB) ausgedrückt. Typischerweise
wird dieses C/I-Verhältnis
für analoge
FM- und einige digitale Modulationen auf etwa 17–20 dB gesetzt und diese Zahl
wird als ein minimal erforderliches Niveau über 90% des Abdeckungsbereichs
der Basisstation für
ein zellulares Funksystem verwendet.
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Um
diese Art von Interferenzschutz zu erreichen, wird ein Frequenzwiederholungs-(oder
-wiederverwendungs-)Muster etabliert, so dass die Gleichkanal-Frequenzen
Anlagen zugewiesen werden, die voneinander entfernt sind, wobei
mehrere Anlagen zwischen ihnen liegen. Basierend auf einem statistischen
Modell eines kleinen zellularen Funksystems ist beispielsweise ein
16-Zellen-Gleichkanal-Wiederverwendungsmuster
(wie etwa in dem Zellenplan 500) von 5 illustriert,
erforderlich, um ein 17–20
dB Minimal-C/I über
90% des Zellengebietes zu erreichen, wobei verschiedene Kanaleigenschaften
und Annahmen bzgl. der Art der Umgebung angenommen werden. Dies
bedeutet, dass eine gegebene Frequenz in einer Gruppe von 16 benachbarten
Zellen nur einmal verwendet wird. Dies wird üblicherweise durch ein hexagonales,
zellulares Muster repräsentiert,
in dem drei Zellen zwischen jeder Gleichkanal-Anlage auf jeder 60°-Achse von
der gegebenen Anlage aus, liegen. In der Praxis arbeiten diese Typen
von Mustern relativ gut für
sehr große Zellen,
die auf hohen Türmen
liegen. Bei kleinen Zellsystemen jedoch, bei denen es Tausende von
Anlagen geben kann und bei denen die Abdeckung aufgrund der Fortpflanzungseffekte
zwischen Gebäuden und
aufgrund von Belau bung und Bäumen
nicht so gut definiert ist, wird es schwierig das Wiederholungsmuster
zu bestimmen und die Größe und Form der
Zellen wird recht unregelmäßig.
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Aufgrund
der Schwierigkeit beim Entwerfen solch eines Zellensystems und zum
Sicherstellen des erforderlichen Interferenzschutzes vor den Gleichkanal-Signalen
von anderen Zellen her, wurde ein automatisierter Ansatz vorgeschlagen,
der als quasi-statische, autonome Frequenzzuweisung (QSAFA: Quasi
Static Autonomous Frequency Assignment) bezeichnet wird. Beim QSAFA-Ansatz nimmt
sich jede Basisstation selbst zu einem pseudo-zufälligen Zeitpunkt
innerhalb eines vorbestimmten Wartungsfensters außer Dienst,
typischerweise früh
am Morgen, wenn die Zelle nicht verwendet wird. Wenn die Basis außer Dienst
gestellt wird, schaltet ihr Empfänger
von dem normalen Rückwärtsverbindungs-Frequenzband
(reverse link; Teilnehmer an Basis) auf das Vorwärtsverbindungs-Frequenzband (forward
link; Basis an Teilnehmer) und tastet alle möglichen Basis-Sendefrequenzen
ab, führt
Leistungsmessungen durch und speichert diese im Speicher. Diejenige
Basis, die gerade QSAFA durchführt, misst
daher die Leistung der von anderen Basen her empfangenen Signale.
Sobald die Leistungsmessungen durchgeführt und im Computerspeicher
abgelegt sind, wird das Signal mit dem kleinsten Leistungsniveau
ausgewählt
und die Basis-Sendefrequenz, die von dieser Auswahl repräsentiert
wird, wird nun von der messenden Basisstation verwendet, bis der nächste QSAFA-Zyklus
initiiert wird. Jede Basisstation folgt demselben Prozess und wählt ihre
eigene Frequenzzuweisung aus, wenn ihr QSAFA-Zeitpunkt angezeigt wird. Die Ergebnisse
dieser Art von Algorithmus variieren und das Wiederholungsmuster
ist im Allgemeinen nicht einheitlich (wie durch das Muster 600)
in 6 illustriert).
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Obgleich
das QSAFA-System in den meisten Fällen gut arbeiten kann, gibt
es eine Anzahl spezieller Probleme, die verursachen könnten, dass
die von dem vorgeschlagenen QSAFA-Algorithmus getroffene Entscheidung
fehlerhaft ist, und dies könnte
einige Zellen, deren QSAFA-Entscheidung schlecht war, in einen nahezu
betriebsunfähigen
Zustand versetzen. Diese Probleme tauchen hauptsächlich als ein Ergebnis von
Messungen der Leistung auf, die von anderen Basisstationen her empfangen
wird, um die „Designregeln" zum Trennen der
Basisstationen zu repräsentieren.
Wenn das Signal beispielsweise aufgrund der Vielfachpfad-Fortpflanzung
schwindet (fading), könnte
das an der Basis, welche die QSAFA-Messungen durchführt, empfangene
Signal um bis zu 20 dB fehlerhaft sein. Wenn beispielsweise angenommen
wird, dass der Kanal ein Rayleigh-Fading zeigt und eine Auswahldiversität unter
Verwendung zweier unabhängiger
Zweige an der Basisstation verwendet wird, würde im Mittel zu 1% der Zeit
ein Fading von 10 dB auftreten und zu 0,01% der Zeit ein Fading
von 20 dB. Dies mag für
normale Funkkanäle nicht
signifikant klingen; bei QSAFA-Messungen führt ein 10 dB-Fehler beim Abschätzen der
von einer nahegelegenen Basis her empfangenen Signalleistung dazu,
dass die Basis als 10 dB weiter weg „erscheint", was eine Zuweisung zu der Frequenz
dieser Basis möglich
macht. Dies wäre
eine schlechte Entscheidung, da jede Teilnehmereinheit, die die
Frequenz dieser Basis verwendet, nicht gegen den 10 dB-Fehler geschützt ist
(sie sind nicht von derselben Fortpflanzung, Abschattung, etc. betroffen)
und ihr Interferenzniveau wird leiden.
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Ein
zweites Problem, welches zu mehr als 10–20 dB Verschlechterung bei
der Messung führt,
ist der Fall zweier Basisstationen, die an entgegengesetzten Seiten
eines Ge bäudes
positioniert sind (siehe 8). Da die Beugungspfade um
das Gebäude herum
viele dB an Abschwächung,
vielleicht 40 dB oder mehr, repräsentieren,
kann es während
des QSAFA-Messprozesses bis zu 40 dB Fehler beim Lesen der Leistung
von jeder Basisstation her geben. Obgleich es sein kann, dass andere
nahegelegene Basisstationen nicht in diesem Ausmaß gegeneinander „abgeschattet" oder „blockiert" sind, könnte die Abschattung
dieser beiden Basen sie leicht veranlassen, dieselbe Betriebsfrequenz
zu wählen,
da sie im Wesentlichen „blind" für die jeweils
andere Präsenz sind.
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Schließlich zeigt
sich ein drittes Problem des herkömmlichen QSAFA-Ansatzes in
dem Fall, in dem zwei Einheiten zufällig eine QSAFA-Messung zur
selben Zeit durchführen.
Wenn zwei Basen dies tun, „sehen" sie einander nicht
(da keine sendet) und dies kann dazu führen, dass sie dieselbe Betriebsfrequenz
wählen.
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Jedes
dieser hier aufgeführten,
potentiellen Probleme könnte
das unerwünschte
Resultat erzeugen, dass eine Basisstation eine Frequenz einer nahegelegenen
Basisstation wählt,
und in den meisten Fällen
kommt jede Basis wahrscheinlich zu derselben Bestimmung, da die
Pfade reziprok sind. Das Szenario des schlimmsten, unter herkömmlichem QSAFA
möglichen
Falles ist, dass eine Basisstation, die einer zweiten Basisstation
benachbart ist, eine gemeinsame Frequenzzuweisung wählt. In
diesem Fall könnte
das C/I-Verhältnis in
einem Großteil
der Zelle 0 dB erreichen, obgleich eine oder beide Basisstationen
diejenige Zuweisung ausgewählt
haben, von denen sie geglaubt haben, sie sei die beste Zuweisung
gemäß dem QSAFA-Algorithmus.
Die vorliegende Erfindung löst
diese und andere Probleme, indem sie den Entscheidungsprozess verbessert
und insbesondere den schlimmsten Fall vermeidet, in dem benachbarte
Zellen Gleichkanal-Zuweisungen vornehmen.
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GB-A-2
266 433 offenbart ein Verfahren zur Zuweisung von Kommunikationskanälen, welches sich
sowohl an Verkehr wie an Interferenz in Funktelefon-Kommunikationssystemen
anpasst, und insbesondere ein dynamisches Kanalzuweisungsverfahren
(DCA: dynamic channal allocation) durch welches Kanäle adaptiv
zugewiesen werden, basierend auf Kriterien, die mit vorangegangener
Kanalleistung zusammenhängen,
einschließlich
Qualität
und Auftreten von Handoffs, gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 7.
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DE-A-43
03 999 offenbart ein Mobilfunksystem, welches feststehende Stationen
und Mobilstationen umfasst, wobei ein freier Kanal zum Verbindungsaufbau
mit einer Mobilfunkstation aus einer vorbestimmten Kanalliste für jede feststehende
Station ausgewählt
wird. Die individuellen Stationslisten werden anfänglich in
einer Funknetzwerkplanungsphase zugewiesen. Um Anpassungen an Änderungen
in dem System, die auftreten, nachdem es in Betrieb gegangen ist,
vorzunehmen, wird die Zuweisung der Funkkanäle auf der Basis gemessener
Daten, die während
des tatsächlichen
Betriebs des Systems ermittelt wurden, modifiziert. Auf diese Weise wird
das System selbstanpassend.
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US-A-3764915
offenbart einen zentralen Steuercomputer, der den Benutzungszustand
aller von einem System benutzter Kommunikationskanäle betrachtet,
um einen Kanal zu bestimmen, der vorteilhafterweise einem Mobilfunkbenutzer über eine
bevorzugte einer Mehrzahl räumlich
voneinander entfernter Basisstationen zugewiesen werden kann. Alle Kanäle bilden
einen einzigen Satz, so dass jeder von ihnen einem Benutzer mittels
irgendeiner Basisstation zugewiesen werden kann. Die Zuweisungsprozeduren,
die der Computer verwendet, führen
daher Optimierungstests durch, welche minimale Interferenz zwischen
Stationen bei optimaler „Packung" und Wiederverwendung
der Kanäle über das
gesamte System sicherstellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein verbessertes Verfahren
zur Zuweisung eines Kanals an eine erste Kommunikationseinheit aus
einer Mehrzahl von Kommunikationseinheiten, wie in Anspruch 1 beansprucht,
zur Verfügung.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem,
wie in Anspruch 7 beansprucht, zur Verfügung.
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Weitere
Aspekte bestehen, wie in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Flussdiagramm, welches eine Übersicht
eines ersten, durch die Erfindung verbesserten Prozesses illustriert;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches einen ID-Speicherprozess der Ausführungsform
von 1 illustriert;
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches einen QSAFA-Prozess nach dem Stand der Technik illustriert;
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches eine die Erfindung darstellende Verbesserung
des Prozesses von 1 illustriert;
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5 ist
ein Diagramm des Standes der Technik, welches ein typisches zellulares
Layout illustriert, in dem eine gegebene Frequenz alle 16 Anlagen
wiederholt wird;
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6 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, welches eine mögliche Anordnung
von Gleichkanal-Anlagen illustriert, nachdem ein QSAFA-Algorithmus
zur Zuweisung der Frequenzen verwendet wurde;
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7 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, welches ein mögliches
Abdeckungsgebiet eines Senders im Vergleich zu einem idealisierten, hexagonalen
Abdeckungsgebiet illustriert.
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8 ist
ein Flussdiagramm, welches ein mögliches
Problem des Standes der Technik illustriert, das durch die Fortpflanzungseffekte
um die Seiten eines Gebäudes
herum verursacht wird.
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9 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform,
die in der Lage ist, die Erfindung auf eine bekannte Hardware-Implementation
mit gemeinsamer, von zwei Basisanlagen gemeinsam genutzter Datenbank
anzuwenden.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Diese
Probleme werden mittels eines verbesserten, erfindungsgemäßen Verfahrens
gelöst. Eine
derzeit bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist ein Verfahren, umfassend: Zunächst Anwenden eines QSAFA-Algorithmus
bei einem anfänglichen
Einsatz von Basisstationen, um eine erste Frequenzzuweisung für jede Basisstation
zu erlangen. Dann, während
normalen Betriebes jeder Basisstation, einschließlich einer ersten Basisstation,
Erzeugen und Aktualisieren einer Tabelle für jeden Teilnehmer-Handoff,
bei dem ein Teilnehmer zu oder von der ersten Basisstation übergeben
wird. Sobald diese Liste, die eine Minimalzahl von Einträgen für jede Basis
enthält,
erzeugt ist, wird die Liste verwendet, um diejenigen nahegelegenen
Basisstationen zu identifizieren, die gültige Handoff-Kandidaten sind.
Basierend auf dieser Bestimmung wird der ersten Basisstation von
dem QSAFA-Algorithmus
eine der Frequenzen zugewiesen, die diesen nahegelegenen Basisstationen
zugeordnet sind. Außerdem
kann eine Modifikation der gemessenen Werte der Restleistung für jede gemessene
Frequenz, die vor der Vollendung des Frequenzzuweisungsalgorithmus
gemessen wurde, durchgeführt
werden. Diese Modifikation verzerrt die gemessene Leistung, um die
Ausgabe um einen vorbestimmten Betrag zu skalieren, wenn die Tabelle
gültiger
Handoff-Kandidaten Kanalfrequenzen enthält, die der getesteten Frequenz
benachbart sind.
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Eine
zweite Verzerrung um einen vorbestimmten Betrag kann hinzugefügt werden,
wenn die Tabelle der Handoff-Kandidaten
Basisanlagen umfasst, die in ihrer Liste gültiger Handoff-Kandidaten Gleichkanal-Frequenzen
enthalten. Die Verwendung der abgeleiteten Liste naheliegender Handoff-Kandidaten-Basisstationen
wird verwendet, um eine Frequenzzuweisung zu verhindern, die ansonsten
aufgrund eines von mehreren bekannten Defiziten des QSAFA-Algorithmus
ausgewählt
werden könnte.
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Wir
wenden uns nun 1 zu. Dargestellt ist ein Blockdiagramm
eines Flussdiagramms, welches einen ersten, allgemein mit 100 bezeichneten
Prozess illustriert, der durch die Erfindung verbessert wurde. Der
Prozess 100 beginnt bei Block 110, wenn eine Basisstationsanlage
in einem zellularen Funksystem eingesetzt wird.
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Zu
dem Zeitpunkt, da der Funksender oder die Basisstation eingesetzt
wird, muss seine/ihre Frequenzzuweisung das erste Mal zugewiesen
werden. Diese Zuweisung ist in Block 120 als vorzugsweises Durchführen eines
QSAFA-Algorithmus,
der vollständiger
in 3 beschrieben ist, angezeigt. Falls erwünscht, könnte diese
anfängliche
Frequenzzuweisung manuell von einem Betreiber oder unter Verwendung
eines anderen Frequenzauswahlalgorithmus ausgewählt werden, ohne die hier vorgestellte Erfindung
zu betreffen. Block 120 wirkt lediglich so, dass eine anfängliche
Zuweisung vorhanden ist, von der aus der Dienst begonnen und weitere
Messungen, von denen aus eine verbesserte Frequenzzuweisungsentscheidung
erfindungsgemäß erzielt
werden kann, erleichtert werden.
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In
Block 130 speichert jede Basis (1) die Identifikationen
(IDs) anderer Basisstationen, die an die Bereitstellung eines Dienstes
an eine Teilnehmereinheit beteiligt sind, bevor der Dienst an besagte Basis übergeben
wird oder (2) die IDs anderer Basisstationen, die an die Bereitstellung
eines Dienstes an eine Teilnehmereinheit beteiligt sind, nachdem
diese von besagter Basis an eine andere Basis übergeben wurde. Jedes Mal,
wenn eine Teilnehmereinheit in den Dienstbereich der besagten Basis
oder aus diesem heraus übergeben
wird, wird die ID der anderen Basis gespeichert. Diese gespeicherte
Information umfasst vorzugsweise einen Zeitpunkt des Auftretens,
der ein Datum enthalten könnte.
Die Verarbeitung von Block 130 ist weiter in 2 beschrieben. Zu
dem Zeitpunkt, an dem die Basisstation einen Frequenzzuweisungs-Verarbeitungsalgorithmus
durchführen
muss, wie in Block 140 illustriert, wird eine Verbesserung
des Standard-QSAFA-Algorithums erfindungsgemäß implementiert. Dieser Block
ist weiter in 4 beschrieben.
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Es
wird Bezug genommen auf 3. Dargestellt ist ein Flussdiagramm,
welches einen Speicherprozess, allgemein mit 130 bezeichnet,
an einer Basisstation beschreibt. Der Prozess beginnt bei Block 310,
der prüft,
um zu sehen, ob ein Teilnehmer der Basis zugewiesen ist. Wenn dies
der Fall ist, wird ein weiterer Test durchgeführt, 330, um zu sehen,
ob der Teilnehmer einen neuen Anruf tätigt, oder ob ein Handoff zu
der Basis von einer anderen Zelle her durchgeführt wird. Wenn es sich um einen
neuen Anruf handelt, wird der Prozess in Block 350 fortgesetzt, der
den Speicherprozess an den Start zurückführt, ohne irgendwelche Daten
zu speichern. Falls der Anruf, wie in Block 330 bestimmt,
zu der Basis übergeben
wurde, wird Block 340 abgearbeitet. Wenn die Entscheidung
in Block 310 nicht identifiziert hat, dass ein Teilnehmer
dieser Basis zugewiesen ist, wird ein zweiter Test, Block 320,
durchgeführt,
um zu prüfen, ob
ein Teilnehmer diese Basis verlässt,
um von einer anderen Basis bedient zu werden. Ist dies der Fall, wird
der Prozess zu Block 340 übertragen; anderenfalls kehrt
er zum Anfang zurück.
Block 340 speichert die ID der Basisstation, welche der
Basisstation vor ihrem Handoff an diese Basis einen Dienst bereitgestellt
hat, falls der Teilnehmer zu dieser Basis übergeben wurde, oder sie speichert
die ID derjenigen Basisstation, die der Teilnehmereinheit einen
Dienst bereitstellt, nachdem sie diese Basis durch Handoff an eine
neue Basis verlässt.
Die in diesem Block gespeicherte ID wird im Speicher in Block 360 zusammen mit
der Zeit und dem Datum des Auftretens gespeichert. Wenn Block 360 vollendet
ist, wird der Prozess an den Anfang übergeben.
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Es
wird Bezug genommen auf 2. Dargestellt ist ein Flussdiagramm,
welches einen Prozess nach dem Stand der Technik illustriert, der,
allgemein mit 120 bezeichnet, einen herkömmlichen,
quasi-statischen, autonomen Frequenzzuweisungs-Algorithmus (QSAFA)
beschreibt. Dieser Algorithmus wird an jeder Basisstation zu einem
Zeitpunkt durchgeführt, die
jede Basisstation wählt.
Typischerweise ist dies nachts, wenn wenig oder keine Benutzung
vorliegt, um Dienstunterbrechungen zu vermeiden. Der Prozess beginnt
beim Entscheidungsblock 210, wenn die Entscheidung, den
QSAFA-Algorithmus zu beginnen, getroffen wird. Wenn er aktiviert
ist, wird in Block 220 das Senden der Basis abgeschaltet.
Der Empfänger
tastet dann alle verfügbaren
(zuweisbaren) Frequenzen in Block 230 ab, um die Leistung
auf jeder der vor-zugewiesenen Basis-Sendefrequenzen zu messen.
Diese gemessene Leistung wird als Restleistungsniveau bezeichnet,
da sie die Zusammensetzung aller Signale von vielen anderen Basen an
verschiedenen Standorten ist, die bei der gemessenen Frequenz senden.
Sobald die Messungen vollendet sind, wählt Block 240 die
Frequenz mit dem niedrigsten Leistungswert aller gemessenen Frequenzen
aus. Diese repräsentiert
den Kanal mit der niedrigsten Empfangsleistung an der Basisantenne der
Anlage, die den QSAFA-Algorithmus
durchführt. Die
Frequenz mit der niedrigsten Leistung wird dann dieser Basisstation
zugewiesen, Block 280 und die Basis stellt ihre Senderfrequenz
auf diese Frequenzzuweisung ein und schaltet ihren Träger an,
wobei sie zu normalem Dienst zurückkehrt.
Dies vervollständigt den
QSAFA-Algorithmus.
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In 4 ist
ein weiteres Flussdiagramm dargestellt, welches den verbesserten
Prozess, allgemein mit 140 bezeichnet, gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt. Der Entscheidungsblock 410 startet den Prozess,
wenn der Zeitpunkt für
den Frequenzzuweisungsprozess gekommen ist. Der Zeitpunkt, den Prozess
zu beginnen, liegt vorzugsweise innerhalb eines gegebenen Zeitfensters
und der tatsächliche
Zeitpunkt wird basierend auf Verkehrsbelastung und einem Zufalls-Zeitgeber
ausgewählt,
um dabei zu helfen, die Leis tung des verbesserten QSAFA-Algorithmus
zufällig
zu gestalten. Sobald der Prozess beginnt, 420, wird die
Basisstation außer
Dienst gestellt und ihr Träger
wird abgeschaltet. Der Empfänger
tastet dann in Block 430 die verfügbaren Frequenzen ab, um die
Leistung auf jeder der vor-zugewiesenen Basis-Sendefrequenzen zu
messen. Diese gemessene Leistung wird als Restleistungsniveau bezeichnet,
da sie die Zusammensetzung aller Signale von vielen anderen Anlagen
an verschiedenen Standorten bei der gemessenen Frequenz ist.
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Sobald
die Messungen durchgeführt
sind, erzeugt Block 435 ein berechnetes Q(f) (Frequenzqualitätsparameter)
für jede
Frequenz. Diese Q(f)-Funktion wird repräsentiert durch die Gleichung
Q(f) = N(n)*A + M(n)*S + Restleistung. In dieser Gleichung sind
M(n) und N(n) vorbestimmte Konstanten, die für jeden Wert von n definiert
sind, wobei n = 0, 1, 2, 3 ..., wobei n im Allgemeinen kleiner als
10 ist. N(n) repräsentiert
einen vordefinierten Skalierungsterm, der eine Funktion der Auftretensanzahl
der Erkennung einer Nachbarkanalfrequenz ist, die Basisstations-IDs
zugeordnet ist, welche innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls
T, eine Anzahl von Handoffs hatten, die größer ist als ein vorbestimmter
Wert H. Der Term A repräsentiert
eine feste Konstante, die vordefiniert ist, um den N(n)-Term für die Entscheidung
angemessen zu wichten. Der Term N(n)*A verzerrt daher die Funktion
Q(f) basierend auf der Erkennung von Nachbarkanalanlagen für die Frequenz f,
die verwendet werden, um Handoffs zu oder von derjenigen Anlage
zu liefern, die eine Frequenzzuweisungsentscheidung abarbeitet.
Der Term M(n) repräsentiert
einen vordefinierten Skalierungsterm, der eine Funktion der Auftretensanzahl
der Erkennung einer Anlage ist, welche Handoffs mit der besagten Basisanlage,
die innerhalb eines vorbestimmten Zeitinter valls, T, eine Anzahl
von Handoffs hatte, die größer ist
als ein vorbestimmter Wert H, unterstützt und die Handoffs mit einer
anderen Basisanlage, die innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls,
T, eine Anzahl von Handoffs hatte, die größer ist als ein vorbestimmter
Wert H, unterstützt
und die auch der Frequenz f zugewiesen ist (d. h. ein Gleichkanal).
Der Term S repräsentiert
eine feste, vordefinierte Konstante, ähnlich derjenigen von A. Der
Termin M(n)*S verzerrt daher die Funktion Q(f) basierend auf der
Erkennung von Anlagen, die an Handoffs mit der besagten Basis und
anderen Basen, die dieselbe Frequenz verwenden, beteiligt sind.
Durch Einstellung der Skalierungskonstanten A kann der Algorithmus daher
eingestellt werden, die Effekte der Nachbarkanalzuweisung der Frequenz
zurückzuweisen
oder zu ignorieren. Durch Einstellen der Skalierungskonstanten S
kann der Algorithmus eingestellt werden, die Effekte der wechselseitigen
Gleichkanal-Zuweisung der Frequenz zurückzuweisen oder zu ignorieren. Um
diese Effekte zu ignorieren, können
die Terme A oder S auf Null gesetzt werden. Um alle Fälle dieser Ereignisse
zurückzuweisen,
könnten
die Terme A oder S auf eine sehr große Zahl gesetzt werden. In diesem
letzteren Fall wird selbst ein einzelnes Auftreten einen riesigen
Versatz erzeugen und die Q(f)-Funktion wird sehr groß werden,
wodurch die Frequenz aus der Betrachtung geworfen wird, indem sie
nahe dem Ende der Liste der möglichen
Frequenzen platziert wird. Ein Wert für A oder S zwischen Null und
der sehr großen
Zahl wird eine Verschiebung in der resultierenden Q(f)-Funktion
verursachen, der verursachen wird, dass andere Frequenzen mit besseren
Q(f)-Funktionen
zuerst betrachtet werden.
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Nachdem
die Q(f)-Funktion berechnet ist, wählt Block 440 den
niedrigsten Q(f)-Wert (d. h. Q(f) ist ein inverser Kanalzuweisungs-Qualitätsfaktor) zum
Testen aus. Dieser repräsentiert
den Kanal mit der niedrigsten Empfangsleistung an der Basisantenne
der Anlage, die den QSAFA-Algorithmus
durchführt.
Im Entscheidungsblock 450 wird der Kanal mit dem niedrigsten
Restleistungsniveau getestet, um zu sehen, ob er dieselbe Frequenz
hat, wie diejenige, die von den Basisanlagen benutzt wird, mit denen eine
signifikante Anzahl an Handoffs innerhalb einer jüngst vergangenen
Zeitspanne stattgefunden hat. Dies erfolgt, indem auf die Basisstation-IDs
zugegriffen wird, die innerhalb eines durch einen Schwellenwert
T definierten Zeitintervalls eine Anzahl von Handoffs hatten, die
größer ist
als ein vorbestimmter Schwellenwert H. Das Zeitintervall repräsentiert
die zeitlich jüngsten,
gespeicherten Werte. Obgleich die Schwellenwerte H und T hier als
Konstanten beschrieben sind, könnten
diese Werte auch Funktionen anderer Variablen sein (wie etwa der
Verkehrsdichte in der Zelle und ihrer Variabilität, basierend auf dem Wochentag,
oder der Zeit, seit neue Zellen zu dem System hinzugefügt wurden,
oder der Aktualisierungsfrequenz des Frequenzplanes jeder Zelle oder
anderer von den Zellen gesammelter statistischer Parameter, die
Interferenz, fallengelassene Anrufe, vollendete Anrufe oder Anrufe
schlechter Qualität
repräsentieren)
und solch eine Modifikation liegt innerhalb des Erfindungsbereiches
und kann vom Fachmann implementiert werden. Falls der Entscheidungsblock 450 die
Frequenzauswahl mit der niedrigsten Restleistung nicht zulässt, wird
diese Frequenz zurückgezogen, 460,
und die Frequenz mit dem nächstniedrigen
Q(f) wird zum Testen im Entscheidungsblock 450 ausgewählt, 470.
Wenn der Entscheidungsblock 450 eine Frequenz mit einem niedrigen
Restleistungsniveau identifiziert, die nicht von Teilnehmereinheiten
in einem signifikanten Maß, wie
etwa durch die Schwellenwerte definiert, für Handoffs verwendet wird,
wird der Prozess im Block 480 aktiviert. Dieser Block weist
die ausgewählte
Frequenz der Basisstation Q zu und schaltet den Träger ein.
Block 490 aktualisiert dann eine gemeinsame Datenbank,
welche die Anlagen-IDs der verschiedenen Basen auf die Frequenzzuweisungen,
die sie aktuell haben, projiziert. Die von anderen, Handoff-Statistiken
speichernden Anlagen her empfangenen Daten sind daher zur Verwendung
in deren eigenen Frequenzzuweisungsentscheidungen aktuell.
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5 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, allgemein mit 500 bezeichnet.
Dieses Diagramm zeigt eine Repräsentation
eines zellularen Anlagen-Layouts unter Verwendung eines hexagonalen
Gitters. Die Frequenz f0 ist in einem 16-Zellen-Wiederverwendungsmuster
gezeigt. Man sieht dies daran, dass alle Anlagen mit der f0-Bezeichnung drei
andere Anlagen zwischen sich haben.
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6 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, allgemein mit 600 bezeichnet.
Dieses Diagramm zeigt ein nicht-einheitliches Zellenwiederverwendungsmuster,
welches eine mögliche
Zuweisung repräsentiert,
die von einem herkömmlichen
QSAFA-Algorithmus, der an jeder Basisstation durchgeführt wird,
erzeugt wird. Das nicht-einheitliche Muster ist in Umgebungseffekten
auf die Signalfortpflanzung zwischen verschiedenen Anlagen begründet. Da
es aufgrund von Belaubung, Gebäuden,
Vielfachpfad-Fortpflanzung und Beugung verschiedene Stufen von Abschwächung gibt,
werden die Signale unterschiedliche Abschwächungen entlang jedes Pfades
haben. Durch Treffen der bestmöglichen
Entscheidung ist der QSAFA-Algorithmus daher immer noch nicht in
der Lage, ein Wiederverwendungsmuster für ein zellulares System so
gut auszulegen wie andere Verfahren. In einigen Fällen könnte die
Wiederholung der mit f0 bezeichneten Frequenz in einer benachbarten
Zelle erfolgen, was Ausfälle
in beiden benachbarten Gleichkanal-Anlagen erzeugen würde.
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7 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, allgemein mit 700 bezeichnet.
In diesem Diagramm ist eine hexagonale Zelle mit 730 bezeichnet.
Dies ist ein ideales Modell einer Zelle; es ist jedoch nicht zur
Modellierung kleiner Mikrozellen geeignet, insbesondere wenn sich
die Antenne unterhalb des Gebäude-
oder Belaubungs-Echos befindet. Die tatsächliche Abdeckung, bezeichnet
mit 720, ist tatsächlich
sehr verschieden. Dies illustriert den Effekt der Pfadvariationen
und die Effekte von Gebäuden
und Belaubung auf das Signal.
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8 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, allgemein mit 800 bezeichnet.
In diesem Diagramm sind verschiedene Basisstationen, 810 und 820,
an demselben Gebäude, 830,
montiert ohne andere Gebäude
in der Nähe.
Diese hypothetische Situation illustriert, wie zwei Basisstationen
dieselbe Frequenz wählen
könnten,
da der Pfad zwischen diesen beiden Basisstationen von zwei Beugungsecken, 840 und 850,
betroffen ist. Dies wird das Signal zwischen 40 und 60 dB abschwächen, was
veranlasst, dass der Weg zwischen den Basen 810 und 820 viel weiter
auseinander erscheint. Eine Basiseinheit jedoch, die sich nahe dem
Ende des Gebäudes
befindet, wird nahezu gleiche Signalstärken von beiden Basisstationen
sehen.
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9 zeigt
ein bekanntes Hardware-Layout eines Kommunikationssystems, welches
in der Lage ist, den Prozess der Erfindung zu implementieren, allgemein
als 900 bezeichnet. Das illustrierte System ist Teil einer
PCS-Infrastruktur
(personal communications system); es ist jedoch ebenso auf andere
drahtlose Kommunikationssysteme, einschließlich zellularer Funkttelefonie
und drahtloses LAN (local area network) anwendbar. Das System umfasst
eine Mehrzahl von Kommunikationseinheiten oder Basisstationen oder
Funkports (RPs: radio ports), 931 bis 937, die
in mehreren Basisanlagen 921–927 arbeiten. Jeder
RP 931–937 ist
mit einer Basisstation-Kontroller-Einheit 950 (einer RPCU
oder einer Funkport-Kontroller-Einheit für eine PCS-System) verbunden. Jeder der RPs 931–937 enthält ein Sende-/Empfangsgerät (z. B. 938 von
RP 931); wie man erkennen wird, ist lediglich der Empfänger-Teil
des Sende-/Empfangsgerätes 938 aktiv,
da der Sender während
der QSAFA-Messungen nicht eingeschaltet ist. Vielmehr tastet das
Sende-/Empfangsgerät 931 ab
und misst einen Signal-Qualitätswert (z.
B. Leistung oder RSSI) für
jede aus dem Satz verfügbarer Frequenzen,
von denen eine Untermenge von den RPs 932–937 (gezeigt
als Signale 942–947)
gesendet wird, während
der RP 931 abtastet. Die Leistungsmessungen werden dann
an die RPCU 950 zur weiteren Verarbeitung im Prozessor 952 weitergeleitet,
gemäß den Algorithmen,
die oben in Verbindung mit den 1–4 beschrieben
wurden. Insbesondere wird der Kanalzuweisungs-Qualitätsfaktor
(z. B. das Inverse von Q(f)), durch die Funktion 955 des Prozessors 952 bestimmt,
basierend auf zuvor gespeicherten Datensätzen vorangegangener Kommunikationsereignisse
(z. B. Handoffs zwischen RPs 931–937) im Speicher 960 innerhalb
eines gesetzten Zeitspannenfensters. Die Frequenz mit dem größten Signal-Qualitäts-Messwert
wird auch durch die Funktion 956 bestimmt (alternativ könnten eine
oder beide Funktionen 955–956 im Prozessor 939 des
RP 931 bestimmt werden, wobei geeignete Handoff-Informationen über die
RPCU 950 abgerufen würden).
Falls für
diese Frequenz der Kanalzuweisungs-Qualitätsfaktor oberhalb eines vorbestimmten Qualitätsschwellenwertes
liegt, wird eine Bestimmung aufgegeben und der Kontroller 954 weist
diese Frequenz zur Verwendung durch den RP 931 zu. Dieser
Prozess wird für
alle RPs 932–937 wiederholt.
Der Fachmann wird erkennen, dass jede beliebige Anzahl von RPs mit
der RPCU 950 verbunden sein und dass Informationen von
RPs, die nur indirekt mit der RPCU 950 verbunden sind (z.
B. RPs, die mit einer anderen RPCU verbunden sind, die ihrerseits
mit der RPCU 950 verbunden ist) ebenso bei der Bestimmung
und Zuweisung einer Frequenz gemäß der Erfindung
verwendet werden können.
-
Obgleich
die Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen
davon beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Änderungen,
Modifikationen und Variationen für
den Fachmann im Lichte der vorangehenden Beschreibung erkennbar
sind. Entsprechend soll die Anmeldung all solche Änderungen,
Modifikationen und Variationen innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche umfassen.