DE69634120T2

DE69634120T2 - Verfahren und Einrichtung zur adaptiven Kanalzuweisung mit Leistungsregelung in einem Mobilkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69634120T2
Application number: DE69634120T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Wallstedt; Magnus Almgren; Magnus Frodigh; H Kan Andersson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: KR100388187B1; DE69634120D1; EP0815700B1; AU5130896A; JP3744542B2; CA2214389A1; CN1101637C; JPH11502384A; AU702154B2; KR19980703136A; WO1996029837A1; US5574974A; EP0815700A1; CA2214389C; CN1184582A

Description

HINTERGRUND
Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein zellulares Telefonsystem und spezieller die anpassungsfähige Zuordnung von Kanälen zu Verbindungen in analogen zellularen Telefonsystemen ebenso wie in digitalen Systemen, welche begrenzte Ressourcen für Messungen der Downlink-Störung haben.
In zellularen Telefon-Kommunikations-Systemen (nachfolgend als ,zellulare Systeme', oder einfach ,Systeme' bezeichnet) ist es wichtig, die Kapazität für die Verkehrs-Abwicklung zu maximieren, da die Nachfrage für eine solche Kapazität anhaltend anwächst. Ein Faktor, der die Kapazität beeinflusst, ist die Art, wie die Gesamtheit der verfügbaren Kommunikationskanäle für die Verwendung durch bestimmte Zellen innerhalb des Systems zugeordnet werden. Die Verwendung des selben Kanals durch zwei oder mehr Zellen, die sich in relativ enger Nachbarschaft zueinander befinden, kann jeder Zelle zuviel Zwei-Kanal-Störung verursachen und sollte daher vermieden werden.
Eine Lösung für das Vermeiden der Zwei-Kanal-Störung ist es, jede Zelle auf einer dedizierten Gruppe von Kanälen zu betreiben, welche nicht durch irgendeine andere Zelle im System verwendet wird. Wenn diese Strategie auch erfolgreich das Auftreten von Zwei-Kanal-Störung vermeidet, so begrenzt sie aber auch die Verkehrs-Abwicklungs-Kapazität auf die Zahl der Kanäle, die dem System erlaubt ist, zu nutzen.
Um die Verkehrs-Abwicklungs-Kapazität des Systems zu vergrößern, ist es möglich, einen Wiederverwendungs-Plan zu entwickeln, mittels dessen jeder Kanal gleichzeitig durch zwei oder mehr Zellen verwendet werden kann. Zwei-Kanal- Störung ist dadurch begrenzt, dass sichergestellt wird, dass dem einen Kanal Zellen zugeordnet werden, die geographisch weit genug voneinander entfernt sind (bezeichnet als die Wiederverwendungs-Entfernung'), so dass diese sich nicht ernsthaft gegenseitig stören. Der angemessene Abstand für die Begrenzung der Störung wird von Faktoren abhängen, die das Trägerfrequenz-zu-Störungs-Verhältnis (C/I) auf dem speziellen Kanal in jeder Zelle beeinflussen.
Eine Anzahl von Techniken ist entwickelt worden für das Auswählen und Zuordnen von Verkehrs-Kanälen in einer Weise, welche die Wahrscheinlichkeit von Zwei-Kanal-Störung in einem zellularen Kommunikations-System verringert, welches einen festgelegten Wiederverwendungsplan, das ist ein Plan der sich nicht über die Zeit ändert, verwendet. Die Publikation von V. H. MacDonald, ,Advanced Mobile Phone Service: The Cellular Concept', Bell System Technology Journal, pp. 15–41, Januar 1979, beschreibt einen solchen Plan.
Festgelegte Kanal-Wiederverwendungs-Pläne basieren auf Annahmen zu Ausbreitungs-Konditionen, um ein minimales C/I im System zu garantieren. Solche Pläne sind jedoch sehr schwer und mühsam anzufertigen und diese Schwierigkeiten wachsen, um so kleiner die Zellen werden. Außerdem kann die Anzahl der Verbindungen, die durch irgendeine gegebene Zelle abgewickelt wird, über die Zeit anwachsen oder geringer werden. Wegen dieser sich entwickelnden Verkehrs-Muster, nicht zu reden von dem System selbst, können Kommunikations-Systeme, die festgelegte Wiederverwendungs-Pläne benutzen, eine Verminderung der Verkehrs-Abwicklungs-Kapazität über die Zeit erleiden.
Um eine solche Verminderung zu vermeiden, ist ein anpassungsfähiger Kanal-Zuordnungs-Plan (ACA) einem festgelegten Kanal-Wiederverwendungs-Plan vorzuziehen. In einem ACA-Plan passt sich, wie aus dem Namen hervorgeht, die Verwendung von Funk-Ressourcen in dem System über die Zeit an, um Änderungen in der gegenwärtigen Verkehrs- und Ausbreitungs-Situation Rechnung zu tragen. Die Anpassung wird auf der Basis von zumindest periodisch durchgeführten System-Messungen gemacht. In einem solchen Schema ist es das Ziel Kanäle so zuzuordnen, dass alle Verbindungen zufriedenstellende Qualität aufweisen. Eine gemeinsame Eigenschaft von ACA Systemen ist es, dass diese einen Kanal aus einer Gruppe von Kanälen zuordnen, der einige vorbestimmte Qualitäts-Kriterien erfüllt. Unterschiedliche ACA Schemata verwenden jedoch unterschiedliche Kriterien für die Auswahl der Kanäle aus der Gruppe.
Das generelle den ACA Systemen zugrunde liegende Konzept ist denjenigen, die mit dem Gebiet vertraut sind, gut bekannt. Zum Beispiel illustriert H. Eriksson in ,Capacity Improvement by Adaptive Channel Allocation', IEEE Global Telecomm. Conf., pp. 1355–1359, Nov. 28. -Dec. 1, 1988, die Kapazitätsgewinne verbunden mit einem zellularen Funksystem, bei welchem alle Kanäle eine von allen Basisstationen geteilte gemeinsame Ressource darstellen. In dem oben erwähnten Bericht misst das Mobilteil die Signalqualität des Downlinks und die Kanäle werden auf der Basis der Wahl des Kanals mit dem höchsten Trägerfrequenz-zu-Störungs-Verhältnis (C/I-Niveau) zugeordnet.
Eine unterschiedliche Vorgehensweise ist durch G. Riva in ,Performance Analysis of an Improved Dynamic Channel Allocation Scheme for Cellular Mobile Radio Systems', 42nd IEEE Veh. Tech. Conf., pp. 794–797, Denver, 1992, beschrieben, wonach der Kanal gewählt wird basierend auf dem Erreichen einer Qualität, nahezu gleich oder besser als ein geforderter C/I Schwellwert. Auch Y. Furuya et al., ,Channel-Segregation, A Distributed Adaptive Channel Allocation Scheme for Mobile Communication Systems', Second Nordic Seminar on Digital Land Mobile Radio Communication, pp. 311–315, Stockholm, October 14–16, 1986, beschreibt ein ACA System in welchem die jüngste Historie der Verbindungsqualität als ein Faktor in der Zuordnungs-Entscheidung betrachtet wird. Weiter wurden einige hybride Systeme präsentiert, in welchen ACA auf einen kleinen Block von Frequenzen angewendet wird überlagert über ein festgelegtes Kanal-Zuordnungs-Schema. Solch ein Beispiel ist in K. Sallberg et al., Hybrid Channel Assignment and Reuse Partitioning in a Cellular Mobile Telephone System', Proc. IEEE VTC, 87, pp. 405–411, 1987, präsentiert.
Abgesehen vom Anwachsen der System-Kapazität vermeidet adaptive Kanal-Zuordnung die Notwendigkeit der Systemplanung. Die Planung wird stattdessen durch das System selbst durchgeführt. Diese Eigenschaft von ACA ist besonders attraktiv, wenn Systemänderungen implementiert werden, wenn neue Basisstationen hinzugefügt werden oder wenn sich die Umgebung verändert, zum Beispiel durch den Bau oder die Zerstörung großer Gebäude.
Es ist vorzuziehen ACA Schemata in zwei Teilen zu implementieren: einen ,langsamen' Teil und einem ,schnellen' Teil. Der ,langsame' Teil bestimmt für jede Zelle eine Gruppe von Kanälen basierend auf Störungs- und Verkehrs-Fluktuationen, welche über eine relativ lange Zeitperiode (z. B. 20–30 Hochlast-Stunden, was einige Wochen Zeit benötigen könnte) eintreten. Dieses eliminiert das Frequenz-Planungs-Problem und kann sich auch an durchschnittliche Verkehrsbelastungen in dem System anpassen. Der ,schnelle' Teil ist damit befasst, in jedem gegebenen Moment aus der langsam ausgewählten Gruppe von Kanälen den ,besten' Kanal für jede Verbindung, basierend auf kurzzeitigen Störungs-Messungen, zu wählen. Die Implementierung von Beiden, des ,langsamen' und des ,schnellen' Teils eines ACA-Schemas kann in dem System verteilt sein, so dass jede Basisstation ihren Teil des Frequenzplans bestimmt, wie auch die Kanal-Zuordnungen basierend auf lokalen Beobachtungen innerhalb der Zelle.
Ein Grund für das Aufspalten eines ACA Schemas in zwei Teile (das heißt ,schnell' und ,langsam') ist begründet durch die Verwendung von sich automatisch-einstellenden Kombinatoren, welche mechanisch mit Hilfe kleiner Motoren auf gewünschte Frequenzbereiche eingestellt werden. Das Einstellen ist eine automatische, aber langsame, Operation, die nicht durchgeführt werden kann, wenn ein Anruf an der Zelle eintrifft.
Außerdem ist jede Basisstation mit einer begrenzten Anzahl von Transceivern ausgestattet und ist daher nicht fähig alle Kanäle gleichzeitig zu nutzen. Durch das Aufteilen des ACA Schemas in ,langsame' und ,schnelle' Teile kann eine Strategie entwickelt werden, in welcher die Kombinatoren auf eine Gruppe von Frequenzen eingestellt sind, die vom ,langsamen' ACA-Schema erhalten werden, und wobei dann der ,schnelle' Teil des ACA-Schemas seine Kanalwahl in der ,langsam' bestimmten Gruppe von Frequenzen trifft. Die oben zitierte Y. Furuya et al. Veröffentlichung beschreibt Aspekte eines ACA-Schemas, das als ,langsam' und ,schnell', entsprechend den hier gemachten Definitionen, eingestuft werden kann.
Einen langsam sich verändernden Frequenz-Plan zu haben liefert einen zusätzlichen Vorteil, welcher darin besteht, dass es leichter ist, die Störung im System zu beobachten. Dieses ist wichtig, wenn die in jedem System begrenzt gegebenen Mess-Ressourcen berücksichtigt werden.
In dem Artikel ,On Distributed Power Control for Radio Networks' by S. C. Shen et al., New Orleans SUPERCOMM/ICC'94, 1994 IEEE International Conference on Communications, 1–5 May 1994, New Orleans, Louisiana, USA, Vol. 3, pp. 1281–1285, XP000438706, ist der Einfluss von Leistungs-Steuerung/Regelung auf Trägerfrequenz-zu-Störungs-Verhältnisse diskutiert. Wegen der Zwei-Kanal-Störung können die Trägerfrequenz-zu-Störungs-Verhältnisse (C/I) einiger Mobilteile in einem drahtlosen Netzwerk unter einen gewünschten Qualitäts-Schwellwert γ fallen, entweder wegen der Zulassung eines neuen Mobilteils oder wenn die Kanal-Bedingungen sich verändern. Basierend auf dem Verwenden dynamischer lokaler Messungen der Leistungs-Gewinne zwischen Basisstationen und Mobilteilen ist darin ein verteilter Algorithmus für die Leistungs-Steuerung/Regelung präsentiert, welcher mittels des Einstellens der von den Basisstationen gesendeten Leistung arbeitet, so dass das C/I einer jeden Verbindung über dem gewünschten Schwellwert γ gehalten wird.
Für die ACA Pläne entsprechend dem Stand der Technik ist es unverzichtbar, dass für beide, Downlink (das bedeutet von der Basisstation zur Mobilstation) und Uplink (das bedeutet von der Mobilstation zur Basisstation), Messungen der Kanal-Störungs-Niveaus gemacht werden. Damit ACA bestmöglich arbeitet, sollten genaue Störungs-Niveau-Messungen auf allen Kanälen gemacht werden.
Wenn nur digitale zellulare Systeme betrachtet werden, dann sind ACA Systeme praktikabel, weil es da einige Ressourcen für Messungen an Beiden, dem Uplink und dem Downlink, gibt. Uplink Messungen können durch Ausrüstung in der Basisstation durchgeführt werden. Downlink Messungen können durch die Mobilstation gemacht werden, die dann ihre gemessenen Werte zurück zur Basisstation berichtet. Jedoch, es ist noch immer schwierig Messungen auf allen Kanälen zu bekommen. Zum Beispiel, in solchen digitalen Systemen wie D-AMPS wird die Mobilstation unterstützte Übergabe Einrichtung (MAHO) verwendet um die Downlink Störungs-Niveaus auf Verkehrs-Frequenzen, die in der dienenden Zelle gerade nicht in Gebrauch sind, zu evaluieren. Dieses MAHO Mess-Hilfsmittel ist jedoch sehr beschränkt, weil jede Mobilstation nur einige wenige Frequenzen messen kann. Eine Folge ist, das es nicht möglich ist Information über Downlink-Störung zu allen Frequenzen in einer Zelle innerhalb eines kurzen Zeit-Rahmens zu erhalten, weshalb die Kanal-Zuordnung zumindest zum Teil basierend auf alter Information erfolgen muss.
Wenn nun die Aufgabe betrachtet wird, ein ACA-Schema für die Anwendung in analogen Systemen, solchen wie AMPS und TACS, zu konzipieren, dann ist man mit einem schwierigen Problem konfrontiert, weil analoge Systeme typischer Weise keinerlei Mittel für Downlink Messungen besitzen. Die Unfähigkeit von Mobilstationen, irgendeine Information über das empfangene Downlink-Signal zu liefern, bedeutet, dass solche Systeme auf das Messen der Kanal-Störung nur in der Uplink-Richtung begrenzt sind. Als eine Konsequenz wurde die Kanal-Zuordnung für Analog-Systeme entsprechend dem Stand der Technik manuell geplant.
Wegen der oben beschriebenen Vorteile der Nutzung von ACA-Schemata für das Zuordnen der Ressourcen zellularer Systeme, ist es wünschenswert eine Technik bereitzustellen, die erlauben wird, solche Schemata in analogen Systemen ebenso anzuwenden wie in digitalen Systemen, welche sehr begrenzte Downlink-Störungs-Messungs-Ressourcen aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für das adaptive Zuordnen von Kanälen für die Verwendung in einem zellularen Kommunikations-System, ohne die Notwendigkeit für die Durchführung von Downlink-Messungen, bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der gegenwärtigen Erfindung werden die oben genannten und andere Ziele in einem zellularen Kommunikations-System erreicht, umfassend erste und zweite Zellen, in welchem die erste Zelle eine erste Basisstation und eine erste Mobilstation, und die zweite Zelle eine zweite Basisstation und eine zweite Mobilstation enthält. Außerdem verwendet die zweite Zelle irgendeinen aus der Vielzahl von Kanälen in einer zweiten Verbindung zwischen der zweiten Basisstation und der zweiten Mobilstation. Ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Zuordnen von einem aus der Vielzahl von Kanälen für die Verwendung in einer ersten Verbindung zwischen der ersten Basisstation und der ersten Mobilstation ist bereitgestellt; dabei umfasst das Verfahren in der zweiten Zelle das Adjustieren der gesamten Leistung des einen verwendeten Kanals um einen Betrag ΔP₂, wobei: ΔP₂ gleich ist der Summe aus einer Änderung einer Sendeleistung der zweiten Mobilstation und einer Änderung der Sendeleistung der zweiten Basisstation auf dem Verwendeten von den Kanälen; ΔP₂ ein Größe hat, welche im Wesentlichen gleich ist der Größe der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der zweiten Mobilstation und der zweiten Basisstation; ΔP₂ ein Vorzeichen hat, das entgegengesetzt ist zu dem Vorzeichen der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der zweiten Mobilstation und der zweiten Basisstation.
Der Leistungs-Regulierungs-Aspekt der Erfindung stellt sicher, dass eine starke Korrelation zwischen System-weiten Uplink- und Downlink-I/C-Werten besteht. Daher umfassen das erfinderische System und das Verfahren außerdem in der ersten Zelle die Verwendung von Bestimmungen der Uplink-Störungs-Werte, um einen akzeptablen freien Kanal aus denjenigen aus einer Vielzahl von Kanälen auszuwählen, die in der ersten Zelle nicht verwendet sind. Der akzeptable freie Kanal wird dann der ersten Verbindung zugeordnet.
Die Erfindung ist oben bezogen auf nur zwei Zellen und zwei Verbindungen beschrieben worden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das System natürlich viel mehr Zellen enthalten, wobei eine jede von diesen die Sendeleistung auf allen verwendeten Verbindungen in einer Weise reguliert, die der oben für die zweite Zelle beschrieben ähnlich ist. Entsprechend würde jede der Zellen Kanal-Zuordnungs-Entscheidungen in der oben mit Bezug auf die erste Zelle beschriebenen Weise treffen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Adjustieren der Gesamtleistung in der zweiten Zelle zum Beispiel die Schritte: (a) Regulieren der Leistung P_m2 in der zweiten Mobilstation derart, dass P_m2 = α_m – β_m g₂₂ [dB] ist, wobei g₂₂ die Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der zweiten Mobilstation und der zweiten Basisstation ist und α_m und β_m Konstanten sind; (b) Regulieren der Leistung P_b2 in der zweiten Basisstation derart, dass P_b2 = α_b – β_b·g₂₂ [dB] ist, wobei α_b und β_b Konstanten sind; und (c) Sicherstellen, während des Ausführens der Schritte (a)–(b), dass eine Summe aus β_b und β_m gleich einer vorbestimmten Konstanten ist, welche bevorzugt gleich 1 ist.
In Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Zuordnen des Kanals zu der ersten Zelle außerdem das anfängliche Zuordnen eines Ersten aus der Vielzahl der Kanäle zu der ersten Verbindung und, wenn der akzeptable freie Kanal nicht der Erste aus der Vielzahl der Kanäle ist, dann das Durchführen einer Zellen-internen Übergabe der ersten Verbindung von dem Ersten aus der Vielzahl der Kanäle an den akzeptablen freien Kanal. Dieses kann zum Beispiel ausgeführt werden, wenn der erste Kanal einen C/I-Wert aufweist der kleiner ist als der des akzeptablen freien Kanals. Auf diese Weise ist ein adaptives Kanal-Zuordnungs-Schema basierend allein auf Bestimmungen von Uplink-Störungs-Werten erstellt, wobei ein gegenwärtig verwendeter Kanal, dessen Leistung geringer ist als die von dem akzeptablen freien Kanal erwartete, durch den akzeptablen freien Kanal dynamisch ersetzt werden kann.
In Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Auswählens eines akzeptablen freien Kanals die Schritte des Bestimmens einer akzeptablen Gruppe von freien Kanälen, die erwartete Uplink-C/I-Verhältnisse aufweisen, welche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von C/I-Werten liegen und des Auswählens, als den akzeptablen freien Kanal einen besten freien Kanal aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle, wobei der beste freie Kanal ein höchstes C/I-Verhältnis aufweist, verglichen zu anderen erwarteten C/I-Verhältnissen von anderen freien Kanälen in der akzeptablen Gruppe von freien Kanälen. Diese Strategie erlaubt es die System-Leistung zu verbessern, durch dynamisches Ersetzen (durch Zellen-interne Übergabe) eines gegenwärtig verwendeten Kanals, auch wenn dieser einen akzeptablen Uplink-C/I-Wert aufweist, durch einen noch besseren Kanal.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind mit dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu verstehen, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm ist, welches zehn Zellen in einem zellularen Mobiltelefon-System veranschaulicht, auf welches die gegenwärtige Erfindung sich bezieht;
2 ein Diagramm der ersten und zweiten Zellen in einem analogen Kommunikations-System ist, auf welches die gegenwärtige Erfindung sich bezieht;
3 ein Scatterplot von Uplink- und Downlink-C/I-Werten in derselben Verbindung für jede aus einer Anzahl von Verbindungen in einem Kommunikations-System ist, auf welches die gegenwärtige Erfindung sich bezieht;
4 ein Scatterplot ist, der die Korrelation zwischen einem Uplink-C/I-Wert in einer ersten Verbindung und einem Downlink-C/I-Wert in einer zweiten Verbindung darstellt, wobei Leistungs-Regulierung in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung angewandt ist;
5 ist ein Diagramm, das eine Situation illustriert, in welcher das Misslingen der Verwendung der Leistungs-Regulierung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in dem Fehlen der Korrelation zwischen Messungen der Uplink- und Downlink-Störung resultiert;
6A–6C sind Flussdiagramme eines adaptiven Kanal-Zuordnungs-Verfahrens in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung;
7 ist ein Graph, der die simulierten Effekte der erfinderischen Techniken auf die Uplink-Störung zeigt;
8 ist ein Graph, der die simulierten Wirkungen der erfinderischen Techniken bezüglich der System-Downlink-Störung zeigt;
9 ist ein Graph, der die simulierten Effekte der erfinderischen Techniken auf die System-Störungs-Niveaus zeigt, wenn Beide, Uplink- und Downlink-Störung betrachtet sind; und
10 ist ein Histogramm, das die erhaltene Leistungs-Niveau-Verteilung für Klasse 3 AMPS (Hand-gehalten) Mobilstationen in einer anderen Simulation der gegenwärtige Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die verschiedenen Eigenschaften der Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in welchen ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert werden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das zehn Zellen, C1–C10, in einem zellularen mobilen Funk-Telefon-System 100 illustriert. Normalerweise würde das Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einem zellularen System umfassend viel mehr als 10 Zellen implementiert. Für Zwecke dieser Beschreibung ist das hier dargestellte System betrachtet als ein isolierter Teil eines größeren Systems, das aufgeteilt wurde.
Für jede Zelle C1 bis C10 gibt es eine zugehörige Basisstation B1 bis B10. 1 illustriert Basisstationen, welche in der Nachbarschaft der zugehörigen Zellen-Zentren liegen und omni-direktionale Antennen haben. Die Basisstationen von benachbarten Zellen können jedoch in der Nachbarschaft von Zellen-Grenzen liegen und gerichtete Antennen haben.
1 illustriert auch zehn Mobilstationen M1 bis M10, die innerhalb einer Zelle beweglich sind und auch von einer Zelle zur Anderen. Das Verfahren entsprechend der gegenwärtigen Erfindung kann in einem zellularen mobilen Funk-System, das viel mehr als zehn Mobilstationen umfasst, implementiert werden. Insbesondere gibt es in diesem normalerweise viel mehr Mobilstationen als es Basisstationen gibt.
In 1 ist auch ein mobiles Schalt-Zentrum (MSC) illustriert. Das mobile Schalt-Zentrum ist mit allen zehn gezeigten Basisstationen durch Kabel verbunden. Das mobile Schalt-Zentrum ist durch Kabel auch mit einem festen öffentlichen Telefon-Schalt-Netzwerk PSTN oder ähnlichem festen Netzwerk mit ISDN-Einrichtungen verbunden. Alle Kabel von dem mobilen Schalt-Zentrum zu Basisstationen und Kabel zu dem festen Netzwerk sind nicht dargestellt. Außerdem, andere Medien können anstelle von Kabeln für Basis-zu-Mobilteil Schalt-Zentrums-Kommunikation verwendet werden, solche wie feste Funkverbindungen.
Das zellulare System 100 umfasst eine Vielzahl von Funk-Kanälen für Kommunikation. Das System ist entworfen für Beides, für analoge Information und für rein digitale Information. Beispiele für analoge Information umfassen Sprache und digitalisierte analoge Information (Z. B. digitalisierte Sprache). Im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist der Ausdruck ,Verbindung' für einen Kommunikations-Kanal zwischen einer Mobilstation und einer anderen Mobilstation in dem selben System oder in einem anderen System, zwischen zwei festen Telefonen oder Terminals in einem festen Netzwerk verbunden durch das zellulare System 100, oder zwischen einer mobilen Station und einem festen Telefon, verwendet. Eine Verbindung kann ein Anruf sein, in welchem zwei Personen miteinander sprechen, kann aber auch ein Daten-Kommunikations-Kanal sein in welchem Computer Daten austauschen.
Jedem zellularen System 100 ist ein bestimmtes Frequenz-Band zugeteilt, über welches es arbeiten kann. Eine Gruppe von Kommunikations-Kanälen ist jeder Zelle zugeordnet. Zum Beispiel können zwischen zehn und dreißig verschiedene Sprach-Kanäle und ein Steuerungs/Regelungs-Kanal einer jeden Zelle zugeordnet sein. Ein Kriterium für das Zuordnen von Kanälen in jeder Zelle ist die Vermeidung von übermäßiger Zwei-Kanal-Störung.
Wie in der HINTERGRUND-Sektion dieser Offenbarung beschrieben, ist es wünschenswert ein ACA-Schema für die dynamische Bestimmung, wie Kanäle in dem System zu einer oder mehreren Zellen zugeordnet werden, zu verwenden. Jedoch, in der Vergangenheit mussten solche Schemata auf Messungen von beiden, Uplink- und Downlink-Störungen beruhen, was problematisch ist in Systemen, die nur Uplink-Messungen vorsehen, solche wie analoge zellulare Kommunikations-Systeme oder digitale zellulare Kommunikations-Systeme, die eine beschränkte Menge von Mess-Ressourcen haben.
Um dieses Hindernis zu überwinden, übernimmt die gegenwärtige Erfindung eine Strategie, in welcher die Sendeleistung in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise gesteuert/geregelt wird, welche bewirkt, dass eine starke Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-Störungs-Werten besteht. Wenn einmal bekannt ist, dass eine solche Korrelation existiert, dann kann ein ACA-Schema angewandt werden, bei welchem Zuordnungs-Entscheidungen allein basierend auf Uplink-Messungen gemacht werden. Als ein Ergebnis kann das ACA-Schema auf Systeme angewandt werden, solche wie analoge Systeme, in welchen Downlink-Messungen nicht gemacht werden können.
Die Leistungs-Steuerungs/Regelungs-Strategie wird jetzt im Detail mit Bezug auf 2 beschrieben, welche die ersten und zweiten Zellen 201, 203 in einem analogen zellularen Kommunikations-System 200 illustriert. Im Allgemeinen ist eine Momentaufnahme der Verkehrs- und Ausbreitungs-Situation in einem zellularen System vollständig beschrieben durch die Verstärkungs-Matrix, definiert als G = [gij], (1)wobei g_ij die Übertragungsweg-Verstärkung in dB von der Mobilstation i zu der Basisstation j. Es ist in dieser Analyse vorzuziehen mit der Übertragungsweg-Verstärkung, anstelle des häufiger verwendeten Übertragungsweg-Verlusts, zu arbeiten, was aber ausgedrückt in dB nur einen Wechsel des Vorzeichens bedeutet. Es ist für Zwecke der Illustration angenommen, dass jede Mobilstation verbunden ist mit der stärksten empfangenen Basisstation und ein Kanal zugeordnet ist. Jedoch, mit der Materie Vertraute werden erkennen, dass dies keine Notwendigkeit ist.
Zusätzlich zur Basis- und Kanal-Zuordnung ist über ein Sendeleistungs-Niveau (forthin nur ,Leistungs-Niveau' bezeichnet) für jede Mobilstation und Basisstation zu entscheiden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet Signal-Niveau-basierte Leistungs-Steuerungs/Regelungs-(PC) Verfahren für jedes der Uplinks und Downlinks, wie vollständig beschrieben in J. F. Whitehead, ,Signal-Level-Based Dynamic Power Control for Co-channel Interference Management', Proceedings of 43rd VTC, pp. 499–502, May 1993.
Um den Leistungs-Steuerungs/Regelungs-Aspekt der gegenwärtige Erfindung zu definieren wird die Diskussion jetzt auf diese Zellen innerhalb des Systems fokussiert, welche jede eine durch denselben Kanal unterstützte Verbindung haben. Mobilstationen und Basisstationen, die diesen Kanal verwenden, werden Bezugsnummern in einer Weise zugeordnet die ergibt, dass Mobilstation i verbunden ist mit Basisstation j. Mit diesem Nummerierungs-Schema wird die Übertragungsweg-Verstärkung in dem verwendeten Link mit g_ii bezeichnet und die durch die Mobilstation i im Uplink verwendete Leistung ist gegeben durch den Ausdruck Pmi = αm – βm·gii [dB], (2)wobei vorzugsweise β_m ∊ [0, 1], wenn auch Werte außerhalb dieses Bereichs akzeptabel sein können, und wobei α_m eine Konstante in dB ist. Keine Leistungs-Steuerung/Regelung (das bedeutet konstante gesendete Leistung) korrespondiert zu β_m = 0 und volle Leistungs-Steuerung/Regelung (das bedeutet konstante empfangene Leistung) korrespondiert zu β_m = 1. Die Konstante α_m wird adjustiert abhängig von der Zellen-Größe in dem System und dem Hintergrund-Rauschen.
Entsprechend steuert/regelt die Basisstation in dem Downlink dessen Leistung nach dem Ausdruck Pbi = αb – βb·gij [dB]. (3)
Wird jetzt die in 2 illustrierte Situation betrachtet, in welcher es nur zwei Verbindungen gibt, dann sind die Ausdrücke für die Trägerfrequenz-zu-Störungs-Verhältnis-(C/I) Werte für die verschiedenen involvierten Links wie folgt.
In dem Downlink nach M₁ (alle Werte in dB):
Einsetzen der Ausdrücke für P_bi und P_b2 ergibt:
was vereinfacht werden kann zu
Entsprechend in dem Uplink nach B₂:
Einsetzen der Werte für P_m1 und P_m2 ergibt:
was vereinfacht werden kann zu
Vergleichend die Gleichungen (6) und (9) sehen wir, dass das selbe C/I in M₁ und B₂ erreicht ist, wenn βb + βm = 1. (10)
Die wichtige Beobachtung ist, dass C/I in den Uplinks und Downlinks über die Querverbindung g₁₂ korreliert sind. Das gleiche Ergebnis kann natürlich auch für M₂ und B₁ abgeleitet werden, welche über die Querverbindung g₂₁ korreliert sind.
Die Wirkung des Betreibens eines Systems, welches Gleichung (10) erfüllt kann gesehen werden durch das Betrachten der Wirkung, welche eine Änderung der Übertragungsweg-Verstärkung innerhalb der Zelle i (das bedeutet Δg_ij) auf die Gesamtleistung P_i hat, welche verwendet ist innerhalb dieser Verbindung innerhalb der Zelle, wobei Pi = Pbi + Pmi. (11)
Da wir interessiert sind zu bestimmen, wie eine Veränderung in der gesamten Leistung, ΔP_i, sich verhält zu einer Veränderung in der Übertragungsweg-Verstärkung, Δg_ij, wird es nützlich sein für den Moment jede Variable als eine Funktion der Zeit, t, zu schreiben. Es ist damit die folgende Gleichung erzeugt: Pi(t) = Pmi(t) + Pbi(t) = αb – βb·gii(t) + αm – βm·gii(t) = (αb + αm) – gii(t)·(βb + βm) (12)wobei P_bi(t) die Sendeleistung der Basisstation in Zelle i zur Zeit t, P_mi(t) die Sendeleistung der Mobilstation in Zelle i zur Zeit t, und g_ij(t) die Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der Mobilstation und der Basisstation in der Zelle i zur Zeit t ist. Beachte dass α_b, α_m, β_b und β_m Konstanten sind und daher nicht als Funktionen der Zeit geschrieben sind.
Wenn β_b + β_m = 1 ist, dann reduziert sich Gleichung 12 auf Pi(t) = Pmi(t) + Pbi(t) = (αb + αm) – gii(t) (13)
Außerdem ist die Veränderung der Gesamt-Leistung, ΔP_i, gegeben durch die Gleichung ΔPi = Pi(t + Δt) – Pi(t), (14)wobei Δt ein Zeit-Inkrement ist.
Das Einsetzen der Werte aus Gleichung 13 in Gleichung 14 ergibt ΔPi = [Pmi(t + Δt) + Pbi(t + Δt)] – [Pmi(t) + Pbi(t)] = [(αb + αm) – gii(t + Δt)] – [(αb + αm) – gii(t)] = –gii(t + Δt) – gii(t) = –[gii(t + Δt) – gii(t)] = –gii (15)
Es folgt aus Gleichung (15) dass, wenn βm + βb = 1 ist, dass ΔPi + Δgii = 0. (16)
Die Bedeutung der obigen Analyse für den speziellen Fall, dass nur zwei Verbindungen innerhalb des Systems auf demselben Kanal vorkommen, ist, dass das Uplink-C/I in zum Beispiel Zelle 1 gleich dem Downlink-C/I in Zelle 2 gemacht werden kann durch Steuern/Regeln der Gesamtleistung, Pi, in Zelle i derart, dass irgendeine Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung der Zelle 1 (das ist Δg₁₁) exakt kompensiert ist durch eine Änderung in der gesamten Sendeleistung in Zelle 1 (das ist ΔP₁). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem die Leistung in Übereinstimmung mit den Gleichungen (2) und (3) gesteuert/geregelt ist, ist dieses erreicht durch sicherstellen, dass β_b + β_m = 1 ist. Jedoch, alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch in Systemen verwendet werden, welche die Leistung nicht linear in Übereinstimmung mit den Gleichungen (2) und (3) steuern/regeln. In solchen Fällen kann man die Korrelation zwischen System-weiten Uplink- und Downlink-C/I-Werten einführen durch Veranlassen von was auch immer notwendigen Schritten, um sicherzustellen, dass Gleichung (16) zumindest im Wesentlichen erfüllt ist.
Die vorangegangene Analyse zeigte, dass, in dem speziellen Fall von nur zwei den selben Kanal verwendenden Verbindungen, der Uplink-C/I-Wert an der Basisstation B₂ durch geeignete Steuerung/Regelung von Mobilstation- und Basisstation-Sendeleistung exakt gleich gemacht werden kann zu dem Downlink-C/I-Wert an der Mobilstation M₁. In dem allgemeineren Fall, in welchem mehr als zwei Verbindungen in dem System den selben Kanal verwenden, ist es nicht möglich zu garantieren, dass für irgendeinen Uplink-C/I-Wert es eine Mobilstation in dem System gibt, welche einen identischen Downlink-C/I-Wert aufweist. Nichtsdestoweniger kann eine starke Korrelation zwischen diesen beiden Werten erzeugt werden, wie in der folgenden Analyse gezeigt wird.
Wie oben erläutert ist eine Momentaufnahme der Verkehrs- und Ausbreitungs-Situation in einem zellularen System vollständig beschrieben durch die Verstärkungsmatrix, definiert durch Gleichung (1), welche hier wiederholt ist: G = [gij] (1)wobei g_ij die Übertragungsweg-Verstärkung von der Mobilstation i zur Basisstation j ist. Für die Zwecke der folgenden Analyse werden alle Berechnungen in Watt ausgeführt, anstelle von dB, wie in der vorangegangenen Diskussion verwendet. Der Grund für diese Wahl ist es, die Summierung von Störungen aus verschiedenen Quellen zu ermöglichen.
Das erfinderische Kanal-Zuordnungs-Verfahren wird die Mobilstationen in Bezug zu den vorhandenen Kanälen aufteilen. Es sei angenommen, dass Q Mobilstationen, jede verbunden mit einer entsprechenden der Q verschiedenen Basisstationen, demselben der verfügbaren Kanäle zugeordnet wird, welcher hier als Kanal k bezeichnet wird. In der folgenden Analyse werden die Mobilstationen und die Basisstationen in einer solchen Weise nummeriert, dass die Mobilstationen, die alle demselben Kanal k zugeordnet sind, nummeriert sind mit 1 bis Q entsprechend zu den Basisstationen 1 bis Q mit welchen sie jeweils verbunden sind.
Die Übertragungsweg-Verstärkungen zwischen den Q Basisstationen und den Q Mobilstationen bilden eine Verstärkungs-Sub-Matrix G_k mit der Dimension (Q × Q). Die Diagonal-Elemente in G_k sind also die Übertragungsweg-Verstärkungen in der eigenen Verbindung und die Nicht-Diagonal-Elemente sind die Querverbindungen.
Der Leistungs-Vektor wird jetzt definiert. Im Uplink (Sendeleistungen der Mobilstationen) ist der Leistungs-Vektor gegeben durch
und im Downlink (Sendeleistungen der Basisstationen) ist der Leistungs-Vektor gegeben durch
Mit diesen Definitionen ist es einfach, das C/I, bezeichnet mit Γ, in dem Uplink (für Basisstation j von Mobilstation j) zu berechnen:
Entsprechend ist C/I im Downlink (für Mobilstation i von Basisstation i) gegeben durch den Ausdruck
Ausgedrückt in Watt ist die Uplink-Leistungs-Steuerung/Regelung gegeben durch die Gleichung
und in dem Downlink ist diese gegeben durch die Gleichung
Kombinieren der Gleichungen (19) und (21) liefert C/I im Uplink (für Basisstation j von Mobilstation j)
und Kombinieren der Gleichungen (20) und (22) liefert das Downlink-C/I (für Mobilstation i von Basisstation i) als
Die Nenner in Gleichungen (23) und (24) haben Ähnlichkeiten und für den Fall, in welchem βm + βb = 1 (25)ist, sind die Elemente g_ij in den Gleichungen (23) und (24) mit den selben Faktoren normiert. Dieses kann auch in Matrix-Form geschrieben werden. Die Nenner in Gleichungen (23) und (24) sind Spalten-Summen und Reihen-Summen der folgenden Matrix
welche vereinfacht werden kann zu
Vergleichend die Gleichungen (27) und (23) ist es klar dass die Uplink-C/I der Verbindung j gleich 1 geteilt durch die Summe der Spalte j in der Matrix D ist. Ähnlich, vergleichend die Gleichungen (27) und (24) ist es klar, dass die Downlink-C/I der Verbindung i gleich 1 geteilt durch die Reihen-Summe der Reihe i ist. Die Korrelationen zwischen Uplink- und Downlink-C/I-Werten in der eigenen Verbindung sind klein. Dieses kann in Gleichung (27) gesehen werden, in welcher die Matrix D Nullen entlang der Diagonalen aufweist. Dieses impliziert, dass die Summe der Reihe i (Kehrwert des C/I in dem Downlink) und die Summe der Spalte i (Kehrwert des C/I in dem Uplink) keinen gemeinsamen Term haben. 3 zeigt einen Scatterplot des C/I in dem Uplink und des C/I in dem Downlink. In der Figur entspricht jeder ,Punkt' einem Paar von Uplink- und Downlink-C/I-Werten für dieselbe Verbindung. Es ist ersichtlich, dass die Punkt-Wolken nahezu kreisförmig sind, was impliziert, dass Uplink- und Downlink-C/I-Werte zueinander sehr geringe Korrelation aufweisen.
Im Gegensatz dazu gibt es eine Korrelation zwischen dem Uplink-C/I-Wert einer Verbindung und dem Downlink-C/I-Wert einer anderen Verbindung. Als Beispiel nehmen wir an, dass die Spalten-Summe der Spalte j (Uplink-Verbindung j) dominiert ist durch das Element i, j in der Matrix D. Dieses Element gehört auch zur Reihe i (Downlink-Verbindung i). Folglich wird es eine Korrelation zwischen dem Uplink-C/I-Wert der Verbindung j und dem Downlink-C/I-Wert der Verbindung i geben. Der Scatterplot der 4 hilft diese Tatsache zu illustrieren. In dieser Figur, die aus einer realistischen Simulation von Störungen in einem zellularen System abgeleitet ist, ist der Uplink-C/I-Wert für jede Verbindung j geplottet gegen den Downlink-C/I-Wert, welcher zu dem Index, z. B. i, des größten Elements in der Spalte j der Matrix D korrespondiert. Wenn das größte Element, i, in der Spalte j auch in der Reihe i dominant ist, dann wird nahezu der gleiche C/I-Wert in der Basisstation j erhalten werden, wie in der Mobilstation i. Die Punkte auf der Diagonalen in 4 entsprechen den Fällen, in welchen es einen dominanten Querverbindungs-Term zwischen Spalte j und Reihe i gibt. Die Punkte unterhalb der Diagonalen entsprechen Fällen, in welchen der Downlink-C/I-Wert kleiner ist als der Uplink-C/I-Wert. Dieses kommt vor, wenn das Element in Spalte j, das den Uplink-C/I-Wert dominiert nicht dominant ist in der Reihe i. Das bedeutet, es gibt ein anderes Element in der Reihe i, welches größer ist als das größte Element der Spalte j und das C/I in dem Downlink ist daher kleiner als das Uplink-C/I.
Die obige Analyse hat demonstriert, warum für Kanäle, welche mehr als zwei Verbindungen haben, es im allgemeinen nicht möglich ist eine Beziehung zwischen β_b und β_m zu finden, welche garantiert, dass ein Uplink-C/I-Wert exakt gleich ist einem der Downlink-C/I-Werte. Jedoch befasst sich die gegenwärtige Erfindung hauptsächlich mit Kanälen, die niedrige C/I-Werte haben (das bedeutet, diese Kanäle haben hohe Störungs-Niveaus). Weil ein niedriger C/I-Wert in einem bestimmten Uplink anzeigt, dass eine starke Querverbindung vorhanden ist, welche das C/I verringert, ist es sinnvoll anzunehmen, dass die Wirkung dieser einen starken Querverbindung über die Wirkung anderer Querverbindungen dominiert. Wegen dieser Dominanz einer starken Querverbindung über Andere in dem System reduziert sich die Analyse des Mehrfach-Verbindungs-Falles auf den oben im Detail diskutierten Zwei-Verbindungs-Fall. Daher zeigen auch in dem allgemeinen Fall mit vielen Verbindungen pro Kanal diejenigen Kanäle, welche niedrige C/I-Werte aufweisen, starke Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-Werten, wenn die Leistung in einer Weise reguliert wird, welche Gleichung (10) befriedigt. Alternativ zeigen für Systeme, in welchen dem Leistungs-Regulierungs-Schema der Gleichungen (21) und (22) nicht gefolgt wird, Kanäle mit niedrigen C/I-Werten starke Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-Werten, wenn die Leistung in einer beliebigen für die Erfüllung der Gleichung (16) erforderlichen Weise reguliert wird (das bedeutet sicherzustellen, dass für jede betrachtete Zelle eine Veränderung in der Übertragungsweg-Verstärkung für eine Verbindung in der Zelle im Wesentlichen kompensiert ist durch eine Änderung in der Gesamt-Sendeleistung für diese Verbindung in dieser Zelle).
Diese Beobachtung bildet die Grundlage für die erfinderische ACA-Technik. Erstens wird die Leistung im ganzen System in Übereinstimmung mit Gleichung (16) reguliert. Wo Leistungs-Regulierung die in Gleichungen (21) und (22) gegebene Form hat, kann dies dadurch erreicht werden, dass Gleichung (10) im Wesentlichen erfüllt ist. (Exakte Befolgung der Gleichung (10) ist nicht notwendig. Jedoch, je näher man einer solchen Zufriedenstellung kommt, desto stärker wird die Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-C/I-Werten die induziert werden kann. Während dieses Leistungs-Regulierungs-Schema wirkt, ist ein ACA-Algorithmus angewandt, der allein auf Uplink-Messungen beruht. Wegen der Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-C/I-Werten, die erzeugt ist durch den Leistungs-Regulierungs-Aspekt der Erfindung, wird die Qualität der Verbindungen in den Downlink-Verbindungen ebenso wie in den Uplink-Verbindungen hoch gehalten.
Ein bevorzugtes ACA-Schema für die Verwendung in der gegenwärtigen Erfindung wird jetzt beschrieben. Wie in dem HINTERGRUND-Abschnitt dieser Offenbarung erwähnt, hat ein ACA-Schema zwei Zwecke: 1) Das Eliminieren der Frequenz-Planung und 2) das Erhöhen der Kapazität in dem System. Das bevorzugte ACA-Schema enthält ebenfalls zwei Teile, die getrennt oder zusammen verwendet werden können.
Der erste Teil des ACA-Schemas ist ein Frequenz-Neuzuordnungs-Verfahren (FRA), welches einen langsam veränderlichen Frequenz-Plan erzeugt. Anfänglich ist jeder Basisstation eine Anzahl von Kanälen, gleich der Anzahl der Sendeempfänger in der Basisstation zugeordnet und die Kombinatoren sind auf diese Frequenzen eingestellt. Dann, während des Betriebs des Kommunikations-Systems misst jede Basisstation die Störungen auf ihren eigenen Kanälen und auf Kandidaten-Kanälen. Basierend auf einem Langzeit-Durchschnitt (das bedeutet in dem Bereich von einer Stunde bis zu einigen Wochen) dieser Messungen ändert jede Basisstation langsam ihre Gruppe von zugeordneten Kanälen, verwendend eine Strategie, welche der Basisstation diejenigen Kanäle zuordnet, deren Langzeit-Durchschnitt-Störungs-Messungen akzeptabel sind.
Gegeben eine Gruppe von einer bestimmten Basisstation zugeordneten Frequenzen (entweder vorgeplant oder erhalten durch ein oben beschriebenes FRA-Verfahren), ist die nächste Aufgabe, Kanäle aus dieser Gruppe Mobilstationen zuzuordnen, welche aktiv Anrufe in der Zelle tätigen. In der ersten Generation der zellularen Systeme bestand das Kanal-Zuordnungs-Schema einfach darin, zu bestimmen, welcher Kanal für die längste Zeit untätig war, und dann diesen Kanal der Mobilstation zuzuordnen, vorausgesetzt, dass einige sehr niedrige Qualitäts-Kriterien erfüllt waren.
Dieser erste Kanal-Zuordnungs-Plan ließ vieles zu wünschen übrig. Um zu verstehen, wie er verbessert werden könnte, betrachte man ein System mit 15 Transceivern pro Basisstation und eine Verkehrslast entsprechend einer 2%igen Blockierung. Dann sind im Mittel 9 von 15 Transceivern beschäftigt. Weiter, obwohl das durchschnittliche C/I (Uplink und Downlink) in dem System gut über dem gewünschten Qualitäts-Schwellwert liegt, erfahren einige der Mobilstationen und Basisstationen viel niedrigere C/I Werte. Durch das Vermeiden der Nutzung der schlechtesten Kanäle in jeder Basisstation können erhebliche Verbesserungen für die Verbindungen mit der geringsten Qualität erzielt werden. Daher ist, wenn einer neuen Mobilstation ein Kanal zugeordnet werden soll (entweder weil eine Mobilstation einen neuen Anruf initiiert oder als Ergebnis einer Übergabe von einer anderen Basisstation), der zweite Teil des bevorzugten ACA-Schemas ein Qualitätsgesteuertes Kanal-Auswahl-Verfahren (QDCS), welches den freien Kanal mit dem besten C/I-Wert der neuen in die Zelle eintretenden Mobilstation zuordnet. Wenn die Qualität absinkt, dann wird eine Zellen-interne Übergabe ausgeführt, indem einer der verfügbaren Kanäle mit besserer Qualität der Mobilstation zugeordnet wird.
Das oben beschriebene QDCS-Verfahren kann im allgemeinen nicht auf analoge Kanäle verwendende Systeme angewandt werden, weil nur Uplink-Messungen in solchen Systemen vorhanden sind. Ohne Kenntnis der Downlink-Störungs-Niveaus könnten die Bestimmungen der Qualität zu schlechten Auswahl-Entscheidungen führen. Zum Beispiel betrachte man die in 5 illustrierte Situation, in welcher zwei Zellen gezeigt sind, jede mit einer Basis-Station BS₁, BS₂, gelegen in der Nähe einer Zellen-Grenze und kommunizierend mit entsprechenden Mobil-Stationen MS₁, MS₂ über Richtantennen. Die zweite Mobil-Station MS₂ kann erhebliche Störung auf einem gegebenen Kanal ausgehend von der ersten Basis-Station BS₁ erfahren. Jedoch, wenn die zweite Basis-Station BS₂ versucht die Qualität dieses Kanals basierend nur auf Uplink-Messungen zu bestimmen, wird die Störung aus Zelle 1 unentdeckt bleiben, weil diese Übertragungen von der Rückseite der Richtantenne der zweiten Basis-Station ausgehen. Folglich würde die Feststellung der zweiten Basis-Station, dass der Kanal gute Qualität hat, wegen des Fehlens einer entdeckten Uplink-Störung falsch sein.
Das oben beschriebene Problem ist nicht auf die Situation begrenzt, in welcher die gerichtete Antennen verwendende Basisstation nahe der Peripherie einer Zelle gelegen ist. Dies, weil ähnliche ,direktionale' Effekte zum Beispiel durch topographische Gegebenheiten in Zellen erzeugt werden können, welche omni-direktionale Antennen verwendende zentral aufgestellte Basis-Stationen aufweisen, wie in 1 illustriert. Daher kann in keiner Art von zellularem System ein QDCS-Verfahren allein auf Uplink-Messungen der Störung gegründet werden, ohne weitere Prozeduren bereit zu haben, die sicherstellen, dass die Uplink-Messungen wirklich ebenso gut repräsentativ sind für die Störung auf den Downlinks.
Die gegenwärtige Erfindung löst dieses Problem durch die Verwendung eines besonderen Leistungs-Regulierungs-Schemas um zu erreichen dass eine Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-C/I-Werten in dem System vorhanden ist. Speziell umfasst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung die System-weite Regulierung der Mobil-Stations-Sendeleistung (siehe Gl. 2) und Basis-Stations-Sendeleistung (siehe Gl. 3) in einer Weise, so dass die Gleichung β_b + β_m = 1 im wesentlichen erfüllt ist. (Obgleich akzeptable Ergebnisse durch Regulieren der Leistung derart, dass die Summe von β_b plus β_m gleich einer vorbestimmten Konstanten ungleich 1 ist, erzielt werden können, ist es jedoch umso besser desto näher man der Situation kommt, in welcher die vorbestimmte Konstante gleich 1 ist.) Mit dieser Leistungs-Regulierung in Funktion, ist eine Korrelation zwischen Uplink- und Downlink-C/I-Werten gesichert, so dass ein QDCS-Verfahren angewandt werden kann, allein basierend auf Uplink-Störungs-Messungen auf ungenutzten Kanälen, und Störungs-Werten berechnet aus C/I Messungen in der Basis-Station auf verwendeten Kanälen.
Techniken für das Durchführen von Uplink- und Downlink-Störungs-Messungen sind wohlbekannt im Gebiet und werden hier nicht in großem Detail beschrieben. Im Wesentlichen wird für einen nicht genutzten Kanal die Signalstärke des Kanals gemessen. Diese Signalstärken-Messung kann direkt als ein Maß der Störung verwendet werden, weil es diese Signal-Energie ist, welche die eigene Nutzung des Kanals durch die Zelle stören würde. Obgleich, exakt formuliert, eine Zelle nicht wirklich Störung erleidet, wenn der Kanal nicht aktiv in der Zelle verwendet ist, wird das gemessene Niveau der ,erwarteten Störung' in dieser Beschreibung weiterhin einfach als ,Störung' bezeichnet.
Eine Technik für das Messen der Störung auf einem nicht genutzten Kanal wurde gerade beschrieben. Wenn jedoch der Kanal in Verwendung durch die messende Zelle ist, dann kann das Niveau der Störung nicht direkt gemessen werden. Statt dessen wird eine C/I-Messung gemacht, verwendend bekannte Techniken. Da die messende Zelle auch die Stärke des Trägerfrequenz-Signals (C), das sie verwendet, kennt, ist es eine einfache Sache das Niveau der Störung (I) zu bestimmen, welches den gemessenen C/I-Wert verursacht hat.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung ist in den Flussdiagrammen der 6A–6C illustriert. Betrachtend erst 6a: in Schritt 601 hat eine Zelle eine Anforderung von einer Mobil-Station erhalten, ein neues Gespräch (das bedeutet ,Verbindung') zu initiieren. Als Folge ist es notwendig einen Kanal für die neue Verbindung zuzuordnen. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist ein erwarteter Uplink-C/I-Wert für jeden der Kanäle, welche der Basis-Station zugeordnet sind aber gegenwärtig nicht für eine Verbindung verwendet sind (das sind die ,freien Kanäle'), bestimmt. Das heißt, es kann für diese Kanäle ein Störungs-Wert direkt gemessen werden. Ein erwarteter C/I-Wert für die Zelle kann dann abgeschätzt werden, verwendend eine Schätzung der vermutlichen Trägersignal-Stärke der neuen Verbindung. Ein freier Kanal, welcher ein Störungs-Niveau hat, das einen C/I-Wert ergibt, welcher in ein vorbestimmtes Intervall fällt, ist dann identifiziert und als ,akzeptabler' freier Kanal gekennzeichnet (Schritt 603). Das vorbestimmte Intervall ist ein Bereich von C/I-Werten, solche wie 10 dB und höher, welche für eine Verbindung akzeptabel wären. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ,akzeptable' freie Kanal tatsächlich ein ,Bester' von den freien Kanälen, welcher den höchsten C/I-Wert von allen freien Kanälen aufweist.
Die Verbindung der Mobil-Station ist dann dem akzeptablen (oder ,besten') freien Kanal zugeordnet (Schritt 605). Die Ausführung wird fortgesetzt mit dem Flussdiagramm der 6C, welches nachfolgend beschrieben ist.
Es wird zuerst 6B betrachtet, diese bezieht sich auf den Fall, in welchem eine Zelle eine Anforderung (z. B. einer MSC) erhalten hat eine Übergabe einer Verbindung einer anderen Zelle zu akzeptieren. Diese Situation ist sehr ähnlich der oben beschriebenen in Bezug auf 6A, da es notwendig ist einen Kanal für die ,neue' Verbindung (das ist die Übergebene) zuzuordnen. In Übereinstimmung mit diesem Aspekt der Verbindung ist im Schritt 607 ein erwarteter Uplink-C/I-Wert für jeden der freien Kanäle für diese Basis-Station bestimmt. Dieses ist in der gleichen Weise ausgeführt, wie das mit Bezug auf Schritt 603 oben beschriebene. Ein freier Kanal aufweisend ein Störungs-Niveau, welches ein in einen vorbestimmten Bereich fallendes C/I ergibt, ist dann identifiziert und als ein ,akzeptabler' freier Kanal gekennzeichnet (Schritt 603). Das vorbestimmte Intervall ist wiederum ein Bereich von C/I-Werten, solchen von 10 dB und höher, welche für eine Verbindung akzeptabel wären. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ,akzeptable' freie Kanal tatsächlich ein ,Bester' von den freien Kanälen, aufweisend den höchsten C/I-Wert von allen freien Kanälen.
Eine Übergabe-Operation zwischen den Zellen wird dann in Übereinstimmung mit wohlbekannten Prozeduren ausgeführt, so dass die Verbindung der Mobil-Station wieder dem akzeptablen (oder ,besten') freien Kanal zugeordnet ist (Schritt 611). Die Ausführung setzt sich fort mit den in den in 6C dargestellten Schritten.
Die Qualität von bestehenden Verbindungen (wie solchen, erstellt mittels der in den 6A und 6B repräsentierten Prozeduren) kann in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung, welcher jetzt mit Bezug auf 6C beschrieben wird, auf einem hohen Niveau gehalten werden. Das Flussdiagramm der 6C zeigt die Schritte, die wiederholt, wie einmal pro Sekunde, in jeder Basis-Station innerhalb des Kommunikations-Systems auszuführen sind. Zuerst wird für jede der bestehenden Verbindungen die Basis-Station-(das ist das Downlink) und Mobil-Station-(das ist das Uplink)Leistung reguliert, so dass Gleichung (16) im Wesentlichen erfüllt ist (Schritt 615). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Leistung in Übereinstimmung mit den Gleichungen (21) und (22) reguliert, wodurch Schritt 615 ausgeführt wird durch im Wesentlichen die Befriedigung der Gleichung β_b + β_m = 1.
Als Nächstes wird für jede Verbindung die Stärke des empfangenen Trägerfrequenz-Signals (C_RCVD) verglichen mit einem Signalstärken-Schwellwert-Niveau (SS_HANDOVER) welches ein Minimum-Niveau ist, das die Zelle benötigt, um die Verbindung weiter aufrecht zu erhalten. Wenn bei der Entscheidung 617 die empfangene Trägerfrequenz-Signalstärke für eine Verbindung größer oder gleich dem Wert SS_HANDOVER ist, dann wird die Ausführung mit der Durchführung einer Übergabe-Prozedur (Schritt 619) fortgeführt. Die meisten der Schritte der Übergabe-Prozedur sind wohlbekannt und müssen hier nicht im Detail beschrieben werden. Jedoch umfasst die Übergabe-Prozedur in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Aspekt der Erfindung zusätzlich die in 6B dargestellten Schritte.
Wenn bei der Entscheidung 617 die empfangene Trägerfrequenz-Signalstärke für eine Verbindung größer oder gleich dem Wert SS_HANDOVER ist, dann wird die Ausführung der Verbindung mit Schritt 621 weitergeführt, in welchem die Basis-Station den mit jedem der gegenwärtig für eine Verbindung verwendeten Kanäle (das sind die ,aktiven' Kanäle) den Uplink-C/I-Wert misst. Die gemessenen Werte werden dann miteinander verglichen und der aktive Kanal, der den niedrigsten C/I-Wert aufweist wird identifiziert und als ,schlechtester aktiver Kanal' gekennzeichnet.
Bei der Entscheidung 623 wird der C/I-Wert des schlechtesten aktiven Kanals geprüft, um zu bestimmen, ob er in einem akzeptablen Bereich für eine Verbindung liegt. Zum Beispiel kann als ein akzeptabler Bereich 10 dB und darüber bezeichnet sein. Wenn der schlechteste Kanal einen akzeptablen Uplink-C/I-Wert aufweist, dann ist nichts weiter zu tun, und die Schleife wird wiederholt mit Ausführung von Schritt 615. Jedoch, wenn der schlechteste Kanal einen inakzeptablen Uplink-C/I-Wert aufweist, dann wird die Verarbeitung mit Schritt 625 weitergeführt.
Es wird an diesem Punkt angemerkt, dass in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Strategie übernommen wird, nach welcher immer ein Versuch gemacht wird, die Qualität des schlechtesten Kanals zu verbessern. In diesem Fall wird der Schritt 623 übersprungen, und die Ausführung schreitet bedingungslos fort vom Schritt 621 zum Schritt 625.
Im Schritt 625 wird ein erwarteter Uplink-C/I-Wert für jeden von denjenigen Kanälen, welche der Basis-Station zugeordnet sind, aber gegenwärtig nicht für eine Verbindung verwendet sind (das sind die ,freien' Kanäle), bestimmt. Das bedeutet, dass für diese freien Kanäle ein Störungs-Wert direkt gemessen werden kann. Ein erwarteter C/I-Wert für die Zelle kann dann berechnet werden, verwendend die Kenntnis der Trägerfrequenz-Signalstärke des schlechtesten aktiven Kanals. Ein freier Kanal, welcher ein Störungs-Niveau aufweist, das ein in ein vorbestimmtes Intervall fallendes C/I liefert, wird dann identifiziert und als ,akzeptabler' freier Kanal gekennzeichnet. Wie vorher ist das vorbestimmte Intervall ein Bereich von C/I-Werten, solche wie 10 dB und darüber, der für eine Verbindung akzeptabel ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der akzeptable freie Kanal tatsächlich derjenige von den freien Kanälen, welcher den höchsten C/I-Wert von allen freien Kanälen aufweist. Diese Alternative ist von besonderem Nutzen in Ausführungsbeispielen, welche Schritt 623 überspringen. In solchen Ausführungsbeispielen wird immer ein Versuch gemacht den schlechtesten aktiven Kanal zu verbessern, indem versucht wird einen ,besten' freien Kanal zu finden.
In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird dann der Uplink-C/I-Wert des designierten akzeptablen (oder alternativ des ,besten') freien Kanals mit dem Uplink-C/I-Wert des schlechtesten aktiven Kanals (Entscheidung 627) verglichen. Wenn für den akzeptablen (oder ,besten') freien Kanal ein höherer C/I-Wert existiert, als gegenwärtig für den schlechtesten aktiven Kanal gemessen wird, dann wird eine Zellen-interne Übergabe initiiert, so dass die Verbindung der Mobil-Station wieder einem akzeptablen (oder ,besten') freien Kanal zugeordnet wird (Schritt 629). Die Schleife wird dann wiederholt, beginnend mit Schritt 615.
Wenn in der Entscheidung 627 der Uplink-Wert des akzeptablen (oder ,besten') freien Kanals nicht größer als der Uplink-C/I-Wert des schlechtesten aktiven Kanals ist, dann kann die Qualität des schlechtesten aktiven Kanals nicht verbessert werden und die Schleife wird lediglich wiederholt, beginnend wiederum mit Schritt 615.

Eine Simulation des erfinderischen ACA-Verfahrens wurde durchgeführt um die Wirksamkeit dieser Vorgehensweise zu untersuchen. Die Simulation setzte ein vorgeplantes System mit Clustern entsprechend einem 4/12 Muster (das ist ein System aufweisend 12 Zellen pro Cluster, mit 4 Antennen-Standorten pro Cluster) voraus. Eine Gesamtheit von 16 solchen Clustern wurde auf einer Toroid-artigen Oberfläche angeordnet, das bedeutet, für jede Basis-Station gab es 15 Zwei-Kanal-Standorte, welche die Basis-Station umgaben. In diesem simulierten System wurde eine Verkehrs-Realisierung entsprechend einer Verkehrslast von 10 Erlang/Zelle erzeugt. Es wurde weiter angenommen, dass die Mobil-Stationen gleichförmig über das System verteilt sind. Gegeben diese statische Situation wurde eine Untersuchung von verschiedenen Verfahren der Funk-Ressourcen Zuordnung untersucht, einschließlich einem, das der gegenwärtigen Erfindung entspricht. Einige der Simulations-Parameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst. TABELLE 1

Cluster Größe	4/12
Anzahl der Basis-Stationen	12*16 = 192
Gesamtzahl der Kanäle	180
Transceiver pro Basis-Station	15
Verkehrslast	10 Erlang/Zelle
Ausbreitungs-Konstante	4
Log-normal-Schwund mit Standardabweichung	6 dB

In der Simulation war jede Mobil-Station derjenigen Basis-Station zugeordnet, für welche der Übertragungsweg-Verlust ein Minimum war (das ist die stärkste empfangene Basis-Station). Die nächsten Kanäle waren den Mobil-Stationen in Übereinstimmung mit dem 4/12 Frequenz-Plan zugeordnet. Die Kanäle waren zufällig aus der Gruppe der jeder Basis-Station zugeordneten Kanäle gewählt. Die resultierende Situation simulierte daher einen System-Zustand, welcher durch ein System der ersten Generation erhalten würde, bei welchem feste Kanal-Zuordnung verwendet ist. In einigen Zellen war die Anzahl der Mobil-Stationen größer als die Anzahl der zugeordneten Kanäle, so dass einige Mobil-Stationen keinem Kanal zugeordnet waren (das bedeutet, deren Anrufe waren blockiert).
Mit dem wie oben beschrieben initialisierten System wurde dann die folgende einfache Kanal-Wiederzuordnungs-Strategie angewandt. Zuerst wurde für jede Basis-Station das Mobilteil aufweisend den niedrigsten C/I-Wert identifiziert. Nächstens verglich jede Basis-Station den berechneten Störungs-Wert des Kanals, aufweisend den niedrigsten C/I-Wert, mit dem Uplink-Störungs-Wert auf ihrem besten freien Kanal. Wenn die Störung auf dem besten freien Kanal geringer war, als auf dem gegenwärtig dem Mobilteil zugeordneten Kanal, dann wurde eine Zellen-interne Übergabe durchgeführt. Diese Strategie wurde für alle Basis-Stationen in einem ,ringsum'-Verfahren durchgeführt. Die Simulation erlaubte fünf Neuzuordnungen pro Basis-Station.
Aus den oben erläuterten Gründen wird das C/I in dem System von dem verwendeten Leistungs-Steuerungs/Regelungs-Verfahren abhängen. In der Simulation wurden verschiedene Werte von β_m (siehe Gleichung (21), welche die Uplink-Leistungs-Steuerung/Regelung beschreibt) verwendet, während β_b = 0 (das bedeutet konstante Leistung in dem Downlink; siehe Gleichung (22)) in allen Fällen verwendet wurde. Für jeden Wert von β_m wurde die Kumulative-Dichte-Funktion (CDF) der C/I-Werte abgeschätzt. 7 zeigt einige Graphen des Uplink-C/I-Werts beim 10% Niveau (das ist derjenige C/I-Wert, für welchen nicht mehr als 10% der Mobilteile einen geringeren Wert haben) geplottet als eine Funktion von β_m. Die untere Kurve 701 zeigt die resultierende Kurve für die erste zufällige Kanal-Zuordnung (das ist, bevor irgendeine Neuzuordnung stattgefunden hat). Ohne Neuzuordnung wurde das beste Verhalten für β_m = 0,5 erhalten. Die obere Kurve 703 zeigt die resultierende Kurve nachdem fünf Neuzuordnungen pro Basis-Station in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen ACA-Verfahren gemacht wurden. Es ist ersichtlich, dass das beste Verhalten in diesem Beispiel für β_m = 0,6 erreicht wurde und dass das 10% Niveau um ungefähr 5 dB erhöht wurde.
Von noch größerem Interesse ist das Verhalten in dem Downlink, da die Neuzuordnung nur auf Uplink-Messungen gegründet war. 8 ist ein Graph des 10%-Niveaus für das Downlink als eine Funktion der im Uplink verwendeten Leistungs-Regelung/Steuerung. Die untere Kurve 801 zeigt die resultierende Kurve für die erste zufällige Kanal-Zuordnung (das ist bevor irgendeine Neuzuordnung stattgefunden hat). Es ist aus dieser Kurve ersichtlich, dass das Verhalten in dem Downlink ohne irgendeine Neuzuordnung unabhängig von der Leistungs-Regelung/Steuerung in dem Uplink war. Die obere Kurve 803 zeigt das10%-C/I-Niveau nachdem fünf Neuzuordnungen in jeder Basis-Station durchgeführt wurden. Ohne Leistungs-Steuerung/Regelung (β_m = 0) war die Verbesserung nahezu 3 dB und mit voller Leistungs-Steuerung/Regelung (β_m = 1) war die Verbesserung in dem 10%-Niveau mehr als 5 dB. Es ist also ersichtlich, dass die Kanal-Neuzuordnungs-Strategie bezüglich der Verbesserung des System-Verhaltens wirksamer war, wenn die Summe von β_m und β_b sich dem Wert 1 nähert. Dieses Ergebnis war aus der oben präsentierten Analyse erwartet worden.
Ob eine Verbindung erfolgreich ist oder nicht, hängt von den C/I-Werten in Beiden, den Uplink- und den Downlink-Richtungen der Verbindung ab. Es ist daher sinnvoll die Verteilung der minimalen C/I pro Verbindung zu untersuchen, unabhängig davon, ob dieses Minimum in der Uplink- oder der Downlink-Verbindung vorkommt. 9 zeigt das Minimum-C/I auf dem 10%-Niveau als Funktion der in dem Uplink verwendeten Leistungs-Steuerung/Regelung. Wie bei den anderen Graphen zeigt die untere Kurve 901 die sich für die erste zufällige Neuzuordnung ergebende Kurve (das ist bevor irgendeine Neuzuordnung stattgefunden hat) und die obere Kurve 903 zeigt den minimalen C/I-Wert auf dem 10%-Niveau nachdem fünf Neuzuordnungen pro Basis-Station durchgeführt wurden. Es ist ersichtlich, dass nach 5 Neuzuordnungen das beste Verhalten für Werte von β_m nahe gleich 1 erhalten wurden und dass die Neuzuordnungs-Strategie, nach fünf Iterationen, das 10%-Niveau von etwa 14 dB auf 20 dB erhöht hat.
Die obige Analyse hat sich auf den Einfluss der Leistungs-Steuerung/Regelung im Uplink konzentriert, da β_b für alle obigen Fälle gleich Null gesetzt war. Ähnliche Ergebnisse können auch für verschiedene Kombinationen von Uplink- und Downlink-Leistungs-Steuerung/Regelung abgeleitet werden. Der Grund, die Uplink-Leistungs-Steuerung/Regelung zusammen mit konstanter Leistung im Downlink zu untersuchen, ist, dass dieses am ähnlichsten den gegenwärtig in Betrieb befindlichen analogen Systemen ist.
Um eine der tatsächlichen Situation noch ähnlichere Simulation in einem System wie AMPS oder TACS zu erhalten, ist auch der Einfluss diskreter Leistungs-Niveaus untersucht worden. In diesen Systemen können Mobil-Stationen nicht über ein Kontinuum von Leistungs-Niveaus gesteuert/geregelt werden, sondern diese haben nur einige wenige Leistungs-Niveaus zur Auswahl. Außerdem ist der Vorgang der Änderung des Leistungs-Niveaus in diesen Systemen sehr langsam.
Um eine realistische Situation für die simulierte Momentaufnahme der Verkehrssituation zu erhalten, wurde das gewünschte Leistungs-Niveau für jede Mobil-Station mit β_m = 1 berechnet. Dann, um das Vorhandensein von Fehlern, welche aus diskreten und langsamen Entscheidungen erwachsen, zu modellieren, wurde ein Fehlerbetrag ε_Power hinzugefügt und der erhaltene Leistungs-Wert wurde auf das nächstliegende verfügbare Leistungs-Niveau gerundet. Die Werte für ε_Power wurden aus einer dreieckigen Verteilung von Fehlerbeträgen ε_Power ε[–4, 4] (in dB) ausgewählt. 10 zeigt ein Histogramm der erhalten Leistungs-Niveau-Verteilung für Klasse 3 AMPS Mobil-Stationen (Hand-gehalten). Für diese Leistungs-Niveaus sind die Neuzuordnungs-Gewinne in Tabelle 2 angegeben. Betrachtend die Ergebnisse für das Minimum von Beiden, dem Uplink und dem Downlink, ist ersichtlich, dass der Neuzuordnungs-Gewinn 5 dB ist, verglichen zu 6 dB für perfekte Leistungs-Steuerung/Regelung. Das innovative Verfahren liefert also signifikante Verbesserungen sogar in Systemen wie AMPS und TACS, in welchen die Mobil-Stationen nur zwischen diskreten Leistungs-Niveaus gesteuert/geregelt werden können.
TABELLE 2
Die obigen Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen, welche in dem simulierten System erhalten wurden. Wenn die erfinderische ACA-Technik auf ein reales System angewendet wird, werden jedoch eine Anzahl von Einschränkungen eingeführt. Erstens, die Störungs-Situation bleibt nicht statisch sondern verändert sich eher, wegen der Bewegung der Mobil-Stationen, das Hinzufügen neuer Mobil-Stationen und das Entfernen von Mobil-Stationen aus dem System. Das erfinderische ACA-Verfahren vertraut auf die Fähigkeit sich ändernde Störungs-Situationen zu beobachten, aber man muss die Tatsache akzeptieren, zumindest für die Gegenwart, dass einige der Störungs-Messungen alt und daher ungenau sein werden.
Zusätzliche Beschränkungen für die Implementierung des erfinderischen ACA-Verfahrens resultieren aus dem System auferlegten Randbedingungen bezüglich der Anzahl von Leistungs-Adjustierungen und Zellen-internen Übergaben, die in einer Zeiteinheit ausgeführt werden können. Solche Randbedingungen für die Anzahl der Wechsel, die durchgeführt werden können, ergeben sich aus einer Anzahl von Gründen, einschließlich der Tatsache, dass das Signalisieren zur Mobil-Station die Sprach-Qualität beeinflusst und daher minimiert werden sollte. Außerdem ist die Rechenkapazität des Mobil-Schalt-Zentrums (MSC) auch begrenzt. Nichtsdestoweniger zeigt die Simulation der unvollkommenen Leistungs-Steuerung/Regelung dass sogar in diesem Fall große Kapazitäts-Gewinne realisierbar sind.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedoch wird es für diejenigen, die mit dem Gebiet vertraut sind, bereits offenbar sein, dass es möglich ist, die Erfindung in bestimmten Formen zu verkörpern, die anders sind als diejenigen des oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist nur illustrativ und sollte nicht als in irgendeiner Weise einschränkend betrachtet werden. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist eher gegeben durch die anhängenden Ansprüche als durch die vorangegangene Beschreibung und alle Variationen und Äquivalente, welche in den Bereich der Ansprüche fallen, sind beabsichtigt in diesen umfasst zu sein.

Claims

Ein Verfahren für das Zuordnen eines Kanals aus einer Vielzahl von Kanälen für die Verwendung in einer ersten Verbindung zwischen einer ersten Basisstation (B₁) und einer ersten Mobilstation (M1), enthalten in einer ersten Zelle (201) in einem zellularen Kommunikationssystem (200), in welchem das zellulare Kommunikationssystem (200) außerdem eine zweite Zelle (203) enthält, welche wiederum eine zweite Basisstation (B₂) und eine zweite Mobilstation (M₂) enthält, und in welchem außerdem die zweite Zelle (203) irgendeinen aus der Vielzahl der Kanäle in einer zweiten Verbindung zwischen der zweiten Basisstation (B₂) und der zweiten Mobilstation (M₂) verwendet, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt, in der zweiten Zelle (203), zum Adjustieren um einen Betrag ΔP₂ der gesamten Leistung, bestehend aus der Summe der in Dezibel ausgedrückten Sendeleistung der zweiten Mobilstation (M₂) und der in Dezibel ausgedrückten Sendeleistung der zweiten Basisstation (B₂), des Verwendeten von den Kanälen, gekennzeichnet dadurch, dass: ΔP₂ gleich ist der Summe aus einer Änderung einer Sendeleistung der zweiten Mobilstation (M₂), ausgedrückt in Dezibel, und einer Änderung der Sendeleistung der zweiten Basisstation (B₂), ausgedrückt in Dezibel, auf dem Verwendeten von den Kanälen; ΔP₂ eine Größe hat, welche im Wesentlichen gleich ist der Größe der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung (g₂₂), ausgedrückt in Dezibel, zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂); ΔP₂ ein Vorzeichen hat, das entgegengesetzt ist zu dem Vorzeichen der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung (g₂₂), ausgedrückt in Dezibel, zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂); und die weiteren Schritte: Verwenden, in der ersten Zelle (201), von Feststellungen der Uplink-Interferenz-Werte, um einen akzeptablen freien Kanal von denjenigen aus der Vielzahl der Kanäle, welche in der ersten Zelle (201) nicht verwendet sind, auszuwählen; und Zuordnen, in der ersten Zelle (201), des akzeptablen freien Kanals zu der ersten Verbindung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem diese Schritte umfasst: anfängliches Zuordnen eines Ersten aus der Vielzahl der Kanäle zu der ersten Verbindung; und Durchführen einer Zellen-internen Übergabe der ersten Verbindung von dem Ersten aus der Vielzahl der Kanäle an den akzeptablen freien Kanal, wenn der akzeptable freie Kanal nicht der Erste aus der Vielzahl der Kanäle ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Auswahl eines akzeptablen freien Kanals diese Schritte umfasst: Feststellen einer akzeptablen Gruppe von freien Kanälen, die erwartete Uplink-C/I-Verhältnisse aufweisen, welche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von C/I-Werten liegen; und Auswählen, als den akzeptablen freien Kanal, von Einem von den freien Kanälen aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle.
Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswählens, als akzeptablen Kanal, von einem von den freien Kanälen aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle das Auswählen, als den akzeptablen freien Kanal, eines besten freien Kanals aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle umfasst, wobei der beste freie Kanal ein höchstes erwartetes C/I-Verhältnis hat, verglichen mit anderen erwarteten C/I-Verhältnissen von anderen freien Kanälen in der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle.
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Adjustierens der gesamten Leistung in der zweiten Zelle (203) diese Schritte umfasst: (a) das Regulieren der Leistung P_m2 in der zweiten Mobilstation (M₂) derart, dass Pm2 = αm – βm·g22 [dB]ist, wobei g₂₂ die Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂) ist und α_m und β_m Konstanten sind; (b) das Regulieren der Leistung P_b2 in der zweiten Basisstation (B₂) derart, dass Pb2 = αb – βb·g22 [dB]ist, wobei α_b und β_b Konstanten sind; und (c) das Sicherstellen, während des Ausführens der Schritte (a)–(b), dass eine Summe aus β_b und β_m gleich einer vorbestimmten Konstanten ist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Konstante 1 ist.
Eine Vorrichtung für das Zuordnen von Einem aus einer Vielzahl von Kanälen für die Verwendung in einer ersten Verbindung zwischen einer ersten Basisstation (B₁) und einer ersten Mobilstation (M1), enthalten in einer ersten Zelle (201) in einem zellularen Kommunikationssystem (200), wobei das zellulare Kommunikationssystem außerdem eine zweite Zelle (203) umfasst, welche wiederum eine zweite Basisstation (B₂) und eine zweite Mobilstation (M₂) enthält, und wobei außerdem die zweite Zelle (203) irgendeinen aus der Vielzahl von Kanälen in einer zweiten Verbindung zwischen der zweiten Basisstation (B₂) und der zweiten Mobilstation (M₂) verwendet, wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel für das Adjustieren der gesamten Leistung, bestehend aus der Summe einer in Dezibel ausgedrückten Sendeleistung der zweiten Mobilstation (M₂) und einer in Dezibel ausgedrückten Sendeleistung der zweiten Basisstation (B₂), des in der zweiten Zelle (203) Verwendeten von den Kanälen um einen Betrag ΔP₂, dadurch gekennzeichnet, dass ΔP₂ gleich ist der Summe aus einer Änderung der Sendeleistung der zweiten Mobilstation (M₂), ausgedrückt in Dezibel, und einer Änderung der Sendeleistung der zweiten Basisstation (B₂), ausgedrückt in Dezibel, auf dem Verwendeten von den Kanälen; ΔP₂ ein Größe hat, welche im Wesentlichen gleich ist der Größe der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung (g₂₂), ausgedrückt in Dezibel, zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂); und ΔP₂ ein Vorzeichen hat, das entgegengesetzt ist zu dem Vorzeichen der Änderung in der Übertragungsweg-Verstärkung (g₂₂), ausgedrückt in Dezibel, zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂); Mittel für das Verwenden von in der ersten Zelle (201) gesammelten Feststellungen der Uplink-Interferenz-Werte, um einen akzeptablen freien Kanal von denjenigen aus der Vielzahl der Kanäle, welche in der ersten Zelle (201) nicht verwendet sind, auszuwählen; und Mittel für das Zuordnen des akzeptablen freien Kanals zu der ersten Verbindung in der ersten Zelle (201).
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerdem umfasst: Mittel für das anfängliche Zuordnen eines Ersten aus der Vielzahl der Kanäle zu der ersten Verbindung; und Mittel für das Durchführen einer Zellen-internen Übergabe der ersten Verbindung von dem Ersten aus der Vielzahl der Kanäle an den akzeptablen freien Kanal, wenn der akzeptable freie Kanal nicht der Erste aus der Vielzahl der Kanäle ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel für das Verwenden der in der ersten Zelle (201) gesammelten Feststellungen von Uplink-Interferenz-Werten für das Auswählen des akzeptablen freien Kanals umfasst: Mittel für das Feststellen einer akzeptablen Gruppe von freien Kanälen, die erwartete Uplink-C/I-Verhältnisse aufweisen, welche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von C/I-Werten liegen; und Mittel für das Auswählen, aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle, von Einem von den freien Kanälen als den akzeptablen freien Kanal.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel für das Auswählen von Einem von den freien Kanälen aus der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle als den akzeptablen freien Kanal Mittel umfasst für das Auswählen, als den akzeptablen freien Kanal, einen besten freien Kanal aus der akzeptablen Gruppe von freien Kanälen, wobei der beste freie Kanal ein höchstes erwartetes C/I-Verhältnis hat, verglichen mit anderen erwarteten C/I-Verhältnissen von anderen freien Kanälen in der akzeptablen Gruppe der freien Kanäle.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für das Adjustieren der gesamten Leistung des Verwendeten von den Kanälen in der zweiten Zelle (203) umfasst: (a) Mobilstation-Leistungs-Regulierungs-Mittel für das Regulieren der Leistung P_m2 in der zweiten Mobilstation (M₂) derart, dass Pm2 = αm – βm·g22 [dB]ist, wobei g₂₂ die Übertragungsweg-Verstärkung zwischen der zweiten Mobilstation (M₂) und der zweiten Basisstation (B₂) ist und α_m und β_m Konstanten sind; (b) Basisstation-Leistungs-Regulierungs-Mittel für das Regulieren der Leistung P_b2 in der zweiten Basisstation (B₂) derart, dass Pb2 = αb – βb·g22 [dB]ist, wobei α_b und β_b Konstanten sind; und (c) Steuerungs/Regelungs-Mittel für das Sicherstellen, während des Wirkens der Mobilstation-Leistungs-Regulierungs-Mittel und der Basisstation-Leistungs-Regulierungs-Mittel, dass eine Summe aus β_b und β_m gleich einer vorbestimmten Konstanten ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Konstante 1 ist.