EP1308061A2 - Verfahren zur zuteilung von übertragungskanälen in einem funk-kommunikationssystem - Google Patents

Verfahren zur zuteilung von übertragungskanälen in einem funk-kommunikationssystem

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EP1308061A2
EP1308061A2 EP01964896A EP01964896A EP1308061A2 EP 1308061 A2 EP1308061 A2 EP 1308061A2 EP 01964896 A EP01964896 A EP 01964896A EP 01964896 A EP01964896 A EP 01964896A EP 1308061 A2 EP1308061 A2 EP 1308061A2
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EP
European Patent Office
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transmission channel
determined
chv
transmission
quality condition
Prior art date
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Withdrawn
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EP01964896A
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Egon Schulz
Bernhard Wegmann
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Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation

Definitions

  • dynamic channel allocation in radio communication systems is one of the most important measures for managing system resources.
  • a radio communication system in which dynamic channel allocation is used there is no fixed allocation of subscriber frequency bands to base stations. Instead, subscriber frequency bands are assigned adaptively to base stations. This means that the assignment is adapted to the respective system status with regard to connection requests and multiple access interference.
  • the goal of dynamic channel allocation is to strike a balance between meeting interference conditions and maximizing system capacity. The maximization of the system capacity is coupled with a minimization of the reuse distance of subscriber frequency bands, available subscriber frequency bands being recycled in a narrower grid.
  • the object on which the present invention is based consists in a method for the dynamic allocation of transmission channels by means of which co-channel interference and the blocking probability for transmission channels are minimized ⁇ t> P 1
  • a first phase the set of all available transmission channels is divided into subsets, which are assigned to radio cells or communication services. Such a subdivision can be made adaptively with regard to a changing traffic density.
  • transmission channels are assigned to connections, with a change in the allocation resulting from a connection setup or a handover.
  • the second phase is significantly more time-critical, while in the first phase there is a much higher information compression for channel allocation.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a radio communication system with a plurality of radio cells
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a base transceiver station connected to a plurality of subscriber stations and having an adaptive antenna device
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the structure of an allocation table.
  • the radio communication system shown in Figure 1 has at least one mobile switching device MSC, which is connected to a plurality of base stations BS.
  • the mobile switching center MSC primarily performs switching tasks and provides access to a landline network, not shown, while the base stations BS are primarily intended for the management of radio resources.
  • Each base station BS has at least one base station control unit BSC, which is coupled to a plurality of base transceiver stations BTS.
  • a base transceiver station BTS can establish voice or data connections to subscriber stations TSI to TSk, TSk + 1 to TSn, TSt to TSu via a radio interface.
  • transmission channels CH1 to CHm, CHm + 1 to CHr, CHs to CHv are made available on the radio interface.
  • An operation and maintenance center (not shown in more detail) takes control and maintenance functions for predeterminable areas within the
  • Radio communication system true.
  • the functionality and the structure of the radio communication system shown in FIG. 1 can in particular also be transferred to subscriber access networks with a wireless subscriber line.
  • FIG. 2 schematically shows a base transceiver station BTS which is connected to subscriber stations TSI to TS3 via transmission channels CH1 to CH6 made available on the radio interface.
  • the base transceiver station BTS has an adaptive antenna device, the antenna characteristics of which are set in such a way that the radiation of the transmission power is concentrated on lobe-shaped areas BEAM1 to BEAM3 - hereinafter called antenna lobes.
  • the antenna beams BEAM1 to BEAM3 are aligned with the subscriber stations TSI to TS3. For this purpose, a determination of the directions up to f s from the base transceiver station BTS to the subscriber stations TSI to TS3 is necessary.
  • the directions ⁇ to f 3 between the base transceiver station BTS and the subscriber stations TSI to TS3 are usually determined as angles of incidence ⁇ i to ⁇ . If one of the subscriber stations TSI to TS3 changes its position relative to the base transceiver station BTS, the respective antenna lobe BEAM1 to BEAM3 is tracked in accordance with the movement of the subscriber station.
  • the transmission channel is selected for which the lowest signal-to-interference ratio of all available transmission channels and taking into account the direction from the base transceiver station to the relevant subscriber station was determined.
  • it can be advantageous, for example, to determine the intercell interference as a transmission channel-specific parameter. While a connection is being set up, other transmission channel-specific parameters can be selected for a channel allocation than when establishing a connection.
  • the transmission quality is continuously checked using signal-to-noise ratio measurements. As soon as the quality has deteriorated to such an extent that the value falls below a predefined threshold value, quality measurements are also carried out for other transmission channels that are possible according to step 3. If other control options, such as power control, are no longer sufficient to meet the required
  • a transmission channel change is initiated via the allocation process. Furthermore, the quality conditions for the checks of the transmission channel-specific parameters when establishing a connection and when a connection is established can be identical in the sense of a simple implementation.
  • the occupancy state of the transmission channels is advantageously stored in an allocation table, the structure of which is shown schematically in FIG. Similar to the transmission channel-specific parameters, the allocation table is updated and checked at regular intervals.
  • the structure of the allocation table is shown three-dimensionally in FIG. 4 and has the axes time slot, code / frequency and angle of incidence.
  • the structure of the allocation table makes radio communication systems with time, code / frequency and space ⁇ ⁇ N>) P * P 1 cn ono cn o Cn
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Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem zu Übertragungskanälen (CH1-CHv) zugehörige Signale mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung von einer Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) empfangen und/oder gesendet werden. Die Richtung (r1-r3) von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zu einer Teilnehmerstation (TS1-TSu) wird ermittelt. Für eine Zuteilung eines Übertragungskanals werden zumindest zwei Übertragungskanäle (CHr-CHv) in Abhängigkeit von der ermittelten Richtung (r1-r3) vorselektiert. Zur Ermittlung mindestens einer übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) werden Funkkanalmessungen durchgeführt. Abhängig von der ermittelten übertragungskanalspezifischen Kenngröße (M1-Mg) wird ein vorselektierter Übertragungskanal (CHt) für einen Austausch von Sprach- und/oder Dateninformationen zwischen der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) und der Teilnehmerstation (TS1-TSu) ausgewählt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem
Neben Leistungsregelung und Handover zählt die dynamische Kanalzuteilung in Funk-Kommunikationssystemen zu den wichtigsten Maßnahmen zur Verwaltung von Systemressourcen. In einem Funk-Kommunikationssystem, in dem eine dynamische Kanalzutei- lung angewendet wird, besteht keine feste Zuweisung von Teilnehmerfrequenzbändern zu Basisstationen. Statt dessen erfolgt ein Zuweisen von Teilnehmerfrequenzbändern zu Basisstationen adaptiv. Dies bedeutet, daß die Zuweisung dem jeweiligen Systemzustand bezüglich Verbindungswünschen und Vielfachzu- griffsinterferenz angepaßt ist. Das Ziel einer dynamischen Kanalzuteilung besteht darin, einen Ausgleich zwischen der Erfüllung von Interferenzbedingungen und einer Maximierung der Systemkapazität zu schaffen. Die Maximierung der Systemkapazität ist gekoppelt an eine Minimierung des Reuse-Abstan- des von Teilnehmerfrequenzbändern, wobei zur Verfügung stehende Teilnehmerfrequenzbänder in einem engeren Raster wiederverwertet werden.
Bei Verwendung adaptiver Antenneneinrichtungen sinkt aufgrund der an die Position von Teilnehmerstationen innerhalb einer Funkzelle angepaßten Antennencharakteristik der Einfluß von Gleichkanalstörungen, wodurch vorhandene Übertragungskanäle in einem engeren Wiederholungsmuster wiederverwendet werden können. Somit resultiert ein erheblicher Koordinierungsbedarf bei Nutzung adaptiver Antenneneinrichtungen unter Verwendung von dynamischen Kanalzuteilungsverfahren.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur dynamischen Zuteilung von Übertragungskanälen, durch das Gleichkanalstörungen und die Blockierwahrscheinlichkeit für Übertragungskanäle minimiert ω t > P1
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zwei Phasen. In einer ersten Phase wird die Menge aller zur Verfügung stehenden Übertragungskanäle in Untermengen unterteilt, die Funkzellen bzw. Kommunikationsdiensten zugeordnet sind. Eine derartige Unterteilung kann adaptiv im Hinblick auf eine veränderliche Verkehrsdichte erfolgen. In einer zweiten Phase werden Übertragungskanäle zu Verbindungen zugeordnet, wobei ein Wechsel der Zuteilung aus einem Verbin- dungsaufbau oder einem Handover resultiert. Im Gegensatz zur ersten Phase ist die zweite Phase deutlich zeitkritischer, während in der ersten Phase eine wesentlich höhere Informationsverdichtung zur Kanalzuteilung erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Funk-Kommunikationssystems mit mehreren Funkzellen,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer mit mehreren Teil- nehmerstationen in Verbindung stehenden Basis-Sende- Empfangsstation mit einer adaptiven Antenneneinrichtung,
Fig 3 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren und
FIG 4 eine schematische Darstellung der Struktur einer Allo- kationstabelle .
Das in Figur 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem weist zumindest eine Mobilvermittlungseinrichtung MSC auf, die mit mehreren Basisstationen BS verbunden ist. Die Mobilvermittlungseinrichtung MSC nimmt primär vermittlungstechnische Aufgaben wahr und stellt den Zugang zu einem nicht näher darge- stellten Festnetz her, während die Basisstationen BS vorrangig für die Verwaltung von Funkressourcen vorgesehen sind. Jede Basisstation BS weist zumindest eine Basisstationssteue- rungseinheit BSC auf, die mit mehreren Basis-Sende-Empfangs- stationen BTS gekoppelt sind. Eine Basis-Sende-Empfangsstation BTS kann über eine Funkschnittstelle Sprach- oder Daten- Verbindungen zu Teilnehmerstationen TSI bis TSk, TSk+1 bis TSn, TSt bis TSu aufbauen. Zu diesem Zweck werden auf der Funkschnittstelle Übertragungskanäle CH1 bis CHm, CHm+1 bis CHr, CHs bis CHv verfügbar gemacht. Ein nicht näher dargestelltes Operations- und WartungsZentrum nimmt Kontroll- und Wartungsf nktionen für vorgebbare Bereiche innerhalb des
Funk-Kommunikationssystems wahr. Die Funktionalität und die Struktur des in Figur 1 dargestellten Funk-Kommunikationssystems ist insbesondere auch auf Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß übertragbar.
In Figur 2 ist schematisch eine Basis-Sende-Empfangsstation BTS dargestellt, die über auf der Funkschnittstelle verfügbargemachte Übertragungskanäle CH1 bis CH6 mit Teilnehmerstationen TSI bis TS3 in Verbindung steht. Die Basis-Sende-Emp- fangsstation BTS weist eine adaptive Antenneneinrichtung auf, deren Antennencharakteristik derart eingestellt ist, daß die Abstrahlung der Sendeleistung auf keulenförmige Bereiche BEAM1 bis BEAM3 - nachfolgend Antennenkeulen genannt - gebündelt ist. Die Antennenkeulen BEAM1 bis BEAM3 werden auf die Teilnehmerstationen TSI bis TS3 ausgerichtet. Hierzu ist eine Bestimmung der Richtungen bis fs von der Basis-Sende-Empfangsstation BTS zu den Teilnehmerstationen TSI bis TS3 notwendig.
Üblicherweise werden die Richtungen ^ bis f3 zwischen Basis- Sende-Empfangsstation BTS und den Teilnehmerstationen TSI bis TS3 als Einfallswinkel φi bis φ ermittelt. Ändert eine der Teilnehmerstationen TSI bis TS3 ihre Position relativ zur Basis-Sende-Empfangsstation BTS, so wird die jeweilige Anten- nenkeule BEAM1 bis BEAM3 entsprechend der Bewegung der Teilnehmerstation nachgeführt. Eine alternative Vorgehensweise, die in Figur 2 allerdings nicht explizit skizziert ist, be- ω ω M r- P1 P> cn o Cn o n o Cn
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Beispielsweise wird derjenige Übertragungskanal ausgewählt, für den das geringste Signal-Stör-Verhältnis von allen zur Verfügung stehenden Übertragungskanälen und unter Berücksichtigung der Richtung von der Basis-Sende-Empfangsstation zur betreffenden Teilnehmerstation ermittelt wurde. Bei einem Verbindungsaufbau kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Interzellinterferenz als übertragungskanalspezifische Kenngröße zu ermitteln. Während einer aufgebauten Verbindung können durchaus andere übertragungskanalspezifische Kenngrö- ßen für eine Kanalzuteilung ausgewählt werden als beim Verbindungsaufbau.
Während einer aufgebauten Verbindung wird beispielsweise laufend die Übertragungsqualität mittels Signal-Stör-Verhältnis- messungen kontrolliert. Sobald sich die Qualität derart verschlechtert hat, daß ein vorgegebener Schwellwert unterschritten wird, werden auch für andere, gemäß Schritt 3 in Frage kommende Übertragungskanäle Qualitätsmessungen durchgeführt. Reichen andere Regelungsmöglichkeiten, wie beispiels- weise Leistungsregelung nicht mehr aus, um die geforderte
Qualität zu halten, so wird über das Zuteilungsverfahren ein Übertragungskanalwechsel eingeleitet. Ferner können die Gütebedingungen für die Überprüfungen der Übertragungskanal- spezifischen Kenngrößen bei einem Verbindungsaufbau und bei aufgebauter Verbindung im Sinne einer einfachen Implementierung identisch sein.
Vorteilhafterweise ist der Belegungszustand der Übertragungskanäle in einer Allokationstabelle gespeichert, deren Struk- tur in Figur 4 schematisch dargestellt ist. Ähnlich wie die übertragungskanalspezifischen Kenngrößen wird auch die Allokationstabelle in regelmäßigen Zeitabständen aktualisiert und geprüft. Die Struktur der Allokationstabelle ist in Figur 4 dreidimensional dargestellt und weist die Achsen Zeitschlitz, Code/Frequenz und Einfallswinkel auf. Durch die Struktur der Allokationstabelle werden Funk-Kommunikationssysteme mit zeitbezogener, code-/frequenzbezogener und raumbezogener ω ω N> ) P* P1 cn o n o cn o Cn
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Zuteilung von Übertragungskanälen in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem - zu Übertragungskanälen (CHl-CHv) zugehörige Signale mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung von einer Basis- Sende-Empfangsstation (BTS) empfangen und/oder gesendet werden,
- die Richtung [ f - r3 ) von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zu einer Teilnehmerstation (TSl-TSu) ermittelt wird,
- für eine Zuteilung eines Übertragungskanals zumindest zwei Übertragungskanäle (CHr-CHv) in Abhängigkeit von der ermittelten Richtung { r - r3 ) vorselektiert werden, Funkkanalmessungen zur Ermittlung mindestens einer über- tragungskanalspezifischen Kenngröße (Ml-Mg) durchgeführt werden,
- abhängig von der ermittelten übertragungskanalspezifischen Kenngröße (Ml-Mg) ein vorselektierter Übertragungskanal
(CHt) für einen Austausch von Sprach- und/oder Dateninfor- mationen zwischen der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) und der Teilnehmerstation (TSl-TSu) ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verbindungsaufbau mindestens ein vorselektierter Übertragungskanal (CHt) ausgewählt wird, für den eine Kenngröße (Mc, Mf) ermittelt wurde, die eine erste vorgebbare Gütebedingung (CRl) erfüllt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufgebauter Verbindung geprüft wird, ob eine für einen genutzten Ubertragungskanal (CHl-CHv) ermittelte Kenngröße (Ml-Mg) eine zweite vorgebbare Gütebedingung (CR2) er- füllt, und daß bei aufgebauter Verbindung ein Übertragungskanalwechsel eingeleitet wird, falls die für den genutzten Übertragungskanal (CHl-CHv) ermittelte Kenngröße (Ml-Mg) die zweite vorgebbare Gütebedingung (CR2) verletzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkkanalmessungen zur Ermittlung der mindestens einen übertragungskanalspezifischen Kenngröße (Ml-Mg) für die vorselektierten Übertragungskanäle (CHr-CHv) durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Funkkanalmessungen das Signal-Stör-Verhältnis als eine übertragungskanalspezifische Kenngröße (Ml-Mg) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Funkkanalmessungen die Interzell-Interferenz als eine übertragungskanalspezifische Kenngröße (Ml-Mg) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CRl) und/oder die zweite Gütebedingung (CR2) bei einem minimalen Signal-Stör-Verhältnis und/oder bei einer minimalen Interzell-Interferenz erfüllt ist/sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CRl) und/oder die zweite Gütebedingung (CR2) bei einem unter einem vorgebbaren Schwellwert liegenden Signal-Stör-Verhältnis und/oder bei einer minimalen Interzell-Interferenz erfüllt ist/sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gütebedingung (CRl) und die zweite Gütebedingung (CR2) identisch sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungskanal (CHl-CHv) durch eine Zeitlage und eine Trägerfrequenz oder durch eine Zeitlage und einen teil- nehmerseparierenden Code festlegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Belegungszustand von Übertragungskanälen (CHl-CHv) in einer Allokationstabelle gespei- chert wird, und daß die Ausrichtung ( J - r3 ) von mittels einer adaptiven Antenneneinrichtung gebildeten Antennenkeulen (BEAM1-BEAM3) durch die Allokationstabelle erfaßt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche Übertragungskanäle (CHl-CHv) ausgewählt werden, die durch eine in einer Prioritätstabelle angegebenen bevorzugten Kombination aus einem Zeitschlitz (D1-D2, Ul-Un) und einer Richtung ( f - f3 ) von der Basis-Sende-Empfangsstation (BTS) zur Teilnehmerstation (TS1-TS3) festgelegt sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verfügung stehende Übertragungskanäle an Funkzellen und/oder Ko munikationsdienste zugewiesen werden.
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