EP1520444A1 - Verfahren zur kanalzuweisung in einem funkkommunikationssystem - Google Patents

Verfahren zur kanalzuweisung in einem funkkommunikationssystem

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Publication number
EP1520444A1
EP1520444A1 EP03762505A EP03762505A EP1520444A1 EP 1520444 A1 EP1520444 A1 EP 1520444A1 EP 03762505 A EP03762505 A EP 03762505A EP 03762505 A EP03762505 A EP 03762505A EP 1520444 A1 EP1520444 A1 EP 1520444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
deterioration
connection
assigned
radio communication
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03762505A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mugdim Bublin
Maria Garcia Larrode
Gerald Ostermayer
Peter Slanina
Carsten Ball
Kolio Ivanov
Robert Müllner
Thomas Stark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP03762505A priority Critical patent/EP1520444A1/de
Publication of EP1520444A1 publication Critical patent/EP1520444A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/16—Central resource management; Negotiation of resources or communication parameters, e.g. negotiating bandwidth or QoS [Quality of Service]

Definitions

  • Radio communication systems are used to transmit information, voice or data using electromagnetic waves via a radio interface, also called an air interface, between a transmitting and a receiving radio station.
  • the radio interface is organized in channels that are distinguishable and assigned to the individual participants.
  • EGPRS whose architecture is described, for example, in B. Walke "Cellular Networks and their Protocols", Volume 1, Teubner-Verlag Stuttgart, 1998, pages 138 to 151, and pages 295 to 311, becomes a channel through a narrow-band frequency range and since a subscriber signal in a channel differs in frequency and time from the other subscriber signals, the radio station can carry out a detection of the data of the subscriber signal.
  • the individual subscribers become over it distinguished by different spreading codes.
  • the radio communication system determines a free channel which is assigned to the new connection. This is usually done in Radio Resource Management, which is located in the base station control.
  • Radio Resource Management which is located in the base station control.
  • the connection is more or less sensitive to interference caused by interference from other connections.
  • High-rate coding schemes such as are often used in the transmission of packet-oriented data under good radio conditions, are only slight or even not (CS-4, MCS-9) protected by additional channel coding against errors in the transmission via the air interface, while more robust coding schemes are more protected by channel coding, but their useful data throughput rates are correspondingly lower with the same number of bits per channel.
  • the occurrence of interference in a channel can be influenced by the radio-technical organization of the radio interface. Depending on the frequency repetition pattern used and the load on this channel, interferences occur in a channel to a greater or lesser extent. If a frequency repetition pattern with a large frequency repetition distance is selected, in which the distance between two cells in which the same frequency is used, there is less interference than in a frequency repetition pattern with a small frequency repetition distance, in which the distance between cells using the same frequency is small. In extreme cases, the same frequency is used in neighboring cells. In newer radio communication systems, channels in different organizational forms are operated at the same time in order to meet the requirements for the different types of information transmission and the capacity to be achieved.
  • the allocation of a channel for a new connection takes place in known radio communication systems according to a predetermined scheme, which usually takes into account the different requirements for the channels. For example, certain channels are defined for the transmission of speech, other channels for the transmission of data. In addition, channels can be defined on which both voice and data can be transmitted in an alternating manner and for which a fixed assignment rule is specified. comes a connection request, for example for data transmission, and if all channels intended for data transmission, as well as for data or voice transmission, are occupied, this connection request must be rejected, even if other channels that are intended for voice transmission are available. As a result, the capacity of the radio communication system is underused.
  • the invention is therefore based on the problem of specifying a method for channel assignment in a radio communication system in which the capacity of the radio communication system is better utilized.
  • a subscriber is determined which channels can be assigned to him for a connection on the basis of a requirement profile for the connection. Distinct radio resources on the radio interface are referred to as channels. It can also be a part of a physical channel. For these determined channels, which represent different options for the connection, it is then examined which deterioration of the radio communication system is to be expected for each of these options if the respective channel is assigned to the subscriber for the connection.
  • the deterioration of the radio communication system occurs due to the addition of a further subscriber, for example due to additional interference, lower achievable data rate of the newly added subscriber, if only a smaller proportion of channels than the maximum assignable is available, reduction of the throughput rates of existing connections by jointly using the occupied ones Channel shares with the newly added subscriber, disruptive
  • connections for which greater interference is expected connections to which different or fewer radio resources have to be allocated in order to release radio resources for the new connection and to enable the new connection, and especially the newly added connection for the different ones Quality can be expected on different channels according to the options to be examined.
  • the influencing of the components of the mobile radio system must be considered, for example the increased computing effort due to very strong reconfigurations of the current channel assignment and the resulting reduced processor performance, which is available for other tasks.
  • negatively influencing influences such as, for example, a forced shifting of an existing connection to another channel are analyzed and the degree of deterioration for the overall system is determined for each option.
  • This investigation is carried out for all channels that can be assigned to the new connection. It is then checked for which channel the least deterioration of the radio communication system is to be expected if it is assigned to the new connection. This channel is subsequently assigned to the subscriber. This procedure ensures that all channels are used for the transmission of information and that each connection is assigned to the channel which, based on the requirement profile of the connection with regard to the entire radio communication, system is optimal. In this way, the capacity of the radio communication system is used as much as possible.
  • an evaluation measure which is a measure of the deterioration of the radio communication system, with the aid of a target value function for the channels determined which are suitable for an assignment to the connection.
  • the minimum negative influence on the overall system is determined from the calculated evaluation measures for the individual channels. This is done through an extreme value determination of the evaluation measure. If the evaluation measure is defined so that a high value corresponds to a large deterioration, the minimum of the evaluation measure is determined, whereas if the evaluation measure is defined such that a low value corresponds to a large deterioration, the maximum of the evaluation measure is determined. Then the option for which the evaluation measure assumes the extreme value, which corresponds to a minimum deterioration of the overall system, is selected and the corresponding channel or channel component or channels or channel components are assigned.
  • Target value functions are known from mathematics (see e.g. Ignor N. Kovalenko, Nickolaj Yu.Kuznetsov, Philip A. Pegg: Mathematical Theory of Reliability of Time Dependent Systems with Practical Applications (John Wiley & Sons, ISBN 0 471 950602, page 33 ff ) or Leonard Kleinrock: Queuing Systems Volume II: Computer Applications (John Wiley & Sons, ISBN 0-471-49111-X (v.2), pages 301, 330-339) or Te Chiang Hu: Integer programming and network flows (Oldenburg , ISBN 3-486-33841-2, pages 177, 196 ff) or Stephen Wolfram: Das Mathematica Buch (Addison-Wesley, ISBN 3-8273-1036-9, pages 843, 964, 1132-1133).
  • a target value function calculates an output parameter, the evaluation measure, from input parameters based on a fixed calculation rule.
  • the input parameters can be weights or can be weighted.
  • Radio parameters are preferably used as weights for the target function.
  • the following radio parameters are particularly suitable: frequency repetition distance, average interference level, frequency hopping system used, that is, information whether a frequency hopping method is provided or not, number of frequencies used in the frequency hopping method, discontinuous transmission (DTX), power control, number of time slots, available for a service, RXLEV-, RXQUAL- and C / I-
  • Radio parameters or parts thereof can preferably be read in, for example using (radio) network planning tools.
  • Other parameters that can be used as input variables for the target function are properties of the transmission type, for example different sensitivity to interference or parameters for the operation of the radio communication system, for example priorities for individual transmission types such as voice, • connection-oriented data transmission or packet-oriented
  • the use of the target value function has the advantage that the method can be easily adapted to a change in the radio parameters or the radio organization parameters and the selected priority for handling the different transmission types.
  • the method can be flexibly adapted to the requirements of different operators. Changed weights can be imported without changing the hardware.
  • Measurements are preferably carried out continuously, from the results of which current weight values are derived.
  • the current weight values are then used to adjust the weights. In this way, dynamic adaptation to current radio conditions is achieved. It is also within the scope of the invention to change the weights depending on the traffic load, which is also measured, for example.
  • connection request When a connection request is made, it is preferably checked whether the determined slightest deterioration of the entire radio communication system exceeds a predefined threshold. If this is the case, the connection request is rejected. This ensures that a new connection does not reduce the connection quality of the existing connections below a specified minimum value. This ensures that the participants' satisfaction with the existing connections is maintained.
  • connection is continuously checked for existing connections whether the respective connection can be assigned a different channel for which less deterioration of the overall system is to be expected than for the currently assigned channel. If the difference between the • current assessment measure and the expected assessment measure exceeds a predetermined value, the connection is assigned to the other channel or to other channels or channel components. In this way, even in the event of changes in the radio conditions, it is ensured that each subscriber is always assigned the optimal channel with regard to the entire radio communication network.
  • Figure 1 shows a flow chart for the inventive method.
  • FIG. 2 shows the speech impression as a function of the signal-to-interference ratio for different types of speech transmission.
  • channels can be assigned to the connection (see FIG. 1). These can be free channels or channels that are shared with other connections.
  • channels can be released for other connections by changing the channel assignment for the connection under consideration. For example, the data rate for an existing connection can be reduced in order to find a channel for the connection under consideration.
  • the evaluation measure is then calculated for each of these possible channels using a target value function.
  • the influence on existing connections is also taken into account in this calculation. For example, it is taken into account if the number of channel shares assigned to a connection and thus the data rate or the coding scheme for an existing connection must be changed, and the conditions for the existing connection are thereby deteriorated.
  • the minimum of the calculated evaluation measures is determined.
  • the channel with which the minimum rating is obtained for all services affected by this option is assigned to the connection.
  • a radio communication system supports EDGE connections, GPRS connections, EFR connections (that is to say enhanced fill rate connections) and AMR FR connections (that is to say adaptive multi rate fill rate connections).
  • a cell is supplied by two transceiver units, a first transceiver unit as a BCCH carrier with a high frequency repetition interval and a second transceiver unit as a non-BCCH carrier with a smaller frequency repetition interval being planned.
  • the radio communication system it is provided, for example, to assign EDGE connections only to channels on the first transmitting / receiving unit.
  • GPRS connections and EFR connections Bindings should preferably be assigned to channels on the first transmitter / receiver unit.
  • AMR FR connections that are used for voice transmission should preferably be assigned to channels on the second transmitting / receiving unit.
  • the table contains assignment values, which indicate which services should preferably be allocated to which transmitter / receiver unit and to what degree they can also be assigned to the other transmitter / receiver unit. This last point results from the difference in the assignment values.
  • an EDGE service may only be allocated to the 1st sender / receiver unit, since the allocation share on the 2nd sender / receiver unit with the value 0 prohibits an allocation.
  • the difference between the two assignment potencies is 1.0. Hardware restrictions can be taken into account here, for example.
  • the difference between the two assignment values is only 0.4 for EFR, and 0.8 for AMR FR.
  • EFR services are preferably assigned to the 1st transmission / reception unit, but can also be assigned to the 2nd transmission / reception unit, the degree of violation in this case being lower than for AMR FR, which is due to the smaller difference for EFR in Comparison to AMR FR is determined.
  • the 2nd transmitter / receiver unit is preferred, but this service can also be assigned to the 1st transmitter / receiver unit.
  • the table is created on the basis of useful to interference signal measurements and on the basis of network planning.
  • the value of the table is used for a new connection request in order to calculate target functions taking into account the current traffic load.
  • target functions are calculated and the transmitter / receiver unit is selected in which the slightest deterioration of the entire radio communication system is expected.
  • the deterioration of the radio communication system is in this example as Difference between the value for the transceiver unit on which a channel is assigned and the
  • Preferred assignment value i.e. the highest numerical value in the allocation table for this service.
  • a data rate factor DF is defined for data connections, which specifies the ratio of the current data rate to the target data rate for the connection.
  • two time slots are used for a GPRS connection.
  • a deterioration of -0.4 is expected for the new EFR connection.
  • Existing connections are not affected, however, so that a deterioration of 0 is expected for them.
  • the overall system deteriorates to -0.4. Since the deterioration of the overall system is less when assigning a channel on the second transceiver than when assigning on the first transceiver, the new EFR connection is assigned a channel on the second transceiver, although EFR connections preferably channels should be assigned on the first transceiver. In the example is omitted in view of the deterioration of the GPRS connection.
  • fractional numbers are also given in the allocation table, which can be interpreted in the sense of a fuzzy theory.
  • the target functions and decision algorithms can also be interpreted in the sense of a fuzzy theory.
  • the definition of the channel assignment table ensures that each connection is preferably assigned a specific channel. In the event of a high traffic load, the connection requests continue to be served, possibly on other, perhaps worse, channels. This method can be used both at the level of the transceiver units and at the level of the individual channels.
  • Data rate factor DF which specifies the ratio between the currently assigned data rate to the maximum possible data rate or a required data rate or a target data rate targeted by the network. This applies to packet-switched data, such as GPRS or EGPRS
  • the target data rate can be, for example, a certain proportion of the maximum bit rate or a value defined by the network operator that is different for interactive services and background services or for GPRS and EGPRS services.
  • the guaranteed bit rate is used to define the data rate factor DF:
  • DF current data rate / guaranteed bit rate
  • the deterioration DoV TBF ⁇ , DoV TBF2 for the two connections is calculated as follows:
  • a time slot is required for the new voice connection.
  • the two connections TBF1 and TBF2 are first determined, which have a lower priority and can release the radio resources.
  • the data rate factor is calculated as follows:
  • DF current number of assigned time slots / maximum possible number of assigned time slots.
  • DoV DFnew -maxDF.
  • FIG. 2 shows the speech sensation in arbitrary units (mean opinion score MOS) as a function of the signal-to-interference ratio for an AMR FR connection (reference number 1) and for an EFR connection (reference number 2).
  • MOS mean opinion score
  • This functionality can be used, for example, if the voice quality of an EFR connection that is assigned on a transceiver with a low frequency repetition distance becomes too low. In this case, a handover to the transmitter / receiver unit with a large frequency repetition interval is triggered.
  • the deterioration of the entire radio communication system is calculated as the sum of the values for the deterioration for the individual connections, which is caused by an examined channel assignment.
  • a channel of the first transmitter / receiver unit is preferably to be assigned to the data connection.
  • the value of a channel assignment table is 0.6.
  • the maximum number of time slots that can be assigned to the data connection is 4. For example, only two time slots are available on the first transmitting / receiving unit. Three time slots are available on the second transmitter / receiver unit, but the value in the channel assignment table for this second transmitter / receiver unit is only 0.4.
  • Second option: Allocation of the two time slots on the first transceiver unit for the new data connection: This results in a data rate factor DFnew for this connection request of 2 time slots / 4 time slots 0.5.
  • HSCSD connections can also be weighted higher, ie the assignment of a small number of channels as the maximum possible leads to a much greater degradation of the overall system than a reduction in the channel shares for existing GPRS services.
  • connection requests are rejected, for example if the deterioration of the overall system TDoV is less than -0.5
  • the channel assignment in the example shown could only correspond to the first option and the third option respectively. If only the second option were available in this case, the new connection request would have to be rejected. This ensures that new services are only served if the existing connections are not impaired beyond a specified threshold.
  • the target functions for the various options are again calculated.
  • the change in the allocated radio resources is subsequently triggered in accordance with the option with which the slightest deterioration of the entire radio communication system is connected and with which the required quality of service level is achieved.
  • Corresponding quality of service levels can be defined for voice services using FIG. 2, for example.
  • Positive deterioration values are defined above curve 3 and negative deterioration values below curve 3.
  • a change in the allocated radio resources is triggered by the fact that a negative deterioration value exceeds a predetermined value within a specific averaging interval.
  • the various possible options for a changed channel assignment are again identified and the corresponding target functions are calculated. If the resulting overall deterioration is less than the current deterioration for the connection, a handover procedure is performed. If the deterioration for a voice connection reaches an unacceptable value, a handover procedure can also be triggered in the event that the overall deterioration of the system is greater than the deterioration for the connection in order to prevent the voice connection from being broken off.
  • the method can be used to compensate for the traffic load (load balancing) in that, as long as there is an unequal load in different frequency bands or networks, the option that leads to better load balancing is assigned a measure of assessment corresponding to less deterioration an assessment measure corresponding to a higher deterioration of the entire radio communication system is attributed during the option that leads to a higher imbalance condition.
  • channel allocation algorithm An example of a channel allocation algorithm is explained below on the basis of a further embodiment, in which channel priority, pathloss and interference with the corresponding weights are used as input variables.
  • the algorithm is based on an objective function concept, in which different components of the objective function correspond to different channel allocation algorithms.
  • the components are multiplied by weights that are adjustable. For example, the weights are continuously adjusted based on measurements so that the most efficient algorithm is effective under the given conditions.
  • This can be a priority-controlled algorithm for a small traffic load and an interference / pathless (path loss, i.e. attenuation caused by the propagation) -controlled algorithm for a large traffic load.
  • the target function is used to calculate a weight for each free channel in order to determine the channel to be assigned in the future:
  • Weight (channel) WPRIO * Priority-weight (Channel) +
  • the weight of a channel is a measure of the suitability of the channel for allocation: the lower the weight, the more suitable the channel.
  • the free channel with the lowest weight is allocated to the participant.
  • An evaluation measure is derived from the weight, which is used to assess the deterioration of the overall system.
  • a priority-based a pathloss-based and an interference-based component.
  • the priority-based component is the lower, that is, the higher the priority of the channel, the better the channel.
  • Measurements and experiences made in the past for the channel flow into the channel priority the lower the interference and the higher the number of successful channel assignments, the higher the channel priority relative to other channels.
  • the pathloss-based component is calculated using the following formula:
  • PathlossInterference_weight (user, Channel) WPL * pathloss (user) + WI * I (user, Channel) - const.
  • Path loss to own base station WI Weight for interference I Interference of the user user on a specific channel Channel
  • the smallest weight results when the weighted sum of pathloss and interference closest to a constant const. lies.
  • This component takes into account that subscribers who are at a large distance from the base station and thus have a large pathless can only achieve sufficient quality themselves with relatively small interferences, or disturb the other subscribers as little as possible.
  • linear combination of the components of the target function was selected in this exemplary embodiment in order to make the mode of operation easy to understand.
  • other types of functions e.g. polynomials
  • the interference-based component takes into account that the
  • Channel weight is smaller, the lower the interference in the channel.
  • weight factors like PRIO, WPLI,
  • WINT for the various components can be set flexibly. In particular, they can be set depending on the number of participants in a cell, the interference from other cells, the type of service requested (voice or data or the like), so that the best algorithm is activated under the given conditions.
  • the algorithm is learnable by using the weight factors.
  • the algorithm can be used decentrally in every cell, so that the channel allocation can be decided independently in each cell.
  • the information available in the mobile radio cell can be used for communication with other cells without the need for signaling.

Landscapes

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Abstract

Für einen Teilnehmer wird ermittelt, welche Kanäle ihm für eine Verbindung auf Grund eines Anforderungsprofils für die Verbindung zugewiesen werden können. Für die ermittelten Kanäle wird jeweils untersucht, welche Verschlechterung des Funkkommunikationssystems zu erwarten ist, wenn dem Teilnehmer der jeweilige Kanal zugewiesen wird. Dem Teilnehmer wird anschliessend derjenige Kanal zugewiesen, für den die geringste Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems erwartet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur KanalZuweisung in einem Funkkommunikationssystem
Funkkommunikationssysteme dienen der Übertragung von Informationen, Sprache oder Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle, auch Luftschnittstelle genannt, zwischen einer sendenden und einer empfangenden Funkstation. Die Funkschnittstelle wird dabei in Kanäle organisiert, die unterscheidbar sind und die einzelnen Teilnehmern zugewiesen werden.
In dem bekannten GSM-Mobilfunksystem, sowie dessen Weiterent- wicklung mit einem Paketdatendienst GPRS beziehungsweise
EGPRS, deren Architektur zum Beispiel in B. Walke „Mobilfunknetze und ihre Protokolle", Band 1, Teubner-Verlag Stuttgart, 1998, Seite 138 bis 151, sowie Seite 295 bis 311, beschrieben ist, wird ein Kanal durch einen schmalbandigen Frequenzbe- reich und einen Zeitschlitz gebildet. Da sich ein Teilnehmersignal in einem Kanal in Frequenz und Zeit von den übrigen Teilnehmersignalen unterscheidet, kann die Funkstation eine Detektion der Daten des Teilnehmersignals vornehmen. In neueren Funkkommunikationssystemen, wie zum Beispiel dem UMTS- System, werden die einzelnen Teilnehmer darüber hinaus durch unterschiedliche Spreizcodes unterschieden.
Bei einer Verbindungsanfrage für eine neue Verbindung wird vom Funkkommunikationssystem ein freier Kanal bestimmt, der der neuen Verbindung zugewiesen wird. Diese erfolgt in der Regel im Radio Ressource Management, das in der Basisstationssteuerung angesiedelt ist. Abhängig von der Art der Übertragung und deren Kodierung ist die Verbindung mehr oder weniger empfindlich auf Störungen durch Interferenzen durch an- dere Verbindungen. Hochratige Kodierschemata, wie sie häufig bei der Übertragung paketorientierter Daten unter guten Radiobedingungen verwendet werden, sind nur gering oder gar nicht (CS-4, MCS-9) durch zusätzliche Kanalkodierung gegen Fehler bei der Übertragung über die Luftschnittstelle geschützt, während robustere Kodierschemata durch Kanalkodierung stärker geschützt sind, deren Nutzdatendurchsatzraten bei gleicher Anzahl an Bits pro Kanal aber dagegen entspre- ched geringer sind. Dasselbe gilt beipielsweise für leitungsgebundene Sprachübertragungen, bei denen bestimmte Sprachcodecs durch höhere Kanalkodierung stärker gegenüber Fehlern geschützt sind, und andere Sprachcodecs mit geringerer Kanal- Codierung anfälliger gegenüber Interferenzen sind. Das Auftreten von Interferenzen in einem Kanal kann durch die funktechnische Organisation der Funkschnittstelle beeinflusst werden. Abhängig unter anderem vom angewendeten Frequenzwiederholungsmuster und der Last auf diesem Kanal, treten in ei- nem Kanal mehr oder weniger starke Interferenzen auf . Wird ein Frequenzwiederholungsmuster mit großem Frequenzwiederhol- abstand gewählt, bei dem der Abstand zwischen zwei Zellen, in denen dieselbe Frequenz verwendet wird, groß ist, so treten weniger Interferenzen auf, als in einem Frequenzwiederho- lungsmuster mit kleinem Frequenzwiederholungsabstand, bei dem der Abstand zwischen Zellen, die dieselbe Frequenz verwenden, klein ist. Im Extremfall wird in benachbarten Zellen dieselbe Frequenz verwendet. In neueren Funkkommunikationssystemen werden gleichzeitig Kanäle in unterschiedlichen Organisati- onsformen betrieben, um den Anforderungen an die verschiedenen Arten von Informationsübertragungen und der zu erzielenden Kapazität gerecht zu werden.
Die Zuweisung eines Kanals für eine neue Verbindung erfolgt in bekannten FunkkommunikationsSystemen nach einem vorgegebenen Schema, das in der Regel die unterschiedlichen Anforderungen an die Kanäle berücksichtigt. Es werden beispielsweise bestimmte Kanäle für die Übertragung von Sprache, andere Kanäle für die Übertragung von Daten festgelegt. Darüber hinaus können Kanäle definiert werden, auf denen in abwechselnder Weise sowohl Sprache, als auch Daten übertragen werden kann, und für die eine feste Belegungsregel vorgegeben ist. Kommt eine Verbindungsanfrage zum Beispiel für eine Datenübertragung, und sind alle Kanäle, die für Datenübertragung, sowie für Daten- oder Sprachübertragung vorgesehen sind, belegt, so muss diese Verbindungsanfrage abgewiesen werden, auch wenn weitere Kanäle, die für Sprachübertragung bestimmt sind, zur Verfügung stehen. Dadurch wird die Kapazität des Funkkommunikationssystems nur unzureichend ausgenutzt.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zur KanalZuweisung in einem Funkkommunikationssystem anzugeben, bei dem die Kapazität des Funkkommunikationssystems besser ausgenutzt wird.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.
Für einen Teilnehmer wird ermittelt, welche Kanäle ihm für eine Verbindung auf Grund eines Anforderungsprofils für die Verbindung zugewiesen werden können. Als Kanal werden dabei unterscheidbare Funkressourcen auf der Funkschnittstelle bezeichnet. Es kann sich auch um Anteile eines physikalischen Kanals handeln. Für diese ermittelten Kanäle, die verschiedene Optionen für die Verbindung darstellen, wird anschließend untersucht, welche Verschlechterung des Funkkommunikations- systems für jede dieser Optionen zu erwarten ist, wenn dem Teilnehmer für die Verbindung der jeweilige Kanal zugewiesen wird. Die Verschlechterung des Funkkommunikationssystems tritt durch das Hinzukommen eines weiteren Teilnehmers, bei- spielsweise wegen zusätzlicher Interferenz, geringerer erreichbarer Datenrate des neu hinzukommenden Teilnehmers, falls nur ein geringerer Anteil an Kanälen als maximal zuweisbar verfügbar ist, Reduzierung der Durchsatzraten bestehender Verbindungen durch gemeinsames Verwenden der belegten Kanalanteile mit dem neu hinzukommenden Teilnehmer, störende
Einwirkungen bei einer Sprachverbindung durch einen erzwungenen Wechsel des Kanals (Handover) , Erhöhung der Sendeleistung und damit der Interferenz auf andere Verbindungen durch Zuweisen einer neuen oder bestehenden Verbindung in eine weiter entfernte Funkzelle, Erhöhung des Ungleichgewichts zwischen unterschiedlichen Frequenzbändern (z.B. GSM900/GSM1800) oder unterschiedlichen Netzen (z.B. GSM und UMTS) eines Betreibers oder ähnliches auf. Bei dieser Untersuchung werden daher alle für eine bestimmte Option betroffenen Verbindungen im Funkkommunikationssystem betrachtet, die durch die Verbindung des neuen Teilnehmers beeinflusst werden. Das sind insbesondere Verbindungen, für die eine höhere Interferenz erwartet wird, Verbindungen, denen andere oder weniger Funkressourcen zugewiesen werden müssen, um Funkressourcen für die neue Verbindung freizugeben und die neuen Verbindung zu ermöglichen, sowie speziell die neu hinzukommende Verbindung, für die unter- schiedliche Qualität auf unterschiedlichen Kanälen gemäß der zu untersuchenden Optionen zu erwarten ist. Zudem ist die Beeinflussung der Komponenten des Mobilfunksystems zu betrachten, beipielsweise der erhöhte Rechenaufwand durch sehr starke Umkonfigurationen der momentanen Kanalbelegung und die da- mit verringerte Prozessorleistung, die für andere Aufgaben zur Verfügung steht. Weitere, sich negativ auswirkenden Einflüsse wie beipielsweise ein erzwungenes Verschieben einer bestehenden Verbindung auf einen anderen Kanal werden analysiert und jeweils der Grad der Verschlechterung für das Ge- samtsystem für jede Option bestimmt.
Diese Untersuchung wird für alle Kanäle durchgeführt, die der neuen Verbindung zugewiesen werden können. Nachfolgend wird überprüft, für welchen Kanal die geringste Verschlechterung des Funkkommunikationssystems zu erwarten ist, falls er der neuen Verbindung zugewiesen wird. Dieser Kanal wird dem Teilnehmer nachfolgend zugewiesen. Durch diese Vorgehensweise wird sichergestellt, dass alle Kanäle für die Übertragung von Information genutzt werden, und dass jeder Verbindung der Ka- nal zugewiesen wird, der auf Grund des Anforderungsprofils der Verbindung im Hinblick auf das gesamte Funkkommunikati- onssystem optimal ist. Auf diese Weise wird die Kapazität des Funkkommunikationssystems so gut wie möglich ausgenutzt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, für die ermittelten Kanäle, die für eine Zuweisung zu der Verbindung in Frage kommen, jeweils mit Hilfe einer Zielwertfunktion ein Bewertungsmaß zu berechnen, die ein Maß für die Verschlechterung des Funkkommunikationssystems ist. Unter den berechneten Bewertungsmaßen für die einzelnen Kanäle wird das Minimum der negativen Be- einflussung des Gesamtsystems bestimmt. Das erfolgt durch eine Extremwertbestimmung des Bewertungsmaßes. Ist das Bewertungsmaß so definiert, dass ein hoher Wert einer großen Verschlechterung entspricht, wird das Minimum des Bewertungsmaßes ermittelt, ist das Bewertungsmaß dagegen so definiert, dass ein niedriger Wert einer großen Verschlechterung entspricht, wird das Maximum des Bewertungsmaßes ermittelt Anschließend wird die Option, für die das Bewertungsmaß den Extremwert annimmt, der einem Minimum der Verschlechterung des Gesamtsystems entspricht, gewählt und der entsprechende Kanal bzw. Kanalanteil bzw. Kanäle oder Kanalanteile zugewiesen.
Zielwertfunktionen sind aus der Mathematik bekannt (siehe zum Beispiel Ignor N. Kovalenko, Nickolaj Yu . Kuznetsov, Philip A. Pegg: Mathematical Theory of Reliability of Time Dependent Systems with Practical Applications (John Wiley & Sons, ISBN 0 471 950602, Seite 33 ff) oder Leonard Kleinrock: Queueing Systems Volume II: Computer Applications (John Wiley & Sons, ISBN 0-471-49111-X (v.2), Seiten 301, 330-339) oder Te Chiang Hu: Ganzzahlige Programmierung und Netzwerkflüsse (Oldenburg, ISBN 3-486-33841-2, Seite 177, 196 ff) oder Stephen Wolfram: Das Mathematica Buch (Addison-Wesley, ISBN 3-8273-1036-9, Seite 843, 964, 1132-1133) .
Eine Zielwertfunktion berechnet nach einer festen Berech- nungsvorschrift aus Eingangsparametern einen Ausgangsparameter, das Bewertungsmaß. Die Eingangsparameter können Gewichte sein oder mit Gewichten behaftet werden. Vorzugsweise werden als Gewichte für die Zielfunktion Funkparameter verwendet. Dabei sind insbesondere folgende Funkparameter geeignet: Frequenzwiederholungsabstand, mittlere Inter- ferenzpegel, angewendetes Frequenzsprungsystem, das heisst, die Information, ob ein Frequenzsprungverfahren vorgesehen ist oder nicht, Anzahl der verwendeten Frequenzen beim Frequenzsprungverfahren, diskontinuierliche Übertragung (DTX) , Leistungssteuerung, Anzahl der Zeitschlitze, die für einen Dienst zur Verfügung stehen, RXLEV- , RXQUAL- und C/I-
Messungen, BER- , BLER- , FER-Messungen sowie Statistiken oder Trend-Analysen daraus. Vorzugsweise können diese Funkparameter oder Teile davon eingelesen werden, beipielsweise über (Funk-) Netzplanungstools. Weitere Parameter, die als Ein- gangsgrößen für die Zielfunktion verwendet werden können, sind Eigenschaften des Übertragungstyps, zum Beispiel unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Interferenz oder Parameter für den Betrieb des Funkkommunikationssystems, zum Beispiel Prioritäten für einzelne Übertragungstypen wie Sprache, • Verbindungsorientierte Datenübertragung oder paketorientierte
Datenübertragung, sowie Dienstgüteparameter.
Der Einsatz der Zielwertfunktion hat den Vorteil, dass das Verfahren auf einfache Weise an eine Änderung der Funkparame- ter oder der Funkorganisationsparameter sowie der gewählten Priorität für die Handhabung der unterschiedlichen Übertragungstypen angepasst werden kann. Insbesondere kann das Verfahren flexibel an die Anforderungen unterschiedlicher Betreiber angepasst werden. Geänderte Gewichte können ohne Änderung der Hardware eingespielt werden.
Vorzugsweise werden fortlaufend Messungen durchgeführt, aus deren Ergebnissen aktuelle Gewichtswerte abgeleitet werden. Die aktuellen Gewichtswerte werden dann zur Anpassung der Ge- wichte verwendet. Auf diese Weise wird eine dynamische Anpassung an aktuelle Funkverhältnisse erzielt. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, die Gewichte, in Abhängigkeit der Verkehrslast, die beispielsweise ebenfalls gemessen wird, zu verändern.
Vorzugsweise wird bei einer Verbindungsanfrage geprüft, ob die ermittelte geringste Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Ist dieses der Fall, so wird die Verbindungsanfrage abgewiesen. Dadurch wird sichergestellt, dass durch eine neue Ver- bindung die Verbindungsqualität der bestehenden Verbindungen nicht unter einen vorgegebenen Mindestwert gesenkt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Zufriedenheit der Teilnehmer der bestehenden Verbindungen erhalten bleibt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für bestehende Verbindungen fortlaufend geprüft, ob der jeweiligen Verbindung ein anderer Kanal zugewiesen werden kann, für den eine geringere Verschlechterung des Gesamtsystems zu erwarten ist, als für den aktuell zugewiesenen Kanal. Falls der Diffe- • renzbetrag zwischen dem aktuellen Bewertungsmaß und des zu erwartenden Bewertungsmaßes einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird der Verbindung der andere Kanal zugewiesen beziehungsweise andere Kanäle oder Kanalanteile. Auf diese Weise wird auch für den Fall von Änderungen der Funkbedingungen sichergestellt, dass jeder Teilnehmer stets den im Hinblick auf das gesamte Funkkommunikationsnetz optimalen Kanal zugewiesen bekommt .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Fi- guren näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.
Figur 2 zeigt für verschiedenen Sprachübertragungsarten den Spracheindruck als Funktion des Signal-zu-Störverhältnis . Für eine Verbindung wird festgestellt, welche Kanäle der Verbindung zugewiesen werden können (siehe Figur 1) . Dabei kann es sich um freie Kanäle handeln oder um Kanäle, die mit anderen Verbindungen geteilt werden. Darüber hinaus können Kanäle durch eine Veränderung der KanalZuweisung für andere Verbindungen für die betrachtete Verbindung freigegeben werden. Beispielsweise kann für eine bestehende Verbindung die Datenrate reduziert werden, um einen Kanal für die betrachtete Verbindung zu finden.
Anschließend wird für jeden dieser möglichen Kanäle das Bewertungsmaß mit Hilfe einer Zielwertfunktion berechnet. Bei dieser Berechnung wird auch der Einfluss auf bestehende Verbindungen berücksichtigt. Beispielsweise wird berücksichtigt, wenn die Anzahl der einer Verbindung zugewiesenen Kanalanteile und damit die Datenrate oder das Kodierschema für eine bestehende Verbindung geändert werden muss, und dadurch die Bedingungen für die bestehende Verbindung verschlechtert werden.
Es wird das Minimum der berechneten Bewertungsmaße ermittelt. Der Kanal, mit dem das minimale Bewertungsmaß für alle durch diese Option beeinflussten Dienste erzielt wird, wird der Verbindung zugewiesen.
In einem Ausführungsbeispiel werden von einem Funkkommunikationssystem EDGE-Verbindungen, GPRS-Verbindungen, EFR- Verbindungen (das heisst Enhanced Füll Rate Verbindungen) und AMR FR-Verbindungen (das heisst Adaptive Multi Rate Füll Rate Vebindungen) unterstützt. Eine Zelle wird von zwei Sende-/Em- pfangseinheiten versorgt, wobei eine erste Sende-/Empfangs- einheit als BCCH-Träger mit einem hohen Frequenzwiederholabstand und eine zweite Sende-/Empfangseinheit als Nicht-BCCH- Träger mit einem kleineren Frequenzwiederholabstand geplant ist. In dem Funkkommunikationssystems ist beispielsweise vorgesehen, EDGE-Verbindungen nur Kanäle auf der ersten Sende- /Empfangseinheit zuzuweisen. GPRS-Verbindungen und EFR-Ver- bindungen sollen vorzugsweise Kanäle auf der ersten Sende- /Empfangseinheit zugewiesen werden. AMR FR-Verbindungen, die zur Sprachübertragung eingesetzt werden, sollen vorzugsweise Kanäle auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit zugewiesen werden.
Es wird folgende Kanalzuweisungstabelle für die Zelle gebildet:
Die Tabelle enthält jeweils Zuweisungswerte, die angegeben, welche Dienste bevorzugt auf welcher Sende-/Empfangseinheit allokiert werden sollen und zu welchem Grade sie auch der jeweils anderen Sende-/Empfangseinheit zugewiesen werden kann. Dieser letzte Punkt ergibt sich aus der Differenz der Zuweisungswerte. Ein EDGE-Dienst darf in diesem Beipiel nur auf der 1. Sende-/Empfangseinheit allokiert werden, da der Zuweisungsanteil auf der 2. Sende-/Empfangseinheit mit dem Wert 0 eine Allokierung verbietet. Die Differenz aus beiden Zuweisungspotionen beträgt 1.0. Hierbei können beipielsweise Hardware-Einschränkungen berücksichtigt werden. Für EFR beträgt die Diffrenz aus beiden Zuweisungswerten nur 0,4, während sie für AMR FR 0,8 beträgt. EFR-Dienste werden bevorzugt der 1. Sende-/Empfangseinheit zugewiesen, können aber auch der 2. Sende- /Empfangseinheit zugeteilt werden, wobei der Grad der Verletzung in diesem Fall geringer ist als für AMR FR, was durch den geringeren Differenzbetrag für EFR im Vergleich zu AMR FR bestimmt wird. Bei AMR FR wird bevorzugt die 2. Sende- /Empfangseinheit gewählt, doch auch dieser Dienst kann der 1. Sende-/Empfangseinheit zugewiesen werden. Die Tabelle wird auf der Basis von Nutz- zu Störsignalmessungen und auf Grund der Netzplanung erstellt.
Sind auf beiden Sende-/Empfangseinheiten ausreichend Kanäle verfügbar, so wird bei einer neuen Verbindungsanfrage der Wert der Tabelle verwendet, um Zielfunktionen unter Berücksichtigung der momentanen Verkehrslast zu berechnen.
Sind auf der bevorzugten Sende-/Empfangseinheit nicht ausrei- chend Kanäle verfügbar, so werden Zielfunktionen berechnet und es wird die Sende-/Empfangseinheit ausgewählt, bei der die geringste Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems erwartet wird.
Beispielsweise liegt eine Verbindungsanfrage für eine neue
EFR-Verbindung vor. Die erste Sende-/Empfangseinheit ist gut ausgelastet mit Sprachverbindungen, GPRS- und EDGE-Verbin- dungen. Auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit sind freie Kanäle verfügbar. Entsprechend der Kanalzuweisungstabelle führt die Zuweisung eines Kanals auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit für die neue EFR-Verbindung zu einer Verschlechterung des gesamten FunkkommunikationsSystems von 0 , 3-0 , 7=-0 , 4. Die Verschlechterung des Funkkommunikationssystems wird in diesem Beispiel als Differenz zwischen dem Wert für die Sende-/Em- pfangseinheit , auf der ein Kanal zugewiesen wird, und dem
Wert für die bevorzugte Zuweisung, d.h. dem höchsten Zahlenwert in der Zuweisungstabelle für diesen Dienst, berechnet.
Eine Alternative dazu ist eine KanalZuweisung für die neue EFR-Verbindung auf der ersten Sende-/Empfangseinheit , die für die KanalZuweisung von EFR-Verbindungen entsprechend dem Wert 0,7 bevorzugt werden soll. In diesem Fall trägt die Zuweisung der neuen EFR-Verbindung zur Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems nicht bei, jedoch müssen die ande- ren Verbindungen, denen Kanäle auf der ersten Sende-/Empfangseinheit zugewiesen sind, Funkressourcen freigeben. Für Datenverbindungen wird ein Datenratenfaktor DF definiert, der das Verhältnis von aktueller Datenrate zu angestrebter Datenrate für die Verbindung angibt. In diesem Beispiel werden für eine GPRS-Verbindung zwei Zeitschlitze benutzt. Um die neue EFR-Verbindung auf der ersten Sende-/Empfangseinheit zulassen zu können, muss die Zahl der der GPRS-Verbindung zugewiesenen Zeitschlitze auf 1 reduziert werden. Das bedeutet, dass für diese GPRS-Verbindung der Datenratenfaktor von DF=1 auf DF=0,5 reduziert wird. Dieses Herunterstufen führt zu ei- ner Verschlechterung für die GPRS-Verbindung von 0,5 -1,0 = - 0,5.
Bei der Entscheidung, auf welcher Sende-/Empfangseinheit der neuen EFR-Verbindung ein Kanal zugewiesen wird, erfolgt ein Vergleich der Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems und es wird die Sende-/Empfangseinheit ausgewählt, bei der die geringste gesamte Verschlechterung erwartet wird.
In dem genannten Beispiel wird bei Zuweisung eines Kanals auf der ersten Sende-/Empfangseinheit für die neue EFR-Verbindung keine Verschlechterung des Gesamtsystems erwartet. Für die bestehende GPRS-Verbindung wird eine Verschlechterung von - 0,5 erwartet. Daher ergibt sich eine Verschlechterung für das Gesamtsystem von -0,5.
Bei einer Zuweisung eines Kanals auf der zweiten Sende-/Em- pfangseinheit wird dagegen für die neue EFR-Verbindung eine Verschlechterung von -0,4 erwartet. Bestehende Verbindungen sind dagegen nicht betroffen, so dass für diese eine Ver- schlechterung von 0 erwartet wird. Die Verschlechterung des Gesamtsystems ergibt sich somit zu -0,4. Da die Verschlechterung des Gesamtsystems bei Zuweisung eines Kanals auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit geringer ist als bei Zuweisung auf der ersten Sende-/Empfangseinheit , wird der neuen EFR- Verbindung ein Kanal auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit zugewiesen, obwohl EFR-Verbindungen bevorzugt Kanäle auf der ersten Sende-/Empfangseinheit zugewiesen werden sollten. In dem Beispiel wird dieses aber im Hinblick auf die Verschlechterung der GPRS-Verbindung unterlassen.
In dem Beispiel sind in der Zuweisungstabelle auch gebrochene Zahlen angegeben, was im Sinne einer Fuzzy-Theorie interpretiert werden kann. Auch die Zielfunktionen und Entscheidungsalgorithmen können im Sinne einer Fuzzy-Theorie interpretiert werden .
Die Definition der KanalZuweisungstabelle stellt sicher, dass jeder Verbindung vorzugsweise ein bestimmter Kanal zugewiesen wird. Im Fall einer hohen Verkehrslast werden die Verbindungsanfragen weiterhin bedient, gegebenenfalls auf anderen, vielleicht schlechteren Kanälen. Dieses Verfahren ist sowohl auf der Ebene der Sende-/Empfangseinheiten, als auch auf der Ebene der einzelnen Kanäle einsetzbar.
Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Berechnung der Verschlechterung erläutert. Die Verschlechterung für Datenverbindungen wird berechnet unter Verwendung eines
Datenratenfaktors DF, der das Verhältnis zwischen der aktuell zugewiesenen Datenrate zu der maximal möglichen Datenrate beziehungsweise einer geforderten Datenrate oder einer vom Netz angestrebten Zieldatenrate angibt. Für paketvermittelte Da- ten, wie zum Beispiel GPRS oder EGPRS gilt
DF = aktuelle Datenrate / Zieldatenrate.
Die Zieldatenrate kann zum Beispiel ein gewisser Anteil der maximalen Bitrate oder ein vom Netzwerkbetreiber definierter Wert sein, der für interaktive Dienste und Hintergrunddienste beziehungsweise für GPRS- und EGPRS-Dienste unterschiedlich ist. Für Echtzeitdienste wird zur Definition des Datenratenfaktors DF die garantierte Bitrate verwendet:
DF = aktuelle Datenrate / garantierte Bitrate Es wird ein Wert DFnew definiert, der den Datenratenfaktor DF nach einer Änderung der Kanal- beziehungsweise Funkressourcenzuweisung darstellt. Für neue Verbindungen wird der Wert DFnew gleich dem Eingangsdatenratenfaktor DF gesetzt . Wenn die Zuweisung der Funkressourcen für eine Verbindung, die einen Datenratenfaktor DF=1 aufweist, so verändert wird, dass der Wert DFnew = 0,5 ergibt, ist die Verschlechterung DoV für diese Verbindung DoV = DFnew - DF = 0,5-1 = -0,5.
Werden beispielsweise für zwei Verbindungen TBFl, TBF2 die zugewiesenen Funkressourcen reduziert, um Funkressourcen für eine neue Verbindung freizugeben, so wird die Verschlechterung DoVTBFι , DoVTBF2 für die beiden Verbindungen folgendermaßen berechnet :
DOVTBFI = DFnewTBFi - DFTBFI
DθVTBF2 = DFneWTBF2 - DFTBF2
Es wird beispielsweise ein Zeitschlitz für die neue Sprach- Verbindung benötigt. Um die Verschlechterung auf einer bestimmten Sende-/Empfangseinheit zu bestimmen, werden zunächst die zwei Verbindungen TBFl und TBF2 ermittelt, die eine geringere Priorität haben und die Funkressourcen freigeben können. Die Funkressourcen für die Verbindung TBFl werden so verringert, dass der Datenratenfaktor DF1 = 0,9 auf DFlnew = 0,45 sinkt. Für die Verbindung TBF2 werden die Funkressourcen so reduziert, dass der Datenratenfaktor DBF2 = 1 auf DF2new = 0,75 sinkt. Somit ergibt sich für die Verschlechterung DOVTBFI = 0,45 - 0,9 = -0,45.
DOVTBF2 = 0,75 -1 = -0,25.
Die Verschlechterung für die beiden bestehenden Verbindungen beträgt somit insgesamt (-0,45) +(-0,25) = -0,7.
Für verbindungsorientierte Datendienste wie zum Beispiel HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Verbindungen oder E- CSD (Enhanced Circuit Switched Data) Verbindungen wird der Datenratenfaktor beispielsweise folgendermaßen berechnet:
DF = aktuelle Anzahl zugewiesener Zeitschlitze / maximal mög- liehe Anzahl zugewiesener Zeitschlitze.
Die Verschlechterung DoV ist wiederum DoV = DFnew -DF. Für den Fall, dass eine neue Verbindung aufgebaut wird, und deshalb ein aktueller Wert des Datenfaktors DF nicht verfügbar ist, wird die Verschlechterung DoV - im Falle einer Zuweisung einer geringeren Anzahl an Kanälen - berechnet unter Verwendung des maximalen Wertes für den Datenratenfaktor maxDF = 1 zu
DoV = DFnew -maxDF.
Zur Definition der Verschlechterung von Sprachverbindungen können die Ergebnisse von AMR-Tests verwendet werden, die beispielsweise in 3GPP 26.075 veröffentlicht sind, die die von Testpersonen empfundene Sprachqualität in Abhängigkeit der gegebenen Signal-zu-Störverhältnisse C/I angeben (siehe Figur 2) . In Figur 2 ist das Sprachempfinden in willkürlichen Einheiten (Mean Opinion Score MOS) in Abhängigkeit der Signal- zu-Störverhältnisse für eine AMR FR-Verbindung (Bezugszeichen 1) und für eine EFR-Verbindung (Bezugszeichen 2) eingetragen. Der Betreiber definiert beispielsweise eine minimale Qualitätsschwelle 3. Diese Schwelle 3 wird zum Beispiel auf drei MOS festgelegt. Da für fehlerfreie Übertragung der Wert der Sprachqualität für AMR FR-Verbindungen 4,06 MOS beträgt, be- trägt der akzeptierte Bereich 4,06 MOS -3 MOS = 1,06 MOS.
Nimmt das Signal-zu-Störverhältnis C/I ab, so dass der Wert für den Spracheindruck auf 3,53 sinkt, so beträgt die Verschlechterung
(3,53 MOS - 4,06 MOS) / 1.06 MOS = -0,5. Diese Funktionalität kann beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn die Sprachqualität einer EFR-Verbindung, die auf einer Sende-/Empfangseinheit mit geringem Frequenzwiederhol- abstand zugewiesen ist, zu gering wird. In diesem Fall wird eine Verbindungsübergabe (Handover) auf die Sende-/Empfangs- einheit mit großem Frequenzwiederholabstand ausgelöst.
Die Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems wird als Summe der Werte für die Verschlechterung für die einzelnen Verbindungen, die durch eine untersuchte KanalZuweisung verursacht wird, berechnet.
Im Folgenden wird das Beispiel betrachtet, dass eine neue Verbindungsorientierte Datenverbindung aufgebaut werden soll. Der Datenverbindung soll als HSCSD-Dienst vorzugsweise ein Kanal der ersten Sende-/Empfangseinheit zugewiesen werden. Der Wert einer KanalZuweisungstabelle beträgt 0,6. Die maximale Anzahl an Zeitschlitzen, die der Datenverbindung zugewiesen werden kann, beträgt 4. Auf der ersten Sende-/Em- • pfangseinheit sind beispielsweise nur zwei Zeitschlitze verfügbar. Auf der zweiten Sende-/Empfangseinheit sind drei Zeitschlitze verfügbar, der Wert in der KanalZuweisungstabelle beträgt für diese zweite Sende-/Empfangseinheit jedoch nur 0,4.
Erste Option: Zuweisung der zwei Zeitschlitze auf der ersten Sende-/Empfangseinheit für die neue Datenverbindung: Damit ergibt sich ein Datenratenfaktor DFnew für diese Verbindungs- anfrage von 2 Zeitschlitze / 4 Zeitschlitze = 0,5. Die Ver- schlechterung DoV = DFnew - max DF = 0,5 -1 = -0,5. Die Funkressourcen für andere Verbindungen, die von der ersten Sende- /Empfangseinheit unterstützt werden, werden nicht beein- flusst . Somit ergibt sich eine Verschlechterung TDoV für das gesamte Funkkommunikationssystem von TDoV = -0,5 für die ers- te Option. Zweite Option: Zuweisung von vier Kanälen der ersten Sende- empfangseinheit für die neue Verbindung, wobei zwei Kanäle von GPRS-Verbindungen freigegeben werden müssen:
Es ergibt sich ein Datenratenfaktor DFnew für die neue Verbindung von: 4 Zeitschlitze / 4 Zeitschlitze = 1. Die Verschlechterung für die neue Verbindung beträgt: DFnew - max DF = 1 -1 = 0. Die Verschlechterung DoV für die bestehenden GPRS-Verbindungen wird in diesem Beispiel mit -0,8 angenom- men. Somit ergibt sich eine Verschlechterung TDoV des gesamten Funkkommunikationssystems von TDoV=-0,8 für die zweite Option.
Dritte Option: Zuweisung von drei Zeitschlitzen auf der zwei- ten Sende-/Empfangseinheit für die neue Verbindung:
Es ergibt sich ein Datenratenfaktor DFnew für die neue Verbindungsanfrage von 3 Zeitschlitze / 4 Zeitschlitze = 0,75. Die Verschlechterung für die neue Verbindungsanfrage beträgt -DoV = DFnew -max DF = 0,75 -1 = -0,25. Die Verschlechterung für die neue Verbindung auf Grund der Zuweisung auf der nicht bevorzugten Sende-/Empfangseinheit , in der schlechtere Funkbedingungen erwartet werden, beträgt DoV = 0,4 -0,6 = -0,2. Die Verschlechterung TDoV für die neue Verbindungsanfrage für das Gesamtsystem beträgt somit -0,25 -0,2 = -0,45 für die dritte Option.
Da in diesem Beispiel die kleinste Verschlechterung TDoV für das gesamte Funkkommunikationssystem mit der dritten Option erreicht wird, werden der neuen Datenverbindung gemäß der dritten Option 3 Zeitschlitze auf der zweiten Sende- /Empfangseinheit zugewiesen.
In diesen Beispielen wurden keine Gewichtsfaktoren verwendet, um die verschiedenen Verschlechterungen für die bestehenden
GPRS-Verbindungen oder für die Zuweisung auf der nicht bevorzugten Sende-/Empfangseinheit zu berechnen. Hierfür ist es beipielsweise möglich, eine Verschlechterung einer bestehenden Verbindung stärker zu bestrafen als die Zuweisung einer reduzierten Menge an Kanälen für eine neu hinzukommende Verbindung. Es können beipielsweise auch HSCSD-Verbindungen hö- her gewichtet werden, d.h. die Zuweisung einer geringen Anzahl an Kanälen als maximal möglich führt zu einer wesentlich stärkeren Degradierung des Gesamtsystems, als eine Reduzierung der Kanalanteile für bestehende GPRS-Dienste. Diese unterschiedlichen Gewichtungen können als Profile abgespeichert werden und/oder vom Netzbetreiber selbst erstellt werden.
Wird in dem Funkkommunikationssystem eine Zugangskontrolle in dem Sinne durchgeführt, dass Verbindungsanfragen abgewiesen werden, falls beispielsweise die Verschlechterung des Gesamt- Systems TDoV kleiner als -0,5 ist, so könnte in dem dargestellten Beispiel die KanalZuweisung nur entsprechend der ersten Option und der dritten Option erfolgen. Wäre in diesem Fall nur die zweite Option verfügbar, so müsste die neue Verbindungsanfrage abgewiesen werden. Dadurch wird sicherge- stellt, dass neue Dienste nur bedient werden, wenn die bestehenden Verbindungen nicht über eine vorgegebene Schwelle hinaus dadurch beeinträchtigt werden.
Durch fortlaufende Beobachtung der Dienstgüte können Maßnah- men ergriffen werden für den Fall, dass ein bestimmter
Dienstgütepegel nicht beibehalten werden kann. Als Beispiel wird ein interaktiver Paketdatendienst betrachtet. Dieser Dienst hat anfangs einen Datenratenfaktor DF = 1. Wegen des Aufbaus einer neuen Sprachverbindung wird der Datenratenfak- tor DF des interaktiven Datendienstes auf DF = 0,5 reduziert. Wegen einer Änderung der Funkverhältnisse ist ein Wechsel zu einem robusteren Kodierschema erforderlich, so dass der Datenratenfaktor DF auf 0,3 reduziert wird. Ist in dem Funkkommunikationssystem als minimaler Dienstgütepegel ein Datenra- tenfaktor von DF = 0,4 definiert, so wird durch das Unterschreiten dieses Pegels eine Aktion ausgelöst. Die Aktion kann in einer Veränderung der zugewiesenen Funkressourcen o- der in einer Änderung der zugewiesenen Zelle von der Netz- werksteuerung aus bestehen. Zur Überprüfung, ob eine Änderung der zugewiesenen Funkressourcen möglich ist, werden wiederum die Zielfunktionen für die verschiedenen Optionen berechnet. Die Änderung der zugewiesenen Funkressourcen wird nachfolgend entsprechend der Option ausgelöst, mit der die geringste Verschlechterung des gesamten Funkkommunikationssystems verbunden ist, und mit der der geforderte Dienstgütepegel erzielt wird.
Entsprechende Dienstgütepegel können beispielsweise anhand von Figur 2 für Sprachdienste definiert werden. Oberhalb der Kurve 3 werden positive Verschlechterungswerte, unterhalb der Kurve 3 negative Verschlechterungswerte definiert. Eine Ände- rung der zugewiesenen Funkressourcen wird dadurch ausgelöst, dass ein negativer Verschlechterungswert innerhalb eines bestimmten Mittelungsintervalls einen vorgegebenen Wert überschreitet. Es werden wiederum die verschiedenen möglichen Optionen für eine geänderte KanalZuweisung identifiziert und die entsprechenden Zielfunktionen berechnet. Ist die sich ergebende Gesamtverschlechterung geringer als die aktuelle Verschlechterung für die Verbindung, so wird eine Übergabeprozedur durchgeführt. Erreicht die Verschlechterung für eine Sprachverbindung einen nicht akzeptierbaren Wert, so kann ei- ne Übergabeprozedur auch für den Fall ausgelöst werden, dass die Gesamtverschlechterung des Systems größer ist als die Verschlechterung für die Verbindung, um ein Abreissen der Sprachverbindung zu vermeiden.
Ferner besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass für verschiedene Anforderungen unterschiedliche Profile heruntergeladen werden können. Damit haben verschiedene Betreiber die Möglichkeit, die Gewichte und damit das Resultat der Zielfunktions-Berechnungen anhand ihres Geschäftsinteresses und ihrer Systemausprägungen auszuwählen bzw. anzupassen. Darüberhinaus kann durch Einsatz des Verfahrens ein Ausgleich der Verkehrslast (Load-Balancing) dadurch erzielt werden, dass, solange ungleiche Last in verschiedenen Frequenzbändern oder Netzen besteht, der Option, die zu einem besseren Ausgleich der Last führt, ein Bewertungsmaß entsprechend einer geringeren Verschlechterung zugeschrieben wird, während der Option, die zu einem höheren Ungleichgewichtszustand führt, ein Bewertungsmaß entsprechend einer höheren Verschlechterung des gesamten FunkkommunikationsSystems zugeschrieben wird.
Im Folgenden wird anhand einer weiteren Ausführungsform ein Beispiel für einen KanalZuteilungsalgorithmus erläutert, bei dem als Eingangsgrössen Kanalpriorität, Pathloss und Interferenz mit den entsprechenden Gewichten verwendet werden. Der Algorithmus basiert auf einem Zielfunktionskonzept, bei dem verschiedene Komponenten der Zielfunktion verschiedenen Kanalzuteilungsalgorithmen entsprechen. Die Komponenten werden mit Gewichten multipliziert, die einstellbar sind. Die Gewichte werden beispielsweise laufend anhand von Messungen so eingestellt, dass der effizienteste Algorithmus unter den gegebenen Bedingungen wirksam wird. Das kann beispielsweise bei kleiner Verkehrslast ein prioritätsgesteuerter und bei großer Verkehrslast ein interferenz/pathloss (Pfadverlust, d.h. durch die Ausbreitung verursachte Dämpfung) -gesteuerter Algo- rithmus sein.
Bei einer neuen Verbindungsanfrage oder einer Übergabeprozedur wird zur Bestimmung des Kanals, der künftig zugewiesen werden soll, mit Hilfe der Zielfunktion ein Gewicht für jeden freien Kanal berechnet:
Weight (channel) = WPRIO* Priority-weight (Channel) +
WPLI*Pathlos Interference - weight (Channel) + WINT*Interference - weight (Channel) .
Dabei bedeutet WPLI Gewichtfaktor für das Pathloss-Interferenz Gewicht WPRIO Gewichtsfaktor für das Prioritätsgewicht WINT Gewichtsfaktor für das Interferenzgewicht
Das Gewicht weight eines Kanals ist ein Maß für die Eignung des Kanals für die Zuteilung: Je geringer das Gewicht, desto geeigneter ist der Kanal. Der freie Kanal mit dem kleinsten Gewicht wird dem Teilnehmer zugeteilt. Aus dem Gewicht wird ein Bewertungsmaß abgeleitet, das zur Beurteilung der Ver- schlechterung des Gesamtsystems verwendet wird.
Bei der Berechnung des Gewichts für den Kanal werden mehrere Komponenten berücksichtigt: Eine prioritätsbasierte, eine pathlossbasierte und eine interferenzbasierte Komponente. Je- de dieser Komponenten berücksichtigt unterschiedliche Aspekte des Kanals: Die prioritätsbasierte Komponente ist umso niedriger, das heisst, der Kanal ist umso besser, je höher die Priorität des Kanals ist. In die Kanalpriorität fließen Messungen und Erfahrungen, die für den Kanal in der Vergangen- -heit gemacht wurden, ein: Je niedriger die Interferenz und je höher die Anzahl der erfolgreichen KanalZuweisungen war, desto höher ist die Kanalpriorität relativ zu anderen Kanälen.
Die pathlossbasierte Komponente wird gemäß folgender Formel berechnet:
PathlossInterference_weight (user, Channel) = WPL*pathloss (user) + WI* I (user, Channel)- const .
Dabei ist
WPL Gewicht für Pathloss pathloss (user) der für den Teilnehmer user gemessene
Pfadverlust zur eigenen Basisstation WI Gewicht für Interferenz I (user, Channel) Interferenz des Teilnehmers user auf einem bestimmten Kanal Channel Das kleinste Gewicht ergibt sich, wenn die gewichtete Summe von pathloss und interferenz am Nächsten zu einer Konstante const. liegt. Diese Komponente berücksichtigt, dass Teilnehmer, die einen großen Abstand zur Basisstation haben und da- mit einen großen pathloss, nur bei relativ kleinen Interferenzen selber eine ausreichende Qualität erreichen können, beziehungsweise die anderen Teilnehmer möglichst wenig stören.
Die Linearkombination der Komponenten der Zielfunktion wurde in diesem Ausführungsbeispiel ausgewählt um die Funktionsweise leicht verständlich zu machen. In der Realität können auch andersartige Funktionen (z.B. Polynome) verwendet werden.
Die interferenzbasierte Komponente berücksichtigt, dass das
Kanalgewicht umso kleiner ist, je geringer die Interferenz im Kanal ist .
Sind alle Gewichte der Zielfunktion gleich 0, so wird der Ka- nal zufällig gewählt. Die Gewichtsfaktoren wie PRIO, WPLI ,
WINT für die verschiedenen Komponenten, können flexibel eingestellt werden. Sie können insbesondere in Abhängigkeit von der Anzahl der Teilnehmer in einer Zelle, der Interferenz von anderen Zellen, der Art des angeforderten Dienstes (Sprache oder Daten oder Ähnlichem) eingestellt werden, so dass der beste Algorithmus unter den gegebenen Bedingungen aktiviert wird. Durch Verwendung der Gewichtsfaktoren ist der Algorithmus lernfähig. Der Algorithmus kann dezentral in jeder Mobil- funkzelle eingesetzt werden, so dass in jeder Mobilfunkzelle selbständig über die Kanalvergabe entschieden werden kann.
Dabei können -die in der Mobilfunkzelle zur Verfügung stehenden Informationen ohne Signalisierungsaufwand für eine Kommunikation mit anderen Zellen angewendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur KanalZuweisung in einem Funkkommunikations- System, - bei dem für einen Teilnehmer ermittelt wird, welche Kanäle ihm für eine Verbindung auf Grund eines Anforderungsprofils für die Verbindung zugewiesen werden können,
- bei dem für die ermittelten Kanäle jeweils untersucht wird, welche Verschlechterung des Funkkommunikationssys- tems zu erwarten ist, wenn dem Teilnehmer für die Verbindung der jeweilige Kanal zugewiesen wird,
- bei dem dem Teilnehmer derjenige Kanal zugewiesen wird, für den die geringste Verschlechterung des Funkkommunikationssystems erwartet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem für die ermittelten Kanäle jeweils mit Hilfe einer Zielwertfunktion ein Bewertungsmaß berechnet wird, das ein Maß für die Verschlechterung des Funkkommunikationssystems ist, bei dem der Kanal ermittelt wird, für den das Bewertungsmaß ein Extremum annimmt, bei dem der Kanal, für den das Bewertungsmaß das Extremum annimmt, zugewiesen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , bei dem Funkparameter und/oder Gewichte als Eingangsgrößen für die Zielfunktion verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem fortlaufend Messungen durchgeführt werden, aus deren Ergebnisse aktuelle Gewichtswerte abgeleitet werden, bei dem die aktuellen Gewichtswerte zur Anpassung der Gewichte verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 , - bei dem die Gewichte in Abhängigkeit der Verkehrslast in dem Funkkommunikationssystem angepasst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem die Funkparameter aus einer Funknetzplanung abgeleitet werde.
7. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem Profile geladen werden, durch die die Eingangsgrößen und /oder Gewichte automatisch festgeklegtwerden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem bei einer Verbindungsanfrage geprüft wird, ob die ermittelte geringste Verschlechterung des Gesamtsystems eine vorgegebene Schwelle übersteigt, bei dem die Verbindungsanfrage abgewiesen wird, falls die ermittelte geringste Verschlechterung die vorgegebene Schwelle übersteigt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem für bestehende Verbindungen fortlaufend geprüft wird, ob der jeweiligen Verbindung ein anderer Kanal zugewiesen werden kann, für den eine geringere Verschlechterung des Gesamtsystems zu erwarten ist als für den aktuell zugewiesenen Kanal,
- bei dem falls der Differenzbetrag zwischen der aktuellen Verschlechterung und der zu erwartenden Verschlechterung einen vorgegebenen Wert übersteigt, der Verbindung der andere Kanal zugewiesen wird.
EP03762505A 2002-07-09 2003-06-24 Verfahren zur kanalzuweisung in einem funkkommunikationssystem Withdrawn EP1520444A1 (de)

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