NO326385B1 - Fremgangsmate og anordning ved et telekommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et CDMA-basert telekommunikasjonssystem, for å allokere koder til brukere, som angitt i innledningen av respektive selvstendige krav 1 og 5.

I dagens sosiale samfunn er behovet for å overføre og motta store mengder informasjon økende. Av denne grunn er det et ønske om å anvende tilgjengelig frekvensområde effektivt med hensyn til ressursene til systemet og behovene til brukerne i enhver stund. Dette betyr at systemet i ulike situasjoner må ta med i betraktning ulike behov ved etablert og ønsket kommunikasjon. I CDMA (Code Division Multiple Access)- systemer er denne muligheten gitt, men effektive metoder for allokering og sortering av innforma-sjon mangler. Foreliggende oppfinnelse retter seg mot å frembringe en løsning på de ovenfor nevnte problemer. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) er det europe-iske uttrykket for tredje generasjons mobilsystemer som er planlagt å være i drift i begynnelsen av det enogtyvende århundre. Systemet har tre definerte modus som alle har det felles at de benytter CDMA på en eller annen måte.

For å skille mellom ulike brukere i CDMA-baserte systemer, dvs. oppnå ortogonalitet mellom dem, blir ulike former for koder benyttet, derfor navnet "Code Division Multiple Access". I UMTS WCDMA blir to ulike typer koder benyttet, spredekoder og krypteringskoder. Spredekodene sprer informasjon som skal overføres ved en chiprate på 3,84 Mchip/s. Lengden på spredekodene varierer fra 1-512 bit avhengig av aktuell datahastighet. Krypteringskodene endrer på den andre side ikke antall bits som skal overføres, men endrer kun verdien til dem ifølge til en veldefinert tabell. Ved nedlasting er det spredekoden som garanterer ortogonalitet mellom ulike brukere i den samme cellen. For å opprettholde ortogonalitet uavhengig av hvilken datahastighet som benyttes ved overføringen, benyttes OVSF-koder, såkalt Orthogonal Variable Spreading Factor. OVSF-kodene er enklest illustrert ved et kodetre, se fig. 4.

Hvert nivå i kodetreet definerer en kanalkode med lengde SF. Alle koder i treet kan ikke benyttes på samme tid i en celle. En kode kan benyttes i en celle hvis, og kun hvis, ingen annen kode langs banen fra den spesifikke koden til roten av kodetreet eller i undertreet under den spesifikke koden benyttes i cellen. Det er enkelt å forstå at en total tilfeldig allokering av koder resulterer i svært ueffektiv bruk av de tilgjengelige koder. Av denne grunn er det av stor interesse for på en eller annen måte å anvende kodene mer effektivt. Foreliggende oppfinnelse frembringer en optimal allokering av koder basert på kriterier definert av operatøren.

Innen mobilkommunikasjon har teknologien utviklet seg siden de første systemene oppstod. I de første systemene, ifølge fig. 1, ble et område S allokert med et gitt frekvensspektrum. For å tilfredsstille kommunikasjonsbehovene ble området S oppdelt i et antall kanaler K som ble allokert til brukerne. I disse første systemene var kanalene K av samme størrelse, og overføringskapasitet var den samme for alle brukerne uavhengig av behov. Systemer med denne konstruksjonen muliggjør kun en overføring (kommunikasjon) på samme tid, korresponderende til antall kanaler som var tilgjengelig innenfor området.

Samtidig med økningen i mobilkommunikasjon, har behovet for et større antall overføringer økt. Dette har blitt møtt med innføring av digitalisert kommunikasjon, som er vist i fig. 2. I dette tilfellet er området S fremdeles oppdelt i et antall kanaler, men informasjonen blir overført i tids-luker, Tl, T2, etc. Denne teknologien er kalt TDMA, som betydelig øker overføringskapasitet i mobile radionettverk. Denne teknologien gjør det følgelig mulig at flere transmi-sjoner deler én og den samme frekvensen.

Felles for hver av de ovenfornevnte teknologier er at de er blitt frembrakt for overføring av i første rekke tale og at det er blitt gitt faste rammer for bruk av dem.

En utvikling av TDMA-systemet er CDMA-systemet, hvor området S ikke er oppdelt i et antall kanaler, men hele det tilgjengelige området blir benyttet, hvorved definerte koder benyttes for å skille mellom stykkene av informasjon som skal identifiseres. Denne teknologien for identifika-sjon av og sortering av informasjon er i seg selv kjent for en fagmann innenfor feltet.

Oppfinnelsen realiseres ved en fremgangsmåte og et CDMA-basert telekommunikasjonssystem, for å allokere koder til brukere, som angitt i respektive selvstendige krav 1 og 5, mens alternaive utførelser er angitt i de respektive uselvstendige krav 2-4 og 6-8.

Av kjent teknikk skal det blant annet refereres til US 5,914,950 A, GB 2 310 972 A, US 5,752,194 A og DE 198 35 643 Al.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved telekommunikasjonssystemer som anvender CDMA (Code Division Multiplex Access)-teknologi ved utveksling av informasjon mellom brukere, i samsvar med krav 1. Ressurser blir allokert til brukerne, korresponderende til i det minste en lavest forespurt kapasitet. En avveining, relatert til en orden av prioritet mellom brukerne, blir videre allokert enhver tid til brukerne. Basert på tilgjengelig informasjon blir kapasitet allokert til brukerne ifølge en maksimal allokering med hensyn til at den totale kapasiteten til systemet ikke overgås.

Optimaliseringsproblemet som skal løses er at maksimum for summen av alle til brukerne allokerte ressurser, med hensyn til den nevnte avveining, utnevner en allokering av ressurser mellom brukerne. Videre skal allokerte ressurser ved hvert nivå korrespondere til en til brukeren nødvendig laveste ressurs, og at summen av alle til brukerne allokerte ressurser dekkes av den totale kapasiteten til systemet, og at hver bruker blir allokert på det meste en kode. Den nevnte avveining blir videre uttrykt ved heltall, som resulterer i at optimaliseringsproblemet er mulig å løse ved forgreningsmetoder. Løsningen gjør mulig at tilgjengelige ressurser i systemet blir allokert og reallokert mellom brukerne avhengig av løsningen til optimaliseringsproblemet. Ved allokering av ressurser blir det rettet mot at frie ressurser frembringes, som utgjør reserver for fremtidige behov.

Oppfinnelsen vedrører videre telekommunikasjonssystemer som anvender CDMA, Code Division Multiple Access, teknologi for utveksling av informasjon mellom brukere, i samsvar med krav 5. Videre skal ressurser bli allokert til brukerne. For dette formålet er systemet innrettet til å allokere til brukerne ressurser korresponderende til i det minste en lavest indikert kapasitet. Systemet allokerer videre til brukerne en avveining ifølge brukernes hver gang allokerte orden av prioritet. Systemet omfatter videre en beregnings-og allokeringsenhet som hver gang beregner en optimal allokering av tilgjengelige ressurser, ifølge hvilke ressurser blir allokert eller reallokert mellom brukerne innen den totale kapasiteten til systemet. Beregningen og realloker-ingsanordningen er innrettet til å beregne maksimum for summen av alle til brukerne allokerte ressurser i forhold til den indikerte avveiningen. Løsningen til optimaliseringsproblemet indikerer ved det hvordan ressurser skal allokeres mellom brukerne. Systemet frembringer videre informasjon om beregningen og allokeringsanordningen indikerer største og minste ressurser som respektive brukere trenger ved enhver tid. Optimaliseringsproblemet løses med hensyn til at brukerne er allokert i det minste laveste ressurs som er nødvendig og at ressursene til systemet ikke blir overgått. Hensyn blir videre tatt til at optimaliseringsproblemet blir løst med hensyn til at brukerne er allokert maksimalt en kode.

Oppfinnelsen gjør mulig at ressurser, koder i CDMA-tilfellet, i et frekvensspektrum blir gitt en optimal allokering avhengig av brukernes behov ved enhver tid. Dette betyr på den ene side at brukerne blir kun allokert kanalområdet som er nødvendig ved enhver tid. På den andre side at ressursene som eksisterer blir allokert på best mulig måte for å frembringe områder for fremtidige behov.

Videre presenterer oppfinnelsen en definisjon av eksisterende optimaliseringsproblem, hvorved problemet kan ses i en form som kan løses ved forgreningsmetoder. Konsekvensen av dette er at matematiske metoder egnet til å bli løst ved hjelp av datamaskinprogrammer kan introduseres og kobles med allokering av kanalene til brukerne. Videre fordeler er at en prioritet mellom brukerne blir introdusert og denne tillates å variere avhengig av om brukerne er blitt allokert ressurser eller ikke, og avhengig av tid på dag, antall brukere hver gang, etc. Figur 1 viser kanalallokering i et analogt radiosystem. Figur 2 viser kanalallokering i et pakkeorientert radiosystem. Figur 3 viser anvendelse av spektrum i et system ifølge oppfinnelsen. Figur 4 viser trestrukturen til kanalene ifølge oppfinnelsen.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives på basis av figurene og uttrykkene i dem.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et CDMA basert telekommunikasjonssystem for allokering av ressursområde til brukere fra det gitte kapasitetsområdet til systemet. For dette formålet blir et optimaliseringsproblem benyttet som kan løses ved forgreningsmetoder. Maksimum søkes for summen av alle til brukerne allokerte ressurser med en allokert avveining som indikerer orden av tilstedeværelse mellom brukerne. Det indikerte problem blir løst ved at alle brukerne blir allokert maksimalt en ressurs; at hver bruker blir allokert i det minste den ressurs som er nødvendig, og at allokert ressurs ikke overgår en definert høyest ressurs. Videre at summen av alle allokerte ressurser ikke overgår de totale ressursene til systemet. Beregningene og allokeringen av ressursallokering utføres i en i systemet integrert beregnings- og allokerings-anordning.

Allokering av ressurser til brukere skal utføres ifølge et mønster som gir optimal utnyttelse av tilgjengelige ressurser. Allokering utføres i et kodetre, som er vist i figur 4, hvor hensyn skal tas til hvilke ressurser som allerede har blitt allokert til brukerne. For å finne ut om en ressurs er blitt allokert til en bruker, blir en variabel x med indeks i definert for brukeren, og j for ressursene. Variabelen x er følgelig gitt verdien 1, hvis ressursen er allokert til brukeren, eller 0 når ingen ressurs er gitt til brukeren.

Antall ressurser ved nivå j for brukerne i er beskrevet av en variabel y med indeks i som indikerer brukeren, og j indikerer angjeldende nivå. Antall ressurser y ved nivå j er definert som 2 opphøyd i j. Verdien j er satt til 512/SF hvor SF er spredefaktor. At 512 blir benyttet i denne sammenheng er på grunn av eksisterende praksis. Anvendelse av andre tall er som sådan intet hinder for oppfinnelsen som muliggjør hvilket som helst tall innenfor spesifiserte definisjoner. Videre er det definert en høyest og en lavest verdi som variabelen tillates å ta. Den laveste verdien indikerer ved dette den laveste ressurs som kan allokeres til en bruker x for å gjøre det mulig for han/hun å utføre den ønskede kommunikasjonen. Den maksimale ressurs definerer den største ressurs som en bruker trenger. Summen av alle allokerte ressurser som benyttes av brukerne skal utgjøre, eller være under, tilgjengelig kapasitet. Den totale ressurs skal følgelig bli allokert mellom brukere hvor kapasitetsbehov til hver på den ene side er ulikt, og på den andre side kan variere i tid. Videre blir brukerne gitt en avveining a, som indikerer hvor viktig det er at brukeren blir allokert en ressurs i forhold til andre brukere. Avveiningen tillates å variere avhengig av om brukeren allerede er allokert en ressurs eller ikke. Videre indikerer avveiningen om en bruker har en høyere prioritet enn en annen bruker. Med disse definisjonene er følgelig en mulighet gitt til å bestemme orden av prioritet mellom brukere som er blitt allokert ressurser og de som skal bli allokert ressurser i det eksisterende systemet. En indikert avveining er som sådan tillatt å anta hvilken som helst verdi, men for å frembringe et optimaliseringsproblem for x er det fordelaktig å benytte heltall. Dette resulterer i et optimaliseringsproblem hvor maksimum blir søkt for, for summen av alle allokerte ressurser med tilhørende avveining, forutsatt at tilgjengelige ressurser ikke overgås, og at brukeren blir gitt den laveste ressurs som er nødvendig, og at summen av alle til brukerne allokerte ressurser ikke overgår maksimal kapasitet til systemet, og at hver bruker kun blir allokert en kode som definerer en ressurs som er innenfor et intervall definert av brukerens høyeste og laveste behov. I problemet er det følgelig inkludert å bestemme om brukerne skal allokeres ressurser eller ikke, og i de tilfeller allokering utføres, størrelsen på ressursene. Med et oppsett som beskrevet ovenfor er en formulering frembrakt som er klassisk innenfor optimali-seringsteori, og som for eksempel løses ved hjelp av forgreningsmetoder, som kan finnes i manualer for optimali-seringsteori.

Det følgende problem skal løses

a har verdi som settes av operatøren for hver bruker. Hvor N er kapasitet i basestasjonen, og

Som videre betyr at xi(j

= binærvariabel som indikerer om bruker i er allokert på ressurs j

antall ressurser for bruk av i ved nivå j, hvor j=512/SF, hvor SF er spredefaktor

hvor m(i) representerer den laveste verdi av y(i,j) og M(i) den maksimale verdi til y(i,j).

Ortogonalitet for kanalene er videre et krav i løsningen av problemet ovenfor.

I formuleringen av problemet ovenfor er verdiene ai(j blitt valgt som heltall, som resulterer i at kodeallokerings-problemet blir satt til en form som er kjent og hvor effektive metoder for løsning eksisterer. Den endelige verdien til målfunksjonen, i beste verdi, er i denne sammenheng av sekundær viktighet på grunn av at kun vektoren x som når optimal verdi er av interesse. Den absolutte verdien av ai(j er følgelig ikke av interesse, men kun forholdet mellom dem. På grunn av at verdiene kan settes til vilkårlige verdier, og spesielt heltallverdier, kan en relativ avveining mellom uttrykkene oppnås. Ved å oppdele målfunksjonen med et heltall forstås det at en avveining kan oppnås mellom de ulike komponentene som er skjønnsmessig nærme til en avveining hvor virkelige verdier til avveiningsverdiene er tillatt.

På grunn av at problemet ikke er statisk, men endres over tid, er det nødvendig at systemet vedvarende løser det ovenfor beskrevne optimaliseringssystem. For dette formål er systemet gitt en enhet som har som oppgave å beregne optimaliseringsproblemet og, basert på dets løsning, å allokere ressurser mellom brukerne. Informasjonen nødvendig for å finne ut de ulike behov til brukerne ved hvert tids-punkt hentes fra respektive brukere og fra operatøren-/operatørene som er ansvarlig for brukerne og kapasitet som behøves.

Til enhver tid er det følgelig en innsamling av informasjon fra brukerne og operatørene vedrørende ønskene til brukerne, kriterier til operatørene for brukerne i beregning og ressursallokeringsanordningen. Etter det blir løsningen på optimaliseringsproblemet beregnet, hvilken løsning ikke nødvendigvis må løses nøyaktig, men kun må løses med hensyn til størrelsesorden. Ved løsning av optimaliseringsproblemet er det imidlertid nødvendig at vektor x skal opprettholdes som et heltall med elementer hvor verdiene er 0 eller 1. Beregningsenheten bestemmer etter det hvordan ressursene er allokert mellom brukerne og hvis ressursallokering skal endres fra én eller flere av brukerne med den hensikt å optimalisere benyttelse av systemets tilgjengelige maksimale ressurs og, så langt som mulig, frembringe reserveområde for fremtidige behov fra brukerne.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved et CDMA-basert telekommunikasjonssystem, for å allokere koder til brukere, hvori en bruker allokeres en avveining som indikerer brukerens prioritet i forhold til andre brukere, karakterisert v e d at brukeren allokeres en kode tilsvarende til i det minste en lavest kapasitet som brukeren forespør, og at koden oppnås fra et optimaliseringsproblem hvor maksimum blir søkt for, for summen av all allokert kapasitet med tilhørende avveining, forutsatt at maksimal kapasitet til systemet ikke overgås.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at optimaliseringsproblemet blir løst forutsatt at den allokerte koden, ved hvert nivå, for hver bruker, i det minste samsvarer til en for brukeren lavest kapasitet, at den allokerte kapasitet ikke overgår den totale kapasiteten til systemet, og at hver bruker allokeres på det meste en kode.

3. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at avveiningen indi-keres ved heltall, og ved at optimaliseringsproblemet løses ved hjelp av forgreningsmetoder.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kapasitet allokeres og reallokeres mellom brukere avhengig av løsningen til optimaliseringsproblemet, hvori informasjon nødvendig for å finne ulike behov til brukerne hver gang hentes fra respektive brukere og fra operatører ansvarlig for brukerne og nødvendige kapasiteter.

5. CDMA-basert telekommunikasjonstelesystem, innrettet til å allokere koder til brukere, hvori systemet er innrettet til å allokere en avveining til en bruker som indikerer brukerens prioritet i forhold til andre brukere, karakterisert ved at systemet er innrettet til å allokere en kode til brukeren korresponderende til i det minste en lavest kapasitet som brukeren forespør, og at en beregnings- og allokeringsenhet er innrettet til å løse et optimaliseringsproblem hvor maksimum av summen av all allokert kapasitet med tilhørende avveining blir søkt for, for å derfra oppnå nevnte kode, forutsatt at maksimal kapasitet til systemet ikke overgås.

6. System i samsvar med krav 5, karakterisert ved at, på basis av informasjon gitt av systemet, beregnings- og allokeringsanordningen er innrettet til å finne den minste og den største kapasitet som hver bruker trenger, og beregnings-og allokeringsanordningen er innrettet til å løse optimaliseringsproblemet på betingelse av at brukerne blir allokert minst den laveste nødvendige kapasitet, og den totale kapasitet til systemet ikke overgås.

7. System i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at hver bruker blir allokert på det meste én kode.

8. System i samsvar med krav 7, karakterisert ved at koden definerer kapasitet som er allokert til brukeren.