SE457763B - Foerfarande att utjaemna spaerrsannolikheten i ett cellindelat mobilradiosystem - Google Patents

Description

457. 763 10 15 20 25 30 interferensområde. Storleken av interferensomradet ges av interferens- avståndet.

Den dynamiska kanaltilldelningsprincipen ger bäst uppförande vid lag be- lastning. Dess flexibilitet ger systemet lägre sannolikhet för spärr och mindre variationer av spärren mellan olika celler vid varierande belastning mellan cellerna, jämfört med den fixa kanaltilldelningen.

En ytterligare metod som har bättre allmänna egenskaper är hybrid kanal- tilldelning, vilken âr en kombination av fix och dynamisk tilldelning. Varje cell tilldelas i detta fall ett visst antal fasta (fixa) kanaler, och de återstaende kanalerna tillhör den gemensamma poolen. Kanalerna fran poolen används da det inte finns någon kanal ledig i den fixa gruppen. Kapaciteten ökas om omflyttníng (rearranging) införs, det vill säga då ett samtal i en cell på en kanal ur den fixa gruppen kopplas ner, flyttas ett samtal som är uppkopplat pa 'en dynamisk kanal (om någon är utnyttjad) över till den nu fixa kanalen. Ett system med hybrid kenaltilldelning har i många fall den dynamiska principens fördelar, men ger ett mera robust uppförande vid hög belastning.

Genom att införa ett system med överlagrade kanalåterupprepningsmönster (cellcluster) kan stora kapacitetsvinster göras (fig 1). Detta är en bra metod att uppgradera kapaciteten i ett :edan befintligt system, eftersom inga nya basstationer behöva införas. Metoden utnyttjar förhållandet att en mobil, som ur signalmottagningsförhållande (i princip geografiskt avstånd) är nära bas- stationen, kan tilldelas en kanal som har ett kortare kanalaterupprepnings- avstånd, med andra ord mobilen kan tilldelas en kanal som tillhör ett cellclizster som bestar av färre celler och är överlagrat på det större cellclustret. Denna metod kallas "reuse partioning", se ref (3). Generellt sett kan flera cluster överlagras, se ref (4). Metoden ger stora kapecitetsvinster eftersom det resulterande systemet får en högre kanalåterupprepning.

Referenser till känd teknik: (1) D.C Cox och 0.0 Reudink, ”A comparison of Some Channel Assignment Strategies in Large-Scale Mobile Comrnunikation Systems, 'WÉEE Trans. on Comm, Apr. 1972. (2) D.C Cox och D.C Reudink, “increasing Channel Occupancy in Large-Scale 10 15 20 457 763 Mobile Radio Systems: Dynamic Channel Reaseignment, ”IEEE Trans om Veh.

Tech., Nov 1973. (3) S.W. Halpern, "Reuse partitioning in oellular systems", Prcc of IEEE VEH.

Techn. Conf. 1983 p.p. 322-327. (4) J.F. Whitehead, "Cellular Spsctrum Efficiency via Reuse Planning, "IEEE Conference 1985.

REDOGÖRELSE F ÖR UPPFINNINGEN Ett problem med överlagrade cellmönster (reuse partitioning) är att spärren för mobiler som är jämförelsevis langt ifran busstationen (B-trafik) år mycket högre än för mobiler som är närmare basstationen (A-trafik). Enligt före- liggande uppfinning kan spärren för B-trafiken minskas med en liten förlust i totalt avverkad trafik, om nagra fa kanaler i någon mening reserveras för B- trafiken. En konkret metod är att använda hybrid kanaltilldelning för kanalerna som tillhör det större cellclustret, och reservera de dynamiska kanalerna i den hybrida modellen för B-trafik. Ett dylikt system med totalt 800 kanaler, bestående av li-cellcltzster kombinerat med 9-celicluster ger en kapacitetsvinst pa drygt 40% relativt ett system med 9-cellcluster och fix kanaltilldelning, då spärren är 5% och den totalt erbjudna trafiken fördelas lika på de tva oellclusterna (A-trafiken är lika stor som B-trafiken).

Metoden enligt ippfimingen är därvid kännetecknad enligt patentkravets 1 kännetecknande del.

FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 visar schematiskt en del av ett cellindelat moblltelefonsystem; Figur 2 visar schematiskt tilldelningen av ett antal kanaler för tva olika -457 763 10 15 20 25 30 trafikflöden i systemet enligt figur 1; Figur Sivisar schematiskt en tilldelning som i figur 2 men med s k skydd av specifika kanaler enligt uppfinningen; Figur 4 visar schematiskt tilldelningen av kanaler enligt figur 2 men med s k tillstànd av specifika kanaler beroende kanalskydd enligt uppfinningen; Figur 5 visar ett diagram för att åskådliggöra fördelen med metoden enligt uppfinningen. uTFtiRmGsi-'ORMER Figur 1 visar i illustrerande syfte en avgränsad del av ett cellindelat mobil- radiosystem med överlagrade celler där metoden enligt uppfinningen är til- lämpbar. Ett mtal större celler (storceller) är betecknade Cl, C2,..., G9. Ett antal mindre celler (smaceller) cl, ..., c9 är överlagrade pa storcellerna och antalet smacaller är lika med antalet storceller.

Cellerna har i detta exempel indelats sa att tre stor-celler och tre srnaceller är grupperade kring en gemensam basstation Bl, 82, 83. Alla smaceller indelas i tre stycken S-cellscluster, medan storcellerna utgör ett 9-cellscluster. Kanal- aterupprepningsavstandet för smacellerna år i figur 1 betecknat med d. Detta innebär att samma kanaluppsättning (1, 2, 3) för smacellerna kan aterupprepas från en besstation till en annan med avståndet d. Smâcellsclustret (cl-c3) förfogar därför över samma kanaluppsättning som smacellscluaterna (câ-có) och (c7-c9). Antalet kanaler som tilldelats varje smacell i systemet betecknas fortsättningsvis med n, och denna grupp av kanaler benämns “J-clustergruppen”.

Varje stor-cell C1-C9 är pa motsvarande sätt tilldelat kanaler, vilka kan utnyttjas inom hela det omrade som hör till en storcell, och denna grupp benämns forsättningsvis "ßclizstergruppen". Följaktligen är för en mobiisom befinner sig i en smaceil n+m kanaler potentiellt tillgängliga. En mobil inom en stol-call men utanför en smacell har m kanaler potentiellt tillgängliga.

Observera att storleken på srnecell- och respektive storcellclustem enbart är exempel, och andra storlekar pa clustern kan förekomma.

Varje cells fast tilldelade kanaler delas upp i tva grupper en för 3-cellscltistret och en för 9-cellscluatret. Varje basstation 81-83 sänder med samma uteffekt 10 15 20 25 30 5 D 451 763 oberoende av vilken clustergrupp som kanalen tillhör. Det är de för tillfället radande transmissionsförhallandena som avgör om en mobil befinner sig i ett 3- eller 9-callscluster. Sannolikheten att en mobil ska befinna sig i omradet, där en kanal som tillhör B-cellsclustrets kanalgrupp (S-clustergruppen) kan användas, ökar med avtagande avstand till basatationen. Vid uppkoppling provar man först om en kanal ur B-clustergruppen kan användas. Om sa inte är fallet, tilldelas mobilen en ledig kanal ur 9-clustergruppen. Pa detta sätt avgörs om mobilen befinner sig i ett 3- eller 9-cellsoluster, och den tätare kanalaterupprepningen används i första hand.

De möjliga lppdelningarna av antal kanaler i de bada grupperna ges av sambandet: ' "total antal kanaler i systemet" = 3 x "antal kanaler i B-ciustergruppen" + 9 x ”antal kanaler i 9-clustergruppen" =3n+9m Vid ett konstant antal kanaler i systemet framgar av formeln ovan att om en kanal flyttas fran 9-elustergruppen till B-clustergruppen, minskar antalet kanaler i 9-clustergrtippen med 1, medan antalet kanaler l B-clustergrtippen ökar med 3.

Mobiler som ligger nära basen tilldelas i första hand kanaler som tillhör 3- cellsclustret. Om dessa är upptagna kan mobilen tilldelas en kanal som tillhör 9- cellsclustret. Mobiler som ligger langt ifran basen tilldelas! kanaler som tillhör 9-eellsclustret. Det finns en viss möjlighet att en mobil pa langt avstand kan koppla :pp en ledig kanal ur Lclilstergrllppen. Sannolikheten för att detta ska vara möjligt är liten, eftersom samma kanal även maste vara ledig i de interferarande cellerna. Man kan även uttrycka det som att aerviceytms storlek varierar med rådande interferensförhallanden.

Om kvaliteten är för dalig pa en kanel i 3-elustergrlppen kan basen antingen tilldela mobilen en armen kanal ur samma grupp eller en kanal ur 9-cluster- gruppen. Handover i den andra riktningen, fran 9-cluetergruppen tlll J-eluster- gruppen, år mera besvärlig. Det kräver att mobilen kontinuerligt utför mät- 457 763 1D 15 20 25 30 r ningar för att avgöra om mobilen har förflyttat sig in i B-cellsclustret. För att ge systemet en sa hög kapacitet som möjligt, skall kanaler ur S-clustergruppen används sa mycket som möjligt.

Figur 2 visar schematiakt hur i en storcell ett mtal kanaler Nl-Nn tilldelats 3- clustergruppen och hur ett antal kanaler Ml-Mm tilldelats S-clustergruppen.

Den inkommande trafiken markerad med A (A-trafiken) utgörs av anrop från mobiler inom den överlagrade smacellen, och den inkommande trafiken markerad med B (B-trafiken) är följaktligen de resterande anropen inom stol-cellen. En loyssmarkerad ring vid respektive kanalbeteckning anger att kanalen tillfälligtvia är belagd (upptagen). Eftersom kanalerna Ml-Mm kan utnyttjas av bade trafik A och B, i den man A-trafiken söker kanal inom 9- clustergruppen, kommer en upptagen kanal Mk för trafik B även vara upptagen för trafik A och vice veraa. Detta markeras i figur 2 med dubblerade ringar, och en Lpptagen kanal markeras med ett kryss i bada ringarna och med en pil som utger från ringen tillhörande den trafiktyp som belagt kanalen. l exemplet enligt figur 2 har B-trafiken belagt kanalerna M1, M2 vilka således verkar upptagna för trafik A. Trafik A har belagt kanalerna Nl, NZ.

Tva olika typer av omflyttningar är möjliga. Det är dels möjligt att mer eller mindre permanent flytta kanaler mellan de olika kanalgrupperna (3-cluster- gruppen och 9-cluatergrqapen). En dylik omflyttning kan öka den totala kapa- citeten i systemet och antalet kanaler i respektive grupp är beroende pa storleksförlialladrlet mellan A- och B-trafiken. Den andra typen av omflyttning innebär att om en mobil i en smâcell initialt tvingas att uttnyttja en kanal ut 9- clustergruppen, beroende pa att aamtliga kanaler i 3-clmistergrtippen var upp- tagna vid anropet, och en kanal ur B-clustergruppen blir ledig under den aktuella mobilens samtal, förflyttas samtalet från 9-cllratergrtppen. Även denna typ av omflyttning, vilken benämns “rearranging" och är markerad med pilen P i figur 2, höjer den totala trafikkapaclteten i systemet.

En nackdel med den ovan beskrivna grundkonfigurationen är att spärren för mobiler inom smàcellema (A-trafiken) alltid blir lägre, l manga fall radikalt lägre, än epàen för B-trafiken. Ur syatemtekniak synvinkel är detta ett allvarligt problem, eftersom spärren i utkanten av en atorcell bör vara lag för att underlätta för över-flyttning av samtal mellan olika storceller. Den aktuell 10 15 20 25 30 v 457 763 uppfinningen är tänkt att lösa detta problem.

Enligt uppfinningen föreslas att införa ett skydd av specifika kanaler (fievice protection") i 9-clustergriippen. Kanalskyddet imebär att ett antal, säg k, specifika kanaler i 9-clustergruppen reserverats för B-trafiken och far ej utnyttjas av A-trafiken. Antalet kanaler för A-trafiken som potentiellt finns tillgängliga blir i detta fall n + m - k, emedan motsvarande antal för B-trafiken förblir lika med m. Därvid ökar visserligen spärren för A-trafiken, men ej i sa hög grad som minskningen av spärren för B-trafiken. Man erhaller därför en utjämning av de tva spärr-arna, utan att förlora total trafikverkningskapacitet.

I figur 3 illustreras kanalskyddet för k=2 med att de tva sista kanalerna i 9- clustergruppen markerats med ringar enbart för B-trafiken. De k reserverade kanalerna kan vara dynamiska kanaler eller fixa kanaler, eller bade dynamiska och fixa (hybrid kanaltilldelning) enligt val som ovan nämnts under "teknikens ståndpunkt". ' En vidareutveckling av idén enligt figur 3 är illustrerad i figur 4, i vilken upptagna kanaler i 9-clustergruppen markeras med kryss i de dubblerade ringar som är längst till vänster i figuren. Enligt denna utföringsform införs, istället för skydd av specifika kanaler, ett tillstandsberoende kanalskydd ("state pro- tection"). Detta kanalskydd, med skydd av k kanaler, innebär att A-trafiken tillats att utnyttja en kanal i 9-clustergruppen om, vid tillfälle-för enropet, det totala antalet belagda kanaler i 9-clustergriippsn, vad avser A- saväl som för B- trafik, är färre än rn-k. I figur l; illustreras det tlllstandsberoende kanalskyddet för k=2 med ett vertikalt streck markerat med S och placerat omedelbart till vänster om den ring för A-trafiken som markerar den m-lzsta kanalen i 9- clustergruppen. Enligt denna idé är samtliga kanaler l 9-elustergrqzpen fixa.

Figur 5 visar ett diagram över spërrsannolikheten som funktion av den erbjudna trafiken för att rnobiltelefonsystem, som utnyttjar metoden enligt uppfinningen i fallet tillstandsberoende kanalskydd (enligt figur 4). De streckade linjerna anger spärren för A-trafiken och de hsldragna anger spärren för B-trafiken. l figur S är 2 olika fall visade med samma antal kanaler i bada fallen nämligen n=66 och m=67. l det första fallet visas spârrsannolildieten för systemet utan nagon reservation av kanaler (figur 2). De bada karakteristikerns al-az âr här skarpt atskilda vilket anger olikheterna i spärr. I det andra fallet da metoden 457 763 enligt qapfinningen tillämpats och då 4 kanaler reserverats för tillatands- beroende kanalskydd ligger de båda karakteristikerna bl-bz nåra varandra, vilket anger att spärren för trafiken A och B utjärnnats.

Claims (10)

10 Q ' 457 163 PATENTKRAV

1. Metod att utjämna apärrsanwnoliklweten i ett cellindelat mobilradiosystem indelat i ett antal storceller, tillhörande ett x-cellcluster, och ett pa dessa storceller överlagrat antal smäceller, tillhörande ett y-cellcluster, där y är mindre än x, varvid för en mobil l varje smaeell ett antal n+m kanaler är potentiellt tillgängliga och för en mobil i omrâdet inom motsvarande storcell men utanför tillhörande smacell, ett antal m kanaler är potentiellt till- gângliga, k ä n n e t e c k n a d av att ett antal k (D de m kanalerna är reserverade enbart för trafik generad inom storcellen men utanför tillhörande smâcell (B-trafik) och spärrade för trafik genererad inom smacellen (A-trafik).

2. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reserveradekanaler (k stycken) är tilldelade storcellen enligt algoritmen för fix kanaltilldelning.

3. Metod enligt patentkrav 1, k ä n e t e c k n a d av att nämnda reserv- erade kanaler (k stycken) är tilldelade storcellen enligt algoritmen för dynamisk kanaltilldelning.

4. Metod enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reser- verade kanaler (k stycken) är tilldelade storcellen enligt algoritmen för hybrid kanaltilldelning, det vill säga de reserverade kanalerna delas upp l ett antal fixa kanaler och ett antal dynamiska kanaler.

5. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av'att de k reserverade kanalerna ej utgör specifika kanaler, utan reservationen beror av beläggnings- tillatandet bland de m kanalerna, på ett sådant sätt att A-trafiken tillåts att belägga en av de m kanalerna enbart om färre äm m-k av de m kanalerna är belagda A- eller B-trafik.

6. Metod enligt patentkrav li, k ä n n e t e c k n a d av att omflyttning av ett pågående samtal fràn en kanal ur gruppen med reserverade dynamiska kanaler till en kanal ur gruppen med reserverade fixa kanaler tillämpas, om en kanal bland de reserverade fixa blir ledig. 457 763 /0

7. Metod enligt patentkrav 4 och 6: k ä n n e t e c k n a d av att omflyttning av ett pågående samtal från en kanal ur gruppen med reserverade fixa kanaler till en kanal bland de m-k kanalerna av de m som ej är reserverade tillämpas, om en kanal bland de m-k av de m som ej är reserverade blir ledig.

8. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e e k n a d av att j av de k (O reserverade kanalerna utgöra av specifika dynamiska kanaler, och att reserva- tionen i övrigt beror av belâggningetiilståndet bland de resterande m-j kanalerna, på ett sådant sätt att A-trafiken tillåta att belägga en av dessa m-j 5 kanaler erubart om färre än m-k av de m-j kanalerna ir belagda av A- eller B- trafik.

9. Metod enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d av att omflyttnign av ett pågående samtal från en kanal ur gruppen med j reserverade dynamiska kanaler till en kanal bland de resterande m-j kanaler tillämpas, om en kanal bland de resterande m-j kanalerna blir ledig.

10. Metod enligt patentkrav 1 till och med 9, k ä n n e t e c k n a d av att omflyttning av ett pågående samtal, som är uppkopplat på en av de m kanalerna (M1-Mm), men som skulle kunna utnyttja en av de n kanalerna (Nl-Nn), från den aktuella kanalen till en kanal av de n kanalerna tillämpas, om en av de n kanalerna blir ledig.