SE465146B - Metod foer foerdelning av ett givet antal radiokanaler i ett radiosystem - Google Patents

Description

465 146 2 10 15 20 25 30 35 40 för att minimikraven för förbindelsekvaliteten skall vara uppfyllda.

Uteslutningsmatrisen möjliggör i sin tur körning av tilldelningsprogram och kanaltilldelningar erhålls för en situation med mycket väl kända och önskade interferensförhållanden vilket borgar för en bra förbindelsekvalitet.

I litteraturen finns mycket skrivet om algoritmer för frekvenstilldel- ning (kanaltilldelning) för telekommunikationssystem av olika slag. Exempel- vis anger William K. Hale följande procedur, som förenklat består av följande steg: 1. Definiera aktuell situation med en mängd sändare och deras täcknings- områden. 2. Numrera dessa sändare. 3. Definiera i matrisform relevant växelverkan mellan varje sändare och övriga sändares täckningsområden. 4. Utför algebraiska operationer på raderna i matrisen enligt ett bestämt schema. Detta schema utgör i själva verket tilldelningsalgoritmen. 5. Algoritmen resulterar i en förändrad matris varur en kanaltilldelning kan utläsas.

Denna procedur är deterministisk, vilket innebär att varje gång algoritmen genomlöpes erhålles exakt samma tilldelning för en och samma konstellation av sändare. I en artikel av Andreas Gamst "A resource allocation technique for FDMA systems" publicerad i Alta Frequenza, Vol. LVII-N.2 feb-mars 1988, beskrivs en teknik för resurstilldelning i mobilradiosystem. Kanalbehovet och uteslutningsmatrisen erhålles med datorprogram (GRAND) som utnyttjar topografiska data, förutsägelser om vågutbredningen och en statistisk modell för stationsbyte (hand-over). För ett cellsystem beräknas den nedre gränsen för behovet av antalet frekvens- kanaler. En heuristisk tilldelningsalgoritm, som ger en frekvenstilldel- ningsplan, itereras och antalet frekvenser beräknas för varje frekvensplan.

Tilldelningsalgoritmen inbegriper en slumpstyrning och antalet frekvenser blir därför inte samma vid varje iteration. Om antalet frekvenser i en frekvensplan är mindre än eller lika med den beräknade nedre gränsen för frekvensbehovet har man funnit en acceptabel frekvensplan och iterationerna avslutas. ¿ KÜRTFATTAD SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning tillhandahåller en ny och förbättrad tilldel- , ningsalgoritm, som dels utnyttjar på matematisk/logisk väg beräknade godhetstal för bildning av möjliga kombinationer av stationer och dels utnyttjar slumpteknik för val av en av dessa kombinationer. Uppfinningen är närmare angiven i de åtföljande patentkraven. 10 15 20 25 30 35 40 465 146 3 KÛRTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, varav fig. 1 illustrerar hur en mobil utsätts för störning från en intilliggande basstation, ïg. 2 illustrerar hur en bas utsättes för störning från en mobil i intilliggande område, fig. 3a och 3b är exempel på korsinterferensmatriser, fig. 4a och 4b illustrerar uteslutningsmatriser tillhörande korsinter- ferensmatriserna i fig. 3a och 3b, varvid matrisen i fig. 4b är en symmetri- serad nedlänkmatris, fig. 5 illustrerar en upplänkmatris, fig. 6 illustrerar en uteslutningsmatris hörande till matriserna i Qb och 5, 7 är en lista över basstationer med otilldelade kanaler, fig. fio. fia 8 är 9 är 10 är tilldelningsmatrisen enligt fig. 9 i tabellform, ett exempel på en uteslutningsmatris, fig. ett exempel på en tilldelningsmatris, fig. fig. 11 är en tabell över slumpmässig utpekning av kompatibla rader med tilldelningsalgoritmen enligt uppfinningen, fig. 12 är ännu ett exempel på en tilldelningsmatris med en ytterligare störningsgrad, och fig. 13-15 är exempel på plottbilder för olika interferenssituationer.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÜREDRAGNA UTFÜRINGSFÛRMER AV UPPFINNINGEN Uppfinningens ändamål är att åstadkomma resurstilldelning i ett radiosystem. Förutsättningarna är att det finns ett antal basstationer med var sitt täckningsområde och ett frekvensband för systemet med ett begränsat antal kanaler. Det finns också krav på vilket störförhållande C/I som krävs för bra mottagning och hur mycket interferens mottagare tål i angränsande kanaler. Fältstyrkor uppmätes längs de relevanta vägarna inom respektive täckningsområden. Ur mätvärdena beräknas korsinterferensmatriser som med numeriska värden anger störningsförhållanden mellan sändare. Ur korsinter- ferensmatriserna beräknas en uteslfi figsmatris som i symbolisk form anger störförhållanden mellan sändare, s; rellt basstationer. Med hjälp av uteslutningsmatrisen utföres kanaltilldelningen.

Med användning av en speciellt kalibrerad mottagareutrustning uppmäts mottagen effekt från samtliga basstationer på relevanta trafikleder i det geografiska området som omfattas av mobilradiosystemet. De uppmätta fältstyrkorna utgör för dessa mätningar medelvärden över delsträckor om 20 m (ca 30 våglängder) och varje delsträcka är knuten till en koordinatanqivelse. 465 146 4 10 15 20 25 30 35 40 Fältstyrkevärdena representeras i mätmaterialet av mottagen signaleffekt i dBm. Mätningarna är inte så omfattande som det låter eftersom man i själva verket kan registrera fältstyrkor upp till än tolv basstationer åt gången.

Det är helt möjligt att göra alla nödvändiga mätningar för en cell inklusive täckning och interferensområde under en natt. Det har redan med framgång utförts denna typ av mätningar i Stockholmsområdet.

Mätningarna ger kännedom om vilken potentiell effekt en mottagare i en mobil skulle motta från olika celler varhelst mobilen befinner sig inom det geografiska området. Man kan också lätt beräkna den potentiellt mottagna effekten vid en godtycklig basstation härrörande från mobiler inom täcknings- området. Man känner alltså till interferenssituationen både för mobilerna och basstationerna.

Uteslutningsmatrisen utgör således en systematisk beskrivning i symbolisk form av hur olika basstationer, alternativt mobiler i olika täckningsområden, kan samsas samkanalsmässigt och grannkanalsmässigt.

Matrisens utseende beror av vilka gränsvärden som satts för störning och täckning. Det är viktigt att förstå att en uteslutningsmatris visserligen innehåller information om hur kanaler kan disponeras men trots detta inte är en storhet som är frekvensberoende utan endast beskriver relationer mellan fältstyrkor i rummet.

Eftersom interferenserna kan beskrivas dels med avseende på basstatione- mottagarna, dels med avseende på de mobila enheternas mottagare finns det en upplänkmatris och en nedlänkmatris. (Vid personsökninssystem används natur- ligtvis endast nedlänkmatrisen.) Vore det så att man i praktiken kunde använda olika kanaltilldelningar för upplänk och nedlänk skulle dessa matriser efter symmetrisering kunna användas direkt var och en för sig för konstruktion av dessa tilldelningar. Man vill dock använda samma tilldelning i båda riktningarna vilket innebär att tilldelningsalgoritmerna tillämpas på unionen av dessa matriser.

Nedlänksituationen visas i fig. 1. Antag att alla basstationerna till- sammans med motsvarande serviceområden är numrerade från 1 till N. I fig. 1 visas två stationer i och j med tillhörande serviceområden. En mobil M i det i-te täckningsområdet mottar en önskad effekt Pi från den egna basstationen ¿ och en ej önskad interferenseffekt Pj från basstationen nummer j. Det är en liten skillnad mellan begreppen "serviceområde" och "täckningsområde". Med täckningsområde menar vi här alla uppmätta vägar vilka, med avseende på en given basstation, har en tillräckligt hög mottagen effekt för att tillåta tillfredsställande mottagning. I serviceområdet kan det finnas ej uppmätta punkter med god mottagning.

Den minsta tillåtna störkvoten C/I (carrier to interference) för 10 15 20 25 30 35 40 465 146 5 acceptabel kvalitet för samkanal är LP1 och det minst tillåtna C/I för acceptabel kvalitet för störning i den första gr onkanalen är LP2 osv. För den (k-1):a grannkanalen måste C/I vara större ä LPk, k í_M. Utstörnings- må *et p definieras som den bråkdel av täcknings irådet för vilken det gäller att Pi/pj < LPk k = 1,2, ... M M utgör antalet nödvändiga samkanals- och grannkanalsgränsvärden.

Elementet Pij i en generell N-te ordningens korsinterferensmatris ges av sambandet P11 Diagonalelementen sätts till noll, dvs.

Pij (LPk) : 0 för alla i och k.

Denna korsinterferensmatris P avser nedlänks tuationen och beskriver vilken störningsgrad mobiler erfar med avseende p' sändande basstationer.

Fig. 2 illustrerar upplänksituationen. I figuren visas två basstationer i och j med tillhörande serviceområden. I detta fallet utsättas basstationen i från ir arferens Qj från en mobil Mj i täckningsområdet för basstationen j.

Basstationen i mottar en önskad effekt Qi från en mobil Mi i sitt täcknings- område. Täckningsområdena är definierade på samma sätt som tidigare eller eventuellt justerade för eventuell obalans i effektbudgetarna för upp- och nedlänk.

När mobilen Mj antages genomlöpa hela täckningsområdet för base" j genereras en störeffekt i basstationen i. Den störeffekt vid basstationen i som underskrids för y% av täckningsområdet i j betecknas :ad Qjy. Lämpliga värden på y kan vara 50 eller 90. Den minsta tillåtna störkvoten C/I för acceptabel kvalitet för samkanal betecknas med LQ1 och den minsta C/I för acceptabel kvalitet för den första grannkanalen betecknad med LQ2 etc. För den (k-1):a grannkanalen måste C/I vara större än LQk, k í_M, på samma sätt som tidigare.

Utstörningsmåttet q definieras som den bråkdel av täckningsområdet för basen i för vilken det gäller att Qi/üjy < Lak En generell N-te ordningens uteslutningsmatris definieras av sambandet Ûi¿ (Lük) = q Diagonalelementen sättes till noll på samma sätt som tidigare, C 3.

Qii (Lük) = 0 för alla i och k. i 465 146 10 15 20 25 30 35 40 6 På detta sätt finns det en korsinterferensmatris för varje k = 1,2 ... beskriver vilken störningsgrad mottagarna i basstationerna erfar med avseende M. Denna korsinterferensmatris 0 avser upplänkssituationen och på sändande mobiler.

Alternativt kan upplänksmatrisen beräknas på följande sätt. När mobilen Mj i fig. 2 genomlöper hela täckningsområdet för basen j genereras en stör- effekt i basen i. Störeffekten varierar beroende på den störande mobilens momentana position och dessa olika störeffektutfall kan karakteriseras statistiskt med en fördelningsfunktion. a) Fördelningsfunktionen beräknas med utgångspunkt från uppmätta fält- styrkevärden. Störvärden genereras genom att utföra slumpníng enligt den nämnda fördelningen vilket kan realiseras exempelvis genom att låta samtliga störutfall vara representerade i tabellform och utföra en likformig utpekning över tabellens alla talvärden.

Antag att en mobil Mi genomlöper täckningsområde i och därmed erfar täckningsfältstyrkan 0i och en slumpad störfältstyrka Qj i en given punkt i täckningsområdet. Utstörningsmåttet q (q är elementet Qij (L0k) i korsinter- ferensmatrisen för upplänken) definieras som den bråkdel av täckningsområdet för basen i för vilken det gäller att Qi/Qj < Lok.

På grund av att störfältstyrkan Qj är framslumpad utgör kvoten Qi/Qj en stokastisk variabel. Konsekvensen är att även q är en stokastisk variabel som antager nya värden för varje gång beräkningen utföres. Det visar sig i prak- tiken att på detta sätt beräknade q-värden är väl samlade kring sitt medel- värde och att ett enstaka utfall kan betraktas som representativt. Skulle man inte nöja sig med detta återstår alltid möjligheten att uppskatta medelvärdet för q genom att på ovan beskrivna sätt simulera den störande mobilens inverkan ett flertal gånger. b) Fördelningsfunktionen approximeras med en logaritmiskt normal fördel- ning. Det är väl känt i litteraturen att störfältstyrkor härrörande från mobiler belägna på samma avstånd från basen är nära logaritmiskt normal- fördelade. Detta gäller även med god approximation störfältstyrkor i en bas från mobiler i ett angränsande täckningsområde. Den lognormala fördelningen ¿ är fullständigt bestämd av medelvärde och spridning vilka parametrar lätt kan , beräknas ur givna uppmätta störfältstyrkor. Jämfört med fallet a) så beräknas inte fördelningsfunktionen utan endast medelvärde och spridning för den sanna fördelningen av störvärden. Den sanna fördelningen approximeras vidare med en logaritmiskt normal fördelning. Som medelvärde i lognormala fördelningen kan mycket väl medianen för de sanna logaritmerade störfältstyrkorna användas. De simulerade störeffekterna genereras med hjälp av en generator för normalför- =' 10 15 ZÛ 25 30 35 40 465 146 7 delade talvärden samt kunskap om medelvärde och spridning enligt ovan.

Beräkningen av elementen Qij (Lük) i korsinterferensmatrisen sker analogt med vad som anges i a) ovan.

Effektvärdena Q i basstationerna från sändande mobiler är direkt relaterbara till effektvärdena P från sändande basstationer på grund av att transmissionsförlusten mellan bas och mobil ej är beroende av sändnings- riktningen. Eftersom P-värden erhålls enkelt ur uppmätta vågutbredningsdata gäller detta även för Q-värden.

För att beräkna frekvenskompabiliteten måste varje täckningsområde studeras med avseende på alla de andra täckningsområdena. Detta måste göras för alla t' på grannkah ler. Detta innebär att alla elementen i alla relevanta korsinter- fkelvärdena motsvarande interferens på samkanal eller iwferferens ferensmatriser måste beräknas. Vid bearbetning av mätdata kommer man i allmänhet inte undan att beräkna alla elementen i ned- och upplänkmatriserna för korsinterferenserna avseende åíminstone samkanalsfallet och fallet störning i iirsta grannkanalen, dvs. två korsinterferensmatriser för nedlänk och två fö. upplänk beräknas.

Det går utmärkt att göra tilldelningsprogram som fungerar med utgångs- punkt från korsinterferensmatriser men det är lättare att editera och göra förändringar i matriserna, vilket är nödvändigt om matriserna skall användas praktiskt, om de har en enklare form med inte fullt så detaljerad informa- tion. Detta är anledningen till att man vill övergå till en förenklad representation som här benämns uteslutningsmatris. I matrisen skiljer vi mellan åtminstone tre olika grader av störning som brukar betecknas ., X eller A i stigande svårighetsgrad. Symbolen "." betecknar en störning som är försumbar. Diagonalen har element som brukar betecknas med Û och som anger vilken basstation som raden eller kolumnen i matrisen hänför sig till, exempelvis Ü i rad nummer j betyder att alla interferenser hänför sig till täckningsområdet för basstation nummer j.

Ur korsinterferenserna för nedlänken med elementen Pij (LPk) kan exempelvis motsvarande uteslutningsmatris bildas på följande sätt: Antag att gränsvärdena för samkanal och första grannkanal är de enda relevanta, vilket innebär att det finns två korsinterferensmatriser Pij (LP1) och Pij (LP2). Om uteslutningsmatrisen betecknas uij och gränsvärdet för utstörningsgraden är px i de båda fallen fås matriselementen uij på följande sätt uij : "0"; i : j uij : "A"; Pij (LPZ) > px uij = "x"; P13 (LP1) > px uij = "."; P13 (m) ípx 465 10 15 20 25 30 35 40 146 8 Matriselementen vij i upplänkmatrisen bildas på motsvarande sätt genom att använda korsinterferensmatriserna Qij (LQ2) och Qij (LQ1) och motsvarande gränsvärde för utstörningsgraden py.

I fig. 3a visas ett exempel på en korsinterferensmatris Pij (LP2} och i fig. 3b en korsinterferensmatris Pij (LP1). Det gäller att Pij (LP2) í_Pij (LP1); i övrigt finns inget enkelt samband mellan matriserna och matriserna är inte heller symmetriska.

Genom att använda metoden ovan kan man beräkna en uteslutningsmatris med 0,05. Uteslut- ningsmatrisen visas i fig. 4a. Symbolerna ".", "X" och "A" motsvarar stör- hjälp av korsinterferensmatriserna i fig. 3a och 3b för px : ningar av ökande svårighetsgrad. En störning motsvarande "." kan accepteras som en samkanalsstörning. Symbolen "0" indikerar vilket täckningsområde som störningarna i samma kolumn avser. Matrisen enligt fig. 4a kan tolkas enligt följande. En mobil med täckning från basstation 1 får inte dela kanal för mottagning med en mobil i täckningsområdena 2 och 4. Den kan emellertid dela kanal med en mobil i täckningsområdet 3. Den får inte använda en grannkanal till en kanal använd av en mobil i täckningsområdet 4. Å andra sidan kan en mobil med täckning från basstationen 2 dela kanal för mottagning med en mobil i täckningsområdet 1. En mobil i täckningsområdet 2 är således inte utsatt för interferenser från basstationen 1 men en mobil i täckningsområdet 1 är utsatt för interferenser från basstationen 2. Detta innebär naturligtvis i praktiken att basstationerna 1 och 2 inte kan använda samma sändfrekvens.

Konsekvensen är att endast symmetriska uteslutningsmatriser har något praktiskt värde.

Uteslutningsmatrisen symmetriseras därför genom att låta matriselement som representerar den starkare störningsgraden gälla. Ûm matrisen i fig. 4a symmetriserar erhålles matrisen i fig. 4b, som i det här fallet representerar nedlänkmatrisen.

Ett exempel på en upplänkmatris ges i fig. 5. Enligt denna matris kan basstationen 1 i mottagningsmod inte dela kanal med basstationerna 2, 3 och 4 och kan inte ha en grannkanal till basstationen 4. Basstationen 2 utsätts för försumbar störning från mobiler i täckningsområdena för basstationen 3 och 4 och kan därför dela kanal med dessa basstationer, osv. É Såsom tidigare nämnts önskar man göra samma kanaltilldelningar i . upplänk- och nedlänkriktningarna. För att alstra en matris som kan användas , för att bilda samma tilldelning i båda riktningarna definieras unionen av matriserna U och V. Unionen av två matriser definieras som matrisen med unionen av motsvarande element i vardera matrisen. Symbolen för unionen av två matriselement är symbolen för det element som representerar den starkare störningen. " 1D 15 20 25 30 35 40 9 465 146 I fig. 6 visas unionen av matriserna i fig. Ab och 5. Vid tilldelningen av kanalerna används den sålunda kombinerade uteslutningsmatrisen ger 1 att kombinera dess rader. Ûm viss kontroll önskas att små var och en för g tillåtna störbidrag ej adderar sig för mycket under tilldelningens gång kan exempelvis ytterligare två nivåer "Y" och "Z" införas på följande sätt. För nedlänkmatrisen sättes matriselementet uij : "0"; i = j uij = "A"; P13 (LP2) > px uij = "x"; Pij (LP1) > px uij = "Y"; px/2 < Pij (LP1)_í px uij : "Z"; px/4 < Pij (LPI) í_px/2 uij = "."; Pij (LP1) §_px/4 med px = gränsvärdet för utstörningsgraden på samma sätt som tidigare.

Uteslutningsmatrisen för upplänksituationen kan i vissa fall bildas på motsvarande sätt.

Såsom nämnts tidigare utföres tilldelningen genom att man kombinerar raderna i uteslutningsmatrisen som därmed komprimeras. När matrisen inte kan komprimeras ytterligare tilldelas en kanal till varje rad i den erhållna matrisen.

Det finns många kända varianter av själva den algebraiska proceduren.

Dessa varianter innebär olika principer för vilken rad man skall starta med i matrisen, vilket alternativ som skall väljas av en mångfald i stort sätt likvärdiga i en given situation, olika typer av viktning vid beräkning av för proceduren styrande godhetstal etc. Det finns inte någon heltäckande teori för hur man skall bära sig åt utan procedurerna är heuristiska och har testats med datorsimuleringar på slumpade konfigurationer av sändare. Dessa algoritmer testas visserligen på slumpade sändarplatser men procedurerna är i sig själva deterministiska, vilket innebär att varje gång algoritmen genom- löpes erhålles exakt samma tilldelning för en och samma konstellation av sändare.

Enligt uppfinningen användes slumpstyrda algoritmer. För de fall ett anta »andlingsalternativ förefaller att vara nästan likvärdiga, vi avgå 'enom beräkning av heuristiska godhetstal, utförs en slumpning för utpe. eg av procedurens fortsatta förlopp. yukanden har datorinplementerat en tilldelningsprocedur angiven av Hale och xissa jämförelser har kunnat göras för just mobilradiotillämpningar i Stockholm. Det tycks vara så att den slumpstyrda tilldelningsproceduren kan ge något mindre spektrumeffektiva tilldelningar i medeltal än den tilldelning som erhålles med den deterministiska proceduren. Detta uppväges dock av att ur den mångfald tilldelningar som erhålles med den slumpstyrda proceduren kan 465 10 15 20 25 30 35 40 146 w man hitta enstaka tilldelningar som är extremt bra. En mängd olika till- delningar som löser samma problem ger operatören mer information än en enda tilldelning som löser det aktuella problemet. Vidare kan vissa sidovillkor som är svåra att matematiskt formulera tillgodoses genom lämpligt val av önskad tilldelning ur en mängd tilldelningar.

EXEMPEL Uppfinningen illustreras nedan med ett exempel. 48 stationer är på förhand utplacerade i stockholmsområdet. De nödvändiga fältstyrkorna har uppmätta eller beräknats så att uteslutningsmatrisen kan bildas enligt ovan.

För att förenkla resonemanget förutsättes att inga kanaler är förtilldelade d.v.s. tilldelningen görs utan randvillkor. 1. Utgå från en mängd basstationer, se fig. 7, och bilda en uteslutnings- matris, se fig. 8. Utslutningsmatrisen symmetriseras. 2. Låt alla rader i matrisen tilldelas ett godhetsmått. Godhetsmått definieras enklast med hjälp av begreppet skalärprodukt. För en rad fås godhetstalet genom att betrakta raden som en vektor där symbolerna ".", "X", "Û" och "A" har olika heltalsvikt och därefter bilda skalärprodukten av vektorn med sig själv. Låt vikterna för "." och "O" vara noll och för "X" och "A" lämpliga heltalsvärden exempelvis 1. Man kan i vissa sammanhang låta "A" få högre heltalsvikt exempelvis 2 eller 3. Dm heltalsvikterna är lika med 1 utgör godhetsmåttet summan av antalet "X" och "A".

Godhetstalet för ett vektorpar utgör generellt skalärprodukten mellan motsvarande heltalsvektorer. Um vikterna för "X" och "A" är lika med 1 utgör godhetsmåttet antalet gemensamma "X" och "A". Ett stort värde på godhets- måttet tyder i detta fall på geografisk närhet och detta kan uttolkas så att bra värde på godhetsmått tenderar att koncentrera kompatibla basstationer i rummet. Detta är ett annat sätt att uttrycka att korta upprepningsavstånd eftersträvas, vilket i sin tur är en förutsättning för god frekvensekonomi.

Uteslutningsmatrisen måste inte nödvändigtvis vara symmetriserad för att tilldelningsalgoritmer skall fungera. Godhetstalen blir något annorlunda, vilket medför att algoritmerna prioriterar annorlunda i slumpvalet. En fördel med symmetrisk matris är att det i genomsnitt behövs ett färre antal operationer för att genomföra tilldelningar. 3. Välj en första rad i matrisen. Detta kan utföras genom att godhetstalet för samtliga rader beräknas och att raderna sorteras efter avtagande godhets- tal. Välj slumpmässigt ur exempelvis de 10 bästa raderna den rad som utgör startrad. 4. När startraden är bestämd, beräkna då vilka övriga rader som är kompa- tibla med startraden. Sortera dessa rader efter godhetstal relativt start- raden efter avtagande godhetstal. Välj slumpmässigt ur ett fixt antal av de 10 15 20 25 30 35 40 11 465 146 bästa raderna den rad som skall "adderas" till startraden (unionen bildas).

Efter varje addition beräknas en ny mäng kompatbila kandidater och procedu- ren upprepas tills det inte längre finns ompatibla rader att addera. 5. Välj en ny startrad ur den "fria" mängden rader på samma sätt som i 3.

Denna rad representerar nu nästa kanal i tilldelningsproceduren. De rader som är kompatibla med denna rad beräknas nu på samma sätt som i punkt 4. 6. Proceduren enligt punkt 5 återupprepas tills inga rader återstår i den fria mängden. En s.k. tilldelningsmatris har nu uppstått enligt fig. 9. Den övre delen av figuren visar de nio komprimerade raderna som återstår av uteslutningsmatrisen enligt fig. 8. Varje rad motsvarar en potentiell kanal och tecknet 0 markerar en station som befinner sig på kanalen. Nedre delen av fig. 9 innehåller samma information men i stället har kolumnnumret för varje 0 angivits. På Kanal 1 finns således stationerna nr 4, 19, 21 etc. I fig. 1D listas stationerna i nuts fordning i en tabell liknande fig. 7.

Ovanstående procedui exemplifieras i den avslutande tabellen i fig. 11 som är en tabell över slumpmässig utpekning av kompatibla rader. För detta speciella fall har alla rader i uteslutningsmatrisen tillordnats samma godhetstal trots att antalet "X" skiljer mellan olika rader. Talparen i tabellen visar dels radnummer, dels godhetstalet vid ett val av motsvarande rad. Den allra första deltabellen överst har talpar representerande alla tänkbara 48 rader och alla har samma godhetstal definierade som noll i just detta fall. Det är sålunda likgiltigt vilken startrad som användes och i detta fall har rad nr 46 framslumpats. I nästa deliibell visas alla rader som är kompatibla med rad nr 46 och dessa raders godhetstal. Dessa godhetstal är beräknade som skalärprodukter enligt ovan. Godhetstalet 4 i (21 4) utgör sålunda antalet gemensamma "X" i raderna 46 och 21. Bland de fem rader som har störst godhetstal frafslumpas raden 21 som sålunda adderas till rad 46. -terligare rader 32, 4, 23, 47, 41, 42, 19 och 44.

Dessa kompatibla rader representerar lika många basstationer med tillhörande I fortsättningen adderas täckningsområden och alla dessa basstationer kan använda samma kanal 1 för sändning och mottagning (kanal 1 finns både i upplänkbandet och nedlänk- bandet).

När alla rader svarande mot kanal 1 adderats väljs en ny startrad i detta speciella fall slumpmässigt över den fria mängden varvid kanal 45 erhålles.

Proceduren ovan upprepas och slumpningar ger att raderna 45, 9, 14, 3, 48, 17, 25, 29 och 38 samordnas till en enda rad som svarar mot kanal 2.

När ny startrad valts 9 gånger finns inga rader kvar i fria mängden och ingen ytterligare rad existerar kompatibel med rad 10. Tilldelningsproceduren är därmed avslutad. 465 146 10 15 20 25 30 35 40 12 Vid kanaltilldelning av småcellssystemet i exempelvis Stockholm måste hänsyn tagas till befintliga kanaltilldelningar i en omgivning av Stockholm, dvs. tilldelning sker mot en given rand. Randen kan även omfatta godtyckliga basstationer i Stockholm som av en eller annan anledning bör ligga fixa kanalmässigt. Detta villkor bemästras enkelt vid den algebraiska tilldel- ningsproceduren genom att alla rader i uteslutningsmatrisen som svarar mot en och samma kanal kombineras. Vid den fortsatta tilldelningen görs radopera- tioner med det givna kanalrastret som tilldelningsrestriktion.

Enligt uppfinningen möjliggöres en kontroll av total utstörningsgrad.

Enligt tidigare innebär en tilldelningsalgoritm rent algebraiskt utförande av ett antal radoperationer i en korsinterferensmatris eller symmetriserad uteslutningsmatris. Små matriselementvärden i korsinterferensmatriser är med god approximation additiva vid sammanslagningen av rader. Detta beror på att störbidragen från olika sändare i ett och samma täckningsområde är oberoende av varandra om utstörd täckning inte utgör väsentlig del av hela täckningen.

Om information ur korsreferensmatriser för ned- och upplänk är tillgänglig under tilldelningsproceduren kan interferensförhållandena beträffande resulterande utstörning i olika täckningsområden noga kontrolleras under tilldelningens gång, genom att addera motsvarande element i korsinter- ferensmatriserna. Om ett gränsvärde därvid överstiga är detta en ytterligare restriktion på kombineringen av rader i uteslutningsmatrisen. Ett exempel på en mycket enkel realisering av denna princip är införandet av nivåer "Y" och "Z" i utslutningsmatrisen enligt tidigare.

Om man märker att trafikbehovet för en basstation ökar till det dubbla kan detta åtgärdas genom att posten för denna basstation i uteslutnings- matrisen kopieras ytterligare en gång med hjälp av en texteditor. Med hjälp av ett speciellt utvecklat hanteringsprogram sker omnumrering av samtliga poster med hänsyn till den extra inskjutna posten, varefter tilldelnings- algoritmen upprepas med den nya posten.

I uteslutningsmatrisen kan man även lägga in en störningsgrad B, som innebär att störningen inte är försumbar på den andra grannkanalen. Detta innebär naturligtvis en ytterligare restriktion vid kombineringen av rader.

Symbolen B får inte finnas i samma kolumn på mindre än eller lika med två rader ifrån symbolen 0 i en aktuell rad. I fig. 12 visas ett exempel på slutlig tilldelningsmatris. Det måste alltså finnas två rader mellan symbolerna 0 och B i samma kolumn, se t ex raderna 3 och 6.

Ett ytterligare hjälpmedel vid resurstilldelningen är plottprogram som alstrar plottbilder över interferenssituationen. Elementen i en uteslutnings- matris tillhör nämligen en av följande tre klasser: 10 15 20 25 30 35 40 465 146 13 1. Självklara icke uteslutningar, exempelvis mellan celler på mycket långt avstånd från varandra. Det räcker att beräkna att täckr'ngsområdena inte överlappar varandra, dvs en trivial beräkning. 2. Självklara uteslutningar mellan exempelvis samgrupperande celler dvs ce? er som delar samma mast eller antenn. Samgrupperingarna hittas lätt genom att jämföra stationernas koordinater. 3. Osäkra par av celler där det är svårt att avgöra huruvida uteslutning råder eller ej. Mängden osäkra par är en långt mindre mängd än mängden av alla cellpar.

Vid konstruktionen av en uteslutningsmatris behöver man strängt taget ende- beräkna de element i korsinterferensmatriserna som hänför sig till osäkra cellpar. Detta sker lämpligen med de algoritmer som angetts tidigare i kombination med plottpr-gram som presterar plottbilder över ned- och upplänk för aktuella cellpar. För upplänken är Monte-Carlo-metoderna angivna i a) och b) att föredra. Plottprogrammen beräknar interferensgraden (värdet på mot- svarande element i korsinterferensmatrisen) samt ger en visuell bild av störsituationen som medger en ytterligt noggrann planering av cellen och dess växelverkan med övriga celler. Nu kan planeringen utföras inte bara med hänsynstagande till interferensmåttet utan också med hänsyn till den totala störbilden och med systemmässiga aspekter såsom exempelvis handovergränser i åtanke. Det är möjligt att variera basstationseffekter i effektklasser för mobiler och även att reglera täckningen individuellt för varje cell. Detta kan göras simultant både för ned- och upplänk. De: utom behöver man inte längre vara bunden till ett fíxt gränsvärde för interferensmåttet utan kan planera cellerna individuellt med hänsyn till den unika störbilden.

Exempelvis utgör interferenser inte något problem vid normal trafik- belastning i sådana fall där dessa interferenser kan anses höra till täck- ningsområdet för en annan sell. Metoden är arbetskrävande men ger ett resultat med ytterst hög kvalitet.

I fig. 13-15 visas plottbilder över serviceområdet för basstationen i Vällingby med avseende på interferenser från t skningsområdet kring bas- stationen vid Ûdenplan. Nedlänksituationen åskådliggöra i fig. 13, varvid gränsvärdet för täckning är -93 dBm. Täckningen utgörs av plottade linje- segment medan interferenser från Ûdenplan betecknas med 0. Interferensgraden dvs elementet i korsinterferensmatrisen är beräknad till Û. %.

Fig. 14 visar en plottbild över motsvarande situation för upplänken. Det är således en bild av hur mobilerna i täckningsområdet för basstationen vid Ûdenplan stör basstationen i Vällingby. Interferensgraden är här ca tio gånger större än i nedlänken.

Fig. 15 visar en plottbild av upplänksituationen när gränsvärdet för 465 146 14 täckning höjts till -B8 dBm. Täckningsområdet har minskat något, men inter- ferenssituationen har blivit acceptabel med interferensgrad på ca 4%.

Enligt den här beskrivna utföringsformen av uppfinningen har uppmätta fältstyrkevärden används För att konstruera uteslutningsmatrisen. Uppfin- ningen utesluter emellertid inte att beräknade fältstyrkevärden användes om sådana är tillgängliga. Uppfinningen begränsas endast av nedanstående patentkrav.

Claims (9)

10 15 ZÜ 25 30 35 465 146 PATENTKRAV

1. Metod för fördelning av ett givet antal radiokanaler inom ett begrän- sat frekvensband för att upprätta ett radíosystem så att förbindelsekvalite- ten uppfyller uppstä.]¿a minimikrav, innefattande ett antal basstationer med tillhörande täckningsområden och mobilstationer, varvid potentiell växel- verkan mellan funktioner i systemet fastställs, k ä n n e t e c k n a d av att växelverkan i systemet uppställs i en matris, som är konstruerad genom att uppmäta fältstyrkor från samtliga basstationer på relevanta trafik- leder inom radiosystemets geografiska område, så att varje matriselement avser fältstyrkeförhållandet mellan två basstationer, att flera möjliga kombinationer av stationer bildas genom beräkning av godhetstal och att en av dessa kombinationer utväljes genom slumpteknik, att kombineringsalgoritmen innebär natematiska/logiska operationer på matrisen som därmed komprimeras, att kombineringsmome: et fortgår tills matrisen inte kan komprimeras ytterligare, vilken kompr, :ade matris representerar en möjlig kanaltilldel- ning, om antalet rader i dsn komprimerade matrisen är mindre än eller lika med antalet tillgängliga radiokanaler, att radiokanalerna fördelas en på varje rad av den komprimerade matrisen, och att basstationerna inställes på vederbörande radiokanal (frekvens), varvid de basstationer som återfinns på samma rad i den komprimerade matrisen följaktligen delar radiokanal.

2. Metod enligt krav 1, kanaltilldelningar utföres, vilka genom slumptekniken är olika, varvid den ur k ä n n e t e c k n a d av att ett antal någon synpunkt bästa utväljes.

3. Metod enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att godhetstalet bildas som skalärprodukten mellan vektorer i matrisen.

4. Metod enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att växelverkan i systemet representeras av en korsinterferensmatris med element i form av siffervärden.

5. Metod enligt krav 3, systemet representeras av en (., X, A och ev B).

6. Metod enligt krav 3, systemet representeras av både en uteslutningsmatris i symbolform och en k ä n n e t e c k n a d av att växelverkan i uteslutningsmatris med element i symbolform k ä n n e t e c k n a d av att växelverkan i korsinterferensmatris i sifferform, varvid raderna i korsinterferensmatrisen adderas vid kombinering av motsvarande rader i uteslutningsmatrisen, vilken addition utgör ett ytterligare villkor vid nämnda kombinering för kontroll av /é 465 146 10 15 20 25 30 total utstörningsgrad.

7. Metod enligt krav 5 eller 6, elementen i uteslutningsmatrisen kan tilldelas följande symboler/värden: k ä n n e t e c k n a d av att en första symbol (.) som har innebörden att störningen (växelverkan) är försumbar för basstationens kompatibilitet med annan basstation; en andra symbol (X) som har innebörden att störningen (växelverkan) ej är försumbar samkanalsmässigt; en tredje symbol (A) som har innebörden att störningen (växelverkan) ej är försumbar grannkanalsmässigt och eventuellt en fjärde symbol (B), som har innebörden att störningen (växelverkan) ej är försumbar på andra grannkanalen; och en femte symbol (0), som utpekar vilken basstation störningen avser, varvid den första till den fjärde symbolen representerar en ökande störningsgrad.

8. Metod enligt krav 7, att de rader kan kombineras som på motsvarande platser har den första k ä n n e t e c k n a d av symbolen (.) respektive den femte symbolen (0), medan samtidigt den nya kombinerade raden inte på motsvarande platser relativt intilliggande rader har den femte symbolen (0) i kombination med den tredje symbolen (A) och eventuellt inte heller på motsvarande platser relativt näst-intilliggande rader har den femte symbolen (D) i kombination med den fjärde symbolen (B), och att raderna kombineras genom att bilda unionen av motsvarande element, varvid symbolen för unionen av två element är symbolen för det element som representerar den starkare störningen samt unionen av den första symbolen (.) och den femte symbolen (Û) definieras till att vara den femte symbolen (0).

9. Metod enligt krav 8, uteslutningsmatrisen kan tilldelas ytterligare symboler/värden: k ä n n e t e c k n a d av att elementen i en sjätte symbol (Z), som motsvarar en låg störning samkanalsmässigt; en sjunde symbol (Y), som motsvarar en något högre störning samkanals- mässigt, varvid unionen av två element med den sjätte symbolen (Z) t.ex. är lika med den sjunde symbolen (Y) och unionen av två element med den sjunde symbolen (Y) t.ex. är lika med den andra symbolen (X).