DE10021862A1 - Verfahren zur dynamischen Ressourcenzuteilung in einem Funk-Kommunikationssystem und entsprechende Einrichtung - Google Patents
Verfahren zur dynamischen Ressourcenzuteilung in einem Funk-Kommunikationssystem und entsprechende EinrichtungInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur dynamischen Ressourcenverwaltung in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere einem TD/CDMA-basierten Mobilfunksystem, werden unter Berücksichtigung von Meßdaten, die von Basisstationen und/oder Teilnehmerstationen ermittelt und an die zuständige Einrichtung zur Ressourcenzuteilung im Netzwerk gesendet werden, wo sie zusammen mit weiteren zu berücksichtigenden Größen verarbeitet werden, von diesen zusätzlich ihre aktuellen Sendeleistungen der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung mitgeteilt, welche unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Meßdaten eine Optimierung der Ressourcen vornimmt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Ressour
cenverwaltung in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesonde
re einem TD/CDMA-basierten Mobilfunksystem, und eine entspre
chende Einrichtung.
In einem Mobilfunksystem werden Nachrichten, wie beispiels
weise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten, mittels
elektromagnetischer Wellen über eine Funkschnittstelle zwi
schen dem Netzwerk und seinen stationären oder mobilen Teil
nehmerstationen übertragen. Für jeden Teilnehmerkanal wird
eine bestimmte Bandbreite benötigt, wobei der Zugriff auf
einzelne Teilnehmerkanäle nach einem oder mehreren für das
jeweilige Funksystem typischen Vielfachzugriffsverfahren er
folgt. Für das im Aufbau begriffene universelle mobile Funk-
Kommunikationssystem UMTS (Universal Mobile Telecommunication
System) sind beispielsweise Bandbreiten zu 5 MHz geplant, die
im 2 GHz-Trägerfrequenzbereich liegen, und eine Separierung
der Kanäle ist auf der Grundlage frequenz-, Zeit- und spreiz
codeselektiver Vielfachzugriffsverfahren vorgesehen. Zur bi
direktionalen Nachrichtenübertragung vom Netzwerk zu den
Teilnehmerstationen (Downlink) und umgekehrt (Uplink) wird im
UMTS sowohl Frequenzduplex (Frequency Division Duplex FDD)
als auch Zeitduplex (Time Division Duplex TDD) angewendet
werden. Im FDD-Modus des UMTS wird ein Kanal durch die Frei
heitsgrade Frequenz und Spreizcode charakterisiert, man
spricht von einem Wideband-Code Division Multiple Access-(W-
CDMA) Verfahren, und im TDD-Modus durch die Freiheitsgrade
Frequenz, Zeitschlitz und Spreizcode. Man spricht bei letzte
rem Verfahren verkürzt von einem Time Division/Code Division
Multiple Access-(TD/CDMA) Verfahren. Eine auf TD/CDMA basie
rende Richtung zeichnet sich durch eine hochgenaue Synchroni
sation der Empfangssignale in der Aufwärtsstrecke und damit
einer Verbesserung der Detektionseigenschaften aus und wird
verkürzt als TD/SCDMA-Verfahren (SCDMA = Synchronous CDMA)
bezeichnet.
Zusätzlich zur Vielfachnutzung der Kanäle erfolgt in einem
zellularen Funk-Kommunikationssystem eine sendeenergiemäßige
Verteilung des zu Verfügung stehenden Spektrums aus der knap
pen Ressource "Frequenz" auf die Teilnehmer. Hierzu wird eine
beliebig große topographische Fläche in Funkzellen mit ab
sichtlich geringer Sendeleistung unterteilt, womit in einem
gewissen Abstand dasselbe Frequenzband immer wieder verwendet
werden kann. Je kleiner die Zellen sind, desto mehr Teilneh
mer können bei limitiertem Frequenzspektrum pro Fläche ver
sorgt werden. Damit sich direkt benachbarte Zellen nicht ge
genseitig stören, werden sie zu einer logischen Gruppe von z. B.
3, 4 oder 7 Zellen (Cluster) zusammengefaßt, auf die die
zur Verfügung stehenden Kanäle aufgeteilt werden.
Wenn im weiteren der Begriff Kanal gebraucht wird, ist nicht
notwendigerweise ein einzelner Frequenzkanal gemeint, es kön
nen ebenso ein oder mehrere Zeitschlitze in einem oder mehre
ren Zeitmultiplexrahmen oder ein oder mehrere Spreizcodes in
einem oder mehreren Zeitschlitzen gemeint sein, die den Be
darf an einer Verbindung abdecken.
Bewegt sich eine mobile Teilnehmerstation aus dem Versor
gungsbereich einer Zelle heraus, wird automatisch eine Ver
bindung in der neuen Zelle aufgebaut. Man bezeichnet diesen
Vorgang als Handover. Die Entscheidung über einen Verbin
dungswechsel wird anhand von Kriterien getroffen, zu denen
nach dem Stand der Technik Empfangsleistung, Bitfehlerrate
und/oder Störabstand zählen. Im Falle eines teilnehmersta
tionsunterstützten Handovers werden diese Meßwerte an das
Netzwerk übertragen, wo ein Handover-Algorithmus unter Be
rücksichtigung einer effektiven Ressourcenverwaltung einen
neuen geeigneten Kanal auswählt.
Auch mit Hilfe einer Sendeleistungsregelung lassen sich vor
handene Ressourcen besser ausschöpfen. Eine Verringerung der
Sendeleistung verursacht nicht nur einen geringeren Strom
verbrauch, sondern auch weniger Gleich- und Nachbarkanalstö
rungen und damit bessere Übertragungsbedingungen. Entschei
dungen über eine Änderung der Sendeleistung werden im Netz
werk anhand von teilnehmer- und netzwerkseitigen Meßwerten
getroffen.
Weiterhin wird mit einer dynamischen Kanalzuteilung (Dynamic
Channel Allocation DCA) eine deutliche Erhöhung der spektra
len Effizienz erreicht. Dieses Konzept ermöglicht die intel
ligente Verteilung der dem Funk-Kommunikationsnetz zur Verfü
gung stehenden spektralen Ressourcen und eine dynamische Zu
weisung von Übertragungskapazität an die Zellen, natürlich
ebenfalls unter Beachtung notwendiger Gleichkanal- und Nach
barkanal-Störabstände. Ein im Netzwerk implementierter DCA-
Algorithmus ist für die Zuteilung von Ressourcen zu Zellen
einerseits und zu Teilnehmern bzw. Diensten andererseits ver
antwortlich. Eine dynamische Kanalzuteilung kann auch mit ei
nem statischen Kanalzuteilungsverfahren FCA (Fixed Channel
Allocation) kombiniert sein, indem mit einem fest zugeteilten
Kanalkontingent und einem zusätzlichen "Pool" von Kanälen ge
arbeitet wird, auf das alle Zellen eines Clusters zur glei
chen Zeit unter Beachtung der Interferenzsituation zugreifen
dürfen.
Durch eine geeignete Zuteilung von Ressourcen mittels dynami
scher Kanalvergabeverfahren läßt sich die Systemkapazität er
höhen. Es werden insbesondere die Interferenzsituation und
die Lastsituation bewertet, um zum Beispiel zu vermeiden, daß
ein Teilnehmer mit einem empfindlichen Dienst eine Ressource
zugeordnet bekommt, die einer extrem hohen Intrazell-Interfe
renz und/oder Interzell-Interferenz ausgesetzt ist.
Für eine Optimierung des Gesamtsystems werden verschiedene
Messungen ausgewertet und mit zuvor definierten Kriterien be
wertet. Solche Messungen sind:
- - Messung des Interferenzpegels auf einem, mehreren oder al len Zeitschlitzen,
- - Messung des Signal-zu-Interferenz-Verhältnisses (SIR) einer bestimmten Verbindung,
- - Messung des Empfangspegels des physikalischen Kanals zum Übertragen von Broadcast-Informationen (Broadcast Channel).
Für die Downlink-Verbindungen werden diese Meßwerte oder eine
Untermenge davon entweder beim Verbindungsaufbau oder bei be
reits bestehender Verbindung in den Teilnehmerstationen er
mittelt und in regelmäßigen Abständen oder auf Anfrage ent
sprechend dem Protokoll oder ereignisgesteuert zum Netzwerk
übertragen. Für die Uplink-Verbindungen werden die entspre
chenden Messungen vom Netzwerk ermittelt und müssen deshalb
nicht mehr über die Luftschnittstelle übertragen werden. Das
Netzwerk wertet die aktuelle Signal- und Interferenzsituation
anhand der gemessenen und übertragenen Werte mit Hilfe des
DCA-Algorithmus in einem Steuerrechner aus und trifft eine
Entscheidung zur dynamischen Vergabe von Ressourcen an die
Teilnehmer.
Das Signal-zu-Interferenzverhältnis (SIR) als Meßgröße für
die Verbindungsqualität ist bei Verwendung einer SIR-basier
ten Leistungsregelung nur bedingt brauchbar, da das SIR immer
möglichst am Zielpegel bleibt, solange der Dynamikbereich für
die Regelung noch nicht ausgeschöpft ist. Dies hat zur Folge,
daß die Sendeleistung oft unnötig hoch ist, was einerseits
eine hohe Intrazell-Interferenz verursacht, die bei der Er
mittlung freier Ressourcen im Steuerrechner berücksichtigt
werden muß und andererseits die Interzell-Interferenzen er
höht, was die Leistungsfähigkeit in anderen Zellen beein
trächtigt. Ferner ist die Betriebszeit dieser Teilnehmersta
tionen stark beeinträchtigt und der Elektrosmog erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die dynamische Res
sourcenzuteilung eines Funk-Kommunikationssystems dahingehend
zu verbessern, dass mit nur geringem Mehraufwand eine weitere
Optimierung der Ressourcen des Funk-Kommunikationssystems er
zielt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 an
gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
geben die abhängigen Ansprüche und Anspruch 8 eine Einrich
tung zur Durchführung des Verfahrens an.
Gemäß der Erfindung werden von den Basisstationen und/oder
Teilnehmerstationen selbst ihre eigenen aktuellen Sendeleis
tungen festgestellt und an die zuständige Ressourcenverwal
tung im Netzwerk übertragen. Hierfür kann nach einer Ausprä
gung der Erfindung die Sendeleistung über ein gewisses Inter
vall gemittelt und erst dann an die Instanz zur Ressourcen
verwaltung übertragen werden. Die Übertragung kann in einer
Ausgestaltung periodisch erfolgen. In einer weiteren Ausges
taltung kann die Übertragung der Sendeleistung im Zusammen
hang mit sonstigen zu übertragenden Meßergebnissen in einem
gemeinsamen Meßprotokoll erfolgen. In einer weiteren Ausges
taltung kann die Übertragung ereignisgesteuert erfolgen, bei
spielsweise verursacht durch eine Veränderung der Sendeleis
tung über einen vorbestimmten Schwellenpegel. Die Sendeleis
tung kann nach einer weiteren Ausprägung quantisiert in eine
definierte Anzahl von Wertebereichsklassen übertragen werden,
wodurch für die Übertragung der Sendeleistung besonders wenig
Ressourcen benötigt werden, wenn jede Klasse durch einen In
dex beschrieben wird, dessen Übertragung nur relativ wenig
Übertragungskapazität erfordert. Die Übertragung der Sende
leistung der Teilnehmerstationen kann in einer weiterer Aus
gestaltung auf einem Steuerkanal, der ein dedizierter (Dedi
cated Control Channel DCCH) oder gewöhnlicher (Common Control
Channel CCCH) Steuerkanal sein kann, oder innerhalb des Ver
kehrskanals als sogenannte Inband-Signalisierung vorgenommen
werden.
Die Sendeleistungen der Basisstationen und/oder Teilnehmer
stationen werden bisher nicht in den Entscheidungsprozeß für
die Ressourcenoptimierung innerhalb eines Funk-
Kommunikationssystems herangezogen.
Bekannte Verfahren optimieren die Auslastung der Ressourcen
auf der Grundlage der Kenntnis der Empfangssignalpegel, die
infolge Mehrwegeausbreitung, Schwund, Abschattung und anderer
Unwägbarkeiten auf der Funkschnittstelle jedoch keine zuver
lässige Berechnung der tatsächlichen Sendeleistung zulassen.
Außerdem ist, wie obenstehend erläutert, ein ausgeregeltes
Signal-zu-Interferenzverhältnis (SIR) als Meßgröße für eine
Verbindungsqualität nur sehr bedingt brauchbar.
Unter Berücksichtigung der zusätzlich eingeführten und von
den Sendern selbst ermittelten eigenen Sendeleistungen als
Parameter für die Optimierung der Ressourcenzuteilung kann
eine bessere Systemauslastung erreicht werden.
Eine Ressourcenoptimierung unter Verwendung der in den Sen
dern selbst gemessenen Sendeleistungen kann sowohl im Uplink
als auch im Downlink erfolgen. Für die Downlinkkanäle teilen
die Basisstationen ihre Sendeleistungswerte der Einrichtung
zur Ressourcenzuteilung mit. Die Einrichtung zur Ressourcen
zuteilung kann beispielsweise innerhalb einer Funknetzsteue
rung (Radio Network Controller) der Basisstationen realisiert
sein. Die Uplink-Sendeleistungen werden von den Teilnehmer
stationen gemessen und über die Funkschnittstelle an die zu
gehörige Basisstation signalisiert und gleichfalls der Ein
richtung zur Ressourcenzuteilung zur Verfügung gestellt.
Zum Zwecke einer adaptiven Sendeleistungsregelung beispiels
weise werden nach einer Ausgestaltung die von einer Basissta
tion Node B empfangenen Meßdaten aktiver Teilnehmerstationen
sowie die eigenen Meßdaten über die aktuelle Sendeleistung an
die Funknetzsteuerung RNC des Netzwerks übertragen und dort
in einem Algorithmus des Steuerrechners zur Sendeleistungsre
gelung mit verwendet.
Weitere Ressourcen können sich durch eine adaptive Kanalco
dierung erschließen, indem dem Datenstrom sendeleistungsab
hängig mehr oder weniger Redundanz mit dem Ziel hinzugefügt
wird, die Bitfehlerhäufigkeit auf die für einen bestimmten
Dienst oder eine bestimmte Dienstgüte akzeptablen Wert zu
halten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung werden zum Zwecke einer dy
namischen Kanalzuteilung die Sendeleistungen der Teilnehmer
stationen und/oder Basisstationen einem in einem Steuerrech
ner der Funknetzsteuerung RNC implementierten DCA-Algorithmus
zugeführt.
Mit der Einbeziehung der gemessenen Sendeleistung kann durch
das Netzwerk eine vorteilhafte Umverteilung der Teilnehmer
derart erfolgen, daß die Gesamtinterferenz minimiert und so
mit sowohl eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Gesamt
systems als auch eine Minimierung des Energieverbrauchs der
einzelnen Teilnehmerstationen erreicht werden.
Beispielsweise wird der DCA-Algorithmus unter Berücksichti
gung der Sendeleistungen der Teilnehmerstationen den mit ho
her Sendeleistung sendenden Teilnehmerstationen am ehesten
Ressourcen zuweisen, deren Interferenz-Niveau es erwarten
läßt, daß die betreffenden Teilnehmerstationen auf diesen
Ressourcen mit geringerer Sendeleistung auskommen können als
bisher. Außerdem kann in vorteilhafter Weise vom DCA-
Algorithmus berücksichtigt werden, daß durch eine mit hoher
Leistung sendenden Teilnehmerstation andere Teilnehmer so ge
ring wie möglich beeinträchtigt werden, indem der Störabstand
zu diesen vergrößert wird.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 das Prinzip eines zellularen Mobilfunksystems und
Fig. 2 ein Beispiel für eine optimierte Kanalvergabe bzw. Ka
nalzuteilung, worunter eine Umverteilung von Kanälen, eine
Zuteilung zusätzlicher oder weniger Kanäle zu einer Verbin
dung oder eine Zuteilung besserer Kanäle fallen, unter Be
rücksichtigung der Sendeleistung von Teilnehmerstationen.
Ein Mobilfunksystem nach Fig. 1, das als Beispiel für ein
zellulares Funk-Kommunikationssystem dienen soll, besteht aus
mehreren Mobilvermittlungseinrichtungen MSC, die untereinan
der vernetzt sind und den Zugang zum analogen und/oder digi
talen Festnetz PSTN/ISDN herstellen und von denen nur einer
dargestellt ist. Sie sind mit mehreren Funknetzsteuerungen
RNC verbunden, in denen im Beispiel die Instanzen zur Res
sourcenverwaltung bzw. Einrichtungen zur Ressourcenzuteilung
angeordnet sind. Außerdem sind sie mit einem Betriebs- und
Wartungszentrum OMC verbunden, welches Organisationsinforma
tionen für das Mobilfunksystem bzw. Teile davon überträgt.
Jede Funknetzsteuerung RNC ermöglicht eine Verbindung zu ei
ner oder mehreren Basisstationen Node B. Alle vorgenannten
stationäre Einrichtungen sollen im weiteren als Netzwerk be
zeichnet werden, wobei ihre Bezeichnungen und Funktionen
durchaus variieren können.
Durch jede Basisstation Node B wird mindestens eine Zelle Z
gebildet, die mit anderen Zellen Z zu einer logischen Gruppe
zusammengefaßt wird. Bei einer Sektorierung oder bei hierar
chischen Zellstrukturen werden je Basisstation Node B auch
mehrere Zellen Z versorgt. Jeder Basisstation Node B kann ü
ber eine Funkschnittstelle Verbindungen zu seinen Teilnehmer
stationen MS, beispielsweise Mobilstationen, aufbauen und um
gekehrt. Zur Mehrfachauslastung der knappen Ressource "Frequenz"
werden auf der Funkschnittstelle mehrere Verbindungen
gleichzeitig hergestellt, indem ihnen vom Netzwerk teilneh
merindividuelle Übertragungskanäle auf der Grundlage eines
Vielfachzugriffsverfahrens zugeteilt werden. In einem
TD/CDMA-System, das als Beispiel für die Anwendung der Erfin
dung dienen soll, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken,
erfolgt ein Vielfachzugriff auf die Funkschnittstelle in der
Zuordnung von Frequenz, einem oder mehreren Zeitschlitzen und
einem oder mehreren Spreizcodes zu einem Übertragungskanal.
Insgesamt ergeben sich bei 16 Zeitschlitzen je Rahmen und der
Benutzung von 8 Spreizcodes je Zeitschlitz maximal 64 Voll
duplexkanäle je Trägerfrequenz. Durch eine Kombination von
Kanälen können flexibel die verschiedensten Datenraten von
einigen Kbit/s bis zu 2 Mbit/s eingestellt werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich auch auf andere Mobil
funksysteme, beispielsweise TDMA-Systeme ohne CDMA-Komponente
oder CDMA-Systeme ohne TDMA-Komponente, anwendbar.
Während einer Verbindung zwischen einer Basisstation Node B
und einer Teilnehmerstation MS kann ein Umschalten auf einen
anderen Funkweg notwendig oder wünschenswert sein. Dies ist
beispielsweise der Fall bei einer Ortsveränderung einer Teil
nehmerstation MS. Ein weiterer wichtiger Grund für einen Ka
nalwechsel ist die Minimierung von Interferenzen. Es ist be
kannt, daß sich die benötigte Sendeleistung mit zunehmenden
Signalverlusten auf der Funkschnittstelle erhöht. Das bedeu
tet, daß eine Teilnehmerstation MS mit geringem Signalverlust
zur Basisstation Node B eine geringere Sendeleistung für die
Übertragung benötigt als eine Teilnehmerstation MS, die einen
großen Signalverlust aufweist. Da weiterhin bekannt ist, daß
die Kapazität eines Funk-Kommunikationssystems stark durch
Interferenzen beeinflußt wird, "beansprucht" eine Teilnehmer
station MS mit geringer Sendeleistung lediglich einen kleine
ren Bereich der Ressourcen der Funkschnittstelle. Durch eine
vorteilhafte Umverteilung der Kanäle auf die aktiven Teilneh
merstationen MS kann die Gesamtinterferenz beträchtlich verringert
werden. Es können dann zum Beispiel weiteren Teilneh
mern Verbindungswünsche realisiert werden oder Dienste mit
geringerer Bitfehlerrate angeboten werden. Auch kann der
Leistungsverbrauch der einzelnen Teilnehmerstationen MS ver
ringert werden, was sich auf die Erhöhung der Leistungsdauer
und die Verringerung der Leistungsdichte (Elektrosmog) aus
wirkt.
Die von einem Sender selbst gemessene eigene Sendeleistung
ist bisher nicht für die Kanalvergabe und damit Ressourcenzu
teilung herangezogen worden. Durch eine der Situation bezüg
lich Verbindungswünschen und Vielfachzugriffsinterferenz bes
ser angepaßte Zuteilung der Kanäle gemäß der Erfindung wird
die Systemkapazität deutlich erhöht und die Sendeleistung der
Teilnehmerstationen verringert.
In Fig. 2 ist schematisch eine Zelle mit einer Basisstation
Node B dargestellt, die mehrere Teilnehmerstationen MS1 bis
MS4 versorgt. Zum Zwecke einer dynamischen Kanalvergabe an
die Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 senden diese zusätzlich
zu ihren üblichen Meßwerten ihre aktuelle Sendeleistung an
den Steuerrechner im Netzwerk, der als Einrichtung zur Res
sourcenzuteilung dient. An welcher Stelle im Netzwerk diese
Einrichtung zur Ressourcenzuteilung angeordnet ist, ist er
findungsunwesentlich und kann weitgehend frei vom Netz-
Errichter bestimmt. Die Einrichtung zur Ressourcenzuteilung
kann beispielsweise, wie Fig. 2 zeigt, in der Funk
netzsteuerung RNC oder aber auch in der Basisstation Node B
angeordnet sein. Bei UMTS wird z. B. der Steuerrechner mit dem
DCA-Algorithmus in der Funknetzsteuerung RNC installiert
sein.
Mit einem zentralen Steuerverfahren lassen sich die größten
Kapazitätsgewinne erzielen, weil die Teilnehmerstationen MS
ständig den Pfadverlust zu mehreren Basisstationen Node B
ausmessen. Nachteilig ist der sehr hohe Signalisierungsauf
wand zwischen den Basisstationen Node B und der Funknetzsteuerung
RNC sowie die geforderte hohe Rechenleistung in der
Funknetzsteuerung RNC. Eine dezentrale und damit flexiblere
Arbeitsweise des Kanalzuteilungsalgorithmus hat zum Nachteil,
daß nur die Meßergebnisse der eigenen Zelle gemessen werden,
wodurch die Gefahr besteht, daß mit einer Kanalvergabe in der
eigenen Zelle die Verbindungen in benachbarten Zellen beein
trächtigt werden.
Im Beispiel nach Fig. 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
eine von vielen Basisstationen Node B mit der Funknetzsteue
rung RNC symbolhaft zu einer Netzwerkkomponente zusammenge
faßt, wobei der DCA-Algorithmus in der Funknetzsteuerung RNC
implementiert sein soll.
Vom DCA-Algorithmus werden aus weiteren von den Teilnehmer
stationen MS1 bis MS3 gemessenen und übertragenen Meßdaten,
wie dem Interferenzpegel, dem Sigal-zu-Interferenzverhältnis
und sonstiger Meßwerten, die von den Teilnehmerstationen
und/oder den Basisstationen ermittelt werden, sowie weiterer
z. B. vom Netzbetreiber vorgegebener Einflußfaktoren, wie
Dienstanforderungen (Bitfehlerrate) und/oder statistisch er
mittelter und ständig aktualisierter Werte und den Meßwerten
der Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 zu ihren aktuellen Sende
leistungen die vorhandenen Kanalzuteilungen überprüft und ge
ändert.
Für die Übertragung von Informationen auf der Luftschnitt
stelle unterscheidet man logische und physikalische Kanäle.
Die logischen Kanäle werden aufgeteilt in Verkehrskanäle und
Steuerkanäle. Die Verkehrskanäle dienen der Übertragung von
Verkehrsinformationen, wie beispielsweise Sprache. Auf den
Steuerkanälen werden Signalisierungsinformationen übertragen,
die beispielsweise für eine Zuweisung von Kanälen oder eine
Sendeleistungssteuerung benötigt werden. Die logischen Kanäle
werden von den physikalischen Kanälen übertragen.
Die Sendeleistung von Teilnehmerstationen, die im folgenden
betrachtet wird, ist u. a. abhängig von ihrem Abstand zur zu
gehörigen Basisstation, der Interferenzsituation, den Aus
breitungswegen, dem gewählten Übertragungsverfahren, der in
dividuellen maximalen Sendeleistung der Station sowie der Art
des Dienstes, da unterschiedliche Dienste unterschiedliche
Bitfehlerraten bzw. Übertragungsqualitäten voraussetzen.
Nach Fig. 2a überträgt eine erste Teilnehmerstation MS1 ihre
Verkehrsinformationen auf einem Verkehrskanal V1 und eine
zweite Teilnehmerstation MS2 auf einem Verkehrskanal V2 mit
jeweils mittleren Sendeleistungen. Eine dritte Teilnehmersta
tion MS3 sendet auf dem Verkehrskanal V3 mit ihrer maximalen
Sendeleistung. Alle drei Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 sen
den alle in einem ersten Zeitschlitz (dieser bildet gemeinsam
mit den verwendeten CDMA-Codes Ressourcen des Funksystems).
Die Intrazell-Interferenzsituation läßt es nicht zu, dass die
dritte Teilnehmerstation MS3 mit geringerer als der maximalen
Sendeleistung sendet. Hierdurch müssen auch die erste und die
zweite Teilnehmerstation MS1, MS2 mit relativ hoher Sende
leistung senden. Sofern die Empfangspegel in der Basisstation
Node B sehr unterschiedlich sind, kann die Teilnehmerstation
MS3 sogar so hohe Intrazell-Interferenzen verursachen, daß
diese vom Netzwerk selbst unter Anwendung geeigneter Technik
nicht mehr eliminiert werden können. Durch hohe Intrazell-
Interferenzen werden auch Verbindungen in benachbarten Zellen
stark gestört (Interzell-Interferenzen).
Aufgrund der Signalisierung der Meßwerte ihrer Sendeleistun
gen auf den Steuerkanälen SP1 bis SP3 durch die Teilnehmer
stationen MS1 bis MS3 an die Basisstation Node B werden von
dem DCA-Algorithmus in der Funknetzsteuerung RNC (also der
Einrichtung zur Ressourcenzuteilung) die Ressourcen für die
Teilnehmerstationen MS1 bis MS3 neu verteilt, so daß eine Si
tuation nach Fig. 2b entsteht.
Die dritte Teilnehmerstation MS3 sendet jetzt auf einem ande
ren Verkehskanal V3 (neu), der einem zweiten Zeitschlitz
(d. h. einer anderen Ressource des Funksystems) zugeordnet ist
und aufgrund einer günstigeren Interferenzsituation im zwei
ten Zeitschlitz eine Übertragung mit deutlich geringerer Sen
deleistung zulässt. Damit verbessert sich die Interferenz-
Situation für die erste und die zweite Teilnehmerstationen
MS1, MS2, die im ersten Zeitschlitz senden, und sie können
ebenfalls ihre Sendeleistung, der neuen Interferenzsituation
angepaßt, verringern. Die Gesamtsituation erlaubt es jetzt,
daß gegenbenenfalls eine vierte Teilnehmerstation MS4 im ers
ten Zeitschlitz auf dem Verkehrskanal V4 Nachrichten mit ei
ner mittleren Sendeleistung in Richtung Basisstation Node B
überträgt. Da die vierte Teilnehmerstation MS4 mit geringerer
als der maximalen Sendeleistung sendet, ist die Intrazell-
Interferenzsituation im ersten Zeitschlitz nach der Fig. 2B
günstiger als nach der Fig. 2A, bei der die dritte Station
MS3 im ersten. Zeitschlitz mit maximaler Sendeleistung sende
te. Daher können die erste und die zweite Station MS1, MS2 in
Fig. 2B trotz der gleichzeitigen Übertragung der vierten Sta
tion MS4 im ersten Zeitschlitz gegenüber dem in Fig. 2A ge
zeigten Zustand mit jeweils verringerter Sendeleistung sen
den. Selbstverständlich signalisiert auch die vierte Teilneh
merstation MS4 auf einem Steuerkanal Sp4 ihre aktuelle Sende
leistung zum Steuerrechner des Netzwerks zwecks weiterer Be
rücksichtigung im DCA-Algorithmus.
Insgesamt gesehen hat sich durch die Neuverteilung der Res
sourcen die Systemkapazität erhöht, da die Intrazell-
Interferenzen und damit auch die Interzell-Interferenzen in
den benachbarten Zellen durch jeweils gesenkte Sendeleistun
gen der Stationen MS1 bis MS3 reduziert werden konnten.
Die Einrichtung zur Ressourcenzuteilung wertet die Informati
onen über die Sendeleistungen der Teilnehmerstationen in der
Weise aus, dass die Sendeleistungen der Teilnehmerstationen
so gering wie möglich eingestellt werden können. Auf diese
Weise wird zum einen die Gesamtinterferenz des Mobilfunksys
tems verringert, so dass eine möglichst geringe Störung der
Verbindungen die Folge ist. Außerdem wird durch die Reduzie
rung der Sendeleistungen der Leistungsverbrauch der Stationen
reduziert, so dass ihre Betriebsbereitschaft für einen länge
ren Zeitraum gewährleistet ist.
Durch die Einführung der unmittelbar von den Teilnehmerstati
onen selbst gemessenen Sendeleistungen als Kriterium in den
Entscheidungsprozeß der Einrichtung zur Ressourcenzuteilung
läßt sich also der Leistungsverbrauch der Teilnehmerstationen
und die Performance des Gesamtsystems optimieren.
Hierzu ist nur ein sehr geringer Mehraufwand notwendig, der
im Signalisieren der Sendeleistungen von den Teilnehmerstati
onen an das Netzwerk besteht. Die Sendeleistung kann nach ei
ner vorteilhaften Ausprägung quantisiert in eine definierte
Anzahl von Wertebereichsklassen übertragen werden, wodurch
für die Übertragung der Sendeleistung in Form entsprechender
Indizes, die jede Klasse eindeutig kennzeichnen, nur geringe
Ressourcen benötigt werden. Die Übertragung kann beispiels
weise im ohnehin von einer Teilnehmerstation regelmäßig zu
sendenden Meßprotokoll eingebunden sein. Soll eine eigenstän
dige Signalisierungsnachricht übertragen werden, so kann die
se ebenfalls periodisch oder auch ereignisgesteuert erfolgen,
wobei dann die Periodendauer oder die Ereignisschwelle rela
tiv frei wählbar sind.
Im Beispiel der Fig. 2 ist eine Ressourcen-Neuzuteilung im
Uplink beschrieben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dem
DCA-Algorithmus für eine optimale Neuzuteilung von Ressourcen
im Downlink die Sendeleistungen der Basisstationen Node B
mitzuteilen, wobei der Signalisierungsaufwand wegen des Weg
falls der Funkschnittstelle niedriger ist als bei der Über
mittlung der Sendeleistungen der Teilnehmerstationen.
In vorteilhafter Weise können die der Einrichtung zur Res
sourcenzuteilung mitgeteilten aktuellen Sendeleistungen auch
für weitere Systemverwaltungsaufgaben genutzt werden. So bie
tet es sich an, die von den Teilnehmerstationen MS gemessenen
eigenen Sendeleistungen zusätzlich oder anstelle der von den
Basisstationen Node B gemessenen Empfangspegel zur Uplink-
Sendeleistungsregelung zu verwenden. Von Seiten des DCA-
Algorithmus können in vorteilhafter Weise außerdem auch die
Downlink-Sendeleistungen der Node B für eine Sendeleistungs
regelung im Downlink einbezogen werden. Diese sind dem Netz
werk ohnehin bekannt und brauchen dem DCA-Algorithmus des
Steuerrechners für eine Downlink-Kanalzuteilung nur noch zur
Verfügung gestellt werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur dynamischen Ressourcenzuteilung in einem
Funk-Kommunikationssystem mit Basisstationen (Node B) und
Teilnehmerstationen (MS),
bei dem die aktuelle Sendeleistung wenigstens einer der Ba
sisstationen (Node B) und/oder einer der Teilnehmerstationen
(MS) bei der Zuteilung von Ressourcen für Verbindungen zwi
schen den Stationen (Node B, MS) berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die aktuelle Sendeleistung der jeweiligen Station von
dieser selbst ermittelt und an eine Einrichtung zur Ressour
cenzuteilung übermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die aktuelle Sendeleistung von der jeweiligen Station
über ein Intervall von Messperioden gemittelt und der resul
tierende Mittelwert der Sendeleistung an die Einrichtung zur
Ressourcenzuteilung übermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die aktuelle Sendeleistung bzw. ihr Mittelwert nur
bei Änderungen ihres Wertes an die Einrichtung zur Ressour
cenzuteilung übermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die aktuelle Sendeleistung in Abhängigkeit von ihrem
Wert jeweils in eine von mehreren Wertebereichsklassen einge
teilt wird, und nur ein Index für die entsprechende Klasse an
die Einrichtung zur Ressourcenzuteilung übermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die Übertragung der Sendeleistung an die Einrichtung
zur Ressourcenzuteilung innerhalb eines Meßprotokolls zusam
men mit weiteren Meßdaten vorgenommen wird, die ebenfalls bei
der Ressourcenzuteilung berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem wenigstens eine der Teilnehmerstationen (MS) ihre
Sendeleistung in einem Steuerkanal oder als Inband-
Signalisierung innerhalb eines Verkehrskanals an ihre Basis
station (Node B) signalisiert, von wo die Sendeleistung zur
Einrichtung zur Ressourcenzuteilung übertragen wird.
8. Einrichtung zur dynamischen Zuteilung von Ressourcen für
Verbindungen zwischen Stationen (Node B, MS) eines zellularen
Funk-Kommunikationssystems, die so ausgebildet ist, dass
sie bei der Ressourcenzuteilung die aktuelle Sendeleistung
wenigstens einer der Stationen berücksichtigt.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2606678B2 (ja) * | 1994-12-22 | 1997-05-07 | 日本電気株式会社 | 移動通信システムにおけるチャネル割り当て方法 |
SE514781C2 (sv) * | 1997-01-28 | 2001-04-23 | Ericsson Telefon Ab L M | Metod och anordning i ett radiokommunikationssystem |
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