DE60225245T2 - System und verfahren zum minimieren von hardware und maximieren der kapazität in einem drahtlosen kommunikationssystem - Google Patents

System und verfahren zum minimieren von hardware und maximieren der kapazität in einem drahtlosen kommunikationssystem Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung:
  • Die Erfindung bezieht sich auf drahtlose Nachrichten- bzw. Kommunikationssysteme. Speziell bezieht sich die Erfindung auf Systeme und Verfahren zur Erleichterung der Lastaufteilung zwischen Frequenzen in drahtlosen Kommunikationsnetzwerken unter Verwendung von Zellen mit Mehrfachfrequenzen.
  • Beschreibung verwandter Technik:
  • Drahtlose Kommunikationssysteme werden in verschiedene Anforderung stellenden Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise im Internet, bei der Fax-Übertragung und bei Sprachkommunikationsanwendungen. Solche Anwendungen erfordern einen kosteneffektiven und zulässigen Service. Mit dem Anstieg nach drahtlosen Dienstleistungen, zusammen mit neuen Anwendungen, müssen drahtlose Kommunikationssysteme in effizienter Weise den erhöhten Netzwerkgebrauch ermöglichen.
  • Systeme zur effizienten Verarbeitung der erhöhten drahtlosen Netzwerkverwendung sind insbesondere zweckmäßig bei neuen digitalen drahtlosen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise einem CDMA (code division multiple access)-Telekommunikationssystem. Ein CDMA-System weist oftmals eine Vielzahl von mobilen Stationen (beispielsweise zellulare Telefone, Handys, mobile Einheiten, drahtlose Telefone oder mobile Telefone) auf, und zwar in Verbindung mit einer oder mehreren Basisstations-Transceiver-Subsystemen (base station transceiver subsystems = BTS's). Durch Mobilstationen übertragene Signale werden durch ein BTS empfangen, und oftmals an ein mobiles Schaltzentrum (mobile switching center = MSC) weitergegeben, wobei dieses eine Basisstationssteuervorrichtung (base station controller = BSC) aufweist. Das MSC seinerseits leitet das Signal zu einem öffentlichen Telefonnetzwerk (public switched telephone network = PSTN), zu einem Paketdatennetzwerk (Packet Data Network = PDN)-Internet oder über eine BTS zu einer anderen Mobilstation. In ähnlicher Weise kann ein Signal von dem öffentlichen Telefonnetzwerk oder PDN zu einer Mobilstation übertragen werden, und zwar über eine Basisstation oder ein BTS und ein MSC.
  • Jedes BTS ist für eine Zelle verantwortlich, und zwar entsprechend einer Region innerhalb der eine Mobilstation mit dem BTS in Verbindung stehen kann. Anrufe innerhalb der Zellen werden von den Mobilstationen zu und von einem Telekommunikationsnetzwerk geleitet, und zwar über ein zugehöriges BTS und ein MSC. Die Fläche oder das Abdeckgebiet eines typischen zellularen Telekommunikationssystems ist in mehrere Zellen unterteilt. Unterschiedliche Kommunikationssystemressourcen, wie beispielsweise Frequenzen, sind oftmals jeder Zelle zugewiesen, um die Kommunikationssystemressourcen zu erhöhen. Wenn sich eine Mobilstation aus einer ersten Zelle in eine zweite Zelle bewegt, so wird eine Übergabe bzw. ein Handoff ausgeführt, um neue Systemressourcen assoziiert mit der zweiten Zelle der Mobilstation zuzuweisen.
  • Ein BTS leitet Anrufe zwischen Mobilstationen innerhalb einer vorbestimmten geographischen Fläche, d. h. einer Zelle beherrscht durch das BTS und zu und von einem MSC und einem BSC. Das MSC und das BSC erleichtern das Routen oder Leiten der Anrufe zwischen den BTSs und zwischen dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk und dem PSTN oder Internet, was auch als das Drahtnetzwerk (wireline network) oder das Landleitungsnetzwerk (landline network) bezeichnet wird.
  • Ein BSC oder ein MSC ist oftmals mit einem speziellen geographischen Gebiet oder einer Fläche assoziiert, und zwar weist dieses Gebiet eine oder mehrere Zellen auf, und oftmals verschiedene Komponenten, wie beispielsweise ein Auswahlbanksubsystem (selector bank subsystem = SBS), einen Hochfrequenzverbindungsmanager (radio link manager = RLM) und zwar zur Erleichterung der Zuweisung von Netzwerkressourcen zwischen Sprach- oder Datenanrufen und anderen Netzwerkfunktionen. Die Netzwerkressourcen können verfügbare Hardwareressourcen umfassen, wie beispielsweise Kanalelemente, Handhabungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Walsh-Codes und Luftverbindungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Sendeleistung.
  • Die drahtlosen Kommunikationssysteme müssen in effizienter Weise die Netzwerkressourcen ausnutzen, um den erhöhten Netzwerkgebrauch zu ermöglichen. Die drahtlosen Netzwerke verwenden oftmals zusätzliche Frequenzen im Systembetriebsfrequenzband, um zusätzliche Benutzer unterzubringen. in solchen Systemen ist jede zusätzliche Frequenz typischerweise von zusätzlicher Hardware begleitet, um Benutzer, die zusätzliche Frequenzen verwenden, unterzubringen.
  • Wenn ein Benutzer ein drahtloses Telefon, wie es innerhalb des Netzwerks arbeitet, einschaltet, so wird der Benutzer einer der verfügbaren Frequenzen in dem Abdeckgebiet zugewiesen, in dem der Benutzer tätig ist, und zwar basierend auf einer Pseudozufallsfunktion, die als eine "Hash"-Funktion bekannt ist. Die Hash-Funktion basiert auf einer Benutzeridentifikationsnummer oder -zahl. Sobald ein Anruf im Gang ist, bekommt jeder Nutzer eine gegebene Frequenz, die als Zugriffs- oder Access-Frequenz bekannt ist, zugewiesen, wobei der Benutzer typischerweise dieser Frequenz zugewiesen bleibt bis der Benutzer die Grenze des Frequenzabdeckgebiets erreicht, und einer weiteren Frequenz übergeben (handed off) wird.
  • Unglücklicherweise berücksichtigt dieses Verfahren der Zuweisung von drahtlosen Frequenzressourcen unter den Benutzern nicht in effizienter Weise die Bewegung der Benutzer, überlappende Frequenzabdeckflächen und auch wird die Position der Benutzer innerhalb der gesamten drahtlosen Netzwerkabdeckfläche nicht berücksichtigt. Infolgedessen können einige Frequenzen überlastet werden, was zu abgeschalteten Anrufen führt, wohingegen andere verfügbare Frequenzen unterbenutzt verbleiben. Beispielsweise kann eine mit einer Frequenz f1 assoziierte Abdeckfläche eine kleinere überlappende Abdeckfläche mit einer zusätzlichen verfügbaren Frequenz f2 besitzen. Wenn ein Benutzer der Frequenz f1 zugewiesen ist, und sich in die überlappende Abdeckfläche bewegt, wo f1 und f2 verfügbar sind, so bleibt der Benutzer der Frequenz f1 zugewiesen, obwohl f1 bezüglich f2 überlastet ist. Wenn f1 überlastet ist, so werden Anrufe oftmals "fallengelassen" oder abgeblockt, um den Überlastzustand zu erleichtern, was eine verminderte Servicezuverlässigkeit zur Folge hat. Alternativ wird zusätzliche teure Hardware hinzugefügt, um zusätzliche Benutzer von f1 unterzubringen, wohingegen die Hardware assoziiert mit f2 unterbenutzt verbleibt. Solche Lastungleichgewichte sind unerwünscht und stellen eine ineffiziente Verwendung von Netzwerkressourcen dar. Zusätzlich zu der reduzierten Netzwerkzuverlässigkeit können diese Lastungleichgewichte erhöhte Kosten zur Folge haben, da Netzwerkadministratoren teure Hardware hinzufügen, um die zusätzlichen Benutzer unterzubringen.
  • Es besteht somit ein Bedürfnis in der Technik nach einem System und ein Verfahren, welches in effizienter Weise die Last zwischen Frequenzen in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit Abdeckflächen innerhalb Mehrfachfrequenzen aufweist, und zwar durch Minimierung der Hardwareerfordernisse und zur Maximierung der Kapazität pro Frequenz. Es besteht ferner ein Bedürfnis nach einem System, das in effizienter Weise die Bewegung der Benutzer berücksichtigt, und die Position der Benutzer relativ zu überlappenden Frequenzabdeckflächen, und wobei ferner die Aufteilung der Hardwareressourcen über die Frequenzen hinweg erleichtert wird.
  • US-Patent Nr. 6,069,871 offenbart ein System zur Verkehrszuweisung und zum dynamischen Lastausgleichen in einem zellularen Mehrfachträger-Drahtloskommunikationssystem.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung sieht ein System und ein Verfahren vor zur Verbesserung der Effizienz eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, welche eine Vielzahl von Frequenzen pro Zelle besitzt, und wobei System und Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen ausgebildet sind.
  • Das in der Technik vorhandene Bedürfnis wird durch das System zur Verbesserung der Effizienz eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes gemäß der Erfindung angesprochen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße System geeignet zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem, welches eine Vielzahl von Frequenzen pro Zelle verwendet. Das System weist einen ersten Mechanismus auf zur Überwachung der Netzwerklast, die mit jeder der Vielzahl von Frequenzen verbunden ist, und zum Vorsehen von entsprechenden Statuswerten ansprechend darauf. Ein zweiter Mechanismus vergleicht die Statuswerte mit vorbestimmten Kriterien und liefert eine Anzeige ansprechend darauf, wenn eine oder mehrere Statuswerte die Kriterien erfüllen.
  • Ein dritter Mechanismus verteilt die Netzwerklast entsprechend der Anzeige erneut.
  • In einem speziellen Ausführungsbeispiel umfassen die Kriterien eine oder mehrere vorbestimmte Schwellen derart, dass dann, wenn eine oder mehrere der vorbestimmten Schwellen durch eine oder mehrere der Statuswerte überschritten werden, die Kriterien erfüllt sind. Die Statuswerte sind repräsentativ für die Lastbedingungen oder Lastzustände der Kommunikationssystemressourcen, assoziiert mit jeder der Frequenzen eines gegebenen Sektors einer Zelle. Die Belastungszustände sind repräsentativ für die derzeit verfügbaren Ressourcen, zugewiesen jeder der Vielzahl von Frequenzen in einem gegebenen Sektor eines BTS. Jeder Statuswert umfasst ein Hardwareressourcenkomponente, eine Luftverbindungsressourcenkomponente und ei ne Handhabungsressourcenkomponente. Jede Komponente bildet eine Anzeige der entsprechenden verbleibenden Ressourcen. Die Hardwareressourcenkomponente umfasst die Anzahl der derzeit verfügbaren Kanalelemente für eine zugehörige oder assoziierte Frequenz. Die Luftverbindungsressourcenkomponente umfasst die Sendleistung, die für eine bestimmte Frequenz eines Sektors verfügbar ist, bevor diese ihre maximale Luftverbindungskapazität erreicht. Die Handhabungsressourcenkomponente umfasst die Anzahl verfügbarer Walsh-Codes für eine bestimmte Frequenz.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der erste Mechanismus Sektorfrequenzsteuervorrichtungen (sector frequency controller) auf, und zwar eine für jede der Vielzahl von Frequenzen in einem Sektor. Jede Sektorfrequenzsteuervorrichtung steht mit einem entsprechenden Anrufressourcenmanager in Verbindung. Der Anrufressourcenmanager ist an einem Basisstationstransceiver-Subsystem positioniert. Der zweite Mechanismus umfasst Software, die auf jeder der Sektorfrequenzsteuervorrichtungen läuft. Die Software erzeugt einen Statuswert, assoziiert mit einer entsprechenden Frequenz, vergleicht den Statuswert mit einer der vorbestimmten Schwellen und erzeugt eine Statusnachricht ansprechend darauf. Die Statusnachricht spezifiziert dass entweder die entsprechende Frequenz verfügbar ist, dass die entsprechende Frequenz nur für Übergabe (Handoff) verfügbar ist, dass die entsprechende Frequenz nur für Notrufanrufe verfügbar ist, oder dass die entsprechende Frequenz nicht verfügbar ist. Die durch den zweiten Mechanismus gelieferte Anzeige umfasst die Statusnachricht, wenn die Statusnachricht spezifiziert dass die entsprechende Frequenz nur für Handoff verfügbar ist, nur für Notrufanrufe verfügbar ist, oder ansonsten unverfügbar ist.
  • Der dritte Mechanismus umfasst einen Lastausgleichsbroker, der die Anzeige empfängt. Der Lastausgleichsbroker steht mit einer Pilotdatenbasis und Selektorelementen in Verbindung. Die Selektorelemente sind an einer Basisstationssteuervorrichtung positioniert, und stehen in Verbindung mit Kanalelementen eines Basisstationstransceiver-Subsystems, assoziiert mit der Zelle und der entsprechenden Frequenz. Der Lastausgleichsbroker umfasst einen Mechanismus zur Auffindung der Mobilstationen, die derzeit keinen Handoff oder keine Übergabe erfahren, die innerhalb einer vorbestimmten eingeschränkten Region um das Basisstationstransceiver-Subsystem herum arbeiten, und die mit Frequenzen assoziiert sind, die über die Anzeige spezifiziert sind. Mobilstationen, die innerhalb eines eingeschränkten Bereichs oder einer eingeschränkten Region arbeiten, besitzen Round-Trip- oder Hin- und Rückverzögerungen (round trip delays = RTDs), die kleiner sind als eine konfigurierbare Hin- und Rückverzögerungsschwelle. Nach Auffinden dieser Mobilstationen und der verfügbaren Ziel- oder Target-Frequenzen, gibt der Lastausgleichsbroker eine Lastteil- bzw. Lastverteilungs-Anforderung bzw. Lastabbau-Anforderung (load shed request) an die Selektorelemente (selector elements), die Anrufe zu diesen Mobilstationen verarbeiten.
  • Die Selektorelemente umfassen einen Mechanismus zum Implementieren der Übergabe (Handoff) einer Mobilstation von einer ersten Frequenz zu einer Zielfrequenz, entsprechend Lastausgleichsübergabekriterien. Die Selektorelemente umfassen einen Mechanismus zum Vorsehen eines Lastteil- bzw. Lastverteilungs- bzw. Lastabbau-Ansprechens (load shed response) an den Lastausgleichsbroker, ansprechend auf den Empfang der Lastteil- bzw. Lastabbau-Anforderung. Das Lastteil- bzw. Lastverteilungs- bzw. Lastabbau-Ansprechen zeigt an, ob die Mobilstationen erfolgreich übergeben wurden, und zwar über den Mechanismus zum Implementieren der Übergabe, und zwar an verfügbare Frequenzen, spezifiziert in der Lastteil-Anforderung. Die Lastausgleichsübergabekriterien oder das Kriterium spezifiziert, dass eine Übergabe nur gestattet ist von der ersten Frequenz zu einer Zielfrequenz mit einem höheren Frequenzverfügbarkeitswert als die erste Frequenz, und wenn die Zielfrequenz innerhalb des gleichen Sektors wie die erste Frequenz ist. Die Handoff- oder Übergabekriterien oder das Kriterium geben den Vorzug Zielfrequenzen mit höheren Frequenzverfügbarkeitswerten. Eine Pilotdatenbasis wird verwendet, um bei der Bestimmung der Frequenzverfügbarkeitswerte zu helfen, und spezifiziert übereinander liegende Frequenzen (vertikale Nachbarn einer Sektor plus Frequenz) und benachbarte Frequenzen (Nach barn in benachbarten Sektoren plus Frequenzen), assoziiert mit jeder Frequenz in einem gegebenen Sektor.
  • Das neue Design der vorliegenden Erfindung wird durch den dritten Mechanismus erleichtert, der die Netzwerkressourcen erneut verteilt, und zwar von Frequenzen, die Belastungsprobleme besitzen, zu Frequenzen, die keine Belastungsprobleme besitzen. Durch das effektive Ausgleichen der Lasten zwischen Frequenzen erhöht die vorliegende Erfindung die Kommunikationssystemeffizienz durch Reduzieren der Anrufblockade, der Übergabeblockade und der Anrufwegfallwahrscheinlichkeiten, wobei die Hardware reduziert wird, die erforderlich ist, um diese Wahrscheinlichkeiten innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten.
  • Das neue Design der vorliegenden Erfindung wird ferner erleichtert durch die Verwendung der Hin- und Rück-(round trip)-Verzögerungen zwischen den Mobilstationen und dem Dienst tuenden Basisstationstransceiver-Subsystem. Die Round-Trip-Verzögerung liefert eine Schätzung der Stelle oder Lokation (auf einem Kreis um das BTS herum) einer Mobilstation bezüglich der Organisation der Frequenzabdeckflächen innerhalb des Systems. Demgemäß werden nur Mobilstationen nicht nahe den Grenzen von bestimmten Abdeckflächen zu anderen Frequenzen übergeben (Handoff). Infolgedessen ist es unwahrscheinlich, dass die Mobilstationen darauffolgend eine harte Übergabe (hard handoff) zu benachbarten Frequenzen infolge der Bewegung der Mobilstation erfordern. Ferner gilt, dass dann, wenn Mobilstationen nahe einer Kante der Abdeckung sind, die Übergabe für Lastausgleichszwecke nicht erfolgreich sein könnte. Dieses Szenario, d. h. die Übergabe von Mobilstationen nahe den Frequenzabdeckungsflächengrenzen für Lastausgleichszwecke wird größtenteils durch die vorliegende Erfindung vermieden. Da sich nahe dem Zentrum oder einer Mitte einer Zelle die Frequenzen der Zelle überlappen, hilft die Auswahl von Mobilstationen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Mitte der Zelle herum dabei die darauffolgenden harten Übergaben zu minimieren.
  • Durch Verwendung eines neuen vertikalen Nachbarfeldes in einer Pilotdatenbasis zur Erleichterung der Bestimmung von Frequenzverfügbarkeitswerten für jede Frequenz wird ferner eine weitere Netzwerkeffizienz erreicht. Ein Frequenzverfügbarkeitswert für eine spezielle Frequenz in einem gegebenen Sektor steht in inverser Beziehung zu der Anzahl der vertikalen und horizontalen benachbarten Frequenzen. Die Verwendung von Frequenzverfügbarkeitswerten erleichtert die Unterscheidung oder die Diskriminierung zwischen benachbarten Zielfrequenzen derart, dass die Anzahl von darauffolgenden harten Übergaben (hard handoffs) weiter minimiert wird. Dieses maximiert die Verwendung der Systemressourcen weiterhin.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen CDMA drahtlosen Kommunikationssystems für das die vorliegende Erfindung geeignet ist.
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine exemplarische Abdeckfläche oder ein Abdeckgebiet des drahtlosen Kommunikationssystems der 1 zeigt, und zwar mit Mehrfachfrequenzabdeckgebieten oder -flächen.
  • 3 ist ein detailliertes Diagramm des drahtlosen Kommunikationssystems der 1, wobei das mobile Schaltzentrum (MSC) die Basisstations-Steuervorrichtung (BSC), das erste Basisstations-Transceiver-Subsystem (BTS) und die Mobilstation der 1 dargestellt sind.
  • 4 ist ein Flussdiagramm der Software, die entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, und zwar betrieben auf dem drahtlosen Kommunikationssystem der 3, zur Erleichterung des Lastausgleichs über die Frequenzen hinweg.
  • 5 ist eine graphische Darstellung der Kapazität, abhängig von Frequenzen, vorgesehen oder getragen für einen gegebenen Anruf unter Verwendung des Lastausgleichssystems der 3 und 4 und für eine Zelle, die kein Lastausgleichssystem stützt.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsbeispiele für bestimmte Anwendungen beschrieben, es soll aber klar sein, dass die Erfindung darauf nicht begrenzt ist. Der Fachmann mit Zugriff auf die Lehren, die hier gegeben werden, erkennt zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele innerhalb des Rahmens dieser Lehren und zusätzliche Gebiete, in denen die Erfindung mit signifikanter Nützlichkeit verwendet werden könnte.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften drahtlosen Kommunikationssystems 10 für das die vorliegende Erfindung geeignet ist. Das System 10 weist ein mobiles Schaltzentrum (MSC) 12 auf, mit einer Basisstationssteuervorrichtung oder einem Basisstations-Controller (BSC) 14. Ein öffentliches Telefonschaltnetzwerk (PSTN) 16 leitet Anrufe von den Telefonleitungen und anderen Netzwerken und (nicht gezeigten) Kommunikationsvorrichtungen zu dem MSC 12 und von diesem weg. Das MSC 12 leitet (routes) Anrufe von dem PSTN 16 hin zu und weg von einem ersten BTS 18 und einem zweiten BTS 20, assoziiert mit einer ersten Zelle 22 bzw. einer zweiten Zelle 24. Die BTSs 18 und 20 werden oftmals Zellensteuervorrichtungen oder Zellen-Controller genannt.
  • Das MSC 12 leitet Anrufe zwischen den BTSs 18 und 20. Das erste BTS 18 leitet Anrufe zu der ersten Mobilstation 26 innerhalb der ersten Zelle 22 über eine erste Kommunikationsverbindung 28. Die Kommunikationsverbindung 28 ist eine Zweiwegeverbindung mit einer Vorwärtsverbindung 30 und einer Rückwärtsverbindung 32. Wenn das BTS 18 Kommunikationen mit der Mobilstation 26 aufgebaut hat, ist das Link oder die Verbindung 28 typischerweise als ein Verkehrskanal (traffic channel) charakterisiert. Obwohl nur zwei BTSs 18 und 20 in 1 gezeigt sind, können jedoch ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen mehr BTSs oder weniger BTSs verwendet werden.
  • Das erste BTS 18 und das zweite BTS 20 sind nahe den Mitten der entsprechenden Zellen 22 bzw. 24 positioniert. In dem vorliegenden speziellen Ausführungsbeispiel verwenden die BTSs 22 und 24 mehr als eine Frequenz, d. h. zelluläres Kommunikationsfrequenzband, um den zusätzlichen Verkehr innerhalb der Zellen 22 und 24 unterzubringen. Die Frequenzen (Frequenzabdeckgebiete oder -flächen) überlappen sich, wie weiter unten im Einzelnen diskutiert und sind annähernd um jedes BTS 18 und 20 zentriert.
  • Wenn sich die Mobilstation 26 von der ersten Zelle 22 zur zweiten Zelle 24 bewegt, so wird die Mobilstation 26 zu dem zweiten BTS 20 übergeben. Die Übergabe erfolgt typischerweise in einer Überlappungsregion oder -zone 36, wo die erste Zelle 22 die zweite Zelle 24 überlappt.
  • Bei einer weichen Übergabe baut die Mobilstation 26 eine zweite Kommunikationsverbindung 34 mit dem Ziel-BTS-System 20 auf, und zwar zusätzlich zu der ersten Kommunikationsverbindung 28 mit dem Quellen- oder Ausgangs-BTS 18. Während einer weichen Übergabe, wo die Mobilstation 26 auf der gleichen Frequenz bleibt, werden sowohl die erste Verbindung 28 als auch die zweite Verbindung 34 gleichzeitig aufrechterhalten. Nachdem die Mobilstation 26 in die zweite Zelle 24 gekreuzt oder eingetreten ist, kann sie die erste Kommunikationsverbindung 28 fallenlassen. Beispiele für die weiche Übergabe (soft Handoff) sind im US-Patent 5,101,501 , ausgegeben am 31. März 1992 mit dem Titel "SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM" veranschaulicht, wobei dieses Patent auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und dieses Patent durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
  • Bei einer harten Übergabe, wo die Mobilstation 26 die Frequenz ändert, wird die Kommunikationsverbindung 34 nicht aufgebaut. Wenn sich die Mobilstation 26 aus der ersten Zelle 22 in die zweite Zelle 24 bewegt, so wird die Verbindung 28 zu dem Quellen-BTS 18 fallengelassen, und eine neue Verbindung wird mit dem Ziel-BTS 20 gebildet. Wenn die Zellen wenig oder keine Überlappung besitzen, so wird oftmals die harte Übergabe durchgeführt, um die neuen Ressourcen des Ziel-BTS 20 der Mobilstation 26 zuzuweisen.
  • Eine Übergabe umfasst die Ausführung eines Satzes von Negotiations- oder Verhandlungsinstruktionen zwischen der Mobilstation 26 und einem oder mehreren herrschenden BTSs und/oder MSCs, beispielsweise dem BTS 18 und dem BTS 20 und dem MSC 12. Um die harte Übergabe zwischen benachbarten Zellen zu erleichtern, wird oftmals ein (nicht gezeigtes) Übergabe-Beacon (handoff beacon) bzw. eine Bake verwendet. Ein Beacon in jeder Zelle sendet ein Signal mit einem begrenzten Bereich um die Zelle herum. Wenn eine Mobilstation in einer ersten Zelle eine Beacon von einer zweiten Zelle detektiert, so wird das Telefon zur zweiten Zelle hart übergeben.
  • Wenn eine Mobilstation, die einen Anruf aufrechterhält von einer ersten Systemabdeckfläche, assoziiert mit einem ersten BSC (oder BTS) zu einer zweiten Systemabdeckfläche, assoziiert mit einem zweiten BSC (oder BTS) läuft, so wird die Mobilstation zu dem zweiten BSC (oder BTS) und zugehörigen BTSs übergeben. Wenn das Ziel-BTS, assoziiert mit dem zweiten BSC (oder BTS) nicht in ausreichendem Maße Verkehrskanäle zur Unterbringung der harten Übergabe aufweist, so wird die Übergabe typischerweise durch einen Anrufressourcenmanager (call resource manager = CRM) des Ziel-BTS blockiert, und die Anrufqualität wird degradiert, was zu einem möglichen Fallenlassen des Anrufs führt. Wenn somit sämtliche Verkehrskanäle in einem BTS in Gebrauch sind, so werden typischerweise jedwede zusätzlichen Anrufe, denen die harte Übergabe zum BTS versagt wurde, degradiert und schließlich fallengelassen und jedwede neu entstehenden Anrufe werden typischerweise blockiert.
  • Die vorliegende Erfindung berücksichtigt mehrere Typen des Entstehens des Anrufs und der Übergabe einschließlich einer Intersystemübergabe und einer Intrasystemübergabe. Eine Intersystemübergabe tritt dann auf, wenn eine Mobilstation, die unter der Steuerung eines gegebenen zellularen Telekommunikationssystems, wie beispielsweise des Systems 10 arbeitet, sich außerhalb des Abdeckbereichs oder der Abdeckfläche des Telekommunikationssystems bewegt und zu einem benachbarten System (nicht gezeigt) übergeben wird. Die Intrasystemübergabe wird dann verwendet, wenn zwei Telekommunikationssysteme benachbart zueinander oder einander überlappend vorgesehen sind, und das benachbarte System besser in der Lage ist, die Mobilstation 26 zu versorgen als das derzeit versorgende System 10. Das benachbarte System und das versorgende System 10 müssen angrenzende Versorgungsflächen oder -gebiete besitzen. Die Intersystemübergabe kann zwischen zwei Systemen erfolgen, die das gleiche Luftinterface verwendet, oder zwischen zwei Systemen, die unterschiedliche Luftinterfaces verwenden.
  • Die Intrasystemübergabe erfolgt dann, wenn sich eine Mobilstation von einer Zelle (BTS)-Abdeckfläche zu einer anderen Zellenabdeckfläche bewegt. Die Intrasystemübergabe kann entweder eine weiche Übergabe sein oder eine harte Übergabe, wobei die weiche Übergabe vorliegt, wenn die Anker- und Zielzellen auf der gleichen Frequenz arbeiten, während die harte Übergabe vorliegt, wenn die Zellen unterschiedliche Frequenzen besitzen. Die harte Intrasystemübergabe wird oftmals in Systemen verwendet, bei denen Mehrfachfrequenzen einigen BTSs zugewiesen sind, um in effizienter Weise die Spektrumsressourcen auszunutzen, wobei die Kapazität des CDMA-Netzwerkes maximiert wird. Die Verwendung von Mehrfachfrequenzen sieht oftmals Vorteile gegenüber Verfahren vor, die eine Kapazitätserhöhung anstreben, wie beispielsweise ein Zellenspalten (cell splitting) oder eine Zellensektorisierung (cell sectorization). Die harte Intrasystemübergabe kann auch zwischen zwei Netzwerken des gleichen Systems unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Luftinterfaces erfolgen.
  • In Mehrfachfrequenzsystemen ist eine harte Übergabe oftmals dann erforderlich, wenn eine Mobil(station) sich aus einem Gebiet oder einer Fläche, das Mehrfachfrequenzen besitzt, zu einem Gebiet oder einer Fläche bewegt, das unterschiedliche Frequenzen besitzt oder aber die gleichen aber weniger Frequenzen. Die harte Übergabe wird oftmals erforderlich sein, wenn sich eine Mobilstation von einen Gebiet oder einer Fläche mit geringer Last auf der Dienstfrequenz (serving frequency) zu einem Gebiet oder einer Fläche mit einer hohen Last auf der Serving- oder Dienstfrequenz befindet, und ein Lastausgleich entsprechend der vorliegenden Erfindung ist erforderlich.
  • 2 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Abdeckfläche 40 des drahtlosen Kommunikationssystems 10 der 1 unter Verwendung von Mehrfachfrequenzen. Die Abdeckfläche 40 ist ein Sektor, der die erste Zelle 22 und die zweite Zelle 24 aufweist. Die erste Zelle 22 besitzt eine erste Frequenzabdeckfläche (F1) 42, welche die gesamte Zelle 22 abdeckt. Eine erste innere überlappende Abdeckfläche (F1, F2) 44 ist innerhalb der ersten Frequenzabdeckfläche 42 zentriert und umfasst überlappende Frequenzen F1 und F2, d. h. die Frequenzabdeckfläche F2 überlappt die Frequenzabdeckfläche F1.
  • In ähnlicher Weise besitzt die zweite Zelle 24 eine zweite Frequenzabdeckfläche (F1) 46, die die gesamte zweite Zelle 24 abdeckt. Eine zweite innere überlappende Abdeckfläche (F1, F3, F4) 48 weist überlappende Frequenzen F1, F3 und F4 auf. Die Zellen 22 und 24 umfassen die entsprechenden BTSs 18 bzw. 20 und zwar zentriert innerhalb der entsprechenden Zellen 22 und 24. Die BTSs 18 und 20 erleichtern die Kommunikationen mit den Mobilstationen, wie beispielsweise der Mobilstation 26 auf den Frequenzen F1, F2, F3 und/oder F4.
  • Wenn, in konventionellen Systemen, eine Mobilstation wie beispielsweise die Mobilstation 26, die innerhalb der ersten Frequenzabdeckfläche (F1) 42 der ersten Zelle 22 arbeitet, sich in den ersten inneren Überlappungsabdeckbereich (F2) 44 der ersten Zelle 22 bewegt, so setzt die Mobilstation den Betrieb auf Frequenz F1 fort, selbst wenn F1 überlastet ist, und F2 reichlich verbleibende Kapazität besitzt. Wenn F1 überlastet wird, können vorhandene Anrufe, d. h. Kommunikationsverbindungen zwischen einer Mobilstation in der Zelle 22, fallengelassen werden und jedwede neuen Anrufe oder Übergabeanforderungen können blockiert werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit des Anrufsfallenlassens und des Blockierens des Kommunikationssystems. Zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeiten des Anrufsblockierens und des Anrufsfallenlassens auf akzeptable Pegel, wurden konventioneller Weise zusätzliche teure Hardwareressourcen hinzugefügt, wie beispielsweise Kanalelemente, und zwar erfolgte die Hinzufügung zu dem assoziierten BTS 18 um den zusätzlichen Verkehr unterzubringen. Dies ist eine ineffiziente Ausnutzung von Netzwerkressourcen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, wie unten im Einzelnen erläutert, jedes BTS 18 und 20 Positionsinformation (auf einem Kreis um das BTS herum), die sich auf die Lage oder Position der Mobilstationen innerhalb jeder Zelle 22 und 24 bezieht, um so den Lastausgleich und die zugehörige Übergabe zwischen Frequenzen, entsprechend der durch jede Frequenz derzeit gehandhabten Last, zu erleichtern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel misst jedes BTS 18 und 20 die Hin- und Rückverzögerung (round trip delay = RTD) für jede innerhalb der beispielhaften Abdeckfläche 40 arbeitenden Mobilstation. Die RTD repräsentiert die Zeit, die erforderlich ist, die ein Signal braucht um von dem regierenden BTS zu der zugehörigen Mobilstation und zurück zu der BTS zu laufen. Der Abstand zwischen der Mobilstation und dem BTS wird basierend auf der RTD und der Lichtgeschwindigkeit bestimmt. Wenn sich somit beispielsweise Mobilstationen innerhalb der ersten überlappenden Frequenzabdeckfläche 44 befinden, so sind beispielsweise die RTDs der zugehörigen Mobilstationen kleiner als ein bestimmter RTD-Wert. Wenn die mit F1 assoziierte Last eine vorbestimmte Lastschwelle erreicht, dann wird bzw. werden die innerhalb der ersten überlappenden Abdeckfläche 44 arbeitende Mobilstation wie dies durch die RTDs der Mobilstationen angezeigt wird, durch harte Übergabe zur Frequenz F2 übergeben, und zwar unter der Annahme, dass die Last an F2 noch nicht eine ähnliche Lastschwelle erreicht hat. Die Lastschwellen sind anwendungsspezifisch und können dynamisch basierend auf den Netzwerkbedingungen auf den neuesten Stand gebracht werden.
  • Wenn auf der Frequenz F2 innerhalb der ersten überlappenden Abdeckfläche 44 arbeitende Mobilstationen sich außerhalb der überlappenden Abdeckfläche 44 zur ersten Abdeckfläche (F1) 42 bewegen, wo F2 nicht verfügbar ist, so werden die Mobilstationen zur Frequenz F1 hart übergeben. Das Lastausgleichsystem der vorliegenden Erfindung, welches im Folgenden im Einzelnen diskutiert wird, stellt sicher, dass hinreichend Kapazität auf F1 verfügbar ist, um die harten Übergaben von F2 zu F1 zu ermöglichen, und zwar dadurch, dass die Last an F1 unterhalb einer vorbestimmten Lastschwelle gehalten wird. Um die darauffolgenden harten Übergaben von F2 nach F1 zu minimieren, werden die harten Übergabe von F1 nach F2 für Lastausgleichszwecke nur für Mobilstationen gestattet innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, um das BTS 18 herum, wie dies durch die RTDs unterhalb einer vorbestimmten Schwelle gezeigt ist. Der vorbestimmte Bereich kann kleiner sein als die erste innere überlappende Abdeckfläche 44.
  • Wenn die Mobilstation 26 von der ersten Frequenzabdeckfläche (F1) 42 der ersten Zelle 22 zur zweiten Zellenfrequenzabdeckfläche (F1) 46 der zweiten Zelle 24 läuft, so setzt die Mobilstation den Betrieb auf F1 fort. Wenn die Mobilstation 26 von dem zweiten Frequenzabdeckbereich oder -gebiet (F1) 46 übergeht zu dem zweiten überlappenden Abdeckgebiet oder Fläche 48 und sie innerhalb einer gegebenen RTD des BTS 20 befindet, und die Last auf der Frequenz F1 eine gegebene Lastschwelle übersteigt, so wird die Mobilstation 26 übergeben und zwar entweder zur Frequenz F3 oder zur Frequenz F4, und zwar unter der Annahme, dass die Lasten auf F3 und F4 unterhalb der entsprechenden vorbestimmten Lastschwelle liegen. Die Entscheidung zur Übergabe der Mobilstation 26 nach F3 oder F4 basiert partiell auf den Frequenzverfügbarkeitswerten (frequency availability values = FAV's), die entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung vorgesehen wurden, wobei diese jeder Frequenz F1, F2, F3 und F4 zugewiesen werden.
  • Der FAV-Wert für eine bestimmte Frequenz basiert auf einer vertikalen Nachbaraufzeichnung und einer horizontalen Nachbaraufzeichnung in einer Pilotdatenbasis, wie dies im Einzelnen unten erläutert wird. Die einzigartige vertikale Nachbaraufzeichnung spezifiziert für jede Frequenz eines Sektors Frequenzen, die diese Frequenz in diesem Sektor überlappen. Beispielsweise gilt Folgendes: in der Zelle 48 umfasst F1 überlappende Frequenzen F3 und F4, die in einem vertikalen Nachbarfeld eine vertikale Nachbaraufzeichnung der Pilotdatenbasis spezifizieren würden. In ähnlicher Weise umfasst in der Zelle 44 F2 die überlappende Frequenz F1, die in dem assoziierten vertikalen Nachbarfeld spezifiziert würde. Die horizontale Nachbaraufzeichnung zeichnet die Nachbarfrequenzen in benachbarten Sektoren für jede Frequenz eines gegebenen Sektors auf. Frequenzen von Sektoren mit großen Zahlen von horizontalen und vertikalen Nachbarn, wie dies angegeben ist über die entsprechenden horizontalen bzw. vertikalen Nachbarfelder, werden in der Pilotdatenbasis niedrigere FAV-Werte zugewiesen, wie dies unten noch im Einzelnen beschrieben wird.
  • Wenn die Entscheidung getroffen wird, die Mobilstation 26 zu entweder F3 oder F4 in der zweiten inneren überlappenden Abdeckfläche 48 zu übergeben, so wird der Frequenz mit dem größten FAV der Vorzug gegeben. Typischerweise besitzen Frequenzen mit kleineren Bereichen um das BTS 20 herum höhere FAV-Werte. Infolgedessen hält die vorliegende Erfindung die Lasten auf den Frequenzen mit den meisten Nachbarn unterhalb bestimmter Lastschwellen und bewegt die Mobilstationen, für die es unwahrscheinlich ist, dass sie eine weitere Übergabe (RTD < RTD-Schwelle) benötigen zu Frequenzen mit weniger Nachbarn. Dies hilft bei der Minimierung der harten Übergaben und der Maximierung der Ausnutzung der Netzwerkressourcen.
  • Nahe der Mitte einer Zelle überlappen sich Frequenz-Abdeckflächen. Infolgedessen gilt Folgendes: Durch Verwendung der RTD zur Abschätzung der Position von Mobilstationen bezüglich der Frequenz-Abdeckflächen innerhalb der Systemabdeckfläche 40, werden Mobilstationen, die am weitesten weg sich von Frequenz-Abdeckgrenzen (RTD < RTD-Schwelle) befinden, aus Gründen des Lastausgleichs übergeben. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass die Mobilstationen darauf folgend eine harte Übergabe benötigen infolge der Bewegung der Mobilstation. Durch Minimierung der harten Übergaben erreicht die vorliegende Erfindung weitere Hardware-Effizienz. Ferner gilt Folgendes: Durch Sicherstellung, dass die Mobilstationen, die eine Übergabe zum Zwecke des Lastausgleichs erfahren, sich nicht nahe der Frequenz-Abdeckflächen befinden, besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Übergabe mit anderen Typen von Übergaben interferieren und umgekehrt.
  • Ein drahtloses Netzwerk wird dann überlastet, wenn die Anzahl der durch das Netzwerk geleiteten Anrufe hinreichend groß wird, um so in signifikanter Weise die Performance des Netzwerkes abzuschwächen. Die exakten Parameter zur Bestimmung, wann ein Netzwerk überlastet ist, ändern sich von System zu System. Durch Vergleichen verfügbarer Netzwerkressourcen, wie beispielsweise der Luftverbindungsressourcen, der Hardwareressourcen und der Handhabungs- oder Verarbeitungsressourcen mit entsprechenden Schwellen, die bezüglich der Netzwerkkapazitätsgrenzen eingestellt sind, werden Regeln für die Bestimmung, wann ein gegebenes Netzwerk für die Zwecke der vorliegenden Erfindung überlastet ist, leicht ermittelt, was weiter unten im Einzelnen erläutert wird.
  • Die Last auf einer gegebenen Frequenz, wie beispielsweise F1, verändert sich entsprechend der Anzahl von aktiven Mobilstationen, d. h. Benutzern, die die Ressourcen von F1 benutzen. Die Last auf der Frequenz F1 kann ansteigen oder abnehmen, und zwar abhängig von der Anzahl der Benutzer, die in F1 eintreten oder austreten, wie beispielsweise über Handoff oder über einen neuen Anrufaufbau einer Mobilstation. Solche Übergaben umfassen weiche/weichere Übergaben (soft/softer handoffs) und harte Übergaben (hard handoff), und zwar ausgelöst durch die Beweglichkeit des Benutzers, (wie beispielsweise zwischen den Grenzen benachbarter CDMA-Systeme) und harte Übergabe infolge des Lastausgleichs über die Frequenzen hinweg, initiiert durch die vorliegende Erfindung.
  • 3 ist ein detaillierteres Diagramm, welches das mobile Schaltzentrum (mobile switching center = MSC) 12 zeigt ferner die Basisstationsteuervorrichtung oder den Basisstations-Controller (BSC = base station controller) 14, die erste Basisstation (BTS) 18 und die Mobilstation 26 der 1.
  • Aus Gründen der Klarheit ist die zweite Basisstation 20 gemäß 1 aus der 2 weggelassen. Zudem sind verschiedene andere Systemkomponenten weggelassen, wie beispielsweise Overhead-Kanal-Manager, die HF-Verbindungs-Manager, die Paging- und Zugriffsmanager, die Anrufs-Manager-Transaktions-Prozessoren und andere Hardware und/oder Software-Module. Der Fachmann weiß jedoch, wie diese Komponenten zu erhalten und aufzubauen sind und wie sie in das System 10 passen. Beispielsweise sind bekannte Komponenten, wie beispielsweise die folgenden weggelassen: Ein Zellenplatz-Modem (cell site modem) in der BTS 18 zum Aufbau einer Luft-Interfaceverbindung 28 zwischen der Basisstation 18 und der Mobilstation 26 und ein CDMA-Zwischenverbindungs-Subsystem zum Leiten von Nachrichten von verschiedenen Elementen innerhalb der Basisstation 18 zu verschiedenen Elementen innerhalb des BSC 14 und des MSC 12.
  • Das BTS 18 umfasst einen Basisstations-Transceiver-Subsystem-Controller (BTSC = base station transceiver subsystem controller) 60 mit einem Sektorfrequenz-Controller (Sector Frequency Controller) 62 in Verbindung mit einem Anrufressourcen-Manager 64. Das BTS 18 weist ferner eine Vielzahl von Kanalkarten 66 auf. Jede Kanalkarte 66 besitzt Verkehrskanalelemente 68. Andere Zwischenverbindungen zwischen den verschiedenen Modulen 60, 62, 64, 66 und 68 des BTS 18 sind nicht gezeigt, um so die Erfindung deutlicher zu veranschaulichen. Die Mobilstation 26 ist in Verbindung mit dem BTS 18 über die Luft-Interfaceverbindung 28 dargestellt.
  • Das MSC 12, welches mit dem PSTN 16 kommuniziert, weist einen Basisstationsmanager (BSM) 70 auf, ferner einen Ergänzungs-Dienstleistungs-Zusatz (SSA) = supplementary service adjunct) 72, einen Anrufsteuer- oder Control-Prozessor (CCP = call control prozessor) 74 und die BSC 14. Die BSC 14 weist ein Selektor-Bank-Subsystem (SBS = selector bank subsystem) 76 auf mit einer Vielzahl von Selektorkarten 78. Die Selektorkarten 78 weisen ein Selektorelement-Hauptcontroller (Selector Element Main Controller) 80 auf, der als ein Computer arbeitet, der auf einer einzigartigen Software der vorliegenden Erfindung arbeitet, und zwar zum Implementieren eines einzigar tigen Lastausgleich-Brokers LLB (= load balancing broker) 82 und einer Pilotdatenbasis 84, wobei die untereinander kommunizieren. Die Selektorkarten 78 weisen auch Selektorelemente 86 auf, die in Verbindung stehen mit dem Selektorelement Hauptcontroller 80.
  • Der BSM 70 der MSC 12 steht mit dem BTS 18 in Verbindung und kann mit anderen Modulen des MSC 12 und des BSC 14 über verschiedene (nicht gezeigte) Verbindungen verbunden sein. Der BSM 70 ist ein Computer, der häufig dazu verwendet wird, Diagnosetests am System 10 auszuführen und Software und Parameter zu laden (upload), wie beispielsweise Software, die entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und zu und von den verschiedenen Komponenten des Systems 10 führt.
  • Obwohl andere (nicht gezeigte) Zwischenverbindungen zwischen verschiedenen Modulen des MSC 12 existieren, veranschaulicht die folgende Diskussion von Zwischenverbindungen zwischen den Modulen des Systems 10 die vorliegende Erfindung. Das SSA 72 ist, wie gezeigt, verbunden mit dem SBS 76 des BSC 14, mit dem CCP 74 des MSCs 12 und mit dem PSTN 16. Der CCP 74 steht in Verbindung mit den SEs 86 der Selektorkarten 78 mit dem BTSC 60 des BTS 18, ferner mit dem Selektorelement-Hauptcontroller 80 und mit dem SSA 72. Die SEs 86 sind mit dem Selektorelement-Hauptcontroller 80 verbunden und stehen in Verbindung mit dem LLB 82 und der Pilotdatenbasis 84 des Selektorelement Hauptcontroller 80. Zusätzlich sind die SEs 86 mit dem CCP 74 verbunden, mit den Kanalkarten 66 und stehen in Verbindung mit den zugehörigen TCEs 68, mit dem CRM 64 des BTSC 60 und ferner mit dem SFC 62 des BTSC 60. Die Pilotdatenbasis 84 steht in Verbindung mit dem LLB 82 und dem SFC Controller 62. Der LLB 82 steht in Verbindung mit der Pilotdatenbasis 84.
  • Gemäß der Erfindung weist der LLB 82 eine einzigartige Lastverteilungs- bzw. Lastabbauroutine 88 auf. Die Pilotdatenbasis 84 weist eine neue vertikale Nachbaraufzeichnung 90 auf, und zwar zusätzlich zu den Frequenzvorzugs-Tabellen, begleitende Frequenzstatus-Aufzeichnungen und Frequenzverfüg barkeits-Aufzeichnungen (nicht gezeigt) für jedes BTS (BTS 18), und zwar gesteuert durch das BSC 14. Das SFC 62 des BTSC 60 auf dem BTS 18 umfasst eine Frequenzstatus-Routine 92 und andere Software- oder Hardware-Routinen (nicht gezeigt) zum Verfolgen des Status jeder Frequenz, die durch jeden Sektor des BTS 18 verwendet wird, wie dies durch den zugehörigen CRM 64 angezeigt ist. Die TCEs 68 auf den Kanalkarten 66 umfassen Funktionalität (nicht gezeigt) zur Durchführung Rundreise-verzögerungs-(RTD)-Berechnungen für jede Mobilstation (Mobilstation 26) gesteuert durch das BTS 18.
  • Im Betrieb hält das BTS 18 Kommunikationsverbindungen mit einer Vielzahl von Mobilstationen aufrecht, wie beispielsweise die Kommunikationsverbindung 28 mit der Mobilstation 26. Den Kommunikationsverbindungen sind unterschiedliche Ressourcen zugeordnet, assoziiert mit unterschiedlichen Frequenzen, wie beispielsweise Frequenzen F1 oder F2. Die Ressourcen umfassen Luft-Verbindungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Sendeleistung, Hardware-Ressourcen, wie beispielsweise verfügbare TCEs 68 und Handhabungs- oder Verarbeitungsressourcen, wie beispielsweise verfügbare Walsh-Codes. Das BTS 18 leitet die Anrufe zwischen Mobilstationen oder zwischen Mobilstationen oder anderen Kommunikationsvorrichtungen (nicht gezeigt), die mit den PSTN 16 verbunden sind. Der CRM 64 verwaltet die verschiedenen Ressourcen, die den Mobilstationen zugewiesen sind, die in Verbindung stehen mit dem BTS 18. Der CRM 64 liefert Ressourcen-Information, wie beispielsweise die Verkehrskanalelemente 68, die derzeit für jede Frequenz verwendet werden. Das SFC 62 empfängt die Ressourcen-Information und erzeugt einen Frequenzstatuswert (SF_CRMStatus) für jede Frequenz eines gegebenen Sektors in dem BTS. Jeder Frequenzstatuswert zeigt die derzeitige oder laufende Last an, d. h. die Größe des Verkehrs, der derzeitig durch jede Frequenz eines Sektors unterstützt wird.
  • In dem vorliegenden speziellen Ausführungsbeispiel sind die Frequenzen eines Sektors Statuswerte von entweder 0, 1, 2 oder 3 zugewiesen. 0 wird Frequenzen zugewiesen, die nicht verfügbar sind, was auftreten kann infolge von Hardware-Ausfall, administrativer Wartung oder anderen Dingen. 1 wird Frequenzen zugewiesen, die etwas mehr verfügbar sind, als diejenigen mit dem Status 0. Frequenzen mit einem 1-Status sind nur für Notrufe verfügbar. 2 wird Frequenzen zugewiesen, die etwas mehr verfügbar sind, als diejenigen mit einem Status 1 und sie sind verfügbar nur für Übergabe- und Notrufe. 3 ist Frequenzen zugewiesen, die allgemein verfügbar sind für alle Arten von Verbindungen, einschließlich Standarddaten, Fax-Anrufe und Sprachanrufe.
  • Die Frequenzstatusroutine 92 vergleicht die Last auf jeder Frequenz mit einer Lastschwelle. Wenn die Last auf einer speziellen Frequenz mit einem Status von 3 die Schwelle übersteigt, so wird der Status der Frequenz auf entweder 0, 1 oder 2 geändert, und zwar abhängig von der Größe, um die die Schwelle überschritten ist. Der entsprechende Frequenzstatus (0, 1, oder 2) wird an die Pilotdatenbasis 90 geliefert, wo der neue Status für diese spezielle Frequenz in diesem speziellen Sektor aufgezeichnet wird.
  • Die Frequenzstatusinformation in der Pilotdatenbasis 84 ist für den LLB 82 und für die begleitende Lastteil- bzw. Lastverteilungs-Routine 88 verfügbar. Sobald eine Frequenz eines Sektors auf einen Status 0, 1, oder 2 gesetzt ist, d. h. nicht vollständig verfügbar ist, fragt die LLB 82 die SEs 86 hinsichtlich Information gemäß den Mobilstationen ab, die derzeit auf einem Anruf auf dieser Frequenz sind, die bestimmte Lastteilkriterien erfüllen. Die Abfrage wird über eine „Anforderung hinsichtlich Leistungsteil-Report-Nachricht" (RequestForLoadSheddingReport message) vom LLB 82 zu den SEs 86 gesandt. Die SEs 86 antworten mit einer Lastteil-Report-Nachricht (LoadShedReport message), und zwar im Detail angebend, welche Mobilstationen die Lastteilkriterien erfüllen.
  • Die Frequenzstatusinformation in der Pilotdatenbasis 84 ist auch für die SEs 86 verfügbar, die einen (nicht gezeigt) Controller aufweisen zum Betreiben der Software für die Verbesserung der Selektorelement-Funktionaliät. Eine (nicht gezeigt) Mobilstationsstatus-Routine, die auf dem Controller in den SEs 86 läuft, übernimmt Information hinsichtlich jeder Frequenz, die nicht vollständig verfügbar ist, d. h. einen anderen Status als 3 besitzt. Die gefundene Information umfasst die Frequenzverfügbarkeitswerte (FAVs = Frequency Availability Values) entnommen aus der Pilotdatenbasis 84, die Hin- und Rück-Verzögerungs-(RTD)-Werte, entnommen aus den TCEs 68 und Pilotsignale im aktiven Satz für jede Mobilstation. Wenn eine Mobilstation mehr als ein Pilotsignal im aktiven Satz besitzt, dann erfährt die Mobilstation eine Übergabe.
  • Der LLB 82 erhält Nachricht von Mobilstationen, die die vorbestimmten Lastverteilungskriterien erfüllen, und zwar basierend auf entnommene Werte. Die Benachrichtigung wird an den LLB 82 geschickt, und zwar wie unten im Einzelnen erläutert wird, in einem „LoadShedReport-Message", d. h. einer Lastverteilungsreport-Nachricht.
  • In dem derzeitigen Ausführungsbeispiel muss zur Erfüllung der vorbestimmten Lastverteilungskriterien eine Mobilstation durch eine Frequenz bedient werden mit einem Status (SF_CRMStatus) nicht gleich 3; muss ferner einen einzigen Pilot im aktiven Satz besitzen (sich nicht im weichen oder weicheren Handoff befinden); und muss eine RTD besitzen, die geringer ist als eine konfigurierbare RTD-Schwelle. Mobilstationen, die die obigen Kriterien erfüllen werden dem LLB 82 berichtet, und zwar über die LoadShedReport-Message.
  • Nach Empfang der LoadShedReport-Message (Lastverteilungs-Report-Nachricht) bestimmt der LLB 82 verfügbare Kandidatenfrequenzen, um die Mobilstationen zu bewegen, die die Lastverteilungskriterien erfüllen. Kandidatenfrequenzen besitzen SF_CFRM-Status-Werte von 3 und Vorzug wird den Frequenzen mit dem höchsten FAV gegeben, d. h. umgeben durch die geringste Anzahl von Nachbarsektoren mit der gleichen Frequenz, was die Tendenz besitzt, die kleinste Region zu umfassen mit der gleichen Frequenz in dem assoziierten BTS, wie beispielsweise dem BTS 18. Die vertikalen Nachbaraufzeichnungen 90 erleichtern die Bestimmung der FAVs durch Vorsehen von Information über die vertikalen Nachbarn jeder Frequenz. Eine erste Frequenz ist ein vertikaler Nachbar einer zweiten Frequenz, wenn sie die zweite Frequenz überlappt.
  • Wenn Kandidatenfrequenzen über den LLB 82 bestimmt werden, gibt der LLB 82 eine Last-Verteilungs-Anforderungsnachricht an die SEs 86, und zwar im Detail, welche Mobilstationen auf welche verfügbaren Frequenzen übergeben.
  • Darauf folgend initiieren die SEs 86 die Übergaben, die in der Lastverteilungs-Anforderungsnachricht spezifiziert sind und danach erfolgt das Ansprechen auf den LLB 82 mit dem Status der Übergaben in einer Last-Verteilungs-Ansprechnachricht. Infolge dessen wird die Systemlast über die Frequenzen hinweg verteilt und es ist weniger wahrscheinlich, dass irgendeine Frequenz bis zu dem Punkt überlastet wird, wo Anrufe fallen gelassen oder blockiert werden.
  • Die genauen Kriterien zur Bestimmung, wann eine Frequenz für Lastausgleichszwecke der vorliegenden Erfindung überlastet ist, sind anwendungsspezifisch und können geändert werden, um die Anforderungen einer gegebenen Anwendung durch einen Fachmann zu erfüllen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Der Fachmann erkennt, dass die Einzellastschwelle verwendet durch die Frequenzstatusroutine 92 ersetzt werden kann durch eine Vielzahl von Lastschwellen, eine für jede Type der Frequenzressource ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zudem gilt Folgendes: Anstelle der Verwendung einer Schwelle, die durch eine Last überschritten werden muss, kann man eine Ressourcen-Schwelle verwenden, unterhalb welcher verfügbare Ressourcen fallen müssen, um eine erneute Zuweisung eines verfügbaren Statuswertes auszulösen, und zwar zu einem geringeren Statuswert hin, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Frequenzstatusroutine 92 und die Lastverteilungsroutine 88 werden in der Software des vorliegenden Ausführungsbeispiels implementiert, jedoch erkennt der Fachmann, dass die Routinen 88 und 92 in Hardware implementiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Mit dem Zugriff zu den Lehren, die offenbart sind, kann der Fachmann leicht den entsprechenden Code implementieren zum Aufbau verschiedener erforderlicher Nachrichten, wie beispielsweise der Lastverteilungsberichts-Nachrichten und der Lastverteilungsansprechnachrichten und andere Funktionalitäten die notwendig sind, um die Erfindung zu implementieren.
  • Das neuartige Design der vorliegenden Erfindung wird verbessert durch die Verwendung der FAV-Werte der vorliegenden Erfindung. Die FAV-Werte erleichtern das Bewerten der Frequenzen von der besten bis zur schlechtesten hinsichtlich der Nachbarn für einen gegebenen Sektor. Wenn beispielsweise M-Frequenzen mit Verkehrskanälen innerhalb einer gegebenen Zellen-Nachbarschaft existieren, so hat die beste Frequenz (durch die meisten Nachbarn geteilt) einen FAV von 1. Die schlechteste Frequenz (geteilt von der geringsten Anzahl von Nachbarn) hat einen FAV von M.
  • Wenn die Frequenzen eine ähnliche Verfügbarkeit besitzen, werden ähnliche FAV-Werte diesen Frequenzen über den BSM 70 zugewiesen. Wenn somit sämtliche Frequenzen ähnliche System-Fußabdrücke (genau übereinander liegend) besitzen, so ist das gleiche FAV von 1 allen Sektorfrequenzen zugewiesen.
  • Der BSM 70 erhält FAV-Information von einem Netzwerkplanungswerkzeug. Die Netzwerkplanungswerkzeuge sind im Stand der Technik bekannt und können einfacher Weise angepasst werden, um die FAV-Werte entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung zu sammeln.
  • Die beste Frequenz in einem gegebenen Sektor ist nicht notwendiger Weise die beste Frequenz in einem anderen Sektor. Wenn bestimmten Fre quenzen ähnliche Ränge oder Bewertungen (ähnliche FAV's) gegeben werden, dann werden die unmittelbar folgenden Rang- oder Bewertungszahlen übersprungen, um zu garantieren, dass der Rang oder die Bewertung der schlechtesten Frequenz gleich der Anzahl der Frequenzen in dem Sektor ist. Nimmt man beispielsweise an, dass drei Frequenzen durch einen gegebenen Sektor angeboten werden, so gilt Folgendes: Wenn zwei der Frequenzen den Rang 1 (FAV = 1) besitzen, dann wird der Rang 2 übersprungen und der nächste verfügbare Rang ist 3 (die letzte Frequenz hat FAV = 3).
  • Die anfängliche Verkehrskanalzuweisung (traffic channel assignment) gemäß der vorliegenden Erfindung sollte zur Folge haben, dass die Systemlast auf der besten Frequenz (Primärfrequenz) konzentriert wird. Überflusslast wird der nächstbesten Frequenz (beispielsweise sekundäre Frequenz) zugewiesen usw. bis die Frequenz mit dem höchsten FAV (kleinste Abdeckung in der Nähe des Sektor des Mobils) verwendet wird. Verkehrskanalzuweisungsroutinen zum Erreichen der obigen Ergebnisse kann der Fachmann aufgrund der Lehren der Erfindung entwickeln.
  • Jedes SFC 62 überwacht kontinuierlich die Last an einer zugehörigen Frequenz eines Sektors und berichtet den Status der Frequenz an das BSC 14. Der Bericht tritt auf bei Änderung des Frequenzstatus (SF_CRM-Status). Jedes SFC, einschließlich des SFC 60 und anderer (nicht gezeigter) SFCs in dem System 10 sollen Änderungen in dem Frequenzstatus zu dem BSC 14 senden. Der Frequenzstatus wird über den neuen Parameter SF_CRMStatus spezifiziert. Wie oben erwähnt, wird der SF_CRMStatus-Parameter auf einen der folgenden Werte eingestellt: 3 = Frequenz verfügbar, 2 = Frequenz verfügbar nur für Übergabe und Notrufe; 1 = Frequenz nur für Notrufe verfügbar und 0 SF nicht verfügbar. Wenn SF_CRMStatus = 3, dann ist die entsprechende Frequenz verfügbar für neue Anrufe, Übergabe und Notrufe. Wenn SF_CRMStatus = 2 dann ist die entsprechende Frequenz verfügbar nur für Übergabe und Notrufe. Wenn SF-CRMStatus = 1, dann ist die entsprechende Frequenz verfügbar nur für Notrufe. Schließlich gilt Folgendes: Wenn SF_CRMStatus = 0, dann ist die entsprechende Frequenz für Service nicht verfügbar. Die Pilotdatenbasis 84 bringt den Status jeder Frequenz eines gegebenen Sektors auf den neuesten Stand, und zwar bei Empfang des Sendestatus von dem entsprechenden SFC 62.
  • Das erfindungsgemäße System zur Erleichterung der Lastaufteilung zwischen den Frequenzen ist angepasst für die Verwendung mit einem einzigartigen Anrufursprungsalgorithmus der unten erläutert wird. Bei einem Anrufsursprung (call origination) oder Entstehen eines Anrufs wählt das SB 76 einen Sektor und Frequenz aus und fordert eine Luft-Verbindungsressource von seinem CRM 64 an, und zwar basierend auf dem FAV-Wert der Frequenz und den FAV-Werten der vertikalen Nachbarn in der vertikalen Nachbaraufzeichnung 90; eine Liste von Pilotsignalen berichtet durch die Mobilstation 26 (jedes Pilotsignal ist mit einer Sektorfrequenz assoziiert); dem SF_CRMStatus der Frequenz und SF-CRMStatus der vertikalen Nachbarn der Frequenz (vertikale Nachbarn sind in der neuen vertikalen Nachbaraufzeichnung 90 der Pilotdatenbasis 84 spezifiziert), und dem RTD der Mobilstation 26 zur BTS assoziiert mit der Sektorfrequenz, die das Ursprungs- oder Page-Ansprechen gehandhabt hat.
  • Das SBS 76 fordert nur Ressourcen vom CRM 64 der SFCs an mit einem verfügbaren Ressourcenstatus, d. h. SF-CRMStatus = 3. Das SBS 76 fordert eine Ressource von dem CRM 64 des Anrufsursprungs- oder Erzeugungs-BTS 18 (oder „Page"-Ansprechen) an, und zwar vorausgesetzt, dass die RTD, gemessen über die TCEs 68 unterhalb irgendeiner konfigurierbaren Schwelle liegt. Für die Zwecke des Entstehens gilt Folgendes: Wenn die RTD oberhalb der konfigurierbaren Schwelle liegt, so fordert das SBS 76 eine Luft-Verbindungsressource von dem CRM 64 des BTS 18 an, und zwar assoziiert mit der besseren Frequenz (Minimum-FAV), wenn möglich. Die RTD-Komponente des Ursprungs-Algorithmus für den derzeitigen Anruf kann abgeschaltet werden, und zwar durch Einstellen der RTD-Schwelle auf irgendeine willkürliche große Zahl. Wenn sämtliche Frequenzen den gleichen Fußabdruck besitzen (d. h. die Zugriffsfrequenz hat einen FAV = 1), so wird die zugewiesene Frequenz Standard für die Zugriffsfrequenz. Das SBS 76 wählt eine Frequenz mit dem niedrigstmöglichen FAV aus, und zwar für Mobilgeräte außerhalb der Kernfläche der Abdeckung (RTD überschreitet die Schwelle).
  • Das SBS 76 wählt eine Zugangsfrequenz für Mobilgeräte aus innerhalb der Kernfläche oder Kerngebiets der Abdeckung (RTD unterhalb der Schwelle). Wenn die Sektorfrequenz nicht verfügbar ist, so wählt das SBS 76 eine verfügbare Frequenz mit der schlechtest möglichen FAV (der geringsten Anzahl von Nachbarn) für Mobilstationen innerhalb der Kernfläche der Abdeckung (RTD unterhalb der Schwelle) aus. Jede TCE 68 behält eine Schätzung des RTD für jeden im Gang befindlichen Anruf bei.
  • Die RTD schätzt den Abstand zwischen einer Mobilstation 26 in einem Anruf und der Zellendienstleistungsstelle (cell serving site) (BTS 18). Diese RTD-Information wird an das Selektorelement 86, das in den Anruf verwickelt ist, gesandt, und zwar immer dann, wenn die Änderung von dem zuletzt berichteten RTD-Wert einen bestimmten Wert übersteigt. Wenn die Mobilstation 26 mehr als ein Pilotsignal in seiner Anforderung (IS-95 kompatibles Mobil) berichtet, so fordert das SBS 76 Ressourcen von höchsten drei entsprechenden Sektoren mit der gleichen Frequenz an.
  • Das SBS 76 wählt den besten der drei Sektoren mit der gleichen Frequenz aus, und zwar gemäß dem Handoff Granting Algorithm (HGA), d. h. dem Übergabegarantie-Algorithmus. Der HGA selbst ist dem Stand der Technik bekannt und in IS-95B definiert, aber seine Verwendung für den Anrufaufbau ist neu. In konventionellen Systemen wird der HGA typischerweise nur verwendet für die weiche Übergabe von Mobilstationen, die bereits einen Anruf ausführen.
  • Da bei dem Anrufaufbau noch kein aktiver Satz vorhanden ist, nimmt das SBS 76 an, dass das beste Pilotsignal (mit dem höchsten EC/Io (Chip-Energie zu Interferenz-Verhältnis), (chip energy to interference ratio)) der einzige aktive Setzpilot ist und läuft dann zum nächst besten Piloten durch das HGA, um zu bestimmen, ob das nächste Pillotsignal zu dem aktiven Satz hinzuad diert werden soll. Wenn das nächste Pilotsignal hinzuaddiert werden soll, dann wird das nächst beste Pilotsignal mit zwei Piloten im aktiven Satz analysiert usw. Wenn ein gegebenes Pilotsignal den HGA-Test nicht besteht, so werden alle verbleibenden Pilotsignale (mit geringerem Echo) berichtet in der Zugriffsnachricht (Ursprungs- oder Page-Ansprechen) fallen gelassen.
  • Die Software zum Implementieren des obigen Anruf-Entstehungs- oder Origination-Algorithmus kann entwickelt und in geeigneten Modulen des Systems 10 positioniert werden, und zwar durch den Fachmann mit Hilfe der vorliegenden Lehre. Zudem sind Systeme zur Messung und zur Berechnung von RTD-Werten für Mobilstationen über Funktionalität, eingebaut in die TCEs 68 im Stand der Technik bekannt und können zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung angepasst werden.
  • 4 ist ein Flussdiagramm einer Lastverteilungsroutine 88 der 3, aufgebaut entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung zur Erleichterung des Lastausgleichs über die Frequenzen hinweg.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und 4 sei folgendes ausgeführt: In einem anfänglichen Austritts-Check- oder Austrittsüberprüfungsschritt 102, prüft die Software 88, um festzustellen, ob ein Austrittsbefehl über eine Eingabevorrichtung ausgegeben wurde, einer Eingabevorrichtung, wie beispielsweise dem BSM 70. Wenn ein Ausgangs- oder Austrittsbefehl ausgegeben wurde, so endet die Software 10. Ansonsten wird die Steuerung zu einem LLB Entnahme- oder Retrievingschritt 104 geleitet.
  • In dem LLB-Entnahme-Schritt 104, entnimmt die LLB 82 den Status der Frequenzen, gesteuert durch den CRM 64 von der Pilotdatenbasis 84. Darauffolgend geht die Steuerung zu einem Status-Prüf-Schritt (status checking Stepp) 106.
  • Im Status-Prüf-Schritt 106 prüft die Software die Statusvariablen (SF_CRMStatus) für Frequenzen der Pilotdatenbasis 90, um festzustellen, ob irgendwelche Frequenzen einen 0, 1 oder 2-Status besitzen, d. h. einen Status nicht gleich 3. Frequenzen mit einem Status von 0, 1 oder 2 sind nicht vollständig verfügbar, was auftreten kann infolge der Tatsache, dass entsprechende Frequenz-Ressourcen unter vorbestimmte Ressourcen-Schwellen fallen. Wenn keine der Frequenzen einen Status von 0, 1 oder 2 besitzt, dann geht die Steuerung zurück in den anfänglichen Austritts-Überprüfungsschritt 102. Ansonsten wird die Steuerung zu einem ersten Zeitsteuer-Prüfschritt (first timer-checking Stepp) 108 geleitet.
  • In dem ersten Timer-Prüfschritt 108 für ein gegebenes Sektorfrequenz-Paar mit Status 0, 1 oder 2 prüft die Software 88 ihre entsprechende Zeitsteuerung (T1), die auf Null (d. h. Zeitsteuerung abgelaufen) initialisiert wird, und zwar bei Aktivieren der Software 88. Wenn T1 nicht abgelaufen ist, geht die Steuerung zurück zu dem anfänglichen Austritts-Prüfschritt 102. Ansonsten geht die Steuerung zu einem Berichtsanforderungs-Schritt 110 weiter.
  • Der Berichtsanforderungs-Schritt (report-requesting step) 110 fordert Lastverteilungsberichte von den SEs 86 assoziiert mit den Frequenzen an, die einen Status von 0, 1 oder 2 besitzen. Eine zweite Zeitsteuervorrichtung (T2) wird auch auf Null gesetzt und fängt an zu zählen bei Anforderung der Lastverteilungsberichte durch den Berichtsanforderungs-Schritt 110, der auf dem LLB 88 läuft. Die Steuerung geht dann zu einem zweiten Zeitsteuerprüfschritt 112.
  • Der zweite Zeitsteuerprüfschritt 112 bestimmt, ob der LLB 82 einen entsprechenden Bericht von den SEs 86 empfangen hat, und zwar ansprechend auf die Berichtsanforderung von dem LLB 82 bevor die Zeitsteuerung T2 abgelaufen ist. Wenn der Lastverteilungsbericht durch den LLB 82 nach Ablauf von T2 empfangen wird, dann geht die Steuerung zurück zu dem anfänglichen Austritts-Prüfschritt 102. Ansonsten geht die Steuerung zu einem Frequenzverfügbarkeits-Prüfschritt 114.
  • Der Frequenz-Verfügbarkeits-Prüfschritt 114 durchsucht die Pilotdatenbasis 84 auf die Anwesenheit von verfügbaren Frequenzen, d. h. Frequenzen mit einem SF_CRMStatus von 3 auf dem gleichen Sektor als die nicht verfügbare Frequenz oder Frequenzen (SF_CRMStatus = 0, 1 oder 2) Wenn eine verfügbare Frequenz nicht gefunden wird, dann geht die Steuerung zurück zu dem anfänglichen Austritts-Prüfschritt 102. Ansonsten geht die Steuerung zu einem Lastverteilungsanforderungsschritt 116.
  • Der Lastverteilungsanforderungsschritt 116 sendet eine Lastverteilungsanforderung von der LLB 82 an die SEs 86, die mit den Frequenzen assoziiert sind, die einen Status von 0, 1 oder 2 besitzen. Die SEs 86 initiieren daraufhin Übergabe von Mobilstationen, die auf der Frequenz oder den Frequenzen arbeiten, die einen Status von 0, 1 oder 2 besitzen zu einer verfügbaren Frequenz oder Frequenzen, die einen Status von 3 besitzen. Die Mobilstationen, die übergeben werden sollen erfüllen zusätzliche Auswahlkriterien, wie beispielsweise RTDs unterhalb einer bestimmten Schwelle und Einzelpilotsignale in den entsprechenden aktiven Sätzen, wie oben beschrieben. Die zusätzlichen Auswahlkriterien werden in der Lastverteilungsanforderungsnachricht von dem LLB 82 eingeschlossen. Die SEs 86 versuchen die Übergabe (attempt handoff), d. h. Netzwerklastverteilung oder Lastausgleich und berichten dann die Ergebnisse zurück an den LLB 82.
  • Daraufhin wird die Steuerung zu einem Ansprech-Prüfschritt 118 geleitet. Der Ansprech-Prüfschritt 118 bestimmt, ob der LLB 82 erfolgreiche Lastverteilungs-Ansprechnachrichten von den Selektorelementen empfangen hat, die von der Lastverteilungsanforderung von dem LLB 82 über den Lastverteilungsanforderungsschritt 116 ausgegeben wurden. Wenn kein erfolgreiches Lastverteilungsansprechen durch den LLB 82 von den entsprechenden SEs 86 erhalten wurden, wird die Steuerung an den anfänglichen Austritts-Prüfschritt 102 zurückgeleitet. Andernfalls wird die Steuerung an einen Zeitsteuerungseinstellschritt 120 weitergeleitet, wo der Timer T1 für die Sektorfrequenzen gesetzt wird, die zusätzliche Mobilstationen empfangen haben. Timer T1 wird gesetzt, um eine Überlastung zu vermeiden, was ein uner wünschtes Phänomen ist, das auftritt, wenn zu viele Mobilstationen unmittelbar hintereinander auf eine neue Frequenz geschaltet werden. Das Einstellen des Timer T1 wird nachfolgend im Einzelnen besprochen.
  • Zusätzliche Funktionalität, die die Software 88 begleitet, ist auf die Module in dem System 10 verteilt und umfasst Software (wie beispielsweise die Frequenzstatusroutine 92, die vertikale Nachbaraufzeichnung 90 und Software, die auf dem Controller (nicht gezeigt) der Selektorelemente 86 der 3) läuft, installiert auf verschiedenen Teilen des Systems 10. Mit Zugriff auf die vorliegenden Lehren, erkennt der Fachmann, wie die zusätzliche Software aufzubauen oder zu erhalten ist und wie die zusätzliche Software durch die Module des Systems 10 der 3 zu verteilen ist.
  • Für jedes SBS 76 existiert nur eine Lastausgleichsfunktion (bezeichnet als Last-Ausgleichs-Broker (LLB)). Der LLB 82 hat Zugriff zur Pilotdatenbasis 84, wo der SF_CRMStatus für jede gestützte Frequenz eines gegebenen Sektors dynamisch von dem entsprechenden SFC 62 aktualisiert wird.
  • Wie oben beschrieben, überwacht der LLB 82 den Status jeder Frequenz eines Sektors. Bei Feststellung einer Frequenz mit einem Status nicht gleich 3, fragt der LLB 82 sämtliche SEs 86 hinsichtlich jedweder Mobilstationen, die das folgende Kriterium (Lastteilkriterium) erfüllen. Die Mobilstation wird durch die Frequenz (identifiziert durch den ExtendedBaseId) bedient, dessen Status nicht gleich 3 ist. Die Mobilstation besitzt einen einzigen Pilot in dem aktiven Satz. Die Mobilstation hat eine RTD kleiner als eine konfigurierbare Schwelle.
  • Jede SE 86, die eine Mobilstation bedient oder handhabt, welche das obige Kriterium erfüllt, umfasst die internationale Mobilstationsidentität IMSI in dem Bericht zu dem LLB 82. Bei Empfang des ersten Berichts von einer der SEs 86, prüft der LLB 82 hinsichtlich einer verfügbaren Frequenz (SF_CRMStatus = 3) innerhalb des gleichen Sektors und es wird Präferenz oder Vorzug der Frequenz gegeben mit dem schlechtesten FAV. Wenn eine solche Frequenz verfügbar ist, dann sendet der LLB 82 eine ShedLoad-Anforderungsnachricht (ShedLoadRequest message) zu dem entsprechenden SE 86 und fragt die SE die Mobilstation zu einer unterschiedlichen verfügbaren Sequenz zu bewegen.
  • Wenn keine Frequenz mit einem Status 3 existiert, dann startet der LLB 82 die Zeitsteuervorrichtung T1 (Timer) für dieses Sektorfrequenzpaar und bewegt sich zu dem nächsten Sektorfrequenzpaar. Der LLB 82 umfasst die IMSI der Mobilstation für harte Übergabe und die neue Frequenz zu der die Mobilstation in dem ShedLoadRequest bzw. Lastteilanforderung bewegt wird.
  • Bei einer erfolgreichen harten Übergabe der Mobilstation sendet das SE 86 eine Lastteilansprechnachricht (ShedLoadResponse Message) an den LLB 82 zur Anzeige des Erfolgs. Der LBB 82 setzt sodann die Zeitsteuervorrichtung T1 für das neue Sektorfrequenzpaar (ExtendedBaseID) ein, und initiiert keine Lastteilung (Load Shed) von dieser Frequenz auf diesem Sektor bis die Zeitsteuervorrichtung abläuft. Der LLB 82 setzt die Zeitsteuervorrichtung T1 auf A, wenn die belastete Frequenz einen Status von 2 besitzt, und setzt die Zeitsteuervorrichtung T1 auf B, wenn die belastete Frequenz einen Status von 1 oder 0 besitzt, wobei B kürzer ist als A.
  • Wenn zu der Zeit wo die Lastteilanforderung durch das SE 86 vom LLB 82 empfangen wird, die obigen Lastteilkriterien nicht mehr erfüllt sind, so sendet das SE 86 ein Lastteilansprechen mit einem Ausfallstatus. Wenn die harte Übergabe nicht erfolgreich ist, zeichnet der LLB 82 den Fehler auf, prüft den Status der Frequenz und startet wiederum den Lastteilprozess.
  • Die Implementierung der Lastteilung entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung, minimiert die Wahrscheinlichkeit der Übergabeblockade, und hilft bei der Garantie der Nicht-Null-Überschusskapazität für Übergabe auf den besten Frequenzen (mit niedrigstem FAV). Die Lastteilsoftware 88 hält die Last auf den besten Frequenzen unterhalb einer konfigurierbaren Schwelle durch Bewegung der Mobilstationen, die unwahrscheinlich in Über gaben geraten (nahe der Mitte der Zelle) und zwar Übergaben zu Frequenzen mit höheren FAVs. Wenn die auf einer gegebenen Frequenz in einem gegebenen Sektor vorhandene Last eine bestimmte Verstopfungsschwelle übersteigt, so ändert sich der Status der Frequenz und wird in der Pilotdatenbasis 84 am BSC 14 reflektiert. Sodann startet der LLB 82 das Lastteilverfahren um die Last auf einen annehmbaren Pegel herab zu bringen. Der LLB 82 steuert die Rate der harten Übergaben durch eine Zeitsteuervorrichtung T1, die den ursprünglichen Lastpegel auf der verstopften und überlasteten Frequenz anzeigt (SF_CRMAStatus = 2 oder 1).
  • Der LLB 82 schickt eine HF- oder Sendenachricht "RequestForLoadSheddingReport" (= Anforderung eines Lastteilberichts) an alle SEs 86, und zwar anzeigend, dass eine gegebene Frequenz Lastteilung erfahren soll. Die Sendenachricht hat die folgende Form. Tabelle 1
    RequestForLoadShedding Report/Anforderung eines Lastteil-Berichts
    Parameter Name Typ
    Erweiterte Basis ID ExtendedBaseId notwendig MANDATORY
  • Wenn eine SE 86 bestimmt, dass die Mobilstation, die mit dem SE 86 in Kommunikation steht die Lastteilkriterien erfüllt, so schickt sie einen Lastteilbericht oder LoadShedReport an den LLB 82, der die folgende Form besitzt: Tabelle 2
    LoadShedReport/Lastteil-Bericht
    Parameter Name Type
    Erweiterte Basis ID ExtendedBaseId notwendig MANDATORY
    SE-ID notwendig MANDATORY
    IMSI notwendig MANDATORY
  • Nach Bestimmen, dass eine Kandidatenfrequenz vorhanden ist zu der die Mobilstation bewegt werden kann, sendet der LLB 82 die folgende Lastteilanforderung (LoadShedRequest) an das Kandidaten SE: Tabelle 3
    LoadShedRequest/Lastteil-Anforderung
    Parameter Name Type
    Erweiterte Basis ID ExtendedBaseId notwendig MANDATORY
    SE-ID notwendig MANDATORY
    IMSI notwendig MANDATORY
    Ziel_erweiterteBasisId Target_ExtendedBaseId notwendig MANDATORY
  • Nach Empfang der Lastteilanforderung führt das SE 86 als erstes die harte Übergabe aus, und spricht dann auf den LLB 82 an, und zwar mit einem Lastteilansprechen, welches den Status der Übergabe wie unten angegeben anzeigt: Tabelle 4
    LoadShedResponse/Lastteil-Ansprechen
    Parameter Name Typ
    Erweiterte Basis ID notwendig
    ExtendedBaseId MANDATORY
    SE-ID notwendig MANDATORY
    Status notwendig MANDATORY
  • Die Lastteilsoftware 88 arbeitet auch entsprechend den folgenden Guidelines oder Richtlinien. Die Lastteilung (Load Shedding) ist zulässig von Frequenzen mit einem gegebenen FAV bis zu Frequenzen nur mit einem höheren FAV. Die Lastteilung ist nur zulässig zwischen Frequenzen im gleichen Sektor. Schließlich gilt Folgendes: wenn eine Mobilstation sich zwischen zwei Sektoren bewegt, so, wenn möglich, muss die weiche Übergabe eintreten bevor eine harte Übergabe für Lastteilungszwecke zwischen Frequenzen in dem neuen Sektor in Betracht gezogen wird. Daher geben die SEs 86 Priorität den weichen Übergaben dann, wenn eine Lastteilanfrage und eine Weichübergabeanfrage gleichzeitig durch die SE 86 empfangen werden.
  • 5 ist eine grafische Darstellung 130 der Kapazität, abhängig von Frequenzen, gestützt für eine gegebene Zelle, unter Verwendung des Lastausgleichssystems der 3 und 4 und für eine Zelle, die keinen Lastausgleich unterstützt. Die grafische Darstellung 130 besitzt eine Vertikalachse 132 und eine Horizontalachse 134, wobei die Vertikalachse 132 den Verkehr in "Anrufe in Erlang" repräsentiert, und die Horizontalachse 134 die Anzahl der Frequenzen in einem gegebenen Sektor repräsentiert.
  • Eine erste Darstellung 136 repräsentiert den Verkehr pro Anzahl der Frequenzen, der für ein Mehrfachfrequenzsystem gestützt werden kann, was keinen Lastausgleich verwendet und mit einer gegebenen Hardwarekonfiguration und mit Anrufblockier- und Abfallwahrscheinlichkeiten, aufrechterhalten innerhalb akzeptabler Grenzen. Die erste Darstellung 136 erhöht sich linear mit der Anzahl der Frequenzen pro Sektor.
  • Eine zweite Darstellung 138 repräsentiert den Verkehr pro Anzahl der Frequenzen für ein vergleichbares Mehrfachfrequenzsystem, welches den Lastausgleich verwendet, und zwar entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die zweite Darstellung 138 schlägt vor, dass ein System mit Lastausgleich gemäß der Erfindung mehr Verkehr für die gleiche Hardwarekonfiguration unterstützen kann, wobei die Blockier- und Abfallwahrscheinlichkeit innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben. Somit kann die Ressourceneffizienz eines Kommunikationssystems verbessert werden durch das Lastausgleichssystem der vorliegenden Erfindung.
  • Die Gewinne ergeben sich teilweise aus der Tatsache, dass die Luftverbindungsressourcen nunmehr allen Mobilstationen auf irgendeiner der Sektorfrequenzen verfügbar sind. Zudem ist weniger Hardware erforderlich, um die gleichen Blockier- und Abfallwahrscheinlichkeiten zu erfüllen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde somit hier unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel für einen speziellen Anwendungsfall beschrieben. Der Fachmann mit Zugriff zu den beschriebenen Lehren erkennt, dass zahlreiche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung liegen. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsbeispiele innerhalb des Rahmens der Erfindung abdecken.

Claims (21)

  1. Ein System zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, welches eine Vielzahl von Frequenzen (F1, F2) pro Zelle verwendet, wobei Folgendes vorgesehen ist: erste Mittel (62) zur Überwachung einer Netzwerkbelastung assoziiert mit jeder der erwähnten Vielzahl von Frequenzen und Vorsehen entsprechender Statuswerte, ansprechend darauf; zweite Mittel (92) zum Vergleichen der erwähnten Statuswerte mit einem vorherbestimmten Kriterium und Vorsehen einer Anzeige, ansprechend darauf, wenn einer oder mehrere der erwähnten Statuswerte das erwähnte Kriterium erfüllen; dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner Folgendes aufweist: dritte Mittel (82) zur Umverteilung der erwähnten Netzwerkbelastung entsprechend der erwähnten Anzeige, wobei die dritten Mittel aufweisen, um zu bestimmen, welche Mobilstationen in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk sich innerhalb einer inneren Versorgungs- bzw. Abdeckfläche (44) einer Zelle (22) befinden, und zwar basierend darauf, ob die Hin- und Rück-(round trip)-Verzögerungen (RTD = round trip delays) der Mobilstation kleiner sind als eine Schwelle, und Mittel zur Initiierung einer Übergabe (handoff) von mindestens einer Mobilstation innerhalb der inneren Abdeckfläche (44) auf eine unterschiedliche Frequenz (F2) in der Zelle (22).
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Kriterium eine oder mehrere vorbestimmte Schwellen derart aufweist, dass dann, wenn eine oder mehrere der erwähnten vorbestimmten Schwellen durch den erwähnten einen oder die erwähnten mehreren Statuswerte überschritten wird bzw. werden, dass Kriterium erfüllt ist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die erwähnten Statuswerte repräsentativ sind für Belastungszustände oder Bedingungen für die Kommunikationssystem-Ressourcen, assoziiert mit jeder der erwähnten Frequenzen, wobei die Belastungszustände repräsentativ sind für die derzeitig verfügbaren Ressourcen, die jeder der erwähnten Vielzahl von Frequenzen zugewiesen sind.
  4. System nach Anspruch 3, wobei jeder der Statuswerte eine Hardware-Ressourcen-Komponente, eine Luftverbindungs-Ressourcen-Komponente und eine Handhabungs- oder Verarbeitungs-Ressourcen-Komponente aufweist, und wobei jede Komponente eine Anzeige für die entsprechenden verbleibenden Ressourcen bildet.
  5. System nach Anspruch 4, wobei die Hardware-Ressourcen-Komponente die Anzahl der derzeitig verfügbaren Kanalelemente für eine zugehörige oder assoziierte Frequenz umfasst.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Luftverbindungs-Ressourcen-Komponente die Sendeleistung umfasst, und zwar verfügbar für eine spezielle Frequenz, bevor die maximale Luftverbindungs-Kapazität erreicht ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei die erwähnte Handhabungs- oder Verarbeitungs-Ressourcen-Komponente die Anzahl der verfügbaren Walsh-Codes für eine spezielle Frequenz umfasst.
  8. System nach Anspruch 4, wobei die ersten Mittel Sektorfrequenz-Steuervorrichtungen oder -Controller (62) aufweisen, und zwar eine(n) für jede der erwähnten Vielzahl von Frequenzen in einem gegebenen Sektor.
  9. System nach Anspruch 8, wobei jede der erwähnten Sektorfrequenz-Steuervorrichtungen (62) in Verbindung mit einem entsprechenden Anruf-Ressourcen-Manager (64) steht.
  10. System nach Anspruch 9, wobei der erwähnte Anruf-Ressourcen-Manager (64) auf einem Basisstationstransceiver-Subsystem (18) positioniert ist.
  11. System nach Anspruch 9, wobei die erwähnten zweiten Mittel (92) Software aufweisen, die auf jeder der erwähnten Sektorfrequenz-Steuervorrichtungen (62) läuft, wobei die Software (92) einen Statuswert assoziiert mit einer entsprechenden Frequenz erzeugt, den Statuswert mit einer der erwähnten vorbestimmten Schwellen vergleicht und, ansprechend darauf, eine Statusnachricht erzeugt.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Statusnachricht spezifiziert, dass die entsprechende Frequenz verfügbar ist; wobei die entsprechende Frequenz nur für Handoff (Übergabe) verfügbar ist; wobei die entsprechende Frequenz für Notanrufe nur verfügbar ist; oder wobei die entsprechende Frequenz nicht verfügbar ist.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die erwähnte durch die zweiten Mittel (92) vorgesehene Anzeige die erwähnte Statusnachricht dann umfasst, wenn die Statusnachricht spezifiziert, dass die entsprechende Frequenz nur für Handoff (Übergabe), oder nur für Notrufe verfügbar ist oder ansonsten unverfügbar ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die dritten Mittel einen Belastungs- bzw. Lastausgleichs-Broker (82) aufweisen, der die erwähnte Anzeige empfängt, und wobei der Last-Ausgleichs-Broker in Verbindung mit einer Pilotdatenbasis (84) und Selektorelementen (86) steht.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die erwähnten Selektorelemente (86) auf einer Basisstations-Steuervorrichtung (base station controller) (14) positioniert sind und in Verbindung stehen mit Kanalelementen eines Basisstations-Tranceiver-Subsystems (18), assoziiert mit der erwähnten Zelle und der entsprechenden Frequenz.
  16. System nach Anspruch 14, wobei der Belastungsausgleichs-Broker (82) Mittel aufweist zur Bestimmung von Mobilstationen, die derzeit keine Übergabe (handoff) ausführen, die innerhalb der inneren Abdeckfläche der Zelle ar beiten und die assoziiert sind mit Frequenzen, angegeben über die erwähnte Anzeige, und zur Ausgabe einer Belastungsabgabeanforderung an die Selektorelemente, ansprechend darauf.
  17. System nach Anspruch 16, wobei die Selektorelemente (86) Mittel aufweisen zum Implementieren der Übergabe (handoff) einer Mobilstation von ersten Frequenz auf eine Ziel- oder Target-Frequenz entsprechend den Belastungsausgleichs-Übergabekriterien.
  18. System nach Anspruch 17, wobei die Selektorelemente (86) Mittel aufweisen, um ein Belastungsabgabeansprechen an den Belastausgleichs-Broker zu liefern, und zwar ansprechend auf den Empfang der erwähnten Belastungsabgabeanforderung, wobei das Belastungsabgabeansprechen anzeigt, ob Mobilstationen erfolgreich auf verfügbare Frequenzen übergegeben wurden, die in der Belastungsabgabeanforderung spezifiziert wurden, und zwar über die erwähnten Mittel zum Implementieren der Übergabe (handoff).
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Belatungsausgleichs-Übergabe-Kriterien spezifizieren, dass die Übergabe nur gestattet ist von der ersten Frequenz auf eine Zielfrequenz mit einem höheren Frequenz-Verfügbarkeitswert als die erste Frequenz und dann, wenn die Zielfrequenz sich innerhalb des gleichen Sektors wie die erste Frequenz befindet, wobei die Übergabe-Kriterien Zielfrequenzen mit höheren Frequenz-Verfügbarkeitswerten bevorzugen.
  20. System nach Anspruch 18, wobei die Mittel zur Bestimmung Folgendes aufweisen: eine Pilotdaten-Basis (84) und die erwähnten Selektorelemente (86), wobei die Pilotdaten-Basis eine vertikale Nachbaraufzeichnung (90) aufweist, die die mit jeder Frequenz assoziierten darüber liegenden Frequenzen spezifiziert.
  21. Ein Verfahren zur Verbesserung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrades eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes, das eine Zelle (22) besitzt, die eine Vielzahl von Frequenzen (F1, F2) unterbringt, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: Überwachung (104) der Netzwerkbelastung assoziiert mit jeder der erwähnten Vielzahl von Frequenzen und Liefern entsprechender Statuswerte, ansprechend darauf; Vergleichen (106) der Statuswerte mit vorherbestimmten Schwellen und Liefern einer Anzeige, ansprechend darauf dann, wenn einer oder mehrere der Statuswerte eine oder mehrere der vorbestimmten Schwellen übersteigt bzw. übersteigen; gekennzeichnet durch: Umverteilung (116) der Netzwerkbelastung entsprechend der erwähnten Anzeige, wobei die Umverteilung der Netzwerkbelastung Folgendes umfasst: Bestimmung, welche der Mobilstationen in dem drahtlosen Kommunikationssystem sich innerhalb einer inneren Abdeckfläche bzw. Versorgungsfläche einer Zelle befinden, und zwar durch Bestimmung, ob die Hin- und Rück-(round trip)-Verzögerung (RTD = round trip delays) der Mobilstation kleiner sind als eine Schwelle, und Initiieren einer Übergabe (handoff) in mindestens einer Mobilstation innerhalb der inneren Abdeckfläche auf eine unterschiedliche Frequenz (F2) in der Zelle.
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