FI106162B - Kanavan allokointimenetelmä - Google Patents

Description

* 1 106162

Kanavan allokointimenetelmä

Keksinnön ala Tämä keksintö koskee dynaamista kanavan allokointimenetelmää mat-5 kaviestinjärjestelmässä.

Keksinnön tausta

Erään tunnetun matkaviestinjärjestelmän rakenteen pääpiirteitä esitetään kuviossa 1. Kuviossa on esitetty matkaviestinkeskus MSC (Mobile 10 services Switching Centre), tukiasemaohjain BSC (Base Station Controller), tukiasema BTS (Base Tranciever Station), matkaviestin MS (Mobile Station) ja verkon käytönohjausjärjestelmä NMS (Network Management System). Tyypillisesti verkkoon kuuluu useita toisiinsa yhdistettyjä matkaviestinkeskuk-sia MSC, joista kuviossa on yksinkertaisuuden vuoksi esitetty vain yksi. Mat-15 kaviestinjärjestelmä on yhteydessä kiinteään puhelinverkkoon, esim. PSTN (Public Switched Telephone Network) tai ISDN (Integrated Services Digital Network), matkaviestinkeskuksen MSC kautta. Jokaiseen matkaviestinkes-kukseen MSC on kytketty tyypillisesti useita hierarkkisesti MSC:n alapuolella olevia tukiasemaohjaimia BSC. Jokaiseen tukiasemaohjaimeen BSC on kyt-20 ketty tyypillisesti useita hierarkkisesti BSC:n alapuolella olevia tukiasemia BTS. Tukiasemat voivat muodostaa yhteyksiä matkaviestimiin MS niin kutsutun ilmarajapinnan kanavien kautta. Yksinkertaisuuden vuoksi kuviossa on esitetty vain yksi tukiasemaohjain BSC, yksi tukiasema BTS ja yksi matkaviestin MS. Käytönohjausjärjestelmällä NMS voidaan ohjata verkkoelementti-25 en toimintaa, ja esimerkiksi muuttaa verkon konfiguraatiota.

Tukiasemien ja matkaviestimien välinen ilmarajapinta voidaan jakaa kanaviin usealla eri tavalla. Tunnettuja tapoja ovat ainakin aikajako TDM (Time Division Multiplexing), taajuusjako FDM (Frequency Division Multiplexing) ja koodijako CDM (Code Division Multiplexing). TDM-järjestelmissä 30 käytettävissä oleva kaista on jaettu peräkkäisiin aikaväleihin. Tietty määrä peräkkäisiä aikavälejä muodostaa periodisesti toistuvan aikakehyksen. Kanavan määrittää aikakehyksessä käytettävä aikaväli. FDM-järjestelmissä kanavan määrittää käytettävä taajuus ja CDM-järjestelmissä käytettävä hajoituskoodi. Myös edellä mainittujen jakomenetelmien yhdistelmiä on käytössä. Esimer-35 kiksi tunnetussa GSM-järjestelmässä käytetään FDM/TDM-jakoa, jolloin kanavan määrittävät taajuus ja aikaväli.

2 106162

Jotta matkaviestinjärjestelmään saadaan rajoitetulla taajuuskaistalla riittävästi kapasiteettia on käytössä olevat kanavat käytettävä useaan kertaan.

n Järjestelmän peittoalue on tämän vuoksi jaettu soluihin. Soluilla on kullakin oma maantieteellinen alueensa eli solualueensa. Jokaisella solulla on tu-5 kiasema, joka palvelee solualueella olevia matkaviestimiä. Jos saman taajuisia kanavia käytetään uudelleen liian lähellä toisiaan olevissa soluissa alkavat kanavia käyttävät yhteydet häiritä toisiaan. Kanavalle aiheutuu häiriöitä oman kanavan uudelleenkäytön lisäksi lähistöllä käytettävistä naapurikanavista, koska vierekkäiset kanavat ovat taajuuskaistan säästämiseksi aina jonkun 10 verran päällekkäisiä. Kapasiteetin maksimoimiseksi kanavat on käytettävä uudelleen mahdollisimman lähekkäisissä soluissa kuitenkin siten, että signaalin häiriötaso CIR mahdollistaa riittävän hyvän yhteyden laadun. Etäisyyttä, jonka päässä samaa kanavaa voidaan käyttää uudelleen niin että CIR säilyy hyväksyttävänä, nimitetään häiriöetäisyydeksi ja etäisyyttä, jolla sama kanava 15 käytetään uudelleen, uudelleenkäyttöetäisyydeksi. Koska CIR on uudelleen-käyttöetäisyyden ja lähetystehon funktio, voidaan solukkojärjestelmässä alentaa häiriötasoa ja näin ollen parantaa yhteyksien laatua kasvattamalla tukiasemien välimatkaa tai käyttämällä dynaamista lähetystehon säätöä.

Kanavien allokoinnissa on tavoitteena allokoida halutuille yhteyksille 20 kanavat, joita kaikkia voidaan käyttää samanaikaisesti signaalien laadun pysyessä hyväksyttävänä. Kanavanallokointitapoja on ainakin kiinteä kanava-allokointi FCA (fixed channel allocation), dynaaminen kanava-allokointi DCA (dynamic channel allocation) ja näiden yhdistelmänä saatava hybridinen kanava-allokointi HCA (hybrid channel allocation). Eri menetelmiä on kuvattu I 25 varsin perusteellisesti julkaisussa I. Katzela, M. Naghshineh: “Channel As signment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems: A Comprehensive Survey”, IEEE Personal Communications, June 1996.

Kiinteässä kanava-allokoinnissa kullekin solulle on osoitettu kanava-joukko jonkin uudelleenkäyttökuvion mukaisesti. Kanavat käytetään uudelleen 30 tyypillisesti joka yhdeksännessä tai joka kahdennessatoista solussa. Tämän : menetelmän etuna on yksinkertaisuus mutta haittoina kyvyttömyys sopeutua liikennetilanteiden ja soluissa olevien matkaviestintilaajien lukumäärien muutoksiin. Lisäksi menetelmä vaatii hyvän lopputuloksen saavuttamiseksi välttämättä taajuussuunnittelua, joka perustuu vaikeasti ennustettavissa oleviin 35 signaalin häipymiin.

3 106162

Dynaamisessa kanavan allokoinnissa kaikki kanavat ovat yhteisessä “kanavapoolissa”. Kanavia otetaan poolista solun käyttöön uusia puheluita tai soluun kohdistuvia kanavanvaihtoja varten dynaamisesti sitä mukaa kun puheluita järjestelmään tulee. Samalla pidetään huolta siitä, että minimi CIR- * 5 suhde säilyy. Kanavien ja solujen välillä ei siten ole kiinteää suhdetta vaan mikä tahansa kanava on minkä tahansa solun valittavissa edellyttäen, että signaalin häiriöllisyys on hyväksyttävän pieni. Tämän menetelmän etuna on suuri joustavuus ja kyky sopeutua muuttuvaan liikenteeseen mutta se on toisaalta kiinteää kanava-allokointia tehottomampi mikäli kuormitus on erittäin 10 korkea.

Hybridisessä kanava-allokaatiossa käytettävissä olevat kanavat on jaettu kiinteisiin ja dynaamisiin kanaviin, joista kiinteät kanavat on FCA-tyyppisesti osoitettu tiettyjen solujen käyttöön ja dynaamiset kanavat DCA-tyyppisesti kaikkien käyttäjien käyttöön. Solut pyrkivät aina käyttämään ensi-15 sijaisesti kiinteitä taajuuksiaan.

Dynaamiset kanava-allokointimenetelmät voidaan jakaa kanavan häiri-öllisyyden mittauksiin perustuviin ja varaustilanteen tuntemiseen perustuviin menetelmiin.

Varaustilanteen tuntemiseen perustuvissa menetelmissä arvioidaan 20 käynnissä olevien yhteyksien aiheuttamat häiriötasot ja niissä määritellään tukiasemien ympärille alueet, joiden sisäpuolella tukiasemalla käytössä olevan kanavan uudelleenkäyttö tai kanavan naapurikanavien käyttö oletettavasti aiheuttaisi liian suuren häiriön. Näillä alueilla kyseisten kanavien allokointi estetään.

25 Kanavan häiriöliisyyden mittauksiin perustuvissa dynaamisissa kana- va-allokointimenetelmissä määritetään kanavakandidaatilla ennestään olevan häiriösignaalin voimakkuus. Mikäli kyseinen kanava annettaisiin perustettavan yhteyden käyttöön aiheuttaisi tämä kanavalla ennestään oleva signaali yhteydelle häiriötä. Kanavan häiriötaso määritetään siis mittaamalla, jolloin saa-30 daan suoraa informaatiota itse optimoinnin kohteena olevasta häiriötasosta. Koska häiriötaso voi esimerkiksi epäjatkuvan lähetyksen DTX (Discontinuous Transmission) johdosta vaihdella voimakkaastikin, on häiriötason määrittämiseen käytettäviä signaalimittauksia käytännössä riittävän luotettavuuden saavuttamiseksi keskiarvostettava.

35 Tarkastellaan esimerkkinä kanavien allokoimista kuvion 2 mukaisessa tilanteessa, jossa kaksi matkaviestintä, matkaviestimet MSA ja MSB, pyytävät 4 106162 kanavaa lähekkäisiltä tukiasemilta, tukiasemat BTSA ja BTSB. Kanavaa pyytää ensin MSA ja hieman sen jälkeen MSB. Kuviossa on esitetty tukiasemia sekä niiden ympärilleen muodostamia soluja. Solut kuvaavat aluetta, jolla olevat matkaviestimet hakeutuvat yhteyteen solun tukiaseman kanssa.

5 Esimerkissä kanavanallokointimenetelmä toteutetaan tukiasemissa BTS. Kanavanallokointialgoritmina käytetään esimerkinomaisesti signaaliko-hinasuhteen maksimoivaan menetelmään MSIR (Maximum Signal to Noise Interference Ratio), joka on yksi signaalin tason mittaamiseen perustuvien dynaamisten kanavanallokointimenetelmien alaluokka. Menetelmässä etsi- 10 tään kanavia joilla saavutetaan matkaviestimeltä tukiasemalle kulkevassa up-link-suunnassa mahdollisimman hyvä signaalikohinasuhde. Tämäntyyppinen menetelmä on suoraan käyttökelpoinen esimerkiksi käytössä olevassa GSM-järjestelmässä, jossa matkaviestimet eivät tee mittauksia kanavakandidaatti-en häiriöllisyydestä.

15 Tarkastellaan ensin kanavan varaamista matkaviestimelle MSA. Mat kaviestin MSA saa käyttäjältään käskyn muodostaa puheluyhteys. Matkaviestin pyytää verkolta kanavaa mainitun yhteyden muodostusta varten lähettämällä kanavanpyyntösanoman tukiasemalle BTSA, joka ottaa pyynnön vastaan.

20 Tukiasema BTSA ottaa matkaviestimen kanavapyynnön vastaan ja al kaa suorittaa kuviossa 3 esitettyä känavanallokointimenetelmäänsä. Tukiasema monitoroi jatkuvasti kaikkien käytössä olevien kanavien uplink-suuntien signaalitasoja (kohta 311). Kanavat asetetaan monitorointimittausten perusteella tietyn normin mukaan paremmuusjärjestykseen (kohta 312). Kos-' 25 ka signaalitasot saattavat vaihdella ajan funktiona esimerkiksi matkaviestimen käyttämän epäjatkuvan lähetyksen DTX johdosta voimakkaastikin, on mittaustuloksia aina keskiarvostettava. Esimerkkitapauksessamme käytetään kanavan häiriöllisyyden normina kanavalla tehtyjen signaalin tason- mittausten viiden sekunnin liukuvaa keskiarvoa.

30 Vastaanotettuaan kanavapyynnön, kohta 302, tukiasema BTSA poimii ; kohdasta 312 saamastaan kanavalistasta listasta sen kanavan, jolla tehtyjen mittausten perusteella saavutetaan paras mahdollinen CIR, kohta 303. Tämä » kanava allokoidaan muodostettavan yhteyden käyttöön (kohta 304).

Kuviot 4 ja 5 esittävät MSA:!le allokoidun kanavan käyttöönoton vai- 35 kutuksia kanavan K häiriöllisyyteen tukiasemalla BTSB. Kuviossa 4 on esitetty tukiaseman BTSB kanavalla K olevat häiriösignaalit ajan funktiona. Tu- 5 106162 kiaseman kanavalta K mittaamassa signaalissa on tällöin kuvion 4 mukaisesti vain yksi häiriönaiheuttaja, häiriö 1. Tukiaseman BTSA ja matkaviestimen MSA välillä kuvion 4 hetkellä T=12:58:10 aloitettu yhteys alkaa aiheuttaa kanavalle K uutta häiriötä (häiriö 2).

5 Tukiaseman BTSB kanavalla K oleva kokonaishäiriö on esitetty ajan funktiona kuviossa 5. Lisäksi kuviossa 5 on esitetty kokonaishäiriön 5 sekunnin liukuva keskiarvo, jota tukiasema käyttää kanavan CIR-arvon määrittämiseen. Ennen kanavan K käyttöönottoa matkaviestimen MSA ja tukiaseman BTSA väliselle yhteydelle saa kanava K parhaan CIR-arvon myös tukiase-10 maila BTSB.

Seuraavaksi tarkastellaan kanavan varaamista matkaviestimen MSB ja tukiaseman BTSB väliselle yhteydelle. Kuten edelläkin, myös tämä kanavan allokointipäätös perustetaan kanavan häiriöllisyyden mittaamiseen.

MSB pyytää tulevaa puhelua varten kanavaa tukiasemalta BTSB, joka 15 on tukiaseman BTSA lähistöllä. Tukiasema BTSB vastaanottaa kanavapyyn-nön (kuvio 3, kohta 302) ja alkaa etsiä muodostettavalle yhteydelle kanavaa kohdassa 311 mittaamiensa kanavien häiriötasojen perusteella hetkellä 12:58:11. Kanavapyynnön vastaanoton (kuvio 3, kohta 302) jälkeen poimitaan kohdassa 312 muodostetusta 312 CIR-arvojen viiden sekunnin keskiar-20 vojen perusteella järjestetystä kanavastasta paras CIR-arvojen mukaan kanava (kohta 303). Vaikka kanavan K häiriötaso onkin jo todellisuudessa tukiasemalla BTSA tehdyn kanavan käyttöönoton johdosta noussut, ei kohonnut häiriötaso keskiarvostuksen viiveen takia vielä näy tukiasema BTSB:n ka-navanallokointialgoritmin käyttämissä arvoissa. Näin ollen algoritmi allokoi 25 kanavan K myös tukiaseman BTSB ja matkaviestimen MSB väliselle yhteydelle. Koska samaa kanavaa käytetään nyt kahdella maantieteellisesti lähekkäisellä yhteydellä on yhteyden laatu huono sekä MSA:n ja BTSA:n että MSB:n ja BTSB:n välisissä yhteyksissä.

Edellä esitetyn perusteella on helppo ymmärtää että kanavan häiriölli-30 syyden mittauksiin perustuvissa DCA-menetelmissä on mittaustulosten kes-5 kiarvostamisesta johtuvia ongelmia. Kun tukiaseman ja matkaviestimen välille allokoidaan kanava ja sillä aloitetaan puheluyhteys kasvaa järjestelmän häiriötaso tukiaseman lähistöllä tällä kanavalla ja sen naapurikanavilla. Häiriö-mittaustulosten keskiarvostamisesta johtuen häiriötason kohoamista ei kui-35 tenkaan havaita heti vaan vasta tietyn keskiarvostamisviiveen jälkeen. Näin ollen on olemassa vaara, että kyseisen viiveen aikana allokoidaan jonkun toi- 6 106162 sen yhteyden käyttöön kanava siten, että ensimmäinen ja toinen yhteys häiritsevät toisiaan liian paljon. Tällöin todennäköisesti ainakin toisen yhteyden kanava joudutaan vaihtamaan, josta seuraa verkkoa kuormittavaa signalointia. Pahimmassa tapauksessa yhteys voi jopa katketa.

5

Keksinnön lyhyt kuvaus Tämän keksinnön tavoitteena on edellä esitettyjen tekniikan tason ongelmien poistaminen tai vähentäminen. Tämä tavoite saavutetaan menetelmällä, joka on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

10 Keksinnön ajatuksena on rajoittaa niiden kanavien, joiden käyttöönotto aiheuttaisi keskinäisiä häiriöitä jo muodostettujen yhteyksien kanssa, allokoimista ajan mukana muuttuvalla rajoitustiedolla. Rajoitustietoa pidetään yllä tukiasemakohtaisesti, ja siihen kerätään tietoa kanavien allokointitilanteesta tukiaseman lähistöllä. Rajoitustiedon perusteella kanavan allokointia rajoite-15 taan sinä aikana, jona häiriömittauksista saatavat mittaustulokset ovat mittaus- ja keskiarvostamisviiveiden takia virheellisiä. Kanavan allokointia voidaan rajoittaa esimerkiksi estämällä se kokonaan tai rajoittamalla yhteyden käyttöön annettavaa maksimitehoa tai kanavalta käytettävien aikavälien lukumäärää. Näin toimien vältetään allokoimasta perustettavan yhteyden käyttöön 20 keskiarvostamisviiveen takia vielä häiriöttömältä näyttävä kanava, jonka häiriötaso on todellisuudessa jo noussut.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa allokoinnin rajoitusaika on oleellisesti häiriömittausten keskiarvostamisajan suuruinen. Tällöin tekniikan tason mukaiseen signaalitason mittaukseen perustuvaan kanava-25 allokointimenettelyyn palataan heti kun voidaan olla varmoja siitä, ettei häiriötasoa enää oleteta mittaustulosten keskiarvostamisviiveen takia liian alhaiseksi.

Kuvioluettelo 30 Keksintöä selitetään lähemmin viitaten esimerkinomaisesti oheisiin pii- r rustuksiin, joista kuvio 1 esittää erään tunnetun matkaviestinjärjestelmän rakennetta, kuvio 2 esittää tilannetta, jossa kaksi matkaviestintä on pyytämässä kanavaa lähekkäisiltä tukiasemilta, 35 kuvio 3 esittää erästä tekniikan tason mukaista kanavan allokointiin käytettävää algoritmia, 7 106162 kuvio 4 esittää kahta kanavalle häiriötä aiheuttavaa signaalia ajan funktiona, kuvio 5 esittää kanavalla olevaa kokonaishäiriösignaalia ja sen liukuvaa keskiarvoa ajan funktiona, 5 kuvio 6 esittää tukiaseman varoalueen rakenteen, kuvio 7 esittää tilannetta, jossa kaksi matkaviestintä on pyytämässä kanavaa lähekkäisiltä tukiasemilta, sekä toisen tukiaseman ympärille muodostettua varoaluetta, kuvio 8 esittää erään tukiaseman rajoitusrekisteriä, 10 kuviot 9a ja 9b esittävät tukiasemakohtaisia rajoitusrekisterejä, kuvio 10 esittää erään keksinnön mukaisen kanavan allokointimene-telmän toteuttavan algoritmin vuokaaviota ja kuvio 11 esittää erästä mahdollista aikarekisteriä ylläpitävää algoritmia.

15 Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kanavan häiriötason mittaamiseen perustuvissa dynaamisissa kana-vanallokointimenetelmissä on perusperiaatteena se, että kanavakandidaatilla saavutettavalle häiriösuhteelle CIR hankitaan estimaatti suoraan tutkimalla kanavan häiriösignaalin tasoa. Esillä olevassa keksinnössä käytetään halu-20 tulle yhteydelle parhaan kanavan määrittämiseen tekniikan tason mukaisten häiriötason mittausten lisäksi ajan mukana muuttuvaa rajoitustietoa, jonka avulla kanavien allokoimista rajoitetaan. Erilaisia rajoittamistapoja ovat esimerkiksi kanavan allokoimisen kieltäminen kokonaan, yhteyden käytössä olevan maksimaalisen lähetystehon rajoittaminen ja/tai allokoitavalta kanavalta 25 käytettävien aikavälien maksimimäärän rajoittaminen. Kanavalta käytettävien aikavälien maksimimäärää rajoitetaan sallimalla kanavan aikavälin käyttö vain osassa kehyksiä, esimerkiksi vain joka kolmannessa aikakehyksessä.

Kieltämällä kanavan allokoiminen estetään häiriön aiheuttaminen kokonaan. Lähetystehoa tai käytettävien aikavälien lukumäärää rajoittamalla 30 annetaan muille tukiasemille mahdollisuus käyttää kanavia jotka aiheuttavat jo allokoidulle yhteydelle häiriötä rajoitetusti niin, että yhteyden laatu ei kärsi liikaa. Uuden yhteyden muodostus kanavalle, jolla lähetystehoa on rajoitettu esimerkiksi viidenteen osaan normaalista on mahdollista esimerkiksi silloin, kun jo allokoitua kanavaa käyttävä matkaviestin on lähellä tukiasemaa, ja se 35 saa näin ollen hyvän signaalihäiriösuhteen CIR jo matalammallakin lähetysteholla. Mikäli uudelle yhteydelle riittää esimerkiksi kolmasosa kanavan nor- 106162 maalisti tarjoamasta siirtokapasiteetista, voidaan yhteys muodostaa kanavalle jonka aikavälien käyttöä on rajoitettu. Tällöin muodostettu yhteys häiritsee vain joka kolmatta aikakehystä. Käytössä olevat kanavakoodausmenetelmät sietävät tällaista häiriötä suhteellisen hyvin.

5 Kanavan käyttö aiheuttaa häiriötä vain maantieteellisesti rajatulla alu eella. Näin ollen ei ole järkevää rajoittaa kanavien allokointia koko muussa verkossa, vaan rajoitukset on kohdistettava niihin tukiasemiin, joista käytettyinä kanavat mahdollisesti aiheuttavat merkittäviä häiriöitä. Näiden tukiasemien joukkoa kutsutaan jatkossa tukiaseman varoalueeksi, jota on kuvattu kuvios-10 sa 6. Kuviossa on esitetty tukiasema BTS1 ja sen lähistöllä olevia tukiasemia soluineen. Lisäksi kuviossa on esitetty tukiaseman BTS1 varoalueet tukiaseman kanssa saman kanavan ja naapurikanavan käytölle. Erilaisten varoalueiden muodostaminen saman kanavan ja naapurikanavan käytölle on järkevää koska saman kanavan ja naapurikanavien häiriöetäisyydet ovat erilaisia. Toi-15 saalia koska useamman eri varoalueen käyttäminen lisää systeemin kompleksisuutta voidaan saman- ja naapurikanavan käytölle määritellä myös samat varoalueet. Varoalueet voidaan määrittää esimerkiksi hallinnollisesti ver-konhallintajärjestelmän NMS kautta. Vastaavasti varoalue voidaan määrittää verkon toimintaa monitoroimalla saatua tietoa analysoimalla adaptiivisesti 20 esimerkiksi niiden tukiasemien, joista häiriötä havaitaan aiheutuvan, joukoksi.

Seuraavassa keksinnön toimintaa' tarkastellaan edellä esitetyn kuvion 3 mukaisen esimerkkitilanteen avulla. Kuviossa 7 on esitetty kuvion 3 tilanne sekä keksinnön mukaisesti tukiaseman BTSA ympärille muodostetut varoalueet saman ja naapurikanavan käytölle, 25 Esimerkissä rajoitetaan kanavien varaamista estämällä varaaminen kokonaan ennalta määritetyn varaajan aikana kanavan allokoimisen jälkeen. Varaajaksi on tässä esimerkinomaisesti valittu mittaustulosten keskiarvosta-misviive 5 s. Rajoitustietoja ylläpidetään kuvioiden 8, 9a ja 9b mukaisissa tu-kiasemakohtaisissa rajoitusrekistereissä. Rekisterissä on esitetty pystyakse-30 lilla taajuudet ja vaaka-akselilla aikavälit. Kanavan taajuutta ja aikaväliä vastaavaan alkioon on merkitty väliaikaisen allokointikiellon loppumisajat. Mikäli kanavalla ei ole voimassaolevaa allokointirajoitusta on kanavaa vastaava alkio tyhjä. Rekisterit ovat ajasta riippuvaisia. Kuviot 9a ja 9b kuvaavat tukiaseman BTSB rajoitusrekisteriä kahtena eri ajanhetkenä.

35 Matkaviestin MSA saa käyttäjältään käskyn muodostaa puheluyhteys.

Matkaviestin pyytää verkolta kanavaa mainitun yhteyden muodostusta varten 9 106162 lähettämällä kanavanpyyntösanoman tukiasemalle BTSA. Tukiasema ottaa matkaviestimen kanavapyynnön vastaan kuvioiden 4 ja 5 hetkellä T=12.58.09 ja alkaa suorittaa kuviossa 10 esitettyä keksinnön mukaista kanavanallokoin-timenetelmäänsä. Vastaanotettuaan kanavapyynnön, kohta 1002, se muo-5 dostaa kohdasta 1012 saamistaan paremmuusjärjestykseen asetetuista ka-navakandidaateista listan, kohta 1003. Kanavan on järjestetty paremmuusjärjestykseen käyttäen normina viiden sekunnin liukuvaa keskiarvoa kohdasta 1011 saaduista mittaustuloksista. Seuraavaksi algoritmissa poimitaan listasta se kanava, jolla tehtyjen mittausten perusteella saavutetaan paras mahdolli-10 nen CIR (kohta 1004). Tässä tapauksessa tämä kanava on kanava k. Tässä vaiheessa algoritmissa tarkistetaan kohdassa 1005 keksinnön mukaisesti onko kanavan allokoimista rajoitettu.

Kuviossa 8 on kuvattu tukiaseman BTSA rajoitusrekisterin sisältö sillä hetkellä, jolloin kuvion 10 kohdan 1004 tarkistus tehdään. Kanavan k, joka on 15 taajuuden F2 aikavälillä TS3 toimiva kanava (F2,TS3), alkio todetaan tyhjäksi, joten allokointia ei rajoiteta. Näin ollen kuvion 10 algoritmi etenee kohtaan 1006, jossa kanava allokoidaan tukiaseman BTSA ja matkaviestimen MSA väliselle yhteydelle (kohta 1006) ja ilmoittaa tekemästään allokoinnista varoalueensa tukiasemille (kohta 1007) kuvioiden 4 ja 5 hetkellä 12:58:10.

20 Vasteena ilmoitukselle estetään kuvion 7 tukiasemista sekä kanavan K

että sen naapurikanavien allokoiminen EfTSA:n naapuritukiasemille ja pelkän kanavan K allokoiminen niiden naapureille, muun muassa tukiasemalle BTSB. Tukiasemakohtaisia rajoitusrekisterejä, jotka sisältävät keksinnön mukaiset kanavakohtaiset rajoitustiedot, pidetään yllä jatkuvasti. Esimerkki tu-25 kiasemakohtaisen rajoitusrekisterin kanavakohtaisesta ylläpitoalgoritmista on esitetty kuviossa 11. Rajoitusrekisterin ylläpidossa tarkkaillaan jatkuvasti vastaanotetaanko ilmoituksia jollekin toiselle tukiasemalle, jonka varoalueeseen tukiasema kuuluu, tehdystä kanavan allokoinnista (1111) tai umpeutuu-ko joku varausrajoitus (1102). Vastaanottaessaan ilmoituksen tehdystä kana-30 vanallokoinnista tukiasema asettaa algoritmin kohdassa 1112 kyseisen toi-: selle tukiasemalle allokoidun kanavan allokointikieltoon. Tämä tapahtuu kir joittamalla kanavaa vastaavaan kuvioiden 8, 9a ja 9b mukaisen rajoitusrekisterin alkioon rajoituksen loppumisaika. Mikäli tukiasema kuuluu myös naapurikanavien varoalueeseen estetään samalla tavalla myös allokoidun kanavan 35 naapurikanavien allokoiminen kirjoittamalla niiden kohdalle rajoituksen lop- 10 106162 pumisaika. Allokointikiellon umpeutuessa kanavaa vastaavan rajoitusrekiste-rin alkio tyhjennetään kohdassa 1103.

Vastaanotettuaan kuvioiden 4 ja 5 hetkellä T=12.58.10 ilmoitukseen kanavan K allokoinnista tukiasemalle BTSA tukiasema BTSB muuntaa kuvion 5 9a mukaista rajoitusrekisteriään asettamalla kanavan K allokointikieltoon hetkeen T=12.58.15 saakka. Koska BTSB ei kuulu BTSA:n kuviossa 7 esitettyyn naapurikanavien varoalueeseen ei allokointi-ilmoitus aiheuta kanavan K naapurikanavien (F1.TS3) ja (F3,TS3) allokoimisen rajoittamista. Samalla tukiasemalla BTSB kanavalla (F2.TS5) oleva allokointikielto päättyy. BTSB:n 10 rajoitusrekisteri on tämän jälkeen kuvion 9b mukainen.

Seuraavaksi tarkastellaan kanavan varaamista matkaviestimelle MSB. MSB pyytää kanavaa tukiasemalta BTSB kuvioiden 4 ja 5 hetkellä T=12:58:11. Kuten edellä jo kuvattiin, on kanavan K häiriötaso tällöin jo kohonnut, mutta keskiarvostamisviipeen takia häiriötason kohoaminen ei vielä 15 näy kanavan valinnassa käytettävissä viiden sekunnin häiriömittausten keskiarvoissa. Tukiaseman MSB rajoitusrekisteri on kuvion 9b mukainen.

BTSB käyttää kanavan allokointiin samaa keksinnön mukaista kana-vanallokointimenetelmää kuin BTSA:kin. Kanavapyynnön vastaanoton (kuvio 10, kohta 1002) jälkeen muodostetaan kanavalista kohdasta 1012 saatavista 20 kohdan 1011 häiriömittausten viiden sekunnin liukuvien keskiarvojen perusteella järjestetyistä kanavista, kohta 1003. Vaikka kanavan K häiriötaso onkin kuvion 5 mukaisesti jo todellisuudessa tukiasemalla BTSA tehdyn kanavan käyttöönoton johdosta noussut, ei kohonnut häiriötaso keskiarvostuksen viiveen takia vielä näy tukiasema BTSB.n kanavanallokointialgoritmin käyttä-25 missä arvoissa. Koska häiriöllisyyden normina käytettävä häiriömittausten 5 sekunnin keksiarvo on alhaisimmillaan kanavalla K tulkitsee algoritmi tässä vaiheessa kanavan K parhaaksi kandidaatiksi. Seuraavaksi (kohta 1004) kanavastasta valitaan parhaimman CIR-arvon omaava kanava.

Tekniikan tason mukaisissa järjestelyissä allokoitaisiin kanavan K tu-30 kiaseman BTSB ja matkaviestimen MSB välisen yhteyden käyttöön, mistä !. seuraisi huono yhteyden laatu. Keksinnön mukaisesti tukiasema BTSB ei kuitenkaan suoraan allokoi kanavaa k, vaan tarkistaa ensin kuvion 9b esittämästä rajoitusrekisteristään onko kyseinen kanava asetettu allokointikieltoon, kohta 1005 kuviossa 10. Havaittuaan kanavan olevan allokointikiellossa tu-35 kiasema poistaa kanavan K listastaan (1021), ja valitsee CIR-mittausten perusteella seuraavaksi parhaan kanavan i. Tarkistettuaan kuviossa 9b esite- 11 106162 tystä rajoitusrekisteristään, että kanava I ei ole allokointikiellossa (kohta 1005) tukiasema allokoi sen itsensä ja matkaviestimen MSB välisen yhteyden käyttöön (kohta 1006), ja ilmoittaa tekemästään kanavan I allokoinnista varoalueensa sisällä oleville tukiasemille (kohta 1007). Nämä tukiasemat ottavat il-5 moituksen vastaan (kuvio 11, kohta 1111) ja merkitsevät kanavan väliaikaiseen allokointikieltoon (kuvio 11, kohta 1112) kukin omaan rajoitusrekisteriin-sä.

Kuvioiden 4 ja 5 hetkellä T=12.58.15 kanavan K allokointikielto päättyy. Tällöin myös keskiarvostetut mittaukset kanavan K signaalitasoista ovat 10 ehtineet kanavan käyttöönoton häiriötasoon aiheuttamaan askelvasteeseen mukaan, kuten kuviosta 5 voidaan nähdä. Kiellon loppuessa kaikki tukiaseman BTSA varoalueen sisällä olevat tukiasemat havaitsevat rajoitusrekisteri-en kanavan K kohdalla olevan kiellon päättymisajan umpeutuvan (kuvio 11, kohta 1102). Mikäli sama kanava on jossain tukiasemassa asetettu myö-15 hemmin uudelleen allokointikieltoon ei kielto kyseisessä tukiasemassa luonnollisesti lopu vielä yhtäaikaisesti muiden tukiasemien kieltojen kanssa. Vasteena umpeutumiselle merkinnän kiellosta (kohta 1103) poistetaan tukiasemien rajoitusrekistereistä. Samalla tavalla toimitaan tukiaseman BTSB varoalueella kanavan I allokointikiellon päättyessä.

20 Rajoitustiedon ylläpitämis- ja rajoituksen toteuttamismenettely ei ole keksinnön kannalta oleellista. Mikäli toteutus tehdään aikarekisterinä, ei rekisterin toteutuksen välttämättä tarvitse olla esimerkissä esitetyn mukainen. Vaihtoehtoisesti voidaan toimia esimerkiksi niin, että kanavanallokointialgo-ritmin ehtokohdassa 1005 ei tarkistettaessa aika rekisteriä huomioida allokoin-25 tirajoitusta, mikäli rekisteriin merkitty rajoituksen loppumisaika on jo ohitettu. Rajoitusrekisteri voidaan toteuttaa myös esimerkiksi alaspäin laskevina aika-laskureina. Varoaika voidaan määrittää esimerkiksi tukiasemakohtaisena vakiona tai se voidaan signaloida aina tehdystä allokoinnista ilmoittavan sanoman yhteydessä, jolloin varoaika voi olla myös matkaviestinkohtainen.

30 Kuten edellä jo mainittiin, ei keksinnönmukainen kanavien allokoinnin : rajoitus ole välttämättä edellä olevassa esimerkissä yksinkertaisuuden vuoksi käytetty kanavan aliokoimisen kieltäminen tietyn ajanjakson ajaksi. Rajoitus voi olla myös esimerkiksi kanavalla käytettävän lähetystehon tai käytettävien aikavälien lukumäärän säätämistä. Lähetystehoa säädettäessä ei kanavan 35 allokointia estetä, vaan säädetään uudella yhteydellä käytettävän uplink- ja downlink -suuntien lähetystehon ylärajoja alaspäin. Tämä voidaan toteuttaa 12 106162 esimerkiksi asettamalla tehonsäätöalgoritmin sallima maksimiteho sopivan suuruiseksi. Vastaavasti kanavalla käytettävien aikavälien määrää voidaan säätää esimerkiksi sallimalla kanavan käyttö vain joka toisessa tai kolmannessa aikakehyksessä. Tämä voidaan toteuttaa käyttämällä esimerkiksi eri-5 laista kanavakoodausta, puheyhteydellä tehokkaampaa puhekoodekkia tai datayhteydellä hitaampaa datanopeutta.

Myöskään varoalueen määritysalgoritmin toteutustapa ei ole keksinnön kannalta oleellinen. Varoalue voidaan määritellä esimerkiksi hallinnollisesti verkonhallintakeskuksen NMS kautta tai jollain adaptiivisella algoritmilla esi-10 merkiksi tukiasemaohjaimessa. Varoalueeksi voidaan määritellä esimerkiksi tukiaseman kanssa saman tukiasemaohjaimen alaisuudessa olevat tukiasemat. Adaptiivisina menetelminä voidaan käyttää esimerkiksi signaalin häipy-mien määrittämiseen tai lähellä olevien tukiasemien aiheuttamien häiriösig-naalien voimakkuuden mittaamiseen perustuvia menetelmiä tai tutkimalla ver-15 kossa tehtäviä kanavanvaihtoja. Varoalueeksi voidaan määritellä myös esimerkiksi tukiaseman solun n-naapurit. Solun n-naapurit ovat ne muut solut, joihin solusta päästään korkeintaan n:llä peräkkäisellä (solujen välisellä) kanavanvaihdolla.

Mikäli rajoitus ei ole aktiivinen kuin verrattain lyhyen ajan voidaan va-20 roalueet määritellä hieman tarvittavaa aluetta suuremmiksi. Tällöin ei välttämättä tarvita tarkkaa analyysia kanavien keskinäisistä häiriöistä kuten tarvitaan varaustilanteen tuntemiseen perustuvissa menetelmissä. Kuitenkin allokoinnin rajoittaminen hieman liian suurelta alueelta heikentää verkon kapasiteettia vain lyhytaikaisesti. Kun häiriömittauksien tuloksia voidaan tietyn vii-25 veen kuluttua taas pitää luotettavina rajoitus lopetetaan ja oleellisesti palataan tekniikan tason mukaiseen mitattuihin häiriöarvoihin perustuvaan allo-kointimenettelyyn.

Varoalueet voidaan määritellä erikseen saman kanavan häiriöille, toi-sinsanottuna samaa kanavaa käyttävien yhteyksien keskinäiselle häiriölle, ja 30 naapurikanavahäiriöille, eli naapurikanavia käyttävien yhteyksien keskinäisille : häiriöille. Luonnollisesti voidaan määritellä myös sama varoalue sekä sama- että naapurikanavahäiriöille.

Kanavanallokointimenetelmän suorituspaikka kuvion 1 esittämässä verkossa ei ole keksinnön kannalta oleellista. Menetelmää ei tarvitse välttä-35 mättä suorittaa edellä esitetyn esimerkin mukaisesti tukiasemassa BTS, vaan se voidaan suorittaa myös esimerkiksi hajautetusti matkaviestimessä MS ja 13 106162 tukiasemassa siten, että tukiasema valitsee uplink-kanavan ja matkaviestin downlink-kanavan. Tällöin matkaviestin ilmoittaa valitsemansa downlink-kanavan tukiasemalle, joka tarkistaa onko valitun kanavan allokointia väliaikaisesti rajoitettu 5 Kolmas esimerkki mahdollisesta kanavan allokoinnin suorituspaikasta on tukiasemaohjain. Mikäli algoritmi sijoitetaan tukiasemaohjaimeen ja kaikki varoalueen tukiasemat ovat saman tukiasemaohjaimen alaisuudessa ei allokointi-ilmoituksia tarvitse (varsinaisesti) signaloida, vaan rajoitusrekisterit säilytetään ja ylläpidetään tukiasemaohjaimessa. Mikäli varoalueeseen kuuluu 10 tukiasemia useamman tukiasemaohjaimen alaisuudesta on allokointi-ilmoitus signaloitava kaikille niille tukiasemaohjaimille joiden alaisuudessa on kyseiseen varoalueeseen kuuluvia tukiasemia. Allokointi voidaan tehdä myös hajautetusti tukiasemaohjaimessa ja matkaviestimessä. Tällöin samoin kuin edellä matkaviestin valitsee downlink- ja tukiasemaohjain uplink-kanavan. 15 Matkaviestin ilmoittaa valitsemansa downlink-kanavan tukiasemaohjaimelle, joka tarkistaa onko valitun kanavan allokointia väliaikaisesti rajoitettu.

Tukiasemien välisen uusista allokoinneista informoivan signaloinnin on hyvä olla mahdollisimman nopea. Näin minimoidaan todennäköisyys sille, että kanava allokoidaan toiselle tukiasemalle ennen kuin signaloinnilla on saatu 20 tieto saman kanavan äskettäisestä allokoinnista ensimmäiselle tukiasemalle. Siirrettäväksi informaatioksi riittääkin hyvin esimerkiksi pelkkä allokoidun kanavan numero. Esimerkiksi 6 bitillä saadaan ilmaistua 64 kanavaa, joten signalointi voidaan toteuttaa varsin nopeasti. Lisäksi vastaanotettuja sanomia ei välttämättä tarvitse kuitata, jos rajoitus on voimassa vain lyhyen ajan kerral-25 laan. Tällöin virheellisesti tulkittu allokointi-ilmoitus ei aiheuta pitempiaikaisia virhetoimintoja vaan vaikuttaa toimintaan epätoivotulla tavalla vain melko lyhyen, tyypillisesti muutaman sekunnin, varaajan ajan.

Kuten on ilmeistä, eivät keksinnön suoritusmuodot ole tässä kuvattuun esimerkinomaiseen suoritusmuotoon rajoittuneita vaan ne voivat vaihdella 30 oheisten patenttivaatimusten suojapiirin mukaisesti.

m «

Claims (21)

106162 Patentti vaati m u kset

1. Menetelmä kanavien allokoimiseksi matkaviestinverkossa, joka käsittää ainakin tukiasemia (BTS) ja matkaviestimiä (MS) ja jossa radiotien väli-5 tyksellä voidaan muodostaa tukiaseman ja matkaviestimien välisiä yhteyksiä, jossa verkossa, mitataan kanavien häiriötasoja, allokoidaan matkaviestimen ja tukiaseman välisen ensimmäisen yhteyden käyttöön kanava K käyttäen hyväksi mitattuja häiriötasoja, 10 tunnettu siitä, että lisäksi kullekin tukiasemalle on ennalta määritetty varoalue, joka käsittää joukon tukiasemaa ympäröivien muiden tukiasemien solualueita, joilla kanavien käyttöönotto varoalueen tukiasemien ja niiden solualueilla olevien matkaviestinten välisille toisille yhteyksille mahdollisesti aiheuttaisi keskinäisiä häiriöitä 15 ensimmäisen yhteyden ja toisten yhteyksien välillä ja rajoitetaan väliaikaisesti kanavan K käyttöönoton jälkeen kanavien allokointia varoalueen tukiasemien ja varoalueella olevien matkaviestimien välisille toisille yhteyksille mikäli kanavan käyttöönotto aiheuttaisi keskinäisiä häiriöitä ensimmäisen ja toisen yhteyden välillä.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ra joitusta suoritetaan ennalta määrätyn varaajan ajan sen jälkeen, kun kanava K on allokoitu muodostettavan yhteyden käyttöön.

3. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että va-roaika pidetään oleellisesti häiriömittausten keskiarvostamisen aiheuttaman . - 25 viiveen pituisena.

4. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että va-roaika määritetään tukiasemakohtaisesti.

5. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varo-aika ilmoitetaan varoalueeseen kuuluvien solualueiden kanavien allokoin- 30 neista vastaaville verkkoelementeille signalointisanomalla.

6. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varasika määritetään matkaviestinkohtaisesti.

7. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitus toteutetaan estämällä, kanavan allokoiminen kokonaan.

8. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ra joitus toteutetaan rajoittamalla suurinta kanavalla sallittua lähetystehoa. 15 106162

9. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitus toteutetaan rajoittamalla kanavalla käytettävien aikavälien lukumäärää. *

10. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitetaan yhteyttä varten allokoidun kanavan K allokoimista niille toisille tu- 5 kiasemille, joilta saman kanavan K käyttö mahdollisesti aiheuttaa keskinäisiä saman kanavan häiriöitä yhteyden kanssa.

11. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitetaan yhteyttä varten allokoidun kanävan K naapurikanavien allokoimista niille toisille tukiasemille, joilta kyseisten naapurikanavien käyttö mahdollisesti 10 aiheuttaa keskinäisiä naapurikanavahäiriöitä yhteyden kanssa.

12. Vaatimusten 10 ja 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhteyden käyttöön allokoidun kanavan K ja sen naapurikanavien allokointia rajoitetaan kaikille varoalueen tukiasemille samalla tavalla.

13. Vaatimusten 10 ja 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että yhteyden käyttöön allokoidun kanavan ja sen naapurikanavien allokointia rajoitetaan eri tukiasemille eri tavoin.

14. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiasemien varoalueet määritetään hallinnollisesti verkonhallintajärjestelmästä (NMS).

15. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tu kiasemien varoalueet määritetään muilla tukiasemilla käytettävien kanavien signaalin häipymän mittaamisen perusteella.

16. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiasemien varoalueet määritetään muilla tukiasemilla käytettävien kanavien 25 aiheuttaman häiriötason mittaamisen perusteella.

17. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukiasemien varoalueiksi määritellään saman tukiasemaohjaimen alaisuudessa olevien tukiasemien solualueiden määrittämä alue.

18. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tu- 30 kiasemien varoalueiksi määritetään niiden solujen solualue, joihin tukiaseman : solusta päästään korkeintaan ennalta määritetyllä lukumäärällä kanavan vaihtoja.

19. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sitä, että kanavien allokointi suoritetaan tukiasemaohjaimessa.

20. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ka navien allokointi suoritetaan tukiasemassa. 16 106162

21. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kanavien allokointi suoritetaan hajautetusti matkaviestimessä ja tukiasemassa. « 17 106162