用于分組交換服務的動態頻率分配的系統和方法

專利名稱：用于分組交換服務的動態頻率分配的系統和方法
技術領域：
本發明涉及用于分組交換服務的動態頻率分配的一種系統和方法。更具體地，本發明是這樣一種系統和方法，其中，利用一種動態的頻率和信道分配系統，分組交換服務可以被動態地分配以滿足服務質量(QoS)的要求。
這種干擾常常是以載波/干擾比(C/I)表示，載波/干擾比也可以被稱為信噪比。當C/I的值低時，這表示信號強度(C)低、或者干擾(I)高、亦或是二者的組合。然而，一個很高的C/I水平將導致由于可用信道較少而在蜂窩網絡中容量較小，并且一旦該C/I水平已達到一個確定的最低水平，則該很高的C/I水平將不必要地提高QoS。
為了向所有的移動站提供相等的C/I水平，蜂窩電話服務供應商已經提供了為一種跳頻方法準備的固定頻率利用規劃，該規劃被分配給每個收發信機20。在任何給定的時隙中通過頻率和時分多址接入(TDMA)，可使一個小區10內的C/I水平平坦(even out)。但是，收發信機20并不使切換和功率控制判定基于C/I水平。這些判定常常可以基于這種變量，如場強和誤碼率等。收發信機可以完成某些C/I測量，但這些局限于接收或上行鏈路頻率。對于鄰近的小區10，只有廣播控制信道頻率的場強測量由移動站210確定。因此，對于一個小區而言，不可能有效地控制C/I水平，以及控制服務質量，更不必說來自鄰近的小區10的、可能造成的彼此之間的干擾的影響。
在申請號為PCT/FI/99/00876的諾基亞專利申請中公開了一個改進QoS的解決方案，它被在此整體引入作為參考。這個諾基亞專利申請提供了動態的最優化信道分配(DOCA)。DOCA確定每個移動站的C/I水平，并連續地監測它，使得蜂窩網確定該C/I水平是否處于一個預先確定的水平內。從一個小區10到另一個小區的切換也是根據C/I準則，并因此有效地減少了服務中斷的風險。但是，除廣播控制信道頻率以外，在網絡中沒有實際的頻率規劃，并且頻率可以在需要時保留以按照C/I分析所確定的來分配信道和切換。
隨著蜂窩通信行業的發展，蜂窩通信不再僅僅局限于模擬的話音信號。今天，移動站不僅可以承載電路交換的語音而且還可以承載數字信息，比如互聯網協議上的話音(VoIP)、電子郵件消息、以及完全的因特網訪問等。由于蜂窩網絡必須能夠處理的信息類型的改變，所以需要具有按照所要求的通信類型調整C/I水平的能力。例如，在傳送電子郵件消息的過程中，可以容忍較低水平的C/I水平，因為該消息通常是短的而且通信速率不是絕對關鍵的。還因為對于任何IP通信，分組中都會出現糾錯并且當沒有收到分組時分組可以被重發。然而，任何其它形式的通信，比如話音或者需要準確地發送和接收大量數據的場合，則要求較高水平的C/I。申請號為PCT/FI/01114的諾基亞專利申請處理動態的頻率和信道分配(DFCA)，它通過選擇具有適當的C/I水平的信道來滿足不同用戶的需要，該申請被在此引入作為參考。DFCA動態地保持可被分配的所有可能信道的連接質量(C/I水平)的一個矩陣。這個矩陣使得能夠選擇一個信道，該信道具有可以最好地適合用戶需要的C/I水平。更進一步地，當其它的移動站在鄰近的小區10中被分配了信道時，確定這種分配可能對已經建立的通信信道的影響。
然而，即使DFCA能夠在小區10內提供好的QoS和最多可能的信道數，在電路交換系統中大量的帶寬仍然沒有被充分利用。在與分組傳輸有關的很多情況下(如在一個IP網絡中)，傳輸分組的數量和它們的大小相對較小。這種情況在向蜂窩電話和從蜂窩電話傳輸電子郵件中特別明顯，并且在VOIP通信中也可能是這種情況。而且，在VOIP通信中，可能有一些時段其中由于沒有人說話因而沒有分組被傳輸。因此，使一個信道專用于傳送一種相對小或不經常出現的分組將失去在IP網絡中通過共享通信所取得的優勢。在IP網絡中，來自不同源和用戶的分組在相同的信道或通信線路上傳送給目的地，該目的地重組(reassemble)適當的分組來形成消息。因此，通過共享機制，通信線路或信道被更加充分地利用了。但是在大量數據必須以可能的最快方式加以傳送的情況下，希望能夠提供有高C/I值的專用信道用于最大吞吐量。
因此，所需要的是一個系統和方法，它能夠確定移動站所要求的QoS，并確定與其它的移動站共享一個信道是否會滿足要求的QoS。此外，當移動站要求很高的吞吐量時，這個系統和方法應該提供專用的具有高C/I值的信道以使吞吐量最大化。因此，蜂窩網的資源將被最大化以便處理最大數量的移動站，同時滿足任何給定移動站的QoS要求。
此外，本發明的一個實施例是用于分組交換服務的動態信道分配的一種方法。這個方法以基于為各小區外加每個頻率計算C/I比而向位于該小區內的多個收發信機單元分配頻率開始，或者以任何其它的、以在網絡中實現最小干擾為目的的信道分配方法開始。只要該收發信機單元載送共享區域的時隙，就要在該共享區域的時隙中使用這些被指配的頻率。向該多個收發信機單元中的每個單元發送該頻率。從移動站接收信道指配的請求。然后確定用于該信道指配的業務類別類型，其中業務類別類型要么是盡力傳送要么是有保證的吞吐量。根據可用共享區域無線電信道中用于信道指配的C/I比來估算可獲得的用戶吞吐量，并且如果業務類別是盡力傳送，則將該連接指配到具有最佳吞吐量的共享無線電信道。此外，當業務類別類型是有保證的吞吐量，并且對移動站而言共享信道指配將產生不適當的吞吐量時，指定該信道指配到專用信道。當在業務類別類型是有保證的吞吐量時在可用的共享或專用信道中不能達到所要求的吞吐量速率的情況下，拒絕信道指配并觸發服務質量參數的重新協商。在所有的情況中，根據C/I比評估輸出的干擾，該干擾可能源自在共享或專用區域內的信道指配，該C/I比是作為該信道指配的結果，受影響的、在鄰近的小區內專用區域的連接被估算要經受的。當被估算的所得到的C/I比沒有超過一個預先確定的值，這個值可能取決于每個受影響的連接的服務質量要求時，通過切換將受影響的連接重新定位到其它的信道或拒絕該信道指配。
當結合為舉例說明目的而顯示了依照本發明的實例的附圖時，此設備、方法和計算機程序的這些和其它的特點將從下面的說明中變得更明白。
下面是附圖的簡要說明，其中

圖1是一個蜂窩網絡的一個范例結構；
圖2是在本發明的一個范例實施例中的系統結構示意圖；圖3是在本發明的一個范例實施例中、具有與移動站相關聯的兩個不同C/I水平的一個小區的示例；圖4是基于收發信機單元中的共享和專用信道的無線電資源管理策略圖表的一個示例；圖5是在本發明的一個范例實施例中采用的動態頻率管理系統的范例模塊結構示意圖；圖6是顯示由在圖5中所示的頻率分配模塊510執行的操作步驟的范例流程圖；圖7是顯示一種可能的頻率分配算法的流程圖，即圖6中所示的塊610中執行的操作的流程圖；圖8是顯示由如圖5所示的QoS管理模塊540完成的操作的范例流程圖；圖9是顯示由如圖5所示的吞吐量估算模塊520完成的操作的范例流程圖；圖10是顯示在C/I估算模塊中完成的、由如圖9所示的塊925和975中的操作的范例流程圖；圖11是顯示由如圖5所示的輸出干擾評估模塊530完成的操作的范例流程圖。
圖2是在本發明的一個范例實施例中的系統結構示意圖。如前所述，小區10包括一個收發信機20，這個收發信機20可以與位于該收發信機20范圍內的移動站210進行通信。小區10是由一個基站控制器(BSC)230所控制，這個基站控制器決定必須如何調整收發信機的發射以便在一個時隙內對齊所有的發射。由此這將使整個蜂窩網同步，如圖1中所例舉和說明的。然后一個或多個基站控制器230被連接到移動交換中心(MSC)240，這個移動交換中心能夠使移動站210與位于另一個小區10內的另一個移動站210或連接到公共電話交換網(PSTN)250或互聯網協議(IP)網絡260(比如因特網，但并不局限于因特網)的其它裝置進行通信。進而IP網絡260將被連接到一個內容供應商(CP)270，這個內容供應商將提供移動站210的用戶所期望的內容。正如本領域普通技術人員所理解，圖2中所舉例說明的精確結構可以依據蜂窩網絡的復雜性而變化。例如，它可以消除或減少MSC 240的數量并使一個BSC 230直接與PSTN 250或IP網絡260相通信。
圖3是在本發明的一個范例實施例中具有與移動站210相關聯的二個不同的C/I水平300和310的小區10的一個示例。這個舉例被提供用來顯示C/I水平在物理上可以位于小區10內的任何地方。根據收發信機20結合BSC 230和從鄰近的小區10接收到的任何干擾，決定具體的C/I水平300或310是高還是低。
圖4是包括若干收發信機單元的收發信機20的示例，每個單元提供一個用在小區10中的載頻，該載頻被更進一步地劃分到若干時隙，所有這些時隙加在一起構成一個TDMA幀。在各個收發信機單元410到430中各時隙可以屬于共享區域435到445之一或屬于專用區域450。對于所有的共享區域時隙，每個收發信機單元使用預先分配的頻率，該頻率是由圖5中所示的頻率指配模塊510已經指配給該收發信機單元的。對于每個專用區域時隙，每個收發信機單元將使用動態指配的頻率，該頻率已根據C/I的估算通過DFCA算法被選擇。共享區域時隙連同預先分配的頻率構成一組共享無線電信道，該信道可被同時地指配給若干移動站。通常通過分組調度功能控制共享無線電信道的使用，其中的分組調度功能決定在任何的一個時間哪個用戶數據將被在共享信道上發送。因為幾個數據流的復用提供了實現無線電資源的非常有效使用的可能性，所以共享信道是有利的。然而，由于共享信道上使用預先分配的頻率，因而在每個共享區域時隙中C/I是固定的。在一些情況下，這個原因以及在共享區域內用于為現有連接服務的時隙容量使得有可能不能達到所要求的吞吐量。在這種情況下，專用區域可能被用于該連接。在那個時候一個專用區域時隙只能被用于一個連接，并且它不具有一個與其相關聯的預先分配的頻率。取而代之的是，在專用區域時隙內所用的頻率是通過DFCA算法從可用的頻帶中選擇的，以便使C/I能夠最大。這通常導致一個比較好的可能性來找到一個具有足夠C/I的無線電信道，以提供所要求的吞吐量。這種情況由于以下事實得到進一步的幫助，即專用區域時隙只能被專用于一個連接，所以全部時隙容量對用戶都是可用的。除了已選擇的分組交換數據連接之外，通過DFCA算法根據C/I準則將所有的電路交換語音和電路交換數據連接指配到專用區域內的無線電信道圖5所示的模塊結構示意圖以及圖6到11的流程圖包括軟件、固件、硬件、過程或操作，它們對應于例如計算機程序的編碼、代碼部分、指令、代碼段、命令、對象等，計算機程序被收錄在例如存儲介質中，比如軟盤、光盤驅動器、可擦編程只讀存儲器、RAM、硬盤等。此外，計算機程序能夠用任何語言編寫，例如但不局限于C++。
圖5是在本發明的一個范例實施例中采用的動態頻率管理系統500的范例模塊結構示意圖。動態頻率管理系統500被用來在一系列小區10中控制信道指配，以便提供最大數量的移動站210對蜂窩網絡的接入，同時使用專用和共享信道維持一個適當的QoS水平。動態頻率管理系統500包括至少四個主模塊，并且被用來向移動站210指配頻率/信道，確定估算的吞吐量的利用率和輸出干擾，并根據估算的吞吐量和輸出干擾以及所期望的服務質量來建立適當的信道連接。頻率指配模塊510被用來從可用頻率組合中向每個相應小區10中的各個收發信機單元410到430指配共享區域頻率，參照圖6對此有更詳細的討論。共享區域頻率的結果被存儲在共享區域頻率表515中。吞吐量估算模塊520將監測任何輸入干擾和當前的時隙容量從而導出一個吞吐量估算值，這個吞吐量估算值可以影響對于移動站210的新的信道指配，參照圖9有更詳細的討論。輸出干擾估算模塊530將估算輸出干擾，該輸出干擾可能影響在任何鄰近的小區10中指配的任何專用區域信道，參照圖11有更詳細的討論。QoS管理模塊540將確定特定移動站210要求的服務類型并選擇可利用的信道以便提供所期望的QoS。動態頻率管理模塊500然后連接并修改背景干擾矩陣(BIM)550和信道利用表560。網絡配置數據、頻率分配和控制參數可以被包括在另一個數據庫中。BIM550包括基于統計的C/I值的測量，統計的C/I值代表在網絡中任何二個小區之間的統計期望的C/I值。這個統計的C/I數據形成一個小區相關性矩陣，這個矩陣能夠被用作頻率指配模塊的輸入。
圖6是顯示由在圖5中所示的頻率指配模塊510執行的操作步驟的流程圖。頻率指配模塊510從執行操作步驟600開始并立即進行操作步驟605。在操作步驟605中，BIM550被訪問從而確定小區相關性矩陣，并且其它的適當數據庫被訪問從而確定小區10和收發信機20的配置數據、可用頻率和分配導引(allocation steering)參數。操作步驟610包括一個頻率分配算法，該算法以實現網絡中的最小干擾為目的而向圖4中的收發信機單元410至430指配可用的頻率。然后這些指配的頻率被用于每個收發信機單元中的共享區域時隙。頻率分配算法可以通過很多方式來實現，并且存在若干眾所周知的解決方案。一旦頻率分配算法610被執行，則處理過程前進到操作步驟615，在操作步驟615中頻率參數被傳送到位于蜂窩網絡中的每個小區10和收發信機20。此后，處理過程前進到操作步驟620，在此處理過程終止。
圖7是顯示一種可能的頻率分配算法的流程圖，該算法可能被用來實現圖6中所示的塊610中所要求的操作。頻率分配算法從操作步驟700開始執行。此后，在操作步驟705中收發信機20TRX被選擇。然后在操作步驟710中選擇小區10并且在操作步驟715中選擇包括有發射和接收頻率的頻率對。在操作步驟720中，為特定小區10內的選定頻率計算C/I比。然后，在操作步驟725中，全部鄰近的小區都被檢查由于此特定小區10內該頻率的可能分配而帶來的可能干擾。操作步驟730包括檢查是否全部可用的頻率已經被評估過。如果沒有，執行過程轉回到操作步驟715。如果全部可用頻率已經被處理過，則執行過程前進到操作步驟735。在操作步驟735中，在網絡中具有最小干擾的頻率對被選擇。而后執行過程前進到操作步驟740，在操作步驟740中共享區域頻率表用選擇的頻率來更新。而后執行過程前進到操作步驟745，在操作步驟745中確定是否全部的小區10已經被處理過。如果不是全部的小區10都被處理過則執行過程循環回到操作步驟710。而后，如果全部的小區10已經被處理過則執行過程前進到操作步驟750，在操作步驟750中確定是否全部的收發信機20單元已經被處理過。如果不是全部的收發信機單元都被處理過則執行過程循環回到操作步驟705。否則，處理過程前進到操作步驟755，在此處理過程終止。
圖8是一個范例流程圖，顯示由如圖5所示的QoS管理模塊540所執行的操作過程。QoS管理模塊540從操作步驟800開始執行并立即進行操作步驟805。在操作步驟805中，用戶的QoS需求(比如吞吐量以及延遲和業務類型等)被訪問。在操作步驟810中，對于全部可用的共享時隙(TSL)組合檢查可用吞吐量，所述組合是由移動站210和網絡所支持的。吞吐量估算過程810在圖9中有更詳細的介紹。然后在操作步驟815中，具有最佳吞吐量的、允許的時隙組合被選擇。接著處理過程前進到操作步驟820，在操作步驟820中業務類型被確定。在這個實施例中，提供了兩個可能的業務類型。具體地說是盡力傳送吞吐量和有保證的吞吐量。然而，本領域的普通技術人員將會發現，根據用戶的需要和蜂窩網絡的能力，可以建立任何數目的業務類型。
仍然參考圖8，如果業務類型規定為有保證的吞吐量，則處理過程前進到操作步驟825。在操作步驟825中確定是否滿足了吞吐量的需求。如果吞吐量的需求被滿足了，則處理過程前進到操作步驟835。另外，如果業務類型是盡力傳送吞吐量，則處理過程也前進到操作步驟835。在操作步驟835中該連接被指配到提供最高吞吐量的、先前確定的共享區域允許的時隙組合，并且圖5中的信道利用表560被相應地更新。然后，處理過程前進到操作步驟840，在操作步驟840中由新的信道指配引起的輸出干擾被計算。如果新的指配被發現對鄰近小區內任何現有的連接產生過多的干擾，則通過切換程序將該現有的連接重新定位到另一個無線電信道。輸出干擾評估規程840在圖11中有更詳細的介紹。在輸出干擾已經被評估以后，執行過程前進到操作步驟845，在操作步驟845中用于分組交換連接的信道指配程序結束。
仍然參考圖8，如果在操作步驟825中吞吐量沒有被滿足，則處理過程也前進到操作步驟830。在操作步驟830中估算在對于全部可用頻率的全部可用專用區域時隙內的可用用戶吞吐量。這個操作步驟830在圖9中有更詳細的討論。然后處理過程前進到操作步驟835，在操作步驟835中時隙計數器n被復位。隨后是操作步驟850，在操作步驟850中要為分配而考慮的專用區域時隙的數目n被加1。然后處理過程前進到操作步驟855，在操作步驟855中根據在前面的操作步驟830中獲得的吞吐量的估算來確定為無線電信道使用n時隙的支持配置的最佳可用吞吐量。然后，在操作步驟860中確定是否滿足了吞吐量的需求。如果在操作步驟860中吞吐量的需求被滿足了，則處理過程前進到操作步驟865，在操作步驟865中，在使用n時隙的專用區域中分配該信道并且在圖5中的信道利用表560被相應地更新。然后，處理過程前進到操作步驟840，如前所述在操作步驟840中輸出干擾被評估，并且最后處理過程前進到操作步驟845，在那里該處理過程終止。
仍然參考圖8，如果在操作步驟860中確定吞吐量不能滿足，則處理過程前進到操作步驟870。在操作步驟870中確定是否所要求的時隙數目超過了移動站210或小區10的容量/能力。如果所要求的時隙數目沒有超過這種能力，則處理過程回到操作步驟850。但是，如果所要求的時隙數目確實超過了這種能力，則處理過程前進到操作步驟880，在操作步驟880中所請求的服務質量要求被重新協商。這可能需要請求要求傳輸信息的用戶或者在移動站210中或在網絡側的應用至少臨時地接受一種比所期望的服務水平低的服務。然后，處理過程回到操作步驟805。
圖9是一個流程圖，顯示由如圖5所示的吞吐量估算模塊520執行的操作過程。吞吐量估算模塊520從操作步驟900開始執行并立即進行操作步驟905。在操作步驟905中檢查為其執行吞吐量估算的區域。如果要被評估的區域是一個共享區域，則處理過程前進到操作步驟910。在操作步驟910中，共享區域頻率表515和信道利用表560被訪問以檢索信息，該信息指示小區10中的哪些時隙當前正屬于該共享區域和在那些時隙中使用的預先分配的共享區域頻率是什么。然后處理過程前進到操作步驟915，在操作步驟915中當前小區10中的共享區域之一被選取用于檢驗。然后處理過程前進到操作步驟920，在操作步驟920中被選取的共享區域中的時隙之一被選取用于檢驗。然后，處理過程前進到操作步驟925，在操作步驟925中估算用戶在當前時隙中將經歷的C/I。在操作步驟925中的C/I估算過程在圖10中有更詳細的討論。然后處理過程前進到操作步驟930，在操作步驟930中估算的C/I被用于推導出在這個時隙中能夠實現的最大可用吞吐量的一個估算。例如通過利用吞吐量映射表中的C/I能夠實現這個估算。這個操作步驟之后是操作步驟935，在操作步驟935中信道利用表560被訪問從而確定有多少時隙資源已經在被共享相同時隙的其它連接所使用。然后，處理過程前進到操作步驟940，在操作步驟940中通過考慮已經被其它連接所使用的時隙資源的份額，而調整該估算的最大時隙吞吐量。結果得出在當前的時隙中可用用戶吞吐量的估算。然后處理過程前進到操作步驟945，在操作步驟945中確定是否在當前的共享區域中的所有時隙已經被檢驗了。如果不是所有的在當前的共享區域中的時隙被處理則處理過程返回到操作步驟920，否則處理過程前進到操作步驟950。在操作步驟950中確定是否所有的在當前的小區10中的共享區域已經被處理了。如果不是當前的小區10中的所有共享區域都被處理則處理過程返回到操作步驟915，否則處理過程前進到操作步驟955，處理過程結束。
仍然參考圖9，如果在操作步驟905中確定吞吐量估算是對專用區域執行的則處理過程前進到操作步驟960。在操作步驟960中，信道利用表560被訪問從而檢索信息，該信息指示在小區10中哪些時隙當前正屬于共享區域和允許被用于當前小區10中的共享區域連接的頻率是什么。然后處理過程前進到操作步驟965，在操作步驟965中，共享區域中使用的可用頻率之一被選取用于評估。然后處理過程前進到操作步驟970，在操作步驟970中，可用共享區域時隙之一被選取用于評估。然后處理過程前進到操作步驟975，在操作步驟975中，估算用戶在當前時隙中將經歷的C/I。在操作步驟975中的C/I估算過程在圖10中有更詳細的討論。然后處理過程前進到操作步驟980，在操作步驟980中根據先前估算的C/I比來估算用戶吞吐量。例如通過利用吞吐量映射表中的C/I能夠實現這一估算。然后處理過程前進到操作步驟985，在操作步驟985中確定是否所有的在當前的共享區域中的時隙已經被處理過了。如果不是所有的在當前的共享區域中的時隙都被處理則處理過程返回到操作步驟970。如果所有的在當前的共享區域中的時隙已經被處理則處理過程前進到操作步驟990。在操作步驟990中確定是否所有的在當前小區10中用于共享區域的可用頻率已經被處理了。如果不是所有的這種頻率都被處理則處理過程返回到操作步驟965，否則處理過程前進到操作步驟995，處理過程結束。
圖10是一個流程圖，顯示由如圖9所示的操作步驟925和975中的C/I估算模塊執行的操作過程。C/I估算模塊從操作步驟1000開始執行并立即進行操作步驟1005。在操作步驟1005中訪問將被評估的當前頻率和當前時隙的信息。然后處理過程前進到操作步驟1010，在操作步驟1010中從BIM550中選取一個可能產生干擾的鄰近的小區10。然后處理過程前進到操作步驟1015。在操作步驟1015中通過訪問信道利用表560來確定該可能產生干擾的小區是否有已經使用當前時隙和當前頻率或者與該當前頻率鄰近的頻率的進行中的連接。如果沒有這種進行中的連接存在則處理過程前進到操作步驟1055。否則處理過程前進到操作步驟1020。在操作步驟1020中檢查在一個從移動站210收到的最近測量報告中是否報告了所選擇的產生干擾的小區10的信號電平，該測量報告同樣也包括提供服務的小區10的接收信號電平。這個下行鏈路測量報告可以被包括在信道利用表560或其它適當的數據庫中。如果確定在MR中報告了產生干擾的小區10，則處理過程前進到操作步驟1030，在操作步驟1030中C/I比被設定為等于測量報告中的數值。
仍然參考圖10，如果在操作步驟1020中確定在測量報告中沒有報告產生干擾信號電平的小區10，則處理過程前進到操作步驟1025，在操作步驟1025中C/I比被設定為等于在BIM 550中找到的數值。處理過程從操作步驟1025或操作步驟1030前進到操作步驟1035，在操作步驟1035中確定所引入的干擾的類型。如果干擾是由一個鄰近的頻率引起的，則處理過程前進到操作步驟1040，在操作步驟1040中C/I比增加了一個鄰近信道保護容限，這個鄰近信道保護容限是一個預先確定的值。這個鄰近信道保護容限被選擇來將C/I比降低到某一水平，該水平在該干擾將被認為是共道干擾的情況下，對應于該鄰近信道干擾的有害影響。但是，如果在操作步驟1035中確定干擾的類型是共道干擾，則處理過程從操作步驟1035或1040前進到操作步驟1045。在操作步驟1045中C/I比按照發射功率電平降低值而被降低，這個發射功率電平降低值與通過功率控制功能(如果它被使用的話)在產生干擾的連接中執行的當前發射功率電平的降低是一致的。這個功率降低值在信道利用表560中得到，在信道利用表560中它被通過功率控制功能更新。這種C/I比的調整保證在C/I估算過程中考慮可能的功率控制功能的影響。然后處理過程前進到操作步驟1050，在操作步驟1050中當前檢查的引起干擾的連接的干擾貢獻被合計到影響當前正被評估的時隙和頻率的總干擾電平。然后處理過程前進到操作步驟1055，在操作步驟1055中確定是否所有的潛在干擾的小區都已經被處理過了。如果不是所有的潛在干擾的小區都被處理過，則處理過程返回到操作步驟1010。但是，如果所有的小區10都已經被處理過了，則處理過程前進到操作步驟1060，處理過程結束。
圖11是一個流程圖，它顯示由如圖5所示的輸出干擾估算模塊530執行的操作過程。輸出干擾估算模塊530從操作步驟1100開始執行并立即進行操作步驟1105。在操作步驟1105中，在新的信道指配中將利用的小區10、時隙和頻率的信息被訪問。處理過程前進到操作步驟1110，在操作步驟1110中要用于該新連接的時隙之一被選取。然后，處理過程前進到操作步驟1115，在操作步驟1115中潛在被干擾的鄰近小區之一被選取以便檢查。在BIM 550中，潛在被干擾的鄰近小區的信息是可獲得的。在操作步驟1120中通過訪問信道利用表560來確定該潛在被干擾的小區是否有進行中的連接使用由該新連接所使用的當前時隙和頻率或與該新連接所使用的頻率鄰近的頻率。如果沒有這種進行中的連接存在則處理過程前進到操作步驟1170。否則處理過程前進到操作步驟1125。在操作步驟1125中確定在將被該新連接干擾的連接的下行鏈路測量報告(MR)中是否報告了正在執行新信道指配的小區10。這個下行鏈路測量報告可以被包括在該信道利用表560中或其它適當的數據庫中。如果確定在該測量報告中報告了正在執行新信道指配的小區10，則處理過程前進到操作步驟1135，在操作步驟1135中C/I比被設定等于被干擾連接的測量報告中包含的數值。
仍然參考圖11，如果在操作步驟1125中確定正在執行新信道指配的小區10沒有在MR中被報告，則處理過程前進到操作步驟1130，在操作步驟1130中C/I比被設定為等于在BIM 550中找到的數值。處理過程從操作步驟1130或操作步驟1135前進到操作步驟1140，在操作步驟1140中識別由現存連接引起的干擾是共道干擾或是鄰道干擾。如果干擾是由一個鄰近信道引起的則處理過程前進到操作步驟1150，在操作步驟1150中C/I比增加一個鄰近信道保護容限，這個鄰近信道保護容限是一個預先確定的值。這個鄰近信道保護容限被選擇從而將C/I比降低到某一水平，該水平在該干擾被認為是共道干擾的情況下，對應于該鄰近信道干擾的有害影響。但是，如果在操作步驟1140中確定干擾類型為共道干擾，則處理過程從操作步驟1140或1150前進到操作步驟1155。在操作步驟745中C/I比按照一個發射功率電平降低值而被降低，這個發射功率電平降低值與通過功率控制功能(如果它被使用的話)在產生干擾的連接中執行的當前發射功率電平的降低是一致的。這個功率降低值在信道利用表560中是可以獲得到，在信道利用表560中它被通過功率控制功能更新。這種C/I比的調整保證在C/I估算過程中考慮可能的功率控制功能的影響。然后處理過程前進到操作步驟1160，在操作步驟1160中確定是否全部的C/I比超過或等于允許的C/I比限制，該限制是被干擾的連接可接受的QoS所要求的最小C/I比。如果該C/I比不大于或者等于該C/I比限制，則處理過程前進到操作步驟1165，在操作步驟1165中為了把受到干擾的連接移動到另一個信道而觸發一個切換。然后處理過程從操作步驟1160或操作步驟1165前進到操作步驟1170。在操作步驟1170中確定是否所有的潛在被干擾的小區10都已經被處理過了。如果不是所有的潛在被干擾的小區10都被處理過，則處理過程返回到操作步驟1115。但是，如果所有的小區10都已經被處理過了，則處理過程前進到操作步驟1175。在操作步驟1175中，確定是否將用于新信道的所有時隙已經被處理過了。如果不是所有的這種時隙都被處理過了則處理過程返回到操作步驟1110。否則，處理過程前進到操作步驟1180，處理過程結束。
利用上述的本發明的實施例，在蜂窩網絡中，服務供應商的移動站能夠向顧客提供一種廣泛的服務。例如，許多顧客可能希望他們的移動站210上僅具有語音功能和電子郵件功能。服務供應商可以制造一個程序包以便將專用信道分配給語音通信同時將共享信道用于電子郵件。其他的顧客可能指定一種高端服務，例如要求流視頻或音頻，并因此需要具備更高的吞吐量，帶有某一最小可獲得吞吐量的保證。在這種情況下服務供應商可以提供一個專用信道或共享信道，其上有有限數目的用戶并規定了高的C/I水平。更進一步地，根據業務條件和用戶需求，信道類型的分配可以是動態的。因此，蜂窩網絡服務供應商利用當前可用的同樣的帶寬能夠給任何給定的小區10提供更廣泛的增強服務。
雖然我們在這里只是顯示和討論了少數幾個實例，但是可以理解，對本發明能夠進行各種變化和改進，正如本領域那些技術人員所知的那樣。例如，動態頻率管理系統500可以被分布在蜂窩網絡中的任何地方或包括在移動站210、收發信機20、BSC23或MSC240中。另外，如先前的DFCA，即申請號為PCT/FI/01114的諾基亞專利申請中討論的，循環跳頻能力可以在本發明中被利用。僅僅為了簡化，已經討論的本發明中沒有應用循環跳頻。但是，循環跳頻改善了位于移動站的用戶所注意到的接收服務質量。所以，向本發明增加循環跳頻也將改善本發明中的服務質量。如上所述，沒有循環跳頻，則無線電信道由時隙和頻率決定。但是在具備循環跳頻時，頻率被頻率列表和在跳躍序列中的相位所代替。循環跳頻的實現可以通過僅僅把在說明書中的術語“頻率”用“頻率列表”和“跳躍序列對中的相位”代替來完成。因此，我們不希望局限于這里顯示和討論的細節，而是打算覆蓋所有這些包含在所附權利要求書范圍中的變化和修改。
權利要求
1.一種用于分組交換服務的動態信道分配的系統，包括吞吐量估算模塊，它確定對其它已指配信道的可能輸入干擾何時可出現，并推導出時隙吞吐量估算；輸出干擾評估模塊，它根據C/I比確定該信道指配對小區內和鄰近小區內已經指配的其它信道的影響；以及QoS管理模塊，它根據業務類別類型和該信道指配的吞吐量要求來選擇共享的或專用的信道用于連接，該業務類別類型與要求信息傳送的移動臺或服務或應用相關。
2.如權利要求1中所述的系統，其中，業務類別類型包括盡力傳送業務類別類型，它將使得該信道指配對共享信道進行；以及有保證的業務類別類型，當在該共享信道上存在有足夠的吞吐量時它將使得信道指配對共享信道進行，而當在共享信道上不存在足夠的吞吐量時它將使得信道指配對專用信道進行。
3.如權利要求2中所述的系統，還包括頻率指配模塊，它基于在每個小區中對于每個指配的頻率最大化該C/I比來指配用于多個收發信機單元中每個單元的共享信道的頻率。
4.如權利要求3中所述的系統，其中，頻率指配模塊根據一啟發式(heuristic)算法來指配信道。
5.如權利要求2中所述的系統，其中，如果所要求的吞吐量超過任何共享信道的能力，則QoS管理模塊將對于具有保證的吞吐量要求的各個連接，指配滿足該連接吞吐量要求所需要的最小數量的專用信道。
6.如權利要求5中所述的系統，其中，當所要求數目的專用信道的指配超過小區的容量或移動臺的能力時，為該連接重新協商服務質量要求。
7.如權利要求2中所述的系統，其中，吞吐量估算模塊將根據該估算的C/I和要被用于決定信道指配的服務質量模塊中的可用信道容量而產生可用無線電信道的吞吐量估算。
8.如權利要求2中所述的系統，其中，輸出干擾評估模塊將評估一個新的信道指配預期對已經指配給服務小區和鄰近小區內的連接的其它信道產生的干擾電平。
9.如權利要求8中所述的系統，其中，輸出干擾評估模塊可觸發一個無線電信道重新指配用于該專用區域中的進行中連接，該進行中的連接基于一個C/I準則、預期被由該新的信道指配產生的干擾不利地影響。
10.一種用于分組交換服務的動態信道分配的方法，包括把小區內的收發信機單元資源劃分為構成共享區域的共享信道資源和構成專用區域的專用信道資源；基于使在多個小區內的共享區域之間的干擾最小化，而向多個小區分配用于共享區域的頻率；把該頻率傳送給該多個小區中的每一個；從移動臺或核心網絡接收信道指配的請求，其中，信道指配包括該頻率中的兩個；根據估算的C/I和已經被其它連接使用的信道容量來估算在每個可能的無線電信道中可獲得的吞吐量；確定對于該信道指配的業務類別類型，其中，該業務類別類型是盡力傳送或有保證的業務類別類型；當該業務類別類型是盡力傳送時指配提供最高的估算吞吐量的共享信道；當該業務類別類型是有保證的并且共享信道指配將產生對于該移動臺的不足夠的吞吐量時，指配能夠提供所要求吞吐量的專用信道；根據對每個現存的連接估算的指配后的C/I比，評估影響服務小區和鄰近小區內的任何現存連接的信道指配所產生的輸出干擾；以及對于為其估算的C/I比沒有超過預先確定的值的現存連接，啟動一個信道重新指配。
11.如權利要求10中所述的方法，還包括當在所有可用的共享和專用信道組合中可獲得的估算吞吐量不足以滿足所要求的吞吐量時，重新協商該連接的服務質量，其中該可用的共享和專用信道組合在移動臺和小區的能力之內。
12.如權利要求10中所述的方法，其中，標識輸入干擾還包括確定該輸入干擾是由鄰近信道造成的或是由共同信道造成的。
13.如權利要求11中所述的方法，其中對于該移動臺重新協商所有的服務質量包括向該移動臺提供更低的服務質量。
14.一種可存儲在計算機可讀介質上并可以由計算機執行的、用于分組交換服務的動態信道分配的計算機程序，包括吞吐量估算代碼段，它確定對其它已指配信道的可能干擾何時可出現，并根據總的C/I比推導出對于所有可用無線電信道的吞吐量估算；輸出干擾評估代碼段，它根據C/I比確定該信道指配對在小區內和鄰近小區內已經指配的其它信道的影響；以及QoS管理代碼段，它監測來自移動臺或核心網絡的信道指配請求，根據與移動臺相關的業務類別類型、該信道指配的吞吐量要求和可用共享及專用信道上的估算的可用吞吐量，將該信道指配到專用信道或共享信道。
15.如權利要求14中所述的計算機程序，其中，業務類別類型包括盡力傳送業務類別類型，它將使得該信道指配對共享信道進行；以及有保證的業務類別類型，當在該共享信道上存在有足夠的吞吐量時它將使得該信道指配對共享信道進行，而當在該共享信道上不存在足夠的吞吐量時它將使得該信道指配對專用信道進行。
16.如權利要求15中所述的計算機程序，還包括頻率指配代碼段，它基于對每個小區計算C/I比來為多個小區中每個共享區域指配信道。
17.如權利要求16中所述的計算機程序，其中，頻率指配代碼段根據一啟發式算法來指配信道。
18.如權利要求15中所述的計算機程序，其中，當信道指配所要求的吞吐量超過任何共享信道的能力時，QoS管理代碼段將最小化已指配的專用信道的數目為提供該請求的吞吐量所需的最小值。
19.如權利要求18中所述的計算機程序，其中，當在由該移動臺和小區支持的任何可用的專用信道中可獲得的估算吞吐量不足以滿足所要求的服務質量需求時，啟動對該連接的服務質量要求的重新協商。
20.如權利要求14中所述的計算機程序，其中，當估算的C/I比不足以維持現存連接的請求吞吐量時，輸出干擾評估代碼段將觸發信道的重新指配。
全文摘要
一種用于分組交換服務中的動態頻率分配的系統、方法和計算機程序，其中用于分組交換服務的無線電信道利用動態的頻率和信道分配系統可以被動態地分配以滿足服務質量(QoS)要求。在可用信道中估算可獲得的吞吐量。更進一步地，用戶或應用能夠規定所期望的服務水平，并且系統、方法和計算機程序將選擇一種信道指配以滿足所期望的服務水平。當將被指配的信道已經被選定時，該系統、方法和計算機程序將評估新的信道指配是否將對其它進行中的連接造成過度的干擾。在這種情況下該進行中的連接將被重新指配到另一個合適的無線電信道。
文檔編號H04L12/56GK1471329SQ0314075
公開日2004年1月28日 申請日期2003年5月7日 優先權日2002年5月8日
發明者M·薩爾門凱塔, J·吉梅內斯, P·T·莫雷諾, M 薩爾門凱塔, 紡謁, 莫雷諾 申請人:諾基亞有限公司