在一個蜂窩式通信系統中的信道分配方法

專利名稱：在一個蜂窩式通信系統中的信道分配方法
技術領域：
本發明涉及在一個蜂窩式通信系統中分配無線電信道的方法，每一個網孔包括至少一個基站，該基站用一個專供每一次連接用的通信信道和在它的區域內的用戶終端設備通信。在這種方法中，基站監視現有的通信信道的質量。
在蜂窩式通信系統中，基站與用戶終端設備之間的連接質量是隨時間和地點而變的。平均起來說，用戶終端距離基站越遠，在無線電信道上發生的信號衰減也越大，還有其它的因素，例如視線上的障礙物和外部干擾也會影響在接收端的信號質量。
信號的衰減還取決于所用的頻率，這樣，如果兩個信號之間的頻率差足夠大，它們的衰減就不會有關聯。譬如說，有1兆赫的頻率差距就已足夠，可使信號的衰減是各不相干的。由于這種頻率的有選擇性的衰減，一些蜂窩式通信網絡就引用了跳頻技術。這是指用于連接的頻率是按預置的間隔變化的，這樣，頻率的選擇衰減的影響可以被平均，而且類似地，窄頻帶干擾信號對所要的信號的有害影響也可以減少。
在一些系統中，基站所用的部分信道是跳頻的，而另一部分信道是固定頻率的。這是必要的，因為某些信令信道必須在某個一定頻率上傳輸，使終端設備能夠找到它們。由于這個原因，連同其它因素，基站的各個通信信道可能有十分不同的干擾電平。
在本系統中，當分配一個通信信道用于基站和一個終端設備之間的連接時，不論是在呼叫的建立或者切換，都從基站當前自由的能用的通信信道開始搜尋那些通信信道，并檢測它們的閑置信道的干擾電平。把具有最低干擾電平的那些閑置信道之一隨機地分配給終端設備使用。
上述方法的缺點是它沒有考慮到各種信道的不同特性和每個終端設備當前處于什么狀態。因此各種信道的特性不是在最佳的可能方式下得到應用。
因此本發明的目的在于實現一種新的信道分配方法，用這種方法就可能避免上述方法的缺點，使蜂窩式通信系統的服務性能因此得到改進。
利用在引言中提出的那種類型的方法就可達到此目的。其特征在于依據為基站和終端設備之間的連接選擇通信信道，把終端設備所需的連接質量和每一個可能的通信信道的干擾電平一起加以考慮。
本發明的方法可能是特別適用于設法使所建立的連接，恰好是一個相當好的無線電信道。無線電信道可以在以測量和跳頻的結果所得的干擾電平的基礎上加以分類。在一個不良的連接之后，可能把一個能獲得高質量連接的通信信道分給終端設備，例如，可能把一個包含較大干擾的通信信道分給一個地點靠近基站的終端設備，因為在任何情況下其連接的質量已是足夠好的。這樣，信道的性能才能得到有效的利用，而系統呼叫的成功概率和質量比以前所能達到的更高。
下面參照根據附圖的例子，將對本發明做更詳細的描述，在這些例子中

圖1表示一個蜂窩式通信系統的簡圖，其中采用了本發明的方法。
圖2表示在一個基站的區域內連接的水平簡圖。
圖3表示出一個基站的可能的頻率群的劃分例子。
圖4表示出一個基站的可能的頻率群的劃分的第二個例子。
圖5表示出一個終端設備的位置對信道分配的影響的例子。同時圖6表示出在兩個基站之間的邊緣地帶進行切換(handover)情況的例子。
圖1所表示的是一個可采用本發明方法的一個蜂窩式通信系統。這個蜂窩式通信系統包括一個基站BTS，它與它所在區域內的用戶終端設備通信，所以每個終端設備各有自己的一個通信信道。
圖2表示本發明的方法的基本思想。這個圖表示出一個基站所照管的呼叫的連接水平簡圖。簡圖的水平軸20表示以誤碼率測量出來的呼叫質量。簡圖的垂直軸表示呼叫的次數。在正常情況下，有許多呼叫，質量分布與圖中表示的情況相似，類似高斯(Gauss)曲線。在本發明的方法中，在基站中把一個干擾電平低的通信信道分配給一個連接質量不良的終端設備22。相應地，把一個較高干擾電平的通信信道可分配給一個有高連接質量的終端設備23。
下面將對本發明做更詳細的描述，在此利用采用了跳頻(fre-quency hopping)的數字化的GSM蜂窩式通信系統作為例子。然而本發明并不局限于此，因為本發明在別的蜂窩式通信系統中自然也一樣能用。
當把跳頻應用于無線電通道中，基站所用的通信信道可以分為具有不同跳頻參數的群。這些群被稱為跳頻群(hopping groups)。在GSM系統中，由于包含在BCCH信令信道中的載波頻率的特殊性能，劃分成這種群是必要的。BCCH信令必須是全部時間對所有的終端設備都是在已知的頻率上，并且所討論的信道不是跳頻的。而且這個BCCH頻率是以最高的許可發射功率連續發射的。
圖3用圖舉例說明在一個由四個發射機單元TRX組成的基站中典型的頻率群的劃分，第一個發射機單元在第一時隙TS0發射一個BCCH信令。通信信道被分為3個跳頻群(hopping groups)HG0、HG1和HG2。第一群包含了第一發射機TRX1的TS0時隙；這個時隙包含了不跳變的BCCH信號。第二群包含了其它發射機TRX2......TRX4的第一時隙TS0，這些時隙利用這些發射機的三個頻率進行跳頻。第三個跳頻群包含利用四個頻率進行跳頻的其它時隙。
在上面所描述的頻率群的方案中，只采用與個別發射機號碼相對應的頻率號。它也可能采用所謂的綜合跳頻，這種跳頻是用快速調諧的壓控振蕩器來實現的。于是可能控制每一個發射機的運行，使它在每個時隙逐一地改變發射的頻率。于是可能利用比基站中的所有發射機更多的頻率。在圖4中舉例說明了這種頻率群的劃分。
按照這個例子，在基站中只有兩個發射機TRX1和TRX2在使用中。通信信道被分成兩個跳頻群HG0和HG1。第二發射機的全部時隙都屬于跳頻群HG1，并且認為它們是采用綜合跳頻的方法在4個頻率上跳頻。所以第二發射機的全部時隙都可自由地訪問多數的頻率，由于BCCH信道的特殊要求，第一發射機TRX1的全部時隙都是在一個固定的頻率上發射的。
上述的頻率方案在一個小型的基站中是有利的，但它會導致一種現象，這時通信信道的一半是跳頻的，而信道的另一半是在固定頻率上。于是基站有兩種通信信道，它們的特性隨著干擾和傳播條件的變化互相之間有很大的區別。
本發明的方法應用于上述的基站中是特別有利的，因為各種類型的通信信道都能得到有效的利用，使分配給每一個連接的信道，從整體上看它的特性是最佳的。
在本發明的方法的一個最佳實施例中，在為終端設備和基站之間的連接選擇通信信道時，已考慮到在基站和在終端設備所接收的信號的質量，另外還有同時在終端設備和基站所測量到的連接功率電平、終端設備離開基站的距離、自由通信信道的干擾電平和一個滿足信號質量要求的信噪比。信噪比是一個系統參數，例如，它取決于所用的調制和編碼方法。
在基站和在終端設備所接收到的信號質量可以用，譬如說，誤碼率來測量。終端設備離開基站的距離可以用定時超前參數(timingadvance parameter)(TA)來表示，該參數是用于取代發生在無線電通道上的傳播延遲的。
在蜂窩式通信系統中需要分配信道是在三種可能情況下發生的即在呼叫建立的連接中、網孔內的切換和網孔間的切換。下面將分別對每一種情況下應用本發明的方法進行說明。
呼叫建立在呼叫建立的連接中，與在不同類型的信道上得出信號質量和接收的功率的可靠測量結果所需的時間相比，決定分配給終端設備的信道類型(跳頻的或非跳頻的)應當相對地快些。因此，當進行信道分配時，唯一可供考慮的可用參數是閑置的信道干擾電平(ICIL)和代表距離的定時超前參數(TA)。
因為在呼叫建立的連接中，還沒有終端設備情況的準確測量結果，只有當有用的信息指示出終端設備是在非常有利的條件下，即在基站的附近，并且有一個沒有干擾的非跳頻的通信信道可供使用，才把一個非跳頻的通信信道分配供使用。在呼叫建立的連接中，如果自由信道的干擾不高于任何別的非跳頻信道的干擾，就選用一個跳頻的通信信道，這可以作為一個基本的規則。作為一個算法，表示如下如果ICIL(HCH)≤ICIL(NHCH)，則選擇HCH否則選擇NHCH；其中HCH表示一個跳頻信道，而NHCH表示一個非跳頻信道。
當分配信道時，也可以把終端設備的距離考慮進去。這個距離的重要性隨著網孔的大小和環境而變化。圖5舉例說明把距離考慮在內的一個可能的實現方法。圖中表示一個基站BTS和用R標出的它的可聽范圍的半徑。一個終端設備MS是在基站的可聽范圍內與基站建立一個連接。如果自由的非跳頻的信道的干擾不如在任何別的信道的干擾高，系統操作員可以設置一個系統參數TAREF，它指示在它的距離限制范圍內，依靠定時超前(參數)的幫助，可以給終端設備指派一個非跳頻的通信信道。可以用一種算法的形式表示如下如果TA＜TAREF并且ICIL(NHCH)≤ICIL(HCH)，則選擇NHCH否則選擇HCH。上面所示的算法有利于頻率跳頻的通信信道，這意味著一旦一個呼叫已經建立，一個網孔內部的切換就在已經證明是好的連接上，以非跳頻執行，使得總是有跳頻的通信信道供給新的連接。
網孔內切換(Intracell handover)網孔內切換的目的是為具有不良連接的終端設備提供一個較好的通信信道。另外，在本發明的方法中，利用網孔內切換去把跳頻的和非跳頻的信道業務負載量拉平。
在網孔內切換中使用的準則，取決于正在使用的是一個跳頻的或是非跳頻的通信信道。
在終端設備和基站之間已經建立了連接的數秒鐘之后，就可以得到基站和用戶終端設備雙方的功率電平和連接質量的可靠的和平均的測量結果。在絕大多數情況下，跳頻是有益的，在接收到的信號質量的改善上是明顯的。在網孔內切換中，這個質量可以作為主要的判斷標準。
下列可預置的4個閾值可以作為與切換有關的判斷標準RX-QUAL-HO-HCH-DL當一個網孔內切換從一個跳頻的信道進入一個非跳頻的信道完成時，基站接收的信號的質量閾值。
RX-QUAL-HO-NHCH-DL當一個網孔內的切換從一個非跳頻信道進入一個跳頻的信道完成時，基站接收的信號的質量閾值。
RX-QUAL-HO HCH-UL當一個網孔內的切換從一個跳頻信道進入一個非跳頻的信道完成時，終端設備接收的信號的質量閾值。
RX-QUAL-HO-NHCH-UL當一個網孔內的切換從一個非跳頻信道進入一個跳頻的信道完成時，終端設備接收的信號的質量閾值。
在本發明的一個最佳實施例中，如果終端設備是在一個跳頻的通信信道上，如果基站從終端設備接收到的信號質量高于預置的閾值，并且如果終端設備從基站接收到的信號質量高于預置的閾值，就完成進入非跳頻信道的切換。則在兩個傳輸方向上，連接的質量一定都是高的。利用上述的縮寫，用算法的形式表示如下如果RX-QUAL-DL＜RX-QUAL-HO-HCH-DL并且RX-QUAL-UL＜RX-QUAL-HO-HCH-UL則執行切換HCH→NHCH在本發明的最佳實施例中，如果終端設備是在一個非跳頻的通信信道上，如果或是基站從終端設備接收的信號質量低于預置的閾值，或是終端設備從基站接收的信號質量低于預置的閾值，就完成進入一個跳頻信道的切換。如果兩個傳輸方向之一的傳輸質量是不良的，就會產生切換。利用上述的縮寫，把這一算法表示如下如果RX-QUAL-DL＞RX-QUAL-HO-NHCH-DL或者RX-QUAL-UL＞RX-QUAL-HO-NHCH-UL則執行切換NHCH→HCH當上述的語句為真實，即切換已完成，就從包括在另一個跳頻群中的自由通信信道選出一個新的通信信道。在切換之前，必須首先檢測在這個新的信道上的自由信道干擾足夠低。
當終端設備向遠離基站的方向移動，從而因信號強度減弱而使連接的質量變差時，上述算法的后一部分還負責把終端設備從一個非跳頻的信道切換到一個跳頻的信道上。
例如，讓我們假設，預置的參數具有下列的數值RX-QUAL-HO-HCH-DL1RX-QUAL-HO-NHCH-DL3RX-QUAL-HO-HCH-UL1RX-QUAL-HO-NHCH-UL3。
如果兩個方向上連接的平均質量是零，即誤碼率BER＜0.2％，則利用這些示范的設置，呼叫從跳頻的信道轉移到非跳頻的信道。如果連接的平均質量比3更差，即兩個傳輸方向之一的BER＞1.6％，呼叫就從一個非跳頻的信道轉移到一個跳頻的信道。
網孔間的切換根據圖6，需要網孔間的切換絕大多數發生在當一個終端設備MS從基站BTS1服務的區域移動到另一個基站BTS2服務的可聽區域時。切換頻繁地發生在終端設備遠離目標基站的地方和需要良好的通信信道的概率高的地方。在本發明的方法中，如果有一個可用的跳頻通信信道，就會被分配給網孔間切換中的終端設備。
上面，描述了把本發明應用于采用跳頻技術的系統中。但是，本發明的方法也可以應用于沒有使用跳頻的蜂窩式通信系統中。由于無線電波的傳播，從干擾的觀點來看，對不同的載波頻率可能有不同的值。對不同連接的信道分配，可以在對不同頻率的干擾測量的基礎上進行，從而把一個較高傳輸質量的載波頻率分配給一個傳輸質量不良的連接。
雖然參考這些例子，按照附圖在上面已經對本發明作了說明，顯然，本發明并不只限于這些，而是在附帶的權利要求書中提出的發明思想的范圍內，可以用不同的方法對它進行修改。
權利要求
1.一種用于在蜂窩式通信系統中分配無線電信道的方法，每一個網孔至少包括一個基站(BTS)，該基站在它的區域內通過一個專門供每一次連接的通信信道與用戶終端設備(MS)通信。在這種方法中，基站監視可用的通信信道的質量，其特征在于當選擇通信信道供基站與終端設備之間的連接時，把終端設備所需的連接質量和每一個可能的通信信道的干擾電平都考慮進去。
2.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于基站(BTS)的部分通信信道采用了跳頻。
3.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于把遭受較多干擾的無線電信道分配給具有良好無線電連接的終端設備，而不是給連接不好的終端設備。
4.一種如權利要求2所述的方法，其特征在于當為基站(BTS)和終端設備(MS)之間的連接選擇通信信道時，把在基站和在終端設備所接收的信號的質量考慮在內，還考慮在基站和終端設備所接收的信號的功率電平、終端設備離開基站的距離、自由的通信信道的干擾電平和在接收端有一個滿意的信號質量所需的信噪比。
5.一種如權利要求2所述的方法，其特征在于在呼叫建立的連接時，如果沒有一個比跳頻信道有更低干擾電平的非跳頻信道，就把一個跳頻的通信信道分配給終端設備(MS)。
6.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于如果終端設備比一個預定的距離(TAREF)更加靠近基站，并且沒有任何一個跳頻的信道與一個非跳頻的信道比有更低的干擾電平，在呼叫建立的連接中，就把一個非跳頻的通信信道分配給終端設備(MS)。
7.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于如果基站(BTS)從終端設備(MS)接收的信號的質量比預置的閾值更好，而且終端設備從基站接收的信號的質量比預置的閾值更高，并且正在使用一個跳頻的通信信道，網孔內切換就執行轉入一個非跳頻的通信信道。
8.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于如果或是基站(BTS)從終端設備(MS)接收的信號的質量低于預置的閾值，或是終端設備從基站接收的信號的質量低于預置的閾值，并且正在使用一個非跳頻的通信信道，網孔內切換就執行轉入一個跳頻的通信信道。
9.一種如權利要求2所述的方法，其特征在于當終端設備(MS)正在執行從一個基站(BTS1)到另一個基站(BTS2)的切換時，就把一個跳頻的通信信道分配給新的基站(BTS2)的終端設備。
10.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于蜂窩式通信系統就是GSM系統。
全文摘要
本發明涉及一個蜂窩式通信系統中分配無線電信道的方法。每個網孔至少包括一個基站(BTS)，該基站用一個專供每一次連接用的通信信道與用戶終端設備(MS)通信。在這個方法中，基站監視現有的通信信道的質量。為了改進蜂窩式移動通信系統的性能，在本發明的方法中，在選擇基站與終端設備之間連接用的通信信道時，把終端設備所要求的連接質量和每一個可能的通信信道的干擾電平也考慮進去。
文檔編號H04W72/08GK1132009SQ95190725
公開日1996年9月25日 申請日期1995年8月2日 優先權日1994年8月3日
發明者J·薩凱杰, J·蘇威瑟 申請人:諾基亞電信公司