СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ
SYSTEM, DEVICE AND METHOD OF REALLOCATING FREQUENCIES

Область техники
Изобретение относится к системе, устройству и способу перераспределения частот. В частности, изобретение относится к системе, устройству и способу перераспределения частот на основе сообщений об измерениях.
Уровень техники
Беспроводные системы связи, такие как сотовые или персональные мобильные системы радиосвязи, обычно предусматривают линии связи между множеством базовых приемопередающих станций (BTS) и множеством абонентских устройств, часто называемых мобильными станциями (MS).
В системе беспроводной связи каждая BTS связана с конкретной географической зоной обслуживания (или сотовой ячейкой). В больших сотовых системах связи используется множество сотовых ячеек, которые обычно перекрываются для формирования обширной составной зоны обслуживания. Главным фактором, определяющим зону обслуживания, в которой BTS может обеспечивать приемлемую связь с MS, является уровень мощности передатчика BTS.
В такой сотовой системе с перекрывающимися смежными сотовыми ячейками частоты, используемые в конкретных сотовых ячейках, обычно выбираются, чтобы минимизировать уровень радиопомех в смежных сотовых ячейках. Этот процесс выбора обычно реализуется на этапе проектирования сети.
Проектирование сети, основанной на сотовых ячейках, обычно основано на идеализированной сотовой структуре. Однако идеализированная сотовая структура редко встречается на практике, например, вследствие характера местности, приводящего к изменяющимся условиям распространения радиоволн, и того факта, что базовые станции сотовых ячеек и антенны размещены неидеально по регулярной сетчатой структуре.
Поэтому проектировщик сети использует инструментальные средства распределения частот, чтобы оценивать распространение радиоволн для каждой сотовой ячейки и прогнозировать соответствующую зону покрытия. На основании этих моделей распространения проектировщик сети может разработать схему распределения частот для сети, направленную на минимизацию вероятных помех между перекрывающимися сотовыми ячейками. Схема распределения частот учитывает такие факторы, как высота и местоположение антенны, топология местности, уровни передаваемой мощности и ожидаемое количество абонентов.
Качество схемы распределения частот, которая может создаваться с помощью таких традиционных методов прогнозирования покрытия, ограничивается степенью перекрытия зон покрытия между сотовыми ячейками. Большее перекрытие означает большие потенциально возможные взаимные помехи, затрудняющие создание схемы распределения частот с низкими взаимными помехами.
Известный способ распределения частот, предусматривающий учет взаимных помех, применяет алгоритм распределения каналов во взаимосвязи с матрицей отношений мощности несущей к помехе (C/I) (матрицей потерь).
Поэтому реализация оптимальной схемы распределения (или перераспределения) частот становится зависимой от точности матрицы C/I; и поэтому эти неточности в матрицах C/I в конечном счете приводят к непредвиденным взаимным помехам при использовании таких способов.
Есть некоторое количество причин, почему традиционно формируемые матрицы являются неточными. Например, матрицы основаны на прогнозируемых уровнях помех на уровне земли, а значит, абоненты в высотных зданиях не принимаются во внимание. Дополнительно, они в типовом случае не отражают влияние детальных данных мешающих отражений, таких как обусловленных уличными каньонами. Они предполагают фиксированные границы сотовых ячеек, тогда как характеристики MS и алгоритмы передачи обслуживания таковы, что границы сотовых ячеек могут перемещаться. К тому же они основываются на точных данных для базовой станции и антенны, которые редко доступны.
Более того, эти методы прогнозирования покрытия имеют тенденцию фокусироваться на географической зоне покрытия, предполагающей равномерное распределение MS в пределах сотовой ячейки, а не на покрытии с учетом абонентов или на покрытии трафиком, когда абоненты неравномерно распределены по сотовой ячейке. Эта неточность ограничивает эффективность прогнозов и результирующих решений, принятых на их основе. В свою очередь, это означает, что сеть конфигурируется квазиоптимально, а поэтому в типовом случае обеспечивает квазиоптимальное качество услуг.
Однако в данной области техники известен альтернативный способ генерирования матрицы C/I, который содержит упорядочивание сообщений об измерениях (MR), переданных мобильными станциями. Сообщения об измерениях обычно содержат мощности сигналов нисходящей линии связи BTS, обслуживающей сотовую ячейку заданной MS, вместе с мощностями сигналов нисходящей линии связи от BTS из соседних сотовых ячеек, обнаруживаемых MS. Путем упорядочивания статистически значимого количества таких сообщений об измерениях относительные мощности BTS внутри и вокруг заданной сотовой ячейки могут использоваться для генерирования более точного значения C/I для этой сотовой ячейки на основании фактических наблюдений MS, обслуживаемых сотовой ячейкой и, таким образом, очевидных для их физического распределения в ее пределах.
Если это выполняется для некоторого количества перекрывающихся сотовых ячеек, то результирующая матрица C/I может использоваться для перераспределения частот (например, обусловленного добавлением/поддержанием/удалением базовых станций, или для вычисления сезонных колебаний трафика). Это называется «интеллектуальной системой оптимизации» (IOS).
IOS имеет ряд преимуществ, в частности, устранение необходимости моделировать, измерять или предполагать географическое распределение MS в пределах сотовой ячейки, что, как отмечалось ранее, является главным фактором неточности традиционных инструментальных средств распределения частот.
Однако использование сообщений об измерениях вызывает некоторые новые факторы.
А именно в современных системах, MS не может извещать соседнюю сотовую ячейку, если она использует ту же самую частоту широковещательного канала управления (ВССН), что и BTS сотовой ячейки, обслуживающей MS. Следовательно, невозможно непосредственно генерировать значение отношения C/I для таких соседних сотовых ячеек по сообщениям MR.
Дополнительно, сообщения MR обеспечивают информацию о мощностях сигналов только нисходящей линии связи для соседних сотовых ячеек. Если помехи, испытываемые трафиком восходящей линии связи, являются некоррелированными, желательно сформировать или модифицировать матрицу C/I, чтобы отразить помехи как нисходящей, так и восходящей линий связи. Однако в настоящее время нет прямых средств получения уровней приема по восходящей линии связи для MS соседних сотовых ячеек с использованием сообщений MR.
Подобным образом, сообщения MR основаны на мощности сигнала широковещательного канала управления разных сотовых ячеек, но желательно формировать матрицы C/I, которые отражают помехи канала трафика.
В заключение преимущество для статистически значимого количества сообщений об измерениях означает, что если слишком мало сообщений MR принимается в течение заданного периода выборки, результирующее значение или значения C/I не могут быть достаточно точными.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить некоторые или все из вышеприведенных проблем.
Сущность изобретения
В первом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ перераспределения частот в системе беспроводной связи по п.1.
Во втором аспекте настоящее изобретение предоставляет способ перераспределения частот в беспроводной системе связи по п.7.
В третьем аспекте настоящее изобретение предоставляет систему беспроводной связи по п.14.
В четвертом аспекте настоящее изобретение предоставляет систему беспроводной связи по п.18.
В пятом аспекте настоящее изобретение предоставляет устройство связи по п.22.
В шестом аспекте настоящее изобретение предоставляет устройство связи по п.28.
Дополнительными признаками настоящего изобретения являются те, которые определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения в качестве примера описаны ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж.
Краткое описание чертежа
Чертеж иллюстрирует структурную схему сотовой системы радиосвязи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Раскрыты система, устройство и способ перераспределения частот в системе беспроводной связи.
На чертеже показана многоуровневая сотовая телефонная система 100 связи, поддерживающая радиоинтерфейс глобальной системы мобильной связи (GSM) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Европейский институт стандартизации в области телекоммуникации (ETSI) определил радиоинтерфейс GSM. Многоуровневая сотовая система показана в упрощенной форме, причем для ясности показано только ограниченное количество элементов системы. Специалисту в данной области техники будет понятно, что взамен могут использоваться другие радиоинтерфейсы.
Обычно протокол радиоинтерфейса координируется с базовых приемопередающих станций (BTS) 122-132 в пределах архитектуры 110 системы. BTS обычно территориально разнесены - одна базовая станция поддерживает сотовую ячейку (или, как вариант, сектора сотовой ячейки).
Множество мобильных станций (MS) 112-115 показаны как осуществляющие связь по выбранным радиоинтерфейсам 117-120 с множеством BTS 122-132. Ограниченное количество MS 112-115 и BTS 122-132 показано исключительно для наглядности.
BTS 122-132 могут быть подключены к традиционной коммутируемой сети 134 общего пользования (PSTN) через контроллеры базовых станций (BSC) 136-140 и центры 142-144 коммутации мобильной связи (MSC). Каждая BTS 122-132 в основном предназначена для обслуживания своей основной сотовой ячейки, причем каждая BTS 122-132 содержит одно или более приемопередающих устройств для осуществления связи по линиям 156-166 связи с остальной инфраструктурой сотовой системы.
Каждый BSC 136-140 может управлять одной или более BTS 122-132, причем BSC 136-140 обычно взаимосвязаны через MSC 142-144. В MSC предусмотрены процессы, учитывающие ситуацию, когда MS (112-115) переходит между зонами обслуживания двух BTS, например, MS 112 перемещается из зоны, покрываемой BTS 122, в зону, покрываемую BTS 124, где две BTS управляются разными BSC (BSC 136 и BSC 138 в этом примере).
Каждый MSC 142-144 обеспечивает шлюз по отношению к PSTN 134, причем MSC 142-144 взаимосвязаны через центр 146 эксплуатации и управления (ОМС), который координирует общее управление сотовой телефонной системой 100 связи, как понятно специалистам в данной области техники.
При работе исходная схема повторного использования частот настраивается интеллектуальной системой 172 оптимизации (IOS) и сообщается ОМС 146. ОМС 146 выдает команды для BTS 122-132 через их BSC 136-140 для соответствующей настройки их рабочих частот.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения интеллектуальная система 172 оптимизации (IOS) оперативно связана с ОМС 146 и контроллерами 136-140 базовых станций.
IOS упорядочивает статистически значимое количество сообщений об измерениях для генерирования матрицы отношений C/I.
Однако, как отмечалось ранее, когда первая сотовая ячейка имеет соседнюю сотовую ячейку, работающую на той же самой частоте канала ВССН, MS в пределах первой сотовой ячейки не будут передавать сообщения об измерениях для такой соседней сотовой ячейки. Это может привести к пропускам в матрице отношений C/I.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в этих обстоятельствах IOS (172) использует следующий способ для заполнения таких пропусков оцененными значениями отношений.
Для первой обслуживающей сотовой ячейки, имеющей одну или более соседних сотовых ячеек с совпадающим каналом, для которых сообщения об измерениях недоступны, отношения C/I для одной или более соседних сотовых ячеек с совпадающим каналом оцениваются на основании уровней помех от общих соседних сотовых ячеек первой обслуживающей сотовой ячейки и одной или более соседних сотовых ячеек с совпадающим каналом.
Для иллюстрации рассмотрим матрицу отношений C/I, приведенную ниже, для ситуации, где для соседних сотовых ячеек A-D имеет место ситуация, когда сотовые ячейки А, В и С совместно используют одну и ту же частоту ВССН:
Соседняя сотовая ячейка
Обслуживающий узел
А
В
С
D
А
-
?
?
50
В
?
-
?
50
С
?
7
-
10
D
50
50
10
-
Чтобы сделать вывод, например, о помеховом воздействии В и С на А, можно заметить, что, так как помеха для общей соседней сотовой ячейки D больше от В, чем от С, то влияние на А, вероятно, также должно быть большим от В, чем от С.
На практике будет иметься некоторое количество общих соседних сотовых ячеек, предоставляющих возможность согласования этой информации для обеспечения хорошего указания того, какие соседние сотовые ячейки с совпадающим каналом наиболее вероятно должны вызывать помехи.
Формально это может быть реализовано следующим образом.
Для обслуживающего узла s и соседней сотовой ячейки n с совпадающим каналом (т.е. с совпадающими частотами канала ВССН) помеха по совпадающему каналу (CCI) для обслуживающего узла s, вызванная соседней сотовой ячейкой n с совпадающим каналом, по существу, вычисляется как
где 1…i - общие соседние сотовые ячейки, CCI(s, i) - перекрытие помехи на обслуживающем узле s от общей соседней сотовой ячейки i, и CCI(i, n) - перекрытие помехи на общей соседней сотовой ячейке 1 от соседней сотовой ячейки n с совпадающим каналом.
В типовом случае значения помехи по совпадающему каналу будут выводиться только для голосовой связи, но очевидно, что отдельные значения помех по совпадающему каналу можно будет вычислить для других форм трафика, таких как данные общей службы пакетной радиопередачи (GPRS), если релевантная информация о перекрытии помех доступна. Так, например, можно различать варианты CCI(s, n), как CV(s, n) и CG(s, n) для голосового трафика и GPRS соответственно.
Если доступны только значения помехи по голосовому совпадающему каналу, то потеря на несущей х обслуживающей сотовой ячейки, вызванная несущей у соседней сотовой ячейки с совпадающим каналом, по существу, вычисляется как
где коэффициент использования трафика обслуживающего узла: TU(s, x) = Коэффициент_использования_голоса(s, х) + Коэффициент_использования_GPRS(s, x);
коэффициент использования трафика соседней сотовой ячейки с совпадающим каналом:
TU(n, у) = Коэффициент_использования_голоса (n, у)*dtx_factor(n, у) + Коэффициент_использования_GPRS(n, у);
а С - константа, в типовом случае равная 7000, используемая для генерирования значения потери в терминах миллиэрлангов;
dtx_factor компенсирует прерывистую передачу в соседней сотовой ячейке с совпадающим каналом.
В качестве альтернативы, если значения помех по совпадающему каналу доступны для разных типов графика, то потери могут быть вычислены с явным учетом этих значений. Например, для GPRS обычно требуется более чистый канал, чем голосовой, потому может быть желательным выработать альтернативную потерю для случая голосового и GPRS трафика. Это может вычисляться, по существу, как
потеря(s, x, n, y)=(CV(s, n)*VU(s, x}+CG(s, n)*GU(s, х))*TU(n, у)*С,
где VU(s, x) = коэффициент_использования_голоса(s, x)
GU(s, x) = коэффициент_использования_GPRS(s, x).
Специалисту в данной области техники будет понятно, что коэффициент использования трафика (TU) может включать в себя некоторое количество форм трафика в дополнение или вместо голосового и GPRS или может включать в себя только голосовой трафик. Поэтому в более общем смысле,
1
1
2
2
k
k
потеря(s, x, n, y)=(CCI(s, n)*TU(s, x)+CCI(s, n)*TU(s, x)+…+CCI(s, n)*TU(s, x))*TU(n, y)*C,
1…k
1…k
где CCI и TU - значения помехи по совпадающему каналу и значения коэффициента использования трафика соответственно для k форм трафика.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что формы трафика, для которых нет отдельных значений помех по совпадающему каналу, могут быть обеспечены с использованием подходящего доступного значения помехи по совпадающему каналу, как видно, например, в уравнении 1 для случая, когда GPRS-значение было недоступно и поэтому график GPRS складывался вместе с голосовым трафиком.
Описанный выше способ также может применяться для вычисления потерь за счет помех по смежным каналам с использованием значений помех по смежному каналу (ACI) вместо значений помех по совпадающему каналу, значения ACI, по существу, вычисляются как
и используются как для CCI(s, n).
Получив полностью заполненную матрицу C/I для мощности сигналов нисходящей линии связи по каналу ВССН, можно рассчитать дополняющий набор показателей, отражающих помехи канала восходящей линии связи.
В варианте осуществления настоящего изобретения можно получить для заданной обслуживающей сотовой ячейки s плотность распределения вероятностей уровней приема по восходящей линии связи (UL_RxLev) для мобильных станций, обслуживаемых этой сотовой ячейкой, и для мобильных станций, обслуживаемых каждой соседней сотовой ячейкой n такой сотовой ячейки.
Для мобильных станций (MS), обслуживаемых обслуживающей сотовой ячейкой, параметр UL_RxLev включен в сообщение об измерениях (MR), а значит, является непосредственно доступным.
Для MS, обслуживаемой соседней сотовой ячейкой, однако, должно рассчитываться эквивалентное значение.
Если MS, обслуживаемая соседней сотовой ячейкой, перечисляет сотовую ячейку в своем MR, записанная мощность сигнала нисходящей линии связи используется для вычисления оценки UL_RxLev, по существу, как изложено ниже
UL_RxLev=MS_ TxPwr-(BS_ TxPwr-DL_RxLev),
где MS_TxPwr - мощность передачи MS;
BS_TxPwr - мощность передачи ВССН сотовой ячейки; и
DL RxLev - мощность сигнала нисходящей линии связи, записанная в MR.
Это вычисление предполагает, что потери в тракте передачи между базовой станцией и MS являются обратимыми, но на практике потери в тракте передачи по восходящей линии связи имеют тенденцию к уменьшению вследствие разнесения сигнала от MS. Это может быть отражено показателем выигрыша от разнесения, как изложено ниже:
UL_RxLev=MS_TxPwr-(BS_TxPwr-DL_RxLev)+DG_Factor,
где DG_Factor = Среднее (Потери_в_тракте_передачи_нисходящей_линии_связи - Потери_в_тракте_передачи_восходящей_линии_связи) - среднее по некоторой репрезентативной географической зоне.
DG Factor зависит от точности настроек приемопередатчика, и поэтому на практике предпочтительно ограничивается диапазоном от 0 дБ до 5 дБ.
Если MS, обслуживаемая соседней сотовой ячейкой, не перечисляет сотовую ячейку в своем MR, предполагается, что UL_RxLev в этом случае является минимальным возможным.
Распределение значений UL_RxLev, полученных по некоторому количеству сообщений MR, затем может быть нормализовано для формирования плотности распределения вероятностей.
С учетом сообщений MR от сотовой ячейки узла обслуживания получается множество плотностей распределения вероятностей; Ps(S_RxLev), для уровней приема по восходящей линии связи в обслуживающей сотовой ячейке для MS в заданной обслуживающей сотовой ячейке, и Pn(N_RxLev), для уровней приема по восходящей линии связи в обслуживающей сотовой ячейке для MS от каждой соседней сотовой ячейки n.
Дополнительно вероятностные функции определяются для каждого элемента в матрице C/I, служащего причиной неприемлемой помехи, когда выполняется распределение совпадающих каналов Рс, и когда выполняется распределение смежных каналов Ра. Примерные определения имеют вид:
Рс(С_I) = 1 если C_I≤9dB
= 0 в ином случае
Ра (С_I) = 1 если C_I≤-9dB
= 0 в ином случае
Специалисту в данной области техники будет понятно, что могут использоваться другие, более сложные определения вместо этих примеров.
В заключение, величина помех восходящей линии связи также зависит от правдоподобия того, что мобильная станция в соседней сотовой ячейке осуществляет передачу в то же самое время, когда выполняется вызов в обслуживающей сотовой ячейке, вычисляемого, по существу, как
где ТСН - канал трафика. Nbr_Clash может рассчитываться на поканальной основе и, кроме того, может вводить длительность вызова. Предпочтительно, заданный период является периодом занятости, но будет понятно, что могут использоваться другие периоды.
Доля вызовов на заданном обслуживающем узле, которые будут подвергнуты неблагоприятному влиянию помехи восходящей линии связи, вызванной распределением совпадающих каналов, по существу, вычисляется как;
Таким образом, UL_CoChannel_CI является суммированием двумерной функции, представляющей вероятность помех восходящей линии связи при заданных возможных значениях уровней приема по восходящей линии связи на обслуживающем узле - S_RXLev и у соседней сотовой ячейки - N_RxLev, учитывающей плотность Nbr_Clash трафика соседней сотовой ячейки и уровень неприемлемой помехи Рс.
Подобным образом, доля вызовов на заданном обслуживающем узле, которые будут подвергнуты неблагоприятному влиянию помехи восходящей линии связи, вызванной распределением смежных каналов, по существу, рассчитывается как
Значения затем могут использоваться в качестве корректирующих коэффициентов для матрицы отношений C/I, чтобы отразить помехи восходящей линии связи.
Матрица отношений C/I предшествующего либо последующего применения вышеприведенных способов отражает помехи в широковещательном канале управления (ВССН), который обычно находится на частоте, отличной от канала трафика (ТСН). Например, канал ВССН может быть на частоте 900 МГц, тогда как ТСН находится на частоте 1800 МГц. Эти разные частоты могут испытывать разные условия распространения. Поэтому для отражения различий в уровне сигналов между разными частотными диапазонами в варианте осуществления настоящего изобретения может использоваться предварительно вычисленная или эмпирическая таблица преобразования для компенсации разных значений в матрице C/I, сгенерированной для измеряемого широковещательного канала управления по отношению к другим каналам трафика.
В заключение матрица отношений C/I в типовом случае генерируется по сообщениям об измерениях, полученным в течение заданного периода наблюдения. Однако, возможно, что в течение такого периода имелось недостаточное количество сообщений об измерениях, чтобы обеспечить статистически значимую выборку для заданного элемента C/I. Поэтому такой элемент может рассматриваться как «недостоверный».
В этих условиях в варианте осуществления настоящего изобретения может использоваться соответствующая потеря, сгенерированная во время предыдущего выполнения перераспределения, с допущением, что соотношения частот обслуживающий узел - соседняя сотовая ячейка одинаковы.
Предыдущая потеря может заменять «недостоверное» значение либо может вырабатываться среднее значение из этих двух. Если доступна запись количества MR, использованных для генерирования значений, то может использоваться средневзвешенное значение, основанное на относительной достоверности этих значений.
Также предусмотрена система беспроводной связи, содержащая беспроводную инфраструктуру, поддерживающую связь для множества мобильных станций (112-115). В варианте осуществления настоящего изобретения беспроводная инфраструктура содержит процессор (175), обеспечивающий генерирование схемы повторного использования частот в соответствии со способами, описанными выше.
Подобным образом, также предусмотрено устройство (146, 172) связи, работающее в системе беспроводной связи. В варианте осуществления настоящего изобретения устройство связи (146, 172) содержит процессор (175), обеспечивающий генерирование схемы повторного использования частот в соответствии со способами, описанными выше.
Понятно, что система, устройство и способ перераспределения частот в системе беспроводной связи, которые описаны выше, предоставляют, по меньшей мере, одно или более из следующих преимуществ:
i. Отношения канал/помеха (C/I) могут генерироваться даже для соседних сотовых ячеек, совместно использующих одну и ту же частоту канала ВССН;
ii. Помехи трафика восходящей линии связи могут быть учтены в значениях отношений C/I;
iii. Отношения C/I, основанные на недостаточном количестве сообщений об измерениях, могут быть заменены или изменены; и
iv. Канальные условия разных частот могут быть учтены в значениях отношений C/I.
Все вышеприведенные преимущества способствуют улучшению качества перераспределения частот, обеспечиваемого основанной на C/I интеллектуальной системой оптимизации.