DE60123098T2

DE60123098T2 - Netzgesteuerte zellumschaltung und -weiterleitung mit lastausgleich für drahtlose systeme

Info

Publication number: DE60123098T2
Application number: DE60123098T
Authority: DE
Inventors: Wei Nepean HUANG; Hang Ottawa ZHANG; Mo-Han L'Original FONG
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: EP1327373A2; EP1327373B1; DE60123098D1; AU2001295319A1; US6701150B1; WO2002032156A3; WO2002032156A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Kommunikation über eine drahtlose Verbindung und insbesondere auf eine drahtlose Kommunikation gerichtet, die Sprach- und/oder Datensignale mit hohen Datenraten übertragen kann.
Neuere drahtlose Kommunikationssysteme, wie zum Beispiel Zellularsysteme, die eine Codemultiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA-)Technologie verwenden, verwenden in vielen Fällen eine „weiche Übergabe", bei der zu irgendeiner vorgegebenen Zeit eine Mobilstation mit dem Netzwerk über mehr als eine Basisstation (BTS) kommuniziert. Die weiche Übergabe stellt sicher, dass die Mobilstation kontinuierlich mit dem Netzwerk kommuniziert, während sich die Mobilstation über Zellenbereiche hinweg bewegt, die durch jeweilige BTSs abgedeckt sind.
Weiche Übergabesysteme neigen jedoch dazu, dass sie bewirken, dass Aussendungen von einer BTS diejenigen von einer anderen BTS stören. Weiterhin ist, wenn derartige Systeme zur Übertragung von Datenpaketen verwendet werden, eine komplizierte Ablaufsteuerung der Routenführung der Pakete erforderlich, wodurch in vielen Fällen die Bewegung der Pakete verzögert wird.
Um Störungen zu verringern und die Paket-Übertragungsgeschwindigkeit zu verbessern, kann eine Zellen-Umschaltung anstelle einer weichen Übergabe verwendet werden. Bei der Zellen-Umschaltung wird lediglich die BTS, die die beste Übertragungskanal-Qualität hat, zur Aussendung an die Mobilstation ausgewählt. Die Mobilstation misst periodisch die Kanalqualität jeder BTS in ihrem aktiven Satz, typischerweise durch Messen des Träger-/Störverhältnisses (C/I) jeder BTS. Wenn eine Mobilstation, die Vorwärts-Verbindungsstrecken-Aussendungen von einer BTS empfängt, in einen Bereich eintritt, in dem sie Aussendungen von mehr als einer BTS empfangen kann, oder wenn die Mobilstation, die Vorwärts-Verbindungsstrecken-Aussendungen von der BTS empfängt, eine Verringerung der Vorwärts-Verbindungsstrecken-Übertragungsqualität aufgrund vom Schwund, Abschattung oder Signalpfad-Verlusten feststellt, so bestimmt die Mobilstation dann, welche BTS mit der höchsten Kanal-Qualität sendet, und sendet eine Anzeige der gewünschten BTS, nämlich die BTS, die mit der höchsten Kanal-Qualität sendet, an jede BTS in dem aktiven Satz.
Weil die Umschaltung von einer BTS zu einer anderen ausschließlich auf der Kanalgüte beruht, kann eine Mobilstation von einer BTS auf eine andere BTS in ihrem aktiven Satz umgeschaltet werden, die bereits stark belastet ist. Als Ergebnis wird die Verkehrslast in ungleichförmiger Weise auf die BTSs verteilt, was zu Verkehrsstaus oder Verkehrsüberlastungen und Übertragungsverzögerungen führt, die die Dienstgüte für einige oder alle der Mobilstationen beeinträchtigen, die von der stark belasteten BTS versorgt werden.
Die WO 99/51052 beschreibt ein Verfahren zur Auswahl einer einer Vielzahl von Basisstationen zur Kommunikation mit einer jeweiligen fernen Station, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von Übertragungskanal-Qualitätsinformation, die zumindest zwei Basisstationen der Vielzahl von Basisstationen zugeordnet ist; Empfangen von Lastinformation, die den zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist; Auswahl einer jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen als eine Funktion der Güteinformation und der Lastinformation; und Senden einer Anzeige an die ferne Station dafür, dass die jeweilige ferne Station die Kommunikation mit der ausgewählten einen der zumindest zwei Basisstationen beginnen soll. Der Auswahl-Algorithmus wird durch eine Steuereinheit (beispielsweise BSC) auf der Netzwerkseite ausgeführt.
Es ist wünschenswert, dass die Mobilstationen von einer BTS zu einer anderen in einer Weise umgeschaltet werden können, die die Belastung der BTSs gleichförmiger verteilt. Es ist weiterhin wünschenswert, dass die Umschaltung durch eine netzwerkseitige Einheit gesteuert werden kann, sodass die Belastung der BTSs zentral gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung ergibt ein Verfahren zur Auswahl einer einer Anzahl von Basisstationen zur Kommunikation mit einer jeweiligen entfernt angeordneten Station, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsschritte an jeweiligen vordefinierten Intervalle ausgeführt werden; und der Auswahlschritt die Auswahl der jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen einschließt, die den größten k-Wert hat, worin der k-Wert durch die folgende Gleichung definiert ist:
worin i ein jeweiliger Index, der einer bestimmten einen der zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist, f₁ und f₂ Funktionen sind, (C/I) ein Träger-/Störverhältnis (C/I) eines Vorwärts-Verbindungungsstrecken-Übertragungskanals ist, der der bestimmten Basisstation zugeordnet ist, und L_i eine Funktion der Anzahl von Paketen ist, die in einem Puffer der bestimmten Basisstation gespeichert sind.
Die Erfindung ergibt eine schnelle Umschaltung von einer BTS auf eine andere, die Netzwerk-gesteuert wird und die auf den Lastbedingungen der BTSs beruht, die sich in dem aktiven Satz befinden, und die weiterhin auf der Übertragungskanal-Qualität der BTSs beruht.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockschaltbild ist, das ein Beispiel einer drahtlosen Kommunikations-Anordnung zeigt, bei der eine entfernt angeordnete oder ferne Station mit einer einer Vielzahl von Basisstationen unter der Steuerung einer Mobil-Steuerungsstelle kommuniziert;
2 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Folge von Operationen zur Auswahl einer einer Anzahl von Basisstationen gemäß der Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Beispiel einer zellularen drahtlosen Kommunikationsanordnung zur Bereitstellung von Sprach- und/oder Datendiensten, wie zum Beispiel Paket-Daten-Diensten an eine ferne Station. Eine Anzahl von Basisstationen (BTS) 110, 120, 130, ... ist jeweiligen geographischen Bereichen zugeordnet, die als Zellen bekannt sind.
Eine entfernt angeordnete Station 140 kommuniziert mit einer der BTS 110 ihres aktiven Satzes, das heißt des Satzes von nahe gelegenen BTSs, deren Vorwärts-Verbindungsstrecken-Aussendungen von der entfernt angeordneten Station empfangen werden könnten. Die entfernt angeordnete Station kann eine Mobilstation (MS), wie zum Beispiel ein Zellular-Telefon oder ein anderes drahtloses Telefon, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA) oder ein anderes handgehaltenes oder Taschen-Gerät oder ein anderes drahtloses Gerät sein. Alternativ kann die entfernt angeordnete Station ein drahtloses Gerät an einer festen Stelle sein.
Eine Mobil-Steuerungsstelle (MCP) 100 oder eine andere Netzwerk-seitige Steuereinrichtung lenkt jede Sprach- und/oder Datenverbindung an eine jeweilige BTS über eine Kabelverbindung. Die BTS stellt ihrerseits eine drahtlose Verbindungsstrecke für die Sprach- und/oder Datenverbindung zu der fernen Station bereit. Die MCP kann weiterhin über die BTS Steuerinformationen an die ferne Station senden und Steuerinformation von der fernen Station empfangen, beispielsweise über eine In-Band-Signalisierung.
Wenn sich eine ferne Station innerhalb des Sendebereiches von mehr als einer BTS befindet, nämlich wenn sich die ferne Station in einem Gebiet befindet, an der sich zwei oder mehr Zellen überlappen, so kann die MCP bestimmen, welche der BTSs mit der fernen Station kommuniziert.
2 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung, mit dem die MCP die BTS auswählt, die mit einer fernen Station kommunizieren soll. Wie der Schritt 200 zeigt, misst jede ferne Station periodisch die Kanal-Qualität von einer oder mehrerer der BTSs in ihrem aktiven Satz. Die ferne Station sendet periodisch die Kanal-Qualitäts-Information an die BTS, die derzeit das Signal der fernen Station empfängt, wobei die BTS ihrerseits die Information an die MCP liefert.
Typischerweise wird die Übertragungskanal-Qualität jeder BTS durch das Träger-/Stör-Verhältnis (C/I) des Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendekanals bestimmt, wie er an der fernen Station empfangen wird. Das C/I ist als das Verhältnis der Energie des Modulations-Trägersignals, das von der BTS empfangen wird, integriert über die Zeit, zu der Energie aller anderen empfangenen Signale, die auf dem gleichen Frequenzband liegen, integriert über die Zeit, bestimmt. Es können jedoch auch andere Anzeigen der Übertragungskanal-Qualität alternativ verwendet werden.
Das C/I der BTS kann auf einem einzigen Wert beruhen, der durch Integrieren über die Dauer von einem oder mehreren Zeitschlitzen bestimmt wird, die jeweils eine Dauer von typisch 1,25 ms haben. Alternativ kann das C/I auf der Grundlage mehrerer Werte ermittelt werden, die jeweils durch Integration über die Dauer von einer oder mehreren Zeitschlitzen und nachfolgendes Ermitteln der Werte und/oder Beseitigen anomaler Werte bestimmt werden. Die Wahl des Verfahrens kann auf den Bedingungen an den Orten der BTSs beruhen.
Jede BTS bestimmt weiterhin periodisch ihren Vorwärts-Verbindungsstrecken-Lastzustand L und liefert die Lastzustand-Information an die MCP, wie der Schritt 202 zeigt. Der Vorwärtsstrecken-Lastzustand L der BTS wird typischerweise durch die Anzahl der Pakete bestimmt, die in ihrem Puffer gespeichert sind und auf eine Aussendung warten, obwohl auch andere Lastanzeigen verwenden werden können.
Der Vorwärts-Verbindungsstrecken-Lastzustand L kann bei jedem Zeitschlitz oder in Intervallen von zwei oder mehr Zeitschlitzen bestimmt werden.
Danach bestimmt, wie dies im Schritt 204 gezeigt ist, die MCP periodisch einen Wert K für jede BTS, der eine Funktion sowohl des C/I als auch des Vorwärts-Verbindungsstrecken-Lastzustandes L ist. Der Wert K für jede BTS beruht typischer Weise auf der Beziehung:
worin i der Index einer jeweiligen BTS ist, und f₁ und f₂ Funktionen sind.
Die MCP wählt dann die BTS aus, die den größten K-Wert hat, wie dies der Schritt 206 zeigt, und liefert Signale an die ferne Station, beispielsweise unter Verwendung einer In-Band-Signalisierung, damit diese die Kommunikation mit ihrer derzeitigen BTS beendet, falls vorhanden, und die Kommunikation mit der ausgewählten BTS an einem bestimmten Zeitschlitz einleitet. Die MCP informiert weiterhin die derzeitige BTS und die ausgewählte BTS über die Umschaltung, typischerweise unter Verwendung einer Zwischen-BTS-Signalisierung.
Somit bestimmt die MCP, welche BTS mit der fernen Station kommunizieren soll, nicht nur auf der Grundlage der Kanal-Qualität der BTS, sondern auch auf der Grundlage des Lastzustandes der BTS. Als Ergebnis wird die ferne Station mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf eine stark belastete Zelle umgeschaltet, wodurch die Netzwerk-Überlastungen und Signalverzögerungen verringert und Beeinträchtigungen der Dienstgüte vermieden werden.
Weiterhin wird die Umschaltung von einer BTS auf eine andere durch die MCP so gesteuert, dass die Steuerung der Belastung der BTSs auf einer Netzwerk-seitigen Einheit zentralisiert ist, und nicht auf die fernen Stationen verteilt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen hiervon beschrieben wurde, können viele Abänderungen und Modifikationen und andere Anwendungen für den Fachmann ohne weiteres erkennbar werden. Es wird daher bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch diese spezielle Beschreibung sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Auswahl einer einer Anzahl von Basisstationen (110, 120, 130) zur Kommunikation mit einer jeweiligen entfernt angeordneten Station (140), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen (200) von Übertragungskanal-Qualitätsinformation, die zumindest zwei der Anzahl von Basisstationen zugeordnet ist; Empfangen (202) von Lastinformation, die den zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist; Auswahl (206) einer jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen als eine Funktion der Qualitätsinformation und der Lastinformation; und Senden einer Anzeige an die jeweilige entfernt angeordnete Station, dass die jeweilige entfernt angeordnete Station die Kommunikation mit der ausgewählten einen der zumindest zwei Basisstationen beginnen soll, dadurch gekennzeichnet, dass: die Schritte des Empfangens (200, 202) unter jeweiligen vordefinierten Zeitintervallen ausgeführt werden; und der Schritt der Auswahl die Auswahl der jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen einschließt, die einen größten k-Wert hat, wobei der k-Wert durch die Beziehung:
definiert ist, worin i ein jeweiliger Index, der einer bestimmten einen der zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist, f₁ und f₂ Funktionen sind, (C/I)_i ein Träger-zu-Störverhältnis (C/I) eines Vorwärts-Verbindungsstrecken-Übertragungskanals ist, der der bestimmten Basisstation zugeordnet ist, und L_i eine Funktion der Anzahl von Paketen ist, die in einem Puffer der bestimmten Basisstation gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Empfangens der Übertragungskanal-Qualitätsinformation den Empfang der Übertragungskanal-Qualitätsinformation von der entfernt angeordneten Station einschließt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die entfernt angeordnete Station zumindest eine von Folgenden umfasst: eine Mobilstation und eine stationäre drahtlose Station.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die mobile Station zumindest eines von Folgendem umfasst: ein Zellulartelefon, ein drahtloses Telefon, einen persönlichen digitalen Assistenten, PDA, ein Hand-gehaltenes drahtloses Kommunikationsgerät, und ein drahtloses Kommunikationsgerät mit Taschengröße.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die vordefinierten Intervalle jeweils zumindest ein Zeitschlitz-Intervall umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Empfangens der Lastinformation den Empfang der Lastinformation von den zumindest zwei Basis-Sendeempfänger-Stationen, BTS, einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die weiteren vordefinierten Intervalle jeweils zumindest ein Zeitschlitz-Intervall umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Funktionen f₁ und f₂ lineare Funktionen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Sendens das Senden einer Anzeige an die jeweilige entfernt angeordnete Station dafür einschließt, das die jeweilige entfernt angeordnete Station die Kommunikation mit einer weiteren einen der zumindest zwei Basisstationen beenden soll, die derzeit mit der jeweiligen entfernt angeordneten Station kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Sendens einer Anzeige an eine weitere der zumindest zwei derzeit mit der jeweiligen entfernt angeordneten Station kommunizierenden Basisstationen dafür umfasst, dass die weitere Basisstation die Kommunikation mit der jeweiligen entfernt angeordneten Station beenden soll.
Vorrichtung (100) zur Auswahl einer einer Anzahl von Basisstationen (110, 120, 130) zur Kommunikation mit einer jeweiligen entfernt angeordneten Station (140), wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: Einrichtungen zum Empfang (200) von Übertragungskanal-Qualitätsinformation, die zumindest zwei der Anzahl von Basisstationen zugeordnet ist; Einrichtungen zum Empfang (202) von Lastinformation, die den zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist; Einrichtungen zur Auswahl (202) einer jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen als eine Funktion der Qualitätsinformation und der Lastinformation; und Einrichtungen zum Senden einer Anzeige an die jeweilige entfernt angeordnete Station dafür, dass die jeweilige entfernt angeordnete Station die Kommunikation mit der ausgewählten einen der zumindest zwei Basisstationen beginnen soll, dadurch gekennzeichnet, dass: die Empfangseinrichtungen so angeordnet sind, dass sie Information zu jeweiligen vordefinierten Intervallen empfangen; und die Auswahleinrichtungen Einrichtungen zum Auswählen der jeweiligen einen der zumindest zwei Basisstationen einschließt, die einen größten k-Wert hat, wobei der k-Wert durch die Gleichung
definiert ist, worin i ein jeweiliger Index ist, der einer bestimmten einen der zumindest zwei Basisstationen zugeordnet ist, f₁ und f₂ Funktionen sind, (C/I)_i ein Träger-zu-Störverhältnis (C/I) eines Vorwärts-Verbindungsstrecken-Übertragungskanals ist, der der bestimmten Basisstation zugeordnet ist, und L_i eine Funktion einer Anzahl von Paketen ist, die in einem Puffer der bestimmten Basisstation gespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Empfangseinrichtungen für die Übertragungskanal-Qualitätsinformation Einrichtungen zum Empfang der Übertragungskanal-Qualitätsinformation von der entfernt angeordneten Station einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die entfernt angeordnete Station zumindest eine von Folgenden umfasst: eine Mobilstation und eine stationäre drahtlose Station.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Mobilstation zumindest eines von Folgendem umfasst: ein Zellulartelefon, ein drahtloses Telefon, einen persönlichen digitalen Assistenten, PDA, ein Hand-gehaltenes drahtlose Kommunikationsgerät und ein drahtloses Kommunikationsgerät mit Taschengröße.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die vordefinierten Intervalle jeweils zumindest ein Zeitschlitz-Intervall umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Empfangseinrichtung für die Lastinformation Einrichtungen zum Empfang der Lastinformation von den zumindest zwei Basis-Sendeempfänger-Stationen, BTS, einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die weiteren vordefinierten Intervalle jeweils zumindest ein Zeitschlitz-Intervall umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der Funktionen f₁ und f₂ lineare Funktionen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Sendeeinrichtung Einrichtungen zum Senden einer Anzeige an die jeweilige entfernt angeordnete Station dafür einschließt, dass die jeweilige entfernt angeordnete Station die Kommunikation mit einer weiteren einen der zumindest zwei Basisstationen beenden soll, die derzeit mit der jeweiligen entfernt angeordneten Station kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die weiterhin Einrichtungen zum Senden einer Anzeige an eine weitere eine der zumindest zwei derzeit mit der jeweiligen entfernt angeordneten Station kommunizierenden Basisstationen dafür umfasst, dass die weitere Basisstation die Kommunikation mit der entfernt angeordneten Station beenden soll.