增强型固定计划移动通信系统中的信道分配

摘要

在多复用电平蜂窝通信系统中,通过首先确定移动单元是非增强型移动单元还是增强型移动单元来分配信道以便此移动单元使用。然后,进行有关所请求的通信业务类型的确定。随后,能根据包括移动单元类型与所请求的通信业务类型的因素建立此移动单元所要求的最低链路质量。然后,选择具有必需的接收机检测能力和收发信机处理能力的基站,并且对应最高复用计划的可用于此基站的信道分配给此呼叫。

说明书

本发明涉及移动通信系统中的频率复用，并且更具体涉及根据移动单元类型、此移动单元请求的通信数据业务和基站接收机测量与收发信机处理能力分配与许多固定复用计划之一相关的信道给移动呼叫。

蜂窝通信系统的频率复用计划影响系统的载波干扰(C/I)抗扰度和业务传送容量是公知的。例如，高频率复用计划(即，采用较短的复用距离的计划)将提高系统的业务传送容量，然而，这也将导致C/I性能的降低。相反地，利用较低的频率复用计划(即，采用较长的复用距离的计划)能提高C/I性能，但此提高是以系统的业务传送容量为代价来实现的。

另外，一个移动单元相对另一移动单元的下行链路性能对于给定的链路质量(例如，C/I条件)不一定一致。这是因为下行链路性能根据移动单元类型，即根据每个移动单元采用的技术类型而变化。例如，现在具有采用诸如接收机分集的增强的接收机检测特性和干扰消除技术的移动单元，这些移动单元下面称为“增强型”移动单元。这些增强即使下行链路正以低于正常链路质量的条件操作也允许移动单元适当地起作用。结果，增强型移动单元能在分配给高频率复用计划的信道上接收信息。

为了采用高复用计划和为了增加系统的业务传送容量，连到单元的基站必须也能以同样低于正常链路质量的条件操作，这能通过在基站上提供类似的接收机检测增强(例如，接收机分集和干扰消除技术)来实现。然而，除非所有的移动单元采用这些增强，移动通信系统必须继续支持在低于正常链路质量的条件不能正确操作的常规移动单元(即，不拥有任何上述接收机检测增强的移动单元)。当然，问题是：如果系统以较高的链路质量条件操作来满足常规移动单元的要求，则不能利用增强型移动单元和增加业务传送容量。

而且，移动单元不只用于简单的低比特率话音通信。例如，移动单元时常用于高比特率数据传输。与低比特速率话音通信相比，高比特率数据传输更易于遭受干扰。传输所易于遭受干扰的程度可以取决于诸如纠错技术(例如，前向纠错编码)和多电平调制技术的各种处理增强的存在或不存在。虽然更广泛的纠错技术趋于减少链路易于遭受干扰的可能性，但用于实施纠错的纠错码占用宝贵的带宽。结果，时常使纠错编码最低化，以使更大百分比的带宽能专用于数据传输。在任何事件中，为了支持高比特率数据业务，可以强迫系统以高于正常链路质量的条件操作。

许多文件描述用于覆盖指定地理区域内多个复用模式的技术。例如，授予Frenkiel的US专利号4144411公开网孔分离(cellsplitting)技术，其中大网孔类型复用模式中固定的频率复用分离为小尺寸覆盖，但复用模式类型相同。在1983年5月27日在加拿大的安大略省多伦多市的第33届Vehicular Technology Conference上提出的Samuel W Halpern所著的题为“Reuse Partitioning inCellular Systems”的文章描述在给定地理区域内具有多复用电平的蜂窝系统，从而例如通常采用7网孔复用模式的一组网孔可以同时操作在3网孔复用模式上。在此方案中，一组频率专用于3网孔复用模式，而另一组频率专用于7网孔或9网孔复用模式。通过从这两组频率中分配在特定网孔中使用的频率，一个网孔站可以操作在任何一个复用模式上。

与Frenkiel和Halpern文件中所述的有关固定复用方案不同，授予Schaeffer的US专利号5257398描述采用动态多复用电平的系统。在此方案中，在一个时间间隔期间根据一种复用模式分配载波，而在另一时间间隔期间根据另一复用模式分配载波。

授予Bruckert的US专利号5038399描述用于在上述任何一个多复用电平蜂窝系统中分配信道复用电平的一种方法。

虽然上述文件描述用于在单个地理区域中建立与利用多个复用计划的技术，但每个计划根据进行分配时现有的C/I条件的测量进行信道或复用计划分配。实际上，这些技术认为所有移动单元对于任何指定的C/I条件具有等效的性能特征。而且，这些技术忽略移动单元可以请求许多不同通信业务之一的事实，每个业务可能对最低要求的链路质量具有明显不同的效果。因此，这些常规技术忽略能通过考虑移动单元类型、基站能力和此移动单元所请求的通信业务类型实现的任何可能的业务传送容量增益。

以Paul W.Dent名义在1994年9月1日提交并转让给与本申请相同的受让人的US专利申请系列号08/299420公开在增强型与非增强型的移动单元混合出现在通信系统中时改善系统性能的一种方案。具体地，Dent公开检测移动单元是否具有以较低的信号干扰比接收信号的特定能力，并操作基站改善系统性能来响应此移动单元具有特定能力的检测。如Dent所述的，改善性能包括例如通过调整频道的功率电平以反映移动单元的最低要求的链路质量(即，C/I条件)来减少频谱资源的消耗，从而允许系统通过增加频道的复用来增加业务传送容量。US专利申请系列号08/299420引入在此作为参考。

因此，需要适于非增强型移动单元使用的通信系统，此系统在分配与许多固定复用计划之一相关的信道时也考虑采用一个或多个上面识别的特性增强的增强型移动单元的存在、基站的能力与限制和此移动单元所请求的通信业务，以增加系统的业务传送容量。

根据本发明的一个方面，利用分配信道给移动呼叫的设备和/或方法来实现上面与其他目的，此设备和/或方法包括：确定此移动呼叫的最低链路质量；选择具有使基站能以最低要求的链路质量操作的接收机检测特性的基站；和分配与此基站有关的信道给此移动呼叫。

根据本发明的另一方面，利用分配信道给移动呼叫的设备和/或方法来实现上述和其他目的，此设备和/或方法包括：确定此移动呼叫所要求的最低链路质量；选择与基站有关的多个基站收发信机之一，其中每个收发信机对应一个不同的固定复用计划，和其中所选择的所述多个基站收发信机之一包括使此基站能以最低要求的链路质量操作的接收机检测特性；和分配信道给此移动呼叫，其中此信道与对应于所选的收发信机的固定复用计划有关。

根据本发明的另一方面，利用分配与许多固定复用计划之一有关的信道给移动单元的设备和/或方法来实现上述与其他目的，此设备和/或方法包括：确定此移动单元请求的通信数据业务；选择能处理所请求的通信数据业务的基站；确定移动单元类型；确定此移动单元的最低要求的链路质量；选择多个固定复用计划之一，其中所选择的复用计划保证至少所述最低要求的链路质量；和分配已分配给基站并与至少保证最低要求的链路质量的所选的固定复用计划相关的信道。

根据本发明的还一方面，利用分配与许多不同的固定复用计划之一相关的信道给移动单元的设备和/或方法来实现上述与其他目的，此设备和/或方法包括：确定由此移动单元请求的通信业务；确定移动单元类型；根据所请求的通信业务和移动单元类型确定此移动单元的最低要求的链路质量；选择具有支持所请求的通信业务的能力并已知具有与至少保证此最低要求的链路质量的固定复用计划相关的可利用信道的基站；和分配可利用的信道。

通过结合附图阅读下面详细的描述将理解本发明的目的和优点，其中：

图1是描述根据本发明一个方面用于选择基站和分配移动单元使用的信道的技术流程图；

图2是根据本发明另一方面包括许多基站子系统的基站的系统图；和

图3是描述根据本发明另一方面用于选择基站和分配移动单元使用的信道的技术流程图。

现在将结合附图描述本发明的各个特征，在附图中相同部分利用相同标号来识别。

本发明意识到：目前，在蜂窝通信系统中增强型移动单元和常规(即，非增强型)移动单元还混合工作。另外，本发明意识到：不管是增强型还是常规的移动单元都可以请求任何数量的不同通信业务。例如，这些业务可以包括低比特率话音业务、高比特率数据业务、具有或不具有不同前向纠错编码等级的低或高比特率业务、或具有多电平调制的高比特率数据业务。最后，本发明意识到：为了确定移动呼叫的最低链路质量要求，根据最低链路质量将用于建立优选的复用计划的目的，应考虑移动单元所请求的业务类型、发出呼叫的移动单元的类型和基站能否具有处理所请求的通信业务的能力。

根据本发明的一个方面，在指定地理区域上设置多个固定复用计划：第一复用计划与“正常”复用距离相关，支持常规移动单元的最低链路质量；一个或多个较高复用计划与低于正常复用距离的距离有关，支持各种增强型移动单元的最低链路质量要求；和一个或多个较低复用计划与高于正常复用距离的距离相关，一般支持请求高比特率数据业务的移动单元，如下面更详细讨论的。实现此多个固定复用计划的一种方式是提供覆盖此地理区域的两个或多个基站，其中每个基站与一个不同的复用计划有关。更特别地，每个基站包括不同的硬件和/或软件组成部分，因此每个基站能以不同的上行链路质量等级操作。分配给此地理区域的频道然后在每个基站之间进行划分。

因此，在移动单元在此地理区域内第一次发出呼叫时，网络选择其接收机具有检测以至少等效于此移动单元所要求的最低下行链路质量的上行链路质量等级来正确操作所需的能力的基站。通过选择能以与移动单元相同的最低链路质量操作的基站，平衡通信链路或连接。

例如，一个地理区域(例如，宏网孔)可以包含两个基站：基站A与基站B。在此示例中，基站A包括允许它在上行链路呈现与增强型移动单元在下行链路中所要求的相同的最低链路质量时正确操作的一个或多个接收机检测能力，这些接收机检测能力可以包括本领域公知的各种接收机分集技术以及干扰消除技术。相反地，基站B不包括这些能力。然而，基站B能在上行链路呈现与下行链路中常规移动单元所要求的相同的最低链路质量时正确操作。

用于分配任何指定移动单元使用的与基站A或基站B相关的信道的技术现在将结合图1所示的流程图进行描述。

首先，测试请求业务的移动单元以确定其类型(步骤101)。例如，这可以在移动单元首先建立呼叫时进行。如果移动单元是增强型单元(步骤103)，网络利用其检测能力确定哪个基站最适合于处理此呼叫。在此示例中，将选择基站A(步骤105)。然后，与基站有关的一组信道之中的一个信道根据任何数量的诸如空闲信道的随机选择、最少干扰信道的选择或根据与预定门限比较的链路质量(例如，C/I)的选择的常规的公知的信道分配程序分配给此移动呼叫(步骤107)。

然而，如果移动单元是非增强型单元(步骤103)，由于基站B在上行链路呈现与下行链路中常规移动单元所要求的相同的链路质量时将正确操作，所以在此示例中网络将选择基站B(步骤109)。然后，根据常规信道分配程序从与基站B有关的信道组中分配一个信道给此呼叫(步骤111)。在每一种情况中，所选基站和其相应的信道组一起与符合最低要求链路质量的固定复用计划有关。因此，在每种情况中，有效地利用系统的业务传送容量。

在可选实施例中，如果与基站A(即，优选基站)有关的信道不可利用，与基站B有关的信道可以分配给由增强型移动单元发出的移动呼叫。当然，这是有可能的，因为基站B与较低复用计划(即，采用更大复用距离和实际上超过增强型移动单元所要求的最低链路质量的链路质量的复用计划)有关。

在另一可选实施例中，可能只有覆盖地理区域的单个基站。根据此实施例，基站可以采用两个或多个基站收发信机。虽然在某种程度上收发信机可以共享同一硬件，但每个收发信机将拥有不同的接收机检测特性，如上述两个或多个基站一样，以致每个收发信机与不同的固定复用计划和支持相应复用计划的它自己的预分配信道组有关。当利用指定基站首次发出呼叫时，网络将确定发出此呼叫的移动单元类型，即此移动单元是否是增强型移动单元(即，拥有任何接收机检测增强)，或此移动单元是否是非增强型单元。网络然后选择拥有相当的接收机检测能力的基站收发信机以便提供平衡的连接。一旦选择合适的收发信机，预分配给所选收发信机的信道组之中的可用信道将根据常规信道选择技术分配给此呼叫。

在上述的每个实施例中，假定：移动单元仅涉及一种类型的通信业务，诸如低比特率话音。结果，用于此移动呼叫的优选基站或基站收发信机和相应信道的选择主要取决于移动单元类型和基站是否具有利用与下行链路中此移动单元所要求的最低链路质量相同的上行链路质量操作所需要的接收机检测能力。

然而，移动单元现在一般能请求除低比特率话音之外的通信业务。例如，移动单元可以请求涉及视频、传真和/或控制数据传输的高比特率数据业务。移动单元也可以请求涉及不同等级的前向纠错编码或多电平调制技术的高或低比特率业务。然而，每一个这样的通信业务类型呈现不同等级的对干扰的灵敏度。因此，所请求的通信业务将影响所要求的最低链路质量，并最终影响复用计划与信道选择。

有鉴于此，本发明的另一方面为指定的移动呼叫选择基站和相应信道，以便根据几个因素利用多个固定复用方案中优选的复用计划。这些因素包括移动单元所请求的业务类型、移动单元类型、候选基站是否能支持所请求的业务(即，此基站是否拥有必需的收发信机处理或承载能力)以及另外候选基站在上行链路正以移动单元所要求的下行链路中最低链路质量操作时是否能正确起作用。

根据本发明的这一方面，图2描述示例性基站的系统图。图2表示：示例性基站201包括例如四个子系统：子系统A、B、C和D。每个子系统与特定的收发信机处理能力(即，承载能力)有关，其中每个收发信机处理能力包括独特的软件程序组，这些程序组在执行时给基站201提供处理特定通信业务请求的能力。

例如，子系统A可以具有支持利用前向纠错编码的高比特率数据所必需的软件程序。子系统B可以包含支持具有减少的前向纠错编码的高比特率数据业务所必需的软件程序。子系统C可以支持不利用前向纠错编码的高比特率业务，而系统D可以支持具有多电平调制的特定高比特率数据业务。

当移动单元第一次从此地理区域中发出呼叫时，此呼叫链接到特定基站，例如，宏基站。然而，此基站可能不具有处理所请求的业务类型所必需的特定子系统。例如，移动单元可能正请求包括多电平调制的高比特率业务，但此宏基站可能没有处理这种类型数据业务的能力。结果，网络可以首先识别能处理所请求业务并且其中此移动单元在可选基站的范围内的可选基站，诸如此地理区域内的微或皮(Pico)基站。网络随后将命令此移动单元链接到此微或皮基站。

一旦此呼叫与合适的基站(即，具有处理此通信业务请求的收发信机处理能力的基站)链接，网络将给此呼叫分配与最高可接受的复用计划(即，与给出所请求通信业务的最低链路质量要求的最低可接受复用距离相关的复用计划)和移动站类型相关的信道。如图2所示，每个基站，例如基站201具有预分配信道库(Pool)。此信道库分成许多信道组，其中每个信道组对应特定的复用电平。为示意目的，对应最高复用计划(即具有最短复用距离的复用计划)的图2中的信道组设置在顶部，而对应最低复用计划(即，具有最大复用距离的复用计划)的信道组设置在低部。当网络需要分配信道给呼叫时，网络在符合最低要求的链路质量的复用计划或电平上进入此库，其中如上所述最低要求的链路质量取决于包括发出呼叫的移动单元的类型和此移动单元所请求的通信数据业务类型的几个因素。如果优选电平或复用计划上的信道不可利用，此网络将进到下一个较低复用计划来确定信道在那个电平上是否可利用。

图3更具体表示根据本发明的这个方面分配与优选复用计划有关的信道的技术。此技术通过确定移动单元所请求的业务类型来开始(步骤301)。例如，此移动单元可以正请求低比特率话音业务。如上所解释的，此移动单元初始链接的基站可能具有或可能不具有处理此呼叫和支持所请求的通信业务的接收机检测和/或收发信机处理能力。结果，进行有关相应基站是否具有支持此呼叫和所请求通信业务的能力的确定(步骤305)。如果此基站不具有此能力，网络将识别和选择此地理区域内实际上拥有支持此呼叫和所请求通信业务的能力并且其中此移动单元在可选择基站的范围内的不同基站(步骤310)。如果初始基站不具有必需的能力(步骤305)，或可选择地在已选择不同的基站之后，则确定移动单元类型(步骤315)。

一旦已确定移动单元类型和已确定所请求的数据业务类型，能建立用于连接(即，上行链路与下行链路)的最低要求的链路质量(步骤320)。如上所解释的，所要求的最低链路质量将取决于包括移动单元类型和所请求的通信业务的几个因素。

接下来，执行测试来确定所选择的基站是否具有与最高可能的复用计划(即具有能至少支持最低链路质量要求的最短复用距离的复用计划)有关的可利用信道(步骤330)。如果与此优选的固定复用计划有关的一个或多个信道是可利用的，则此复用计划中的一个信道将根据常规的信道选择技术分配给此移动呼叫(步骤335)。然而，如果此复用计划中的信道不可利用(步骤330)，则识别下一个最低复用计划(即，具有下一个最大复用距离的复用计划)。随后，执行测试以确定与此下一个复用计划有关的信道是否可利用(步骤345)。如果一个或多个信道可利用，则这些信道之中的一个信道将根据常规信道选择技术分配给此移动呼叫(步骤350)。如果没有信道可利用(步骤345)，则再次识别下一个最低复用计划(步骤340)，此继续直至识别和选择具有可利用信道的最高可能的复用计划，或直至确定没有信道当前可以利用，此时认为此移动呼叫被阻塞(步骤355)。可选择地，网络不阻塞此呼叫而确定在此地理区域中是否具有另一基站拥有处理此呼叫和所请求通信业务的能力(步骤310)，并且其中此移动单元在可选择基站的范围内。

将认识到：利用上述信道选择技术，网络总是努力选择对应于满足最低链路质量准则的最高可能的复用计划(即，与最短复用距离相关的复用计划)的信道，这与根据C/I测量进行信道选择的复用方案相反。在这些其他的复用方案中，因为与较低复用计划(即，与最大复用距离有关的复用计划)有关的信道提供最高链路质量，所以优选这些较低复用计划。然而，这也导致增加的呼叫阻塞率和降低的业务传送容量。如本领域技术人员所明白的，本文所述的本发明技术将增加整个链路质量并减少呼叫丢失率，也减少在较高复用计划(即涉及较短复用距离的复用计划)下还可正确起作用的移动单元的阻塞概率。然而，要求与一个较低复用电平有关的信道的移动单元付费，因为该移动单元可能遭受较高阻塞率。网络当然能试图选择与较高复用计划有关的信道给这些移动单元，但在大多数情况中，不可能找到具有可接受链路质量的信道。

由于随时使用系统，所以增强型移动单元的数量将很有可能增加，而非增强型移动单元的数量有可能减少。同样，用于发送和接收除话音数据之外的信息的移动单元的使用有可能增加。结果，系统操作者能重新分配信道以便正确地将这些信道分配给最频繁使用的固定复用计划，从而增加系统的业务传送容量。

在可选实施例中，网络将保持数据库来记录每个基站的能力和与每个基站以及复用计划有关的每个信道的可利用性。因此，在移动单元第一次发出呼叫时，网络可以首先确定业务类型和移动站类型。网络随后能立即建立最低要求的链路质量和查询此数据库查找不仅具有处理此业务请求的能力而且已知具有与优选复用计划有关的可利用信道的基站。此可选实施例更好地保证在可能时将使用优选复用计划，从而有效利用系统的业务传送容量。

本发明已结合特定实施例进行描述。然而，对于本领域技术人员来说，显然有可能以上述优选实施例之外的特定形式来实施本发明，这可以不脱离本发明精神来实现。此优选实施例只是示意性的并且不应认为是任何方形式的限制。本发明的范畴由所附的权利要求书而不由前面的描述给出，并且所有落入权利要求书范围内的改变和等效物注定包含在其中。