DE69831339T2

DE69831339T2 - Verfahren und einrichtung für funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69831339T2
Application number: DE69831339T
Authority: DE
Inventors: Georg Hans GRUBECK; Johan Per BEMING
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2018-01-10
Also published as: SE514781C2; CN1126414C; AU5785298A; EP1013124B1; WO1998033349A1; BR9806972A; DE69831339D1; US6449484B1; TW370751B; JP2001508966A; JP4108134B2; CA2278016A1; CN1269112A; EP1013124A1; SE9700246D0; SE9700246L

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuweisen von Mobilstationen zu Funkkanälen in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem. Es wird angenommen, daß die Funkkanäle sogenannte Mehrnutzerkanäle sind, das heißt, eine Vielzahl von Mobilstationen kann gleichzeitig einen Kanal über einen bestimmten Zeitraum gemeinsam nutzen.
Die Erfindung betrifft auch eine Basisstation, die dafür eingerichtet ist, Mehrnutzerkanäle nach dem besagten Verfahren Mobilstationen zuzuweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In herkömmlichen Funkkommunikationssystemen für Telefonie wird jeder Einheit ihr eigener Kanal mit getrennter Abwärtsstrecke und Aufwärtsstrecke zugewiesen. Ein gegebener Kanal einer gegebenen Basisstation, der zum Beispiel durch einen gegebenen Zeitschlitz auf einer speziellen Trägerfrequenz dargestellt wird, kann nicht einer neuen Mobilstation zugewiesen werden, bevor eine frühere Gesprächsverbindung auf dem Kanal freigegeben wurde.
Im Fall einer nicht ausgewählten Einweg-Übertragung innerhalb des Funkkommunikationssystems, des sogenannten Rundsendens, wird ein Vorrat von verfügbaren Kanälen zum Übertragen von Nachrichten mit mehreren gleichzeitigen Empfängern verwendet. Viele verschiedene Algorithmen zur Bestimmung, welcher der verfügbaren Kanäle am besten zum Verteilen dieser Art von Nachricht geeignet ist, sind bereits beschrieben worden.
US-Patentschrift US-A 5 530 917 lehrt ein Verfahren zum Optimieren der Kanalnutzung innerhalb eines Mobilfunk-Telefoniesystems. Nach diesem Verfahren wird die Kanalzuordnung auf Grundlage von berechneten Lastfaktoren bewirkt, die aus mindestens zwei alternativen Mengen von Parameterwerten hergeleitet worden sind. Die Parameter weisen sowohl funkspezifische Eigenschaften auf als auch andere Eigenschaften, die für den betreffenden Verbindungsaufbau relevant sind. Das Verfahren wird sowohl angewendet, wenn Kanäle für eine Gesprächsverbindung, die bereits aufgebaut worden ist, geändert werden, als auch bei der Weiterschaltung.
Die internationale Patentanwendung WO-A1 96/07287 lehrt ein Verfahren zum Zuordnen von Trägerfrequenzen und Zeitschlitzen zu Mobilstationen in einem hybriden TDMA/FDMA-Funkkommunikationssystem (TDMA = Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff, FDMA = Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff). Mobilstationen werden Zeitschlitze auf Trägerfrequenzen zugewiesen, so daß Mobilstationen, die ungefähr die gleiche Ausgangsleistungsforderung an die Basisstation haben, die gleiche Trägerfrequenz erhalten. Folglich wird die Ausgangsleistung für jede genutzte Trägerfrequenz minimiert, und das verfügbare Frequenzband wird so effektiv wie möglich verwendet. Die Interferenz im Mobilfunk-Kommunikationssystem wird ebenfalls verringert.
Die Internationale Patentanwendung WO-A1 95/07012 lehrt ein Verfahren, bei dem Basisstationen, bei denen auf bestimmten ihrer Kanälen Interferenzprobleme auftreten, in einer Datenbasis gesammelt werden. Die Basisstationen in der Datenbasis werden gesteuert, um die Ausgangsleistung auf den betreffenden Kanälen auf einen niedrigsten Wert zu senken, der für die Mobilstationen, die diese Kanäle verwenden, akzeptabel ist. Somit wird angestrebt, die Anzahl der Basisstationen in der Datenbasis dauerhaft so klein wie möglich zu halten, was zu einer Verringerung der Interferenz im Mobilfunk-Kommunikationssystem als Ganzes führt.
Der Dienst GPRS innerhalb von GSM ermöglicht es mehreren Mobilstationen, den gleichen Kanal gleichzeitig für die Übertragung von Informationen zwischen einer gegebenen Basisstation und den Mobilstationen, die mit ihr verbunden sind, zu verwenden (GPRS = Allgemeiner Paketfunkdienst – General Packet Radio Service; GSM = Globales System für Mobilfunk-Kommunikation – Global System for Mobile Communication). Jeder Kanal weist eine Aufwärtsstrecke für die Übertragung von Informationen von der Mobilstation zur Basisstation und eine Abwärtsstrecke für die Übertragung von Informationen von der Basisstation zur Mobilstation auf. Die gleichzeitige Verwendung eines Kanals bedeutet, daß zwei oder mehr Mobilstationen Informationen auf dem Kanal parallel übertragen und empfangen, oder daß zwei oder mehr Mobilstationen den Kanal über einen bestimmten Zeitraum hinweg alternativ verwenden, um entweder Informationen an eine Basisstation zu senden oder Informationen von einer Basisstation zu empfangen. Die Abwärtsstrecke eines Kanals kann normalerweise verwendet werden, um Informationen zur gleichen Zeit an eine erste Mobilstation zu senden, zu der eine zweite Mobilstation auf der Aufwärtsstrecke des Kanals sendet.
Die übertragenen Informationen besteht normalerweise aus Datenpaketen, die in Informationsblöcke von spezifischer Größe unterteilt sind. Durch Lesen eines USF (USF = Aufwärtsstrecken-Zustandsflag) können unterschiedliche Mobilstationen aus einer begrenzten Anzahl von Stationen unterschiedliche Informationen aus einem und demselben Informationsblock empfangen, der über einen gemeinsamen physischen Kanal übertragen wird. Ein USF, das in der Nutzlast auf der Abwärtsstrecke eines Kanals übertragen und von allen Mobilstationen gelesen wird, die einen spezifischen Kanal verwenden, kennzeichnet, an welche Mobilstation der nächstfolgende Informationsblock gerichtet ist und welche Mobilstation im nächstfolgenden Zeitschlitz Informationen auf der Kanal-Aufwärtsstrecke übertragen kann.
GPRS beachtet keine individuellen Kommunikationsparameter der Mobilstationen, wenn es einen Kanal zuweist, der zwei oder mehreren Mobilstationen gemeinsam ist. Die Mobilstation, die die höchste Ausgangsleistungsforderung an die Basisstation hat, bestimmt den Ausgangsleistungspegel von der Basisstation auf dem betreffenden Kanal. Wenn die Mobilstation oder die anderen Mobilstationen, die den Kanal gemeinsam benutzen, erheblich niedrigere Ausgangsleistungsforderungen an die Basisstation stellen, wird die Basisstation mit einer Ausgangsleistung, die deutlich unter die erforderliche Ausgangsleistung fällt, zumindest für einen Teil der Zeit senden. Wenn Mobilstationen, die sich von der Basisstation aus gesehen in sehr unterschiedlichen Peilungsrichtungen befinden, der gleiche Kanal zugewiesen wird, gibt es im wesentlichen drei unterschiedliche Möglichkeiten, den Kanal für alle diese Mobilstationen zu einer und derselben Zeit verfügbar zu machen. (1) Eine gesonderte Antennenkeule kann auf jede Mobilstation ausgerichtet werden; (2) ein winkelbezogenes Leistungsspektrum, das auf Informationen sowohl bezüglich der Peilungsrichtung zur Mobilstation als auch der Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen zwischen der Basisstation und der Mobilstation beruht, kann für jede Mobilstation erzeugt werden; (3) es kann eine Antennenkeule verwendet werden, die hinreichend weit ist, um alle Mobilstationen abzudecken. In allen diesen Fällen, und insbesondere im letzten Fall, wird elektromagnetische Energie über ein größeres geographisches Gebiet übertragen, als notwendig ist, um Informationen von der Basisstation an die Mobilstationen zu senden.
In dem in WO-A1 95/07012 beschriebenen Verfahren wird die Leistung auf Kanälen, die bereits zugewiesen worden sind, minimiert. Jedoch handelt es sich bei dem Verfahren nicht darum, wie die Zuweisung von Mobilstationen zu den Basisstationen im Hinblick auf die Vermeidung von Interferenz in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem ausgeführt werden soll.
Das in WO-A 96/07287 beschriebene Verfahren führt zu Mobilstationen, die ähnliche Ausgangsleistungsforderungen haben und unterschiedlichen Kanälen auf der gleichen Trägerfrequenz zugewiesen werden.
Jedoch bietet das Verfahren keine Lösung für das Problem, wie ein Kanal mehreren gleichzeitigen Nutzern des Kanals zugewiesen werden sollte. Ferner wird nicht berücksichtigt, wie die Mobilstationen in bezug auf die Basisstation oder auf die Zeitdauer ausgerichtet sind, während der die Mobilstationen Kanalkapazität fordern. Dies wird auch nicht berücksichtigt, wenn die Kanalnutzung so optimiert wird wie in US-A 5 530 917 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für das Problem, mehrere Mobilstationen gleichzeitig den Kanälen einer Basisstation optimal zuzuweisen. Mit optimaler Zuweisung ist hier eine Zuweisung gemeint, bei der die Gesamtenergie, die beim Senden von Informationen von der Basisstation an alle Mobilstationen innerhalb ihres Mobilfunk-Versorgungsbereichs übertragen wird, minimiert wird. Ein Teilstück bei der Minimierung der übertragenen Energie kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Ausgangsleistung auf jedem Kanal von der Basisstation minimiert wird.
Somit ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verringerung der Gesamtinterferenz in einem Funkkommunikationssystem.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung somit besteht darin, das Ausmaß, in dem die Kanäle einer Basisstation genutzt werden, im Hinblick auf gegenwärtige Kommunikationsanforderungen und auf vorhergesagte künftige Kommunikationsanforderungen zu optimieren.
Die Erfindung ist wirksam bei der Minimierung der von Basisstationen übertragenen Gesamtenergie, wenn sie Informationen an zugeordnete Mobilstationen senden. Da die übertragene Energie der Summe der Ausgangsleistung während der effektiven Übertragungszeitspanne entspricht, wird die mittlere übertragene elektromagnetische Leistung minimiert und damit auch die Gesamtinterferenz im Funkkommunikationssystem verringert. Dadurch kann jeder verfügbare Kanal im System auf die möglichsteffektive Weise genutzt werden, was wiederum dem Funkkommunikationssystem als Ganzes einen hohen Grad an Effizienz verleiht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt, wie Mobilstationen in der Nähe einer Basisstation Kanäle von ihrer Liste von Kanälen entsprechend dem Wert eines Leistungsparameters zugewiesen werden.
2 zeigt, wie Mobilstationen in der Nähe einer Basisstation Kanäle von ihrer Liste von Kanälen entsprechend dem Wert eines Leistungsparameters und eines Zeitparameters zugewiesen werden.
3 zeigt, wie Mobilstationen in der Nähe einer Basisstation Kanäle von ihrer Liste von Kanälen entsprechend dem Wert eines Leistungsparameters, eines Zeitparameters und eines Winkelparameters zugewiesen werden.
4 zeigt, wie Mobilstationen in der Nähe einer Basisstation Kanäle von ihrer Liste von Kanälen entsprechend dem Wert eines Leistungsparameters und eines winkelbezogenen Parameters zugewiesen werden.
5 stellt die Bewegung von Mobilstationen in einer Zellenstruktur innerhalb eines Funkkommunikationssystems dar.
6a–6b sind Darstellungen in Diagrammform, wie Mobilstationen ein erster bzw. ein zweiter Kanal zugewiesen wird.
7 ist eine Darstellung in Diagrammform, wie den Mobilstationen in 6a und 6b ein und derselbe Kanal zugewiesen wird.
8 ist ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
9 ist eine graphische Darstellung, wie drei Mobilstationen einen logischen Kanal während einer gegebenen Zeitspanne gemeinsam nutzen.
10 stellt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dar.
Die Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt Mobilstationen MS1–MS4 in der Nähe einer Basisstation BS dar. Es wird angenommen, daß sich alle diese Mobilstationen MS1–MS4 innerhalb des Gebiets befinden, das durch die Basisstation BS versorgt wird. Eine erste Mobilstation MS1 zeigt an, daß ihre Leistungsanforderung P an die Basisstation BS sehr niedrig ist, sagen wir 1p (wobei p eine Leistungseinheit, zum Beispiel Watt, Kilowatt oder eine entsprechende Einheit ist). Eine zweite Mobilstation MS2 zeigt mit einem Leistungsparameterwert von 5p an, daß sie eine relativ hohen Ausgangsleistung von der Basisstation BS benötigt. Eine dritte Mobilstation MS3 und eine vierte Mobilstation MS4 haben eine jeweilige Ausgangsleistungsanforderung oder -forderung an die Basisstation BS von 2p und 6p.
Die Basisstation BS muß die Ausgangsleistung jedes Kanals, das heißt, der Abwärtsstrecke, an jene Mobilstation anpassen, die gerade Informationen auf dem Kanal empfängt, dessen Ausgangsleistungsforderung die höchste ist. Wenn gewünscht wird, die übertragene Gesamtenergie von der Basisstation BS zu minimieren, ist es folglich wünschenswert, Mobilstationen, die eine hohe Ausgangsleistungsforderung haben, in bestimmten Kanälen zu erfassen und Mobilstationen mit einer niedrigeren Ausgangsleistungsforderung in anderen Kanälen. Allgemein betrachtet sollte Mobilstationen, die eine ähnliche Ausgangsleistungsforderung haben, soweit wie möglich der gleiche Kanal zugewiesen werden. Eine solche Zuweisung kann mit der Hilfe einer sogenannten Kostenfunktion erzielt werden, die für jede Kombination von Mobilstationen auf den verfügbaren Kanälen einen Kostenwert Ψ(P) liefert, der den Grad der Vorteilhaftigkeit der betreffenden Kombination unter dem Aspekt der Ausgangsleistung kennzeichnet. Vorausgesetzt, daß die Anzahl der Mobilstationen MS1–MS4 eine gerade Zahl 2N ist, daß jedem Kanal zwei Mobilstationen MSn_k und MSm_k zugewiesen sind, und daß die Ausgangsleistungsforderung P einer gegebenen Mobilstation kanalunabhängig ist, gilt:
wobei,
wobei, n_k ≠ m_k und n_k, m_k ≠ n_l, m_l, wobei n_k, m_k = 1, ..., 2N und 1 = l, ..., k – 1 und N∊Z*
wobei,
wenn P_nk ≥ P_mk, dann P_{nk, mk} = P_nk,
andernfalls P_nk,
mk = P_mk,
eine Kostenfunktion ist, die die Kostenwerte Ψ(P) für Kombinationen von Mobilstationen MSn_k und MSm_k ergibt, die eine P_nk bzw. P_mk haben und wobei P_{nk, mk} die Ausgangsleistung ist, die erforderlich ist, um Informationen an die Mobilstationen MSn_k und MSm_k zu übertragen.
Wenn die erste Mobilstation MS1 und die zweite Mobilstation MS2 einem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die dritte Mobilstation MS3 sowie die vierte Mobilstation MS4 einem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, erhält man den Kostenwert Ψ(P) = 5p + 6p = 11p.
Wenn andererseits die erste Mobilstation MS1 und die dritte Mobilstation MS3 dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite Mobilstation MS2 sowie die vierte Mobilstation MS4 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, ist der entsprechende Kostenwert Ψ(P) = 2p + 6p = 8p.
Der Kostenwert für die verbleibende Kombination aus der ersten Mobilstation MS1 und der vierten Mobilstation MS4 auf dem ersten Kanal CH1 sowie der zweiten Mobilstation MS2 und der dritten Mobilstation MS3 auf dem zweiten Kanal CH2 ist Ψ(P) = 6p + 5p = 11p.
Somit sollten die erste Mobilstation MS1 und die dritte Mobilstation MS3 dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite Mobilstation MS2 und die vierte Mobilstation MS4 sollten dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden (oder umgekehrt), wie in 1 dargestellt.
2 stellt Mobilstationen MS1–MS4 dar, die alle innerhalb des Versorgungsbereichs einer gegebenen Basisstation BS angeordnet sind. Eine erste Mobilstation MS1 zeigt eine Ausgangsleistungsanforderung P an die Basisstation BS von P = 1p an. Sie zeigt auch an, daß die effektive Zeitspanne T zur Übertragung von Informationen von der Basisstation BS zur ersten Mobilstation MS1 gleich T = 1t ist (wobei t eine Zeiteinheit ist, wie zum Beispiel Sekunde, Millisekunde oder eine ähnliche Einheit). Entsprechende Parameter für eine zweite Mobilstation MS2 sind P = 5p und T = 5t, für eine dritte Mobilstation MS3 P = 2p und T = 5t, und für eine vierte Mobilstation MS4 P = 6p und T = 1t.
Da die Zeitspanne, während der Leistung von der Basisstation BS übertragen wird, für die Größe der übertragenen Gesamtenergie entscheidend ist, ist es wünschenswert, die kombinierten Produkte zwischen der Ausgangsleistungsforderung P und der effektiven Übertragungszeit T der jeweiligen Mobilstationen MS1–MS4 zu minimieren.
Vorausgesetzt, daß die Anzahl der Mobilstationen MS1–MS4 eine gerade Zahl 2N ist, daß jedem Kanal zwei Mobilstationen MSn_k und MSm_k zugewiesen sind und daß die Ausgangsleistungsforderung P einer gegebenen Mobilstation kanalunabhängig ist, ist eine Kostenfunktion, die die Ausgangsleistungsforderung P der Mobilstationen MS1–MS4 und auch die effektive Übertragungszeit T berücksichtigt:
wobei,
wobei n_k ≠ m_k und n_k, n_k ≠ n_l, m_l, wobei n_k, m_k = 1, ..., 2N und 1 = l, ..., k-1 und N∊Z* wobei,
wenn P_nk ≥ P_mk, dann,
wenn T_nk ≥ T_mk, dann W_{nk, mk} = P_nk·T_nk,
andernfalls W_nk,
mk = P_nk·T_nk + P_mk·(T_mk – T_nk),
oder
wenn T_mk ≥ T_nk, dann W_{nk, mk} = P_mk·T_mk,
anderfalls W_nk,
mk = P_mk·T_mk + P_nk·(T_nk – T_mk),
was die Kostenwerte Ψ(P, T) für Kombinationen von Mobilstationen MSn_k und MSm_k mit Ausgangsleistungsforderungen P_nk bzw. P_mk sowie effektiven Übertragungszeiten T_nk und T_mk ergibt, und wobei W_{nk, mk} die Energie ist, die erforderlich ist, um Informationen an die Mobilstationen MSn_k und MSm_k zu senden.
Wenn die erste Mobilstation MS1 und die zweite Mobilstation MS2 einem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und eine dritte Mobilstation sowie die vierte Mobilstation MS4 einem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, beträgt der Kostenwert Ψ(P, T) = 5·5pt + 6·1pt + 2·(5 – 1)pt = 39pt.
Wenn die erste Mobilstation MS1 und die dritte Mobilstation MS3 dem ersten Kanal CH1 und die zweite Mobilstation sowie die vierte Mobilstation MS4 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, ist der entsprechende Kostenwert Ψ(P, T) = 2·5pt + 6·1pt + 5·(5 – 1)pt = 36pt.
Wenn die erste Mobilstation MS1 und die vierte Mobilstation MS4 stattdessen dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite Mobilstation MS2 sowie die dritte Mobilstation MS3 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, beträgt der Kostenwert Ψ(P, T) = 6·1pt + 5·5pt = 31pt.
Folglich werden die erste Mobilstation MS1 und die vierte Mobilstation MS4 vorzugsweise dem ersten Kanal CH1 zugewiesen, und die zweite Mobilstation MS2 und die dritte Mobilstation MS3 werden dem zweiten Kanal zugewiesen oder umgekehrt. 2 stellt diese Zuordnung der Mobilstationen MS1–MS4 dar.
Außer daß Mobilstationen MS1–MS4, die eine ähnliche Ausgangsleistungsforderung P haben, soweit es möglich ist, dem gleichen Kanal zugewiesen werden oder die Mobilstationen MS1–MS4, deren Produkte zwischen Ausgangsleistungsforderung P und effektiven Übertragungszeiten T die gleichen sind, dem gleichen Kanal zugewiesen werden, ist es auch möglich, dem gleichen Kanal jene Mobilstationen MS1–MS4 zuzuweisen, deren Peilungsrichtung A mit Bezug auf die Basisstation BS annähernd gleich ist. Wenn Mobilstationen, die sich in völlig unterschiedlichen Peilungsrichtungen befinden, dem gleichen Kanal zugewiesen werden, ist es notwendig, daß entweder die Basisstation BS mehrere völlig verschiedene winkelbezogene Leistungsspektren bei der Übertragung gleichzeitig verwendet, oder es muß eine Antennenkeule verwendet werden, die hinreichend weit ist, um alle Mobilstationen zu versorgen. In diesen beiden Fällen wird elektromagnetische Energie über ein größeres geographisches Gebiet übertragen, als es zur Übertragung von Informationen von der Basisstation BS an die Mobilstationen MS1–MS4 notwendig ist.
3 stellt Mobilstationen MS1–MS4 dar, die sich innerhalb des Versorgungsbereichs einer Basisstation BS befinden. Im dargestellten Fall ist die Basisstation BS mit mindestens einer adaptiven Antenne 310–340, das heißt, einer richtungsempfindlichen Antenne, ausgestattet, mittels derer die Basisstation BS imstande ist, zu bestimmen, welche Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A für Mobilstationen in der Nähe der Basisstation BS relevant ist, oder zumindest, in welcher Peilungsrichtung A in bezug auf die Basisstation BS eine gegebene Mobilstation angeordnet ist.
Eine erste Mobilstation MS1, die innerhalb eines ersten Sektors a₁ einer ersten adaptiven Antenne 310 der Basisstation BS angeordnet ist, hat eine Ausgangsleistungsforderung P an die Basisstation BS von 1p und eine effektive Übertragungszeitspanne T von 1t. Entsprechende Parameter sind A = a₁, P = tp und T = 5t für eine zweite Mobilstation MS2, A = a₂, P = 2p und T = 5t für eine dritte Mobilstation MS3 und A = a₂, P = 6p und T = 1t für eine vierte Mobilstation MS4.
Eine Kostenfunktion, die die relevante Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A der Basisstation BS für die Mobilstationen MS1–MS4, die Ausgangsleistungsforderung P der Mobilstationen MS1–MS4, und die effektiven Übertragungszeitspannen T berücksichtigt, lautet unter der Voraussetzung, daß die Anzahl der Mobilstationen MS1–MS4 eine gerade Zahl 2N ist, daß jedem Kanal zwei Mobilstationen MSn_k und MSm_k zugewiesen sind und daß die Ausgangsleistungsforderung P einer gegebenen Mobilstation kanalunabhängig ist, folgendermaßen:
wobei,
wobei n_k ≠ m_k und n_k, n_k ≠ n_l, m_l, wobei n_k, m_k = 1, ..., 2N und 1 = l, ..., k-1 und N∊Z*
wobei,
wenn (sich MSn_k und MSm_k im selben Sektor a_i befinden), dann,
wenn P_nk ≥ P_mk, dann,
wenn T_nk ≥ T_mk, dann W_{nk, mk} = P_nk·T_nk,
andernfalls W_nk,
mk = P_nk·T_nk + P_mk·(T_mk – T_nk),
oder,
wenn T_mk ≥ T_nk, dann W_{nk, mk} = P_mk·T_mk,
andernfalls W_nk,
mk = P_mk·T_mk + P_nk·(T_nk – T_mk),
oder W_{nk, mk} = P_nk·T_nk + P_mk·T_mk,
was die Kostenwert-Kombinationen Ψ(P, T, A) von Mobilstationen MSn_k und MSm_k ergibt, die entweder die gleiche Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums haben (normalerweise im gleichen Sektor A = a_i des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation BS angeordnet) oder unterschiedliche Konfigurationen des winkelbezogenen Leistungsspektrums haben (normalerweise in unterschiedlichen Sektoren A = a_i des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation BS angeordnet), entsprechende Ausgangsleistungsforderungen von P_nk und P_mk sowie entsprechende effektive Übertragungszeiten von T_nk und T_mk haben und wobei W_{nk, mk} die Energie ist, die erforderlich ist, um Informationen an die Mobilstationen MSn_k und MSm_k zu senden.
Wenn die erste Mobilstation MS1 und die zweite Mobilstation MS2 einem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die dritte Mobilstation MS3 sowie die vierte Mobilstation MS4 einem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, erhält man den Kostenwert Ψ(P, T, A)5·5pt + 6·1pt + 2·(5 – 1)pt = 39pt.
Wenn dagegen die erste und die dritte Mobilstationen MS1 und MS3 dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite sowie die vierte Mobilstation MS2 und MS4 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, ist der entsprechende Kostenwert Ψ(P, T, A)1·1pt + 6·1pt + 5·5pt + 2·5pt = 42pt.
Wenn schließlich die erste und die vierte Mobilstationen MS1 und MS4 dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite und die dritte Mobilstationen MS2 und MS3 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, ist der Kostenwert Ψ(P, T, A)1·1pt + 6·1pt + 5·5pt = 42pt.
Somit sollten die erste und die zweite Mobilstationen MS1 und MS2 vorzugsweise dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden, und die dritte und die vierte Mobilstationen MS3 und MS4 sollten dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden oder umgekehrt. 3 stellt diese Zuordnung der Mobilstationen MS1–MS4 dar.
Wenn die effektiven Übertragungszeitspannen für die Informationen, die von einer gegebenen Basisstation an Mobilstationen innerhalb ihres Versorgungsbereichs übertragen werden, nicht bekannt sind, stellt die vorliegende Erfindung eine Optimierung auf der Grundlage anderer verfügbarer Parameter bereit, die die Energie minimiert, die die Basisstation erwartungsgemäß übertragen müßte. Diese Optimierung kann vorgenommen werden, indem angenommen wird, daß die effektiven Übertragungszeiten von langer Dauer und für alle Mobilstationen gleich lang sein werden. Die Minimierung der von der Basisstation übertragenen Energie wird dann dasselbe sein, wie die von der Basisstation übertragene Leistung zu minimieren und dadurch die Energieübertragung zu minimieren.
4 stellt Mobilstationen MS1–MS4 in der Nähe einer Basisstation BS dar. Es wird angenommen, daß sich alle diese Basisstationen MS1–MS4 innerhalb des Gebiets befinden, das von der Basisstation BS versorgt wird.
Eine erste Mobilstation MS1 hat eine erste Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums dadurch, daß sie sich innerhalb eines ersten Sektors a₁ eines winkelbezogenen Leistungsspektrums einer adaptiven Antenne 410 der Basisstation BS befindet, und hat eine Ausgangsleistungsforderung P an die Basisstation BS von 1p. Eine zweite Mobilstation MS2 befindet sich innerhalb des gleichen Sektors a₁ und hat eine Ausgangsleistungsforderung P von 5p an die Basisstation BS. Eine dritte und eine vierte Mobilstation MS3 bzw. MS4 befinden sich innerhalb eines zweiten Sektors a₂ der adaptiven Antenne 410 und haben eine Ausgangsleistungsforderung P an die Basisstation von 2p bzw. 6p.
Angenommen, daß die Anzahl der Mobilstationen MS1–MS4 eine gerade Zahl 2N ist und daß jedem Kanal zwei Mobilstationen MSn_k und MSm_k zugewiesen sind und daß die Ausgangsleistungsforderung P für eine gegebene Mobilstation kanalunabhängig ist, dann ist eine Kostenfunktion, die die relevante Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A der Basisstation BS für die Mobilstationen MS1–MS4 und die Ausgangsleistungsforderung B der Mobilstationen MS1–MS4 berücksichtigt:
wobei
wobei n_k ≠ m_k und n_k, n_k ≠ n_l, m_l, wobei n_k, m_k = 1, ..., 2N und 1 = l, ..., k-1 und N∊Z*
wobei,
wenn (sich MSn_k und MSm_k im selben Sektor a_i befinden),
dann, wenn P_nk ≥ P_mk, dann P_{nk, mk} = P_nk,
andernfalls P_nk,
mk = P_mk oder P_nk,
mk = P_nk + P_mk
was die Kostenwerte Ψ(P, A) für Kombinationen der Mobilstationen MSn_k und MSm_k ergibt, die entweder die gleiche Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A = a_i (normalerweise im gleichen Sektor angeordnet) haben oder verschiedene Konfigurationen des winkelbezogenen Leistungsspektrums A = a_i (normalerweise in unterschiedlichen Sektoren angeordnet) haben, entsprechende Ausgangsleistungsforderungen von P_nk und P_mk haben, und wobei P_{nk, mk} die Leistung ist, die übertragen wird, wenn Informationen an die Mobilstationen MSn_k und MSm_k gesendet wird.
Wenn die erste und die zweite Mobilstationen MS1 und MS2 einem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die dritte und die vierte Mobilstationen MS3 und MS4 einem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, erhält man den Kostenwert Ψ(P, A) = 5p + 6p = 11p.
Wenn die erste und die dritte Mobilstationen MS1 und MS3 stattdessen dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden und die zweite und die vierte Mobilstationen MS2 und MS4 dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden, ist der entsprechende Kostenwert Ψ(P, A) = 1p + 2p + 5p + 6p = 14p.
Der Kostenwert ist Ψ(P, A) = 1p + 6p + 5p + 2p = 14p für die verbleibende Kombination aus der ersten und der vierten Mobilstation MS1 und MS4, die dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden, und der zweiten und der dritten Mobilstation MS2 und MS3, die dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden.
Die erste und die zweite Mobilstationen MS1 und MS2 sollten deshalb dem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden, und die dritte und die vierte Mobilstationen MS3 und MS4 sollten dem zweiten Kanal CH2 zugewiesen werden oder umgekehrt.
Wenn gewünscht wird, die Zuordnung der Mobilstationen zu den verfügbaren Kanälen einer Basisstation über ein erstes Zeitintervall zu eher als sofort zu optimieren, ist es vom Energieaspekt her auch notwendig, jene Mobilstationen zu berücksichtigen, die sich zwar korrekt innerhalb des Gebiets befinden, das durch benachbarte Basisstationen versorgt wird, von denen aber erwartet wird, daß sie innerhalb des ersten Zeitintervalls τ₁ mit der betreffenden Basisstation kommunizieren. 5 stellt Mobilstationen MSX1–MSX5 dar, die sich innerhalb der Versorgungsbereiche von Basisstationen BSX1–BSX6 befinden, die durch Zellen C1–C6 dargestellt werden, die an eine Zelle C angrenzen, die dem Versorgungsbereich einer gegebenen Basisstation BS entspricht. Zwei Mobilstationen MSY1 und MSY2 befinden sich ebenfalls innerhalb des Versorgungsbereichs C der Basisstation BS, wobei diese Mobilstationen Mobilstationen MSY1 und MSY2 darstellen, von denen mit Bezug auf die Geschichte früherer Gesprächsverbindungen innerhalb des Versorgungsbereichs C erwartet wird, daß sie die Kommunikation mit der Basisstation BS innerhalb eines zweiten Zeitintervalls τ₂ aufnehmen. Die Annahme, daß solche vorher nicht betrachten Mobilstationen MSY1, MSY2 entweder eine Zugangsanforderung stellen oder eine Funkruf-Nachricht innerhalb der zweiten Zeitperiode τ₂ empfangen werden, beruht auf der Anruf-Geschichte, wobei angenommen wird, daß neue Anrufe zum Beispiel als stochastische Poissonsche Verteilungsprozesse beschrieben werden können.
Wenn man die besagten Kostenfunktionen Ψ für die Basisstation BS berechnet, werden somit die Parameter P und/oder T und/oder A für diese Mobilstationen MSX1–MSX3 bzw. MSY1, MSY2 einbezogen, wobei diese Mobilstationen entweder eine Geschwindigkeit v_x1, v_x2, v_x3 und eine Richtung d_x1, d_x2, d_x3 haben, die nahelegen, daß zu erwarten ist, daß sie Informationen mit der Basisstation BS austauschen, oder daß mit einiger Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, daß sie innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls τ einen Informationensaustausch mit der Basisstation BS aufnehmen. Daten, die die Geschwindigkeitsvektoren v_x1-5, d_x1-5 für mögliche zukünftige Mobilstationen MSX1–MSX5 betreffen, können aus Doppler-Verschiebungsmessungen und/oder Extrapolation der Zeitverschiebungsparameter (wie zum Beispiel Takterhöhungswerte) für jene Mobilstationen MSX1–MSX5 erhalten werden, die durch Basisstationen BSX1–BSX5 registriert worden sind, die für jene benachbarten Zellen verantwortlich sind, in denen sich die Mobilstationen MSX1–MSX5 momentan befinden.
Alle mit Bezug auf 1, 2, 3 bzw. 4 beschriebenen Kostenfunktionen Ψ(P), Ψ(P, T), Ψ(P, T, A) und Ψ(P, A) setzen voraus, daß die Übermittlung von Informationen von der Basisstation BS an die Mobilstationen MS1–MS4 sofort, das heißt ohne Verzögerung, aufgenommen wird.
Wenn eine bestimmte Kanalzuweisungsverzögerung ΔT_max akzeptiert werden kann, ist es möglich, die von der Basisstation übertragene Gesamtenergie weiter zu verringern. Natürlich darf die höchste tolerierbare Verzögerung ΔT_max nicht einen Wert übersteigen, der durch die Übertragungspriorität potentieller Mobilstationen festgelegt ist.
Zum Beispiel könnte die von der Basisstation BS übertragene Gesamtenergie in dem mit Bezug auf 2 beschriebenen Beispiel von Ψ(P, T) = 31pt auf Ψ(P, T) = 28pt verringert werden, wenn eine maximale Verzögerung ΔT_max = 5T akzeptiert werden könnte. 6a ist eine Darstellung in Diagrammform, wie die erste und die vierte Mobilstationen MS1 und MS4 einem ersten Kanal CH1 zugewiesen werden, womit man eine übertragene Energie von 6pt erhält (das heißt, die Fläche unterhalb der maximalen Ausgangsleistungsanforderung). 6b ist eine entsprechende Darstellung in Diagrammform, wie die zweite und die dritte Mobilstationen MS2 und MS3 einem zweiten Kanal zugewiesen werden, wodurch man eine übertragenen Energie von 25pt erhält. Alle Übertragungen werden sofort zum Zeitpunkt T = 0t aufgenommen und finden parallel statt. Die übertragenen Gesamtenergie ist Ψ(P, T) = 6pt + 25pt = 31pt.
Wenn alle Mobilstationen MS1–MS4 einem und demselben Kanal zugewiesen werden, kann die von der Basisstation BS übertragene Gesamtenergie noch weiter verringert werden. Wir nehmen außerdem an, daß ein Maximum von zwei Mobilstationen MSn_k und MSm_k den Kanal CH1 zu jedem gegebenen Zeitpunkt verwenden kann, normalerweise aufwärts bzw. abwärts. Es ist daher notwendig, daß zwei der Mobilstationen MS3 und MS1 warten, bis Informationsübertragungen von der Basisstation BS an die zwei übrigen Mobilstationen MS2 und MS4 abgeschlossen worden sind, bevor die Übertragung von Informationen an die Mobilstationen MS1, MS3 aufgenommen wird. Die niedrigste Gesamtenergieübertragung von der Basisstation BS erhält man, wenn der Kanal CH1 anfänglich der zweiten Mobilstation MS2 und der vierten Mobilstation MS4 zugewiesen wird. Der Kanal CH1 ist zur Zeit T = 1t an die dritte Mobilstation MS3 vergeben und zu der Zeit T = 5t an die erste Mobilstation MS1. Die dritte Mobilstation MS3 wird sonst um ΔTM_MS3 = 1t verzögert, und eine entsprechende Verzögerung in bezog auf die erste Mobilstation MS1 ist ΔT_MS1 = 5t. Dieser Umstand ist in 7 dargestellt, aus der auch ersichtlich wird, daß die übertragene Gesamtenergie von der Basisstation BS gleich Ψ(P, T) = 6·1pt + 5·(5 – 1)pt + 2·(6 – 5)pt = 28pt ist.
Eine weitere Verringerung bei der von der Basisstation übertragenen Energie kann auch erreicht werden, wenn gestattet wird, daß die Informationsübertragungen von der Basisstation an die Mobilstationen in kleinere Informationseinheiten unterteilt werden, zum Beispiel in Einheiten von der Größe von Datenblöcken. Jedoch führt eine solche Teilung dazu, daß die summierte Zeit zum Übertragen der aufgeteilten Informationseinheiten die Übertragungszeit für die ursprüngliche Anordnung der Informationen übersteigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, in der die übertragene Gesamtenergie beim Senden von Informationen von einer gegebenen Basisstation BS an Mobilstationen MS in der Nähe der Basisstation minimiert wird. In einem ersten Schritt 800 wird eine Überprüfung vorgenommen, um zu ermitteln, ob sich Mobilstationen MS innerhalb des von der Basisstation BS versorgten Gebiets befinden oder nicht. Falls Mobilstationen vorgefunden werden, wird im nächsten Schritt 810 ein Zeitgeber auf null gesetzt, sonst wird Schritt 800 wiederholt, bis eine Mobilstation MS innerhalb des Versorgungsbereichs der Basisstation BS aufgefunden wird. Der Zeitgeber wird in Schritt 820 gestartet, wodurch sein Zeitparameter zu laufen beginnt, und die Parameter P und/oder T und/oder A in bezog auf alle Mobilstationen MS in der Nähe der Basisstation BS, von denen erwartet werden kann, daß sie innerhalb einer festgelegten Zeit τ mit der Basisstation kommunizieren, werden in Schritt 830 durch die Basisstation BS registriert. Parameter P, T und A für bestimmte Mobilstationen MS in Zellen, die an die betreffende Zelle angrenzen, werden ebenfalls registriert. Kostenwerte Ψ₁, Ψ₂, ..., Ψ_i für alle i möglichen Kombinationen der Mobilstationen MS in den Kanälen der Basisstation BS werden im Schritt 840 gemäß einer Kostenfunktion Ψ(P, T, A) berechnet. Im nächsten Schritt 850 werden die Mobilstationen MS den Kanälen entsprechend der Kombination zugewiesen, die im vorangegangenen Schritt 840 den niedrigsten Kostenwert Ψ_min ergab. In Schritt 860 werden die Mobilstationen den Kanälen zugewiesen, zum Beispiel durch USFs, die von der Basisstation BS gesendet werden. Das Verfahren wartet im abschließenden Schritt 870, bis der Zeitparameter des Zeitgebers einen festgelegten Wert τ erreicht hat, wonach der Ablauf zu Schritt 800 zurückkehrt.
Im GSM besteht ein TDMA-Rahmen aus acht Zeitschlitzen, die von null bis sieben durchnumeriert sind. Diese Zeitschlitze bilden acht sogenannte physische Kanäle. Eine Anzahl von TDMA-Rahmen zusammen bildet einen Mehrfachrahmen. Mehrfachrahmen werden im GSM als Träger sogenannter logischer Kanäle verwendet, die verwendet werden können, um zum Beispiel Paketdaten zu übertragen. Ein bestimmter solcher logischer Kanal besteht aus einem festgelegten Zeitschlitz in jedem TDMA-Rahmen bei einer gesonderten Trägerfrequenz. Wenn Daten physisch zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation übertragen werden, wird jeder Informationsblock in vier Datenbursts von gleicher Größe aufgeteilt, wobei jeder zum Beispiel 60 Informationsbits umfaßt. Wenn das Mobilfunk-Kommunikationssystem ein TDMA-System ist, können die Datenbursts bitverschachtelt in vier aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen auf einem zeitmultiplexierten Kanal übertragen werden. 9 stellt die Aufteilung eines logischen Kanals CH1 einer Basisstation dar, der in TDMA-Rahmen aufgeteilt ist. Im dargestellten Beispiel wird der Kanal CH1 von drei Mobilstationen MS1, MS2 und MS3 während einer Zeitspanne, die den TDMA-Rahmen 1–32 entspricht, gemeinsam genutzt.
Eine erste Mobilstation MS1 und eine dritte Mobilstation MS3 übertragen Informationen an die Basisstation, während eine zweite Mobilstation MS2 Informationen von der Basisstation empfängt.
Es wird angenommen, daß die Informationen aus Daten besteht, die in Informationsblöcke unterteilt worden sind. Es wird angenommen, daß jeder Informationsblock vier aufeinanderfolgende TDMA-Rahmen belegt und als DATA#(#_tot) bezeichnet wird, wobei #(#_tot) die Ordnungszahl des betreffenden Informationsblocks und die Gesamtzahl der Blöcke in der Übertragung bezeichnet. Ein numerischer Präfix eines Informationsblocks in der Aufwärtsstrecke bezeichnet die Mobilstation, von der der Block abgeht. Somit bezeichnet 3DATA2(4) den zweiten Informationsblock in einer Übertragung von insgesamt vier Blöcken von der Mobilstation MS3 an die Basisstation. USF gibt die Mobilstation MS an, für die die Aufwärtsstrecke des Kanals CH1 in den nächsten folgenden vier TDMA-Rahmen reserviert worden ist, und legt R(#_MS) fest. Somit bedeutet R(1), daß die Aufwärtsstrecke des Kanals CH1 während der folgenden vier TDMA-Rahmen von der ersten Mobilstation MS1 verwendet wird. Wenn auf der Abwärtsstrecke übertragen wird, das heißt, wenn Informationen von der Basisstation an eine Mobilstation übertragen werden, liegen Adresseninformationen im tatsächlichen Informationsblock, und folglich ist kein dem USF entsprechendes Flag erforderlich.
Natürlich können Informationen auch in anderer Weise aufgeteilt werden. Ebenso kann eine entsprechende Rahmenaufteilung in einem CDMA-System oder einem FDMA-System bewirkt werden.
Die oben erwähnte effektive Übertragungszeit T zum Übertragen von Informationen von einer Basisstation an eine spezifische Mobilstation ist somit proportional zur Anzahl der in der aktuellen Übertragung enthaltenen Informationsblöcke #_tot. Im beschriebenen TDMA-Beispiel wird die effektive Übertragungszeit T als T = 4 (die Zeit eines Datenbursts) #_tot bestimmt.
In den anfänglichen TDMA-Rahmen 1–4 sendet die Basisstation ein USF, das festlegt, daß R(1) eine erste Mobilstation MS1 autorisiert ist, einen ersten Informationsblock 1DATA1(3) in den nächsten folgenden vier TDMA-Rahmen 5–8 auf der Aufwärtsstrecke des Kanals CH1 zu senden. Das nächste USF, das während der TDMA-Rahmen 5–8 gesendet wird, legt fest, daß R(1) die erste Mobilstation MS1 einen zweiten Informationsblock 1DATA2(3) während der nächsten folgenden vier TDMA-Rahmen 9–12 senden kann. Die erste Mobilstation MS1 sendet den ersten Informationsblock 1DATA1(3) zur gleichen Zeit. Während der TDMA-Rahmen 9–12 wird ein USF gesendet, das anzeigt, daß R(1) die erste Mobilstation MS1 mit dem Senden von Informationen 1DATA3(3) fortfahren kann. Informationen DATA1(4) werden an die zweite Mobilstation MS2 auf der Abwärtsstrecke des Kanals CHI zur gleichen Zeit gesendet, und die erste Mobilstation MS1 sendet den zweiten Informationsblock 1DATA2(3) auf der Abwärtsstrecke des Kanals CH1. Das während der TDMA-Rahmen 13–16 gesendete USF enthält Informationen mit der Wirkung, daß R(3) die dritte Mobilstation MS3 im TDMA-Rahmen 17 beginnen kann, Informationen auf der Aufwärtsstrecke des Kanals CH1 zu senden. Die Abwärtsstrecken-Informationen DATA2(4) während der TDMA-Rahmen 13–16 ist ebenfalls für die zweite Mobilstation MS2 bestimmt, und die erste Mobilstation MS1 sendet den dritten und letzten Informationsblock 1DATA3(3) auf der Aufwärtsstrecke. Der Inhalt DATA3(4) der TDMA-Rahmen 17–20 auf der Abwärtsstrecke ist ebenfalls für die zweite Mobilstation MS2 bestimmt. Während dieser TDMA-Rahmen 17–20 sendet die Basisstation ein USF, das anzeigt, daß R(3) der dritten Mobilstation MS3 während der TDMA-Rahmen 21–24 die Aufwärtsstrecke zur Übertragung eines zweiten Informationsblocks 3DATA2(4) zur Verfügung steht. Die dritte Mobilstation MS3 sendet einen ersten Informationsblock 3DATA1(4) parallel dazu. Die Abwärtsinformationen DATA4(4) während der TDMA-Rahmen 21–24 ist ebenfalls an die zweite Mobilstation MS2 gerichtet, und das während der TDMA-Rahmen 21–24 übertragene USF legt fest, daß R(3) die dritte Mobilstation MS3 während der TDMA-Rahmen 25–28 einen weiteren Datenblock 3DATA3(4) senden kann. Die dritte Mobilstation MS3 sendet zur gleichen Zeit einen zweiten Informationsblock 3DATA2(4). Die Abwärtsstrecke hat während der Zeit der TDMA-Rahmen 25–28 keinen Informationsinhalt (das heißt, die Abwärtsstrecke enthält nur Leerlauf-Bits, die von der Basisstation auf dem Kanal CH1 gesendet wurden), und die dritte Mobilstation MS3 sendet einen dritten Informationsblock 3DATA3(4). Das USF zeigt in den TDMA-Rahmen 25–28 an, daß R(3) die dritte Mobilstation MS3 während der TDMA-Rahmen 29–32 einen letzten Informationsblock 3DATA4(4) senden kann, während die Abwärtsstrecke des Kanals CH1 immer noch leer ist. Der abschließende Informationsblock 3DATA4(4) wird durch die dritte Mobilstation MS3 während dieser TDMA-Rahmen 25–28 versendet.
10 stellt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Eine Steuereinheit 1030 empfängt von einer Basisstation 1000 Informationen in bezug auf Ausgangsleistungsforderung P, effektive Übertragungszeiten T und die relevante Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A für Mobilstationen in ihrer Nähe. In dem dargestellten Fall ist die Steuereinheit 1030 in einer Sender-Empfänger-Einheit 1010 in der Basisstation 1000 enthalten, da die empfangenen Parameter P, T und A in der Sender-Empfänger-Einheit 1010 verfügbar sind. Jedoch ist es durchaus möglich, die Steuereinheit an jeder anderen Stelle innerhalb oder außerhalb der Basisstation 1000 anzuordnen. Informationen, die die relevante Konfiguration des winkelbezogenen Leistungsspektrums A der Mobilstationen betrifft, können leicht mit Hilfe einer adaptiven Antenne 1020 erhalten werden. Jedoch kann die Informationen A gemäß alternativer Verfahren zum Beispiel mit Hilfe von GPS-Empfängern in den Mobilstationen (GPS = Globales Positionsbestimmungssystem) erzeugt werden.
Die Parameterwerte MS_i(P, T, A) für die Mobilstationen MS1–MSn, wobei i = 1, ..., n, in der Nähe der Basisstation 1000 werden von einer Prozessoreinheit 1040 in der Steuereinheit 1030 übermittelt und in einer ersten Speichereinheit 1050 gespeichert. Wenn die Parameterwerte (MS_i(P, T, A)) für alle Mobilstationen MS1–MSn in der ersten Speichereinheit 1050 registriert worden sind, verteilt die Prozessoreinheit 1040 die Mobilstationen MS1–MSn auf die verfügbaren Kanäle CH1–CHm in der Basisstation 1000 nach dem vorgeschlagenen Verfahren, weist jede Mobilstation einem Kanal CH_j(MS_i) zu, wobei j = 1, ..., m; i = 1, ..., n, und speichert das Ergebnis in einer zweiten Speichereinheit 1060, die natürlich auch aus einer zweiten Partition der ersten Speichereinheit 1050 bestehen kann. Die Prozessoreinheit 1040 erzeugt dann USFs für die Kanäle CH1–CHm entsprechend der Kanalzuweisung.
Wenn seit der letzten Registrierung der Parameterwerte MS_i(P, T, A) für die Mobilstationen MS1–MSn eine vorbestimmte Zeit τ verstrichen ist, übergibt eine Zeitgebereinheit 1070 ein erstes Signal U, das die Prozessoreinheit 1040 veranlaßt, eine neue Sammlung von Parameterwerten P, T und/oder A sowie eine neue Zuweisung von Mobilstationen MS1–MSn zu den Basisstationskanälen CH1–CHm durchzuführen. Nachdem sie das erste Signal U empfangen hat, setzt die Prozessoreinheit 840 die Zeitgebereinheit 1070 über ein zweites Signal R auf null, womit der Zeitparameter der Zeiteinheit 870 erneut zu laufen beginnt.

Claims

Verfahren zum Zuweisen einer Vielzahl von Mobilstationen zu Mehrnutzerkanälen zur Übertragung von Paketdaten in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem, wobei die Mobilstationen Kanälen zugewiesen werden, um die Übermittlung von Paketdaten zwischen einer Basisstation (BS) und den Mobilstationen (MS1–MS4) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Auswählen auf Grundlage einer Kostenfunktion (Ψ), welche Mobilstationen (MS1–MS4) welchen Kanälen (CH1, CH2) zuzuweisen sind; Ableiten der Kostenfunktion (Ψ) unter Berücksichtigung einer Menge von Parametern (P; P, T; P, T, A; P, A), die jeweiligen Mobilstationen zugeordnet sind, und durch Wählen einer ersten Kombination von mindestens zwei Mobilstationen (MS1, MS4), die gleichzeitig einen ersten Kanal (CH1, 1t) mit der Basisstation (BS) gemeinsam parallel benutzen, um zu senden und zu empfangen, und mindestens einer zweiten Kombination von mindestens zwei Mobilstationen (MS2, MS3), die gleichzeitig einen zweiten Kanal (CH2, 1t–5t) mit der Basisstation (BS) gemeinsam parallel benutzen, um zu senden und zu empfangen, wobei die gewählte Kombination der Mobilstationen (MS1–MS4) auf dem ersten oder zweiten Kanal (CH1, CH2) die erste und zweite Kombination ist, die einen Kostenwert (Ψ(P)) liefert, der die Minimierung der Gesamtenergie (P) ermöglicht, die von der Basisstation (BS) beim Senden von Paketdaten von der Basisstation (BS) an die Mobilstationen (MS1–MS4) gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Parameter (P; P, T; P, T, A; P, A) aufweisen: ein erstes Zeitintervall (τ₁) und außerdem die Parameterwerte (1p, 1t, a₁ bzw. 5p, 5t, a₁) für eine erste Menge von Mobilstationen (MS1, MS2), die Kommunikation mit der Basisstation (BS) innerhalb des ersten Zeitintervalls (τ₁) beginnen werden, und die Parameterwerte (2p, 5t, a₂; 6p, 1t, a₂) für eine zweite Menge von Mobilstationen, die bereits mit der Basisstation (BS) kommunizieren, und wobei die Zuweisung von Mobilstationen (MS1–MS4) innerhalb der ersten und der zweiten Menge stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die künftigen Anwesenheit von Mobilstationen (MSX1–MSX3) innerhalb des Versorgungsbereichs (C) der Basisstation (BS) vorhergesagt wird, wobei diese Vorhersage auf Informationen bezüglich der Geschwindigkeit (v_x1–v_x3) und der Bewegungsrichtung (d_x1–d_x3) von Mobilstationen (MSX1–MSX5) beruht, die mit Basisstationen (BS1–BS6) kommunizieren, deren jeweilige Versorgungsbereiche (C1–C6) an den Versorgungsbereich (C) der Basisstation (BS) angrenzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die künftige Anwesenheit von Mobilstationen (MSX1–MSX3) innerhalb des Versorgungsbereichs (C) der Basisstation (BS) vorhergesagt wird, wobei die Vorhersage auf Informationen bezüglich der Position und der Änderung der gemessenen Leistung von Mobilstationen (MSX1–MSX5) beruht, die mit Basisstationen (BS1–BS6) kommunizieren, deren jeweilige Versorgungsbereiche (C1-C6) an den Versorgungsbereich (C) der Basisstation (BS) angrenzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die künftige Anwesenheit von Mobilstationen (MSX1–MSX3) innerhalb des Versorgungsbereichs (C) der Basisstation (BS) vorhergesagt wird, wobei die Vorhersage auf Informationen bezüglich der Position und der Änderung der Ausgangsleistungsforderungen (P) von gegenwärtigen Basisstationen (BS1–BS6) von Mobilstationen (MSX1–MSX5) beruht, die mit Basisstationen (BS1–BS6) kommunizieren, deren jeweilige Versorgungsbereiche (C1–C6) an das Versorgungsbereich (C) der Basisstation (BS) angrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Vorhersage außerdem neue Mobilstationen (MSY1, MSY2) aufweist, von denen erwartet wird, daß sie Kommunikation mit der Basisstation (BS) innerhalb eines zweiten Zeitintervalls (τ₂) beginnen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Liste von Mobilstationen (MS1–MS4), die sich innerhalb des Versorgungsbereichs (C) der Basisstation (BS) befinden, und der vorhergesagten künftigen Mobilstationen (MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) innerhalb des Versorgungsbereichs (C) der Basisstation (BS) zusammengestellt wird; und wobei die Parameter (P; P, T; P, T, A; P, A) die Parameterwerte (1p, 1t, a₁; 5p, 5t, a₁; 2p, 5t, a₂; 6p, 1t, a₂) für alle in der Liste enthaltenen Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Parameter (P; P, T; P, T, A; P, A) gemessene oder geschätzte Ausgangsleistungsforderungen (P) von der Basisstation (BS) für jede der Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) aufweisen; und wobei die von der Basisstation (BS) gesendete Leistung (Ψ(P)) für jeden der Kanäle (CH1, CH2) minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Parameter (P; P, T; P, A; P, A), Informationen bezüglich der tatsächlichen oder geschätzten effektiven Übertragungszeit (T) für jene Informationen aufweisen, die jede der Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) zu senden wünscht; und wobei die Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) den Kanälen (CH1, CH2) zugewiesen werden, was die Minimierung der Summe (Ψ(P, T)) der Produkte aus Ausgangsleistungsforderungen
und effektiven Übertragungszeitspannen (T) für jeweilige Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Parameter (P, T, A) Informationen bezüglich der relevanten Konfiguration (A) des winkelbezogenen Leistungsspektrums für die Funkleistung von der Basisstation (BS) für jede der Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) aufweisen; und wobei Mobilstationen (MS1–MS4), die ähnliche Konfigurationen (a₁, a₂) des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation (BS) aufweisen, vorzugsweise ein und demselben Kanal (CH1, CH2) zugewiesen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2), deren Positionen in bezug auf die Basisstation (BS) im selben Sektor (a₁, a₂) des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation (BS) liegen, vorzugsweise ein und demselben Kanal(CH1, CH2) zugewiesen werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Konfiguration (a₁, a₂) des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation (BS) mit Hilfe mindestens einer adaptiven Antenne (310–340, 410) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) den Kanälen (CH1, CH2) zugewiesen werden, was die Minimierung der Summe (Ψ(P, A)) der maximalen Ausgangsleistungsforderungen
für genutzte Konfigurationen (a₁, a₂) des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation (BS) ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) den Kanälen (CH1, CH2) zugewiesen werden, was die Minimierung der Summe (Ψ(P, T, A)) der maximalen Produkte aus Ausgangsleistungsforderungen
und den effektiven Sendedauern
für genutzte Konfigurationen (a₁, a₂) des winkelbezogenen Leistungsspektrums der Basisstation (BS) ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine oder mehrere Mobilstationen in einer ersten Gruppe (MS3, MS1) der Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) zeitlich nach (ΔTM_S3, ΔTM_S1) einer oder mehreren Mobilstationen in einer zweiten Gruppe (MS2, MS4) der Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) zugewiesen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zuweisung von Mobilstationen aus der ersten Gruppe (MS3, MS1) unmittelbar nach Beendigung der Übertragung von Informationen von der Basisstation (BS) an mindestens eine Mobilstation (MS4) in der zweiten Gruppe (MS2, MS4) beginnt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zuweisung von Mobilstationen aus der ersten Gruppe beginnt, bevor die Übertragung von Informationen zwischen der Basisstation (BS) und Mobilstationen aus der zweiten Gruppe beendet worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Paare von Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) den Kanälen (CH1, CH2) zugewiesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ausgangsleistungsforderung (P) gesondert für jeden Kanal (CH1, CH2) in der von der Basisstation (BS) geführten Liste von Kanälen angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder der Kanäle (CH1, CH2) eine Aufwärtsverbindung zum Senden von Informationen von einer Mobilstation an eine Basisstation und eine Abwärtsverbindung zum Senden von Informationen von der Basisstation an eine Mobilstation aufweist; wobei Zustandsflags (USF) erzeugt werden, die für jeden Kanal (CH1, CH2) in der von der Basisstation (1000) geführten Liste von Kanälen mit jedem Zeitrahmen (TDMA-Rahmen) jene Mobilstation (MS1, MS2) anzeigen, die autorisiert ist, Informationen an die Basisstation (1000) zu senden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Parameterwerte (MS_i(P; P, T; P, T, A; P, A)) der Parameter (P; P, T; P, A; P, A) für jeweilige Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) gespeichert werden; und durch Speichern der Zuweisung von Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) zu jeweiligen Kanälen (CH_j(MS)).
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Zeitpunkte (τ₁), an denen die Zuweisung von Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) stattfinden soll, angegeben werden.
Basisstation, die zum Zuweisen einer Vielzahl von Mobilstationen zu Mehrnutzerkanälen zur Übertragung von Paketdaten in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem eingerichtet ist, wobei die Mobilstationen Kanälen zugewiesen werden, um die Übermittlung von Paketdaten zwischen einer Basisstation (BS) und den Mobilstationen (MS1–MS4) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation eine Steuereinheit aufweist, die dafür konfiguriert ist, auf Grundlage einer Kostenfunktion (Ψ) auszuwählen, welche Mobilstationen welchen Kanälen zuzuweisen sind; und die Kostenfunktion (Ψ) abzuleiten unter Berücksichtigung einer Menge von Parametern (P; P, T; P, T, A; P, A), die jeweiligen Mobilstationen zugeordnet sind, und durch Wählen einer ersten Kombination von mindestens zwei Mobilstationen (MS1, MS4), die gleichzeitig einen ersten Kanal (CH1, 1t) mit der Basisstation (BS) gemeinsam parallel benutzen, um zu senden und zu empfangen, und mindestens einer zweiten Kombination von mindestens zwei Mobilstationen (MS2, MS3), die gleichzeitig einen zweiten Kanal (CH2, 1t–5t) mit der Basisstation (BS) gemeinsam parallel benutzen, um zu senden und zu empfangen, wobei die gewählte Kombination der Mobilstationen (MS1–MS4) auf dem ersten oder zweiten Kanal (CH1, CH2) die erste und zweite Kombination ist, die einen Kostenwert (Ψ(P)) liefert, der die Minimierung der Gesamtenergie (P) ermöglicht, die von der Basisstation (BS) beim Senden von Paketdaten von der Basisstation (BS) an die Mobilstationen (MS1–MS4) gesendet wird.
Basisstation nach Anspruch 23, wobei jeder der Kanäle (CH1, CH2) eine Aufwärtsverbindung zum Senden von Informationen von einer Mobilstation an eine Basisstation und eine Abwärtsverbindung zum Senden von Informationen von der Basisstation an eine Mobilstation aufweist; wobei Zustandsflags (USF) erzeugt werden, die für jeden Kanal (CH1, CH2) in der von der Basisstation (1000) geführten Liste von Kanälen mit jedem Zeitrahmen (TDMA-Rahmen) jene Mobilstation (MS1, MS2) anzeigen, die autorisiert ist, Informationen an die Basisstation (1000) mit einer Steuereinheit (1030) zu senden; und wobei die Steuereinheit (1030) die Zustandsflags (USF) erzeugt.
Basisstation nach Anspruch 24, wobei die Steuereinheit (1030) aufweist: eine Verarbeitungseinheit (1040) zum Verarbeiten der Parameterwerte (MS_i(P; P, T; P, T, A; P, A)) der Parameter (P; P, T; P, A; P, A) und mindestens eine Speichereinheit (1050, 1060) zum Registrieren der Parameterwerte (MS_i(P, T, A)) für jeweilige Mobilstationen und zum Speichern von Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2), die jeweiligen Kanälen (CH_j(MS)) zugewiesen sind.
Basisstation nach Anspruch 25, wobei die Steuereinheit (1030) außerdem eine Zeitgebereinheit (1070) zum Anzeigen von Zeitpunkten aufweist, an denen die Zuweisung von Mobilstationen (MS1–MS4, MSX1–MSX3, MSY1, MSY2) stattfinden soll; wobei die Zeitgebereinheit (1070) durch ein erstes Signal (R) von der Verarbeitungseinheit (1040) auf null gesetzt wird; und wobei nach einer gegebenen Zeit (τ) die Zeitgebereinheit (1070) ein zweites Signal (U) liefert, das die Steuereinheit (1030) veranlasst, die Zuweisung zu aktualisieren.