CN1185889A - 使用松耦合的专用业务信道的稳定控制信道规划 - Google Patents

Abstract

本发明披露了在无线电通信系统中分配控制信道的方法和系统。控制信道与专用业务信道相关。可监视专用业务信道的分配历史以确定哪些专用业务信道是最常分配给基站。然后可根据该相关的专用业务信道的分配历史给该基站分配控制信道。

Description

使用松耦合的专用业务信道的稳定控制信道规划

本申请与美国申请序号08/418683、名称为“在自适应信道分配系统中自动控制信道规划”相关，并且在同一天申请。

一般地讲本发明涉及无线电通信系统中自适应信道分配，控制是涉及利用自适应信道分配的系统中的自动控制信道规划。

已经提出了有效地利用无线通信可用的有限频率范围的各种方法。一种公知的例子是频率重用，利用这种技术，将频率组分配用在称为网孔的有限地理覆盖区。包含相同频率组的网孔在地理上分开，允许不同网孔中的呼叫者同时使用相同的频率而不互相干扰。通过这样做，几千个用户可由只有几百个频率的系统提供服务。

这种系统的设计和操作在“IEEE Transactions on VehicularTechnology”1980年5月第VT29卷第2期第238-244页上的Blecher的文章“先进的移动电话业务”文章中叙述。通常称为AMPS系统的这个系统由FCC(联邦通信委员会)分配给它进一步划分为称之为信道的窄频带对的一块UHF频谱。目前在美国有分配给蜂窝移动通信的832个30KHz宽的信道。图1中示出在美国专用于移动通信的频率表。832个可用信道中有21控制信道，每个控制信道专用于A载波和B载波。这42个控制信道提供系统信道而且不能用于话音业务。其余的790个信道称为话音或业务信道，携带话音或数据通信的负担。

频率规划是一个过程，通过该过程将各个信道指定给网络内的网孔。目前，大多数频率规划是事前进行的；即固定频率规划由每个蜂窝系统经营者适当“硬接线”。这称为固定信道分配或FCA。但是，由于干扰和业务负载是随时间变化的，FCA对于系统的自适应性是不利的。例如，在微网孔、微微网孔和室内蜂窝或PCS系统中，基站放置得如此密并且环境是如此不可预测及随时间变化(例如打开一扇门改变干扰条件)，使得信道规划变得几乎不可能。由于干扰随时间变化的特性，因此，自适应方案提供明显的优点。

自适应信道分配或ACA是在整个蜂窝系统中动态地分配频率以便增加系统能力和自适应性的一种方法。根据ACA方案，更多的频率从更轻负载的网孔中分配给忙的网孔。另外，可分配这些信道使得所有链路都具有满意的质量。ACA系统的共同特性是它们分配满足预定一些质量准则的一组信道中的一个信道。但是，不同的ACA方案根据不同的准则从该组中选择信道。

ACA的概念是本领域技术人员所公知的，而且各种出版物中已叙述了其潜力。例如，1988年11月28日至12月1日，IEEE GlobalTelecomm.Conf.第1355～1359页，Hakan Eriksson的论文“自适应信道分配的容量改进”说明了与蜂窝无线电系统相关的容量增加，其中所有的信道是由所有基站共用的公共资源。在上述报告中，移动站测量下行链路的信号质量，而且是在选择具有最高信号干扰比(C/I等级)信道的基础上分配信道。

1992年丹佛市第42届IEEE Veh.Tech.Conf.论文第794～797页G.Riva的文章“蜂窝移动无线电系统的改进的动态信道分配方案的性能分析”叙述另一种方法，其中根据取得接近或稍好于所要求的C/I阈值的质量来选择信道。1986年10月14～16日在斯特哥尔摩举行的关于数字陆上移动无线电通信的第二届北欧研讨会论文集第311～315页中Furuya Y.等人的文章“移动通信系统的信道分离分布式自适应信道分配方案”叙述了ACA系统，其中链路质量的最近历史被认为是分配决定中的一个因素。除了已经提出的几个混合的系统外，ACA还适用于FCA方案上部的小频率组。1987年IEEE VTC’87论文集第405～411页中Sallberg，K.等人的论文“蜂窝移动电话系统中混合信道指配和重用划分”提供了这样的一个例子。

除了系统容量增加外，自适应信道分配可不需要系统规划。规划是由系统本身进行。当进行系统改变时、当增加新基站时或当例如由于建设或拆毁大楼引起的环境变化时，ACA的这个特性特别吸引人。

但是上述自适应信道分配方案一般只结合业务信道分配一起使用而不与控制信道分配一起使用。因此，虽然每个基站接入所有的业务信道，但是控制信道的分配一般仍是固定分配，其中每个基站使用某些预定的控制信道。由于控制信道不是自适应地分配，经营者必须在地理上规划这些信道，即哪个基站得到什么控制信道以便使在控制信道上经受的同信道干扰量最小。因此，ACA业务信道分配中实现的增加容量和自适应性的优点一般在控制信道分配中没有取得。因为控制信道已固定给每个基站，控制信道分配的变化要求昂贵的系统结构。但是，只要当业务信道和控制信道都是自动地分配时，才使经营者有效地摆脱规划该系统。

固定控制信道分配问题的部分解决方案可由将控制信道分配直接地组合入常规的ACA方案中的一种系统提供。但是，ACA程序中业务信道的分配是基于一定的准则的，如干扰、信道成功率和该信道先前的性能等，而对于控制信道，测量质量的准则是完全不同的。例如，由于以下原因存在着控制信道先前性能的不成功率：(1)不允许控制信道不成功，(2)不同控制信道的性能不能比较，因为这将要求交替地使用每个控制信道得到平均的性能测量。后者是不希望的，因为控制信道分配应当保持相当稳定。

控制信道直接地组合入常规的ACA程序中的另一个问题是在控制信道上的传输是突发和不规则的，特别是在从移动站到基站的上行链路上，因为许多移动站在不同距离的范围内和功率电平上发送控制信号。因此，这些突发控制信号的测量不提供对将ACA判定建立在其上的可靠指示。因此，将控制信道直接地组合入常规ACA程度中不是对缺乏自适应地分配控制信道的机制所存在的问题的希望的解决方案。

因此，在工业中需要在ACA系统中自动控制信道规划的系统和方法来提供控制信道分配的可靠性和系统自适应性。

因此，本发明的目的是提供一种方法和设备，使采用分配业务或话音信道的自适应信道分配(ACA)的系统也能够自动地规划控制信道。该方法可使用任何现有ACA方案分配控制信道，例如在AMPS或ADC系统中，目前由业务信道分配的经营者使用的ACA方案。

根据本发明的示例的实施例，无线电通信系统利用频谱中的一组控制信道在基站和移动站之间发送控制信道。该系统也利用一组业务信道在基站和移动站之间发送诸如话音信息之类的信息。蜂窝系统中每个基站接入所有的业务信道和所有控制信道。在该组业务信道中包括一组专用业务信道，其每个专用业务信道与该组控制信道中的一个特定控制信道相关或连接。在这些频率在该系统中被重用的地方，每个专用业务信道板其相关的控制信道的特定频率配对是相同的。

控制信道与专用业务信道的耦合提供分配控制信道的方法。通过使控制信道分配决定基于基站的专用业务信道的选择，提供ACA控制信道而不直接地将它们组合入ACA程序中。

为了提供控制信道分配中的稳定性，控制信道最好在平均的意义上与专用业务信道耦合。因此，可由该基站监视和平均基站的专用业务信道选择的最近历史，专用业务信道的平均特性用于控制那个基站的控制信道分配。这个监视和平均例如可用每个专用信道的累加器来实现。从这些累加器中可产生特定基站上的最常选择的专用业务信道的顺序表。当最常选择的专用业务信道变化时，与新的最常选择的专用业务信道耦合的新控制信道被分配给该基站。因此，根据专用业务信道的平均过去性能分配控制信道，本发明能够提供控制信道分配中的稳定性，保证控制信道对于基站保持相对稳定，适合于减慢变化，但是不是经常地从一个频率到一个频率重新分配。因此控制信道是松耦合到专用业务信道，而且在专用业务信道分配中不跟随突然的变化。

因此在重用频率的地方，控制信道与专用业务信道之间的频率配对是相同的，所以整个系统的耦合信道质量之间存在高的相关性。因此质量中的这个相关允许控制信道基于相关的专用业务信道的分配而不用直接地组合控制信道入ACA程序来自适应地进行分配。

本发明比现有的无线电通信系统还有几个其它的优点。例如，本发明允许业务信道和控制信道都自适应地进行分配，经营者完全地不必进行系统规划。不必固定地将控制信道与基站相关的好处，和适应于环境如新大楼和大建筑之类环境的慢变化的所得到的能力，或者基础结构诸如在“热点”中增加更多基站的增加是最重要的。因此本发明比只在业务信道采用ACA的系统有显著的优点。

另外，本发明通过基于业务信道的测量分配业务信道提供操作的优点。这些测量比控制信道的测量明显地更可靠和容易确定。

最后，本发明提供ACA的好处是：该系统可适应业务情况的变化。通过在限制区暂时分配更多的业务信道可适应峰值业务情况。对于控制信道，一般较少关心对不均匀业务的这个适应性。但是，本发明允许在业务情况要求时使用基站中的一个以上的控制信道。

在结合附图阅读下面详细的叙述时，本发明的前述及其它目的、特性和优点将更容易地理解了，其中：

图1是根据美国标准IS-54B分配的频谱的图示；

图2是示例的无线电通信网络图；

图3是示例的基站和移动站的示意图；

图4是根据本发明的示例实施例的频谱中的业务和控制信道图；和

图5表示根据本发明示例的实施例的基站中的累加器。

在叙述本发明的细节之前，将叙述其中可使用本发明的蜂窝移动无线电系统结构的例子。虽然所示的结构示出一个数字系统，但是本领域的技术人员懂得，在其它类型的系统如模拟的或双模式系统中实现本发明也是可能的。

图2是表示在蜂窝移动无线电话系统中的十个网孔C1至C10的示意图。通常，根据本发明的方法是在包括比10多得多的网孔的蜂窝移动无线电系统中实现的。为此讨论的目的，这里所绘出的系统认为是已公开的较大系统的一个分离部分。

对于每个网孔C1至C10，有相应的基站B1至B10。图2表示位于网孔中心附近并具有全向天线的基站。但是相邻网孔的基站可共同放置在网孔边界附近并具有定向天线。

在图2中还示出十个移动站M1至M10，它们可在一个网孔内和从一个到另一个网孔移动。根据本发明的方法可在包括比十多得多的移动站的蜂窝移动无线电系统中实现。通常，移动站比基站多得多。

图2所示的移动交换中心MSC例如通过电缆或诸如固定无线电链路之类的其它媒介连接到所有的十个基站。该移动交换中心利用电缆或其它媒介也接到例如公共交换电话网或具有ISDN设施的类似的固定网络。为了简化说明，图2中没有示出从该移动交换中到基站的所有连接和到固定网络的连接。

图3中示出示例的基站110和移动站120。基站包括控制与处理单元130，它接到MSC140，后者又接到公共交换电话网(未示出)。

网孔的基站110包括由业务信道收发信机150处理的多个业务或话音信道，该收发信机150由控制与处理单元130控制。而且，每个基站包括一个控制信道收发信机，它可以处理一个以上的控制信道。控制信道收发信机160由控制与处理单元130控制。控制信道收发信机160在基站或网孔的控制信道上广播控制信息给锁定在那个控制信道的移动站。业务信道收发信机广播业务或话音信道，这些信道也可包括数字控制信道位置信息。

当移动站120第一次进入空闲模式时，它周期地扫描基站如基站110的控制信道，以便确定锁定在哪个网孔上。移动站120在其业务和控制信道收发信机170上接收控制信道上广播的绝对和相对信息。然后，处理单元180评价接收的控制信道信息，该信息包括候选网孔的特性，和确定该移动站应锁定在哪个网孔。接收的控制信道信息不仅包括有关它相关的网孔的绝对信息，而且可包含有关接近该控制信道相关的网孔的其它网孔的相对信息。这些相邻网孔被周期地扫描，同时监视主要控制信道以便确定是否有更合适的候选网孔。

在上述无线电通信系统中，根据本发明的示例的实施例的频谱被分为两部分，一部分用于控制信道和一部分用于业务信道。图4表示N控制信道F_cl至F_cN的组50。在AMPS和IS-54系统中，例如，位于该频谱的专用部分中的21个频率的组可设置在控制信道旁边，这样移动站知道在该频谱的什么地方扫描控制信道。根据其它方案，控制信道可放置在彼此不相邻的信道上，和可由移动站使用各种机制如在业务信道上发送的位置信息定位。本领域的技术人员懂得，本发明可应用到其中采用控制信道的任何系统。

图4还示出用于业务的N+M信道的组60和70，包括N个专用业务信道F_dtl至F_dtN的组60。例如，21信道、专用业务信道组60可被规定在信道间隔的某地方，如与组50相邻，虽然不要求这个特别安排。最后，图4表示M普通业务信道F_t1至F-tM的组70。

与常规的系统不同，根据本发明的示例实施例的控制信道可由任何基站使用，和事先不固定分配控制信道给基站。而是如图4所示的，每个控制信道耦合到或与一个专用业务信道相关，得到N对控制/专用业务信道F-ci/F-dti，i的范围从1至N。频率分配以及用于控制信道、专用业务信道和普通业务信道的频率划分的方法在蜂窝系统的每个基站中可能是相同的。另外，每个专用业务信道和它的相关控制信道的特定频率配对在该系统的每个基站中可能是相同的。

例如包括专用业务信道的业务信道可直接地组合入ACA方案，从而根据改变干扰情况将它们分配给基站。用于业务信道的ACA方案最好是一个分布方案，即ACA方法使用本地信息并且在基站或MSC中进行。在这样的ACA方案中，可能出现专用业务信道的再分配，例如，因为来自在相同的专用业务信道频率上发送的相邻基站的不可接受的高的同信道干扰电平。因为该干扰的相邻基站使用相同的专用业务信道和相关控制信道的配对，所以也可能在控制信道频率上有不可接受的高干扰。换句话说，因为所有基站中的所有控制信道以相同的方式耦合到业务信道组60中的专用业务信道，所以在耦合的信道中质量和干扰电平之间有很强的相关。因此，通过ACA方案优化组60中的专用业务信道也将自动地优化组50中的控制信道。由于最成功的专用业务信道是具有最低同信道干扰的信道，所以希望使用它的相关的控制信道作为该网孔的控制信道。这是因为专用业务信道与控制信道之间的耦合在整个系统的所有基站中是相同的。因此，在每个网孔中专用业务信道和它的相关控制信道的同信道干扰条件在质量上非常相似。此外，使信道分配决定基于业务信道的测量而不基于控制信道的测量，增强了系统的可靠性。因为在控制信道上的传输是突发的和不规则的，特别是在从移动站到基站的上行链路上，所以业务信道的测量提供ACA判定建立其上的更可靠的指示。下面叙述根据本发明的其中业务信道和控制信道之间的耦合或相关的方式用于分配控制信道。

控制信道分配中的稳定性(即，保证控制信道对基站保持相对稳定，适用于减慢变化，但没有从一个频率到一个频率的跳频)是有利的，因为移动站通常使用控制信道作为参考，例如进行有关基站选择站的判定、自适应功率控制和自适应业务信道分配。移动站辅助ACA和APC在1994年3月7日提交的美国专利序号08/207032、名称为“使用功率控制和移动站辅助转换测量的信道分配方法和系统”中进一步讨论，引用在此供参考。因此，根据本发明的控制信道分配是基于在一个时间期间上专用业务信道的每个网孔的利用率。给定专用业务信道和它们相应的、耦合的控制信道之间的上述质量相关，与最常使用的专用业务信道相关的控制信道将分配给一个网孔或基站。

因此示例的实施例可包括在每个基站中监视专用业务信道分配的步骤。在基站的控制器中，例如，如图5所示的，可为N个专用业务信道提供N个累加器。每次专用业务信道分配用于连接时，可递增其相应的累加器。在一定的操作期间之后，因此累加器的内容指示在ACA程序中哪些专用业务信道是最成功的，例如最常分配哪些专用业务信道。因此，可提供具有最佳的专用业务信道的顺序表，从最成功的专用业务信道开始。累加器可具有一个有限存储器，例如，在几小时或几天的期间内累加业务信道信息。以这种方式，该系统适用于明显的系统变化，如在附近增加一个新基站，而不允许统计偏差引起控制信道指配中的变化。优选表可使用专用业务信道的平均性能制作，得到低通滤波的形式或信道分配对时间的积分。以这种方式，当转换、出现丢失呼叫或呼叫终止时，这样的事件平均地讲不影响该优选表，因此不影响控制信道分配。

由于是在相对长的时间间隔如几小时或几天内进行累加器中平均的，仅仅慢变化才改变专用业务信道表的顺序，从而改变控制信道的分配。但是，对环境变化的响应时间可由累加器的有限特性减少。例如，如果在特定的基站专用业务信道具有很好的历史，其累加器内容是很高的。如果这个专用业务信道随后变得不成功并且保持不成功，则另一个专用业务信道将代替它。如果累加器不是有限的，这个转变可能要用很长时间。累加器容量越小，它们对“步进”输入的响应越快。但是，进行积分或低通滤波越小，累加器对偏差的灵敏度越大。因此有限累加器提供一个漏泄(Leaky)积分器。

因为有专用业务信道的顺序表，所以也有一个相应的控制信道顺序表，基站可使用该控制信道顺序表分配一个或几个控制信道。即使要求在网孔中一个以上的控制信道的峰值业务负荷的情况中，可分配多个控制信道，从顺序的控制信道表上部的第二控制信道开始并向下进行分配。但是这个附加的控制信道分配不必要求相关专用业务信道的分配。

为了获得高质量的专用业务信道的测量，应该避免其中ACA方案只分配普通业务信道的长时间期间。例如，这可要求ACA方案在只要网孔中有用户工作时就分配至少一条专用业务信道来获得。在专用业务信道上的用户挂机或转换到另一个基站的情况下，下一个业务信道分配(在呼叫建立或转换时)最好应使用专用业务信道。

前面的叙述集中在本发明的特性。本领域的普通技术人员容易理解，本发明可应用于任何ACA方案，即，基于任何质量准则选择方案的自适应信道分配。此外，虽然根据移动站和蜂窝系统一般地叙述了说明性的实施例，但是会懂得，本发明可应用于任何类型的无线远端设备(如PCS、PDA、调制解调器、数据终端，便携单元)和任何类型的系统(如卫星传输系统、混合的卫星和基于陆地的传输系统、室内系统等)。

前面的叙述集中在本发明的特性。本领域的普通技术人员容易理解，本发明可应用于任何ACA方案，即基于任何质量准则选择方案的自适应信道分配。虽然这些示例的实施例假定为控制信道使用分配的固定频率组(如为AMPS和IS-54分配的21个控制信道)，但本领域的技术人员认识到，本发明也可应用于其中控制信道频率不是固定的系统。例如，IS-136中的数字控制信道(DCC)方案允许数字控制信道放置在该频谱的任何地方。但是，由于支持DCC的每个载波也支持三时隙IS-136 TDMA方案中的两个业务信道，这些业务信道之一可耦合到共用载波上的DCC。

上述示例性实施例在各方面讲都是本发明的说明性的，而不是限定性的。因此本发明可能在具体实现中有许多变化，这些变化可由本领域技术人员从包含在本说明书的叙述中得出。所有这样的变化和修改都被认为在由以下权利要求书定义的本发明的范围和精神内。

Claims (14)

1.在无线电通信系统中分配控制信道的方法，包括步骤：

在所述无线电通信系统中提供多个业务信道；

在所述无线电通信系统中提供多个控制信道；

将专用子集中的所述多个业务信道的每个业务信道与所述多个控制信道的相应控制信道进行相关；

在一个时间期间累加每个专用业务信道分配给基站的次数；和

根据所述计数的次数分配控制信道给所述基站。

2.根据权利要求1的方法，还包括步骤：

分配所述多个控制信道的另一个控制信道给所述基站而不分配相关的专用业务信道给所述基站。

3.一个基站，包括：

用于在业务信道和控制信道上发送信号的一个发射机；

用于计数每个所述业务信道分配给所述基站的次数的装置；和

用于通知系统所述的计数次数的装置。

4.根据权利要求3的基站，其中所述业务信道包括与所述控制信道耦合的多个业务信道的一个专用子集。

5.在具有在业务信道和控制信道上发送信息的基站的无线电通信系统中，一种分配控制信道给基站的方法，包括步骤：

将至少一个业务信道与一个控制信道；

分配该业务信道给基站进行相关；和

基于给该基站的相关业务信道的分配，分配该控制信道给该基站。

6.根据权利要求5的方法，其中业务信道用自适应信道分配被分配给基站。

7.根据权利要求5的方法，其中第一分配步骤还包括步骤：

基于至少一个预定的质量准则分配所述业务信道给所述基站。

8.根据权利要求5的方法，还包括步骤：

计数将每个相关的业务信道分配给一个基站的次数；和

根据该计数的次数分配控制信道。

9.根据权利要求5的方法，还包括步骤：

确定在预定时间期间哪个相关的专业信道最常分配给一个基站；和

给所述一个基站分配与该确定的业务信道相关的该控制信道。

10.根据权利要求5的方法，还包括限制分配给一个基站的相关业务信道数的步骤。

11.根据权利要求5的方法，还包括分配另外的控制信道给一个基站而不给所述一个基站分配与该另外控制信道相关的业务信道的步骤。

12.无线电通信系统中的一个基站，包括：

在业务信道和控制信道上发送信号的发射机；

计数分配每个业务信道给基站的次数的装置；和

根据计数的次数选择分配给该基站的控制信道的装置。

13.根据权利要求12的基站，其中至少一个业务信道与一个控制信道相关。

14.根据权利要求13的基站，其中该选择装置选择在预定时间期间与具有最高计数次数的业务信道相关的一个控制信道。

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