专利名称：蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及蜂窝移动通信系统中的资源分配技术。
随着移动通信的发展，移动通信用户急剧膨胀。于是对移动通信系统的容量提出了越来越高的要求。为了寻求更高的容量，蜂窝系统的无线覆盖方式将逐步由小区向微小区发展。通过将小区分裂成半径更小的微小区，可以增加频谱的空间复用率，大大增加了系统的容量。但是，由于微蜂窝的电波传播的不规则使得微蜂窝的覆盖十分不规则，这就使得信道复用的规划变得十分困难，甚至成为不可能。
采用信道动态分配是解决这个问题的一个方法。在这种方法中，每个小区随机选取一个信道判断是否有邻近小区在使用该信道。如果没有，则使用该信道，否则，尝试另一个信道。引入这种方法后，系统无须再进行信道复用规划，信道将动态使用。然而，由于这种方案对信道使用的随意，会导致频谱利用的低效。
为了克服信道动态分配的这个缺点，理论上提出了许多对基本的动态信道分配进行改进的方法。其中Yoshihiko Akaiwa和Hidechiro Andoh的文章《Channel Segregation-A Self-Organized Dynamic ChannelAllocation MethodApplication to TDMA／FDMA MicrocellularSystem》(IEEE J-SAC Aug．1993，pp 949-954)提出了一种利用自组织方式进行信道动态分配的自适应紧密复用的方案。而A．Baiocchi等的文章《The Geometric Dynamic Channel Allocation as a PracticalStrategy in Mobile Networks with Bursty User Mobility》(IEEE Trans．Veh．Technol．Vol．44，No．1，Feb．1995．pp 14-23)是一种预先设定优先级来保证信道分配的紧密的方案。
信道动态分配一般可以按照实现的方式分成两大类话务量自适应和干扰自适应。前者在分配每一个信道时均需要严格判断是否在信道复用距离内有相同信道被使用，这种方案需要大量的传递信道在各个位置的使用状态的信令交换。干扰自适应则是在分配信道时判断该信道的质量是否满足信道分配的质量门限要求，只要满足分配门限则分配该信道。采用干扰自适应原则，有利于减少信令交换量。但是，在实际系统中，难以实时获取全部信道状态。
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，而提供一种基于干扰自适应方式，信令交换量少且容易实现的，蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法。
本发明的目的是这样实现的，一种蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法，基于信道分配的干扰自适应方式，并通过信道在各个小区的的干扰状况和分配的成功／失败记录来动态调整该信道在各个小区的分配优先级，从而实现自组织性质的信道动态分配。
本发明的方法提供一种蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法，其特征在于，包括以下步骤1．在系统的初始设置中，给系统中的每一个小区都配置全部的信道，并且对每一个小区都配置各自的信道使用的优先级；2．在系统运行中，每个小区中的信道分配处理是按优先级的高低从优先级最高的信道开始依次进行判断和处理；并且，依据信道的干扰状况和分配的历史成功／失败记录来调整信道在各个小区中的优先级，当信道干扰减小或分配成功时，则提高信道分配的优先级；相反，当信道干扰加大或分配失败时，则降低信道分配的优先级。
本发明的蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法，基于信道分配的干扰自适应方式，并通过信道在各个小区的的干扰状况和分配的成功／失败记录来动态调整该信道在各个小区的分配优先级，信令交换量少且容易实现的。实施本发明方法能够提高数字蜂窝系统的信道复用度，从而提高系统的容量，并且避免了微蜂窝系统困难的信道复用规划，具有很强的实用性。
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
图1为应用本发明方法的移动通信系统的系统框图；图2为应用本发明方法的移动通信系统中的基本小区的初始信道配置示意图；图3为本发明方法的第一实施例的信道优先级初始设定示意图；图4为本发明方法的第一实施例的信道分配处理流程图；图5为本发明方法的第二实施例的小区分类标识示意图；图6为本发明方法的第二实施例的信道优先级初始设置示意图；图7为本发明方法的第三实施例的信道分配处理流程图。
我们以GSM数字移动通信系统为例说明本发明，但本发明的方法同样可以适用于其他类型的蜂窝移动通信系统。
如图1所示，应用本发明方法的移动通信系统包括在系统服务区中移动的若干个移动台(MS)14，基站收发台(BTS)13，基站控制器(BSC)12和移动交换中心(MSC)11。通常，一个基站控制器会管理多个基站收发台。而在一个实际系统中多个如图1所示的系统将通过一个移动交换中心相连。
如图2所示，给应用本发明方法的移动通信系统中的每个小区配置一定数量的收发器(TRX)，每个收发器拥有一定数量的信道(Ch)。以GSM系统为例，一个TRX应用于一个固定的频点，而一个频点划分为8个时隙信道。于是，在基本配置的情况下，小区载频(即TRX)的数量就决定了小区能够使用的信道的范围。
本发明的第一实施例和第二实施例均采用这种配置。为了能够实现对所有信道的的使用，需要对每个小区都配置全部的信道。第一实施例在本发明的第一实施例中，本发明的方法包括以下步骤1．给所有的小区都配备全部的信道。同时，在系统初始运行时也不区分各个小区的信道搜索次序。对于所有小区都配置如图3所示的信道优先级链，即每个小区分别设置各自的信道优先级。2．当系统开始运行后，各个小区都将按照图4所示的分配流程分配信道1)当有一个呼叫在小区中产生或有一个切换进入小区时，信道分配处理将从信道优先级最高的信道开始判断；2)当该信道空闲而且信道质量满足信道接入门限要求时，则将此信道分配给呼叫，同时按照下面的信道优先级调整算法调整优先级，并转7)。Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；3)当该信道已经被本小区占用，转5)4)当该信道的质量不满足接入门限时，按照下面的优先级调整算法调整优先级。Ns=Nf+1；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；5)如果已经是最后一个信道，则转6)，否则选择优先级次之的信道，并转2)。6)阻塞呼叫。7)结束。
上面的公式中，Ns为信道被选择尝试的总次数，Na为信道分配成功的总次数，Nf为信道分配失败的总次数。P表示信道的优先级，Ph表示信道分配的历史失败率，Pq表示信道的质量的相对值，通常可以通过计算该信道的干扰与具有最大干扰的信道的干扰值的比值获得，具体的实现方式可能不同，但思路都与本发明相同，只要保证当信道质量单调变化时有明显的单调变化即可。A和B为调整优先级时两种因素的调整权值。
本发明每间隔一段时间T，对各个信道的质量状况(如接收到的信道干扰电平或载干比)进行一次检测，同时对质量改变的信道进行优先级调整。以获取的信道干扰数据是干扰电平LI为例，信道Ch(k)的优先级调整算法为Pq=LIk／Max (LIi｜i=1，N)；P=A*Pq+B*Ph；可以看到，Pq本身已经反映了信道在小区中使用的优先级顺序，但是由于在实际系统中它的获得往往不够实时(因为如果随时获得所有信道的干扰情况需要大量的处理时间)，所以，本发明将信道的历史分配成功记录Ph加入优先级中来弥补Pq的不足。对于实际应用本发明时，可以根据系统的具体差异来灵活地设定二者的权重。如果系统可以及时地获得全体信道的实时干扰情况，则可以将A设置为远大于B，甚至将B设置为0；相反，如果信道的干扰状态不易获得，则可调整A为0，而只使用信道分配历史记录进行优先级调整。
系统通过一段时间的运行，各小区的信道优先级将被调整到一个各自分离的状态，实现了信道的自适应配置。
但是第一实施例没有考虑到实际系统中基于TDMA／FDMA的系统(如GSM)的情形。在GSM系统中具体的信道是不同频点上的时隙。一个频点通过划分为8个时隙实现8条全速率信道。而第一实施例的实现方式没有考虑这种频点和时隙的密切的天然联系。在信道使用过程中可能会造成每个小区都只使用了不同频点中的个别信道。这对于设备使用是不合理的，当设备的配置不足时(如第三实施例)，这种影响是比较严重的。为此我们提出本发明的第二实施例。第二实施例在本发明的第二实施例中，本发明方法包括以下步骤1．给所有的小区都配备全部的信道。对各个小区的信道的初始选择顺序进行了规定，即在系统初始化时就对信道设置了初始优先级。下面结合图5和图6对本实施例的初始优先权的设置进行详细的说明。
在第二实施例中，各个小区按照复用模式K被划分成K类，如图5所示，为一个小区被分成七类的示例。在初始化时，对于不同类别的小区进行不同的信道优先级设定。如图6中所示，不同的小区的信道优先级的起点(即最高优先级)彼此错开，对于A类小区，其中的信道按照信道初始优先级由高到低排列为Ch1，Ch2，Ch3，…，Ch N；B类为Ch i，Ch i+1，…，Ch N，Ch1，Ch2，…，Ch i-1；G类小区的信道优先级顺序为Ch k，Ch k+1，…，Ch N，Ch1，Ch2，…，Ch k-1。其中各小区优先级起点的划分边界可以按照各类小区的话务量负荷的预期值大致设置，如可以将预期话务量负荷最大的信道设为最高优先级。
通过这样的划分，信道在使用时会首先遵循初始优先级的顺序进行。这样，一方面减小了信道使用的冲突，同时也可以解决类似同一载频的信道集中使用这样的问题，通过初始优先级的设置引导系统将某些信道集中使用。2．采用如第一实施例的信道分配流程和优先级调整方式。第三实施例
本发明的第三实施例是对第二实施例的进一步改进。
前面的两个实施例都为所有的小区配备了系统的所有的信道，但是这种配备意味着大量的收发设备的冗余。当通过引入第二实施例中信道初始优先级设置，将各个小区的信道使用尽量集中后，设备冗余的现象将会更加明显。甚至可能出现一些收发器一直处于未使用的状态。另一方面，如果我们在本发明中假定收发设备可以实时应用于不同的频点和时隙，我们就有更充分的理由将大量的设备冗余减小到满足小区最大话务量下一定呼叫率要求的信道配置数。
但是，在设备配备不足(指未配置全部信道同时使用的设备)时，可能出现信道空闲，但没有设备服务的情况(尽管在第二实施例的前提下，这种情况已经有所减小)。当这种情况出现时，如何调整信道优先级就成为一个问题。Yoshihiko Akaiwa的文献中认为，如果这种情形下降低信道的优先级，则系统的整体性能将会落入局部最优点。为此，他提出在此情形下将信道优先级提高。于是，如图7所示，在第三实施例中，系统开始运行后，对信道空闲且无干扰，但由于设备不足，无法使用时，同样按照信道分配成功情形调整优先级。于是，本实施例的信道分配流程更改如下1)当有一个呼叫在小区中产生或有一个切换进入小区时，信道分配处理将从信道优先级最高的信道开始判断；2)当该信道空闲而且有空闲设备，信道质量也满足信道接入门限要求时，则将此信道分配给呼叫，同时按照下面的信道优先级调整算法调整优先级，并转7)。Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；3)若信道空闲且满足接入门限，但没有空闲设备供接入时，调整信道优先级如下，并转6)。Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；4)当该信道已经被本小区占用，转6)5)当该信道的质量不满足接入门限时，按照下面的优先级调整算法调整优先级。Ns=Nf+1；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；6)如果已经是最后一个信道，则转6)，否则选择优先级次之的信道，并转2)。7)阻塞呼叫。8)结束。
权利要求
1．一种蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法，其特征在于，包括以下步骤1)在系统的初始设置中，给系统中的每一个小区都配置全部的信道，并且对每一个小区都配置各自的信道使用的优先级；2)在系统运行中，每个小区中的信道分配处理是按优先级的高低从优先级最高的信道开始依次进行判断和处理；并且，依据信道的干扰状况和分配的历史成功／失败记录来调整信道在各个小区中的优先级，当信道干扰减小或分配成功时，则提高信道分配的优先级；相反，当信道干扰加大或分配失败时，则降低信道分配的优先级。
2．根据权利要求1所述的信道动态分配方法，其特征在于在步骤1)中，初始优先权的设置方法是，将各个小区按照复用模式进行分类；将不同类别的小区的信道优先级的起点彼此错开。
3．根据权利要求2所述的信道动态分配方法，其特征在于在步骤1)中，所述的不同类别的小区中，将预期话务量负荷最大的信道设为最高优先级的信道。
4．根据权利要求1或2所述的信道动态分配方法，其特征在于在所述的步骤2)中，各个小区的信道分配采用如下的流程(1)当有一个呼叫在小区中产生或有一个切换进入小区时，信道分配处理将从信道优先级最高的信道开始判断；(2)当该信道空闲而且信道质量满足信道接入门限要求时，则将此信道分配给呼叫，同时按照下面的信道优先级调整算法调整优先级，并转(7)；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；(3)当该信道已经被本小区占用，转(5)(4)当该信道的质量不满足接入门限时，按照下面的优先级调整算法调整优先级；Ns=Nf+1；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；(5)如果已经是最后一个信道，则转(6)，否则选择优先级次之的信道，并转(2)；(6)阻塞呼叫；(7)结束；上面的公式中，Ns为信道被选择尝试的总次数，Na为信道分配成功的总次数，Nf为信道分配失败的总次数；P表示信道的优先级，Ph表示信道分配的历史失败率，Pq表示信道的质量的相对值，A和B为调整优先级时两种因素的调整权值。
5．根据权利要求4所述的信道动态分配方法，其特征在于在所述的步骤2)中，反映信道质量的优先级的算法为Pq=LIk／Max(LIi｜i=1，N)其中，LI表示干扰电平。
6．根据权利要求1或2所述的信道动态分配方法，其特征在于在所述的步骤2)中，各个小区的信道分配采用如下的流程(1)当有一个呼叫在小区中产生或有一个切换进入小区时，信道分配处理将从信道优先级最高的信道开始判断；(2)当该信道空闲而且有空闲设备，信道质量也满足信道接入门限要求时，则将此信道分配给呼叫，同时按照下面的信道优先级调整算法调整优先级，并转(7)；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；(3)若信道空闲且满足接入门限，但没有空闲设备供接入时，调整信道优先级如下，并转(6)；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；(4)当该信道已经被本小区占用，转(6)(5)当该信道的质量不满足接入门限时，按照下面的优先级调整算法调整优先级；Ns=Nf+1；Na=Na+1；Ph=Nf／Na；P=A*Pq+B*Ph；(6)如果已经是最后一个信道，则转(6)，否则选择优先级次之的信道，并转(2)；(7)阻塞呼叫；(8)结束。
7．根据权利要求6所述的信道动态分配方法，其特征在于在所述的步骤2)中，反映信道质量的优先级的算法为Pq=LIk／Max(LIi｜i=1，N)其中，LI表示干扰电平。
全文摘要
本发明一种蜂窝移动通信系统中的信道动态分配方法。基于信道分配的干扰自适应方式,并通过信道在各个小区的干扰状况和分配的成功/失败记录来动态调整该信道在各个小区的分配优先级,信令交换量少且容易实现的。实施本发明方法能够提高数字蜂窝系统的信道复用度,从而提高系统的容量,并且避免了微蜂窝系统困难的信道复用规划,具有很强的实用性。
文档编号H04W16/10GK1281325SQ9911629
公开日2001年1月24日 申请日期1999年7月16日 优先权日1999年7月16日
发明者程江, 陈巍, 张军 申请人:深圳市华为技术有限公司