CN1138395A - 通信系统资源分配的方法 - Google Patents

Abstract

一种用以在通信系统中分配通信资源的方法包括从通信系统中提取一个通信系统资源分配(步骤404)。将分配参数设定为初始值(步骤406)，从网孔中随机地选择通信资源(步骤414)。一个候选的通信资源由所选定的通信资源替换或更换(步骤416)，利用该候选通信资源评估系统性能(步骤422)。如果系统性能改善了，则该候选资源保留作为分配的一部分(步骤426、432)，或者如果系统性能降低了，则该候选资源根据概率保留(步骤428、432)。如果分配参数是有效的(步骤408)，则重复上述步骤，一旦完成，便把新的通信资源分配下装到通信系统中(步骤410)。

Description

通信系统资源分配的方法

本发明涉及通信系统，具体涉及在通信系统内分配通信资源的方法。

通信系统尤其是蜂窝通信系统是众所周知的，已知的蜂窝系统是由多个个别的网孔现场(cell site)组成的，每个网孔现场都配备得可与位于网孔现场内的移动通信单元通信。网孔现场内的通信是在通信资源上导通的，该通信资源通常称为“通信信道”，可由一对无线电频率组成，利用它可使移动通信单元与网孔现场收发信机发送和接收信息。通信资源中的一些可以专用于特殊功能，例如双向传输控制信息，然而，通信资源的总量是有限的。

在规划蜂窝无线电话系统的过程中，在使系统容量最大化、提供载波对干扰(C/I)的抗扰性、满足网孔到网孔的越区切换拓扑等方面存在着永无止境的压力，这主要是由于可得到的无线电频谱太少的原因，亦即通信信道的数量太少。为了增加容量，有限数量的通信资源在整个蜂窝通信系统内的不同的网孔现场须重复地再使用。然而，较高的资源重复使用率严重的影响C/I并且因为越区切换准则的要求也是不可能。鉴此，留给系统操作者非常困难的任务是尽可能的以最有效的方式向网孔分配资源，可是这个任务是费力的精细的任务。一旦资源在系统内被分配，调谐该系统以减少对资源干扰的影响或从网孔增加/除掉资源来平衡容量的工作经常是不执行的，即使系统性能建议它应该如此。

把频率(信道)分配给蜂窝系统的网孔现场的目前方法通常是人工执行的。预先安排的频率组典型地分配给按照特定重复使用图形，典型的是均匀拼合的六边形网孔现场的格网规划的网孔。这个方法假定网孔现场根据规划过程安装“在格网上”。很遗憾，很多约束例如昂贵的房地产、不可行的天线场地、分区法令等阻碍蜂窝系统操作者获得把网孔现场安装到这些“格网”上的位置的权利。在谋求利用通常的频率重复使用图形时不使网孔现场安装在“格网”上会引起许多干扰问题。这是由于以下事实造成的，亦即许多重复使用的和相邻的信道安装在相互不再在“格网”上(例如太靠近)的网孔现场，因而相互干扰。利用传播工具来检查该系统的特定区域以确定在网孔对之间的信道重复使用或相邻信道利用率是否存在任何潜在的问题。对于困难的地形区(山区、水域、高密度建筑区)来说，由于射频(FR)传播问题而使基于格网的频率规划很难实施。

重复使用频率规划的方法将预先定义的频率组的多个集用于每个重复使用的扇形区或按照重复使用图形的网孔现场。对于每种类型的重复使用图形具有不同的频率组。例如，对于高级移动电话业务(AMPS)4扇形区重复使用图形在24个组中的每个子组典型地具有14个话音信道。为每个扇形区或网孔现场典型地分配(保留)话音信道的一个完整的子组。如果一个特定的现场只需要8个信道，则多余的信道或是被保留(浪费资源)，或是把子组弄碎成为碎片(fractional)组并在别处重复使用。

频率规划过程是一个非常费时的过程。典型地是先在纸上作出一套分配方案，然后作出RF传播估计以便确定在重复使用邻信道之间是否有问题。如果查出问题，则规划者放弃这些尚未实施的分配方案，重新设计新的分配方案。如这个迭代过程继续进行直到获得可接受的规划方案。对于一个典型的系统如Las Vegas，这个过程从起草开始需要3-4周时间。

业已建议使用自动提供通信资源分配的方法，例如，AllanShedlo于1994年10月12日提交的、美国专利申请号为081332046的、名称为“在通信系统中分配通信资源的方法”的专利申请中讲述了一种对于蜂窝系统已分配的信道中提供调谐信道的方法。该专利申请现已共同受让。该方法利用反复逼近技术，根据预先定义的分配标准来改变蜂窝系统的信道分配。

Anton、Kunz和Ruber在他们的名称为“CHANNELAS-SIGNMENT USING SIMULATED ANNEALING”的论文中业已建议利用称为“模拟退火”技术的一种分配信道方法。以“模拟退火”为标题其特征在于模拟的退火过程实质上是获得系统最小值。应用这些模拟退火技术来进行信道分配存在几个缺点，包括不可接受的收敛次数和缺乏100％的信道分配。

据此，现在需要一种对通信系统的网孔分配和再分配通信资源的方法，这考虑了系统的必须满足的各种准则而不花费过量的时间和资源。这种方法必须准许100％的信道分配，同时还伴随着减少信道干扰和在越区切换的候选网孔中减少同信道和邻信道的重复使用。

图1示出一种典型的蜂窝通信系统的示意图；

图2示出一个具有资源指配的分扇形区蜂窝通信系统的示意图；

图3示出一种典型的通信系统的方框图；

图4-A和图4-B示出根据本发明优选实施例的一种用以在通信系统内分配资源的方法的流程图；

图5示出根据本发明优选的实施例的一种确定系统性能等级方法的流程图；

图6-A、6-B和6-C示出根据本发明的优选实施例的用以确定系统性能等级的方法流程图；

本发明针对一种用以在蜂窝通信系统中分配资源的方法。对于在一个现有的系统内“调谐”或再分配通信资源而言，本发明的方法可等同地应用于执行蜂窝通信系统的初始资源分配。

参见图1，图中示出一种典型的蜂窝通信系统10，包括多个网孔12-20，每个网孔各由一个基站22服务，用于向一个网孔内的移动通信单元24、26提供通信服务。在该基站与移动通信单元之间的通信业务是由已分配给该网孔的多个通信资源中的一个通信资源来提供的，移动通信单元24、26与该基站22之间的通信可以任何数量的格式进行，例如公知的频分多址(FDMA)或时分多址(TOMA)。据此，可以理解，通信资源根据在移动单元与基站间提供双工通信的需要可由具有一个单一的射频或一对射频的通信信道组成。

图2示出一个划分扇形区的蜂窝通信系统11。图中，网孔现场40、42、44和46各自都被划分成多个扇形区。每个扇形区都配给通信资源A-L，用以对扇形区内工作的移动通信单元服务。通信资源A-L可由通信信道组组成，但也可以是个别的通信信道。在本说明书中，术语“网孔”是指一个网孔、扇形区、覆盖区或指已提供了蜂窝通信服务的区域。在分配资源时操作者须考虑：在所有网孔间的载波对干扰比(C/I)，每个网孔所需的资源数量，信道组的数量(通信资源是以通信信道组的形式分配给网孔)，最小信道间隔和越区切换的拓扑结构。

图3进一步示出通信系统10的各单元，如图所示，每个基站22包括多个收发信机28，该收发信机工作时在一个已分配的通信资源上与移动通信单元24或26通信。基站22也可包括专用的收发信机，用以在专用的资源上向工作在网孔内的移动通信单元提供例如控制和信令的信息。每个基站与一个基站控制器30相链接。当一个移动通信单元请求服务(亦即始发一个呼叫或被寻呼以接收网孔内的呼叫)时，该基站控制器30令合适的基站从已分配给该基站的多个通信资源中指定一个通信资源用于与移动通信单元建立通信。

基站控制器30还令一个移动通信单元在适当时候从第一网孔越区切换到一个越区切换目标的网孔。在这种情况下，当需要越区切换时，该基站控制器令该越区切换目标的网孔基站指定一个通信资源，还令第一基站指令移动单元从第一基站所指定的通信资源调谐到目标越区切换基站指定的通信资源上。从上文可知，在建立通信资源分配的过程中，干扰的通信资源不应分配给很可能是移动单元越区切换的网孔。这可防止越区切换目标网孔基站对于干扰的资源的避免指配和由于干扰而引起的潜在丢失。

基站控制器30也与一个移动交换中心32通信。移动交换中心的作用是接收来自基站控制器的消息，并把这些消息传送到公共交换电话网(PSTN)34或该通信系统的其它单元，以使移动通信单元与陆地有线电话客户或另一个移动通信单元之间分别建立通信。

参见图4-A和4-B，图中示出根据本发明的一种通信系统资源分配的方法。该方法在步骤402开始，进入步骤404，一个现有的通信系统资源分配(方案)从一个通信系统数据库(未示出)中被检索出来。在一个典型的蜂窝系统中，通信资源分配保存在MSC、BSC和BTS处。该方法进入步骤406，在那里将分配的参数被设置为初始值。

该方法继续前进到步骤408，在本发明的优选实施例中，该方法根据一对计数即Max-count(最大计数)和N对不同分配参数值进行迭代，如将详述的那样。一旦信道分配方法的这些迭代完成了，就在步骤410将新的信道分配(方案)下装到通信系统数据库中。

如果Max-Count还没有达到，则该方法进到步骤412。在步骤412，检查第二个上述的迭代参数N。参数N提供以给定的分配参数完成系统分配的交换(SW AP)/更换(mutation)次数。这是在步骤414首先随机地从通信系统网孔中选择一个可变通信资源来实现的。可变通信资源是指配给一个给定覆盖区的资源而且不是冻结的，如下所述。接着在步骤416，按照概率进行选择，或在步骤418，该方法随机地从该通信系统的另一网孔中选择一个候选通信资源(即交换(SW AP)通信资源)，或在步骤420，从多个可获得的通信资源中随机选择一个候选的通信资源(即更换通信资源)，于是，本方法可在该通信系统中识别出一个候选的通信资源。这个概率可能是随意指定的，在本实施例中概率为0.5。然后，在步骤422，该候选的通信资源被转换为可变通信资源，并且利用候选通信资源评估系统性能。

这时通信资源分配已包括候选的通信资源并且系统性能评估过，在步骤424，确定第三概率，它与分配参数的倒数有关。这个概率用于确定该候选通信资源是作为资源分配的一部分，还是在分配中保留所选择的可改变的通信资源。

在步骤426，确定系统性能是否改善了。如果系统性能改善了，则在步骤432该候选通信资源是可接受的，即保留作为通信资源分配的一部分。如果系统性能未改善，则拒绝该候选的通信资源。在步骤428，根据第三概率，即使系统性能下降了，该候选的通信资源也是可接受的。这就提供了在搜索一个较低的、全球的最小值的过程中，可使该系统划在本地最小值以外(drawing the system out of lo-cal minima in search of a lower，global minima)和全面改善的资源分配及减少干扰。如果拒绝候选的通信资源，则在步骤430就用可变的通信资源代替它。

如上文提到的，上述过程重复直到“N”次迭代完成为止。在步骤412，完成N次迭代后，该方法进到步骤434，对每个信道的干扰求和，并记录或打印该结果以便系统设计者查阅。然后，在步骤436，调整分配参数和max-Count参数，此处分配参数是指温度。

温度是通过把当前温度乘以一个温度比值来从初始值调整的；在该实施例中，温度初始值为4.0和温度比值为0.5。鉴此，在通常的情况下，温度从初始值按指数律地下降到最终值。如上所述，保留候选通信资源的概率即第三概率与当前温度有关。随着温度下降，这个概率也下降。在优选实施例中，如果有改善，则第三概率设定为1。如果没有改善，一个参数被建立，它与新系统性能度量与老系统性能度量的比值的对数有关。如果按照当前温度划分上述参数的指数大于一个伪随机数，则该概率也设定为1。否则，该概率为0。为此，随着温度下降，每次迭代未改善系统性能的资源分配的变化次数减少。

在每次迭代期间，改变信道的数量(亦即在资源分配中候选信道可改变信道的次数)需要测量。如果在首次迭代中，改变信道的数量低于一个值，则温度向上调节。在优选实施例中，当前温度除以温度比值。该温度比值也是变化的，以使温度下降得更慢些。在优选实施例中，调整该比值为0.9。这在资源分配中提供了更好地“混合”，亦即信道的交换和更换，改善了资源分配的总结果。

在首次迭代之后，如果改变信道数量低于一个值，则调整温度比值，以使温度下降更快些，在优选实施例中，温度比值为0.1。这加速冻结过程，并减少了获得接近最佳资源分配的时间。

在每次温度调整之后，在步骤438，已连续尝试过阈值次数但未改变的信道被冻结。亦即，该方法保持与“由候选信道替代可变信道的连续不成功尝试次数”有关的信道的统计，亦即，信道“尝试”。如果信道尝试超过冻结阈值(Freeze-thresh)次数而未改变，则该信道就被冻结，亦即统计被设定，它指示信道被冻结和不再可变。这减少了可变信道的数量，而在可变信道仍在进行合理次数的改变，同时冻结相当“好”的信道，这些信道是不变的信道，这表明干扰小。这个测量也减少获得接近最佳信道分配所花费和时间。

Max-Count参数也参照在给定的迭代期间改变信道的数量进行调整。如果在给定的温度下任何信道被改变，并且看到系统性能有明显改善，则Max-Count设为初始值，以使该方法继续搜索接近最佳的解决方案。但是如果在给定温度下无信道改变，则递减Max-Coubt。如上文提到的，在步骤408当Max-Count＝0时信道分配完成，并在步骤410把结果写入通信系统。据此，信道分配将继续进行，直到在某一个温度下对于Max-Count迭代无信道改变时为止。

参看图5、6-A、6-B和6-C来讨论本发明的优选实施例的评估系统性能的方法。对于一种给定的信道分配而言，系统性能度量是基于系统的信道之间的干扰。在优选实施例中，这要求兼顾到信道差、同信道和邻信道干扰及网孔类型。

在步骤502系统性能评估开始，进入到步骤504，识别当前基本信道(即正评估的信道)并把总合参数(sum)设定为0。如下文将说明的，总合参数是作为系统干扰的指示来累加的。还如将说明的，这个系统的干扰值包括基于信道类型、位置或网孔类型的个别信道干扰值的加权值。这提供一种通过比较不同信道的总合值(sum)来评估系统性能的方法。

在步骤506，该方法环视对于基本信道有关的每个干扰网孔，在步骤508，对干扰网孔的每个信道计算一个信道差值。信道差值是基本信道的信道数与干扰信道的信道数之间的数量差值，接着，根据信道差值、与其他信道(即同信道或邻信道)的关系和网孔类型因素，累加基本信道的总合。

参看图5和6-A，在步骤510，如果干扰信道是“邻近网孔”信道，由该方法进到步骤602，由干扰信道的现场号码识别邻近网孔。如果现场号码与基本信道的现场号码不同，则该网孔为邻近网孔。在邻近网孔中，在步骤604如果干扰信道是共同信道，在步骤608通过增加干扰电平来递增总合(sum)。在步骤606如果干扰信道是相邻信道，则在步骤610通过把它加上干扰电平和相邻信道保护因子Adj-Channel-Prot的乘积，递增总合。在优选实施例中，Adj-Channel-Prot因子为21.0db。如果干扰信道既不是共同信道也不是相邻信道，则总合(sum)不变。在步骤612总合值返回。

参看图5和6-B，在步骤512，如果干扰信道是“相同现场”信道，则该方法进到步骤620。如果干扰信道位于同一基站中，亦即具有与基本信道相同的现场号码，但不在同一扇形区中，则干扰信道是相同现场信道。在步骤622，如果信道差值小于阈值Channel-Sep-Site，则在步骤624，检查干扰信道是否是共同信道。如果“是”，则在步骤628总合(sun)通过加上干扰电平与共同信道保护因子Cochan-Prot的乘积来增大。在本优选实施例中，共同信道保护因子为19.0db。如果干扰信道不是共同信道，因信道位于同一现场内，故该值不变。在步骤626，总合(sum)是通过加上干扰电平与现场保护因子Site-Prot的乘积而增加的。在优选实施例中，现场保护因子site-prot为20.0db。在步骤612，总合sum返回。

参看图5和6-C，在步骤514，如果干扰信道是“相同网孔”信道，则本方法进到步骤640。如果干扰信道具有与基本网孔相同的现场号码和网孔号码，则干扰信道是一个相同的网孔信道。本方法从步骤640进到步骤642，确定信道是否指配给同一天线组。如果“是”，则该方法进到步骤652，确定该信道是否有足够的间隔，亦即，信道差是否大于信道间隔参数Channel-Sep-Cell。在优选实施例中，信道间隔参数Channel-Sep-Cell为17。如果干扰信道与基本信道无足够的间隔，则在步骤660检验干扰信道是否是共同信道。如果是共同信道，则在步骤664总合sum通过加上干扰电平与共同信道保护参数Cochan-Prot的乘积来增加。如果干扰信道不是共同信道，则在步骤662总合sum加上干扰电平与网孔保护参数Cell-Prot乘积。在优选实施中，网孔保护参数Cell-Prot为1.5。

在步骤652，如果信道间隔大于该信道间隔参数channel-sep-cell，则在步骤654确定信道差(Channel-Difference)与21的差值。在步骤656，如果信道间隔小于21个信道的间隔，则不采取任何行动。这意味着信道是充分隔开的而在网孔中无过分扩展信道。如果信道间隔大于21间隔，则在步骤658信道差值按间隔保护因子Space-Prot与干扰电平乘积而递增。这鼓励在一个网孔中信道紧凑分布。

在步骤642，如果信道不在同一天线组中，则该方法进到步骤644，再次确定信道间隔。按照上述方式，在步骤644，如果信道间隔小于基站信道间隔参数Channel-Sep-Site，则该方法进到步骤646，确定该干扰信道和基本信道是否是共同信道。如果是共同信道则在步骤650总合sum按干扰电平与共同信道保护因子Cochan-Prot之乘积来递增。否则，在步骤648，总合按干扰电平与现场保护因子Site-Prot的乘积来递增。在步骤612，总合sum返回。

干扰信道与基本信道之间的干扰电平与前向信道和反向信道上的载波对干扰C/I的比值的倒数有关。在优选实施例中，干扰电平是前向和反向信道C/I倒数的总和，用功率比来表示。

从上文中可以容易地理解，通信系统资源分配得到了极大改善。所取得的信道分配不仅减少了信道干扰，而且提供了有效间隔、紧密分组的通信信道。所获得的上述优点中的每个优点都是以极大地减少了的处理时间而获得的。再则，本方法提供初始的资源分配和重新调谐的系统，以增强系统操作和效率。但是，本领域的技术人员理解，本发明的教导不限于所述的优选实施例的应用范围。

Claims (10)

1.一种用以在通信系统中分配通信资源的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)从通信系统中提取一个通信系统资源分配；

b)设定分配参数为初始值；

c)从通信系统中的一个网孔中随机地选择一个分配的通信资源；

d)通过利用第一概率从该通信系统中的另一个网孔中随机地选择一个候选的通信资源，或通过利用第二概率从多个可得到的通信资源中随机地选择一个候选通信资源，来识别通信系统中的一个候选通信资源；

e)为分配的通信资源转换该候选的通信资源；

f)评估系统性能度量；

g)如果系统性能度量改善了，则接受该候选的通信资源；

h)如果系统性能度量降低，根据第三概率，接受该候选通信资源；

i)如果在步骤(g)或步骤(h)都没有接受候选资源，则拒绝该候选通信资源，并用分配的通信资源替换候选通信资源；

j)根据规定程序，调整分配参数；

k)当分配参数超出阈值时，重复步骤(c)到步骤(i)；

l)把通信资源分配下装到通信系统数据库中。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，第三概率是分配参数的函数。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括在步骤(j)之前重复步骤(c)到(i)第一次数的步骤；

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤(j)还包括：测量候选通信资源的接受率，如果该接受率小于接受阈值，则调整该分配参数。

5.根据要求4的方法，其特征在于，还包括在步骤(j)后如果连续尝试替换候选通信资源失败次数大于冻结阈值，则冻结分配给网孔的通信资源。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，步骤(c)还包括随机地选择一个非冻结的分配的通信资源。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤(f)包括确定系统的干扰值。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，该通信系统包括一个时分多址(TDMA)通信系统，或分配通信信道包括频分多址(FDMA)通信系统的一对射频。

9.一种通信系统资源分配的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)从通信系统数据库中提取一个通信系统资源分配；

b)设定分配参数为初始值；

c)从通信系统的一个网孔中随机地选择一个可变通信资源；

d)通过利用第一概率从通信系统的另一网孔中随机地选择一个候选通信资源或通过利用第二概率从多个可得到的通信资源中随机地选择一个候选通信资源，来识别通信系统中的一个候选通信资源；

e)为分配的通信资源转换该候选通信资源；

f)利用候选通信资源评估系统性能；

g)如果系统性能改善了，则接受候选通信资源；

h)如果系统性能降级，则根据第三概率来接受该候选通信资源；

i)如果步骤(g)和(h)都没有接受该候选通信资源，则拒绝该候选资源，并用可变通信资源替换该候选通信资源；

j)重复步骤(c)到(i)第一次数；

k)根据规定的程序，调整分配参数；

l)如果分配参数超出一个阈值，则再重复步骤(c)到(i)第二次数；

m)把该通信系统资源分配下装入通信系统数据库中。

10.一种用以在蜂窝通信系统中分配通信信道的方法，其特征在于；包括以下步骤：

a)从通信系统数据库中提取一个通信道分配；

b)设定分配参数为初始值；

c)从通信系统的一个网孔中随机选择一个可变通信信道；

d)通过利用第一概率从系统的另一网孔中随机地选择一个候选通信信道或通过利用第二概率从多个可用通信信道中随机地选择一个候选信道，来识别该通信系统中的一个候选通信信道；

e)为分配的通信信道转换该候选通信信道；

f)利用下面步骤计算系统干扰值：

I 确定该候选通信资源与一个干扰通信资源之间的干扰电平作为载波对干扰的比值的倒数，它用功率比值来表示；

II 识别干扰信道类型；

III 响应该类型，修改干扰电平；

IV 为多个干扰信道，重复步骤(I)到(III)；

V 对多个干扰信道的每个干扰信道的干扰电平求和；

g)如果系统性能改善了，则接受该候选通信信道；

h)如果系统性能降低，根据第三概率，接受该候选通信信道；

i)如果在步骤(g)或步骤(h)中都未接受该候选通信信道，则拒绝该候选信道，并且用可变通信信道替换该候选通信信道；

j)重复步骤(c)到(i)第一次数；

k)根据规定的程序调整分配参数；

l)在分配参数超出一个国值时，再重复步骤(c)到(j)第二次数；

m)把该通信信道分配下装入通信系统数据库中。

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