-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Technisches Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft Funktelekommunikationssysteme und insbesondere ein System und Verfahren zum dynamischen Erhöhen der Kapazität eines Codeunterteilungsmehrfachzugriffs-(Code Division Multiple Access) (CDMA)-Funktelekommunikationsnetzwerks.
-
Beschreibung des technischen Hintergrunds
-
In Funktelekommunikationsnetzwerken steht Teilnehmern eine breite Vielzahl von Diensten zur Verfügung, wie beispielsweise Sprach-, Video-, Daten- und Bilddienste. Bei der Benutzung dieser Funktelekommunikationsnetzwerke ist die wertvollste Ressource das Radiospektrum. Um die Effektivität des Netzwerks zu maximieren, wurde Codeunterteilungsmehrfachzugriff (Code Division Multiple Access) (CDMA) entwickelt, um eine Kommunikation unter Einbeziehung einer großen Anzahl von Systembenutzern zu erleichtern. Es gibt weitere Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystemtechniken, wie beispielsweise Zeitunterteilungsmehrfachzugriff (Time Division Multiple Access) (TDMA) und Frequenzunterteilungsmehrfachzugriff (Frequency Division Multiple Access) (FDMA), es hat sich jedoch gezeigt, daß die Spreizspektrummodulationstechnik des CDMA gegenüber den anderen Verfahren viele Vorteile bereitstellt.
-
In einem CDMA-System wird für jeden Anruf eine eindeutige binäre Spreizsequenz, als Code bekannt, einem Benutzer zugewiesen. Durch Multiplikation mit dem zugewiesenen Code wird das Nutzersignal auf eine Kanalbandbreite gespreizt, die breiter als die Nutzersignalbandbreite ist. Das Verhältnis der Systemkanalbandbreite zu der Nutzerbandbreite ist als ”Spreizgewinn” (”Spreading Gain”) bekannt. Alle aktiven Benutzer teilen zur gleichen Zeit das gleiche Systemkanalbandbreiten-Frequenzspektrum. Das Signal jedes Benutzers wird von den Signalen der anderen Nutzer am Empfänger abgetrennt, indem ein mit der zugewiesenen Codesequenz eingestellter Korrelator ausgegeben wird, um das erwünschte Signal zu ”entspreizen”. Auf diese Weise kann eine erhöhte Anzahl von Benutzern gleichzeitig bedient werden.
-
Zusätzlich zu einem Bedienen einer erhöhten Anzahl von Benutzern verwendet das CDMA-System eine Technik, die als ”Makro-Diversität” bekannt ist, um die Qualität des Funkempfangs im Funktelekommunikationsnetzwerk zu verbessern. Der Makro-Diversitätsmodus beinhaltet die Verwendung von zwei oder mehr gleichzeitigen Verbindungen von zwei oder mehr Zellen oder Basisstationen zu einer einzigen Mobilstation, um die Qualität oder die Leistung des Empfangssignals zu verbessern. Die Mobilstations- und die Basisstationsempfänger verwenden beide eine Anzahl von Korrelatoren. Parallele Korrelatoren verwendende Empfänger, die manchmal Rake-Empfänger genannt werden, erlauben, daß individuelle Pfadeingänge unabhängig verfolgt werden können, und die Summe der empfangenen Signalstärken dann verwendet wird, um das Signal zu demodulieren. Obwohl ein Fading (Abschwächen) auf jedem Pfadeingang liegen kann, ist das Fading auf jedem Kanal unabhängig von den anderen. Damit ist eine Demodulation basierend auf der Summe der Signale viel zuverlässiger.
-
Es gibt jedoch Nachteile beim bestehenden System. Indem der Makro-Diversitätsmodus verwendet wird, werden mehr Ressourcen der Basisstation verwendet. Zusätzlich findet eine hohe Prozentzahl von Rufen im Makro-Diversitätsmodus statt. Daher besteht beim Verwenden der Makro-Diversitätstechnik eine größere Wahrscheinlichkeit einer Überlastung des Funktelekommunikationsnetzwerks. Obwohl das den Makro-Diversitätsmodus verwendende CDMA-System einen klaren Empfang eines Funktelekommunikationssignals bereitstellt, wird ein großer Anteil der Netzwerkressourcen benötigt. Es kann eine Situation entstehen, in der Dienste für zusätzliche Nutzer in einem voll ausgelasteten System benötigt werden, und in der die durch den Makro-Diversitätsmodus bereitgestellte hohe Qualität nicht notwendigerweise aufrechterhalten werden muß. Gegenwärtig gibt es kein Verfahren zum dynamischen Erhöhen der Kapazität eines voll ausgelasteten Makro-Diversitäts-Funktelekommunikationsnetzwerks.
-
Obwohl es keine Lehre im Stand der Technik hinsichtlich einer Lösung des vorhergehend genannten Nachteils und der hierin offenbarten Unzulänglichkeit bekannt sind, sind Dokumente aus dem Stand der Technik, die einen Gegenstand beschreiben, der im gewissen Grade eine Beziehung zu dem hierin beschriebenen Gegenstand aufweisen,
US-Patent Nr. 5 109 390 A von Gilhousen et al. (Gilhousen '390),
US-Patent Nr. 5 265 119 A von Gilhousen et al. (Gilhousen '119), und die internationale Veröffentlichung Nr.
WO 95/35637 A2 (Veröffentlichung '637).
-
Gilhousen
US-Patent Nr. 5 109 390 A offenbart ein Spreizspektrum-Empfängersubsystem in einem CDMA Zellulartelefon mit einem Suchempfänger, um die Zeitdomain abzusuchen, um so einen Verarbeitungsgewinn und Zeitunterscheidungseigenschaften des Spreizspektrumcodierens zu verwenden, um den Ort im Zeitbereich und die Empfangssignalstärke von multiplen Empfängen eines Pilotsignals festzustellen, das sich auf einem oder mehreren physikalischen Ausbreitungspfaden zum Empfang ausbreitet. Der Suchempfänger stellt ein Steuersignal zum Aufnehmen und Demodulieren eines Spreizspektrum-Kommunikationssignals bereit. Somit beschreibt Gilhousen
US-Patent Nr. 5 109 390 A einen CDMA-Empfänger mit einer flexiblen Kapazität im Zeitbereich. Jedoch wird durch Gilhousen
US-Patent Nr. 5 109 390 A ein Verfahren oder System zum Erhöhen der Kapazität eines CDMA-Systems, das im Makro-Diversitätsmodus arbeitet, nicht gelehrt oder nahegelegt.
-
Gilhousen
US-Patent Nr. 5 265 119 A offenbart ein Leistungssteuersystem für ein zellulares Mobiltelefonsystem, bei dem Systemnutzer Informationssignale untereinander über zumindest eine Zellensite (Zellenort) unter Verwendung von CDMA Kommunikationssignalen kommunizieren. Das Leistungssteuersystem steuert eine Übertragungssignalleistung für jedes zellulare Mobiltelefon, wobei jedes zellulare Mobiltelefon eine Antenne, einen Transmitter und einen Empfänger aufweist, und jede Zellensite eine Antenne, einen Transmitter und einen Empfänger aufweist. Die von einer Zellensite übermittelte Signalleistung wird an der Mobileinheit gemessen. Eine Übertragungsleistung wird an der Mobileinheit durch ein Erniedrigen oder Erhöhen der Empfangssignalleistung eingestellt, auf eine Art, die entgegengesetzt zu der Leistungsstärke des Transmitters ist. Ein Befehlssignal wird an der Zellensite erzeugt und zur Mobileinheit übermittelt, um weiter die Transmitterleistung der Mobileinheit einzustellen, in Entsprechung zu Abweichungen in der Empfangssignalleistung der Zellensite. Das Feedback-Schema wird verwendet, um die Transmitterleistung der Mobileinheit weiter einzustellen, so daß die übermittelten Signale der Mobileinheit an der Zellensite mit einem erwünschten Leistungspegel ankommen. In einer Situation mit Zellendiversität wird die Transmitterleistung der Mobileinheit eingestellt, um unnötige Erhöhungen des Transmitterleistungspegels der Mobileinheit zu verhindern. Somit beschreibt Gilhousen
US-Patent Nr. 5 265 119 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Übertragungsleistung in einem CDMA zellularen Mobiltelefonsystem. Ein System oder Verfahren zum Erhöhen der Kapazität eines belasteten CDMA-Systems im Makro-Diversitätsmodus wird jedoch durch Gilhousen
US-Patent Nr. 5 265 119 A weder gelehrt, noch nahegelegt.
-
Die Veröffentlichung
WO 95/35637 A2 offenbart ein Verfahren in einem CDMA Zellularfunknetzwerk mit mindestens einer Basisstation in jeder Zelle, die mit Mobilstationen in ihrem Bereich über einen bestimmten Verkehrskanal kommuniziert. Das Signal der Nutzer wird im Zeitbereich in Bursts aufgeteilt. Um eine hohe Verkehrskapazität zusammen mit hochqualitativen Verbindungen zu erzielen, überwacht die Basisstation den Lastzustand des Verkehrskanals, und übermittelt die Information über den Lastzustand des Verkehrskanals zu den Mobilstationen. Die Anzahl von zwischen den Mobilstationen und der Basisstation pro Zeiteinheit übermittelten Bursts wird auf Grundlage des Verzögerungszustands der Bursts und der an der Basis berechneten Lastzustandsinformation gesteuert. Somit beschreibt die Veröffentlichung
WO 95/35637 A2 ein Verfahren zum Steuern der Kommunikationslast auf jedem Kanal in einem CDMA-Netzwerk unter Verwendung eines Burststeuersignals. Ein System oder Verfahren zum Erhöhen der Kapazität eines CDMA-Systems durch ein dynamisches Ändern der den Makro-Diversitätsmodus beeinflussenden Parameter jedoch wird durch die Veröffentlichung
WO 95/35637 A2 nicht offenbart oder nahegelegt.
-
Ein Verfahren und System wird benötigt, das dynamisch die Kapazität eines CDMA-Systems im Makro-Diversitätsmodus erhöht, ohne irgendwelche laufenden Anrufe zu unterbrechen. Es wäre ein großer Vorteil, ein System und Verfahren zum Unterbringen von zusätzlichen Mobilstationen in einem CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerk zur Verfügung zu haben. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solch ein System und Verfahren bereitzustellen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß einem Gesichtspunkt besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum dynamischen Erhöhen einer Kapazität eines voll ausgelasteten Codeunterteilungsmehrfachzugriffs-(Code Division Multiple Access) (CDMA) Funktelekommunikationsnetzwerks mit einer Vielzahl von Basisstationen, die eine Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen auf einer Vielzahl von Kanalelementen bedienen, wobei das Funktelekommunikationsnetzwerk eine Makro-Diversitätstechnik verwendet, um die Funktionalität zwischen den Basisstationen und jeder in Betrieb befindlichen Mobilstation zu verbessern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: gleichzeitiges Bereitstellen einer Vielzahl von Doppelfunkkanalelementen von zumindest einer Basisstation zu jeder in dem Funktelekommunikationsnetzwerk in Betrieb befindlichen Mobilstation; Bestimmen, mittels eines Lastkapazitätsmonitors, ob das Funktelekommunikationsnetzwerk voll ausgelastet ist; und Freigeben eines der Doppelkanalelemente von einer der im Betrieb befindlichen Mobilstationen, falls durch den Lastkapazitätsmonitor festgestellt wird, daß das Telekommunikationsnetzwerk voll ausgelastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Freigabe eines der Doppelkanalelemente umfaßt: Abändern, durch einen Netzwerklastprozessor, eines mit der Verwendung von Basisstationenressourcen im Funktelekommunikationsnetz in Verbindung stehenden Parameters, der die Zuordnung der die Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen bedienenden Basisstationen beeinflußt, von einem ursprünglichen Wert, um die Nutzung der Vielzahl von Basisstationen durch die Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen zu vermindern; und Übermitteln des geänderten Parameters durch den Netzwerklastprozessor zu der Vielzahl von Basisstationen.
-
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren, ferner umfassend: Empfangen einer Anforderung für einen Zugriff auf das voll ausgelastete Funktelekommunikationssystem von einer zusätzlichen Mobilstation; und Zuordnen des freigegebenen Kanalelements zu der zusätzlichen Mobilstation.
-
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt besteht die Erfindung in einem System zum dynamischen Erhöhen einer Kapazität eines voll ausgelasteten Codeunterteilungsmultiplexzugriffs-(Code Division Multiple Access) (CDMA) Funktelekommunikationsnetzwerks mit einer Vielzahl von Basisstationen, die auf einer Vielzahl von Kanalelementen eine Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen bedienen, wobei das Telekommunikationsnetzwerk eine Makro-Diversitätstechnik verwendet, um die Funktionalität zwischen den Basisstationen und jeder in Betrieb befindlichen Mobilstation zu verbessern, wobei das System umfaßt: eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Bereitstellen einer Vielzahl von Doppelfunkkanalelementen von zumindest einer Basisstation zu jeder in dem Funktelekommunikationsnetzwerk in Betrieb befindlichen Mobilstation; eine Vorrichtung zum Bestimmen, ob das Funktelekommunikationsnetzwerk voll ausgelastet ist; und eine Vorrichtung, um eines der Doppelkanalelemente von einem der in Betrieb befindlichen Mobilstationen freizugeben, wenn das Funktelekommunikationsnetzwerk voll ausgelastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Freigeben eines der Doppelkanalelemente umfaßt: eine Vorrichtung zum Ändern eines mit der Verwendung von Basisstationenressourcen im Funktelekommunikationsnetz in Verbindung stehenden Parameters, der die Zuordnung der Vielzahl von Basisstationen, die die Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen bedienen, beeinflußt, um die Nutzung der Vielzahl von Basisstationen durch die Vielzahl von in Betrieb befindlichen Mobilstationen zu vermindern; und eine Vorrichtung zum Übermitteln des geänderten Parameters zu der Vielzahl von Basisstationen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die Erfindung wird besser verstanden und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen in Verbindung mit der begleitenden Beschreibung besser offensichtlich:
-
1 (Stand der Technik) zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Bestandteile eines bestehenden Funktelekommunikations-(CDMA) Netzwerks veranschaulicht, das den Makro-Diversitätsmodus verwendet;
-
2 (Stand der Technik) zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks im Makro-Diversitätsmodus mit voll ausgelasteter Kapazität;
-
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks mit einer in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung dynamisch erhöhten Kapazität;
-
4A und 4B zeigen Flußdiagramme, die die Schritte eines Verfahrens zum Erhöhen der Kapazität eines voll ausgelasteten CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks im Makro-Diversitätsmodus in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung ausführen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
-
Die vorliegende Erfindung besteht in einem System und Verfahren in einem Funktelekommunikationsnetzwerk zum dynamischen Erhöhen der Kapazität eines ausgelasteten CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks im Makro-Diversitätsmodus.
-
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, das die Bestandteile eines bestehenden Funktelekommunikations-CDMA-Netzwerks veranschaulicht, das den Makro-Diversitätsmodus verwendet. Das Funktelekommunikationsnetzwerk 1 umfaßt ein Mobilvermittlungszentrum (Mobile Switching Center) (MSC) 3, einen Funknetzwerksteuerer (RNC) 5, eine Mobilstation (MS) 7, eine Basisstation (BS) 9, eine BS 11, BS 13 und Kommunikationsverbindungen 15–27. Die MSC 3 ist ein Vermittlungszentrum, das alle notwendigen Vermittlungsfunktionen im bestehenden Funktelekommunikationsnetzwerk 1 bereitstellt. Die MS 7 bewegt sich durch den Abdeckungsbereich des MSC 3. Die MS 7 kommuniziert innerhalb des Funktelekommunikationsnetzwerks 1 durch das MSC 3 über eine der BS (in 1 sind drei gezeigt). Der RNC 5 steuert das Funktelekommunikationsnetzwerk 1. Der RNC 5 kann entweder zusammen mit dem MSC 3 angeordnet sein oder kann entfernt vom MSC 3 angeordnet sein. Der RNC 5 hält die Steuerung des Datenflusses aufrecht, indem er die Daten auf einer Rahmenum-Rahmen-Basis für sowohl die Aufwärtsverbindung als auch die Abwärtsverbindung empfängt.
-
Im bestehenden Funktelekommunikationsnetzwerk 1 sind der RNC 5 und das MSC 3 über eine Schnittstelle verbunden und stellen den Basisstationen eine Systemsteuerung bereit. Der RNC 5 kann mit dem MSC 3 über verschiedene Einrichtungen verbunden sein, wie beispielsweise fest zugeordnete Landleitungen, optische Faserverbindungen oder Mikrowellenkommunikationsverbindungen. Die BS 9, 11 und 13 stehen beispielhaft für die Basisstationen, die in einem Funktelekommunikationsnetzwerk 1 vorhanden sind. Die Basisstationen decken einen bestimmten in geographischen Formen ausgebildeten Dienstbereich bzw. Zelle ab, so daß die MS 7 normalerweise einer der Basisstationen am nächsten befindlich sein wird.
-
Jede Basisstation übermittelt ein Pilotsignal über die jeweilige Kommunikationsverbindung 17, 19 oder 21 zur MS 7. Die MS 7 sucht nach Pilotsignalen auf der gegenwärtigen CDMA-Frequenzzuordnung, um das Vorhandensein von CDMA-Kanälen festzustellen, und um deren Stärken zu messen. Falls die MS 7 ein Pilotsignal ausreichender Stärke feststellt, das nicht irgendwelchen ihr zugewiesenen Vorwärtsverkehrskanälen zugeordnet ist, dann sendet die MS 7 eine Pilotstärkenmeßnachricht zu der ES, die das Pilotsignal übermittelt. Die ES weist dann ein dem Pilotsignal zugehöriges Kanalelement (Transceiver) der Mobilstation zu, die sich dann auf diesem zusätzlichen Kanalelement anschließt. Wenn der Mobilstation Kanalelemente von mehr als einer Basisstation zugewiesen werden, heißt dies, daß sie sich im Makro-Diversitätsmodus befindet. Die MS 7 empfängt beispielsweise Pilotsignale von ES 9, ES 11 und ES 13 über Kommunikationsverbindungen 17, 19 bzw. 21. In einem CDMA-System, das die Makro-Diversität nicht verwendet, würde die MS 7 scannen und sich in die Basisstation mit dem stärksten Pilotsignal einklinken. Wenn jedoch das CDMA-System den Makro-Diversitätsmodus verwendet, dann wird das CDMA-System die gleichzeitige Verwendung von zwei oder mehr Basisstationen nutzen, was eine größere Klarheit des Rufs ermöglicht. In dem Beispiel, in dem das CDMA-System den Makro-Diversitätsmodus verwendet, verwendet die MS 7 die Basisstationen mit Pilotsignalen, die einen gewissen vorab bestimmten Schwellwert für eine Signalstärke erreichen oder übertreffen.
-
Um die Verarbeitung der Suche nach Pilotsignalen zu erleichtern, sind vier Sätze von Pilotsignalen definiert. Zuerst definiert ein Aktivsatz die Basisstation(en), mittels der die MS 7 gegenwärtig kommuniziert. Als zweites identifiziert ein Kandidatsatz die Basisstation(en), bei denen die Pilotsignale an der MS 7 mit ausreichender Signalstärke empfangen worden sind, um die Basisstationenmitglieder des Aktivsatzes zu machen, die jedoch durch die Basisstation(en) nicht in den Aktivsatz gesetzt sind. Als drittes definiert ein Nachbarsatz die Basisstation(en), die wahrscheinlich Kandidaten für eine Einrichtung einer Kommunikation mit der MS 7 sind und die über dem vorbestimmten Signalstärkenschwellwert liegen. Zuletzt identifiziert ein vierter (verbleibender) Satz die Basisstation(en) mit allen anderen möglichen Pilotsignalen, ausschließlich der Pilotsignale im Nachbarsatz, dem Kandidatsatz und dem Aktivsatz.
-
Alle mit der MS 7 während eines Rufs verbundenen Basisstationen definieren den Aktivsatz der MS 7. Die MS 7 bewertet und aktualisiert den Aktivsatz basierend auf den Pilotsignalstärkemessungen kontinuierlich. Die stärksten Pilotsignale werden durch die MS 7 erfaßt und gemessen. Die Signalstärkewerte werden dann in eine Meßnachricht zusammengefaßt, der zum RNC 5 gesendet wird. Ein ”Soft Handoff” Vorgang im Funktelekommunikationsnetzwerk 1 im Makro-Diversitätsmodus tritt auf, wenn die MS 7 feststellt, daß eine benachbarte Basisstation (innerhalb des Kandidatsatzes) ein Pilotsignal ausreichender Signalstärke übermittelt, um den Signalstärkeschwellwert für ein Hinzufügen einer Basisstation zum Aktivsatz zu erreichen.
-
Bei Feststellung, daß der Minimalsignalstärkeschwellwert überschritten wird, übermittelt die MS 7 die Meßnachricht zur gegenwärtig bedienenden Basisstation, beispielsweise BS 9 über Kommunikationsverbindung 17. Die BS 9 übermittelt diese Information über die Kommunikationsverbindung 15 zum RNC 5. Der RNC 5 stellt fest, ob die Basisstation vom Kandidatsatz (in diesem Beispiel BS 11) ein Pilotsignal ausreichender Stärke übermittelt, um innerhalb das Fenster des Aktivsatzes zu liegen. Das Aktivsatzfenster ist der Bereich von Signalstärken zwischen den stärksten und den schwächsten Pilotsignalen im Aktivsatz. Dieser Bereich ist ein in dem RNC 5 eingestellter Parameter. Falls der Unterschied zwischen der Signalstärke des neuen Signals von der BS 11 und dem stärksten Pilotsignal größer als der erlaubte Bereich ist, wird die BS 11 nicht zum Aktivsatz hinzugefügt. Falls die Signalstärke der BS 11 innerhalb des Aktivsatzfensters liegt, und oberhalb des Signalstärkeminimalschwellwertes, wird die neue Basisstation (BS 11) hinzugefügt, vorausgesetzt, daß ein Korrelator in den BS- und MS-Empfängern zur Verfügung steht.
-
Falls kein Korrelator zur Verfügung steht (d. h. der Aktivsatz ist voll) wird die BS mit der schwächsten Signalstärke im Aktivsatz durch die neue BS ersetzt, falls die neue Signalstärke größer als die Signalstärke von der schwächsten BS ist. Falls beispielsweise ein Pilotsignal einer dritten Basisstation (beispielsweise BS 13) stärker als eins der zwei ursprünglichen Basisstationen BS 9 und BS 11 wird, wird eine Nachricht zum RNC 5 geschickt, die die Stärke des Pilotsignals von der BS 13 anzeigt, entweder durch die BS 9 oder BS 11. Zu diesem Zeitpunkt ist die BS 13 im Kandidatsatz. Der RNC 5 kann dann die Verwendung des schwächeren Signals einer der Basisstationen BS 9 oder BS 11 beenden und das Signal mit der stärkeren Verbindung durch die BS 13 ersetzen. Zusätzlich, falls die MS 7 mehr als zwei Basisstationssignale empfangen kann, können mehr Basisstationen im Makro-Diversitätsmodus verwendet werden. Die Anzahl von in dem Ruf verwendeten Basisstationen wird als die Aktivsatzgröße definiert und ist durch die Anzahl von durch die MS 7 verwendeten parallelen Korrelatoren begrenzt.
-
Zusätzlich verwendet das Funktelekommunikationsnetzwerk 1 mehrere Schwellwerte, um einen Handoff (Ab-/Übergabe) von einer Basisstation zu einer anderen zu bestimmen und geeignet auszuführen. Wann immer die Stärke eines Pilotsignals weniger als T_DROP (Pilotabsetzschwellwert in einem IS-95 System) ist, startet die MS 7 einen Absetzzeitgeber (DT) 29, der in jeder Mobilstation angeordnet ist. Der Absetzzeitgeberwert wird als T_DROP (Absetzzeitgeberwert in einem IS-95 System) bezeichnet. Falls die Signalstärke immer noch unterhalb T_DROP ist, wenn der Absetzzeitgeber 29 abläuft, wird die Basisstation vom Aktivsatz freigegeben. IS-95 ist der Standard für CDMA-Systeme. Die MS 7 hält einen T_DROP für jeden Pilot im Aktivsatz und Kandidatsatz. Die MS 7 gibt den Status des Absetzzeitgebers in der Meßnachricht an. Falls T_DROP für ein Pilotsignal für eine in dem Kandidatsatz zu findende Basisstation abläuft, entfernt die MS 7 das Pilotsignal vom Kandidatsatz.
-
Die Verwendung von multiplen Basisstationen wird jedoch durch die innerhalb der Basisstationen zur Verfügung stehenden Ressourcen begrenzt. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks 31 im Makro-Diversitätsmodus mit voll ausgelasteter Kapazität. Das Funktelekommunikationsnetzwerk 31 umfaßt ein MSC 33, einen RNC 35, eine BS 39, eine BS 41, eine BS 43, eine MS 37, eine MS 47, eine MS 49 und Kommunikationsverbindungen 51–67. Die Basisstationen weisen eine finite Anzahl von Transceivern für Kommunikationen mit einer Vielzahl von Mobilstationen auf. Daher können, wenn die Ressourcen einer bestimmten Basisstation vollständig verwendet werden, keine weiteren Mobilstationen im bestehenden System die Ressourcen dieser Basisstation verwenden, ohne einen anderen Ruf freizugeben. Der Einfachheit der Darstellung halber sind in dem in 2 gezeigten Beispiel die ES 39, 41 und 43 jeweils in der Lage, Signale zu zwei unterschiedlichen Mobilstationen zu senden und von dort zu empfangen. Natürlich würde in der Praxis diese Anzahl viel größer sein. Die MS 37 verwendet drei Basisstationen ES 39, 41 und 43 im Aktivsatzfenster. Zusätzlich verwendet die MS 47 drei Basisstationen ES 39, 41 und 43 im Aktivsatzfenster. In dieser Konfiguration ist das CDMA-System voll ausgelastet und wird keiner anderen Mobilstation erlauben, in Betrieb zu gehen. Daher kann die MS 49 das Funktelekommunikationsnetzwerk 31 nicht benutzen.
-
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines CDMA-Funktelekommunikationsnetzwerks 71 mit einer in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung dynamisch erhöhenden Kapazität. Das Funktelekommunikationsnetzwerk 31 umfaßt ein MSC 73 und einen RNC 74 mit einem Lastkapazitätsmonitor 75 und einem Netzwerklastprozessor 76. Das Funktelekommunikationsnetzwerk umfaßt auch BSen 77–91, eine MS 93, eine MS 95, eine MS 97 und Kommunikationsverbindungen 99–135.
-
Das MSC 73 ist ein Vermittlungscenter, das die notwendigen Vermittlungsfunktionen im bestehenden Funktelekommunikationsnetzwerk 71 bereitstellt. Die MSen 93–97 bewegen sich durch den Abdeckungsbereich des MSC 73. Zusätzlich verwenden die MSen 93–97 jeweils einen Absetzzeitgeber (DT 137–141), die in jeder Mobilstation angeordnet sind. Die MSen 93–97 kommunizieren durch das MSC 73 mit dem Funktelekommunikationsnetzwerk 71. Die Verwendung von acht Basisstationen und drei Mobilstationen ist lediglich beispielhaft. Das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 kann eine größere oder kleinere Anzahl von Basisstationen und innerhalb des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 in Betrieb befindlichen Mobilstationen aufweisen.
-
Der RNC 74 steuert das Funktelekommunikationsnetzwerk 71. Der RNC 74 kann entweder zusammen mit dem MSC 73 oder entfernt vom MSC 73 angeordnet sein. Im in 3 dargestellten Beispiel ist der RNC 74 entfernt vom MSC 73 angeordnet. Der RNC 74 hält die Steuerung des Datenflusses durch Empfangen der Daten auf einer Rahmen-um-Rahmen-Basis für sowohl die Aufwärtsverbindung als auch die Abwärtsverbindung aufrecht. Der RNC 74 steuert, welche Basisstationen eine Abdeckung für jede Mobilstation bereitstellen, die das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 benutzen. Der RNC 74 kann die Auslastung mit Nutzern im Funktelekommunikationsnetzwerk 71 durch den Lastkapazitätsmonitor 75 überwachen, der vorzugsweise innerhalb des RNC 74 angeordnet ist. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Lastkapazitätsmonitor 75 irgendwo innerhalb des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 angeordnet sein. Zusätzlich kann der RNC 74 die mit der Verwendung der Basisstationsressourcen im Funktelekommunikationsnetzwerk 71 in Verbindung stehenden Parameter ändern, und zwar durch den Netzwerklastprozessor 76, vorzugsweise innerhalb des RNC 74 angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Netzwerklastprozessor 76 jedoch an einer beliebigen Stelle innerhalb des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 angeordnet sein.
-
Im Funktelekommunikationsnetzwerk 71 stehen der RNC 74 und das MSC 73 über eine Schnittstelle in Verbindung und stellen den Basisstationen eine Systemsteuerung bereit. Der RNC 74 kann mit dem MSC 73 über unterschiedliche Einrichtungen verbunden sein, wie beispielsweise fest zugeordnete Landleitungen, optische Faserverbindungen oder durch Mikrowellenkommunikationsverbindungen. Die Basisstationen decken einen bestimmten Servicebereich oder Zelle ab, so daß, in diesem Beispiel, die MS 93 am nächsten zur Gruppe von BS 77, 79, 81 und 83 angeordnet ist. Ebenso ist die MS 97 am nächsten zur Gruppe von BS 85–91. Jede Basisstation übermittelt ein Pilotsignal zur jeweiligen MS. Die Pilotsignale werden von den jeweiligen Basisstationen über Kommunikationsverbindungen 115–129 zu den MS 93 und MS 97 übermittelt.
-
In diesem Beispiel weist die MS 93 vier Basisstationen in ihrem Aktivsatz auf, ES 77–83. Die MS 97 weist auch vier Basisstationen in ihrem Aktivsatz auf, BS 85–91. Der Einfachheit halber weist jede Basisstation nur ein Kanalelement auf. In der Praxis würde jedoch jede Basisstation mehr als ein Kanalelement aufweisen. In dieser Konfiguration kann die MS 95 nicht beliebige Basisstationen verwenden, da die Kapazität des Funktelekommunikationsnetzwerks voll ausgelastet ist. Der Lastkapazitätsmonitor 75 überwacht durchgehend die Auslastung der Kapazität des Funktelekommunikationsnetzwerks 71. Wenn der RNC 74 erkennt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk auf voller Kapazität arbeitet, ändert der Netzwerklastprozessor 76 die mit der Zuordnung der Basisstationressourcen in Verbindung stehenden Parameter, um zusätzliche Mobilstationen unterzubringen. In einem Ausführungsbeispiel ändert der Netzwerklastprozessor 76 die Parameter für alle Basisstationsressourcen im gesamten Funktelekommunikationsnetzwerk 71. Alternativ modifiziert in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Netzwerklastprozessor 76 die Parameter nur für Basisstationen, die die eintretende Mobilstation bedienen (d. h. den Kandidatsatz der MS 95), und beläßt die Parameter, die andere Basisstationen und deren bediente Mobilstationen betreffen, ungeändert.
-
Es gibt verschiedene Parameter, die der Netzwerklastprozessor 76 ändern kann, um die Zuordnung von Basisstationen zu Mobilstationen zu beeinflussen. Ein solcher Parameter, die der Netzwerklastprozessor 76 ändern kann, ist die Größe des Aktivsatzfensters. Indem die Größe des Aktivsatzfensters (d. h. der erlaubte Signalstärkebereich), kann die Größe des Aktivsatzes (d. h. die Anzahl von Basisstationen im Aktivsatz) können geändert werden. Gegenwärtig ist in diesem Beispiel die Größe des Aktivsatzes vier Basisstationen. Der Netzwerklastprozessor 76 kann die Größe des Aktivsatzfensters durch ein Ändern von Schwellwerten (z. B. T_ADD und T_DROP in IS-95) reduzieren. Indem die Größe des Aktivsatzfensters vermindert wird, kann die Anzahl von Basisstationen mit Signalstärken innerhalb dieses reduzierten Bereichs vermindert werden. Falls die Größe des Aktivsatzfensters vermindert wird, wird der erlaubte Bereich von Signalstärke (die Differenz zwischen der stärksten Signalstärke und der schwächsten Signalstärke) vermindert. Indem die Größe des Aktivsatzfensters vermindert wird, werden die Basisstationen mit Signalstärken nicht innerhalb des Aktivsatzfensters vom Aktivsatz entfernt. Der Netzwerklastprozessor 76 übermittelt die neue Größe des Aktivsatzfensters zu den angegebenen Basisstationen im Funktelekommunikationsnetzwerk 71. Alternativ kann der Netzwerklastprozessor 76 die Größe des Aktivsatzfensters für nur bestimmte Basisstationen innerhalb des Kandidatsatzes der eintretenden MS 95 ändern, während er die Größe des Aktivsatzfensters für gegenwärtige Nutzer gleich behält. In jedem Fall übermittelt der Netzwerklastprozessor 76 die modifizierte Größe des Aktivsatzfensters zu den bestimmten Basisstationen und den zugeordneten bedienten Mobilstationen.
-
In 3 übermittelt der Netzwerklastprozessor 76 den modifizierten Aktivfenstersatz zu den bestimmten BS 77–91 über Kommunikationsverbindungen 99–113. Die BS 77–83 übermitteln diese Informationen über Kommunikationsverbindungen 115–121 zur MS 93. Entsprechend übermitteln die BS 85–91 die modifizierte Größe des Aktivsatzfensters über Kommunikationsverbindungen 123–129 zur MS 97.
-
Indem die Größe des Aktivsatzfensters vermindert wird, werden weniger Basisstationresourcen für die gegenwärtigen Mobilstationen des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 benötigt, da einige schwächere Verbindungen beendet werden. Somit kann ein Vermindern der Größe des Aktivsatzfensters den Aktivsatz von beispielsweise vier Basisstationen auf drei reduzieren. Beispielsweise könnte die Verbindung 121 der BS 83 mit der MS 93 beendet werden, da nur drei Basisstationen im Aktivsatz verwendet werden können. Entsprechend könnte die Verbindung 123 der BS 85 mit der MS 97 beendet werden. Dies würde es der MS 95 erlauben, das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 durch die BS 83 oder BS 85 über Kommunikationsverbindungen 133 oder 135 zu benutzen. In einem weiteren Beispiel benutzt die MS 95 beide Basisstationen, BS 83 und BS 85 im Makro-Diversitätsmodus.
-
Eine weitere Weise, mit der der Netzwerklastprozessor 76 die Kapazität des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 erhöhen kann, ist es, die Absetzschwellwerte zu ändern. Beispielsweise kann im IS-95 durch ein Erhöhen von T_DROP, die Anzahl von Basisstationen im Aktivsatz reduziert werden. T_DROP ist der Pilotsignalschwellwert, der für eine Basisstation notwendig ist, um innerhalb des Aktivsatzes zu verbleiben. Falls das Pilotsignal der Basisstation unterhalb T_DROP fällt, wird die Basisstation vom Aktivsatz entfernt.
-
Zusätzlich kann der Netzwerklastprozessor 76 die Basisstationsresourcen im Aktivsatz vermindern, indem der Absetzzeitgeberwert für jeden Absetzzeitgeber (DT 137–141), angeordnet in jeder Mobilstation, reduziert wird. Beispielsweise kann im IS-95 der T_TDROP-Parameter reduziert werden. T_TDROP bestimmt, wie lange das System wartet, bevor die Basisstation vom Aktivsatz freigegeben wird, nachdem das Pilotsignal unterhalb des Absetzschwellwerts, beispielsweise T_DROP, fällt. Indem der Absetzzeitgeberwert reduziert wird, wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß Basisstationen vom Aktivsatz aufgrund von temporären Fluktuationen der Signalstärke fallengelassen werden.
-
Die 4A und 4B zeigen Flußdiagramme, die Schritte eines Verfahrens zum Erhöhen der Kapazität eines voll ausgelasteten CDMA-Funktelekommunikationssystems im Makro-Diversitätsmodus veranschaulichen. Mit Bezug auf 3, 4A und 4B werden die Schritte des Verfahrens nun beschrieben. Beginnend mit Schritt 141 überwacht der Lastkapazitätsmonitor 75 das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 hinsichtlich der Kapazitätsauslastung der Basisstationen, BS 77–91. Als nächstes wird im Schritte 143 festgestellt, ob oder ob nicht der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 an einer Auslastungskapazität ist. Die Auslastungskapazität kann durch den Mobilnetzwerkbetreiber auf einen beliebigen vom Betreiber gewünschten Wert definiert werden. Beispielsweise kann die Auslastungskapazität als eine Bedingung definiert werden, zu der keine weiteren Mobilstationen auf dem Funktelekommunikationsnetzwerk 71 kommunizieren können, oder an einem Punkt vor einer totalen Saturierung.
-
Falls der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 nicht an einer Auslastungskapazität ist, geht das Verfahren zum Schritt 141 zurück, wo der Lastkapazitätmonitor fortfährt, die Kapazitätslast im Funktelekommunikationsnetzwerk 71 zu überwachen. Falls jedoch der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 auf voll ausgelasteter Kapazität ist, schreitet das Verfahren vom Schritt 143 zum Schritt 145, in dem der Netzwerklastprozessor 76 die mit der Zuordnung von Basisstationsresourcen in Verbindung stehenden Parameter ändert, um die Kapazität des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 zu erhöhen. Der Netzwerklastprozessor 76 kann die Parameter für alle Basisstationen und deren zugeordnete bediente Mobilstationen im Telekommunikationsnetzwerk 71 ändern, oder es kann der Netzwerklastprozessor 76 alternativ bestimmte Basisstationen und ihre zugehörigen bedienten Mobilstationen ändern. Beispielsweise kann der Netzwerklastprozessor 76 nur solche Basisstationen ändern, die für ein Bedienen der eintretenden MS 95 (BS innerhalb des Kandidatsatzes für MS 95) benötigt werden. Ein Parameter, die der Netzwerklastprozessor 76 ändern kann, ist die Größe des Aktivsatzfensters. Der Netzwerklastprozessor 76 kann die Größe des Aktivsatzfensters vermindern, und indem er so verfährt, kann er die Anzahl von Basisstationen im Aktivsatz reduzieren. Alternativ kann der Netzwerklastprozessor 76 die Größe des Aktivsatzfensters für neu eintretende Mobilstationen ändern, während er das gegenwärtige Aktivsatzfenster für gegenwärtig im Betrieb befindliche Mobilstationen aufrechterhält. Indem die Größe des Aktivsatzfensters vermindert wird, kann nur eine reduzierte Anzahl von Basisstationen durch die gegenwärtig im Betrieb befindlichen Mobilstationen im Funktelekommunikationsnetzwerk 71 benutzt werden. Wenn die Größe des Aktivsatzfensters reduziert wird, werden Basisstationen mit einer Signalstärke, die nicht innerhalb des Aktivsatzfensters liegt, vom Aktivsatz fallengelassen. Dieses stellt Basisstationen frei, was es zusätzlichen Mobilstationen ermöglicht, das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 zu benutzen.
-
Eine andere Weise, wie der Netzwerklastprozessor 76 die Kapazität des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 erhöhen kann, ist, die Absetzschwellwerte zu ändern. Beispielsweise kann in einem IS-95-System durch ein Erhöhen des T_DROP die Anzahl von Basisstationen im Aktivsatz reduziert werden. T_DROP ist der Pilotsignalschwellwert, der für eine Basisstation nötig ist, um in den Aktivsatz einbezogen zu werden. Falls das Basisstationspilotsignal unterhalb T_DROP fällt, wird die Basisstation vom Aktivsatz entfernt. Zusätzlich kann der Netzwerklastprozessor 76 die Basisstationsressoucen im Aktivsatz reduzieren, indem er den Absetzzeitgeberwert vermindert. In einem IS-95-System kann beispielsweise der T_TDROP Parameter vermindert werden. T_TDROP bestimmt die Zeitperiode, die das System wartet, bevor die Basisstation vom Aktivsatz freigegeben wird, nachdem das Pilotsignal unterhalb des Absetzschwellwerts, d. h. T_DROP, fällt. Indem der Absetzzeitgeberwert reduziert wird, wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß Basisstationen vom Aktivsatz aufgrund von temporären Fluktuationen einer Signalstärke fallengelassen werden.
-
Nachdem der Netzwerklastprozessor 76 die Parameter im Schritt 145 ändert, schreitet das Verfahren zum Schritt 147, in dem der RNC 74 die modifizierten Parameter zu den bestimmten Basisstationen übermittelt. Als nächstes werden im Schritt 149 die modifizierten Parameter von deren bestimmten Basisstationen unter Verwendung des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 zu den zugehörigen Mobilstationen übermittelt. Als nächstes fährt der Lastkapazitätsmonitor 75 im Schritt 151 fort, die Kapazitätslast des Funktelekommunikationsnetzwerks 71 zu überwachen. Im Schritt 153 wird festgestellt, ob oder ob nicht der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 auf einer ausgelasteten Kapazität ist. Falls der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 immer noch in einer ausgelasteten Kapazität ist, schreitet das Verfahren zum Schritt 151 zurück, indem der Lastkapazitätsmonitor 75 fortfährt, die Last des Funktelekommunikationsnetzwerks zu überwachen.
-
Falls jedoch der Lastkapazitätsmonitor 75 feststellt, daß das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 sich nicht länger auf einer ausgelasteten Kapazität befindet, schreitet das Verfahren vom Schritt 153 zum Schritt 155 voran, in dem der Netzwerklastprozessor 76 die mit den Basisstationsressourcen in Zusammenhang stehenden Parameter zurück zu ursprünglichen Bedingungen ändert, was eine optimale Nutzung im Makro-Diversitätsmodus erlaubt. Als nächstes übermittelt im Schritt 157 der Netzwerklastprozessor 76 die modifizierten Parameter zu den Basisstationen im Funktelekommunikationsnetzwerk 71. Dann übermitteln im Schritt 159 die betroffenen Basisstationen bei Empfang der modifizierten Parameter die modifizierten Parameter zu den den Basisstationen zugehörigen Mobilstationen. Das Verfahren schreitet dann zum Schritt 141 zurück, indem der Lastkapazitätsmonitor 75 das Funktelekommunikationsnetzwerk 71 hinsichtlich der Kapazitätslast überwacht, und der Vorgang beginnt von neuem.
-
Es wird davon ausgegangen, daß der Betrieb und der Aufbau der vorliegenden Erfindung mit der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist.