СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧАМИ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к передаче данных. В частности, настоящее изобретение относится к новому и усовершенствованному способу и устройству управления передачами в системе связи, которые обеспечивают повышение эффективности и улучшение рабочих характеристик.

Уровень техники

Системы беспроводной связи получают все большее распространение в качестве систем связи, обеспечивающих выполнение множества прикладных задач. Одной из таких систем связи является система множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) (CDMA), которая облегчает обеспечение связи между большим количеством абонентов системы. Другими системами беспроводной связи являются, в том числе, система множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР) и система множественного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР). Широко используемая в Европе Глобальная Система Мобильной связи (ГСМС) (GSM) представляет собой систему связи, основанную на МДВР.

Способ модуляции МДКР с разнесением по спектру имеет существенные преимущества перед другими способами модуляции для систем связи множественного доступа. Использование способов МДКР в системе связи с множественным доступом раскрыто в патенте США №4901307 от 13 февраля 1990 г., который имеет название "СИСТЕМА СВЯЗИ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С РАЗНЕСЕНИЕМ ПО СПЕКТРУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВЫХ ИЛИ НАЗЕМНЫХ РЕТРАНСЛЯТОРОВ" ("SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS"), и в патенте США №5103459 от 7 апреля 1992 г., который имеет название "СИСТЕМА И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ В СИСТЕМЕ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ МДКР" ("SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM"), права на оба из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

Системы МДКР обычно выполняют таким образом, чтобы они соответствовали одному или нескольким стандартам МДКР. Примерами таких стандартов МДКР являются, в том числе, стандарты Ассоциации промышленности средств связи (TIA)/Ассоциации электронной промышленности США (EIA)/Международные стандарты (IS) 1995 года, имеющие название "Стандарт TIA/EIA/IS-95-A совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной системы широкополосной сотовой связи с разнесением по спектру" ("TIA/EIA/IS-95-A Mobile Station-Base Station Compatibility Standard, for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System") и "Стандарт TIA/EIA/IS-95-B совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной системы широкополосной сотовой связи с разнесением по спектру" ("TIA/EIA/IS-95-B Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System") (совокупность которых именуют ниже стандартом IS-95), стандарты Ассоциации промышленности средств связи (TIA)/Ассоциации электронной промышленности США (EIA)/Международные стандарты (IS) 1998 года TIA/EIA/IS-98-A, -В и -С, имеющие название "Стандарт рекомендованных минимальных требований к рабочим характеристикам двухрежимных подвижных станций с разнесением по спектру для систем сотовой связи и систем персональной связи (СПС)" ("Recommended Minimum Performance Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Cellular and PCS Mobile Stations"), и "Вариант стандарта системы радиотелефонной связи МДКР-2000, представленный на рассмотрение сектором радиосвязи Международного союза по электросвязи (МСЭ)" ("The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission") (именуемый ниже международным стандартом IS-2000). Постоянно предлагаются и принимаются новые стандарты для их практического использования.

В системе беспроводной связи связь между абонентами осуществляют через одну или несколько базовых станций. Первый абонент, находящийся в месте расположения первого оконечного устройства (например, удаленной станции), осуществляет связь со вторым абонентом, находящимся в месте расположения второго оконечного устройства, путем передачи данных по восходящей линии связи в базовую станцию. Базовая станция осуществляет прием данных и может направлять данные в другую базовую станцию. Затем осуществляют передачу данных по нисходящей линии связи из базовой станции во второе оконечное устройство. Термин "нисходящая линия связи" относится к передаче из базовой станции в оконечное устройство, а термин "восходящая линия связи относится" к передаче из оконечного устройства в базовую станцию. В системах, согласно стандарту IS-95 для восходящей линии связи и для нисходящей линии связи выделяют различные частоты.

В системе беспроводной связи каждый источник передаваемого сигнала действует как источник возможных помех для приемников, имеющихся в системе. Для борьбы с помехами, возникающими в оконечных устройствах и в базовых станциях, а также для поддержания требуемого уровня рабочих характеристик, в обычных системах МДВР и МДЧР реализуют способы с повторным использованием частот, в соответствии с которыми в каждой ячейке сотовой связи используют, соответственно, не все временные интервалы и не все частотные каналы. Например, в системе МДВР может быть использована схема повторного использования с 7-ю ячейками сотовой связи, в которой общую ширину W рабочей полосы пропускания разделяют на семь равных диапазонов рабочих частот (то есть В=W/7), а для каждой из этих семи ячеек сотовой связи выделяют один из диапазонов частот. Таким образом, одну и ту же полосу частот повторно используют в каждой седьмой ячейке сотовой связи. Посредством повторного использования частот обеспечивают снижение уровней межканальных помех, возникающих в каждой ячейке сотовой связи, по сравнению с тем вариантом, в котором для каждой ячейки сотовой связи выделяют одну и ту же полосу частот. Однако, наличие схемы повторного использования, состоящей из более, чем одной ячейки сотовой связи (например, схемы повторного использования с 7-ю ячейками для обычной системы МДВР), приводит к неэффективному использованию имеющихся ресурсов, поскольку для каждой ячейки сотовой связи выделяют только часть от всей рабочей полосы пропускания, которую она может использовать.

Система МДКР может функционировать при наличии схемы повторного использования, состоящей из одной ячейки сотовой связи (то есть в соседних ячейках сотовой связи может быть использован один и тот же диапазон рабочих частот). Однако система МДКР предназначена для передачи речевых данных с низкой скоростью передачи данных (например, со скоростью 32 килобита в секунду (кбит/с) или менее). Путем использования кодового разделения с разнесением по спектру осуществляют распределение данных, имеющих низкую скорость передачи, в широкой полосе частот (равной, например, 1,2288 МГц). Вследствие наличия большого коэффициента разнесения по спектру прием переданного сигнала, обращение разнесения по спектру (сжатие) с преобразованием в когерентный сигнал и обработка могут быть выполнены при низком или отрицательном значении отношения уровня сигнала на несущей к суммарному уровню шумов и помех (Н/П) (C/I). Система МДКР не предназначена для передачи данных с высокими скоростями передачи данных.

С учетом постоянно растущей потребности в средствах беспроводной связи, очень желательно создание способа и устройства, посредством которых может быть обеспечена передача данных с высокими скоростями передачи данных и осуществлено более рациональное использование имеющихся ресурсов для получения более высокой эффективности и улучшения рабочих характеристик.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложены способы управления передачами в системах связи, посредством которых обеспечивают более высокую эффективность и улучшение рабочих характеристик. Как правило, система связи должна удовлетворять конкретным критериям в отношении зоны обслуживания, посредством которых обычно определяют заданную минимальную среднюю скорость передачи двоичных данных, поддерживаемую в течение заданной процентной доли (равной, например, 99,99%) времени и/или для конкретной процентной доли (равной, например, 99,99%) абонентов в том случае, когда уровень принимаемого сигнала превышает конкретное пороговое значение Н/П. На требования, предъявляемые к зоне обслуживания, часто оказывает влияние небольшая процентная доля абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, для которых небольшое количество источников помех создает чрезмерные помехи.

В изобретении учтено это обстоятельство, и в нем предложены различные способы, в которых предпринята попытка обеспечения соответствующих требований в отношении зоны обслуживания для абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, в тех случаях, когда и где это возможно. Согласно некоторым особенностям изобретения, каждая ячейка сотовой связи в системе может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечить ее функционирование в соответствии с совокупностью коэффициентов уменьшения мощности передачи, посредством которых задают уменьшение максимальных уровней мощности передачи для тех каналов, которые соответствуют этим коэффициентам уменьшения мощности передачи. Посредством заданных коэффициентов уменьшения мощности передачи обеспечивают требуемый уровень мощности для большой части абонентов при одновременном сокращении уровня помех.

Согласно другим особенностям изобретения функционирование ячеек сотовой связи обеспечивают посредством адаптивного алгоритма повторного использования, который позволяет осуществлять эффективное распределение и перераспределение (повторное распределение) системных ресурсов для ячеек сотовой связи, посредством чего отражают изменения, происходящие в системе связи. В исходном состоянии задают алгоритм повторного использования и осуществляют распределение ресурсов для ячеек сотовой связи. При работе регистрируют изменения рабочих условий в системе, и по мере необходимости осуществляют повторное задание алгоритма повторного использования на основе зарегистрированных изменений. Например, может быть выполнена регистрация режимов нагрузки в ячейках сотовой связи, а на основе данных о зарегистрированных режимах нагрузки может быть осуществлено перераспределение ресурсов и/или повторное задание алгоритма повторного использования.

Согласно некоторым другим особенностям настоящего изобретения в нем предложены способы эффективного установления очередности передач данных и предоставления каналов абонентам. Установление очередности передач данных может быть осуществлено на основании приоритетов абонентов, определенных критериев равнодоступности ресурсов, требований, предъявляемых к системе, и других факторов. Предоставление имеющихся каналов для передачи данных абонентам осуществляют на основе нескольких алгоритмов распределения каналов. Также измеряют характеристики каналов, которые могут быть использованы для определения приоритетов абонентов и для распределения каналов. Более подробное описание этих различных особенностей настоящего изобретения приведено ниже.

В качестве конкретного варианта осуществления изобретения предложен способ управления передачей в системе связи. Согласно этому способу сначала выполняют разделение имеющихся в системе ресурсов по нескольким каналам. Определяют один или несколько параметров системы связи и, исходя из параметров системы, полученных в результате операции определения, задают совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи для каналов. Каждому каналу ставят в соответствие надлежащий коэффициент уменьшения мощности передачи, принимающий значения в диапазоне от нуля до единицы, посредством которого указывают уменьшение мощности передачи относительно ее максимального уровня. Передачи данных по каналам передачи осуществляют с уровнями мощности, которые задают, исходя из коэффициентов уменьшения мощности передачи. Коэффициент уменьшения мощности передачи, равный единице, посредством которого отображают полную мощность передачи, обычно присваивают одному или нескольким каналам, а остальным каналам обычно соответствуют коэффициенты уменьшения мощности передачи, меньшие чем единица.

Имеющиеся ресурсы системы могут быть распределены по нескольким временным интервалам, для которых выполняют мультиплексирование с временным разделением (МВР) (TDM), по нескольким каналам, для которых выполняют мультиплексирование с частотным разделением (МЧР) (FDM), или по нескольким каналам множественного доступа с кодовым разделением (МДКР). В этом случае каналы соответствуют определенным наборам временных интервалов МВР, каналов МЧР, каналов МДКР или их совокупности.

Коэффициенты уменьшения мощности передачи могут быть определены, исходя из отношения уровня сигнала на несущей к суммарному уровню шумов и помех (Н/П) (Н/П), характеризующего приемные устройства в системе связи, значений вероятности возникновения соответствующей нагрузки, требуемых значений вероятности нарушения связи, заданных значений параметров (то есть требуемого отношения Н/П) или исходя из других характеристик или параметров системы.

Регулирование коэффициента уменьшения мощности передачи для каждого канала может быть осуществлено на основании оценочного значения требуемого уровня мощности передачи для канала. Оценочное значение требуемой мощности передачи может быть получено, исходя из вычисленных или измеренных значений отношения Н/П, частоты стирания кадров (ЧСК) (FER), вероятности нарушения связи и других параметров. Регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть также осуществлено на основании изменений, происходящих в системе связи (например, изменений характеристик абонента, нагрузки, требований, предъявляемых к отношению Н/П и т.д.). Для снижения помех в соответствующих каналах может быть выполнено уменьшение одного или нескольких коэффициентов уменьшения мощности передачи (или, возможно, установке их равными нулю) в течение выбранных промежутков времени заданной длительности. Для канала с сильно ухудшенными характеристиками, имеющего чрезмерно высокую частоту стирания кадров (ЧСК) и/или вероятность нарушения связи, коэффициент уменьшения мощности передачи может быть также установлен равным нулю.

Для системы, содержащей множество ячеек сотовой связи, совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи для каждой ячейки сотовой связи может быть определена, исходя из заданных параметров ячейки сотовой связи. Для обеспечения снижения помех схему повторного использования выполняют таким образом, чтобы коэффициенты уменьшения мощности передачи для конкретной ячейки сотовой связи были расположены, приблизительно, в шахматном порядке по отношению к коэффициентам уменьшения мощности передачи для соседних ячеек сотовой связи. Для обеспечения возможности обслуживания конкретного абонента, находящегося в неблагоприятных условиях, ячейка сотовой связи может выдавать запрос в другую ячейку (в другие ячейки) сотовой связи на временное снижение мощности передачи из них или на прекращение передачи. В том случае, если в ячейку сотовой связи поступает множество запросов на снижение мощности, то мощность в ячейке сотовой связи может быть снижена на наибольшую из запрошенных величин. Снижение мощности может быть осуществлено различными способами (например, ступенчатым способом с заданной величиной ступенчатого изменения, на заданную величину и т.д., в определенных временных интервалах). Также может быть выполнено изменение или регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи, присвоенных ячейкам сотовой связи, для уменьшения уровня межканальных помех. Для каждой ячейки сотовой связи также могут быть указаны временные интервалы, в которых разрешена передача данных. К тому же, коэффициенты уменьшения мощности передачи могут быть присвоены секторам ячейки сотовой связи, разделенной на сектора (или любому сеансу передачи в конкретную географическую область).

В другом конкретном варианте осуществления изобретения предложен способ управления несколькими передающими устройствами в системе беспроводной связи. Согласно этому способу сначала выполняют разделение имеющихся в системе ресурсов по нескольким каналам. Затем для системы определяют схему повторного использования, которая содержит несколько ячеек сотовой связи. Для каждой ячейки сотовой связи, входящей в состав схемы повторного использования, определяют один или несколько параметров, и, исходя из параметров ячейки сотовой связи, полученных в результате операции определения, выделяют совокупность каналов для каждой ячейки сотовой связи, входящей в состав схемы повторного использования. Определение параметров ячейки сотовой связи осуществляют непрерывно, и может быть выполнено выделение новых совокупностей каналов для отображения изменений, происходящих в системе связи.

Для каждой ячейки сотовой связи в схеме повторного использования обычно выделяют совокупность каналов для передачи с полным уровнем мощности и, кроме того, для нее может быть выделен один или несколько каналов для передачи с более низкими уровнями мощности. Распределение каналов обычно осуществляют в зависимости от нескольких факторов, например, от количества имеющихся каналов, количества ячеек сотовой связи в схеме повторного использования, характеристик абонента, нагрузки в ячейках сотовой связи и от других факторов. В некоторых вариантах осуществления ячейка сотовой связи может осуществлять передачу по невыделенному каналу при необходимости обеспечения дополнительной пропускной способности. Выбор невыделенного канала может быть осуществлен, исходя из, например, его расчетных рабочих характеристик, вероятности его занятости другими ячейками сотовой связи, вероятности нарушения связи и т.д. Может быть выполнено резервирование одного или нескольких каналов для выполнения передачи посредством конкретной ячейки сотовой связи в течение конкретного промежутка времени.

В еще одном конкретном варианте осуществления изобретения предложен способ обеспечения передач данных в несколько приемных устройств, входящих в состав системы связи. Согласно этому способу выполняют обновление первой совокупности параметров, используемых для установления очередности передач данных, осуществляют присвоение приоритетов для передач данных абонентам, и их распределение по имеющимся каналам на основе имеющихся приоритетов. Выполняют обновление второй совокупности параметров, используемых для передачи, а передачу передач данных в приемные устройства осуществляют по выделенным каналам с использованием обновленной второй совокупности параметров. Может быть осуществлено измерение параметров (например, ЧСК) передачи данных, и на основании измеренных параметров может быть выполнено соответствующее регулирование уровней мощности передачи и/или скоростей передачи данных для передач данных.

Первая совокупность параметров может содержать, например, значения вероятности занятости канала, вероятности возникновения соответствующей нагрузки, значения отношения Н/П для приемных устройств или коэффициенты уменьшения мощности передачи, либо их совокупность. Для выполнения операции установления приоритетов может быть осуществлено вычисление характеристик имеющихся каналов для каждого из приемных устройств с использованием обновленной первой совокупности параметров. Характеристики канала могут зависеть от совокупной (например, потенциально осуществимой или фактической) пропускной способности приемных устройств, значений вероятности нарушения связи, ожидаемых значений отношения Н/П или от каких-либо других критериев и, кроме того, посредством них могут быть отображены ожидаемые помехи от источников помех.

На основании вычисленных характеристик канала осуществляют присвоение приоритетов передачам данных, а изменение приоритетов может быть выполнено на основании, например, значений задержки при передаче. Распределение передач данных по имеющимся каналам может быть осуществлено на основании присвоенных приоритетов и вычисленных характеристик канала. В некоторых вариантах осуществления распределение имеющихся каналов для передач данных выполняют последовательно в сторону понижения их приоритета, начиная с передачи данных, имеющей наиболее высокий приоритет. В ином варианте осуществления распределение имеющихся каналов для передач данных выполняют последовательно в сторону уменьшения нагрузки, начиная с передач данных, создающих наибольшую нагрузку. При распределении каналов может быть также предпринята попытка приблизительно уравнять скорости передачи данных для некоторых передач данных.

В еще одном конкретном варианте осуществления изобретения предложен способ обеспечения передач данных в несколько приемных устройств, входящих в состав системы связи, по нескольким каналам. Согласно этому способу определяют совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи для каналов, причем посредством коэффициентов уменьшения мощности передачи указывают уменьшение мощности передачи относительно ее максимального уровня для каналов. Осуществляют распределение передач данных по каналам и определяют требуемые уровни мощности передачи для передач данных. Выполняют регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи в соответствии с требуемыми уровнями мощности передачи, и осуществляют передачу передач данных по каналам в соответствии с отрегулированными коэффициентами уменьшения мощности передачи. Могут быть использованы различные особенности вышеописанных операций определения и регулирования коэффициентов уменьшения мощности передачи, установления очередности передач данных и распределения каналов.

В качестве еще одного конкретного варианта осуществления изобретения предложено передающее устройство, которое содержит системное устройство обработки данных, один или несколько модуляторов и одну или несколько антенн. Системное устройство обработки данных осуществляет прием потока входных данных, его разделение на несколько потоков канальных данных и обработку потоков канальных данных. Модулятор (модуляторы) выполняют прием и модуляцию обработанных потоков канальных данных для генерации одного или нескольких модулированных сигналов, которые содержат несколько передач данных, предназначенных для передач по нескольким каналам в несколько приемных устройств. Каждому каналу поставлен в соответствие надлежащий коэффициент уменьшения мощности передачи, принимающий значения в диапазоне от нуля до единицы, определяющий уменьшение мощности передачи относительно ее максимального уровня. Антенна (антенны) осуществляют прием и передачу модулированного сигнала (модулированных сигналов).

Коэффициенты уменьшения мощности передачи для каналов определяют, исходя из различных параметров системы, например, характеристик отношения Н/П или нагрузки, имеющейся в системе. Модулятор (модуляторы) может быть выполнен таким образом, что осуществляет модуляцию посредством ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР) (OFDM).

В качестве еще одного конкретного варианта осуществления изобретения предложено приемное устройство, которое содержит одну или несколько антенн, один или несколько демодуляторов и, устройство обработки данных. Антенна (антенны) выполняют прием и передачу одного или нескольких модулированных сигналов, генерация и передача которых были осуществлены посредством (1) разделения потока входных данных на несколько потоков канальных данных; (2) обработки и модуляции потоков канальных данных для генерации одного или нескольких модулированных сигналов, содержащих несколько передач данных, предназначенных для передачи по нескольким каналам, и (3) регулирования уровней мощности передач данных в соответствии с совокупностью коэффициентов уменьшения мощности передачи, которые поставлены в соответствие этим каналам. Демодулятор (демодуляторы) выполняют прием и демодуляцию модулированного сигнала (модулированных сигналов) для генерации одного или нескольких демодулированных потоков символов, а устройство обработки данных выполняет прием и обработку демодулированного потока (демодулированных потоков) символов для генерации выходных данных.

Также предложены различные другие варианты осуществления передающего и приемного устройств, описание которых приведено ниже. Кроме того, ниже приведено описание различных особенностей, отличительных признаков и вариантов осуществления системы связи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Отличительные признаки, сущность и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из изложенного ниже подробного описания при его рассмотрении совместно с чертежами, на которых одинаковыми номерами позиций на различных чертежах обозначены, соответственно, одинаковые узлы, и на которых:

на Фиг.1 изображена схема системы связи, которая обеспечивает поддержку нескольких абонентов, и в которой могут быть реализованы, по меньшей мере, некоторые из особенностей и вариантов осуществления изобретения;

на Фиг.2 показана интегральная функция распределения (ИФР) (CDF) значений отношения Н/П, достигаемого в нескольких неадаптивных схемах повторного использования для конкретной системы связи;

на Фиг.3 изображена схема последовательности операций, описывающая общее функционирование системы связи согласно некоторым вариантам осуществления изобретение;

на Фиг.4 изображена схема последовательности операций, выполняемых в конкретном варианте осуществления адаптивного алгоритма повторного использования согласно настоящему изобретению;

на Фиг.5 изображена схема системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, в которой могут быть использованы некоторые из вариантов осуществления адаптивного алгоритма повторного использования согласно настоящему изобретения;

на Фиг.6 показана схема варианта осуществления операции распределения и выделения ресурсов в системе, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, которая изображена на Фиг.5;

на Фиг.7 показана ИФР отношения Н/П, достигнутого в схеме повторного использования, состоящей из одной ячейки сотовой связи, в том случае, когда передачу из всех ячеек осуществляют с полной мощностью;

на Фиг.8 изображена схема системы, состоящей из 21 ячейки сотовой связи, в которой используют адаптивный алгоритм повторного использования с 3-мя ячейками;

на Фиг.9 изображена схема последовательности операций для варианта осуществления алгоритма установления очередности передач данных;

на Фиг.10 изображена схема последовательности операций варианта осуществления алгоритма предоставления каналов по требованию;

на Фиг.11 изображена схема последовательности операций для варианта осуществления алгоритма наращивания возможностей канала;

на Фиг.12 изображены графики зависимости среднего значения коэффициента повторного использования от заданного значения отношения Н/П для двух различных режимов рассеяния;

на Фиг.13А изображен график зависимости пропускной способности для абонента от отношения Н/П в режиме с наличием множества входов и множества выходов (МВМВ) (MIMO) формата 4×4 с четырьмя передающими антеннами и четырьмя приемными антеннами;

на Фиг.13Б показана схема расположения ячеек сотовой связи, используемая для моделирования пяти различных алгоритмов повторного использования;

на Фиг.13В изображены графики вероятности того, что средняя пропускная способность для абонента упадет ниже значения, указанного на оси X, для каждого из пяти алгоритмов повторного использования;

на Фиг.14 изображена схема системы связи МВМВ, в которой могут быть реализованы некоторые из особенностей и вариантов осуществления настоящего изобретения; и

на Фиг.15 изображена блок-схема варианта осуществления устройства обработки данных и модулятора системы передачи, показанной на Фиг.14.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 изображена схема системы 100 связи, которая обеспечивает поддержание связи с несколькими абонентами и в которой могут быть реализованы, по меньшей мере, некоторые особенности и варианты осуществления изобретения. Система 100 обеспечивает связь для нескольких ячеек 102а-102ж сотовой связи, обслуживание каждой из которых осуществляют посредством соответствующей базовой станции 104. Ячейки сотовой связи упорядочены таким образом, чтобы обеспечить охват желательной зоны обслуживания. Зона обслуживания может быть определена, например, как область, в которой для абонентов оконечных устройств 106 может быть предоставлен конкретный уровень обслуживания (УО) (GOS). Оконечные устройства 106, находящиеся в зоне обслуживания могут быть неподвижными (то есть стационарными) или подвижными, а их обслуживание обычно осуществляют посредством основной базовой станции. Передача сигналов из других базовых станций и оконечных устройств может создавать помехи для каждого активного оконечного устройства.

Как показано на Фиг.1, различные оконечные устройства 106 рассредоточены по всей системе. В любой заданный момент времени каждое оконечное устройство 106 поддерживает связь по нисходящей линии связи и по восходящей линии связи, по меньшей мере, с одной, а может быть и с несколькими базовыми станциями 104, что зависит, например, от того, используют ли режим "мягкой передачи обслуживания", или от того, выполнено ли оконечное устройство и функционирует ли оно таким образом, что осуществляет (одновременный, или последовательный) прием множества передаваемых сигналов из множества базовых станций. Термин "нисходящая линия связи" относится к передаче из базовой станции в оконечное устройство, а термин "восходящая линия связи" относится к передаче из оконечного устройства в базовую станцию.

На Фиг.1 базовая станция 104а осуществляет передачу данных в оконечные устройства 106а и 106к по нисходящей линии связи, базовая станция 104б осуществляет передачу данных в оконечные устройства 106б и 106к, базовая станция 104в осуществляет передачу данных в оконечное устройство 106в, и т.д. На Фиг.1 сплошной линией со стрелкой обозначена передача данных из базовой станции в оконечное устройство. Пунктирной линией со стрелкой обозначено то, что оконечное устройство выполняет прием пилот-сигнала, но передачу данных из базовой станции не осуществляют. Для упрощения чертежа процесс связи по восходящей линии связи на Фиг.1 не показан.

Система 100 может быть выполнена на основе системы связи, раскрытой в заявке на патент США №09/532492 от 22 марта 2000 года, которая имеет название "ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ, ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДУЛЯЦИИ НА МНОГОЧИСЛЕННЫХ НЕСУЩИХ" ("HIGH EFFICIENCY, HIGH PERFORMANCE COMMUNICATIONS SYSTEM EMPLOYING MULTI-CARRIER MODULATION"), или на основе системы, раскрытой в заявке на патент США №08/963386, имеющей название "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПАКЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ" ("METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION"), права на обе из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения. Система 100 может быть также выполнена в виде системы МДКР, которая соответствует требованиям одного или нескольких стандартов МДКР, например, стандарта IS-95, стандарта МДКР-Ш (широкополосной системы МДКР), других стандартов или их совокупности.

В системе 100 осуществляют совместное использование общих ресурсов, а именно, полной ширины W рабочей полосы пропускания, большим количеством оконечных устройств. Для получения желательных рабочих характеристик для конкретного оконечного устройства необходимо обеспечить снижение помех от других передаваемых сигналов до приемлемого уровня. К тому же, для обеспечения надежной передачи с высокими скоростями передачи данных для заданной рабочей полосы частот необходимо, чтобы при работе системы отношение уровня сигнала на несущей к суммарному уровню шумов и помех (Н/П) (C/I) не опускалось ниже конкретного значения. Снижение помех и обеспечение требуемого значения отношения Н/П обычно осуществляют путем разделения всех имеющихся ресурсов на части, каждую из которых выделяют для конкретной ячейки сотовой связи.

Например, общая ширина W рабочей полосы частот может быть разделена на N равных диапазонов рабочих частот (то есть В=W/N), а для каждой ячейки сотовой связи может быть выделена одна из N полос частот. Для получения более высокой эффективности использования спектрального диапазона периодически осуществляют повторное использование полос частот. Для схемы повторного использования с 7-ю ячейками сотовой связи, например, той, которая изображена на Фиг.1, для ячейки 102а сотовой связи может быть выделена первая полоса частот, для ячейки 102б сотовой связи может быть выделена вторая полоса частот и т.д.

Систему связи обычно выполняют таким образом, чтобы она соответствовала ряду требований, предъявляемых к системе, которые могут содержать, например, требования, предъявляемые к качеству обслуживания (КО) (QOS), к зоне обслуживания и к рабочим характеристикам. Качество обслуживания обычно характеризуют тем, что каждое оконечное устройство, находящееся в зоне обслуживания, может обеспечить поддержание заданной минимальной средней скорости передачи двоичных данных в течение заданной части времени. Например к системе могут быть предъявлены требования, чтобы она в течение 99,99% времени обеспечивала минимальную среднюю скорость передачи двоичных данных, равную, по меньшей мере, 1 Мбит/с (мегабит в секунду) для любого оконечного устройства. Требования, предъявляемые к зоне обслуживания, могут предписывать, чтобы заданный уровень обслуживания был обеспечен для определенной процентной доли (равной, например, 99%) тех оконечных устройств, для которых уровни принимаемых сигналов превышают конкретное пороговое значение отношения Н/П. А требования, предъявляемые к рабочим характеристикам, могут быть заданы посредством минимальной средней скорости передачи двоичных данных, конкретной частоты появления ошибочных битов (ЧПОБ), конкретной частоты стирания кадров (ЧСК) или каких-либо других требований. Наличие этих требований оказывает влияние на распределение имеющихся ресурсов и на эффективность системы.

На Фиг.2 показана интегральная функция распределения (ИФР) отношения Н/П, обеспечиваемого посредством нескольких схем повторного использования для конкретной системы связи. По горизонтальной оси Х отображают отношение Н/П, а по вертикальной оси отображают вероятность того, что отношение Н/П, достигнутое посредством конкретного оконечного устройства, меньше соответствующего значения, отложенного по горизонтальной оси (то есть Р(Н/П<х)). Как показано на Фиг.2, ни для каких оконечных устройств значение отношения Н/П фактически не достигает величины, худшей чем 0. На Фиг.2 также показано, что в схеме повторного использования с наличием большего количества ячеек вероятность наличия больших значений отношения Н/П возрастает (то есть Р(Н/П>х) для схемы повторного использования с 7-ю ячейками превышает Р(Н/П>х) для схемы повторного использования, состоящей из одной ячейки сотовой связи).

ИФР отношения Н/П, изображенная на Фиг.2, может быть использована в качестве параметра для описания рабочих характеристик системы связи. Например, предположим, что для обеспечения поддержания минимальной мгновенной скорости передачи двоичных данных, равной 1 Мбит/с, в течение 99,99% времени необходимо, чтобы отношение Н/П было равно, по меньшей мере, 10 дБ. В случае использования коэффициента повторного использования, равного единице (то есть повторное использование одного и того же канала осуществляют в каждой ячейке сотовой связи), вероятность того, что требуемые рабочие характеристики не будут достигнуты (то есть вероятность нарушения связи), приблизительно равна 12%. Аналогичным образом, повторному использованию в каждой третей, четвертой и седьмой ячейках сотовой связи соответствуют значения вероятности нарушения связи, равные, соответственно, 5,4%; 3,4% и 1,1%,. Таким образом, в этом примере для того, чтобы обеспечить значение отношения Н/П, равное 10 дБ, в течение 99,99% времени для 99% абонентов, повторное использование необходимо осуществлять, по меньшей мере, в каждой 7-й ячейке сотовой связи.

Для модуляции данных перед передачей может быть использовано несколько алгоритмов модуляции. Такими алгоритмами модуляции являются, в том числе, М-позиционная фазовая манипуляция (М-ФМн) (M-PSK), М-позиционная квадратурная амплитудная модуляция (М-КВАМ) (M-QAM) и другие. Значения эффективности использования спектрального диапазона, количественную оценку которой осуществляют по количеству битов, передаваемых за одну секунду в каждом герце полосы частот (биты в секунду/Гц), для некоторых алгоритмов модуляции, обеспечивающих эффективное использование полосы частот, приведены во втором столбце Таблицы 1. В третьем столбце Таблицы 1 приведены значения отношения Н/П, необходимые для обеспечения конкретной частоты появления ошибочных битов (например, ЧПОБ, равной 1%).

Посредством использования интегральной функции распределения достижимого значения отношения Н/П из Фиг.2 и достижимой эффективности модуляции, зависящей от значения отношения Н/П, значения которой приведены в Таблице 1, может быть определено среднее значение коэффициента использования канала, Е_канала (Е_СН), для каждого алгоритма повторного использования в виде взвешенной суммы значений эффективности модуляции, в которой весовой коэффициент определяется вероятностью достижения требуемого отношения Н/П. Например, в том случае, когда в системе используют все алгоритмы модуляции, начиная с ДФМн и кончая 64-позиционной КВАМ при любой возможности их применения, среднее значение коэффициента использования канала может быть вычислено следующим образом:

Е_канала=1·Р(4,3<Н/П<7,3)

+2·Р(7,3<Н/П<12,6)

+3·Р(12,6<Н/П<14,3)

+4·Р(14,3<Н/П<16,8)

+5·Р(16,8<Н/П<20,5)

+6·Р(20,5<Н/П).

Средние значения коэффициента использования канала для различных схем повторного использования (например, состоящей из одной ячейки, из 3-х ячеек, из 5-ти ячеек и из 7-ми ячеек сотовой связи) приведены во втором столбце Таблицы 2. В третьем столбце Таблицы 2 также приведены средние (то есть суммарные) значения эффективности использования спектрального диапазона, а их вычисление осуществляют путем деления средних значений коэффициента использования канала на коэффициенты повторного использования. Из Таблицы 2 видно, что среднее значение коэффициента использования канала возрастает при увеличении коэффициента повторного использования. Однако это возрастание коэффициента использования канала при увеличении коэффициента повторного использования с избытком компенсирует ухудшение общей эффективности использования спектрального диапазона, обусловленное тем, что возможность одновременного использования каждого канала предоставлена только для части оконечных устройств. Таким образом, увеличение коэффициента повторного использования приводит к уменьшению общей эффективности использования спектрального диапазона.

Адаптивные алгоритмы повторного использования В изобретении предложены адаптивные алгоритмы повторного использования, которые позволяют осуществлять, по мере возможности, более эффективное совместное использование имеющихся ресурсов системы (то есть спектра) для обеспечения более высокой эффективности и выполнения требований, предъявляемых к системе. Согласно адаптивным алгоритмам повторного использования по настоящему изобретению определяют план повторного использования, а для каждой ячейки сотовой связи изначально выделяют часть всех имеющихся ресурсов системы. Распределение ресурсов может быть выполнено таким образом, что при желании или при необходимости в каждой ячейке сотовой связи может быть одновременно использована значительная часть всех имеющихся ресурсов. Алгоритм исходного распределения ресурсов может быть подобен неадаптивному алгоритму повторного использования и может содержать, например, подмножество имеющихся каналов, совокупность каналов в совокупности с соответствующими им максимальными допустимыми уровнями мощности передачи, или некоторые другие алгоритмы распределения ресурсов, описание которых приведено ниже.

При наличии низкой нагрузки в системе передачу данных абонентам из каждой ячейки сотовой связи осуществляют с использованием выделенных ресурсов. При увеличении нагрузки или при изменении параметров системы может быть выполнено перераспределение системных ресурсов для обеспечения лучшего их соответствия режиму работы системы. В некоторых адаптивных алгоритмах повторного использования в ячейках сотовой связи с ограниченными ресурсами передача данных некоторым из абонентов, находящимся в своих ячейках сотовой связи, может быть выполнена с использованием тех ресурсов, которые были выделены другим ячейкам сотовой связи. К тому же, по мере необходимости (например, для обеспечения требуемого отношения Н/П для абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях) может быть осуществлено временное перераспределение, приостановка выделения или сокращение всех или части ресурсов, выделенных для конкретной ячейки сотовой связи.

Таким образом, в изобретении предложены способы динамического и/или адаптивного распределения ресурсов по ячейкам сотовой связи и динамического и/или адаптивного распределения ресурсов ячеек сотовой связи для абонентов, посредством которых обеспечивают соответствие требованиям, предъявляемым к системе, и достигают высокой эффективности. Имеющаяся возможность осуществления перекомпоновки и перераспределения ресурсов позволяет получить в системе согласно настоящему изобретению такую степень эффективности и такие высокие рабочие характеристики, которые не могут быть получены в системах с использованием обычных неадаптивных алгоритмов повторного использования без регулирования. Более подробное описание различных особенностей, вариантов осуществления и способов реализации изобретения приведено ниже.

Изобретение может быть использовано для любых систем связи, в которых существуют помехи. Например, изобретение может быть использовано в системах беспроводной (например, сотовой) связи, в системах спутниковой связи, в системах радиосвязи и в других системах, в которых повторное использование частот может обеспечить улучшение их рабочих характеристик. В частности, изобретение целесообразно использовать для повышения эффективности использования спектрального диапазона в системе связи множественного доступа со стационарными оконечными устройствами, которая предназначена для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных.

В изобретении учтено то обстоятельство, что в системе связи обычно имеется лишь небольшая часть абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, и это обстоятельство используют для увеличения степени среднего значения коэффициента повторного использование и, следовательно, обеспечения высокой эффективности. В обычной системе связи отношение Н/П для большой доли абонентов системы равно или превышает заданное значение, необходимое для обеспечения желательных рабочих характеристик. (Заданное значение представляет собой конкретное значение отношения Н/П, необходимое для обеспечения желательных рабочих характеристик, например, средней скорости передачи данных при ЧПОБ, равной 1%, или вероятности нарушения связи, равной 0,01%, либо какого-либо другого критерия.) Для обеспечения высокой эффективности для этих абонентов может быть использована схема с коэффициентом повторного использования, равным единице. Для той части абонентов, для которых значение отношения Н/П является более низким, чем заданное значение, могут быть использованы некоторые другие алгоритмы повторного использования и/или некоторые другие способы, посредством которых обеспечивают требуемые рабочие характеристики. Согласно одной из особенностей настоящего изобретения может быть осуществлена динамическая и/или адаптивная корректировка алгоритмов повторного использования с учетом нескольких факторов, например, существующего характера нагрузки, требований, предъявляемых к системе, и т.п.

На Фиг.3 показана схема последовательности операций, на которой в общих чертах продемонстрированы различные особенности системы связи из настоящего изобретения. Сначала при выполнении операции 310 задают алгоритм повторного использования посредством способа, более подробное описание которого приведено ниже. Алгоритм повторного использования охватывает собой различные аспекты, например, конкретную схему повторного использования, конкретную схему расположения ячеек сотовой связи, в которых осуществляют повторное использование, распределение ресурсов по ячейкам сотовой связи, рабочие параметры и т.д. Посредством алгоритма повторного использования создают основу функционирования системы. Затем система работает в обычном режиме и при выполнении операции 320 осуществляет передачу данных абонентам в соответствии с заданным алгоритмом повторного использования. Во время обычного режима работы при операции 330 выполняют оценку рабочих характеристик системы. Оценка различных параметров и совокупности измеренных рабочих характеристик может быть выполнена описанным ниже способом.

Затем при выполнении операции 340 определяют, являются ли рабочие характеристики системы приемлемыми. В том случае, если рабочие характеристики системы являются неприемлемыми, в процессе переходят обратно к выполнению операции 310, и осуществляют повторное задание алгоритма повторного использования. Повторно заданный алгоритм повторного использования может содержать изменения различных рабочих параметров, и может даже содержать операцию выбора другой схемы повторного использования и/или схемы расположения ячеек сотовой связи, в которых осуществляют повторное использование. Например, при наличии чрезмерных помех может быть увеличено количество ячеек сотовой связи, используемых в схеме повторного использования (например, от 3-х ячеек сотовой связи до 7-ми ячеек сотовой связи). В противном случае, если рабочие характеристики системы являются приемлемыми, то в системе возвращаются к выполнению операции 320 и продолжают осуществлять передачу данных абонентам. Во время работы системы операции 310-340 образуют собой непрерывный процесс.

На Фиг.4 показана схема последовательности операций для конкретного варианта осуществления адаптивного алгоритма повторного использования согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов осуществления эволюцию и адаптацию алгоритма повторного использования к изменяющимся рабочим условиям в системе выполняют во время обычного режима работы системы. Таким образом, часть операций, изображенных на Фиг.4, соответствуют аналогичным операциям из Фиг.3.

Сначала при выполнении операции 410, определяют один или несколько параметров, характеризующих систему связи, с использованием информации, собранной из системы. Запоминание этой информации может быть осуществлено в базе данных 430 системы. Например, может быть определен уровень помех у абонентов в каждой ячейке сотовой связи, и могут быть определены характеристики помех согласно приведенному ниже описанию. Определение характеристик помех может быть выполнено для каждой ячейки сотовой связи, и обычно содержит операцию определения средних значений уровней помех для всех абонентов в каждой ячейке сотовой связи. Информация, используемая для определения характеристик помех, может содержать, например, ИФР отношения Н/П для ячейки сотовой связи, матрицу ограничений помех для каждого абонента, обслуживаемого каждой ячейкой сотовой связи, и т.п. В каждой матрице ограничений помех приведены уровни мощности помех, превышающие конкретный пороговый уровень, которые возникают у абонента от других ячеек сотовой связи. Как описано ниже, также может быть осуществлен сбор и анализ данных о вероятности наличия ячеек сотовой связи, осуществляющих передачу на имеющихся каналах. Может быть выполнено периодическое обновление информации, используемой для определения характеристик, посредством чего обеспечивают учет новых ячеек сотовой связи и абонентов и отражают наличие любых изменений в системе.

Затем при выполнении операции 412 задают план повторного использования, исходя из полученных характеристик системы, а также других ограничений, налагаемых на систему, и результатов ее анализа. План повторного использования обычно содержит операцию определения размера N_r кластера повторного использования (то есть количества операций повторного использования) и исходной схемы расположения ячеек сотовой связи для повторного использования посредством кластера повторного использования, полученного в результате операции определения. Например, кластер повторного использования может соответствовать схеме повторного использования с одной ячейкой, с 3-мя ячейками, с 7-ю ячейками или с 19-ю ячейками сотовой связи. Выбор кластера повторного использования и структуры схемы расположения ячеек сотовой связи для повторного использования может быть осуществлен на основании данных, полученных при выполнении операции 410.

Затем при выполнении операции 414 определяют дополнительные параметры системы и/или рабочие условия. Эта операция обычно содержит операцию разделения всех имеющихся ресурсов системы на каналы, причем, как описано ниже, каналы соответствуют единичным промежуткам времени, полосам частот или каким-либо другим единичным элементам. Количество используемых каналов может быть получено, исходя из плана повторного использования, заданного при выполнении операции 412. Затем имеющиеся каналы объединяют в совокупности, а каждой ячейке сотовой связи выделяют соответствующую совокупность каналов. Эти совокупности могут содержать перекрывающиеся каналы (то есть конкретный канал может входить в состав более чем одной совокупности). Более подробное описание операций разделения и распределения ресурсов приведено ниже.

Другими типичными определяемыми параметрами являются, в том числе, например, интервал установления очередности, заданные значения рабочих параметров для ячеек сотовой связи в системе, коэффициенты уменьшения мощности передачи, соответствующие выделенной совокупности каналов, предельные значения коэффициента уменьшения мощности передачи, значения величины шага регулирования коэффициентов уменьшения мощности передачи и другие. Посредством коэффициентов уменьшения мощности передачи задают величину ослабления максимальных уровней мощности передачи для каналов. Параметры и режимы, более подробное описание которых приведено ниже, подобны набору правил эксплуатации, которые необходимо выполнять для ячеек сотовой связи при обычном режиме работы.

Затем при операции 416 выполняют оценку рабочих характеристик системы для заданного плана повторного использования. Эта операция оценки может содержать, например, операцию определения эффективного энергетического запаса канала связи для абонентов системы, значений вероятности нарушения связи, пропускной способности и других критериев оценки рабочих характеристик системы. Например, может быть выполнено вычисление эффективного энергетического запаса абонентского канала связи для каждого канала каждой ячейки сотовой связи. Исходя из вычисленных значений эффективного энергетического запаса канала связи может быть получено оценочное значение средней пропускной способности системы, а также значения пропускной способности для отдельных абонентов.

После операции оценки рабочих характеристик системы выполняют операцию 418, при которой определяют эффективность (то есть характеристики) заданного плана повторного использования. В том случае, если рабочие характеристики системы не соответствуют совокупности требований, предъявляемых к системе, в процессе возвращаются к выполнению операции 412 и осуществляют повторное задание плана повторного использования. Операции 412-418 выполняют многократно до тех пор, пока в системе не будут достигнуты заданные цели.

В том случае, если рабочие характеристики системы действительно соответствуют требованиям, предъявляемым к системе, то выполняют операцию 420, при которой определяют, произошли ли изменения в системе. Если какие-либо изменения отсутствуют, то процесс завершают. В противном случае выполняют операцию 424, при которой осуществляют обновление системной базы 430 данных на новые характеристики системы, полученные при выполнении операции 410. Затем выполняют операцию 410, при которой осуществляют повторное определение характеристик системы, отражающих изменения, произошедшие в системе. Ниже приведено более подробное описание операций, изображенных на Фиг.4.

Выполнение процесса, изображенного на Фиг.4, может быть осуществлено периодически или при каждом обнаружении изменений в системе. Например, процесс может быть выполнен при расширении или изменении системы, например, при добавлении новых ячеек сотовой связи и абонентов и при удалении или изменении существующих ячеек сотовой связи и абонентов. Этот процесс позволяет обеспечивать адаптацию системы к изменениям, например, распределения абонентов, топологии и топографии.

Изобретение охватывает несколько особенностей, в том числе (1) структуру и адаптацию алгоритма повторного использования, (2) распределение ресурсов (то есть каналов) по ячейкам сотовой связи, (3) установление очередности передач данных абонентам, (4) предоставление каналов абонентам, распределение которых выполнено посредством ячеек сотовой связи, (5) параметры, используемые при распределении каналов и т.д. Более подробное описание каждой из этих особенностей приведено ниже.

Варианты структуры каналов

Согласно изобретению совместное использование ресурсов ячейками сотовой связи и абонентами может быть реализовано посредством нескольких различных алгоритмов мультиплексирования, в том числе мультиплексирования с временным разделением (МВР), мультиплексирования с частотным разделением (МЧР), способа множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) и способа произвольного доступа. Также могут быть использованы и другие алгоритмы мультиплексирования, а также их совокупности, которые находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения. Разделение имеющихся системных ресурсов на части осуществляют с использованием выбранного алгоритма (выбранных алгоритмов) мультиплексирования.

Для алгоритмов, основанных на МВР, время передачи разделяют на такты (например, на временные интервалы, кадры или какие-либо другие единичные элементы), а для каждой ячейки сотовой связи выделяют некоторое количество временных интервалов. В каждом такте ячейка сотовой связи, которой выделен этот такт, может выделять всю рабочую полосу частот системы одному или нескольким абонентам. Для алгоритмов, основанных на МЧР, вся рабочая полоса частот может быть разделена на несколько полос частот (или поддиапазонов), а для каждой ячейки сотовой связи выделяют несколько полос частот. Ячейки сотовой связи могут осуществлять (непрерывную) передачу данных абонентам с использованием выделенных полос частот. Для алгоритмов, основанных на МДКР, выделение кодов абонентам может быть осуществлено в зависимости от потребностей. Для всех алгоритмов мультиплексирования распределение имеющихся ресурсов осуществляют способом, обеспечивающим высокую эффективность.

На Фиг.5 показана схема системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, в которой использованы некоторые из вариантов осуществления адаптивного алгоритма повторного использования, предложенного в настоящем изобретении. Для простоты, приведенное ниже описание некоторых особенностей и вариантов осуществления настоящего изобретения изложено применительно к системе, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи. Однако подразумевают, что конкретные подробности приведены в иллюстративных целях и не ограничивают изобретение. Очевидно, что могут быть реализованы альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения, а также модификации и видоизменения описанных здесь особенностей и вариантов осуществления, а все эти модификации и видоизменения находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

На Фиг.6 изображена диаграмма варианта осуществления операции разделения и распределения ресурсов для системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, которая показана на Фиг.5. В этом примере ресурсы системы разделяют на 12 частей. Разделение может быть осуществлен во временной или в частотной области, либо в их совокупности. Таким образом, горизонтальная ось может представлять собой время или частоту, что зависит от используемого способа мультиплексирования: МВР или МЧР. Например, эти 12 частей могут представлять собой 12 временных интервалов, для которых выполняют мультиплексирование с разделением по времени, в случае алгоритма, основанного на МВР, или 12 полос частот в случае алгоритма, основанного на МЧР. Каждую из этих частей здесь также именуют "каналом".

Для системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, разделенные ресурсы системы затем объединяют в три совокупности каналов, а для каждой ячейки первоначально выделяют одну из совокупностей каналов. Каждая совокупность каналов содержит некоторые из всех 12 имеющихся каналов, что зависит от конкретного используемого алгоритма повторного использования. Например, в варианте осуществления, показанном на Фиг.6, для ячейки 1 сотовой связи выделяют каналы с 1-го по 4-й, для ячейки 2 сотовой связи выделяют каналы с 5-го по 8-й, а для ячейки 3 сотовой связи выделяют каналы с 9-го по 12-й. В некоторых других вариантах осуществления каждой ячейке сотовой связи может быть выделена соответствующая совокупность каналов, которая содержит один или несколько каналов, выделенных другим ячейкам сотовой связи. В этих вариантах осуществления каждой ячейке сотовой связи может быть выделена совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи, которая определяет максимальную возможную мощность передачи из ячейки сотовой связи по каждому из каналов. Для всех вариантов осуществления также может быть осуществлено динамическое и/или адаптивное изменение выделенных каналов, исходя из, например, рабочих условий (например, нагрузки в системе).

При низких значениях нагрузки каждая из ячеек сотовой связи выделяет абонентам "лучшие" выделенные каналы. Для способа распределения каналов, показанного на Фиг.6, абонентам, находящимся в ячейке 1 сотовой связи, выделяют каналы с 1-го по 4-й, абонентам, находящимся в ячейке 2 сотовой связи, выделяют каналы с 5-го по 8-й, а абонентам, находящимся в ячейке 3 сотовой связи, выделяют каналы с 9-го по 12-й. В том случае, когда нагрузка в каждой ячейке сотовой связи равна нагрузке от четырех абонентов или меньше ее, межканальные помехи от соседних ячеек сотовой связи отсутствуют, и заданные значения параметров, могут быть обеспечены для каждого абонента. В том случае, когда нагрузка в любой из ячеек сотовой связи превышает нагрузку от четырех абонентов, эта ячейка сотовой связи может выделить дополнительному абоненту канал, который может быть не "ортогональным" по отношению к каналам других ячеек сотовой связи. Поскольку в каждой ячейке сотовой связи нагрузка обычно изменяется независимым образом, то существует возможность того, что выделенный неортогональный канал не будет задействован ни одной из соседних ячеек сотовой связи. Вероятность такой ситуации (то есть вероятность "неконфликтной ситуации") зависит от нагрузки в каждой из соседних ячеек сотовой связи.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения подмножество каналов, имеющихся в ячейке сотовой связи, может быть снабжено каким-либо средством "защиты". Защита может быть обеспечена, например, путем периодического резервирования совокупности каналов для ее монопольного использования в конкретной ячейке сотовой связи. Этот способ монопольного использования может быть также задан таким образом, чтобы применять его только в случае необходимости и только в том объеме, который необходим для удовлетворения потребностей активных абонентов, находящиеся в неблагоприятных условиях. Могут быть реализованы различные средства опознавания защищенных каналов соседними ячейками сотовой связи. Например, из ячейки сотовой связи может быть осуществлена передача перечня защищенных каналов в соседние ячейки сотовой связи. После этого в соседних ячейках сотовой связи временно снижают мощность передачи по защищенным каналам на конкретную величину или прекращают передачу по защищенным каналам. Защита канала может быть использована для обслуживания абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, для которых не может быть обеспечено надлежащее значение отношения Н/П вследствие наличия чрезмерных помех от соседних ячеек сотовой связи. В этих случаях защита канала может быть снята сразу же после того, как будут удовлетворены потребности абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения в ячейках сотовой связи может быть осуществлена "блокировка" (то есть недопущение передачи) некоторых своих каналов в том случае, если состояние канала ухудшается до недопустимого уровня (например, в том случае, если ЧСК превышает определенный процент или если вероятность нарушения связи превышает конкретное пороговое значение). В каждой ячейке сотовой связи может быть выполнено измерение рабочих характеристик каналов и осуществлена самоблокировка плохо функционирующих каналов до тех пор, пока не появится несомненная уверенность в том, что состояние канала улучшилось и может быть обеспечена надежная связь.

Защита и блокировка канала могут быть осуществлены динамическими и/или адаптивными способами, исходя из, например, режима работы ячейки сотовой связи.

Коэффициенты уменьшения мощности передачи

Согласно одной из особенностей настоящего изобретения для обеспечения улучшения рабочих характеристик и повышения эффективности может быть осуществлено ограничение (то есть уменьшение) мощности передачи из ячеек сотовой связи определенным способом. Для конкретной ячейки сотовой связи существует вероятность того, что одни абоненты являются менее восприимчивыми к помехам от других ячеек сотовой связи, чем некоторые другие абоненты. Путем применения схемы уменьшения мощности передачи, в которой преимущественно используют это обстоятельство, может быть реализовано увеличение пропускной способности системы и улучшение рабочих характеристик.

Уменьшение мощности передачи может быть применено в одном или в нескольких выбранных каналах, в одном или в нескольких выбранных временных интервалах или в одной или в нескольких выбранных ячейках сотовой связи, либо в их совокупности. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, уменьшение мощности передачи может быть применено для выбранных абонентов в ячейке сотовой связи. Уменьшение мощности передачи может быть осуществлено путем обеспечения функционирования ячейки сотовой связи с конкретной степенью уменьшения мощности передачи по отношению к максимальному уровню мощности передачи посредством ограничения мощности передачи конкретным предельным значением мощности или посредством полного выключения мощности передачи из ячейки сотовой связи. В одном из вариантов осуществления уменьшение мощности передачи в каждой ячейке сотовой связи выполняют, исходя из рабочих условий, имеющихся в ячейке сотовой связи таким образом, чтобы обеспечить наличие желательных рабочих характеристик при одновременном ограничении помех для абонентов, находящихся в других ячейках сотовой связи.

Алгоритм уменьшения мощности передачи может быть выполнен с учетом нескольких параметров. Например, алгоритм уменьшения мощности передачи может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить учет характеристик абонентов, режимов нагрузки, требуемых рабочих характеристик и т.д. Алгоритм уменьшения мощности передачи также может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность его корректировки с учетом изменений любого из параметров.

В конкретном варианте осуществления выбор коэффициентов уменьшения мощности передачи осуществляют на основании распределения значений отношения Н/П для всей совокупности абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи. (Для этих абонентов могут быть использованы различные весовые коэффициенты, полученные, например, исходя из совокупности параметров использования ими средств связи и т.д. Такое умножение на весовые коэффициенты может быть выполнено адаптивным и/или динамическим способом, например, в зависимости от времени дня). Первоначально измерение отношения Н/П может быть выполнено абонентами, например, по пилот-сигналам, передаваемым из ячеек сотовой связи. Одновременно с этим абонентами, также может быть выполнено измерение уровней помех (П) (I) от ячеек сотовой связи, которые, как описано ниже, могут быть позже использованы для управления мощностью передачи из ячеек сотовой связи, вызывающих чрезмерные помехи. Сообщения об измеренном уровне сигнала, принятого из первичной, или собственной, ячейки сотовой связи (то есть С), а также сообщения об уровнях сигналов, принятых из других ячеек сотовой связи, передают в первичную ячейку сотовой связи, в которой затем осуществляют сбор и определяют характеристики эффективной ИФР отношения Н/П для ячейки сотовой связи. В альтернативном варианте в первичную ячейку сотовой связи могут быть переданы непосредственно характеристики отношения Н/П.

Для упрощения процесса определения характеристик отношения Н/П может быть сделано несколько допущений. Например, может быть сделано предположение о том, что ячейки сотовой связи, создающие помехи, работают с полной мощностью передачи. Распределение значений отношения Н/П указывает процентную долю абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, для которых отношение Н/П превышает конкретное значение отношения Н/П в том случае, когда во всех ячейках сотовой связи передачу осуществляют с полной мощностью.

На Фиг.7 показан пример совокупной функции распределения (ИФР) значений отношения Н/П, достигнутого в схеме повторного использования, состоящей из одной ячейки сотовой связи, в том случае, когда во всех ячейках сотовой связи передачу осуществляют с полной мощностью. Посредством использования распределения значений отношения Н/П, показанного на Фиг.7, совокупность всех абонентов может быть разделена на группы, в которых каждая группа соответствует абонентам, для которых помехи от других ячеек сотовой связи являются приблизительно одинаковыми (то есть, для которых отношение Н/П принимает значения в пределах определенного диапазона значений). Например, ИФР, показанная на Фиг.7, может быть разделена на N_с=N_r·N_s групп, где N_r - количество ячеек сотовой связи в кластере повторного использования, а и N_s - количество ортогональных каналов, выделенных в кластере для ячейки сотовой связи. В приведенном ниже примере N_s=4, а N_r=3, в результате чего получают, что N_c=12. В приведенном ниже примере выбор групп осуществляют таким образом, чтобы они имели одинаковый размер (то есть каждая группа содержит одинаковую процентную долю абонентов), хотя также может существовать вариант с разделением на группы неодинакового размера.

В Таблице 3 приведены данные для N_c=12 групп абонентов и указаны минимальные значения отношения Н/П для абонентов в каждой из 12-ти групп абонентов. Поскольку существует 12 групп абонентов, а каждая группа имеет одинаковый размер, то в состав каждой группы входит, приблизительно, 8,3% абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи. Первая группа содержит абонентов, для которых отношение Н/П равно 10 дБ или менее, вторая группа содержит абонентов, для которых отношение Н/П принимает значения в диапазоне от 10 дБ до 13 дБ, третья группа содержит абонентов, для которых отношение Н/П принимает значения в диапазоне от 13 дБ до 15 дБ, четвертая группа содержит абонентов, для которых отношение Н/П принимает значения в диапазоне от 15 дБ до 17 дБ, и т.д., а последняя группа содержит абонентов, для которых значение отношения Н/П превышает 34,5 дБ.

Из Фиг.7 и Таблицы 3 понятно, что абоненты, находящиеся в ячейке сотовой связи, имеют различные параметры, зависящие от Н/П. Эти абоненты могут иметь различные уровни рабочих характеристик, или же для обеспечения конкретного уровня их рабочих характеристик могут потребоваться различные уровни мощности передачи.

Например, для реализации функционирования с желательной скоростью передачи данных при приемлемой частоте появления ошибок может потребоваться, чтобы в ячейке сотовой связи было обеспечено поддержание заданного значения параметра γ (то есть необходимого минимального значения отношения Н/П). В обычных системах заданное значение параметра γ зависит от мгновенной скорости передачи данных, выбранной абонентами, и, следовательно, может меняться для различных абонентов. В простом примере предполагают, что для всех абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, требуемое заданное значение параметра γ равно 15 дБ. В этом случае минимальный энергетический запас s(n) канала связи для каждой группы абонентов может быть вычислен следующим образом:

s(n)=min{H/П(n)}-γ; n=1, 2,...,N_c. (1)

Минимальный энергетический запас s(n) канала связи для каждой группы абонентов равен разности между минимальным значением отношения Н/П для абонентов из группы и заданным значением параметра γ. Минимальный энергетический запас s(n) канала связи представляет собой отклонение заданного значения параметра от требуемой мощности передачи при том предположении, что все ячейки сотовой связи осуществляют передачу с полной мощностью. Положительный энергетический запас канала связи означает, что значение отношения Н/П превышает то, которое необходимо для обеспечения желательного уровня рабочих характеристик, определяемого заданным значением параметра γ. Таким образом, мощность передачи к этим абонентам может быть уменьшена (то есть снижен коэффициент уменьшения мощности передачи) на величину энергетического запаса при сохранении желательного уровня рабочих характеристик.

В том случае, если нормированное значение максимального уровня мощности передачи равно 1, 0, то нормированный коэффициент уменьшения мощности передачи для каждой группы абонентов может быть выражен в следующем виде:

β(n)=min(1,10^-0,1·s(n)); n=1,2,...,N_c. (2)

Посредством коэффициента уменьшения мощности передачи, соответствующего конкретной группе абонентов, отображают степень понижения мощности передачи, которая может быть использована для этой группы абонентов при сохранении желательного заданного значения параметра γ, и, следовательно, желательного уровня рабочих характеристик. Уменьшение мощности передачи возможно потому, что эти абоненты обладают лучшим отношением Н/П. Путем понижения мощности передачи к активному абоненту на коэффициент уменьшения мощности передачи может быть обеспечено снижение помех для абонентов, находящихся в других ячейках сотовой связи, без воздействия на рабочие характеристики для активного абонента.

В Таблице 3 приведен перечень значений минимального энергетического запаса s(n) канала связи и коэффициенты уменьшения мощности передачи для каждой группы абонентов при заданном значении параметра γ, равном 15 дБ. Как показано в Таблице 3, каналы с 1-го по 4-й имеют значения энергетического запаса канала связи, равные 0 дБ или менее, а каналы с 5-го по 12-й имеют постепенно возрастающие лучшие значения энергетического запаса канала связи. Следовательно, каналы с 1-го по 4-й работают с полной мощностью передачи, а каналы с 5-го по 12-й работают с постепенно уменьшающейся мощностью. Для осуществления передачи данных абонентам из соответствующих групп абонентов могут быть использованы коэффициенты уменьшения мощности передачи. Например, поскольку для абонентов из группы 5 отношение Н/П, равное или больше 17 дБ, а минимальный энергетический запас s(n) канала связи равен 2 дБ, то мощность передачи к этим абонентам может быть снижена до 0,6310.

Для абонентов, для которых отношение Н/П является более низким, чем заданное значение параметра β, может быть использовано несколько возможных вариантов решения. Скорость передачи данных к этим абонентам может быть уменьшена до такой величины, поддержка которой может быть обеспечена при имеющемся отношении Н/П. В альтернативном варианте может быть осуществлена передача запроса на то, чтобы источник (источники) помех, обуславливающих наличие низкого отношения Н/П, временно снизил(снизили) мощность передачи или прекратил (прекратили) передачу по тому каналу (каналам), который (которые) оказывают соответствующее воздействие, до тех пор, пока не будет обеспечено удовлетворительное обслуживание абонентов с низким отношением Н/П.

В одном из вариантов осуществления после определения коэффициентов уменьшения мощности передачи для одной ячейки сотовой связи из схемы повторного использования может быть выполнено размещение коэффициентов уменьшения мощности передачи для других ячеек сотовой связи из схемы повторного использования в шахматном порядке. Например, для схемы повторного использования с N_r=3 (то есть содержащей 3 ячейки сотовой связи), посредством которой осуществляют управление 12-ю каналами и в которой используют сдвиг на N_s=4 канала, сдвиг коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 2 может быть выполнен на величину, равную четырем по модулю N_c, а сдвиг коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 3 может быть выполнен на величину, равную восьми по модулю N_c. В этой схеме повторного использования в ячейке 1 используют коэффициенты уменьшения мощности передачи, соответствующие 1-ой совокупности каналов (которая содержит каналы и соответствующие им коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в Таблице 3), в ячейке 2 используют коэффициенты уменьшения мощности передачи, соответствующие 2-ой совокупности каналов (которая содержит каналы и соответствующие им коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в Таблице 3, но сдвинутые вниз на четыре канала и зацикленные путем соединения конца таблицы с ее началом), а в ячейке 3 используют коэффициенты уменьшения мощности передачи, соответствующие 3-ей совокупности каналов (которая содержит каналы и соответствующие им коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в Таблице 3, но сдвинутые вниз на восемь каналов и зацикленные путем соединения конца таблицы с ее началом). В этом примере используют сдвиг на 4 канала, но также могут быть использованы и другие значения сдвига.

В Таблице 4 приведены значения коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячеек с 1-ой по 3-ю с использованием коэффициентов уменьшения мощности передачи из Таблицы 3 и сдвига на четыре каналами. Например, для 1-го канала в ячейке 1 используют коэффициент уменьшения мощности передачи, соответствующий каналу 1 из 1-ой совокупности, в ячейке 2 используют коэффициент уменьшения мощности передачи, соответствующий каналу 9 из 1-ой совокупности, а в ячейке 3 используют коэффициент уменьшения мощности передачи, соответствующий каналу 5 из 1-ой совокупности.

Коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в Таблице 4, вычислены, исходя из ИФР отношения Н/П из Фиг.7, которая получена с учетом того, что другие ячейки сотовой связи в системе осуществляют передачу сигнала с полной мощностью. Однако при использовании коэффициентов уменьшения мощности передачи в совокупности с алгоритмом повторного использования каналов, предусматривающим шахматный порядок их расположения, показанным в Таблице 4, фактические значения отношения Н/П для абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, могут превышать минимальные значения отношения Н/П, приведенные во втором столбце Таблицы 3, поскольку помехи от других ячеек сотовой связи снижены вследствие использования коэффициентов уменьшения мощности передачи.

В Таблице 5 продемонстрировано улучшение отношения Н/П, полученное посредством применения схемы повторного использования с 3-мя ячейками сотовой связи, сдвига каналов в шахматном порядке и уменьшения мощности передачи, при этом предполагают, что прием сигналов из ячеек 2 и 3 сотовой связи осуществляют с одинаковыми уровнями мощности. В первом столбце приведены индексы каналов с 1-го по 12-й. Во втором столбце приведены минимальные значения отношения Н/П, соответствующие 12-ти каналам в том случае, когда передачу из других ячеек сотовой связи осуществляют с полной мощностью. Вычисленные значения, приведенные во втором столбце, соответствуют тому варианту, в котором абоненту из 1-й группы выделен канал 1, абоненту из 2-й группы выделен канал 2, и т.д., а абоненту из 12-й группы выделен канал 12.

В третьем столбце приведены значения минимального энергетического запаса s(n) канала связи для этих 12 каналов при минимальном значении отношения Н/П, указанном во втором столбце. Приведенные в нем значения s(n) соответствуют предположению, что заданное значение параметра γ равно 15 дБ. В четвертом, пятом и шестом столбцах приведены коэффициенты уменьшения мощности передачи для ячеек, соответственно, 1, 2 и 3, а их вычисление осуществлено, исходя из значений энергетического запаса канала связи, которые указаны в третьем столбце. В седьмом столбце приведены величины эффективного увеличения значений энергетического запаса s(n) каналов связи из третьего столбца, полученного в результате использования схемы повторного использования, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, а коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в столбцах с 4-го по 6-й, соответствуют ситуации, в которой воспринимаемые абонентом уровни мощности передачи из ячеек 2 и 3 сотовой связи, являются одинаковыми. В этом примере эффективный энергетический запас может быть выражен в следующем виде:

=10·log₁₀[(I₂+I₃)/(I₂·β₂(n)+I₃·β₃(n))]=

=10·log₁₀[2/β₂(n)+β₃(n)], I₂=I₃.

В последнем столбце Таблицы 5 приведено эффективное значение отношения Н/П для абонентов, которым выделены каналы с 1-го по 12-й, и которое может быть выражено в следующем виде:

H/П_эфф(n)=γ+min(0,s(n))+ (n).

Таблица 5 Канал, n H/Пмин (n) (дБ) s(n) (дБ) β1 (n) β2 (n) β3 (n) (дБ) Н/Пмин (n) (ДБ) 1 <10 <-5 1,0000 0,1259 0,6310 4,2202 <14,2202 2 10 -5 1,0000 0,0794 0,4467 5,7995 15,7995 3 13 -2 1,0000 0,0355 0,2818 7,9953 20,9953 4 15 0 1,0000 0,0112 0,1995 9,7727 24,7727 5 17 2 0,6310 1,0000 0,1259 2,4953 17,4953 6 18,5 3,5 0,4467 1,0000 0,0794 2,6783 17,6783 7 20,5 5,5 0,2818 1,0000 0,0355 2,8589 17,8589 8 22 7 0,1995 1,0000 0,0112 2,9618 17,9618 9 24 9 0,1259 0,6310 1,0000 0,8859 15,8859 10 26 11 0,0794 0,4467 1,0000 1,4066 16,4066 11 29,5 14,5 0,0355 0,2818 1,0000 1,9320 16,9320 12 >34,5 >19,5 0,0112 0,1995 1,0000 2,2202 >17,2202

Как показано в Таблице 5, эффективное значение отношения Н/П для абонентов, которым выделены каналы с 1-го по 12-й, возрастает в результате того, что передачу из других ячеек сотовой связи осуществляют с пониженной мощностью. Без уменьшения мощности передачи было бы невозможно обеспечить заданное значение параметра, равное 15 дБ, для тех абонентов, которым выделены каналы с 1-го по 3-й. Посредством уменьшения мощности передачи можно обеспечить заданное значение параметра, равное 15 дБ, для всех абонентов, за исключением абонента которому выделен канал 1.

Реальная система обычно не полностью соответствует вышеописанной идеальной модели системы. Например, неравномерное распределение абонентов, неравномерное распределение местоположений ячеек сотовой связи, различный ландшафт и морфология и т.п. вносят совокупный вклад в изменение уровней помех, наблюдаемых в каждой ячейке сотовой связи. Следовательно, существует вероятность того, что коэффициенты уменьшения мощности передачи, полученные для каждой ячейки сотовой связи, будут различными, а коэффициенты уменьшения мощности передачи для ячеек сотовой связи в кластере повторного использования могут оказаться такими, что они не являются вариантами одной и той же их совокупности, приведенной в Таблице 4, смещенными относительно друг друга на модуль некоторого числа. Ниже продемонстрировано влияние различных ИФР отношения Н/П на коэффициенты уменьшения мощности передачи.

На Фиг.8 показана схема системы, состоящей из 21-й ячейки сотовой связи, в которой используют адаптивный алгоритм повторного использования с 3-мя ячейками. В этом примере имеется двенадцать каналов для связи, при этом N_r=3, N_s=4, a N_c=12. Для идеальной системы, имеющей аналогичные системные характеристики, выбор сдвига канала, присваиваемого каждой ячейке системы сотовой связи, может быть выполнен следующим образом: N_s·mod (m,N_r=3), при этом:

- ячейкам сотовой связи, имеющим индексы, для которых выполнено условие mod(m,3)=0, присваивают значение сдвига канала, равное 0,

- ячейкам сотовой связи, имеющим индексы, для которых выполнено условие mod(m,3)=1, присваивают значение сдвига канала, равное 4, а

- ячейкам сотовой связи, имеющим индексы, для которых выполнено условие mod(m,3)=2, присваивают значение сдвига канала, равное 8,

где m - номер ячейки сотовой связи (в системе, состоящей из 21-ой ячейки, m=0, 1, 2,...20). В этом алгоритме сдвига значение сдвига канала, равное 0, присваивают ячейкам 0, 3, 6,... и 18 из Фиг.8, значение сдвига канала, равное 4, присваивают ячейкам 1, 4, 7,... и 19, а значение сдвига канала, равное 8, присваивают ячейкам 2, 5, 8,... и 20.

В идеальной системе в том случае, если абоненты равномерно распределены по зоне обслуживания и распространение сигнала происходит одинаковым образом во всех ячейках системы сотовой связи, ИФР отношения Н/П для каждой из ячеек системы сотовой связи является одинаковой (предполагая, что количество ячеек сотовой связи является бесконечным и поэтому ИФР отношения Н/П в ячейках сотовой связи, расположенных на периферии, является одинаковой). В действительности эти условия не выполняются, и существует вероятность того, что ИФР отношения Н/П для каждой из ячеек сотовой связи будет различной. Например, существует вероятность того, что уровни помех, наблюдаемые в ячейке 0 системы сотовой связи, показанной на Фиг.8, будут отличаться от уровней помех, наблюдаемых в ячейке 7 сотовой связи. В общем случае, поскольку существует вероятность того, что ИФР отношения Н/П, будут различными для различных ячеек сотовой связи, то можно предположить, что коэффициенты β_m(n) уменьшения мощности передачи будут различными для каждой ячейки сотовой связи.

Влияние наличия различных коэффициентов β_m(n) уменьшения мощности передачи для каждой ячейки сотовой связи на структуру плана повторного использования может быть проиллюстрировано на конкретном примере. В этом примере предполагают, что ячейка 1 сотовой связи имеет ИФР отношения Н/П, показанную на Фиг.7, что ячейка 2 сотовой связи имеет ту же самую ИФР, но сдвинутую на 3 дБ вправо (то есть средняя линия распределения смещена из точки, соответствующей 20,5 дБ, в точку, соответствующую 23,5 дБ), и что ячейка 3 сотовой связи имеет ту же самую ИФР, но сдвинутую на 3 дБ влево (то есть средняя линия соответствует 17,5 дБ). В действительности, ИФР вряд ли представляют собой одинаковые функции распределения, сдвинутые одна относительно другой, а упрощенный пример используют здесь в качестве вспомогательного средства для пояснения влияния различных β_m(n) на конструктивное исполнение системы.

В Таблице 6 приведен перечень значений s₁(n), s₂(n) и s₃(n) минимального энергетического запаса канала связи для, соответственно, ячеек 1, 2, и 3 кластера, состоящего из 3-х ячеек сотовой связи, полученных, исходя из того, что: (1) абонентов, находящихся в каждой ячейке сотовой связи, разделяют на 12 групп одинакового размера, (2) предполагают, что во всех ячейках сотовой связи передачу осуществляют с полной мощностью, и (3) общее заданное значение параметра у для всех ячеек сотовой связи равно 15 дБ.

Путем использования общего заданного значения параметра для всех трех ячеек кластера, состоящего из 3-х ячеек сотовой связи, и предполагая, что для всех ячеек сотовой связи, имеющих один и тот же индекс mod(m,3), ИФР отношения Н/П являются одинаковыми, может быть выполнено вычисление коэффициентов уменьшения мощности передачи для каждой ячейки сотовой связи исходя из общего заданного значения параметра. Вычисление коэффициентов β₁(n), β₂(n) и β₃(n) уменьшения мощности передачи для, соответственно, 1-й, 2-й и 3-й ячеек сотовой связи осуществляют с использованием уравнения (2) для соответствующих значений s₁(n), s₂(n) и s₃(n) минимального энергетического запаса канала связи. Например, коэффициенты уменьшения мощности передачи β₂(n) для ячейки 2 сотовой связи получают путем выполнения вычислений с использованием значений s₂(n) минимального энергетического запаса канала связи, приведенных в третьем столбце, и сдвига результирующих значений на четыре канала по модулю 12. Аналогичным образом, коэффициенты β₃(n) уменьшения мощности передачи для ячейки 3 сотовой связи получают путем выполнения вычислений с использованием значений s₃(n) минимального энергетического запаса канала связи, приведенных в четвертом столбце, и сдвига результирующих значений на восемь каналов по модулю 12. В Таблице 6 показано, что коэффициенты β₁(n), β₂(n) и β₃(n) уменьшения мощности передачи больше не представляют собой варианты одной и той же совокупности, полученные путем взаимного сдвига. Это означает, что эффективные значения энергетического запаса каналов связи будут различными в каждой из ячеек сотовой связи.

В Таблице 7 приведен перечень эффективных значений и энергетического запаса каналов связи для ячеек, соответственно, 1, 2 и 3 для того случая, когда ячейки сотовой связи работают с перечисленными в Таблице 6 коэффициентами β₁(n), β₂(n) и β₃(n) уменьшения мощности передачи и предполагают, что прием сигнала от каждой ячейки сотовой связи осуществляют с одинаковой мощностью (то есть I₁=I₂=I₃). Несмотря на то, что первоначальное вычисление коэффициентов уменьшения мощности передачи было выполнено таким образом, чтобы обеспечить значение энергетического запаса канала связи, равное 0 дБ при полной мощности передачи из ячеек сотовой связи, в том случае, когда передачу из ячеек сотовой связи осуществляют с использованием коэффициентов уменьшения мощности передачи, эффективные значения энергетического запаса каналов связи, приведенные в Таблице 7, изменяются от 0 дБ до величины, превышающей 12 дБ.

Таблица 7 Канал, n 1 2,74 3,55 6,55 2 3,32 5,19 8,19 3 5,38 7,54 10,54 4 6,95 9,55 12,55 5 2,04 2,50 2,74 6 2,37 2,68 2,84 7 3,64 2,86 2,93 8 5,82 2,96 2,99 9 1,82 0,00 0,89 10 2,13 0,24 1,41 11 2,44 1,07 2,69 12 2,60 1,55 4,55

Как показано в Таблице 7, при использовании общего заданного значения для ячеек сотовой связи с различными ИФР отношения Н/П каждая ячейка в кластере имеет различную эффективную пропускную способность, поскольку эффективные значения энергетического запаса каналов связи отличаются между собой. Например, до применения процедуры уменьшения мощности передачи абоненты, находящиеся в ячейке 3 сотовой связи, имели менее благоприятные условия, чем абоненты, находящиеся в других ячейках сотовой связи, поскольку их совокупное значение отношения Н/П является наименьшим. И наоборот, абоненты, находящиеся в ячейке 2 сотовой связи, имели наибольшее совокупное значение отношения Н/П до применения схемы уменьшения мощности передачи. Однако после применения коэффициентов уменьшения мощности передачи возникает обратная ситуация, при которой абоненты, находящиеся в ячейке 3 сотовой связи, имеют самые высокие эффективные значения энергетического запаса каналов связи, в то время как абоненты, находящиеся в ячейке 2 сотовой связи, имеют самые низкие эффективные значения энергетического запаса каналов связи. Это происходит потому, что в ячейке 3 сотовой связи коэффициенты уменьшения мощности передачи являются большими по величине (то есть мощность уменьшают в меньшей степени), чем те, которые используют в ячейках 1 и 2 сотовой связи, что приводит к увеличению эффективного энергетического запаса каналов в ячейке 3 сотовой связи по сравнению с другими ячейками сотовой связи.

Неравномерность распределения эффективных значений энергетического запаса каналов связи между ячейками в кластере может быть исправлена путем использования различных заданных значений параметра в каждой ячейке кластера. В этом конкретном примере одинаковые коэффициенты уменьшения мощности передачи в каждой из ячеек сотовой связи могут быть получены, например, посредством использования в ячейке 2 сотовой связи заданного значения, равного 18 дБ, и заданного значения, равного 12 дБ, в ячейке 3 сотовой связи (поскольку в них ИФР отношения Н/П сдвинуты на ±3 дБ). Эта концепция может также быть распространена на отдельные каналы ячеек сотовой связи.

Неравномерность распределения эффективных значений энергетического запаса каналов связи, показанная в Таблице 1, может также быть уменьшена путем итерационного вычисления коэффициентов уменьшения мощности передачи. Например, для перечисленных в Таблице 7 эффективных значений энергетического запаса каналов связи может быть вычислена другая совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи. Эта вторая совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть объединена (то есть перемножена) с первой совокупностью коэффициентов уменьшения мощности передачи, приведенной в Таблице 6, в результате чего создают "эффективную" совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи, предназначенных для использования. Осуществляют соответствующее уменьшение мощности передачи для ячеек и каналов, имеющих более высокие эффективные значения энергетического запаса канала связи. Итерационный процесс может быть продолжен до тех пор, пока не будет получено состояние, в котором не происходит каких-либо заметных изменений эффективных значений энергетического запаса каналов связи для ячеек сотовой связи между итерациями, или до тех пор, пока не будут выполнены некоторые заданные условия.

Операции определения характеристик ячеек сотовой связи и упорядочения рабочих характеристик в ячейках сотовой связи обычно являются более сложными, чем те, которые описаны выше (то есть ИФР отношения Н/П вряд ли будут представлять собой варианты одной и той же функции, полученные путем взаимного сдвига, как предполагают в вышеуказанном примере). Кроме того, абоненты, находящиеся в каждой ячейке сотовой связи, обычно наблюдают различные уровни помех от других ячеек сотовой связи. Следовательно, для обеспечения надлежащего упорядочения эффективных значений энергетического запаса во всех ячейках системы сотовой связи таким образом, чтобы они не превышали конкретный пороговый уровень, может потребоваться еще больший объем вычислений. В том случае, если желательно обеспечить наличие нормированных рабочих характеристик, то для ячеек сотовой связи и/или каналов могут быть использованы различные заданные значения параметра. Также может быть осуществлено изменение заданных значений параметра для получения неравномерного распределения рабочих характеристик системы.

Регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи до значений, заданных по умолчанию

В вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых используют уменьшение мощности передачи, осуществляют вычисление коэффициентов уменьшения мощности передачи и их подачу в ячейки сотовой связи, имеющиеся в системе. После этого коэффициенты уменьшения мощности передачи применяют в каждой ячейке сотовой связи для каналов, используемых для передачи.

Согласно одной из особенностей изобретения может быть выполнено динамическое и/или адаптивное регулирование (то есть изменение) первоначально присвоенных (то есть заданных по умолчанию) коэффициентов уменьшения мощности передачи с учетом, например, изменений нагрузки в системе, параметров абонента, потребностей абонента, требуемых рабочих характеристик и т.д. Регулирование коэффициентов уменьшения. мощности передачи может быть выполнено посредством многочисленных алгоритмов, описание некоторых из которых приведено ниже.

В одном из вариантов осуществления алгоритма регулирование уменьшения мощности передачи коэффициент (коэффициенты) уменьшения мощности передачи ячейки (ячеек) сотовой связи, являющихся источниками помех, уменьшают на протяжении того промежутка времени, в течение которого абонент, находящийся в неблагоприятных условиях, осуществляет активную передачу данных. Как указано выше, для абонента, находящегося в неблагоприятных условиях, желательное заданное значение параметра во многих случаях не может быть обеспечено вследствие наличия чрезмерных помех от ограниченного количества ячеек сотовой связи.

Если для абонента, находящегося в неблагоприятных условиях, не может быть обеспечено желательное заданное значение параметра даже в том случае, когда ему выделен наилучший имеющийся канал, причем такое состояние именуют "мягкой блокировкой" ("soft-blocking"), может быть осуществлено временное снижение мощности передачи из других вызывающих помехи ячеек сотовой связи, входящих в состав схемы повторного использования, таким образом, что появляется возможность обеспечения желательного заданного значения параметра для абонента, находящегося в неблагоприятных условиях. Например, если основным источником помех для абонента ячейки 1 сотовой связи, находящегося в неблагоприятных условиях, является ячейка 2 сотовой связи, то мощность передачи из ячейки 2 сотовой связи может быть уменьшена на величину (например, на дополнительные 3 дБ от β(n)=х до β(n)=0,5х в сторону снижения), необходимую для того, чтобы абонент, находящий в неблагоприятных условиях, мог осуществлять связь при желательном заданном значении параметра.

В приведенном выше примере при применении коэффициента уменьшения мощности передачи в ячейке 2 сотовой связи может возникнуть ситуация, в которой также становится невозможным обеспечивать заданное значение параметра для абонента, находящегося в ячейке 2 сотовой связи, что, в принципе, может приводить к дальнейшему снижению коэффициентов уменьшения мощности передачи для других ячеек сотовой связи. Следовательно, помимо регулирования коэффициентов уменьшения мощности передачи, также может быть выполнено регулирование заданных значений параметра, которые используют в заданных каналах ячеек сотовой связи, являющихся источниками помех. Кроме того, эти регулирования также могут быть выполнены локально таким образом, чтобы уменьшить заданные значения параметра в обеих ячейках 1 и 2 сотовой связи до значений, которые обеспечивают фактическое увеличение их совокупной пропускной способности до максимальной при одновременном сохранении соответствия критериям в отношении нарушения связи для абонентов из обеих ячеек сотовой связи.

В другом варианте осуществления алгоритма регулирования уменьшения мощности передачи в ячейке (ячейках), являющейся источником помех, может быть временно прекращено использование конкретного канала, что обеспечивает возможность обслуживания абонента, находящегося в неблагоприятных условиях. Коэффициент (коэффициенты) β(n) уменьшения мощности передачи для соответствующего канала (соответствующих каналов) ячейки (ячеек) сотовой связи, являющейся (являющихся) источником помех, устанавливают равным (равными) 0, 0.

В конкретной системе связи основным типом помех для конкретного абонента могут являться межканальные помехи от ячейки сотовой связи, находящейся в другом кластере повторного использования. Например, со ссылкой на Фиг.8, основным источником помех для абонента, находящегося в ячейке 0 сотовой связи одного из кластеров, состоящего из 3-х ячеек сотовой связи, может являться ячейка 3 сотовой связи, находящаяся в другом кластере, состоящем из 3-х ячеек сотовой связи, которой могла быть выделена та же самая совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи, что и ячейке 0 сотовой связи. Для ослабления межканальных помех может быть выполнено изменение коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 3 сотовой связи таким образом, чтобы они отличались от таковых коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 0 сотовой связи. Например, может быть осуществлен сдвиг коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 3 сотовой связи на один или несколько каналов, либо один или несколько коэффициентов уменьшения мощности передачи для ячейки 3 сотовой связи могут быть выполнены иными, чем для ячейки 0 сотовой связи, либо могут быть выполнены некоторые другие видоизменения.

В измененном варианте алгоритма регулирования уменьшения мощности передачи может быть выполнено резервирование одного или нескольких каналов для монопольного использования каждой ячейкой сотовой связи, входящей в состав схемы повторного использования. В этом случае передачу на этих каналах из других ячеек сотовой связи, входящих в состав схемы повторного использования, не производят (то есть их блокируют). Количество зарезервированных каналов может быть задано, исходя из имеющейся нагрузки или из требований, предъявляемых к системе, и может быть выполнено динамическое и/или адаптивное их регулирование при изменении рабочих условий. К тому же, ячейкам сотовой связи может быть выделено различное количество зарезервированных каналов, которое опять-таки зависит от варианта исполнения системы и ее состояния.

Величина требуемого уменьшения мощности передачи может быть получена различными способами. В некоторых вариантах осуществления изобретения каждая ячейка сотовой связи имеет сведения о коэффициентах уменьшения мощности передачи, необходимых для того, чтобы обеспечить связь для абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, при желательном заданном значении параметра. Может быть выполнено предварительное вычисление и запоминание коэффициентов уменьшения мощности передачи, или же они могут быть определены, исходя из предыдущих сеансов передачи. В тот момент времени, когда абонент, находящийся в неблагоприятных условиях, начинает сеанс связи, коэффициент (коэффициенты) уменьшения мощности передачи, необходимые для абонента, являются известными для ячейки сотовой связи, и она осуществляет его (их) передачу в ячейку (ячейки) сотовой связи, являющуюся (являющиеся) источником помех.

В вариантах осуществления изобретения, в которых желательно производить регулирование (например, уменьшать или блокировать) мощности передачи из ячеек сотовой связи, являющихся источниками помех, ячейка сотовой связи, выдающая запрос на регулирование коэффициента уменьшения мощности передачи, может осуществлять передачу в ячейки сотовой связи, являющиеся источниками помех, желательные значения изменения регулировок коэффициентов уменьшения мощности передачи, обеспечивающих удовлетворение потребностей абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях. Значения изменения регулировок могут быть также переданы и в другие ячейки системы сотовой связи, которая может затем использовать эту информацию для улучшения рабочих характеристик этих ячеек сотовой связи. После этого в ячейках сотовой связи, являющихся источниками помех, используют запрошенные коэффициенты уменьшения мощности передачи в соответствии с заданным алгоритмом регулирования уменьшения мощности передачи. Такой алгоритм регулирования может задавать, например, момент времени и длительность промежутка времени, в течение которого обеспечивают регулирования. В том случае, если ячейка сотовой связи, являющаяся источником помех, осуществляет прием запросов на уменьшение мощности передачи из нескольких других ячеек сотовой связи, то в ячейке сотовой связи, являющейся источником помех, обычно используют те коэффициенты уменьшения мощности передачи, принятые ею из ячеек сотовой связи, выдавших запросы, которые обеспечивают максимальное уменьшение мощности передачи.

Передача запроса (или управляющей команды) на временное уменьшение или блокирование мощности передачи из других ячеек сотовой связи в ячейки сотовой связи, являющиеся источниками помех, может быть выполнена таким способом, который обеспечивает возможность передачи данных абонентам, находящимся в неблагоприятных условиях. Передача запроса в необходимые ячейки сотовой связи, являющиеся источниками помех, может быть осуществлена в динамическом режиме или упорядоченным способом (например, через каждые несколько кадров), либо посредством каких-либо других способов. Например, в начале каждого кадра передачи из каждой ячейки сотовой связи может быть осуществлена передача перечня таких запросов в соседние по отношению к ней ячейки сотовой связи, при этом предполагают, что требования, содержащиеся в запросах, будут выполнены в следующем кадре передачи. Могут быть реализованы и иные способы передачи запросов в другие ячейки сотовой связи, которые находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Регулирование уменьшения мощности передачи может быть осуществлено посредством многочисленных способов. В одном из способов передачу коэффициентов уменьшения мощности передачи в соседние ячейки сотовой связи выполняют в динамическом режиме, а вскоре после этого осуществляют их применение (например, в следующем кадре). В другом способе применение коэффициентов уменьшения мощности передачи осуществляют в заданный момент времени, который известен для задействованных ячеек сотовой связи.

Восстановление присвоенного (то есть заданного по умолчанию) значения коэффициента уменьшения мощности передачи также может быть осуществлено посредством многочисленных способов. В одном из способов исходное значение коэффициента уменьшения мощности передачи может быть восстановлено путем выдачи команды "восстановить" в ячейки сотовой связи, являющиеся источниками помех. В другом способе осуществляют постепенное восстановление исходного значения коэффициента уменьшения мощности передачи путем его пошагового увеличения.

В еще одном способе регулирования уменьшения мощности передачи в каждой ячейке сотовой связи запоминают известную величину шага регулирования коэффициента уменьшения мощности передачи для каждого канала. В каждой ячейке сотовой связи запоминают текущее значение коэффициента уменьшения мощности передачи, используемого для каждого канала, и величину шага увеличения и уменьшения коэффициента уменьшения мощности передачи. После этого в ячейке сотовой связи выполняют регулирование коэффициента уменьшения мощности передачи согласно соответствующей величине шага при каждом получении ею запроса на уменьшение мощности передачи.

В одном из вариантов осуществления изобретения каждому каналу конкретной ячейки сотовой связи могут быть поставлены в соответствие максимальное и минимальное предельные значения коэффициента уменьшения мощности передачи. Например, предположим, что работающий в каждой ячейке сотовой связи планировщик устанавливает очередность передачи в моменты времени, соответствующие общим границам кадра, i=1, 2, 3.... Кроме того, предположим, что и представляют собой максимальное и минимальное значения β в канале n ячейки m сотовой связи, и предположим, что δ^увелич(n) и δ^уменьш(n) представляют собой значения величины шага увеличения и уменьшения мощности в канале n. Тогда процедура регулирования уменьшения мощности передачи в i-том кадре в канале n ячейки m сотовой связи может быть выражена следующим образом:

(а) В том случае, когда любые соседние ячейки сотовой связи осуществляют передачу команд уменьшения мощности в i-том кадре:

(б) В противном случае:

При желании или при необходимости также может быть выполнено регулирование максимальных и минимальных предельных значений коэффициента уменьшения мощности передачи. Например, регулирование максимальных и минимальных предельных значений может быть выполнено с учетом существующей в системе нагрузки или требований, предъявляемых к системе.

Динамическое регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть приравнено к динамическому регулированию заданного значения системного параметра или максимально допустимой скорости передачи данных для канала (каналов) с учетом нагрузки, рабочих характеристик или каких-либо других критериев. При возрастании нагрузки в системе посредством регулирования заданное значение параметра может быть изменено (то есть уменьшено) до такого уровня, который позволяет обеспечить надежное функционирование каналов. Обычно адаптивное регулирование заданного значения параметра выполняют также и для каждого канала. Это позволяет при желании или при необходимости задавать различные скорости передачи данных по соответствующим каналам. Адаптивное изменение заданного значения параметра для каждого канала может быть выполнено локально посредством каждой ячейки сотовой связи.

Динамическое регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть расширено таким образом, чтобы обеспечить возможность динамического регулирования коэффициентов уменьшения мощности передачи для всех каналов каждой ячейки сотовой связи. Этот отличительный признак позволяет осуществлять в системе регулирование уровня мощности, по существу, в каждом из каналов таким образом, чтобы для активных абонентов заданных каналов можно было обеспечить желательное заданное значение параметра. Следовательно, может возникнуть зависимость значений мощности в каналах соседних ячеек сотовой связи, например, от конкретной группы активных абонентов, находящихся в локальной ячейке сотовой связи, от их потребностей и т.д. Если совокупность абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, является такой, что для всех из них заданные значения параметра могут быть обеспечены во всех выделенных им каналах, то используют коэффициенты уменьшения мощности передачи, заданные по умолчанию. В противном случае осуществляют временное дополнительное уменьшение коэффициентов уменьшения мощности передачи (то есть уменьшают мощность передачи) в заданных каналах соседних ячеек сотовой связи, являющихся источниками помех, в течение промежутка времени заданной длительности.

В том случае, когда имеется возможность динамического изменения коэффициентов уменьшения мощности передачи, может возникнуть ситуация, при которой имеющийся в конкретной ячейке сотовой связи планировщик не может достоверно определить мощность передачи из соседних ячеек сотовой связи. Это может привести к возникновению неопределенности в реальных рабочих точках (то есть для значений отношения Н/П) для абонентов, находящихся в локальной ячейке сотовой связи. Несмотря на это, операции регулирования коэффициентов уменьшения мощности все же могут быть выполнены в динамическом режиме, например, путем выполнения регулирования, исходя из измеренных рабочих характеристик канала, на который оказывают воздействие.

Например, в одном из вариантов осуществления изобретения посредством ячейки сотовой связи осуществляют управление средней частотой стирания кадров (ЧСК), которая соответствует конкретному абонентскому каналу. В том случае, когда фактическое отношение Н/П является более низким, чем заданное значение параметра, возникает более высокая вероятность того, что произойдет стирание кадра, что, следовательно, приводит к необходимости повторной передачи кадра, содержащего ошибку. В этой ситуации ячейка сотовой связи может (1) уменьшить скорость передачи данных для абонента, (2) послать в ячейку сотовой связи, являющуюся (ячейки, являющиеся) источником помех, запрос на уменьшение их мощности передачи на конкретном канале или выполнить обе операции (1) и (2).

Параметры, используемые для распределения каналов

В адаптивных алгоритмах повторного использования согласно настоящему изобретению предложена схема выделения ресурсов абонентам, выдающим запрос на передачи данных. При работе системы в обычном режиме осуществляют прием запросов на передачи данных от различных абонентов, находящихся во всей системе. Затем для ячеек сотовой связи ставят задачи установления очередности передач данных и предоставления каналов абонентам, которые выполняют таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность и высокие рабочие характеристики.

Операции установления очередности передач данных и выделения ресурсов абонентам могут быть выполнены с учетом нескольких факторов. Такими факторами могут являться, например: (1) приоритет, присвоенный активным абонентам, (2) критерии, относящиеся к равнодоступности ресурсов, и (3) один или несколько количественных критериев канала. Может быть обеспечен учет также и других факторов, описание некоторых из которых приведено ниже, находящихся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления передачи данных распределение каналов выполняют таким образом, что, в общем случае, сначала осуществляют обслуживание абонентов, имеющих более высокий приоритет, а затем - абонентов, имеющих более низкий приоритет. Наличие операции присвоения приоритетов обычно приводит к тому, что процесс установления очередности и распределения каналов является более простым, и, как описано ниже, она также может быть использована для обеспечения равноправия абонентов. Присвоение приоритетов абонентам, находящимся в каждой ячейке сотовой связи, может быть выполнено на основании ряда критериев, например, средней пропускной способности, задержек, возникающих у абонентов, и т.д. Описание некоторых из этих критериев приведено ниже.

Приоритет абонента может быть задан в виде функции от величины задержки, которая уже произошла у абонента. В том случае, если распределение ресурсов осуществляют на основании приоритетов, вероятность возникновения более длительных задержек является более высокой для абонента, имеющего более низкий приоритет. Для обеспечения минимально приемлемого уровня обслуживания может быть выполнено повышение приоритета абонента при возрастании величины задержки, возникающей у абонента. Такое повышение приоритета предотвращает возникновение недопустимо длительных или, может быть, даже неограниченных по времени задержек при передаче данных абоненту, имеющему низкий приоритет.

Для установления приоритетов также может быть использовано значение отношения Н/П, достигнутое абонентом. Для абонента, имеющего низкое достигнутое значение отношения Н/П, может быть обеспечена только низкая скорость передачи данных. Если же имеющиеся ресурсы используют для передачи данных абоненту, которым достигнуто более высокое значение отношения Н/П, то существует большая вероятность увеличения средней пропускной способности системы, что приводит к повышению эффективности системы. Обычно более предпочтительным вариантом является передача данных тем абонентам, которыми достигнуто более высокое значение отношения Н/П.

Для установления приоритетов также может быть использована полезная нагрузка абонента. Для обеспечения большой полезной нагрузки обычно необходима высокая скорость передачи данных, поддержание которой может быть осуществлено лишь в малом количестве имеющихся каналов. И наоборот, малая полезная нагрузка может быть обеспечена, как правило, в большом количестве имеющихся каналов. Например, малая полезная нагрузка может быть присвоена каналу, имеющему большой коэффициент уменьшения мощности передачи, посредством которого может оказаться невозможным обеспечить высокую скорость передачи данных, необходимую для большой полезной нагрузки. Поскольку для большой полезной нагрузки процедура установления очередности передачи данных является более сложной, то более высокий приоритет может быть присвоен абоненту, имеющему более высокую полезную нагрузку. Таким образом, для абонента с большой полезной нагрузкой может быть обеспечен такой уровень рабочих характеристик, который сопоставим с уровнем рабочих характеристик для абонента с малой полезной нагрузкой.

Распределение приоритетов между абонентами также может быть осуществлено с учетом типа передаваемых данных. Некоторые типы данных являются критичными ко времени и требуют безотлагательной передачи. Для других типов данных допустимо наличие более длительных задержек при передаче. Более высокий приоритет может быть присвоен тем данным, которые являются критичными ко времени. Например, повторно передаваемым данным может быть присвоен более, высокий приоритет, чем тем данным, передачу которых осуществляют впервые. Повторно передаваемые данные обычно соответствуют ранее переданным данным, прием которых выполнен с ошибками. Поскольку обработка сигналов в приемнике может зависеть от данных, прием которых выполнен с ошибками, то повторно передаваемым данным может быть присвоен более высокий приоритет.

Распределение приоритетов между абонентами также может быть осуществлено с учетом предоставляемых типов услуг передачи данных. Более высокий приоритет может быть присвоен высокооплачиваемым типам услуг (например, тем, оплата за которые является более высокой). Для различных услуг передачи данных может быть определено соотношение цен. Посредством соотношения цен абонент может самостоятельно определить приоритет и тип услуги, которой абонент предполагает воспользоваться.

При операции установления приоритетов абонентов вышеописанным и другим факторам могут быть присвоены весовые коэффициентов и выполнено их объединение. В зависимости от совокупности задач оптимизации системы, могут быть использованы различные алгоритмы присвоения весовых коэффициентов. Например, для обеспечения оптимизации средней пропускной способности ячейки сотовой связи больший весовой коэффициент может быть присвоен абоненту с наибольшим достижимым значением отношения Н/П. Также могут быть использованы и другие алгоритмы присвоения весовых коэффициентов, которые находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления алгоритма присвоения приоритетов абонентам присвоение приоритетов абонентам осуществляют исходя из обеспечиваемой для них средней пропускной способности. В этом варианте осуществления для каждого активного абонента, в отношении которого устанавливают очередность передачи данных, создают его "количественный показатель". Обслуживание количественных показателей активных абонентов, обслуживаемых ячейкой сотовой связи, может быть осуществлено посредством этой ячейки сотовой связи (то есть посредством алгоритма с распределенным управлением) или же может быть осуществлено обслуживание количественных показателей всех активных абонентов посредством центрального контроллера (то есть посредством алгоритма с централизованным управлением). Состояние активности абонента может быть определено на более высоких уровнях системы связи.

В этом варианте осуществления выполняют вычисление количественного показателя ϕ_k(i) для абонента k в i-том интервале установления очередности (например, в i-том кадре). Скорость r_k(i) передачи данных для абонента k в i-том кадре выражена в единицах количества бит на кадр (бит/кадр) и ограничена, с одной стороны, максимальной скоростью r_макс, передачи данных, а с другой стороны - нулем (0). Скорость r_k(i) передачи данных может представлять собой "потенциально осуществимую" (то есть "потенциально возможную") скорость передачи данных для абонента k, полученную исходя из достигнутого (то есть измеренного) или достижимого (то есть полученного путем оценочных вычислений) значения отношения Н/П. Скорость r_k(i) передачи данных может также представлять собой фактическую скорость передачи данных, которая должна быть задана на текущий период очередности, или какие-либо другие скорости передачи данных, поддающиеся количественному определению. Использование потенциально осуществимой скорости передачи данных приводит к возникновению эффекта "перетасовки" во время процесса распределения каналов, наличие которого, как описано ниже, может привести к улучшению рабочих характеристик для некоторых абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения количественные показатели ϕ_k(i) для активных абонентов могут быть выражены следующим образом:

ϕ_k(i)=α₁·ϕ_k(i-1)+α₀·r_k(i)/r_макс, (3)

где ϕ_k(i)=0 для i<0, a α₀ и α₁ - весовые коэффициенты. Например, если α₀ и α₁ равны 0,5, то текущая скорость r_k(i) передачи данных имеет точно такой же весовой коэффициент, как и количественный показатель ϕ_k(i-1), соответствующий предыдущему интервалу установления очередности. Количественные показатели ϕ_k(i) приблизительно пропорциональны нормированной средней пропускной способности абонентов.

В другом конкретном варианте осуществления настоящего изобретения количественный показатель ϕ_k(i) для каждого активного абонента может быть вычислен как скользящее среднее значение пропускной способности в скользящем временном окне. Например, может быть вычислено среднее значение (потенциально осуществимой или фактической) пропускной способности для абонента по конкретному количеству интервалов установления очередности (например, по последним 10 кадрам) и использовано в качестве количественного показателя. Могут быть рассмотрены и другие варианты реализации вычисления количественного показателя ϕ_k(i) для активных абонентов, находящиеся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления изобретения в том случае, когда абонент становится активным, исходное значение количественного показателя устанавливают равным нормированной скорости передачи данных, которая может быть достигнута абонентом при текущем значении отношения Н/П. Может быть осуществлено обновление количественного показателя для каждого активного абонента в каждом интервале установления очередности (например, в каждом кадре), и эту операцию обычно выполняют при наличии передачи данных абоненту в текущем интервале установления очередности. Количественный показатель сохраняют прежним (равным одному и тому же значению) в случае отсутствия передачи данных абоненту и устанавливают равным нулю в том случае, если абонент больше не является активным. Если очередность передачи для активного абонента не установлена, то r_k(i)=0. При каждом возникновении ошибки в кадре эффективная скорость передачи также становится равной 0. Сведения об ошибке в кадре не всегда становятся сразу же известными вследствие наличия задержки на передачу служебных сигналов об ошибке в кадре в прямом и в обратном направлениях (например, задержки на подтверждение/отсутствие подтверждения приема), а соответствующее регулирование количественного показателя может быть выполнено сразу же после поступления сведений о наличии ошибки в кадре.

Затем количественные показатели используют в процессоре установления очередности обслуживания для присвоения абонентам приоритетов, посредством которых осуществляют распределение каналов. В конкретном варианте осуществления изобретения присвоение приоритетов группе активных абонентов выполняют таким образом, что самый высокий приоритет присваивают абоненту, имеющему самый низкий количественный показатель, а самый низкий приоритет присваивают абоненту, имеющему самым высокий количественный показатель. При выполнении операции присвоения приоритетов процессор установления очередности обслуживания может также присваивать количественным показателям абонентов неодинаковые весовые коэффициенты. Посредством таких неодинаковых весовых коэффициентов может быть обеспечен учет других факторов (подобных описанным выше), которые следует принимать во внимание при определении приоритетов абонентов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения (например, при использовании потенциально осуществимой скорости передачи данных) количественный показатель ϕ_k(i) для конкретного абонента не обязательно свидетельствует о тех параметрах, поддержка которых может быть обеспечена абонентом (то есть может не отображать собой потенциально возможную скорость передачи данных абонентом). Например, двум абонентам может быть предоставлена одинаковая скорость передачи данных даже в том случае, если один абонент может обеспечивать поддержку более высокой скорости передачи данных, чем другой. В этой ситуации абоненту, имеющему более высокую потенциально возможную скорость передачи данных, может быть предоставлен более высокий количественный показатель, и, следовательно, он будет иметь более низкий приоритет.

При установлении очередности передачи данных и распределении каналов может быть применен критерий равноправия, обеспечивающий (или может быть даже гарантирующий) минимальный уровень обслуживания (УО). Критерий равноправия обычно используют для всех абонентов системы, хотя критерий равноправия может быть также применен к конкретной выбранной подгруппе абонентов (например, абонентам высокооплачиваемых услуг). Равноправие может быть достигнуто посредством использования приоритетов. Например, приоритет абонента может быть повышен при каждом случае исключения его данных из перечня очередности передачи и/или при каждой неудачной передаче.

Для вышеописанного алгоритма присвоения приоритетов абонентам распределение ресурсов может быть выполнено на основании соотношения количественных показателей. В этом случае может быть выполнено сравнение количественных показателей всех активных абонентов с максимальным из количественных показателей абонентов, в результате чего создают модифицированный количественный показатель , который может быть выражен следующим образом:

=ϕ_k(i)/{ϕ_k(i)} (4)

В этом случае выделение ресурсов конкретному абоненту может быть осуществлено на основании его модифицированного количественного показателя. Например, если количественный показатель абонента 1 вдвое превышает количественный показатель абонента 2, то процессор установления очередности обслуживания может осуществлять выделение канала (или некоторого количества каналов), имеющего пропускную способность, необходимую для выравнивания скоростей передачи данных этих двух абонентов (при условии, что такой канал или такие каналы существуют). Исходя из соображений обеспечения равноправия процессор установления очередности обслуживания может предпринять попытку упорядочения скоростей передачи данных в каждом интервале установления очередности. Также могут быть применены и другие критерии равноправия, находящиеся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения. Следовательно, выделение ресурсов (то есть каналов) абонентам может быть осуществлено на основании нескольких параметров. Некоторые из этих параметров могут быть объединены в виде характеристик канала. В течение каждого интервала установления очередности и интервала распределения каналов может быть выполнено вычисление характеристик канала для каждого активного абонента и для каждого имеющегося канала. Затем эти вычисленные характеристики канала используют для такого распределения каналов, которое обеспечивает более оптимальное использование ресурсов. Исходя из требований, предъявляемых к системе, может быть использовано несколько различных характеристик канала. Как описано ниже, при выполнении распределения каналов также могут быть использованы дополнительные ограничения (например, максимальная мощность, минимальное значение отношения Н/П и т.д.).

Характеристики канала

Для осуществления такого распределения каналов, которое обеспечивает более эффективное использование ресурсов и улучшение рабочих характеристик, может быть использована одна или несколько характеристик канала. Такие характеристики канала могут содержать, например, характеристики, полученные на основании значений уровня помех, вероятности нарушения связи, максимальной пропускной способности или каких-либо других критериев. Ниже приведено описание некоторых примеров характеристик канала, свидетельствующих о "доброкачественности" канала. Однако понятно, что могут быть созданы и использованы также и другие характеристики канала, и они находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления может быть создана и использована характеристика канала, основанная на вероятности нарушения связи для активных абонентов. В этом случае распределение каналов осуществляют таким образом, чтобы свести к минимуму вероятность нарушения связи для как можно большего количества абонентов. Вероятность d_m(n,k) нарушения связи зависит от обусловленного отношения Н/П для абонента и представляет собой ожидаемое значение вероятности нарушения связи для данного абонента в данном канале. Для системы их 3-х ячеек сотовой связи характеристика d_m(n,k) канала для заданного абонента в ячейке 1 может быть выражена в следующем виде:

где:

β_m(n) - коэффициент уменьшения мощности передачи, соответствующий каналу n ячейки m сотовой связи, причем 0≤β≤1.

Если β_m(n)=0, то это эквивалентно тому, что использование канала n ячейкой m сотовой связи не допускают;

Р_m(n) - вероятность использования канала n ячейкой m сотовой связи (то есть вероятность занятости канала);

I_m(l,k) - мощность сигнала, принимаемого абонентом k, находящимся в ячейке m сотовой связи, из ячейки l сотовой связи, осуществляющей передачу с полной мощностью; и

f(х) - функция, описывающая вероятность нарушения связи для заданной скорости передачи данных в зависимости от х.

Характеристика d_m(n,k) канала представляет собой вероятность нарушения связи для абонента k в канале n ячейки m сотовой связи. В вариантах осуществления изобретения, в которых используют характеристику d_m(n,k) канала, наилучшим каналом, который выделяют абоненту, является канал, имеющий наиболее низкую вероятность нарушения связи.

Вычисление функции f(x) может быть выполнено с определенной степенью достоверности на основании оценочных значений мощности l_m(l,k) передачи из основной ячейки сотовой связи и ячеек сотовой связи, создающих помехи. Для повышения точности может быть выполнено усреднение значения f(x) по некоторому промежутку времени. Существует вероятность возникновения пульсаций значения f(x), обусловленных небольшим затуханием сигнала и, возможно, случайным затенением (например, появлением грузовика, преграждающего основной тракт передачи сигналов). Для учета пульсаций выбор коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть осуществлен таким образом, чтобы обеспечить наличие некоторого энергетического запаса, и адаптация скоростей передачи данных может быть выполнена, исходя из изменений рабочих условий.

Вычисление оценочных значений вероятности Р_m(n) может быть выполнено посредством различных способов оценочных вычислений. Например, в том случае, если канал не используется ячейкой сотовой связи, то посредством нее может быть измерен уровень помех и обеспечен подсчет того, как часто этот уровень превышает конкретное пороговое значение. А в том случае, если ячейка сотовой связи использует канал, посредством нее может быть обеспечен измерение и подсчет того, как часто происходит стирание кадра. Оба из этих измеренных значений могут быть использованы для вычисления оценочных значений Р_m(n). Р_m(n) также может принимать значение, равное 1, 0.

Улучшения, обеспечиваемые в отношении вероятности нарушения связи посредством использования схемы уменьшения мощности передачи, могут быть в итоге сведены к следующему. В случае, если вычисления оценочных значений согласно уравнению (5) осуществляют при Р_m(n)=1, 0 для всех m и n, то результаты являются эквивалентными такому алгоритму распределения каналов, в котором все ячейки сотовой связи имеют полную нагрузку. В том случае, когда уменьшение мощности передачи не используют (то есть когда β_m(n)=1, 0 для всех n и m) характеристика d_m(n, k) канала для заданного абонента k является одинаковой для всех каналов n=1, 2,..., N_c. Следовательно, в режиме без уменьшения мощности передачи отсутствуют какие-либо предпочтения при распределении каналов. Это отсутствие предпочтений приводит к неэффективному использованию имеющихся ресурсов, поскольку абоненты, находящиеся в ячейках сотовой связи, вряд ли имеют одинаковые рабочие условия, а одни абоненты являются менее восприимчивыми к помехам от других ячеек сотовой связи, чем другие абоненты. Как описано ниже, путем применения схемы уменьшения мощности передачи, в которой целесообразным образом используют состав абонентов, может быть осуществлено увеличение пропускной способности системы.

После вычисления значений вероятности нарушения связи для активных абонентов, может быть выполнено распределение каналов на основании приоритета абонента согласно описанному ниже. Наилучшим каналом, который может быть выделен рассматриваемому абоненту, является канал с наиболее низкой ожидаемой вероятностью нарушения связи.

В уравнении (5) приведено выражение для системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи. Общий вид выражения для характеристики d_m(n, k) канала является следующим:

где

c_i,j=j•2ⁱ, (9)

под символом "•" для с_i,j подразумевают логическую операцию "И" ("AND") (то есть с_i,j равно либо 0 либо 1).

Функция f(x), приведенная в уравнении (10) представляет собой вероятность нарушения связи, оценочное вычисление которой выполнено при значении отношения Н/П, равном х. При дальнейшем обобщении уравнения (10) оно будет содержать оценочные значения нескольких функций f^R(х), в которых верхний индекс R обозначает функцию, описывающую вероятность нарушения связи для конкретной скорости R передачи данных.

Уравнение (6) может быть использовано для любого количества ячеек N_r-го кластера повторного использования и содержит члены, относящиеся к помехам при приеме из ячеек сотовой связи, имеющих одинаковое значение индекса, взятого по модулю N_r. В зависимости от характеристик распространения сигнала и N_r, эти "межканальные" члены могут оказаться существенными для некоторой подгруппы абонентов в ячейке сотовой связи.

Может быть выполнено дальнейшее обобщение уравнений (6)-(10) для обеспечения учета помех от ячеек сотовой связи, находящихся вне локального кластера повторного использования. В этом случае вместо N_r используют N_c, где N_c представляет собой совокупность всех ячеек сотовой связи в системе. В обычных вариантах осуществления настоящего изобретения совокупность N_c не обязательно должна содержать все ячейки сотовой связи в системе, но должна содержать те ячейки сотовой связи, уровень помех в которых превышает конкретный пороговый уровень.

В другом варианте осуществления изобретения для операций распределения каналов могут быть использованы характеристики канала, основанные на ожидаемом значении отношения Н/П для активных абонентов. Характеристика может быть получена, исходя из значений вероятности занятия канала и ограничений, налагаемых на уровень помех. При использовании приведенной в качестве примера системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, характеристика канала для абонента 1 в ячейке 1 сотовой связи может быть выражена следующим образом:

для n=1, 2,... N_c и k=1, 2,... N_c;

где P_m(n) - вероятность того, что канал n занят абонентом, находящимся в ячейке m сотовой связи, а

I_m(l,k) - мощность сигнала, принимаемого абонентом k, находящимся в ячейке m сотовой связи, из ячейки l сотовой связи.

Величина, которая в уравнении (11) заключена в скобки, представляет собой сумму помех с весовыми коэффициентами. Первый член суммы представляет собой вероятность того, что ячейка 2 сотовой связи осуществляет передачу, а ячейка 3 сотовой связи не осуществляет передачу, умноженную на величину помех от ячейки 2 сотовой связи. Второй член суммы представляет собой вероятность того, что ячейка 3 сотовой связи осуществляет передачу, а ячейка 2 сотовой связи не осуществляет передачу, умноженную на величину помех от ячейки 3 сотовой связи. А третий член суммы представляет собой вероятность того, что обе ячейки 2 и 3 сотовой связи осуществляют передачу, умноженную на величину помех от ячеек 2 и 3 сотовой связи. "Доброкачественность" обратно пропорциональна отношению мощности полезного сигнала к мощности помех.

Уравнение (11) приведено для системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, и может быть распространено на любое количество ячеек сотовой связи, абонентов и каналов аналогично тому, как это было выполнено для уравнения (6). В общем случае количество членов в сумме сильно возрастает при увеличении количества ячеек сотовой связи. Однако для упрощения вычислений влиянием некоторых удаленных ячеек сотовой связи можно пренебречь.

Как описано выше, на мощность передачи по некоторым или по всем каналам конкретной ячейки сотовой связи могут быть наложены ограничения (то есть она может быть уменьшена), посредством чего обеспечивают улучшение рабочих характеристики и соответствие требованиям, предъявляемым к системе. В этом случае уравнение (11) может быть изменено с учетом уменьшения мощности передачи, и оно может быть выражено в следующем виде:

где β_m(n) - коэффициент уменьшения мощности передачи, соответствующий каналу n ячейки m сотовой связи, причем 0≤β≤1. Таким образом, в уравнении (12) осуществляют пропорциональное уменьшение каждого члена, соответствующего помехам, на коэффициенты β_m(n) уменьшения мощности передачи. Когда β=0, то это эквивалентно блокированию передачи из ячейки сотовой связи по указанному каналу. Как описано выше, определение β_m(n) может быть выполнено статическим или динамическим способом.

Другие ограничения и учитываемые факторы

При установлении очередности передач данных и распределении каналов по активным абонентам помимо характеристик канала также могут быть использован ряд ограничений и учитываемых факторов. Этими ограничениями и учитываемыми факторами могут являться, в том числе, например, слишком высокая вероятность нарушения связи; требования, предъявляемые к полезной нагрузке; обеспечиваемые абонентами скорости передачи данных; помехи, создаваемые для соседних ячеек сотовой связи; помехи от других ячеек сотовой связи; максимальные значения мощности передачи; достижимые значения отношения Н/П и требуемое заданное значение параметра; задержки, возникающие у абонентов; тип и объем передаваемых данных; предлагаемый тип услуг передачи данных и т.д. Вышеуказанный перечень не является исчерпывающим. Также могут быть рассмотрены и другие ограничения и учитываемые факторы, которые находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Установление очередности передачи данных

Функционирование ячеек сотовой связи в системе осуществляют с использованием адаптивного плана повторного использования, который создают описанным выше способом и в соответствии с установленными правилами и условиями. В обычном режиме работы каждая ячейка сотовой связи осуществляет прием запросов на передачу данных от множества абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи. Затем ячейки сотовой связи устанавливают очередность передачи данных таким образом, чтобы обеспечить выполнение задач, поставленных перед системой. Операция установления очередности может быть выполнена в каждой ячейке сотовой связи (то есть посредством алгоритма с распределенным установлением очередности), посредством центрального контроллера (то есть посредством алгоритма с централизованным установлением очередности), или посредством гибридного алгоритма, в котором некоторые из ячеек сотовой связи сами устанавливают очередность своих собственных передач, а центральный контроллер устанавливает очередность передач для группы ячеек сотовой связи.

Более подробное описание алгоритмов с распределенным, централизованным и гибридным установлением очередности приведено в патенте США №5923650 от 13 июля 1999 г., который имеет название "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УСТАНОВЛЕНИЯ ОЧЕРЕДНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ПО ОБРАТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ С РАЗЛИЧНЫМИ СКОРОСТЯМИ" ("METHOD AND APPARATUS FOR REVERSE LINK RATE SCHEDULING"), в патенте США №5914950 от 22 июня 1999 г., который также имеет название "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УСТАНОВЛЕНИЯ ОЧЕРЕДНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ПО ОБРАТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ С РАЗЛИЧНЫМИ СКОРОСТЯМИ" ("METHOD AND APPARATUS FOR REVERSE LINK RATE SCHEDULING"), и в заявке на патент США №08/798951 от 11 февраля 1997 г., которая имеет название "СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УСТАНОВЛЕНИЯ ОЧЕРЕДНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ПО ПРЯМОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ С РАЗЛИЧНЫМИ СКОРОСТЯМИ" ("METHOD AND APPARATUS FOR FORWARD LINK RATE SCHEDULING"), права на все из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

На Фиг.9 показана схема последовательности операций для варианта осуществления алгоритма установления очередности передач данных. Вначале при выполнении операции 910 производят обновление параметров, используемых для установления очередности. Эти параметры могут содержать те параметры, которые используют при вычислении вышеописанных характеристик канала, которые могут содержать, например, значения вероятности возникновения соответствующей нагрузки, вероятности занятости канала, различные ИФР отношения Н/П, матрицы ограничений помех для каждого абонента в каждой ячейке сотовой связи, для которого устанавливают очередность передачи, коэффициенты уменьшения мощности передачи и т.д.

Затем выполняют операцию 912, при которой устанавливают приоритеты для абонентов и упорядочивают их по рангу. Операции установления приоритетов и упорядочения по рангу обычно выполняют только для тех активных абонентов, которые имеют данные, предназначенные для передачи. Операция установления приоритетов абонентов может быть выполнена с использованием любого из множества алгоритмов оценки абонентов и может быть основана на одном или нескольких вышеупомянутых критериях, например на полезной нагрузке. Затем осуществляют соответствующее упорядочение активных абонентов по рангу, исходя из присвоенных им приоритетов.

Затем выполняют операцию 914, при которой осуществляют распределение каналов по активным абонентам. Операция распределения каналов обычно содержит несколько операций. Сначала вычисляют характеристику канала для имеющихся каналов с использованием обновленных параметров. Могут быть использованы любые из вышеописанных характеристик канала, либо могут быть использованы также и другие характеристики канала. Затем осуществляют выделение каналов абонентам на основании их приоритетов, необходимых потребностей и вычисленных характеристик каналов. Осуществляют установление очередности передачи по N_c имеющимся каналам для абонентов, количество которых в каждой ячейке сотовой связи может достигать N_c. Более подробное описание процедуры распределения каналов приведено ниже.

Затем выполняют операцию 916, при которой осуществляют обновление системных параметров таким образом, чтобы посредством них было отображено распределение каналов. Обновляемыми параметрами могут являться, в том числе, например, значения требуемой регулировки коэффициентов уменьшения мощности передачи для каналов в ячейке сотовой связи на основании запросов, поступивших из других ячеек сотовой связи. Ячейка сотовой связи может также выдавать запрос на выполнение регулирования в соседних ячейках сотовой связи и выполнять регулирование согласно запросам, поступившим из соседних ячеек сотовой связи.

Затем выполняют операцию 918, при которой ячейка сотовой связи осуществляет передачу данных с использованием выделенных ей каналов и обновленных параметров. Операции 910-918 обычно выполняют при работе ячейки сотовой связи в обычном режиме. При выполнении операции 920 определяют наличие каких-либо передач данных, очередность которых необходимо установить. При наличии дополнительных передач данных в процессе возвращаются к выполнению операции 910 и устанавливают очередность передачи следующей совокупности передаваемых данных. В противном случае процесс завершают.

Распределение каналов

Распределение каналов может быть осуществлено с использованием множества алгоритмов и с учетом множества факторов. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения приоритеты для всех активных абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить возможность выделения каналов для всех абонентов, начиная с абонента, имеющего самый высокий приоритет, и кончая абонентом, имеющим самый низкий приоритет. Операция установления приоритетов для абонентов может быть выполнена на основании ряда факторов, например, тех, описание которых приведено выше.

Одной из особенностей изобретения является предложенный алгоритм распределения каналов с учетом потребностей. В этом алгоритме лучшее использование имеющихся ресурсов при выполнении распределения каналов обеспечивают посредством учета потребностей абонентов или их требований в отношении полезной нагрузки. Для конкретной совокупности имеющихся каналов обслуживание абонента, для которого требуется меньшая полезная нагрузка (например, более низкая скорость передачи данных), может быть осуществлено посредством нескольких имеющихся каналов, тогда как обслуживание абонента, для которого требуется более высокая полезная нагрузка (например, более высокая скорость передачи данных), может быть осуществлено посредством меньшего количества имеющихся каналов. Если абонент, для которого требуется меньшая полезная нагрузка, имеет более высокий приоритет, и ему выделен наилучший из имеющихся каналов (из множества каналов, которые также соответствуют потребностям абонента), и если этот канал является единственным каналом, посредством которого могут быть обеспечены потребности абонента, имеющего более высокую полезную нагрузку, то в этом случае может быть обеспечено обслуживание только одного абонента, а использование ресурсов осуществляют неэффективно.

Например, рассмотрим ситуацию, в которой имеется три канала, которые могут быть выделены двум абонентам, и в которой для абонента 1 требуется полезная нагрузка, равная 1 килобайту, а для абонента 2 требуется полезная нагрузка, равная 10 килобайтам. Кроме того, предположим, что только один из этих трех каналов удовлетворяет потребностям абонента 2, а потребностям абонента 1 удовлетворяют все три канала. Распределение каналов может быть выполнено следующим образом:

(а) В том случае, если абонент 2 имеет более высокий приоритет, чем абонент 1, то абоненту 2 выделяют канал, обеспечивающий максимальную пропускную способность для этого абонента. В этом случае абоненту 1 по умолчанию выделяют следующий лучший канал. Посредством операции распределения каналов обеспечивают обслуживание обоих абонентов.

(б) В том случае, если абонент 1 имеет более высокий приоритет, чем абонент 2, и если при выполнении операции распределения каналов учет требований абонентов в отношении полезной нагрузки не осуществляют, то абоненту 1 может быть выделен канал, имеющий наибольший эффективный энергетический запас, даже несмотря на то, что потребности абонента 1 могли бы быть удовлетворены посредством любого из имеющихся каналов. Абоненту 2 по умолчанию был бы выделен следующий лучший канал, который может не соответствовать его потребностям. В таком случае обслуживание абонента 2 осуществляют с более низкой скоростью передачи данных, или же его оставляют в очереди до следующего периода установления очередности.

Для случая (б) существует несколько вариантов распределения каналов. Если распределение каналов выполнено так, как описано выше, то мощность, используемая в канале, который выделен абоненту 1, может быть уменьшена до такого уровня, который необходим для обеспечения надежной связи при желательной скорости передачи данных. Другим вариантом распределения каналов в случае (б) является выделение абоненту 1 канала, имеющего самый низкий энергетический запас, который соответствует потребностям абонента 1. При таком распределении каналов другие лучшие каналы остаются доступными для использования другими абонентами, для которых, возможно, они необходимы (например, вследствие наличия более высоких требований в отношении полезной нагрузки или вследствие наличия более низкого достигнутого значения отношения Н/П). При использовании такого способа распределения каналов с учетом потребностей или полезной нагрузки обеспечивают возможность выделения каналов, имеющих более высокий энергетический запас, следующим абонентам, для которых может потребоваться наличие дополнительного энергетического запаса. Следовательно, распределение каналов с учетом полезной нагрузки обеспечивает максимальную эффективную пропускную способность в этом интервале установления очередности.

В том случае, если количество абонентов является меньшим, чем количество имеющихся каналов, как и в вышеуказанном примере, то существует возможность наращивания возможностей абонентов. Таким образом, может быть выполнено наращивание возможностей абонента 1 путем выделения ему другого нераспределенного канала, который имеет более высокий энергетический запас, чем выделенный канал. Наращивание возможностей абонента 1 выполняют для того, чтобы добиться снижения эффективной мощности передачи, требуемой для обеспечения передачи. То есть, поскольку потребности абонента 1 могут быть удовлетворены посредством любого из оставшихся каналов, повторное выделение абоненту 1 канала с более высоким энергетическим запасом позволяет снизить мощность передачи на величину энергетического запаса.

При выполнении операции распределения каналов может быть обеспечен учет и других факторов, помимо полезной нагрузки абонентов. Например, может быть обеспечен учет значений вероятности Р_m(n) для других ячеек сотовой связи, осуществляющих передачу по конкретному каналу n. В том случае, если несколько каналов имеют почти одинаковые характеристики канала, без учета Р_m(n), то лучшим выделяемым каналом является тот, который имеет наиболее низкую вероятность его использования. Следовательно, для определения наилучших распределяемых каналов может быть использована вероятность Р_m(n) занятости канала.

При распределении каналов может быть обеспечен учет чрезмерно большой вероятности нарушения связи. В некоторых случаях могут возникать ситуации, в которых выделение канала конкретному абоненту является негарантированным или нецелесообразным. Например, если ожидаемая вероятность нарушения связи по конкретному каналу является для абонента чрезмерной, то может существовать приемлемая вероятность того, что все данные, передаваемые по этому каналу, будут искаженными и потребуется их повторная передача. Кроме того, выделение этого канала абоненту может привести к увеличению вероятности того, что передачи из соседних ячеек, также будут искаженными вследствие наличия дополнительных помех. В этих случаях выделение канала абоненту может оказаться нецелесообразным, и лучшим вариантом может являться тот, в котором выделение этого канала вообще не осуществляют, либо этот канал выделяют другому абоненту, который может обеспечить лучшее его использование.

На Фиг.10 показана предложенная в настоящем изобретении схема последовательности операций для варианта осуществления алгоритма распределения каналов с учетом потребностей. Сначала выполняют операцию 1010, при которой осуществляют вычисление характеристик канала для активных абонентов и для имеющихся каналов. Могут быть использованы различные характеристики канала, например, те, описание которых приведено выше. Посредством этих характеристик канала обеспечивают учет информации, относящейся к конкретным абонентам, при ее наличии. Например, в характеристиках канала может быть использована информация из матрицы ограничений помех, посредством которой описывают уровни мощности помех, возникающих у абонента от соседних ячеек сотовой связи. Затем выполняют операцию 1012, при которой устанавливают приоритеты активных абонентов и выполняют их упорядочение по рангу, исходя из вышеописанных факторов. Операция установления приоритетов может также быть выполнена на основании характеристик, вычисленных при выполнении операции 1010. Распределение каналов выполняют с использованием приоритетов абонентов и характеристик канала.

При выполнении операции 1014 из перечня активных абонентов выбирают абонента, имеющего самый высокий приоритет. Затем выполняют операцию 1016, при которой выбранному абоненту выделяют канал с наихудшими характеристиками, которые соответствуют потребностям абонента. Например, при использовании характеристик канала, основанных на вероятности нарушения связи, то выбранному абоненту выделяют канал с наиболее высокой вероятностью нарушения связи, которая, тем не менее, соответствуют потребностям абонента в отношении нарушения связи. Затем выполняют операцию 1018, при которой абонента, которому выделен канал, удаляют из перечня активных абонентов. Затем выполняют операцию 1020, при которой определяют, является ли перечень активных абонентов пустым, что означает, что каналы были выделены всем активным абонентам. В том случае, если перечень не является пустым, в процессе возвращаются к выполнению операции 1014, и осуществляют выбор из перечня того абонента, для которого канал не был выделен и который имеет самый высокий приоритет, для выделения ему канала. В противном случае, если каналы были выделены всем абонентам, то процесс завершают.

В алгоритме из Фиг.10 распределение каналов обычно осуществляют в следующем порядке: абонентам, имеющим последовательно уменьшающиеся приоритеты, выделяют каналы, имеющие последовательно возрастающие коэффициенты уменьшения мощности передачи. В том случае, если абоненту не может быть выделен канал, обеспечивающий требуемое значение отношения Н/П, то в результате операции установления очередности этот абонент сможет осуществлять передачу лишь с пониженной скоростью передачи данных (это состояние здесь именуют "затемнением" ("dimming")) либо сможет осуществлять передачу в другой запланированный момент времени (это состояние здесь именуют "запиранием" ("blanking")). Приоритет абонента, который находится в состоянии "затемнения" или "запирания", может быть увеличен, а это приводит к тому, что в следующем интервале установления очередности и распределения каналов учет этого абонента будет осуществлен на более раннем этапе. После выделения абонентам исходных каналов может быть выполнено наращивание возможностей абонентов путем выделения им лучших каналов в случае их наличия.

В одном из алгоритмов наращивания возможностей каналов последовательное повторное выделение абонентам лучших имеющихся каналов (начиная с самого высокого приоритетного абонента) осуществляют в том случае, если эти каналы соответствуют потребностям абонентов и могут обеспечить более высокий энергетический запас канала связи. После этого любые оставшиеся каналы могут быть выделены абонентам, имеющим последовательно уменьшающиеся приоритеты (то есть в порядке с наиболее высокого до наиболее низкого). Этот алгоритм наращивания возможностей позволяет снабдить некоторых или всех активных абонентов лучшими каналами, имеющими более высокие значения энергетического запаса канала связи.

В другом алгоритме наращивания возможностей наращивание возможностей абонентов, которым выделены каналы, осуществляют посредством увеличения количества выделенных им имеющихся каналов. Например, при наличии трех каналов каждого из абонентов, которым выделены каналы, перемещают вверх на три позиции. Этот алгоритм наращивания возможностей позволяет предоставить лучшие каналы большинству абонентов (или даже всем абонентам). Например, если предназначенные для распределения каналы с 1-го по 12-й имеют постепенно ухудшающиеся рабочие характеристики, а каналы с 4-го по 12-й первоначально выделены девяти абонентам, то может быть осуществлено наращивание возможностей каждого абонента на три канала. В таком случае девять абонентов займут каналы с 1-го по 9-й, а каналы с 10-го по 12-й могут быть отключены.

Могут быть созданы и другие алгоритмы наращивания возможностей, находящиеся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

На Фиг.11 показана схема последовательности операций для предложенного в настоящем изобретении варианта осуществления алгоритма наращивания возможностей каналов. Перед началом процесса наращивания возможностей, показанного на Фиг.11, активным абонентам выделяют исходные выделенные каналы, что может быть выполнено посредством вышеописанного алгоритма распределения каналов из Фиг.10. При выполнении операции 1110 определяют, все ли имеющиеся каналы выделены абонентам. Если все каналы были выделены, то каналы для наращивания возможностей отсутствуют, и в процессе переходят к выполнению операции 1128. В противном случае осуществляют наращивание возможностей абонентов посредством имеющихся каналов в том случае, если эти каналы являются лучшими (то есть имеют лучшие характеристики канала), чем исходные выделенные каналы.

Выполняют операцию 1112, при которой из перечня активных абонентов выбирают абонента, имеющего самый высокий приоритет, для возможного наращивания возможностей каналов. Для выбранного абонента при операции 1114 осуществляют выбор "наилучшего" канала из перечня невыделенных каналов. Лучший канал соответствует каналу, имеющему "наилучшие" характеристики канала для выбранного абонента (например, наиболее низкую вероятность нарушения связи).

Затем выполняют операцию 1116, при которой определяют, можно ли осуществить наращивание возможностей для выбранного абонента. В том случае, если для наилучших имеющихся каналов характеристики канала являются худшими, чем для канала, первоначально выделенного выбранному абоненту, то наращивание возможностей абонента не осуществляют и в процессе переходят к выполнению операции 1124. В противном случае, выполняют операцию 1118, при которой осуществляют наращивание возможностей выбранного абонента посредством наилучшего имеющегося канала, который затем при выполнении операции 1120 удаляют из перечня имеющихся каналов. Канал, первоначально выделенный выбранному абоненту, может быть помещен обратно в перечень имеющихся каналов для возможного его выделения какому-либо другому абоненту, имеющему более низкий приоритет, что выполняют при операции 1122. Затем выполняют операцию 1124, при которой выбранного абонента удаляют из перечня активных абонентов вне зависимости от того, было ли выполнено наращивание возможностей каналов или нет.

Затем выполняют операцию 1126, при которой определяют, является ли перечень активных абонентов пустым. В том случае, если перечень абонентов не является пустым, в процессе возвращаются к выполнению операции 1110, и производят выбор из перечня абонента с самым высоким приоритетом для возможного осуществления наращивания возможностей каналов. В противном случае, при отсутствии имеющихся каналов для наращивания возможностей или в том случае, если уже был произведен учет всех активных абонентов, в процессе переходят к выполнению операции 1128, при которой осуществляют регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи для всех каналов таким образом, чтобы уменьшить мощности передачи. После этого процесс завершают.

В процессе наращивания возможностей на Фиг.11 обеспечивают эффективное наращивание возможностей активных абонентов за счет имеющихся каналов, посредством которых с большей вероятностью могут быть получены улучшенные рабочие характеристики. Алгоритм наращивания возможностей каналов, показанный на Фиг.11, может быть видоизменен для обеспечения усовершенствованного наращивания возможностей каналов. Например, для конкретного абонента может существовать вероятность того, что для этого абонента лучшим является канал, освобожденный абонентом, имеющим более низкий приоритет. Однако данному абоненту этот канал не выделяют потому, что он уже был удален из перечня абонентов к тому моменту времени, когда принимают решение в отношении абонента, имеющего более низкий приоритет. Следовательно, для обеспечения учета этой ситуации может быть выполнено многократное повторение процесса, показанного на Фиг.11, или могут быть использованы другие критерии. Также могут быть использованы и другие алгоритмы наращивания возможностей, находящиеся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

Посредством алгоритма распределения каналов, показанного на Фиг.10, выделение имеющихся каналов активным абонентам осуществляют на основании их приоритетов. Присвоение приоритетов абонентам может быть осуществлено исходя из их "количественных показателей", например тех, которые были вычислены с использованием вышеуказанного уравнения (3). В качестве части учитываемого фактора равноправия, конкретному абоненту может быть выделено несколько каналов при наличии таких каналов и в том случае, если потребности абонента не могут быть обеспечены посредством одного канала. Например, абоненту могут быть выделены: первый канал, посредством которого можно обеспечить 50% от всех потребностей абонента; второй канал, посредством которого можно обеспечить 35% от всех потребностей абонента; и третий канал, посредством которого можно обеспечить остальные 15% от всех потребностей абонента. Если такое конкретное распределение ресурсов не позволяет обеспечить потребности других абонентов, то может быть выполнено повышение приоритетов тех абонентов, которым предоставлен недостаточный уровень обслуживания, таким образом, что распределение ресурсов для них в последующих интервалах установления очередности будет осуществлено раньше.

Согласно некоторым особенностям настоящего изобретения выделение каналов (то есть распределение ресурсов) абонентам выполняют, отчасти, на основании их приоритетов и используют динамическую регулировку приоритетов абонента для создания эффекта "перетасовки" при передаче данных. Для передачи данных конкретного абонента в течение различных интервалов установления очередности могут быть выделены различные каналы. Такая перетасовка передаваемых данных в некоторых случаях обеспечивает усреднение помех, которое, как описано ниже, может привести к дополнительному улучшению рабочих характеристик для абонентов системы связи, находящихся в неблагоприятных условиях.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения в течение любого этапа процесса распределения каналов (например, при начальном распределении каналов или при наращивании возможностей каналов) может быть выполнено пропорциональное изменение скоростей передачи данных абонентов таким образом, чтобы они могли обеспечить их соответствие значениям эффективного энергетического запаса выделенных каналов связи, или может быть выполнено увеличение коэффициентов уменьшения мощности передачи, обеспечивающее уменьшение мощности передачи по каналам, или же могут быть выполнены обе эти операции. Регулирование скоростей передачи данных абонентов может быть выполнено, исходя из значений эффективного энергетического запаса каналов связи, что позволяет увеличить пропускную способность системы. В том случае, если достигнутое отношение Н/П ниже заданного значения параметра (то есть эффективный энергетический запас канала связи является отрицательным), скорость передачи данных абонента может быть снижена до величины, обеспечиваемой посредством канала.

Также может быть выполнено уменьшение мощности передачи для всех каналов до минимального уровня, необходимого для обеспечения передачи с желательными скоростями передачи данных. Понижение мощности передачи может быть осуществлено путем регулирования коэффициентов уменьшения мощности передачи, соответствующих выделенным каналам. Коэффициенты уменьшения мощности передачи для невыделенных каналов могут быть уменьшены до нуля (то есть заблокированы), что обеспечивает снижение помех для других ячеек сотовой связи.

Распределение каналов по абонентам может быть осуществлено как при отсутствии, так и при наличии некоторого количества условий или ограничений в отношении частоты использования. Этими условиями могут являться, в том числе, например: (1) ограничение, накладываемое на скорость передачи данных, (2) максимальная мощность передачи, (3) ограничение, накладываемое на заданное значение параметра и т.д.

В канале, выделенном активному абоненту, может быть использована максимальная скорость передачи данных. Например, если при ожидаемом значении отношения Н/П не может быть получена требуемая вероятность нарушения связи, то для обеспечения соответствия этому требованию может быть выполнено снижение скорости передачи данных.

Ограничения в отношении максимальной мощности передачи могут быть наложены на определенные выделенные каналы. В том случае, если в ячейках сотовой связи в системе имеются сведения об ограничениях на мощность передачи из других ячеек сотовой связи, то локальное вычисление уровней помех может быть выполнено с более высокой степенью достоверности и лучшим планированием и установлением очередности.

В некоторых ситуациях, например, при наличии высокой нагрузки, в выделенном канале может быть использовано конкретное заданное значение параметра (то есть заданное отношение Н/П). Абоненту (например, имеющему низкий приоритет) может быть выделен канал, который не обеспечивает требуемую минимальную вероятность нарушения связи (то есть ожидаемое значение отношения Н/П для выделенного канала является более низким, чем то, которое необходимо для обеспечения конкретного значения вероятности нарушения связи). В этом случае может возникнуть ситуация, в которой абонент должен осуществлять передачу по выделенному каналу с использованием более низкого заданного значения параметра, которое обеспечивает требуемую вероятность нарушения связи. Используемое заданное значение параметра может быть постоянным, или оно может быть изменено при изменении нагрузки в системе. Также может быть использовано свое собственное заданное значение параметра для каждого канала.

Алгоритмы управления

Адаптивный алгоритм повторного использования, алгоритм установления очередности передачи данных и алгоритм распределения каналов могут быть реализованы различными способами, а также с использованием многочисленных алгоритмов управления, например алгоритма с централизованным управлением, алгоритма с распределенным управлением и алгоритмов с гибридным управлением. Более подробное описание некоторых из этих алгоритмов управления приведено ниже.

В алгоритме с централизованным управлением информацию от активных абонентов из всех ячеек сотовой связи, общее управление которыми необходимо осуществлять, подают в центральный процессор, который осуществляет обработку информации, устанавливает очередность передач данных и распределяет каналы на основании полученной информации и совокупности задач, выполняемых посредством системы. В алгоритме с распределенным управлением информацию от активных абонентов из каждой ячейки сотовой связи подают в процессор ячейки сотовой связи, который осуществляет обработку информации, устанавливает очередность передачи данных и распределяет каналы на основании информации, полученной от абонентов этой ячейки сотовой связи, и другой информации, полученной из других ячеек сотовой связи.

Посредством алгоритма с распределенным управлением установление очередности передачи данных и распределение каналов осуществляют на локальном уровне. Выполнение алгоритма с распределенным управлением может быть осуществлено в каждой ячейке сотовой связи, при этом нет необходимости в обеспечении согласованных действий в отношении различных ячеек сотовой связи.

В алгоритме с распределенным управлением может быть обеспечено динамическое совместное использование локальной информации другими имеющимися в системе ячейками сотовой связи даже при том, что операции установления очередности и распределения каналов могут быть выполнены локально в каждой ячейке сотовой связи. Совместно используемая информация может содержать, например, значение нагрузки в конкретной ячейке сотовой связи, перечень активных абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, информацию о наличии каналов, о присвоенных коэффициентах уменьшения мощности передачи и т.д. В алгоритме с распределенным управлением совместное использование этой информации не обязательно осуществлять динамическим способом, и эта информация может представлять собой "статическую" информацию, доступную для ячеек сотовой связи в системе. Совместно используемая информация может быть использована в ячейках сотовой связи в качестве информации, способствующей принятию решений о наилучшем способе локального распределения ресурсов.

Алгоритм с распределенным управлением целесообразно использовать как в режиме с низкой нагрузкой, так и в режиме с высокой нагрузкой, а его реализация является более простой, чем алгоритма с централизованным управлением. При низкой нагрузке существует большая вероятность того, что ячейки сотовой связи могут осуществлять передачу с использованием "ортогональных" каналов, а это приводит к тому, что помехи от других ячеек сотовой связи являются минимальными. При увеличении нагрузки уровни помех в системе обычно возрастают, и возникает более высокая вероятность того, что передача из ячеек сотовой связи будет осуществлена с использованием неортогональных каналов. Однако при увеличении нагрузки также увеличивается та группа абонентов в ячейке сотовой связи, из которой может быть осуществлен выбор. Некоторые из этих абонентов могут быть более чувствительными к помехам от других ячеек сотовой связи, чем остальные. В алгоритме с распределенным управлением это обстоятельство используют при распределении каналов и установлении очередности передачи для группы активных абонентов. Распределение каналов осуществляют таким способом, чтобы обеспечить максимальное увеличение пропускной способности системы с учетом таких ограничений, как, например, значения минимальной мгновенной скорости передачи данных и средней скорости передачи данных для каждого абонента.

Управление мощностью

Управление мощностью передачи в выделенных каналах может быть осуществлено посредством ячеек сотовой связи. В том случае, если абоненту выделен канал, который имеет положительный энергетический запас канала связи (то есть разность между ожидаемым значением отношения Н/П и заданным значением параметра является положительной), мощность передачи можно снизить, исходя из полученного энергетического запаса канала связи. Это в итоге приводит к снижению уровней помех и повышению вероятности успешной передачи даже в том случае, когда в других ячейках сотовой связи в системе отсутствуют сведения об уменьшении мощности передачи конкретной передачи данных. Управление мощностью может быть выполнено в динамическом режиме способом, который может быть аналогичным способу управления мощностью в системах МДКР.

Сектора

Описание различных особенностей и вариантов осуществления настоящего изобретения изложено применительно к "ячейке (сотовой связи)". Используемый здесь термин "ячейка (сотовой связи)" также относится и к "сектору" ячейки сотовой связи, разделенной на сектора. Например, ячейка сотовой связи, состоящая из 3-х секторов, может быть выполнена и может функционировать таким образом, что обеспечивает передачу трех совокупностей передач данных абонентам, находящимся в трех различных (хотя и обычно перекрывающихся) географических областях. Следовательно, используемый здесь термин "ячейка (сотовой связи)", в общем случае, относится к любой направленной передаче в конкретную область, и ее границы обычно определяется конкретной диаграммой направленности радиолуча, поступающего от источника передаваемого сигнала. Направленная передача приводит к наличию более низкого уровня помех и, следовательно, обеспечивает улучшение рабочих характеристик и увеличение пропускной способности по сравнению с ненаправленной передачей. В том случае, когда конкретная ячейка сотовой связи функционирует таким образом, что поддерживает множество секторов, для операций распределения ресурсов, установления очередности передач данных и распределения каналов может быть обеспечена согласованность между секторами одной и той же ячейки сотовой связи.

Следовательно, различные особенности и варианты осуществления настоящего изобретения, посредством которых обеспечивают более высокую эффективность и улучшение рабочих характеристик, могут быть реализованы в рамках структуры, состоящей из нескольких ячеек сотовой связи, разделенных на сектора и/или не разделенных на сектора. Например, каждому сектору ячейки сотовой связи может быть поставлена в соответствие совокупность коэффициентов уменьшения мощности передачи, причем выбор коэффициентов уменьшения мощности передачи осуществляют таким образом, чтобы минимизировать уровень помех для соседних и близлежащих секторов. К тому же, для дополнительного уменьшения помех выполнение передачи в каждом секторе может быть разрешено только в течение заданных временных интервалов. Например, может быть установлено, что соседние или близлежащие сектора осуществляют передачу в различные моменты времени, посредством чего обеспечивают снижения уровня межканальных помех.

Поддержание связи с множеством ячеек сотовой связи

Система связи предназначена для одновременного обслуживания как можно большего количества абонентов при заданных параметрах рабочей среды. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый абонент для обеспечения передачи данных может поддерживать связь с одной или с небольшими ячейками сотовой связи. Например, для увеличения эффективной пропускной способности для абонента могут быть использованы передачи данных из множества ячеек сотовой связи. Передачи данных могут быть осуществлены одновременно (при наличии ресурсов) или последовательно, либо посредством совокупности обоих способов. Например, абонент может выдать запрос на выполнение передачи из конкретной ячейки сотовой связи (например, одной из нескольких ячеек сотовой связи), имеющей лучшее достигнутое значение отношения Н/П. В динамическом режиме работы лучшее достигнутое значение отношения Н/П может соответствовать различным ячейкам сотовой связи в различные моменты времени, что обусловлено, например, перемещением абонента, наличием передач и помех от соседних ячеек сотовой связи и т.д. Передачи данных из множества ячеек сотовой связи могут быть синхронизированными или могут быть несинхронизированными, что зависит от конкретного варианта осуществления. Абоненту, осуществляющему прием передач данных, должна быть предоставлена информация, необходимая для соответствующего объединения принятых данных.

В системе связи с пакетной передачей данных ячейки сотовой связи могут независимо устанавливать очередность передачи пакетов, не требуя согласования между ячейками сотовой связи таких параметров, как, например, время конкретной передачи данных и/или конкретный канал.

Для улучшения рабочих характеристик (то есть надежности передачи) или увеличения пропускной способности (при некоторых режимах работы) может быть использована мягкая передача обслуживания. В том случае, когда заданное значение параметра для конкретного абонента является отрицательным или имеет лишь небольшое положительное значение, мягкая передача обслуживания может быть использована для повышения надежности передачи данных этого абонента (в результате чего может быть обеспечено улучшение рабочих характеристик системы, поскольку может быть предотвращена повторная передача данных). В том случае, когда большая часть из находящихся в ячейке сотовой связи абонентов имеет низкое значение отношения Н/П, мягкая передача обслуживания может быть использована для увеличения пропускной способности системы (например, для оконечных устройств с ненаправленными антеннами). В том случае, когда низкое значение отношения Н/П имеет малая часть абонентов, и имеются дополнительные возможности увеличения пропускной способности, мягкая передача обслуживания может быть использовано для повышения надежности передач данных.

При мягкой передаче обслуживания обычно обеспечивают синхронизацию передач данных конкретному абоненту из множества ячеек сотовой связи таким образом, чтобы обеспечить возможность когерентного объединения принятых данных. Для обеспечения требуемой синхронизации установление очередности передач данных может быть выполнено посредством соответствующих ячеек сотовой связи.

Установление очередности в восходящей линии связи

Вышеописанные особенности, варианты осуществления и исполнения настоящего изобретения могут быть использованы для передач данных из ячеек сотовой связи абонентам по нисходящей линии связи. Многие из этих особенностей, вариантов осуществления и исполнения могут быть применены для передач данных от абонентов в ячейки сотовой связи по восходящей линии связи. В восходящей линии связи может быть выполнено резервирование части имеющихся ресурсов для передачи абонентских запросов и других служебных сигналов.

В одном из вариантов осуществления запрос о передаче данных по восходящей линии связи может быть послан абонентом по каналу произвольного доступа. Запрос может содержать такую информацию, как полезная нагрузка (то есть объем данных, предназначенных для передачи), достигнутое значение отношения Н/П и т.д. Ячейка сотовой связи осуществляет прием абонентского запроса, устанавливает очередность передачи по восходящей линии связи и посылает информацию об установлении очередности абоненту. Такая информация об установлении очередности может содержать, например, данные о временном интервале, в котором может произойти передача данных, о скорости передачи данных (например, об алгоритме модуляции и кодирования), которую следует использовать, и о выделенном канале (о выделенных каналах). Установление очередности передачи по восходящей линии связи и распределение каналов может быть выполнено способом, аналогичным тому, описание которого было приведено выше для передач по нисходящей линии связи.

Объединение с другими схемами повторного использования

Изобретение может быть также реализовано в рамках других схем повторного использования или в совокупности с ними. Одна из таких схем раскрыта в статье Т.К.Фонга и др. [Т.К.Fonq et al.), имеющей название "Выделение ресурсов радиосвязи в стационарных широкополосных сетях беспроводной связи". Труды ИИЭР (Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) по связи, том 46, №6, июнь 1998 г. ("Radio Resource Allocation in Fixed. Broadband Wireless Networks", IEEE Transactions on Communications, Vol.46, No. 6, June 1998). В этой ссылке описаны операции разделения каждой ячейки сотовой связи на несколько секторов и осуществления передачи в каждый сектор в течение заданных (и, возможно, не заданных) временных интервалов, расположенных в шахматном порядке, выбор которых осуществляют таким образом, чтобы снизить уровень помех.

Другая схема повторного использования раскрыта в статье К.К.Леунга и др. (К.К.Leung et al.), имеющей название "Динамическое распределение ресурсов нисходящей линии связи и восходящей линии связи для услуг широкополосной связи в стационарных сетях беспроводной связи". Журнал ИИЭР по избранным разделам техники связи, том 17, №5, май 1999 г. ("Dynamic Allocation of Downlink and. Uplink Resource for Broadband Services in Fixed Wireless Networks," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.17, No.5, May - 1999). В этой ссылке описаны операции разделения каждой ячейки сотовой связи на несколько секторов и осуществления передачи в каждый сектор в течение заданных (и, возможно, не заданных) временных интервалов и временных подинтервалов, расположенных в шахматном порядке, выбор которых осуществляют таким образом, чтобы снизить уровень помех. Определяют значение отношения Н/П для абонентов, а абонентов подразделяют на группы, исходя из того, какое количество из q параллельных передач является для них допустимым. Затем осуществляют выбор модели передачи и устанавливают очередность передач данных таким образом, чтобы обеспечить соответствие потребностям абонентов.

Еще одна схема повторного использования раскрыта в статье К.К.Чоулы и др. (К.В.Chawla et al.), имеющей название "Квазистатическое распределение ресурсов с предотвращением помех для стационарных систем беспроводной связи". Журнал ИИЭР по избранным разделам техники связи, том 17, №3, март 1999 г. ("Quasi-Static Resource Allocation with Interference Avoidance for Fixed. Wireless Systems," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.17, No.3, March 1999). В этой ссылке описаны операции присвоения каждой ячейке сотовой связи последовательности "отклонений от диаграммы направленности" и предоставления возможности абонентам передавать в ячейку сотовой связи данные о наилучших временных интервалах, в течение которых они могут осуществлять передачи данных.

Области применения

Существует множество областей применения, в которых целесообразно использовать настоящее изобретение. Например, изобретение может быть использовано в системе связи, предоставляющей услуги широкополосной передачи пакетных данных, которые могут быть использованы для обеспечения доступа в сеть Интернет, для электронной торговли, распространения содержательной информации, телевещания или радиовещания и для множества других областей применения. Изобретение может быть использовано для передачи речи, видеоинформации, данных, текста и т.д. посредством системы беспроводной связи абонентам, находящимся дома, на работе и в подвижном состоянии. Изобретение может быть использовано для распространения абонентам содержательной информации (например, из источника распространения информации, например, из магазина розничной торговли, из средства массовой информации и т.д.). Содержательная информация может представлять собой любую информацию, которая может быть представлена в цифровом виде, например, кинофильмы, изображения, статьи с новостями, книги, звуковые записи и т.д.

Настоящее изобретение особенно целесообразно применять для передачи данных, имеющихся во "Всемирной паутине", и оно может быть использовано для обеспечения высокоскоростного доступа в сеть Интернет для абонентов. Изобретение может быть использовано в системе связи, служащей в качестве "беспроводной кабельной" системы, посредством которой абонентам может быть обеспечена передача программ с содержательной информацией (например, содержащих кинофильмы, предоставляемые по требованию).

Использование способов из настоящего изобретения для этой прикладной задачи позволяет обеспечить улучшенные рабочие характеристики и высокую эффективность системы связи. Настоящее изобретение обеспечивает эффективное распределение и использование имеющихся системных ресурсов путем активного повторного использования имеющихся ресурсов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения коэффициент повторного использования близок к единице.

Первый пример варианта исполнения

Для лучшего понимания некоторых особенностей изобретения ниже приведено описание пример варианта исполнения, в котором используют алгоритм повторного использования каналов, расположенных в шахматном порядке, с уменьшением мощности передачи. В этом примере варианта исполнения используют схему повторного использования, состоящую из 3-х ячеек сотовой связи, а для передачи может быть использовано N_с=12 имеющихся каналов. Абоненты, находящиеся в ячейке сотовой связи, имеют ИФР отношения Н/П, показанную на Фиг.7.

Для определения исходных коэффициентов уменьшения мощности передачи в этом варианте исполнения осуществляют разделение ИФР отношения Н/П из Фиг.7 на 12 групп равного размера. Минимальные значения энергетического запаса s(n) каналов связи для каждой группы абонентов при заданном значении параметра γ, равном 15 дБ, приведены в Таблице 3. Затем минимальные значения энергетического запаса s(n) каналов связи используют для определения коэффициентов уменьшения мощности передачи 12-ти имеющихся каналов. Ячейки сотовой связи выполняют таким образом, чтобы их характеристики передачи приблизительно совпадали со значением отношения Н/П, характеризующего абонентов, находящихся в ячейках сотовой связи.

В Таблице 4 перечислены коэффициенты уменьшения мощности передачи для ячеек сотовой связи с 1-й по 3-ю. Распределение каналов для ячейки 1 сотовой связи выполняют таким образом, что передачу по выделенным ей каналам с 1-го по 4-й она осуществляет с полной мощностью, а передачу по каналам с 5-го по 12-й она может осуществлять с уменьшенной мощностью, соответствующей коэффициентам уменьшения мощности передачи, поставленным, в соответствие этим каналам. В этом примере канал 5 первоначально выполняют таким образом, чтобы он работал с коэффициентом уменьшения мощности передачи, равным 0,6310; канал 6 выполняют таким образом, чтобы он работал с коэффициентом уменьшения мощности передачи, равным 0,4467; и т.д., а канал 12 выполняют таким образом, чтобы он работал с коэффициентом уменьшения мощности передачи, равным 0,0112.

Ячейкам 2 и 3 сотовой связи присваивают одинаковые коэффициенты уменьшения мощности передачи, но сдвинутые, соответственно, на 4 канала и на 8 каналов по модулю 12. Таким образом, распределение каналов для ячейки 2 сотовой связи выполняют таким образом, что передачу по выделенным ей каналам с 5-го по 8-й она осуществляет с полной мощностью, а передачу по другим каналам она может осуществлять с уменьшенной мощностью, а распределение каналов для ячейки 3 сотовой связи выполняют таким образом, что передачу по выделенным ей каналам с 9-го по 12-й она осуществляет с полной мощностью, а передачу по другим каналам она может осуществлять с уменьшенной мощностью. Коэффициенты уменьшения мощности передачи для ячеек сотовой связи с 1-й по 3-ю приведены в Таблице 4.

Коэффициенты уменьшения мощности передачи, приведенные в Таблице 4, получают, исходя из предположения, что все ячейки сотовой связи осуществляют передачу с полной мощностью. Однако, при применении коэффициентов уменьшения мощности передачи в совокупности со сдвигом на 4 канала, осуществляемым в шахматном порядке, фактические значения отношения Н/П для абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, могут превышать минимальные значения отношения Н/П, которые приведены во втором столбце Таблицы 3, поскольку происходит снижение помех от других ячеек сотовой связи, обусловленное использованием коэффициентов уменьшения мощности передачи.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения установление очередности передачи данных и распределение каналов выполняют, отчасти, на основании приоритетов абонентов. Следовательно, перед выполнением операций установления очередности передачи и распределения каналов устанавливают приоритеты активных абонентов и осуществляют соответствующее упорядочение их по рангу с использованием любого из вышеописанных факторов.

В этом варианте исполнения управление каналами в каждой ячейке сотовой связи осуществляют на основании заданных коэффициентов уменьшения мощности передачи. В этом простом примере используют следующие факторы и предположения. Во-первых, в каждой ячейке сотовой связи находится 12 активных абонентов, и в данном примере рассматривают только абонентов из ячейки 1. Предполагают, что уровни мощности сигналов, принимаемых абонентами, находящимися в ячейке 1 сотовой связи, являются одинаковыми и равны единице. Предполагают, что уровни мощности сигналов, принимаемых из ячеек 2 и 3 сотовой связи, являются одинаковыми (то есть I₂=I₃), а уровни помех, возникающих у абонентов с 1-го по 12-й, приведены во втором столбце Таблицы 9. Уровни помех для абонентов с 1-го по 12-й могут соответствовать, например, уровням помех, возникающих у абонентов, входящих в состав групп соответственно с 1-й по 12-ю, описание которых приведено выше применительно к Фиг.7. Предполагают, что тепловые помехи являются пренебрежимо малыми.

В этом варианте исполнения распределение каналов осуществляют с использованием характеристик каналов, основанных на ожидаемом значении отношения Н/П для абонентов. Следовательно, перед выполнением операций установления очередности и распределения каналов осуществляют вычисление характеристик каналов для активных абонентов с использованием уравнения (12). В столбцах Таблицы 8 приведены вычисленные для активных абонентов характеристики каналов при использовании в ячейках сотовой связи коэффициентов уменьшения мощности передачи, заданных в Таблице 4, а уровни мощности I₂ и I₃ принимаемых сигналов заданы во втором столбце Таблицы 9. При вычислениях предполагают, что оба из значений P₂ и Р₃ равны единице.

В этом примере установление приоритетов активных абонентов осуществляют, исходя из максимальных значений характеристики канала, которые могут быть достигнуты ими при использовании известных коэффициентов уменьшения мощности передачи. Определяют максимальные достижимые значения характеристики канала для всех 12-ти абонентов, которые перечислены в предпоследней строке Таблицы 8. В этом примере самый высокий приоритет, равный 12-ти, присваивают абоненту, имеющему самое низкое максимальное достижимое значение характеристики канала (то есть абоненту 1), следующий по порядку самый высокий приоритет, равный 11-ти, присваивают абоненту, имеющему следующее по порядку самое низкое максимальное достижимое значение характеристики канала (то есть абоненту 2), и так далее, а самый низкий приоритет, равный 1, присваивают абоненту, имеющему самое высокое максимальное достижимое значение характеристики канала (то есть абоненту 12). Приоритеты абонентов указаны в последней строке Таблицы 8, а также в третьем столбце Таблицы 9.

Затем осуществляют выделение каналов абонентам исходя из их приоритетов и вычисленных значений характеристики канала. Вначале выбирают абонента, имеющего самый высокий приоритет, (то есть абонента 1) и выделяют ему канал, соответствующий максимальному достижимому им значению характеристики канала (то есть канал 4, характеристика канала = 30,0). Затем выбирают абонента, имеющего следующий по порядку самый высокий приоритет (то есть абонента 2), и выделяют ему канал, соответствующий второму по величине максимальному достижимому им значению характеристики канала (то есть канал 3, характеристика канала = 63,0), поскольку этот канал является наилучшим из имеющихся каналов (то есть канал 4 был уже выделен абоненту 1). Процесс распределения каналов продолжают и абоненту 3 выделяют канал 2, абоненту 4 выделяют канал 1 и т.д., а абоненту 12 выделяют канал 12. В четвертом столбце Таблицы 9 указаны каналы, выделенные этим 12-ти абонентам.

Затем может быть вычислено значение отношения Н/П для абонентов исходя из выделенных им каналов и с учетом коэффициентов уменьшения мощности передачи, используемых в ячейках 2 и 3 сотовой связи, которые приведены в Таблице 4. Значения отношения Н/П (в дБ), достигнутые абонентами, приведены в пятом столбце Таблицы 9. Для заданного значения параметра γ, равного 15 дБ, значения энергетического запаса каналов, связи для абонентов могут быть вычислены исходя из значения отношения Н/П, указанного в пятом столбце. В шестом столбце указаны значения энергетического запаса канала связи (в дБ) относительно заданного значения параметра, равного 15 дБ, предоставленного каждому абоненту в выделенном ему канале при использовании коэффициентов уменьшения мощности передачи.

В этом примере абоненты со 2-го по 12-й имеют положительный энергетический запас, а для абонента 1 обеспечивают почти заданное значение параметра.

Затем может быть выполнено снижение коэффициентов уменьшения мощности передачи для абонентов на величину положительного энергетического запаса канала связи при его наличии. Регулирование коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть выполнено систематически в виде части процесса распределения каналов или динамически в виде части алгоритма управления мощностью. В последнем столбце Таблицы 9 приведены коэффициенты уменьшения мощности передачи, необходимые для обеспечения того, чтобы отношение Н/П было приблизительно равно заданному значению параметра (то есть чтобы энергетический запас канала связи был приблизительно равен нулю). Степень снижения коэффициентов уменьшения мощности передачи, необходимая для получения требуемого заданного значения параметра, по отношению к исходным значениям коэффициентов уменьшения мощности передачи может быть получена путем сравнения двух последних столбцов Таблицы 9 между собой.

Если отношение Н/П для выделенного канала превышает заданное значение параметра, то существует дополнительный энергетический запас канала связи. В этом случае скорость передачи данных абонента может быть увеличена до такого уровня, который удовлетворяет критерию, относящемуся к нарушению связи, или же мощность передатчика может быть уменьшена на величину, которая может достигать значения энергетического запаса канала связи. Эти регулировки могут быть выполнены для каждого из активных абонентов.

Если отношение Н/П, получаемое при использовании соответствующих имеющихся каналов, является худшим, чем то, которое необходимо для абонента, то желательные рабочие характеристики не могут быть обеспечены. При возникновении такой ситуации существует несколько возможных решений. В одном варианте решения передача данных абоненту может быть осуществлена с более низкой скоростью передачи данных, которая удовлетворяет критерию, относящемуся к нарушению связи. В другом варианте решения операцию установления очередности передачи для данного абонента не выполняют в течение текущего интервала передачи, и канал остается доступным для какого-либо другого абонента. В этом случае приоритет абонента, для которого не выполняют операцию установления очередности передачи, может быть повышен, а это приводит к тому, что в следующем интервале установления очередности и распределения каналов учет этого абонента будет осуществлен на более раннем этапе.

Даже при уменьшении мощности передачи для некоторых из абонентов из группы 1 не может быть обеспечен режим работы с заданным значением параметра γ, равным 15 дБ. В том случае, когда эффективные значения отношение Н/П являются более низкими, чем заданное значение параметра, может быть выполнено уменьшение скоростей передачи данных, соответствующих этим абонентам, до уровня, который обеспечивает наличие приемлемых рабочих характеристик (например, конкретных значений ЧПОБ, ЧСК или вероятности нарушения связи). Тем не менее, в некоторых случаях может возникнуть необходимость устранения основных источников помех, наличие которых не позволяет обеспечить для этих абонентов режим работы при заданном значении параметра. Для обеспечения этого система может быть выполнена таким образом, чтобы осуществлять адаптивное изменение коэффициентов уменьшения мощности передачи и/или заданных значений параметра в каналах, исходя из конкретных потребностей абонентов.

Как описано выше, коэффициенты уменьшения мощности передачи зависят от заданного значения параметра γ, требуемого для обеспечения функционирования с конкретной скоростью передачи данных и конкретном уровне рабочих характеристик. Заданное значение параметра γ фактически является функцией скорости передачи данных, выбранной абонентом. В том случае, если скорости передачи данных абонентов являются изменяемыми, условная вероятность нарушения связи, заданная посредством уравнения (6), является функцией выбранной скорости передачи данных.

В том случае, если обновление приоритетов абонентов осуществляют в соответствии с их средней пропускной способностью, распределение каналов может быть выполнено таким образом, чтобы также обеспечивать учет присвоенных абонентам скоростей передачи данных. Следовательно, канал, выделенный конкретному абоненту, представляет собой тот канал, который обеспечивает максимальную пропускную способность для абонента с конкретной степенью вероятности нарушения связи. Например, в процессе распределения каналов сначала выполняют оценку наилучшего для абонента канала, указанного в перечне имеющихся каналов. Затем для абонента выделяют максимальную скорость передачи данных для этого канала, которая удовлетворяет желательным критериям вероятности нарушения связи.

Также, при необходимости, может быть выполнено регулирование максимального и минимального коэффициентов уменьшения мощности передачи. Например, регулирование этих максимального и минимального предельных значений может быть выполнено исходя из нагрузки в системе.

В вышеуказанном примере в том случае, когда нагрузка в системе не превышает 4 абонента на каждую ячейку сотовой связи, в ячейке 1 сотовой связи абонентам выделяют каналы с 1-го по 4-й, в ячейке 2 сотовой связи абонентам выделяют каналы с 5-го по 8-й, а в ячейке 3 сотовой связи абонентам выделяют каналы с 9-го по 12-й. В этом примере передачу во всех этих каналах осуществляют с полной мощностью, поэтому может быть выполнено регулирование скорости передачи данных абонентов до таких значений, которые обеспечивают для конкретного абонента максимальную пропускную способность в выделенном ему канале. Однако, если заданное значение системного параметра было снижено, то некоторые из этих каналов могут иметь такие коэффициенты уменьшения мощности передачи, которые не позволяют обеспечивать работу каналов с полной мощностью даже в случае отсутствия помех от соседних ячеек сотовой связи при данной нагрузке. Следовательно, когда нагрузка в ячейке сотовой связи не превышает четыре абонента на каждую ячейку сотовой связи, то для обеспечения возможности использования полной мощности (например, для создания дополнительного энергетического запаса канала связи) может оказаться желательным установить коэффициент уменьшения мощности передачи для каналов с 1-го по 4-й равным единице.

Второй пример варианта исполнения

Во втором примере варианта исполнения для каждой ячейки сотовой связи выделяют часть имеющихся ресурсов, и после этого передачу из нее по выделенным ресурсам осуществляют с полной мощностью. При увеличении нагрузки передача из каждой ячейки может быть также осуществлена по каналам, которые не были ей выделены.

Во этом втором варианте исполнения каналы с более высокой вероятностью наличия больших уровней помех выделяют абонентам, для которых допустим более высокий уровень помех. Очевидно, что абоненты, находящиеся в любой конкретной ячейке сотовой связи, обычно имеют различный допустимый уровень помех, и это свойство может быть использовано в каждой ячейке сотовой связи при распределении каналов. При увеличении нагрузки в каждой ячейке сотовой связи влияние ее на пропускную способность тех абонентов, для которых существует наибольшая вероятность создания взаимных помех, является минимальным, поскольку для этих абонентов допустимый уровень помех является более высоким.

В одном из вариантов осуществления в ячейку сотовой связи подают информацию, характеризующую помехи, возникающие у каждого находящегося в ячейке сотовой связи активного абонента, которые обусловлены передачей данных из других ячеек сотовой связи. В том случае, когда количество активных абонентов превышает количество выделенных каналов, в ячейке сотовой связи может быть осуществлен выбор абонента, для которого допустимый уровень помех является наиболее высоким, и предоставление этому абоненту канала с перекрытием (неортогонального), который обеспечивает наилучшее общее отношение Н/П для этого абонента.

Для лучшего понимания настоящего изобретения теперь будет приведено описание конкретного примера, в котором применяют алгоритм повторного использования с 3-мя ячейками сотовой связи, а ячейка 1 сотовой связи содержит пять активных абонентов.

В Таблице 10 приведен пример ограничений, налагаемых на уровень помех, для каждого из 5-ти активных абонентов, находящихся в ячейке 1 сотовой связи. Для упрощения примера сделаны следующие предположения: (1) тепловые помехи являются пренебрежимо малыми; (2) все абоненты, находящиеся в ячейке 1 сотовой связи, имеют одинаковые потери на трассе распространения сигнала к ячейке 1 сотовой связи; и (3) в режиме активности все ячейки сотовой связи осуществляют передачу с одинаковым постоянным уровнем мощности, (то есть уменьшение мощности передачи и управление мощностью передачи не производят). Это означает, что мощность принимаемого сигнала является одинаковой для всех абонентов (то есть С=I₁(1,k)=1).

С учетом указанных выше предположений, во втором столбце Таблицы 10 приведены значения уровней помех I₁(2,k) от соседней ячейки 2 сотовой связи для каждого абонента, находящегося в ячейке m сотовой связи, а в третьем столбце приведены значения уровней помех I₁(3,k) от соседней ячейки 3 сотовой связи. Посредством условного обозначения I_m(1,k) обозначают помехи для абонента k, находящегося в ячейке m сотовой связи, возникающие в конкретном канале вследствие передачи, осуществляемой в ячейке 1 сотовой связи. В четвертом столбце приведены значения отношения Н/П для абонентов, находящихся в ячейке 1 сотовой связи, полученные с учетом того, что передачу из ячейки 3 сотовой связи не осуществляют (и опять предполагая, что С=1). Аналогичным образом, в пятом столбце приведены значения отношения Н/П для абонентов, находящихся в ячейке 1 сотовой связи, полученные с учетом того, что ячейка 2 сотовой связи отключена. В шестом столбце приведены эффективные значения отношения Н/П для абонента, полученные с учетом того, что помехи для абонента создают обе ячейки 2 и 3 сотовой связи. Уровни помех и значения отношения Н/П могут быть определены, например, по пилот-сигналам, передаваемым ячейками сотовой связи. Эти численные значения также могут быть заданы при введении в эксплуатацию (например, в случае стационарных оконечных устройств) или определены абонентами в динамическом режиме и поданы в ячейки сотовой связи.

В последнем столбце указан ранг, поставленный в соответствие каждому абоненту из ячейки 1 сотовой связи, где ранг 1 обычно обозначает самый высокий приоритет. В зависимости от задач, поставленных перед системой, операция упорядочения по рангу может быть реализована посредством нескольких алгоритмов упорядочения по рангу, описание некоторых из которых приведено ниже. Например, в простом алгоритме упорядочения по рангу присвоение абонентам рангов осуществляют, исходя из среднего значения их полной пропускной способности. В этом примере, ранги, присвоенные абонентам, обратно пропорциональны отношению Н/П для абонентов (то есть самое низкое значение отношения Н/П соответствует самому высокому приоритету).

При распределении каналов может быть обеспечен учет нагрузки в соседних ячейках сотовой связи так, чтобы в первую очередь осуществлять распределение тех каналов, которые имеют меньшую вероятность их использования соседними ячейками сотовой связи. Может быть обеспечена передача информации о нагрузке в соседние ячейки сотовой связи, или же ее оценка может быть выполнена локально в самой ячейке сотовой связи. Информация о нагрузке может быть затем использована для вычисления вероятности того, что конкретный канал будет использован соседней ячейкой сотовой связи в течение промежутка времени передачи, представляющего интерес. Возможность вычисления или локальной оценки вероятности того, что данный канал занят соседней ячейкой сотовой связи, обусловлена тем, что работу ячеек сотовой связи осуществляют на основе похожих правил распределения каналов.

В Таблице 11 в качестве конкретного примера приведены значения вероятности Р_m(n) занятости канала для системы, состоящей из 3-х ячеек сотовой связи, где посредством Р_m(n) обозначена вероятность того, что канал n ячейки m сотовой связи является занятым. Во втором столбце Таблицы 11 приведены значения вероятности того, что ячейка 1 сотовой связи выделит активному абоненту, находящемуся в ячейке сотовой связи, конкретный номер канала (то есть n=1, 2,...12). Аналогичным образом, в третьем и в четвертом столбцах приведены значения вероятности того, что ячейки сотовой связи, соответственно, 2 и 3 выделят активному абоненту конкретный номер канала. В этом примере осуществляют сдвиг каналов, выделенных этим трем ячейкам сотовой связи, на 4 канала, и это отражено в приведенных значениях вероятности Р_m(n) занятости канала для этих трех ячеек сотовой связи.

В этом простом примере посредством каждой ячейки сотовой связи обеспечивают одновременное обслуживание, в среднем, приблизительно четырех абонентов. Для обеспечения минимальных помех от других ячеек сотовой связи двоим из абонентов, находящихся в каждой ячейке сотовой связи, выделяют средние из распределяемых каналов. Например, в ячейке 1 сотовой связи двум абонентам обычно выделяют каналы 2 и 3, в ячейке 2 сотовой связи двум абонентам обычно выделяют каналы 6 и 7, а в ячейке 3 сотовой связи двум абонентам обычно выделяют каналы 10 и 11. В этом примере вероятность того, что абонентам будут выделены каналы, более далеко отстоящие от середины, является постепенно уменьшающейся. Таким образом, в ячейке 1 сотовой связи канал 4 выделяют абоненту в два раза реже, чем канал 3, а канал 5 выделяют в четыре раза реже, чем канал 3, и т.д.

В этом простом примере нагрузка является одинаковой для всех трех ячеек сотовой связи, а значения вероятности занятости канала для каждой ячейки сотовой связи представляют собой просто вариант вероятности занятости канала для соседних ячеек сотовой связи со сдвигом. Можно отметить, что эта таблица может быть получена локально в любой из ячеек сотовой связи путем оценки нагрузки в соседних ячейках сотовой связи.

В Таблице 12 приведены значения характеристики h_m(n,k) канала, вычисленные с использованием уравнения (11) для всех 12-ти имеющихся каналов всех 5-ти активных абонентов из ячейки 1 сотовой связи. В первом столбце перечислены эти 12 каналов с 1-го по 12-й. В каждом из столбцов с второго по шестой перечислены значения характеристики канала h_m(n,k), вычисленной для конкретного абонента k. Значения характеристики канала, указанные в Таблице 12, вычислены с использованием значений вероятности Р_m(n) занятости канала, приведенных в Таблице 11, и значений помех I_m(l,k) от ячеек сотовой связи, указанных в Таблице 10.

Например, характеристика h_m(n,k) канала для абонента 1 и канала 1 может быть вычислена следующим образом:

Из Таблицы 12 видно, что значения характеристики канала для всех абонентов в ячейке 1 сотовой связи, в общем случае, являются более высокими вблизи каналов 2 и 3 (середина каналов, выделенных для ячейки 1 сотовой связи), и имеют тенденцию к уменьшению при смещении относительно середины. К тому же, в этом примере совокупность характеристик для абонента 1 является наименьшей, а совокупность характеристик для абонента 5 является наибольшей, причем значения характеристик последовательно возрастают слева направо.

В одном из вариантов осуществления алгоритма распределения каналов, распределение каналов осуществляют на основании рангов абонентов и совокупности характеристик канала подобных тем, которые представлены в Таблице 12.

Для предоставления каналов абонентам могут быть использованы различные алгоритмы распределения каналов. Эти алгоритмы могут отличиться по сложности и по оптимальности (то есть по качеству) результатов распределения. Ниже приведено описание нескольких таких алгоритмов для пояснения изобретения. Однако также могут быть использованы и другие алгоритмы, которые находятся в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения.

В конкретном алгоритме распределения каналов, который может быть реализован простыми способами, наилучший из возможных каналов выделяют абонентам, имеющим последовательно более низкие приоритеты, начиная с абонента, имеющего самый высокий приоритет. Абоненты, имеющие более высокий приоритет, более чувствительны к помехам, и им выделяют лучшие каналы. Следовательно, абоненту 1 (абоненту, имеющему самый высокий приоритет) выделяют канал 2, которому соответствует наиболее высокое значение характеристики, равное 14,55. Затем канал 2 удаляют из находящегося в ячейке сотовой связи перечня имеющихся каналов. Затем абоненту 2 (абонент, имеющий второй по величине приоритет из наиболее высоких) выделяют канал 3, которому соответствует наиболее высокое значение характеристики, равное 16,00, а канал 3 затем удаляют из перечня. Для абонента 3 (абонента, имеющего третий по величине приоритет из наиболее высоких) наиболее высокое значение характеристики соответствует каналу 2, но ему выделяют канал 1, поскольку оба канала 2 и 3 уже были выделены и отсутствуют в перечне имеющихся каналов. Аналогичным образом, абоненту 4 выделяют канал 4, соответствующий для него четвертому по величине значению из наиболее высоких значений характеристики, поскольку каналы с 1-го по 3-й уже были выделены. Наконец, абоненту 5 выделяют канал 5, то есть канал, имеющий наиболее высокое значение характеристики из имеющихся каналов. Каналы, выделенные каждому абоненту, перечислены в последней строке Таблицы 12.

В одном из вариантов осуществления изобретения в случае наличия равенства параметров при распределении каналов (то есть если одинаковому значению или близким значениям характеристики канала поставлено в соответствие более одного канала) непосредственное распределение каналов не осуществляют. Вместо этого, отмечают те каналы, которые привели к возникновению равенства параметров, и продолжают выполнять анализ для других абонентов, имеющих более низкий приоритет. В том случае, если наибольшее значение характеристики для следующего абонента соответствует любому из отмеченных каналов, этот канал может быть выделен этому абоненту и удален из перечня имеющихся каналов. Когда перечень отмеченных каналов для конкретного абонента уменьшается до одного, оставшийся канал выделяют тому абоненту, имеющему наиболее высокий приоритет, который отметил этот канал.

В другом алгоритме распределения каналов, который представляет собой разновидность вышеописанного алгоритма, при распределении каналов может быть обеспечен учет разностей между значениями характеристик каналов для соответствующих каналов. В ряде случаев лучшим вариантом может оказаться тот, в котором абоненту, имеющему самый высокий приоритет, не выделяют канал с наиболее высоким значением характеристики. Например, если конкретный абонент имеет несколько каналов с приблизительно одинаковым значением характеристики, или если требуемое отношение Н/П может быть обеспечено посредством нескольких каналов, то абоненту может быть выделен один из нескольких каналов при сохранении надлежащего уровня его обслуживания. В том случае, если параметры наилучшего канала абонента, имеющего более низкий приоритет, являются такими же, как и канала, выделенного абоненту, имеющему более высокий приоритет, и если для абонента, имеющего второй по счету высокий приоритет, существует большое различие между его самым лучшим каналом и вторым по счету лучшим каналом, более оптимальным решением может оказаться выделение абоненту, имеющему более высокий приоритет, его второго по счету лучшего канала и выделение абоненту, имеющему более низкий приоритет, его лучшего канала. Например, если абонент 1 имеет почти одинаковые значения характеристики канала для каналов 2 и 3, а абонент 2, имеющий следующий по счету более низкий приоритет, имеет намного большее значение характеристики канала для канала 3, то абоненту 1 может быть выделен канал 2, а абоненту 2 может быть выделен канал 3.

В еще одном алгоритме распределения каналов абонент, имеющий самый высокий приоритет, отмечает имеющиеся каналы, которые обеспечивают требуемые рабочие характеристики (аналогично отметке вышеописанных каналов, имеющих равенство параметров). Затем абонент, имеющий следующий по порядку более низкий приоритет, отмечает приемлемые для него каналы. Затем выполняют распределение каналов таким образом, что в первую очередь каналы выделяют абонентам, имеющим более низкий приоритет, а каналы, необходимые абонентам, имеющим более высокий приоритет, резервируют.

В еще одном алгоритме распределения каналов выделение каналов каналы активным абонентам, находящимся в ячейке сотовой связи, осуществляют более оптимальным способом путем учета большого количества перестановок распределений каналов по группе активных абонентов в ячейке сотовой связи. В этом случае решение о том, какой канал следует выделить конкретному абоненту, принимают не только на основании характеристики канала и приоритета абонента. В одном из вариантов осуществления изобретения приоритет абонента может быть преобразован в весовой коэффициент, который используют для пересчета характеристики канала при вычислениях, выполняемых в операциях распределения каналов в ячейке сотовой связи.

В этом и в других вариантах осуществления настоящего изобретения для снижения помех у абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, осуществляют адаптивное уменьшение скорости передачи (также именуемое здесь "затемнением ячейки" ("cell dimming")) или отключение (также именуемое здесь "запиранием ячейки"("cell blanking")) тех передатчиков в рассматриваемых ячейках сотовой связи, которые не позволяют обеспечивать заданное значение параметра для абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях. "Затемнение" или "запирание" ячейки сотовой связи могут быть осуществлено несколькими различными способам. В одном из вариантов осуществления изобретения производят сбор информации от имеющихся в системе абонентов и выполняют "затемнение" или "запирание" минимального количества ячеек сотовой связи, которое обеспечивает удовлетворение минимальных потребностей для всех абонентов, находящихся в зоне обслуживания. Управление ячейками сотовой связи может быть выполнено посредством централизованного управления или распределенного управления.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения "затемнение" или "запирание" ячейки сотовой связи обеспечивают путем сбора информации о среде помех (например, о среде потерь при распространении сигнала) для каждого абонента. Например, каждый абонент может осуществлять измерение уровня принятого сигнала из каждой ячейки сотовой связи, превышающего конкретное пороговое значение. Подобное измерение сигналов, принятых от абонентов, осуществляющих передачу, может быть выполнено, посредством ячейки сотовой связи. Собранная информация может быть использована для оценки отношения Н/П для конкретного абонента в том случае, когда функционирует только одно подмножество ячеек сотовой связи. Эту информацию затем используют для выбора подгруппы абонентов, для которой передачу осуществляют в заданном временном интервале, что обеспечивает максимальное увеличение пропускной способности системы при заданной совокупности ограничений.

В вышеуказанных примерах вариантов исполнения продемонстрированы конкретные варианты объединения некоторых из особенностей настоящего изобретения. Объединение различных особенностей и вариантов осуществления настоящего изобретения для их реализации во множестве различных систем связи может быть осуществлено множеством способов.

Усовершенствования, обеспечиваемые посредством адаптивного повторного использования

Согласно некоторым особенностям настоящего изобретения, осуществляют адаптивное распределение имеющихся ресурсов системы, посредством чего обеспечивают более высокую эффективность и соответствие требованиям, предъявляемым к системе. Для обеспечения высокой эффективности использования спектрального диапазона желательно использовать коэффициент повторного использования как можно более близкий к единице, обеспечивающий, тем не менее, соответствие заданным критериям эффективности функционирования. Для обычной неадаптивной схемы повторного использования коэффициент повторного использования обычно устанавливается таким, чтобы обеспечить выполнение требований в отношении минимальной скорости передачи данных для некоторой заданной процентной доли зоны обслуживания. В том случае, когда обычная неадаптивная схема повторного использования выполнена таким образом, что обеспечивает удовлетворение требований для наихудшего случая (например, чтобы вероятность нарушения связи не превышала 1%), она является очень неэффективной, поскольку не позволяет осуществлять гибкую адаптацию имеющихся ресурсов к изменяющимся условиям в системе, необходимую для обеспечения высокой эффективности использования спектрального диапазона.

Оценка улучшения усредненных значений рабочих характеристик, обеспечиваемого посредством способа адаптивного повторного использования, который предложен в настоящем изобретении, может быть выполнена путем моделирования системы по методу Монте-Карло, в котором оценочное значение средней степени повторного использования представляет собой функцию отношения Н/П, необходимого для удовлетворения требований в отношении конкретной минимальной скорости передачи данных (то есть конкретного заданного значения параметра). Для такого моделирования задают коэффициент повторного использования, представляющий собой отношение количества активных ячеек сотовой связи к общему количеству ячеек сотовой связи. При моделировании системы выполняют оценку большого количества вариантов реализации распределения потоков графика (или просто вариантов реализации).

Для идеальной системы сотовой связи, имеющей схему расположения ячеек сотовой связи в виде шестиугольников, а в каждой ячейке сотовой связи которой используют одинаковую частоту, может быть вычислено распределение значений отношения Н/П, обеспечиваемого внутри идеальных ячеек сотовой связи. Значение отношения Н/П, достигнутого любым заданным абонентом, зависит от потерь на трассе, которые для наземных систем сотовой связи обычно увеличиваются пропорционально d в степени от третьей до четвертой (от d³ до d⁴), где d - расстояние от абонента до излучателя. При моделировании в каждом варианте реализации абонентов располагают равномерно по каждой ячейке сотовой связи. Абоненты имеют эффективную ширину диаграммы направленности приемной антенны, равную 30 градусам. В ячейках сотовой связи используют ненаправленные антенны. Крутизна характеристики потерь L на трассе, выраженных в децибелах (дБ), равна 35 дБ при десятикратном увеличении расстояния d абонента к ячейке сотовой связи. Потери L_m(k) на трассе для абонента k из ячейки m сотовой связи могут быть выражены следующим образом:

L_m(k)=35·log₁₀(d_m(k)).

Потери на трассе подвергаются случайным изменениям, обусловленным наличием искусственных или естественных преград на трассе (трассах) распространения радиоволн. Моделирование этих случайных изменений обычно осуществляют посредством процесса случайного "затенения" с логарифмически нормальным распределением и среднеквадратичным отклонением, равным 8 дБ. Фактические потери на трассе представляют собой сумму значения L_m(k), выраженного в децибелах (дБ), и случайной переменной х, имеющей нормальное распределение, среднее значение, равное нулю, и среднеквадратичное отклонение, равное 8 дБ, и могут быть выражены в следующем виде:

=L_m(k)+x_m(k).

Результирующее распределение значений отношения Н/П, получаемое для схемы расположения ячеек сотовой связи в виде идеальных шестиугольников при наличии ненаправленных антенн в базовой станции и процесса "затенения" со среднеквадратичным отклонением, равным 8 дБ, показано на Фиг.7.

Максимальную мощность передачи из ячейки сотовой связи нормируют равной единице, а мощность I_m(k) сигнала, поступающего из ячейки m сотовой связи и принимаемого абонентом k, задана следующим выражением:

I_m(k)=.

Основной ячейкой сотовой связи абонента является та ячейка сотовой связи, которая соответствует наибольшему уровню принятого сигнала, который может быть выражен в следующем виде:

Соседние ячейки сотовой связи дают члены уравнения, обусловленные помехами, а максимальная мощность помех от этих ячеек сотовой связи может быть выражена следующим образом:

Для каждого варианта реализации, используемого при моделировании, абонентов, находящихся в каждой ячейке системы сотовой связи, размещают случайным образом (например, распределяют равномерно). Затем выполняют оценку средних потерь на трассе от каждой ячейки сотовой связи до каждого абонента.

Оценка мощности сигналов, передаваемых каждому абоненту, может быть выполнена несколькими способами. При моделировании оценку мощности передачи выполняют исходя из предположения, что передачу осуществляют с полной мощностью, то есть что абонент производит оценку уровней сигналов от каждой ячейки сотовой связи исходя из предположения, что передачу осуществляют с полной мощностью. С учетом этого, некоторые абоненты, находящиеся в благоприятных условиях, которым способствуют, будут иметь такие значения отношения Н/П, которые превышают заданное значение параметра. В этих случаях ячейка сотовой связи может уменьшить мощность передачи на величину, соответствующую имеющемуся энергетическому запасу для этого абонента (то есть уменьшить на разность между имеющимся отношением Н/П и заданным значением параметра). Фактическое значение отношения Н/П для абонентов системы будет превышать то, которое вычислено при моделировании, поскольку не все ячейки сотовой связи будут работать с полной мощностью передачи. Также существует возможность более точного определения уровня мощности, необходимого для каждого абонента, что может привести к обеспечению более высокой эффективности использования спектрального диапазона.

В каждом варианте реализации для каждого абонента выполняют упорядочение мощности передачи ячеек сотовой связи, создающих помехи. Затем в адаптивном алгоритме повторного использования, используемом для моделирования, осуществляют случайный выбор одного абонента, с которого начинают процесс. Для этого абонента определяют минимальное количество ячеек сотовой связи, которые должны быть отключены (то есть отключен передатчик) для того, чтобы обеспечить заданное значение параметра. Это может быть достигнуто путем итерационного вычисления оценочных значений отношения Н/П для этого абонента, осуществляемого посредством приращения мощности помех, исходя из упорядоченного перечня значений мощности ячеек сотовой связи, создающих помехи (например, упорядоченного, начиная с наиболее низкой и кончая наиболее высокой мощностью передачи). В том случае, если для каждой оцениваемой ячейки сотовой связи измеренное значение отношения Н/П становится в результате включения ячейки сотовой связи более низким, чем заданное значение параметра, то текущую и остальные создающие помехи ячейки сотовой связи, содержащиеся в упорядоченном перечне для этого абонента, отключают. Затем в процессе моделирования осуществляют случайный выбор другой ячейки сотовой связи из перечня остальных активных ячеек сотовой связи и продолжают процесс до тех пор, пока не будут исчерпаны все активные ячейки сотовой связи для выполнения их оценки. Для каждого варианта реализации регистрируют коэффициент повторного использования, заданный как отношение количества задействованных ячеек сотовой связи к общему количеству ячеек сотовой связи.

На Фиг.12 показаны графики зависимости среднего значения коэффициента повторного использования от заданного значения параметра для двух различных условий рассеяния. На графике, помеченном как "отсутствие многолучевого распространения", видно, что при заданных значениях параметра, меньших чем 12 дБ, коэффициент повторного использования очень близок к 1, 0. При возрастании заданного значения параметра необходимо отключить большее количество ячеек для обеспечения заданного значения параметра, что приводит к уменьшению коэффициента повторного использования. Этот адаптивный алгоритм повторного использования обеспечивает значительно более высокую эффективность использования спектрального диапазона, чем неадаптивный алгоритм повторного использования. Также видно, что при преобладании рассеяния, обусловленного многолучевым распространением, среднее значение коэффициента повторного использования уменьшается. Это происходит потому, что при использовании направленных антенн обеспечиваемая изоляция от ячеек сотовой связи, создающих помехи, является менее эффективной, что обусловлено рассеянием энергии по случайному закону. При наличии рассеяния для обеспечения заданного значения параметра необходимо отключать, в среднем, большее количество ячеек сотовой связи.

В Таблице 13 приведены достижимые значения эффективности использования спектрального диапазона, полученные при моделировании с использованием адаптивного алгоритма повторного использования. В Таблице 13 эффективность использования спектрального диапазона вычислена для различных заданных значений параметра в диапазоне от 10 дБ до 26 дБ с шагом приращения 2 дБ. Вычисление значений, приведенных в Таблице 13, выполнено для условий отсутствия многолучевого распространения и при наличии предположения, что система обеспечивает функционирование каждого канала связи при указанном заданном значении параметра.

Во втором столбце приведены средние значения коэффициента повторного использования, соответствующие заданному значению параметра, которые определены исходя из Фиг.12 для каждого заданного значения параметра. В третьем столбце приведены значения эффективности модуляции для заданного значения параметра, которые взяты из Таблицы 1.

Эффективность использования спектрального диапазона вычисляют путем умножения среднего значения коэффициента повторного использования на эффективность модуляции. Например, для заданного значения параметра, равного 14 дБ, среднее значение коэффициента повторного использования, полученное из Фиг.12, равно приблизительно 0,95. Согласно Таблице 1, для обеспечения ЧПОБ, равной 1%, с использованием 8-позиционной ФМн, которая соответствуют эффективности модуляции 3 бит в секунду/Гц, значение отношения Н/П должно быть равно, по меньшей мере, 12,6 дБ, (при использовании 16-позиционной КВАМ оно должно быть равно, по меньшей мере, 14,3 дБ). Следовательно, вычисленное значение эффективности использования спектрального диапазона равно 2,85 (то есть 0,95·3).

При сравнении эффективности использования спектрального диапазона, соответствующей адаптивному алгоритму повторного использования, моделирование которого было здесь выполнено, с эффективностью использования спектрального диапазона, получаемой посредством обычного неадаптивного алгоритма повторного использования, можно легко заметить повышение эффективности использования спектрального диапазона. В адаптивном алгоритме повторного использования заданное значение параметра практически гарантирует (то есть вероятность нарушения связи приблизительно равна 0, 0) то, что в наихудшем случае для абонента могут быть обеспечены его требования в отношении минимальных значений рабочих характеристик, которые могут быть заданы как требуемая конкретная минимальная скорость передачи данных в течение конкретной процентной доли времени.

Следует отметить, что согласно Таблице 13 максимальной эффективности использования спектрального диапазона достигают при заданном значении параметра, равном 18 дБ. При этом заданном значении параметра каждый канал связи функционирует с эффективностью модуляции, равной 5 бит в секунду/Гц. Среднее значение коэффициента повторного использования при работе с этим заданным значением параметра равно, приблизительно, 0,83, что дает общую эффективность использования спектрального диапазона, равную 4,16 бит в секунду/Гц на ячейку сотовой связи. Неадаптивный алгоритм повторного использования обеспечивает значительно более низкую эффективность использования спектрального диапазона, чем этот алгоритм. Например, при использовании схемы повторного использования с 7-ю ячейками сотовой связи может быть достигнута эффективность использования спектрального диапазона, равная 0,82 бит в секунду/Гц на ячейку сотовой связи при такой же вероятности нарушения связи, равной 1%. Следовательно, этот адаптивный алгоритм повторного использования обеспечивает почти пятикратное увеличение эффективности использования спектрального диапазона по сравнению с неадаптивным алгоритмом повторного использования и более низкую вероятность нарушения связи.

При моделировании оптимизация не производилась. Выбор абонентов, для которых выполняют обработку, был осуществлен случайным образом, а поиск "наилучшей" совокупности отключаемых ячеек сотовой связи не проводился. Посредством более интеллектуального алгоритма управления может быть произведен поиск лучшего решения, чем вариант решения со случайным выбором, используемый при моделировании.

Могут быть использованы и субоптимальные алгоритмы управления, позволяющие обеспечить рабочие характеристики, близкие к тем, которые получают посредством оптимального решения. Кроме того, целесообразно снизить сложность алгоритма управления и уменьшить зависимость от процедуры согласования ячеек сотовой связи, выполняемой в реальном масштабе времени. Можно попытаться осуществить это путем децентрализации распределения ресурсов, установления очередности и распределение каналов.

Другая совокупность процедур моделирования была выполнена для пяти различных алгоритмов повторного использования в системе связи с наличием множества входов и множества выходов (МВМВ), подобной той, которая описана в вышеупомянутой заявке на патент США №09/532492.

На Фиг.13А показан график зависимости пропускной способности абонента от отношения Н/П для системы связи МВМВ 4х4, имеющей четыре передающих антенны и четыре приемных антенны.

На Фиг.13Б изображена диаграмма, на которой показана схема расположения ячеек сотовой связи, используемая для моделирования. При моделировании группу, состоящую из 21-й центральной ячейки сотовой связи (то есть заштрихованный кластер на Фиг.13Б), встраивают в бесконечную плоскость, состоящую из ячеек сотовой связи (то есть имеет место идеальная схема расположения ячеек сотовой связи в виде шестиугольников). Осуществляют измерение рабочих характеристик для абонентов в центральном кластере, состоящем из 21-й ячейки сотовой связи. Вычисление мощности при приеме из основной ячейки сотовой связи и составляющих помех при приеме, обусловленных соседними ячейкам и сотовой связи может быть выполнено вышеописанным способом.

Оценка характеристики канала конкретной ячейки сотовой связи для абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, может быть выполнена с использованием заданных коэффициентов уменьшения мощности передачи и алгоритма повторного использования. Присвоение приоритетов абонентам осуществляют на основании вычисленных характеристик каналов и других факторов вышеописанным способом. Выделение каналов абонентам осуществляют, исходя из приоритетов активных абонентов, находящихся в ячейке сотовой связи, начиная с абонента, имеющего самый высокий приоритет, и кончая абонентом, имеющим самый низкий приоритет. Измеренное отношение Н/П (C/I) для конкретного абонента k, которому выделен канал n в ячейке m сотовой связи, задано следующим выражением:

где β_i(n) - коэффициент уменьшения мощности передачи, используемый в канале n ячейки 1 сотовой связи.

Для каждого варианта реализации регистрируют множество показателей производительности (например, среднее значение пропускной способности в ячейке сотовой связи, распределение значений отношения Н/П для абонентов, распределения скоростей передачи данных для абонентов и т.д.) для каждого из абонентов в каждой из 21-й ячейки сотовой связи. Для обеспечения надлежащей достоверности показателей производительности осуществляют моделирование большого количества вариантов реализации.

При моделировании осуществляют оценку нескольких алгоритмов повторного использования. Эти алгоритмы повторного использования характеризуются следующими параметрами:

- Алгоритм А повторного использования: коэффициент повторного использования равен единице, распределение каналов выполняют по случайному закону, а управление мощностью передачи не осуществляют.

Выделение каналов абонентам выполняют по случайному закону. Применяемый коэффициент повторного использования равен единице, поэтому ячейки сотовой связи могут выделять абонентам любой из имеющихся каналов. Управление мощностью не осуществляют, и все каналы работают с полной мощностью передачи. Абонентам позволено работать на максимальной скорости передачи данных (как показано на Фиг.13А), допустимой при достигнутом ими отношении Н/П.

- Алгоритм Б повторного использования: коэффициент повторного использования равен единице, распределение каналов выполняют по случайному закону и осуществляют управление мощностью передачи.

Аналогичен алгоритму А повторного использования за исключением того, что для абонентов, имеющих положительный энергетический запас (измерение энергетического запаса выполняют предполагая, что все ячейки сотовой связи работают с полной мощностью) используют управление мощностью передачи. Мощность передачи по выделенным абонентам каналам уменьшают до такого уровня, который необходим для обеспечения заданного значения параметра, равного 15 дБ.

- Алгоритм В повторного использования: схема повторного использования с 3-мя ячейками сотовой связи, выполняют уменьшение мощности передачи, распределение каналов осуществляют на основании характеристик каналов, приоритеты абонентов устанавливают исходя из отношения Н/П, а управление мощностью передачи не осуществляют.

Используют схему повторного использования с N_r=3, в результате чего в изображенном на Фиг.13Б кластере, состоящем из 21-й ячейки сотовой связи, получают 7 подкластеров, каждый из которых состоит из 3-х ячеек сотовой связи. Каждой из ячеек сотовой связи, входящих в состав подкластера, выделяют по N_s=4 канала, в результате чего получают, что общее количество доступных для распределения каналов в ячейке сотовой связи равно N_c=12. Применяют структуру уменьшения мощности передачи, заданную в Таблице 4, которая выполнена таким образом, что обеспечивает заданное значение параметра, равное 15 дБ, в 11-ти из этих 12-ти каналов. Операции распределения каналов выполняют исходя из характеристик канала для ожидаемых значений отношения Н/П, заданных посредством уравнения (12). Приоритеты абонентов устанавливают на основании характеристики канала, усредненной по этим 12-ти каналам. Управление мощностью не осуществляют, а используемые для каждого канала коэффициенты уменьшения мощности передачи, которые приведены в Таблице 4, остаются неизменными.

- Алгоритм Г повторного использования: схема повторного использования с 3-мя ячейками сотовой связи, выполняют уменьшение мощности передачи, распределение каналов осуществляют на основании характеристик каналов, приоритеты абонентов устанавливают исходя из отношения Н/П и осуществляют управление мощностью.

Аналогичен алгоритму В повторного использования за исключением того, что для абонентов, имеющих положительный энергетический запас, осуществляют управление мощностью передачи. Коэффициенты уменьшения мощности передачи, используемые для каждого канала, уменьшают (то есть уменьшают мощность передачи) до такого уровня, который необходим для обеспечения заданного значения параметра, равного 15 дБ.

- Алгоритм Д повторного использования: схема повторного использования с 3-мя ячейками, выполняют уменьшение мощности передачи, распределение каналов осуществляют на основании характеристик каналов, приоритеты абонентов устанавливают исходя из средней потенциально возможной пропускной способности и осуществляют управление мощностью.

Аналогичен алгоритму Г повторного использования за исключением того, что распределение каналов осуществляют с использованием приоритетов абонентов, посредством которых отображают совокупную "потенциально возможную" пропускную способность для каждого абонента по более чем 10-ти интервалам распределения (например, по 10-ти кадрам). Потенциально возможную пропускную способность получают на основании вышеописанных "потенциально осуществимых" скоростей передачи данных. В каждом варианте реализации для абонента последовательно выполняют 10 распределений каналов. Для первого кадра приоритеты абонентов устанавливают на основании усредненной характеристики канала, вычисленной с использованием уравнения (12). В последующих кадрах приоритеты абонентов задают посредством суммы потенциально возможной пропускной способности, обеспечиваемой для абонента во всех предыдущих кадрах в пределах интервала усреднения, равного 10-ти кадрам. Например, приоритет абонента в 5-ом кадре равен сумме потенциально возможной пропускной способности, достигнутой абонентом в кадрах 1, 2, 3 и 4.

В Таблице 14 приведены значения вероятности того, что отношение Н/П является меньшим, чем заданное значение параметра, равное 15 дБ, для различных значений нагрузки, в ячейке сотовой связи и для каждого из пяти вышеописанных алгоритмов повторного использования. Для конкретного значения нагрузки наибольшую процентную долю абонентов, для которых отношение Н/П является более низким, чем заданное значение параметра, получают при использовании алгоритма А повторного использования. Применение алгоритма Б повторного использования показывает, что наличие управления мощностью значительно уменьшает процентную долю абонентов, для которых отношение Н/П является более низким, чем заданное значение параметра. Применение алгоритма В повторного использования показывает, что посредством использования неизменяемых коэффициентов уменьшения мощности передачи без управления мощностью обеспечивают уменьшение количества абонентов, для которых отношение Н/П является более низким, чем заданное значение параметра, по сравнению с результатами, получаемыми при использовании алгоритма А повторного использования. Применение алгоритма Г повторного использования показывает, что использование управления мощностью в совокупности с коэффициентами уменьшения мощности передачи обеспечивает улучшение рабочих характеристик по сравнению с алгоритмом Б повторного использования, в котором используют только управление мощностью. И, наконец, применение алгоритма Д повторного использования показывает наличие незначительного ухудшения по сравнению с алгоритмом Г повторного использования, которое обусловлено "перетасовкой" абонентов по каналам вследствие переназначения приоритетов в течение интервала усреднения, равного 10-ти кадрам. Однако "перетасовка" обеспечивает улучшение усредненных значений рабочих характеристик для некоторых абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, а это, как описано ниже, приводит к уменьшению вероятности нарушения связи для этих абонентов.

Пропускная способность для каждого из этих пяти алгоритмов обычно соответствует конкретному распределению, имеющему конкретное медианное (или среднее) значение, конкретное среднеквадратичное отклонение и хвостовые части с одного или с обоих концов распределения. Форма распределения зависит от конкретного используемого алгоритма повторного использования. Для алгоритма повторного использования, в котором управление мощностью или уменьшение мощности передачи не применяют, а абонентам разрешено осуществлять передачу с максимальной достижимой скоростью передачи данных, обусловленной их отношением Н/П, распределение имеет более высокое среднее значение и более высокое среднеквадратичное отклонение. Применение более полного управления (например, управления мощностью и уменьшением мощности передачи) обычно приводит к уменьшению среднего значения распределения (в результате ограничения мощности передачи для абонентов, находящихся в благоприятных условиях, и, следовательно, их скоростей передачи данных), а также к уменьшению среднеквадратичного отклонения распределения (поскольку улучшаются рабочие характеристики абонентов, находящихся в неблагоприятных условиях, что обусловлено применением управления). Применяемое управление оказывает воздействие на форму распределения и, следовательно, на рабочие характеристики системы.

В Таблице 15 приведены значения средней пропускной способности в каждом канале в зависимости от нагрузки для каждого из этих пяти алгоритмов повторного использования. При применении алгоритма А повторного использования средняя пропускная способность канала изменяется от 1,66 бит в секунду/Гц при низких значениях нагрузки до 1,33 бит в секунду/Гц при полной нагрузке. При моделировании алгоритма А повторного использования предполагалось, что скорость передачи данных абонентом изменяется в соответствии с достигнутым значением отношения Н/П (согласно Фиг.13А). Из этих пяти алгоритмов повторного использования алгоритм А повторного использования обеспечивает самую высокую среднюю пропускную способность, но имеющийся диапазон скоростей передачи данных для абонента в каждом канале является большим. Это означает, что различные абоненты имеют различные уровни обслуживания в зависимости от значения отношения Н/П, достигнутого в выделенном им канале.

В алгоритмах Б-Д повторного использования осуществляют ограничение мощности передачи при попытке достичь заданного значения параметра, равного 15 дБ, которое соответствует максимальной пропускной способности, равной 0,96 бит в секунду/Гц на канал. Как показано в Таблице 14, посредством ограничения мощности передачи обеспечивают снижение уровней помех и уменьшение процентной доли абонентов, имеющих низкое отношение Н/П. Ограничение мощности передачи приводит к уменьшению средней пропускной способности в каждом канале по сравнению с той, которую получают при использовании алгоритма А повторного использования. Данные о рабочих характеристиках, приведенные в Таблице 15, свидетельствуют о том, что даже при полной нагрузке средняя пропускная способность в каждом канале весьма близка к величине, равной 0,96 бит в секунду/Гц на канал.

Во многих системах связи требование в отношении минимальной средней пропускной способности предъявляют ко всем абонентам, находящимся в зоне обслуживания. Поэтому, помимо анализа средней пропускной способности в каждом канале, важным фактором обычно является анализ процентной доли тех абонентов, для которых требуемая средняя пропускная способность превышает некоторое минимальное значение.

На Фиг.13В показаны графики вероятности того, что средняя пропускная способность для абонента упадет ниже значения, указанного на оси X, для каждого из пяти алгоритмов повторного использования. На Фиг.13В приведены результирующие значения для ячеек сотовой связи при наличии полной нагрузки (то есть в каждой ячейке сотовой связи все 12 каналов являются занятыми), и продемонстрирована эффективность каждого из алгоритмов повторного использования, обеспечивающего удовлетворение требований в отношении минимального значения средней пропускной способности. Например, алгоритм А повторного использования обеспечивает минимальную среднюю пропускную способность, равную 0,7 бит в секунду/Гц на канал, для 90% абонентов, а алгоритм Д повторного использования обеспечивает такую же пропускную способность для 99% абонентов. Другой способ оценки результатов заключается в анализе минимальной средней пропускной способности, обеспечиваемой для конкретной процентной доли абонентов (например, для 99% абонентов или для требуемой зоны обслуживания, равной 99%). Требуемую зону обслуживания, равную 99%, в алгоритме А повторного использования обеспечивают при минимальной средней пропускной способности, равной 0,25 бит в секунду/Гц на канал, тогда как в алгоритме Д достигают трехкратного увеличения этой величины, то есть 0,75 бит в секунду/Гц на канал.

Конструктивное исполнение системы

Вышеописанное изобретение может быть реализовано в многочисленных системах связи, например, в тех, описание которых приведено в вышеупомянутых заявках на патент США №09/532492 и №08/963386 и в патенте США №5103459, права на все из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения.

На Фиг.14 показана схема системы 1400 связи с множеством входов и множеством выходов (МВМВ), в которой могут быть реализованы некоторые из отличительных признаков и вариантов осуществления настоящего изобретения. Как описано в вышеупомянутой заявке на патент США №09/532492, система 1400 связи может функционировать таким образом, что обеспечивает наличие совокупности разнесения по антеннам, частотного и временного разнесения, посредством чего повышают эффективность использования спектрального диапазона, увеличивают пропускную способность и повышают гибкость.

Как показано на Фиг.14, система 1400 связи содержит первую систему 1410, поддерживающую связь со второй системой 1420. Система 1410 содержит устройство 1412 обработки данных (при передаче), которое: (1) осуществляет прием или генерацию данных; (2) выполняет обработку данных для создания разнесения по антеннам, частотного или временного разнесения, либо их совокупности; и (3) обеспечивает подачу обработанных модуляционных символов в несколько модуляторов (МОД) (MOD) 1414а-1414t. Каждый модулятор 1414 производит дополнительную обработку модуляционных символов и осуществляет генерацию модулированного высокочастотного (ВЧ) сигнала, пригодного для передачи. Затем осуществляют передачу модулированных ВЧ-сигналов, полученных из модуляторов 1414а-1414t, в систему 1420 посредством соответствующих антенн 1416а-1416t через каналы 1418 связи.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.14, система 1420 содержит несколько приемных антенн 1422а-1422r, посредством которых выполняют прием переданных сигналов и подачу принятых сигналов в соответствующие демодуляторы (ДЕМОД) (DEMOD) 1424а-1424r. Как показано на Фиг.14, каждая приемная антенна 1422 может осуществлять прием сигналов от одной или от нескольких передающих антенн 1416, что зависит от ряда факторов, например, от режима работы, используемого в системе 1410, от направленности передающих и приемных антенн, от параметров каналов связи и т.п. Каждый демодулятор 1424 осуществляет демодуляцию соответствующего принятого сигнала с использованием алгоритма демодуляции, который является дополняющим по отношению к алгоритму модуляции, который был использован в передатчике. Затем демодулированные символы, полученные из демодуляторов 1424а-1424r, подают в устройство 1426 обработки данных (при приеме), которое осуществляет дополнительную обработку символов для создания выходных данных. Более подробное описание процедуры обработки данных в передающем и в приемном устройствах приведено в вышеупомянутой заявке на патент США №09/532492.

В системе 1410 к устройству 1412 обработки данных и к модуляторам 1414а-1414t подключен процессор 1430 распределения ресурсов. Процессор 1430 распределения ресурсов осуществляет сбор данных, по которым судят о режиме работы системы, определяет план повторного использования, осуществляет прием поступающих от абонентов запросов на выполнение передачи данных, устанавливает очередность запрошенных передач, выделяет каналы активным абонентам и осуществляет согласование операций передачи данных. Процессор 1430 распределения ресурсов может быть выполнен таким образом, чтобы в нем были реализованы различные отличительные признаки и варианты осуществления вышеописанного изобретения.

В системе 1420 к устройству 1426 обработки данных и (возможно) к демодуляторам 1424а-1424r подключен процессор 1440 определения характеристик канала. Процессор 1440 определения характеристик канала осуществляет обработку принятых выборок для определения различных характеристик принятого сигнала и/или канала связи (например, отношения Н/П, ЧСК, и т.д.). Процессор 1440 определения характеристик канала может быть, например, выполнен таким образом, что при своей работе определяет значения отношения Н/П для сигналов, поступающих из различных ячеек сотовой связи, с которыми система 1420 может поддерживать связь, которые могут быть использованы для выбора основной ячейки сотовой связи. Процессор 1440 определения характеристик канала может также определять помехи от соседних ячеек сотовой связи таким образом, чтобы в ячейку (ячейки) сотовой связи, создающую чрезмерный уровень помех, мог быть послан запрос на уменьшение мощности ее передачи или на ее отключение, что позволяет достичь заданного значения параметра в системе 1420. Система 1420 осуществляет передачу определенных ею параметров в надлежащую ячейку (ячейки) сотовой связи.

На Фиг.14 показан процесс передачи только по каналу прямой связи из системы 1410 в систему 1420. Такая компоновка может быть использована для широковещательной передачи данных и для иных вариантов применения, в которых передачу данных осуществляют только в одном направлении. В системе двусторонней связи создают также и восходящую линию связи из системы 1420 в систему 1410, хотя на Фиг.14 он не показан из соображений упрощения чертежа. В системе двусторонней связи каждая из систем 1410 и 1420 может функционировать в качестве передающего устройства, либо в качестве приемного устройства, либо одновременно в качестве обоих из них, в зависимости от того, какую операцию осуществляют посредством устройства: передачу данных или их прием.

Для простоты показано, что система 1400 связи содержит лишь одно передающее устройство (то есть систему 1410) и лишь одно приемное устройство (то есть систему 1420). Однако возможны и другие разновидности и конфигурации системы связи. Например, в многоабонентской системе связи с множественным доступом может быть использовано одно передающее устройство, осуществляющее передачу данных одновременно в несколько приемных устройств. К тому же, аналогично способу мягкой передачи обслуживания в системе МДКР, соответствующей стандарту IS-95, приемное устройство может осуществлять одновременный прием сигналов, передаваемых из нескольких передающих устройств. Система связи согласно настоящему изобретению может содержать любое количество передающих и приемных устройств.

Каждое передающее устройство может содержать одну передающую антенну или несколько передающих антенн, как, например, показано на Фиг.14. Каждое приемное устройство также может содержать одну приемную антенну или несколько приемных антенн, как опять-таки показано на Фиг.14. Например, система связи может содержать центральную систему (то есть аналогичную базовой станции в системе МДКР, соответствующей стандарту IS-95), имеющую несколько антенн, посредством которых осуществляют передачу данных в прием данных из нескольких удаленных систем (то есть абонентских устройств, аналогичных удаленным станциям в системе МДКР), некоторые из которых могут содержать одну антенну, а остальные могут содержать множество антенн. Увеличение количества передающих и приемных антенн обычно приводит к более сильному разнесению по антеннам и к улучшению рабочих характеристик, а подробное описание этого приведено в вышеупомянутой заявке на патент США №09/532492.

На Фиг.15 приведена блок-схема варианта осуществления устройства 1412 обработки данных и модулятора 1414 из системы 1410, показанной на Фиг.14. Совокупный поток входных данных, который содержит все данные, предназначенные для передачи посредством системы 1410, подают в демультиплексор (ДМП) (DEMUX) 1510, находящийся в устройстве 1412 обработки данных. Демультиплексор 1510 осуществляет разделение потока входных данных на несколько (К) потоков канальных данных S₁-S_K. Каждый поток канальных данных может соответствовать, например, каналу передачи служебных сигналов, широковещательному каналу, телефонному соединению в режиме речевой связи или передаче данных графика. Каждый поток канальных данных подают в соответствующее устройство 1512 кодирования, которое осуществляет кодирование данных с использованием конкретного алгоритма кодирования.

Операция кодирования может содержать операцию кодирования с исправлением ошибок или операцию кодирования с обнаружением ошибок, либо обе эти операции, которые используют для повышения надежности канала связи. В частности, такая операция кодирования может содержать, например, операции перемежения, сверточного кодирования, ускоренного (турбо) кодирования, решетчатого кодирования, блочного кодирования (например, кодирование Рида - Соломона), кодирования с проверкой циклическим избыточным кодом (ЦИК) (CRC) и другие. Более подробное описание операции ускоренного кодирования приведено в патенте США №6304991, который имеет название "Устройство ускоренного кодового перемежения с использованием линейных конгруэнтных последовательностей" ("Turbo Code Inter leaver Using Linear Congruentlal Sequences"), и в документе, имеющем название "Вариант стандарта системы радиотелефонной связи МДКР-2000, представленный на рассмотрение сектором радиосвязи Международного союза по электросвязи (МСЭ)" ("The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission"), который именуют ниже стандартом IS-2000.

Кодирование может быть выполнено поканально, то есть для каждого потока канальных данных, как показано на Фиг.15. Однако также может быть выполнено отдельное кодирование совокупного потока входных данных, нескольких потоков канальных данных, части потока канальных данных, некоторой совокупности антенн, некоторой совокупности подканалов, некоторой совокупности подканалов и антенн, каждого подканала, каждого модуляционного символа или какого-либо другого единичного элемента времени, пространства и частоты. После этого закодированные данные из устройств 1512а-1512к кодирования подают в устройство 1530 обработки данных, которое выполняет обработку данных, осуществляя генерацию модуляционных символов.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1530 обработки данных выделяет для каждого потока канальных данных один или несколько подканалов, один или несколько временных интервалов и одну или несколько антенн. Например, для потока канальных данных, соответствующего телефонному вызову в режиме речевой связи, устройство 1530 обработки данных может выделить один подканал в одной антенне (в том случае, если передачу с разнесением не используют) или в множестве антенн (в том случае, если используют передачу с разнесением) в течение такого количества временных интервалов, которое необходимо для этого сеанса телефонной связи. Выделение определенного подканала (подканалов) в одной или в нескольких антеннах для потока канальных данных, соответствующего каналу передачи служебных сигналов или широковещательному каналу, устройство 1530 обработки данных может осуществлять опять-таки в зависимости от того, используют ли передачу с разнесением или нет. После этого устройство 1530 обработки данных распределяет остальные имеющиеся ресурсы для потоков канальных данных, соответствующих передаваемым данным. Вследствие того, что передачу данных осуществляют в виде пакетов, и вследствие допустимости наличия больших задержек, устройство 1530 обработки данных может распределять имеющиеся ресурсы таким образом, что будут достигнуты цели создания высокопроизводительной и высокоэффективной системы. Следовательно, "очередность" передачи данных устанавливают таким образом, чтобы обеспечить достижение этих целей в отношении системы.

После выделения для каждого потока канальных данных соответствующего временного интервала (временных интервалов), подканала (подканалов) и антенны (антенн) осуществляют модуляцию данных потока канальных данных с использованием модуляции на многих несущих. В одном из вариантов осуществления изобретения используют модуляцию посредством ортогонального мультиплексирования с частотным разделением (ОМЧР), которая обеспечивает наличие многочисленных преимуществ. В одном из вариантов осуществления способа модуляции посредством ОМЧР выполняют группировку данных из каждого потока канальных данных в блоки, причем каждый блок имеет конкретное количество информационных битов. Затем для информационных битов из каждого блока выделяют один или несколько подканалов, соответствующих этому потоку канальных данных.

Затем выполняют демультиплексирование битов в каждом блоке на отдельные подканалы, причем по каждому из подканалов передают, в принципе, различное количество битов (то есть зависящее от значения отношения Н/П для подканала и от того, используют ли обработку МВМВ). Для каждого из этих подканалов выполняют группировку битов в модуляционные символы с использованием конкретного алгоритма модуляции (например, М-ФМн или М-КВАМ) поставленного в соответствие этому подканалу. Например, при 16-позиционной КВАМ совокупность сигналов состоит из 16-ти точек на комплексной плоскости (то есть а+j·b), причем посредством каждой точки на комплексной плоскости передают 4 бита информации. В режиме обработки МВМВ каждый модуляционный символ в подканале представляет собой линейную комбинацию модуляционных символов, каждый из которых может быть выбран из различных совокупностей.

Совокупность из L модуляционных символов образует L-мерный вектор V. Каждая компонента вектора V модуляционных символов сопоставлена с конкретным подканалом, имеющим однозначно заданную частоту или тон, на которой осуществляют передачу модуляционных символов. Все L модуляционных символов из этой совокупности являются ортогональными по отношению друг к другу. В каждом временном интервале и для каждой антенны L модуляционных символов, соответствующих L подканалам, объединяют в символ ОМЧР с использованием быстрого обратного преобразования Фурье (БОПФ). Каждый символ ОМЧР содержит данные из потоков канальных данных, поставленных в соответствие L подканалам.

Более подробное описание модуляции посредством ОМЧР приведено в статье Джона А.К.Бингхэма (John А.С.Bingham), имеющей название "Модуляция на многих несущих для передачи данных: Концепция, время осуществления которой наступило", Журнал по средствам связи ИИЭР (Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). Май 1990 г. ("Multi-carrier Modulation Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", IEEE Communications Magazine, May 1990).

Таким образом, устройство 1530 обработки данных осуществляет прием и обработку закодированных данных, соответствующих К потокам канальных данных, в результате чего создают N_T векторов модуляционных символов с V₁ по V_NT, по одному вектору модуляционных символов для каждой передающей антенны. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые из векторов модуляционных символов могут иметь дублирующую информацию о конкретных подканалах, предназначенных для различных передающих антенн. Векторы V₁-V_NT модуляционных символов подают в соответствующие модуляторы 1414а-1414t.

В варианте осуществления, показанном на Фиг.15, каждый модулятор 1414 содержит устройство 1520 БОПФ, генератор 1522 циклических префиксов и устройство 1524 преобразования с повышением частоты. Устройство 1520 БОПФ осуществляет преобразование принятых векторов модуляционных символов в их отображения во временной области, которые именуют символами ОМЧР. Устройство 1520 БОПФ может быть выполнено таким образом, что осуществляет БОПФ любого количества подканалов (например, 8-ми, 16-ти, 32-х и т.д.). В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для создания символа для конкретной антенны, генератор 1522 циклических префиксов выполняет для каждого вектора модуляционных символов, преобразованного в символ ОМЧР, повторение части отображения символа ОМЧР во временной области. Наличие циклического префикса гарантирует то, что передаваемый символ сохраняет свои ортогональные свойства при возникновении разброса значений задержки при многолучевом распространении, обеспечивая тем самым более высокую пропускную способность, несмотря на наличие нежелательных эффектов, обусловленных трактом передачи. Способы реализации устройства 1520 БОПФ и генератора 1522 циклических префиксов являются известными в данной области техники, и поэтому их подробное описание здесь приведено не будет.

Затем выполняют обработку отображений символов во временной области, поступающих от каждого генератора 1522 циклических префиксов, (то есть символов, предназначенных для передачи от каждой антенны) посредством устройства 1524 преобразования с повышением частоты, их преобразование в аналоговый сигнал, высокочастотную модуляцию и согласование (например, путем усиления и фильтрации), в результате чего осуществляют генерацию модулированного высокочастотного сигнала, который затем передают от соответствующей антенны 1416.

На Фиг.15 также показана блок-схема варианта осуществления устройства 1530 обработки данных. Закодированные данные для каждого потока канальных данных (то есть закодированный поток данных, X) подают в соответствующее устройство 1532 обработки канальных данных. В том случае, если передача потока канальных данных должна быть осуществлена по множеству подканалов и/или через множество антенн (без дублирования, по меньшей мере, некоторых из передаваемых данных), устройство 1532 обработки канальных данных выполняет разделение потока канальных данных на несколько (вплоть до L•N_T) подпотоков данных. Каждый подпоток данных соответствует передаче по конкретному подканалу в конкретной антенне. В типовых вариантах осуществления изобретения количество подпотоков данных выполняют меньшим, чем L•N_T, поскольку некоторые из подканалов используют для передачи служебных сигналов, речевых и других типов данных. Затем выполняют обработку подпотоков данных, осуществляя генерацию соответствующих подпотоков для каждого из присвоенных подканалов, которые затем подают в устройства 1534 объединения. Посредством устройств 1534 объединения осуществляют объединение модуляционных символов, предназначенных для каждой антенны, в вектора модуляционных символов, из которых затем создают поток векторов модуляционных символов. После этого N_T потоков векторов модуляционных символов для N_T антенн подают в блоки последующей обработки (то есть в модуляторы 1414).

В варианте конструктивного исполнения, который обеспечивает наибольшую гибкость, наилучшую пропускную способность и наиболее высокую эффективность, выбор модуляционного символа, предназначенного для передачи в каждом временном интервале, для каждого подканала может быть осуществлен индивидуально и независимо. Этот отличительный признак позволяет обеспечивать более полное использование имеющихся ресурсов во всех трех измерениях - во времени, частоте и пространстве. Следовательно, количество информационных битов, передаваемых посредством каждого модуляционного символа, может быть различным.

В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.15, с демультиплексором 1510, с устройством 1530 обработки данных и с устройствами 1524 преобразования с повышением частоты соединен процессор 1430 распределения ресурсов. После того как установлена очередность передачи данных, процессор 1430 распределения ресурсов направляет данные, предназначенные для передачи с установленной очередностью, в демультиплексор 1510, посредством которого выполняют их разделение по соответствующим выделенным каналам. Кроме того, процессор 1430 распределения ресурсов осуществляет управление обработкой этих передач данных, исходя из параметров качества канала связи, полученных в результате операции определения. Например, процессор 1430 распределения ресурсов может задавать используемый алгоритм модуляции (например, М-ФМн, М-КВАМ) и скорости передачи данных для этих передач данных. Процессор 1430 распределения ресурсов может также выдавать в устройства 1524 преобразования с повышением частоты команды уменьшения мощности передачи по некоторым или по всем имеющимся каналам, либо их отключения, посредством чего обеспечивают достижение желательных целей, поставленных перед системой.

Выше показано, что как передающее устройство, так и приемное устройство реализованы посредством различных устройств обработки, которые содержат устройства обработки данных различных типов, устройства кодирования, устройства БОПФ, устройства БПФ, демультиплексоры, устройства объединения, процессор распределения ресурсов, процессор определения характеристик канала и т.д. Эти устройства обработки могут быть реализованы различными способами, например, посредством специализированной интегральной микросхемы (СИС) (ASIC), цифрового процессора сигналов, микроконтроллера, микропроцессора или посредством иных электронных схем, предназначенных для выполнения описанных здесь функций. Устройства обработки также могут быть реализованы посредством универсального процессора или посредством специализированного процессора, который функционирует таким образом, что осуществляет описанные здесь функции путем исполнения кодов команд. Таким образом, описанные здесь устройства обработки могут быть реализованы с использованием аппаратных средств, программных средств или их совокупности.

Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения позволяет любому специалисту в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники очевидна возможность выполнения различных видоизменений этих вариантов осуществления, а изложенные здесь основополагающие принципы могут быть использованы в других вариантах осуществления без необходимости создания новых изобретений. Таким образом, подразумевают, что настоящее изобретение не ограничено продемонстрированными здесь вариантами осуществления, а ему следует предоставить максимально широкий объем патентных притязаний, соответствующий раскрытым здесь принципам и элементам новизны.