СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СЛУЖЕБНЫМ КАНАЛОМ В МОБИЛЬНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ Российский патент 1999 года по МПК H04B7/26 

Область техники
Изобретение относится к мобильной системе связи, более конкретно к способу и устройству для управления служебным каналом базовой станции для повышения эффективности и стабильности характеристик системы множественного доступа с кодовым разделением каналов.

Предшествующий уровень техники
В современных системах множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) служебный канал, реализуемый на плате каналов приемопередающей подсистемы базовой станции (ППБС), например канал пилот-сигнала, канал синхронизации, канал поискового вызова или канал доступа, назначается предварительно и, таким образом, эксплуатируется неизменным образом. При поисковом вызове мобильной станции посредством прямой линии связи системы МДКР приемопередающая подсистема базовой станции осуществляет поисковый вызов соответствующего терминала посредством предварительно назначенного канала поискового вызова с конкретным номером (например, 1). В обратной линии связи системы МДКР постоянно назначенный канал доступа с конкретным номером (например, 1) используется для установления соединения между мобильной станцией и ППБС.

Однако такой способ поискового вызова имеет ряд недостатков, как описано ниже. В прямой линии связи системы МДКР, хотя и нет перегрузки в ППБС при осуществлении поискового вызова мобильной станции с точно известным текущим местоположением, однако нагрузка ППБС возрастает при поисковом вызове мобильной станции, текущее положение которой точно не известно. Ниже будут описаны причины возникновения проблем при поисковом вызове мобильной станции при отсутствии точной информации о ее местоположении. При поисковом вызове мобильной станции, текущее положение которой точно не известно, выполняется первичный поисковый вызов, осуществляемый данной ППБС, и вторичный поисковый вызов, осуществляемый зоной, содержащей несколько ППБС, или блоком идентификации области местонахождения. Если положение мобильной станции точно не известно даже при осуществлении вторичного поискового вызова, то осуществляется широковещательная передача третичного поискового вызова, реализуемая центром коммутации мобильных станций (ЦКМС). В таком случае в ППБС может возникнуть состояние перегрузки вследствие интенсивного трафика, и в системе могут иметь место нарушения работоспособности. Кроме того, даже в обратной линии связи системы МДКР интенсивный трафик может генерироваться вследствие возрастания вызовов, выполняемых через канал доступа мобильной станцией, ответов на поисковые вызовы ППБС или вследствие количества регистраций в системе. Поэтому в ограниченном канале доступа может возникнуть перегрузка, и соединение между мобильной станцией и ППБС может стать нестабильным.

Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание способа и устройства управления служебным каналом ППБС для повышения эффективности и стабилизации характеристик мобильной системы связи.

Еще одной задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих определение пропускной способности служебного канала путем предварительного прогнозирования нагрузки между прямой линией связи и обратной линией связи.

Кроме того, задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих динамическое назначение ресурсов радиосвязи путем предварительного прогнозирования состояния перегрузки в служебном канале, которая может образоваться при возникновении ситуации срочного характера радиосвязи.

В соответствии с одним из аспектов изобретения способ управления служебным каналом базовой станции в мобильной системе связи включает следующие операции: вычисление нагрузки базовой станции; если вычисленная нагрузка достигает порогового значения, то передача сообщения запроса назначения дополнительного служебного канала процессору интерфейса платы каналов и дополнительное назначение указанного служебного канала; а если вычисленная нагрузка снижается, то передача сообщения запроса отмены назначения служебного канала процессору интерфейса платы каналов, и отмена упомянутого служебного канала.

В соответствии с другим аспектом изобретения устройство для управления служебным каналом базовой станции в мобильной системе связи содержит процессор вычисления нагрузки для вычисления нагрузки базовой станции; блок памяти для хранения ресурсов, связанных с дополнительным назначением служебного канала на основе вычисленной нагрузки; контроллер служебного канала для передачи в случае, если вычисленная нагрузка достигнет порогового уровня, сообщения запроса назначения дополнительного служебного канала процессору интерфейса платы каналов и назначения дополнительного служебного канала; а также передачи, если вычисленная нагрузка снизилась, сообщения запроса отмены назначения служебного канала процессору интерфейса платы каналов и отмены упомянутого служебного канала.

Краткое описание чертежей
Вышеописанные задачи и преимущества настоящего изобретения поясняются в описании предпочтительного варианта осуществления изобретения, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - блок-схема ППБС;
Фиг. 2 - диаграмма, показывающая нагрузку канала поискового вызова для трафика прямой линии связи, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - диаграмма, показывающая нагрузку канала доступа для трафика обратной линии связи, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - функциональная блок-схема устройства управления служебным каналом, соответствующего предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Детальное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
В нижеследующем описании хорошо известные функции или устройства, которые не существенны для изложения сущности изобретения, детально не описываются.

Настоящее изобретение предусматривает вычисление максимального трафика, который может генерироваться в наихудшем случае в прямой линии связи с учетом вероятности генерирования вызова между мобильными станциями, вызова от мобильной станции к наземной станции, вызова от наземной станции к мобильной станции и числа битов сообщения, генерируемого при установлении обычной связи по вызову. Если нагрузка системы приближается к пороговому значению, то дополнительно выделяются каналы поискового вызова для обеспечения обработки нагрузки в системе. Кроме того, в обратной линии связи каналы доступа дополнительно вводятся с учетом вероятности генерирования вызова и трафика, генерируемого при установлении обычной связи по вызову. Тем самым обеспечивается обработка перегрузки в системе, которая может возникнуть неожиданно.

Как показано на фиг. 1, приемопередающая подсистема базовой станции (ППБС) 2, соединенная с контроллером базовой станции (КБС), содержит процессор управления (ПУ) 10 ППБС, процессор интерфейса платы каналов (ПИПК) 12 и множество канальных элементов (КЭ) 14-0,..., 14-n.

Сигнальный поток (1) иллюстрирует канал передачи сообщения запроса дополнительного назначения служебного канала, а поток (2) иллюстрирует канал передачи сообщения отмены назначения служебного канала.

В условиях мобильной связи, когда передаваемые сигналы подвергаются замираниям ввиду резкого изменения уровня принимаемого сигнала, весьма важно учитывать нагрузку между прямой линией связи и обратной линией связи для обеспечения эффективного функционирования системы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения пропускная способность служебного канала, которая может поддерживать баланс между нагрузкой в прямой линии связи и нагрузкой в обратной линии связи, определяется, как описано ниже, на базе стандартов IS-95, IS-95A, J-STD-008 и CAI, которые относятся к спецификациям воздушного интерфейса.

(1) Прямая линия связи системы МДКР.

В предположении, что установлен обычный трафик, нагрузка полного трафика вычисляется процессором управления 10 на основе формата сообщения, определенного техническими требованиями, предъявляемыми к воздушному интерфейсу IS-95, IS-95A и J-STD-008. Если эта нагрузка приближается к пороговому значению, то процессор управления 10 передает сообщение запроса назначения дополнительного служебного канала процессору 12 интерфейса платы каналов для управления канальными элементами 14-0,..., 14-n. Нагрузка вычисляется с учетом следующих условий.

Предполагается, что сообщение, используемое в канале МДКР прямой линии связи, имеет следующие характеристики. Это сообщение основывается на стандарте IS-95.

Сообщение, используемое в прямой линии связи МДКР
1. Служебное сообщение: 752 бита
Предполагается, что мобильная станция не включает данных подтверждения подлинности в сообщение канала доступа.

Число перечня соседних станций равно 16
Сообщение параметра системы: 164 бита
Сообщение параметра доступа: 152 бита
Сообщение перечня соседних станций: 264 бита
Сообщение перечня каналом МДКР: 72 бита
2. Сообщение назначения канала: 136 битов
3. Сообщение команды подтверждения приема базовой станции (BS_ACK_ORDER): 112 битов
4. Сообщение команды подтверждения приема регистрации (REG_ACK_ORDER): 112 битов
5. Сообщение поискового вызова в интервалах: 240 битов
Предполагается, что осуществляется поисковый вызов 5 мобильных станций со скоростью передачи 4800 б/с
6. Число каналов на сектор: N = 20, 24, 28, 32
7. Среднее время вызова: Т = 90 с
8. Вероятность блокировки: В = 2%
Предоставляемая нагрузка A может быть представлена соотношением

где ПВИЗ - попытки вызова в интервале занятости
10. Полное число абонентов М определяется соотношением

11. Попытки вызова на интервале занятости (ПВИЗ) на абонента: S = 1,50
12. Число установлений вызова в час (УВЧ): УВЧ = М х S
13. Общий тип возникающих вызовов (и частота осуществления)
от мобильной станции к мобильной станции: 5% (50%)
от мобильной станции к наземной станции: 65% (85%)
от наземной станции к мобильной станции: 30% (50%)
14. Скорость передачи данных в канале поискового вызова: 9600 б/с, 4800 б/с
15. Эффективность обработки в канале поискового вызова: 90%
16. Предполагается, что число регистраций составляет 10. Регистрация представляет собой процедуру обработки, выполняемую мобильной станцией, для информирования базовой приемопередающей станции о своем положении, статусе, цикле временного интервала и других характеристиках.

На основе вышеприведенных предположений характеристика полного числа битов служебного сообщения (ТОНМВ), которая может генерироваться в прямой линии связи МДКР сообщением служебного канала в час, представляется в виде:

где Overhead_Msg_Period - период передачи сообщения служебного канала и Overhead_Msg - сообщение служебного канала.

Характеристика бита полного сообщения назначения канала (ТСАМВ), которая может генерироваться в прямой линии связи МДКР сообщением назначения канала в час, определяется следующим образом:

где Ch_Assign_Msg - сообщение назначения канала.

Характеристика полного числа битов сообщения команды подтверждения приема регистрации (TRAOMB), которая может генерироваться в прямой линии связи МДКР сообщением команды подтверждения приема регистрации в час, определяется следующим образом:
TRAOMB = полное число абонентов • (число регистр./абонент) • Registration_Ack_Order_Msg бит, (5)
где Registration_Ack_Order_Msg - сообщение команды подтверждения приема в час.

Характеристика полного числа битов сообщения команды подтверждения приема базовой станции (ТВАОМВ), которая может генерироваться в прямой линии связи МДКР сообщением команды подтверждения приема базовой станции в час, определяется следующим образом:


где BS_ Ack_ Order_Msg - сообщение команды подтверждения приема базовой станции в час.

Характеристика полного числа битов сообщения поискового вызова (ТМРВ), которая может генерироваться в прямой линии связи МДКР сообщением поискового вызова в интервалах в час, может быть представлена в виде:

где P_MM - вероятность возникновения вызова от мобильной станции к мобильной станции, P_ML - вероятность возникновения вызова от мобильной станции к наземной станции, P_LM - вероятность возникновения вызовов от наземной станции к мобильной станции, P_MME - вероятность ошибки вызова от мобильной станции к мобильной станции, P_LME - вероятность ошибки вызова от наземной станции к мобильной станции, F_MM - коэффициент, требуемый для установки 100% вызова от мобильной станции к мобильной станции, F_LM - коэффициент, требуемый для установки 100% вызова от наземной станции к мобильной станции, FGPE - ошибка поискового вызова первой группы, SGP - поисковый вызов второй группы, Slotted_Page_Msg - сообщение поискового вызова в интервалах в час.

Характеристика полного количества битов (ТВРН), которая может быть получена в прямой линии связи МДКР в час с учетом уравнений (3), (4), (5), (6) и (7), может быть представлена в следующем виде:

Нагрузка канала поискового вызова PCH_LOAD, соответствующая скорости передачи данных в канале поискового вызова PCH_Data_Rate (9600 б/с, 4800 б/с) в прямой линии связи

где PCH_ pro_ performance - эффективность обработки в канале поискового вызова.

(2) Обратная линия связи МДКР.

Если устанавливается обычный вызов, то сообщение обратной линии связи МДКР содержит сообщение источника, используемое для определения источника сообщения, сообщение ответа на поисковый вызов, используемое для ответа на поисковые вызовы от базовой приемопередающей станции, и регистрационное сообщение, используемое для регистрации. Скорость передачи данных в канале доступа равна 4800 б/с. Предполагается, что среднее время вызова равно 90 секунд, эффективность обработки в канале доступа равна 80% и число запросов на регистрацию для одного абонента равно 10. Все каналы доступа, относящиеся к конкретному каналу поискового вызова, имеют один и тот же размер временного интервала. Прежде чем терминал передаст сообщение на базовую приемопередающую станцию, определяются начало и длительность канала доступа. Интервал канала доступа состоит из преамбулы канала доступа и пакета сообщения канала доступа. Таким образом, интервал канала доступа определяется как (3 + MAX_ CAP_SZ) + (1 + PAM_SZ) (где MAX_CAP_SZ - максимальный размер пакета канала доступа и PAM_SZ - размер преамбулы канала доступа). Предполагается, что размер пакета канала доступа равен 4, а размер преамбулы равен 1. Таким образом, размер временного интервала канала доступа равен 180 мс.

На основе принятых допущений нагрузка ORLD, которая может быть сформирована в обратном канале МДКР сообщением источника за час, определяется следующим образом:

Нагрузка PRLD, которая может формироваться в обратном канале МДКР сообщением ответа на поисковый вызов за час, вычисляется следующим образом:

Нагрузка RQLD, которая может формироваться в обратном канале МДКР сообщением запроса регистрации за час, вычисляется следующим образом:
RQLD = Число абонентов • Число регистр. • F_LM. (12)
С учетом вышеприведенных уравнений (10), (11) и (12), полная нагрузка TLOAD, которая может генерироваться в обратном канале МДКР за час, выражается следующим образом:
TLOAD = ORLD + PRLD + RQLD. (13)
Нагрузка канала доступа ACH_LOAD в обратном канале МДКР может быть представлена в следующем виде :

Результат анализа трафика в прямой линии связи МДКР приведен в таблице 1. В таблице 1 показана нагрузка в соответствии со скоростями передачи данных в канале поискового вызова, причем предполагается, что обычный вызов выполняется на основе формата сообщения стандарта IS-95.

В таблице 1 N - число каналов трафика, A - предоставляемая нагрузка. Биты поисковых вызовов, биты назначения канала, биты подтверждения приема, биты подтверждения регистрации, биты подтверждения базовой станцией, биты служебных сообщений, биты поисковых вызовов в интервалах представляют собой количества битов, генерируемых каждым сообщением. LD4800 (%) - нагрузка канала поискового вызова при скорости передачи данных 4800 б/с, LD9600(%) - нагрузка канала поискового вызова при скорости передачи данных 9600 б/с.

На фиг. 2 показана нагрузка каналов поискового вызова соответственно данным, приведенным в таблице 1. Результаты, показанные в таблице 1 и на фиг. 2, основываются на формате сообщения соответственно стандарту IS-95 и учитывают первичные поисковые вызовы и вторичные поисковые вызовы. В общем случае в системе МДКР поисковые вызовы выполняются блоком ячейки. Поиск мобильной станции, положение которой точно не известно, осуществляет центр коммутации мобильных станций. Если первичный поиск мобильной станции оказался безуспешным, то поиск этой мобильной станции осуществляется блоком идентификации локальной области. При осуществлении поисковых вызовов таких мобильных станций поиск проводится в 279 секторах с учетом базовых приемопередающих станций, которые находятся в окрестностях центра коммутации мобильных станций. Для вторичного поискового вызова поиск осуществляется для 10 базовых приемопередающих станций, т.е. в 30 секторах, с учетом базовых приемопередающих станций, соединенных с одним контроллером базовых станций. С учетом первичных поисковых вызовов и вторичных поисковых вызовов, если данные канала поискового вызова передаются со скоростью 4800 б/с (LD4800) и если число N каналов трафика равно 20, нагрузка превышает 82%. Если число N каналов трафика равно 24, то нагрузка превышает 100%. Поэтому если нагрузка достигает порогового значения (80-85% от полной нагрузки), то процессор управления 10 передает сообщение назначения канала поискового вызова к процессору 12 интерфейса платы каналов, как показано позицией (1). Если нагрузка снижается до порогового значения или ниже, то процессор управления 10 передает сообщение отмены назначения канала поискового вызова к процессору 12 интерфейса платы каналов, как показано позицией (2), для отмены назначения служебного канала. Таким образом, нагрузка децентрализуется, и система работает устойчиво.

Результат анализа трафика в обратном канале МДКР представлен в таблице 2. Таблица 2 показывает нагрузки, соответствующие скорости передачи данных канала поисковых вызовов, причем предполагается, что выполняется обычный вызов на базе формата сообщения стандарта IS-95.

Как показано в таблице 2, N - число каналов трафика, A - предоставляемая нагрузка, М - полное число абонентов, CHS - число установлений связи по вызову за час, Orig. - число битов, генерируемых сообщением источника, Page Resp. - число битов, генерируемых сообщением ответа на поиск, Reg.Request - число битов, генерируемых сообщением запроса регистрации, Total - общее число битов, которое может генерироваться в обратном канале за час.

На фиг. 3 показана нагрузка канала доступа, соответствующая данным, представленным в таблице 2. Результаты, показанные в таблице 2 и на фиг. 3, основываются на формате сообщения стандарта IS-95. В обратном канале МДКР, если нагрузка канала доступа приближается к пороговому значению, то процессор управления 10 передает сообщение назначения канала доступа (1) и сообщение отмены канала доступа (2) к контролеру 12 интерфейса платы каналов. Предпочтительно пороговое значение составляет 80-85% вычисленной нагрузки.

На фиг. 4 показано устройство управления служебным каналом в процессоре управления 10, показанном на фиг. 1. Устройство управления служебным каналом содержит процессор 20 вычисления нагрузки, блок памяти 30 и контроллер 40 служебного канала. Процессор 20 вычисления нагрузки вычисляет нагрузку на приемопередающую базовую станцию. Блок памяти 30 запоминает ресурсы, относящиеся к назначению дополнительного служебного канала, на основе значения вычисленной нагрузки с процессора 20 вычисления нагрузки. Контроллер служебного канала 40 осуществляет управление служебным каналом. Например, контроллер 40 служебного канала распознает и отменяет дополнительно назначенный служебный канал, когда нагрузка сокращается. Более детально, если нагрузка базовой приемопередающей станции 2 приближается к пороговому значению (80-85% от вычисленной нагрузки), то контроллер 40 служебного канала процессора управления 10 передает сообщение назначения (1) служебного канала (канала поискового вызова и канала доступа) для канальных элементов 14-0, ..., 14-n через процессор 12 интерфейса платы каналов. Если нагрузка базовой приемопередающей станции 2 снижается до порогового значения или ниже, то контроллер 40 служебного канала процессора управления 10 передает сообщение отмены назначения (2) служебного канала для канальных элементов 14-0,, 14-n через процессор 12 интерфейса платы каналов.

Как указано выше, если избыточная нагрузка прикладывается к системе ввиду возрастания трафика, то назначается служебный канал (канал поискового вызова и канал управления). Если нагрузка соответствует нормальному уровню, то назначение служебного канала отменяется. Поэтому осуществляется эффективное управление ресурсами радиосвязи и стабильность системы улучшается.

Хотя выше был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что возможны различные видоизменения и модификации и использование эквивалентов вместо показанных средств без изменения объема изобретения, определяемого пунктами формулы изобретения.

Заявлены способ и устройство для управления служебным каналом базовой станции в мобильной системе связи. Способ включает операции вычисления нагрузки базовой станции, если вычисленная нагрузка достигает порогового значения, то передачи сообщения запроса назначения дополнительного служебного канала процессору интерфейса платы каналов и дополнительного назначения служебного канала, и если вычисленная нагрузка снижается, то передачи сообщения запроса отмены назначения служебного канала процессору интерфейса платы каналов и отмены упомянутого служебного канала. Техническим результатом является повышение эффективности и стабилизации характеристик мобильной системы связи. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл, 4 ил.

1. Способ управления служебным каналом базовой станции в мобильной системе связи, при котором вычисляют нагрузку базовой станции и сравнивают ее с пороговым значением, отличающийся тем, что если вычисленная нагрузка достигает порогового значения, то передают сообщение запроса назначения дополнительного служебного канала процессору интерфейса платы каналов и дополнительно назначают указанный служебный канал, и если вычисленная нагрузка снижается, то передают сообщение запроса отмены назначения служебного канала процессору интерфейса платы каналов и отменяют упомянутый служебный канал. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое пороговое значение составляет 80 - 85% от вычисленной нагрузки. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый служебный канал представляет собой канал поискового вызова и канал доступа. 4. Устройство для управления служебным каналом базовой станции в мобильной системе связи, содержащее процессор вычисления нагрузки для вычисления нагрузки базовой станции и сравнения ее с пороговым значением, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок памяти для хранения ресурсов, связанных с дополнительным значением служебного канала на основе вычисленной нагрузки, контроллер служебного канала для передачи, в случае, если вычисленная нагрузка достигает порогового значения, сообщения запроса назначения дополнительного служебного канала процессору интерфейса платы каналов и назначения дополнительного служебного канала, и передачи, если вычисленная нагрузка снижается, сообщения запроса отмены назначения служебного канала процессору интерфейса платы каналов и отмены упомянутого служебного канала. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутое пороговое значение составляет 80 - 85% от вычисленной нагрузки. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутый служебный канал представляет собой канал поискового вызова и канал доступа.