在混合的宏/微蜂房式系统 中的信道共用 本发明涉及一种蜂房式无线电系统，具体地说，涉及用于这种系统的信道分配方案。
在蜂房式无线电系统中具有若干个基站，这些基站在其之间对由该系统服务的区域提供无线电覆盖。在服务区域内的移动的无线电装置可以和具有最强信号的基站进行无线电联系，它通常是一个最近的基站。随着移动装置在服务区域内移动，移动装置可以逐渐远离这一基站，使得在这第一个无线电链路上的信号强度变劣。蜂房式系统提供了一种方案，借以可以和第二个基站建立通信，同时放弃和第一个基站的链路。这一过程称为“过区切换”。每个移动装置要求分配一个单独的信道，以便和基站通信。当要建立通信时，信道被分配给移动装置和基站之间的链路，所述信道从那些指配由该基站使用的信道中选择，并且是可用来建立一个链路(即在当前未被分配的一个链路)。在频谱的频分或其它某种分割方式中，不同信道可以具有不同的频率、时隙。
为了避免同频道干扰，尤其是在网孔之间的边界上，每个网孔必须具有对其可利用的并和被分配给其相邻网孔地信道不同的一个信道或一组信道。对于这些信道的最佳化的再用方式已进行了相当的研究，以便确定使用同一信道的两个网孔如何接近而不致引起严重的同信道干扰，从而更有效地利用频谱。然而，主要的问题在于，不同网孔在一天中的不同时间具有并不总是可以预测的不同的通信业务量，并且对容量的要求必须根据每个网孔的最忙的时间考虑，即使当这些峰值时间不一致时也是如此。这可能引起在一个网孔中信道是空闲的，尽管在附近的网孔中具有过多的需求。
例如，用于运输中心如火车站的网孔在交通峰值期间可能是最忙的。为达到可接受的呼叫成功率需要给该网孔分配的信道数应由在峰值时间的呼叫通信话务量密度确定。这些信道都不能由任何其它邻近网孔(即不一定是与第一网孔相邻的一个网孔，而是足够接近以致可能引起同信道干扰的网孔)再使用。然而，相邻网孔可能在一天的另一时间具有峰值话务量密度。这也必须给以足够多的信道分配以便应付其峰值密度。其结果是导致可利用信道的使用率降低，因为在一天的任何时间在或者这个或者那个网孔内总有多余的容量。
为了适应需求的变化而采用在相邻网孔中基本信道分配方案的动态再配置，除非被严格地控制，易于对更多的网孔具有冲突影响。任何这种再配置还必须对突然的需求波动迅速地发生反应。对于需求的有规律的转移可以在一天的预定时间通过把信道从一个网孔转到另一个网孔来自动地处理，但是，这只能对付可以预测的需求转移。而且，如果在设置时间，一组信道被转移，任何信道上的呼叫操作可能被丢失。
从申请人名字为Telecom Securicor Cellular Radio Ltd.的PCT专利申请号为WO 91/01073的PCT专利申请可知，使用时分多址连接提供了一种蜂房式无线系统，其中网孔结构的每个扇区被再分为两个子扇区。当在移动装置和基站之间建立通信时，所要求的时隙只在移动装置所处的子扇区内被发送。这减少了所需的功率数量并减少了同信道干扰的可能性，因为可以使用更精确的定位天线。在基站的接收天线可以做成更加定向的而具有类似的好处。
现有技术的方案减少了同信道干扰的可能性并减少了在基站所要求的发送机功率。不过，它不增加任何扇区的总容量。
因为它分配各别的时隙，所以它也受到基站是同一位置的情况的限制，因为否则同步会成为问题。
在因为地势和/或无线电话务量密度使基本的网孔结构不能提供足够服务的区域内，已经提出了提供微网孔。微网孔的覆盖区域比基本网孔结构的一般的宏网孔覆盖区域要小些。因而微网孔基站比宏网孔基站的功率较低。然而，在不干扰在附近网孔中使用的任何信道的微网孔选择使用的信道方面存在问题。
本发明的目的在于，给网络的一个网孔提供额外容量，同时对整个信道分配方案影响最小，而且不减少邻近网络的最大容量。要被分配的信道可以是频率，在给定的频率上的时隙，或是可用频谱的某些其它分割参量。在这种系统中，每个网孔保持其最大容量，但是当第一网孔不需要时可以被另一网孔使用。
按照本发明的第一个方面，提供一种在具有多个基站的移动无线电话系统中的信道分配方法，其中每个基站服务于系统的一个网孔，并且其中第一组联合信道分配给服务于第一网孔的第一基站，所述第一网孔含有由第二基站服务的第二个较小的网孔，其中第二组联合信道分配给包括第二基站的一组基站，并且，该方法包括如此控制基站组的步骤，使得第二组联合信道中的每一个在任何一次可以分配给基站组中的仅仅一个基站。
按照本发明的第二方面，提供一种包括多个基站的移动无线电话网络，其中基站组至少服务于第一宏网孔和在宏网孔包含的一个微网孔，每个具有与在其各自的网孔内工作的移动无线电话装置建立无线通信的装置，包括用来给这种通信选择任何一组联合信道的装置(是指可被所有基站组利用的当前没使用的任何一组联合信道)。
按照本发明的第三方面，提供一种控制器，用来控制上述那种网络的多个基站，包括用于识别第一基站要求一个信道和移动装置进行无线电通信的装置，用来识别多个信道中的哪些信道在当前是可被基站利用的装置，用来对第一基站分配一个可利用的信道的装置，以及用来识别在当前被第一基站使用的而不能被任何其它基站使用的信道的装置。
按照本发明的第四方面，提供一种用于对移动无线电话网络分配信道的方法，其特征在于，至少网络的一个基站具有其可利用的几组联合信道，其中每个被不同的合作基站或合作基站组共用，信道分配系统被这样设置，使得第一基站从具有最大数量的可利用的信道的共用信道组中分配一个信道。这一方案确保当一个网孔具有几个可用信道时，不会产生有的网孔没有可利用的信道。
按照本发明的第五方面，提供一种移动无线电话网络，包括多个基站，至少第一基站具有对它可利用的多个联合信道组，每个被不同的合作基站或合作基站组共用，其特征在于，提供一种装置，用来使第一基站从具有最大量的可利用的信道的信道组中分配信道。
按照本发明的第六方面，提供一种控制器，用来控制上述那类网络的多个基站，包括用来识别第一基站要求信道的装置，用来识别具有最多的可利用信道的基站可利用的联合信道组的装置，以及用来指令第一基站用那一信道工作的装置。
所有这些方案只要求在各基站之间有限的合作。具体地说，对每一基站只需要具有关于哪个共用联合信道组被共用这一组联合信道的其它基站使用的信息。在一种具体的较好的方案中，宏网孔是两个网孔扇区，每一个与微网孔共用信道，该微网孔本身位于第三扇区内。在这种情况下，三扇区的基站可在同一位置。微网孔天线可以远离扇区基站的同一地点，但由各扇区基站的同一地点进行控制，使得它们的合作不要求跨网络的附加信令。
因为只有最接近于微网孔的三个扇区受影响，使对网孔结构的整个再用方式影响最小。
在某些情况下，对于在每个网孔中信道的可利用性的最小程度要求在所有时间都被满足。因此，在本发明的一个实施例中，至少一个基站还具有对其可利用的专用联合信道组。信道分配系统可以这样设置，使得仅若没有专用的联合信道可被利用的情况下，才将一个共用的信道组合只分配给那个基站。
本发明将参照附图以举例的方式进行说明，其中：
图1是可以应用本发明的蜂房或无线电系统中的示意的信道分配方案。
图2更详细地示意表示在图1的蜂房式系统中的网孔组。
图3用图表表示按照本发明的对三个宏网孔A1，A2，A3和微网孔M的信道分配方案。
图4用图表表示在本发明的改型中如何选择信道。
图5用图表表示在本发明的另一改型中信道如何选择。
在本例中，本发明用于对位于蜂房式无线电话系统的宏网孔内的微网孔提供信道分配，以便在具有高的峰值呼叫话务量密度的位置提供附加容量。
图1是一种理想化的蜂房式无线电话系统的一部分的图形表示，用来说明信道分配系统。它表示蜂房式无线电话网络的服务区域，所述网络被分成网孔，每个网孔利用基站服务。网中每个网孔表示成规则的六边形，虽然实际上其排列是不规则的，这是因为一些实际地考虑，例如基站地点和功率，它们根据本地的地势和呼叫话务量密度选择。可以理解，网孔的边界实际上是区域而不是几条线。
以这种理想排列的每个网孔被分配给七组无线电信道中的一组。分配有不同的信道组的网孔由不同的字母A，B，C，D，E，F或G来标识，分配同一信道组的各网孔都用同一字母标识。由图l可见，每个网孔(例如网孔A)被6个其它的网孔B，C，D，E，F，G包围着，其中没有具有相同的信道分配的网孔。具有相同的信道分配的最近的网孔(即最近的网孔A)沿任何方向离开第一网孔A两个其它的网孔。在这种理想的情况下，简单的几何关系给出，使用同一频率的基站之间的距离为相邻基站之间的距离的(近似于22/3)倍。在这种距离下，在网孔边界附近可以达到可接受的覆盖，同时使各基站之间的同信道干扰保持为可接受的水平。
图2更详细地表示9个网孔A，B，C，D，E，F，G，B′和F′。网孔B′和F′分别和网孔B和F分配相同的信道。每个网孔被分成三个扇区，每个扇区具有其自己的来自该网孔的主分配的信道子分配。这些子分配由每个标识字母的下标1，2，3表示。这种网孔的扇区划分进一步减少了同信道干扰，因为例如扇区F2离开扇区F′2比网孔F和网孔F′之间的最小距离更远。同时，网孔的扇区划分改善了信道再用，也允许使用不同于全向发送机的定向发送机，因为每个发送机只需要覆盖网孔总面积的1/3。这种定向发送机的使用意味着比全向发送机可以使用较低的功率输出。
这种网孔和扇区结构是该系统的基本的宏网孔结构。
在这一说明性的例子中，在扇区A1的覆盖区域内，具有话务量“热点”，即在某些时间，呼叫话务量密度显著地高于网络所承受的信息密度的平均值。扇区A1在忙时不能应付要求的总的话务量，因此提供附加的局部的发送机用来处理额外的通信。局部发送机覆盖的区域表示为微网孔M。
在对微网孔M进行分配信道时产生了困难。显然分配给A1的信道不能使用，因为这从整体看来不能为宏网孔的容量提供任何的增加。此外，已经在网孔A的其它扇区使用的信道或在其相邻的B，C，D，E，F和G中已经使用的信道都不能在不引入同信道干扰的条件下加以使用。对于微网孔使用特定的不分配给主再用方式的信道是可能的，但是可利用频谱的利用效率降低。
下面说明使用这一结构的本发明的实施例。
在本发明的一个实施例中，微网孔M使用和相邻扇区A2和A3联合的信道，这些信道按照需要动态地分配给三个扇区。其站处于彼此通信状态，以确保没有信道被两个基站同时利用。如果基站装于同一地点(Co-located)，这是很容易实现的。对于服务于相邻扇区的基站A2和A3，一般是这种情况。基站M可以离开某一距离，但是在最多的结构中，它将和基站A1链接，并和其它扇区的基站安装于同一地点。
然而，当一组联合信道完全在使用而加入该联合信道组的其它网孔中的一个具有其可利用的、没使用的其它信道时，这一方案会引起不必要的闭塞(由于信道的不可利用的呼叫故障)。若干个其它实施例，包括使闭塞最少的分配信道的方法，讨论如下。
在图3中示出了一种用于扇区A1，A2和A3的一种信道分配方案。每个扇区具有十三个分配的信道，扇区A3具有信道1至13，扇区A2具有信道14至26，扇区A1具有信道27至39。在实际的信道分配方案中，在频谱中的相邻信道不分配给同一网孔，以便减少相邻信道之间干扰的可能性。这里使用的数量并不是为了表示在频谱中信道的相对位置。
微网孔位于扇区A1中，并见有12个可利用的信道。它和扇区A3共用信道1到6，和A2共用信道21到26，以这样的方式进行对于这一联合的信道选择，使得在信道间的干扰最小。例如联合信道可由扇区A3可利用的6个最低频率和由扇区A2可利用的6个最高频率组成。
在微网孔的第一方案中，当它需要信道时，就从可为它所利用的这些信道中选择未被使用的一个。扇区A2和A3具有一些信道7至13，14至20，不被微网孔所利用，即保留专用于这些扇区或用于和其它微网孔联合。在微网孔内，移动装置也在服务于扇区A1的基站范围内，它继续满足在微网孔内的一部分话务量需求。
在最通用的系统中，当过区切换或建立新呼叫而需要通信链路时，基站可从可为其所利用的这些信道中选择任何信道。在信道之间没有优先关系。虽然当所有信道可以相同方式被使用时这是满意的，但在上述实施例中可以看出，被扇区A2和A3使用的信道1至6，21至26将不能由微网孔M使用，而信道7至20并不如此。为避免这一问题，在所述实施例的第一改型中是这样安排的，使得当宏网孔A3需要一个信道时，选择为其专用而保留的信道7至13中的一个信道，如果这一信道是可利用的话。只有当没有其它信道可被利用时，才选择那些与微网孔M联合的信道1至6。这意味着除非宏网孔没有备用容量，宏网孔不排斥微网孔使用的联合信道。
在图4中，信道8，9，10和13(用X表示)正在由扇区A3使用。信道2也正在使用，但是由微网孔使用，如果信道任意地分配给移动装置，则下一个要被分配给扇区A3的信道可能是“联合”信道1，3到6中的一个，或是扇区A3的“专用”信道7，11，12中的一个。事实上，在这例子中，由于联合信道中可利用的信道的多，选择联合信道的概率大于50％。为避免微网孔失去这类联合信道，扇区A3的基站这样设置，使得它选择其专用信道7至13中的一个，如果有一个是可利用的话。
在图5说明的本发明的另一个改型中，微网孔和两个或多个宏网孔合作，并从具有最多可利用信道的联合信道中选择使用的信道。当在另一个联合中几个信道仍是可利用的，对微网孔也可利用的。这减少了微网孔从一个联合信道中选取最后一个可利的信道的机会，防止由合作的宏网孔的使用。
在图5所示的例子中，微网孔具有6个可利用的信道：来自扇区A2的一组联合中的5个信道(21至24和26)，但只有一个(信道2)来自扇区A3的一组联合。是微网孔或者是扇区正在使用给定的联合信道并不重要。在这个例子中，微网孔将使用信道21至24或26中的一个(随机地选择)，但不使用信道2，由于信道工作为一个信道的联合信道组当前被更多地使用。
应该说明，即使非联合信道是可利用的，但扇区可能总是使用联合信道，而不管上述方案。如果所有非联合信道在呼叫建立时正使用，但在呼叫期间某些成为可利用的，则发生这种情况。
在所述系统的一种改进中，控制系统可以定期地监视信道的使用，当非联合信道是可利用的时候，它应该发现使用联合信道的移动装置，把移动装置转换为非联合信道，以便使联合信道可被利用。
在微网孔M内，请求连接的移动装置将具有来自微网孔基站M的可利用的信道1至6和21至26，以及来自基站A1的可利用的信道27至39。按照常规情况，如果一个移动装置处于两个基站的范围内，就用较强的一个建立通信。因此，如果微网孔联合信道是可利用的，移动装置将分配这些信道中的一个，剩下信道27至39不用而被在别处的网孔A1中的移动装置使用。如果没有联合信道是可利用的，则移动装置将从最近的基站中例如A1中分配一个信道。
表1给出了在模拟话务量情况下使用这一技术的结果。给出了8种情况的结果。前5种是对于当在微网孔中的话务量密度为其余网孔排列(否则它是均匀的)中话务量密度的3倍时的业务量的分布情况的(应当注意，微网孔只占扇区A1的面积的1/10，因此，在任何一个扇区中提供的总的话务量仍然大于在微网孔中的话务量)。
后三种情况说明当话务量密度到处相同时的状态。重要的是，微网孔的存在在这时并不会严重地影响在其它扇区中的服务水平。
给出了两种“控制”情况的比较：
1)无微网孔的，以及
2)“盲目”微网孔的(即使用和A2、A3一样的信道而不管它们是否已在使用中)。
这些和上述的三种方案进行比较
3)微网孔从联合信道中选择空闲信道(图3)
4)宏网孔优先使用非联合信道(图4)，以及
5)微网孔使用具有最多空闲信道的联合中的信道(图5)。
用于模拟的条件是：
每个扇区13个信道
微网孔与A2和A3各有6个共用信道。平均话务量为7.4爱尔兰/扇区
微网孔具有大约10％的扇区A1的面积，每单位面积的话务量密度为扇区话务量密度的3倍。
对整个“阻塞”程度进行了测量，即试图完成因在单独的宏网孔A1(栏a)、A2和A3(栏b)以及微网孔(栏c)中没有合适的信道而被阻塞的连接的百分数，并测量了所引起的丢失话务量(它是三个扇区和微网孔的总和，用爱尔兰表示而不用百分数表示)(栏d)。其数值是7.4爱尔兰X(col 1+2×col2+0.3×col3)/100。加权因数2和0.3反映由这些栏代表的不同区域，栏2代表扇区A2和A3，每个具有和扇区A1相同的大小，而栏3代表微网孔M，其总的话务量为扇区A1的0.3倍。
从该表可以看出，借助于分配在相邻扇区中不用的信道，达到了丢失话务量的显著的减少(从1.24E减少到0.88E)。(在“盲目”微网孔情况下，甚至达到0.31更大的减少，但这两次使用了微网孔中和一个扇区中的某些信道，从而导致了不能接受的干扰)。通过优先分配在扇区中的非联合信道，并使微网孔从具有最多可利用的信道的联合信道中分配信道，可以达到较小的附加改进。
虽然用这种方法减少了总的阻塞程度，但在扇区A2和A3中发生了某些附加阻塞。这种阻塞程度从若没有微网孔存在(因不从扇区A2和A3选择信道)的1.88％上升到最坏情况的4.65％(优先分配非联合信道给宏网孔，—因为这给微网孔最大的机会夺取联合信道，使得它们不能被宏网孔利用)。如果微网孔从具有较多可利用的信道联合信道组中选择信道，这种情况会大为改善，因为这减少了其它联合信道被取空的机会。
重要的是，该系统不会在当微网孔中的话务量需求低时间是(很可能是大部分时间)引起服务的严重变劣。从表中可见，本方法的效果在于，如果宏网孔优先使用非联合信道，在扇区A2和A3中的阻塞在一定程度上被增加了，但是如果微网孔选择具有较多可用信道的联合信道中的信道，这一作用会被在微网孔中的改善充分地平衡。在两种情况下，总的丢失话务量有减少。