专利名称：具有自动分布型动态信道分配方案的移动通信系统的制作方法
本申请是申请号为95101476.5号的专利申请的分案申请。
本发明涉及由基站和移动站组成的移动通信系统，且更具体地说，是涉及在建立与移动站的通信时各个基站采用的信道分配方案。
目前作为袖珍电话系统或自动电话系统而实际使用的一种已知的移动通信系统，是一种蜂窝系统，其中通信服务是通过在其服务区中分布一定数目的基站而提供的，而各个基站服务于半径为大约几公里的半径区域。
一般地，为了有效地利用有限的可用无线电信道资源，这种移动通信系统采用了无线电信道的地理重复利用，其中相同的无线电信道被一个以上的在地理上相距的基站所使用，在此情况下，通过使采用相同无线电信道的基站之间的信道重复使用距离尽可能地小，能够实现更高的频率利用效率，从而在给予该系统的频带不变的情况下增大系统的容量。
然而，这种信道重复使用距离不能无限地小，因为当该信道重复使用距离变小时，产生了这样的问题，即产生了来自相同的无线电信道的干扰或来自插入方案—其中各个无线电信道是通过允许在一个FDMA(频分多路复用存取)系统中允许各个无线电信道的侧带的功率重叠的而形成的—的情况下来自近邻无线电信道的干扰，这显著地降低了通信质量。因此，需要将相同无线电信道的重复使用限制在彼此在空间上充分分开的基站中，以将干扰限制在一定的可容忍范围以内。
在这种实际条件下实现这种无线电信道重复使用的方案，包括固定信道分配方案和动态信道分配方案，其中动态信道分配方案包括其中相对于多个基站设置了一个用于控制信道分配的控制站的集中控制型动态信道分配方案，和其中各个基站自动和分布地分配无线电信道的自动分布型动态信道分配方案。
固定信道分配方案，根据通过实际测量或通过理论计算而获得的服务区中的无线电波传播状态和通信量分布，将无线电信道固定地分配给各个基站。一般地，这种固定信道分配方案带有这样的问题，即获得用于确定固定分配的设计需要大量的努力，且在系统扩展(诸如增加基站)时需要进行重新设计，因而它对于系统扩展的适应性很低。另外，整个系统的可用无线电信道被分成若干个组并被分配给若干个基站，因而有大组的效率损失，而且它因此不能实现高的频率利用效率。
另一方面，在动态信道分配方案中，可以在一定程度上灵活地根据临时的变化且通信的空间不平衡来分配无线电信道，且整个系统的全部可用的无线电信道都能够为系统的任何基站所利用，从而能够获得大的编组效率，且与固定信道分配方案的情况相比，频率利用效率因而能够得到改善。
然而，为了将呼叫损失率或干扰概率降低到最小，一般需要大量的数据和相当复杂的控制，且在集中控制型动态信道分配方案的情况下，需要在各个基站和控制站之间有较大的信号通信量，而在自动分布型动态信道分配方案的情况下，在能够实际进行信道分配之前需要很多的处理步骤，因而连接延迟变得很大。因此，在动态信道分配方案中，如何实现能够同时获得更小的控制负载和更高的频率利用效率的信道分配方案，是一个有待解决的重要实际问题。
为此，提出了一种用于以较为简单的控制方法来实现这种自动分布型动态信道分配的信道分配方案，象在Japanese Patent Appli-cation No.61-244137(1986)和Japanese Patent Application No.62-91033(1987)中公布的。
在这种信道分配方案中，从以前的信道使用记录—即关于各个无线电信道是否在过去被分配过的记录，来计算各个无线电信道的一个分配优先级，且随后从具有最高分配优先级的无线电信道判定各个无线电信道是否将要被分配。随后，当判定将要被分配时，该无线电信道得到相应的分配，否则就对具有次最高分配优先级的下一个无线电信道进行判定。
更具体地，前述Japanese Patent Application No.61-244137提出了一种无线电通信方案，其中各个信道被给予了一个优先级，且该优先级是根据信道的过去使用记录而动态地确定的，且这些信道随后被按照它们的优先级而得到使用。另一方面，前述Japanese Patent Application No.62-91033提出了一种传输信道控制方案，其中各个信道的传输成功率被存储起来，且这些信道随后在传输时被按照它们的传输成功率的顺序而得到使用，而该传输成功率根据传输的结果而得到更新。
然而，在这种传统的自动分布型动态信道分配方案中，各个无线电信道的分配优先级是在所有的信道过去使用记录都具有相等的权的情况下确定的，并采用了大量的信道过去使用记录，因而产生了一个问题，即在系统已经达到了静止状态之后，为了跟随无线电波传播状态和通信量分布的改变，需要大量的时间。
这里，无线电波传播状态和通信量分布的改变是由在各个基站周围新建成的建筑物、新建成的基站、和/或可移动式基站的操作的开始/结束而引起的，且采用信道过去使用记录的自动分布型动态信道分配方案已经不能跟随无线电波传播状态和通信量分布的这种改变，因而产生了呼叫损失率、干扰可能性、和连接延迟大的问题。
另外，在这种根据信道过去使用记录计算各个无线电信道的分配优先级并根据计算出的分配优先级来进行无线电信道分配的传统自动分布型动态信道分配方案中，给各个无线电信道只分配了一个优先级，因而各个无线电信道的重复利用只限于以无线电区域为单位的重复利用。其结果，与固定信道分配方案相比在频率利用效率上的优点，只限于由于获得的大的编组效应而得到的改善，因为整个系统的所有可用无线电信道可以为系统的所有基站所使用。
还已经提出了一种信道分配方案，用于以较小的控制负载来实现自动分布型动态信道分配，如在Japanese Patent Application No.1-306417(1989)中所公布的。
在这种信道分配方案中，所有的无线通信信道被分成多个信道组，且为了根据通信中的接收电平来采用这些信道组，为各个信道组设定了在利用各个信道组的信道的基站和移动站之间进行通信所需的接收电平的下限。此时，分配给发生在各个无线电区域中的通信设定请求的无线通信信道，被选定为信道组的信道，对于该信道组，在请求移动站与基站之间的通信中从无线通信信道获得的接收电平，满足了前述的下限，而当该信道被分配给请求的通信的设定时载波与干扰功率的比值，满足所需的通信质量条件。
然而，在这种传统的自动分布型动态信道分配方案中，需要借助通过实际测量或理论计算对各个无线电区域中的无线电波传播状态和通信量分布所进行的彻底分析，来确定在确定不同信道组的编组时所用的阈值，以抑制在最小电平的无线电信道分配中所需的控制负载，从而保持高的频率利用效率并满足所需的通信质量。
但是，对存在于系统的服务区中的所有众多无线电区域的这种彻底的分析，需要大量的时间和努力，且还有一个问题，就是在诸如添加基站的系统扩展时需要进行重新的设计。另外，除了系统扩展以外，在各个基站周围的建筑、道路等等的新建和破坏，会对无线电波传播状态和通信量分布产生很大的影响，因而要应付这种变化，就必须进行重新设计。
因此，本发明的一个目的，是提供一种适合于系统扩展并具有优异的负载变化跟随特性的移动通信系统和信道分配方案，以便能够不论由于在各个基站的周围新建的建筑物、新建的基站、和/或可移动式基站的操作的启动/结束所引起的实际不可避免的无线电波传播状态和通信量分布改变如何，都能够防止呼叫损失率、干扰概率、和连接延迟的恶化。
本发明的另一个目的，是提供能够降低控制负载并改善频率利用效率的移动通信系统和自动分布型动态信道分配方案。
本发明的又一个目的，是提供一种移动通信系统和一种信道分配方案，其中各个基站能够在不要求复杂的、需要大量的努力和时间的设计的情况下确定用于借助其本身的自动处理确定编组的阈值。
根据本发明的一个方面，提供了一种将无线电信道分配给移动通信系统中的基站与移动站之间的通信的方法，它包括以下步骤(a)按照对于各个基站的各个无线电信道的信道过去使用记录，对可用在移动通信系统中的无线电信道的分配优先级进行管理；(b)在所述各个基站，根据在步骤(a)中管理的分配优先级的顺序，依次选择各个当前未用的无线电信道，并依次进行关于各个选定的无线电信道是否能够被使用的分配接受/拒绝判定；(c)通过用权因子—这些权因子按照过去的分配接受/拒绝判定结果距当前时间的时间间隔而变化—对所述各个无线电信道的过去的分配接受/拒绝判定结果进行加权，来对在步骤(b)选定的各个无线电信道在步骤(a)管理的分配优先级进行更新；以及，(d)将一个在步骤(b)被判定为可用的无线电信道分配给所述各个基站和一个移动站之间的通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种将无线电信道分配给一个移动通信系统中的基站与移动站之间的通信的方法，它包括以下步骤(a)在各个基站将这些移动站按照移动站的状态分成N个组，其中N是一个整数；(b)在各个基站，对应于所述N个组，对移动通信系统中可用的各个无线电信道的N组分配优先级进行管理；(c)在各个基站，对于各个移动站，按照具有在步骤(b)管理的所述N组分配优先级中与在步骤(a)中编组的所述N个组中所述各个移动站所属于的一个相对应的一组分配优先级的顺序，依次选择当前未用的各个无线电信道，并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定；以及，(d)将一个在步骤(c)被判定为可用的无线电信道分配给所述各个基站和所述各个移动站之间的通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种将无线电信道分配给一个移动通信系统中的基站与移动站之间的通信的方法，它包括以下步骤(a)确定用于根据这些移动站的过去状态记录来对这些移动站进行编组的阈值；(b)在各个基站根据在步骤(a)确定的用于编组的阈值，将这些移动站分成N个组，其中N是整数；(c)对于各个移动站，在所述各个基站，按照为在步骤(b)编组的所述N个组中所述各个移动站所属于的一个组规定的程序，依次选择当前未用的各个无线电信道，并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定；以及，(d)将在步骤(c)判定为可用的一个无线电信道分配给所述各个基站与所述各个移动站之间的通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种移动通信系统，包括移动站；用于通过分配无线电信道与这些移动站进行通信的基站，各个基站包括存储器，用于按照各个无线电信道的信道过去使用记录，来管理移动通信系统中可用的无线电信道的分配优先级；以及，控制装置，用于按照在该存储器中管理的分配优先级的顺序来依次选择各个当前未用的无线电信道，并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的判定，以将被判定为可用的一个无线电信道分配给能够所述各个基站与一个移动站之间的通信，并通过用加权因子—该加权因子根据过去的分配接受/拒绝判定结果距当前时间的时间间隔而变化—对关于所述各个无线电信道的过去分配接受/拒绝判定结果进行加权，来对存储器中的各个选定的无线电信道的分配优先级进行更新。
根据本发明的另一个方面，提供了一种移动通信系统，包括移动站；和用于通过分配无线电信道与这些移动站进行通信的基站，各个基站包括存储器，用于管理移动通信系统中可用的各个无线电信道的、与移动站按照这些移动站的状态而分成的N个组相对应的N组分配优先级，其中N是一个整数；以及，控制装置，用于为各个移动站，按照在存储器中管理的所述N组分配优先级中与所述N个组中所述各个移动站所属于的一个组相对应的一组分配优先级，来依次选择当前未用的各个无线电信道，并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定，以便将被判定为可用的一个无线电信道分配给所述各个基站与所述各个移动站之间的通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种移动通信系统，包括移动站；以及，用于通过分配信道而与这些移动站进行通信的基站，各个基站包括存储器，用于根据移动站的过去状态记录来管理用于对移动站进行编组的阈值，以将这些移动站根据该用于编组的阈值分成N个组，其中N是一个整数；以及，控制装置，用于为各个移动站，根据为所述N个组中所述各个移动站所属于的一个组规定的程序，依次选择当前未用的各个无线电信道并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定，以便将被判定为可用的一个无线电信道分配给所述各个基站与所述各个移动站之间的通信。
本发明的其他特征和优点，通过以下结合附图所进行的描述，将变得更为明显。
图1是示意图，显示了根据本发明的移动通信系统的总体配置。
图2是框图，显示了与本发明的第一实施例的基站的无线电信道分配有关的功能配置。
图3是由图2的基站进行的无线电信道分配操作的流程图。
图4A、4B和4C是用于证实本发明的第一实施例的效果的移动通信系统的计算机模拟模型的示意图。
图5A、5B、5C和5D是曲线图，显示了采用图4A、4B和4C的计算机模拟模型的计算机模拟结果。
图6是框图，显示了与本发明的第二实施例中的基站的无线电信道分配有关的功能配置。
图7A和7B显示了存储在图6的基站的存储器中的数据内容。
图8是由图6的基站进行的无线电信道分配操作的流程图。
图9是移动通信系统的计算机模拟模型的示意图，用于显示在本发明形成第二实施例中的各个基站和各组的分配优先级的例子。
图10A、10B和10C是曲线图，显示了由采用图9的计算机模拟模型的计算机模拟获得的三个不同组的分配优先级。
图11和12是曲线图，显示了用于证实本发明的第二实施例的效果的计算机模拟的结果。
图13是由本发明的第三实施例中的基站进行的无线电信道分配操作的流程图。
图14是包含在图13的流程图中的分配优先级更新处理的详细流程图。
图15是一个分配优先级的数据配置的示意显示，用于解释本发明的第三实施例中的分配优先级更新处理。
图16是曲线图，显示了用于证实本发明的第三实施例的效果的计算机模拟的结果。
图17是框图，显示了与本发明的第四实施例中的基站的无线电信道分配有关的功能配置。
图18显示了存储在图17的基站的第一存储器中的数据内容。
图19显示了存储在图17的基站的第二存储器中的数据内容。
图20是由图17的基站进行的无线电信道分配操作的流程图。
图21是由图17的基站进行的无线电信道分配操作的另一种程序的流程图。
图22是移动通信系统模型的一个例子的示意图，用于解释确定在本发明的第四实施例中的编组的阈值的详细程序。
图23、24和25是曲线图，显示了作为相对接收电平的函数的相对累积频率，用于解释确定本发明的第四实施例中的编组阈值的详细程序。
图26示意显示了在本发明的第四实施例的一种变形中由图17的基站的一个第二存储器存储的数据内容。
下面将描述根据本发明的移动通信系统和信道分配方案的第一实施例。
在第一实施例中，移动通信系统具有如图1所示的总体配置，它包括分布在这种移动通信系统的整个服务区中的多个基站11和在该服务区中移动的若干个移动站12。这里，总共有M个无线电信道(M是个整数)可以被用于该移动通信系统，且第i个基站11装备有Ki组(Ki是整数)能够通过给予该移动通信系统的M个无线电信道中的任何一个进行无线电发送和接收的收发器装置，且各个移动站12也装备有能够通过M个无线电信道中的任何一个进行无线电发送和接收的收发器装置。
这里，各个基站11具有与如图2所示的无线电信道分配有关的功能配置，它包括总共Ki组收发器13(131至13ki)、与收发器13相连的收发器控制器14、与收发器控制器14相连的无线电信道控制器15、与无线电信道控制器15相连的呼叫处理控制器16、以及与无线电信道控制器15相连的存储器17。
存储器17被用于管理这些无线电信道的分配优先级，并存储由系统操作者给定的预定加权常数λ(0≤λ＜0)、各个无线电信道的信道标识(以下也称为ID)(ch1至chM)、表明各个无线电信道当前是否正在被使用的使用/未使用标志、以及分配给各个无线电信道的分配优先级的表，如图2所示。
无线电信道控制器15对存储在存储器17中并由来自呼叫处理控制器16的请求指定的无线电信道的分配优先级进行读出、更新、和写入，并管理当前被各个基站所使用的无线电信道。收发器控制器14进行对收发器131至13ki的管理，并对从无线电信道控制器15指定的无线电信道进行分配接受/拒绝判定。
在图2的配置中，根据图3的流程，以如下的方式进行无线电信道分配操作。
当有一个对于来自呼叫处理控制器16的无线电信道切换或新呼叫的无线电信道分配请求时，无线电信道控制器15，通过读出存储器17中的使用/未使用标志，检查是否存在有当前未用的无线电信道(步骤S1)。在所有的无线电信道ch1至chM当前都被使用的情况下，这一事实被通知给呼叫处理控制器16，且操作结束。
在存在有当前未用的无线电信道的情况下，无线电信道控制器15随后询问收发器控制器14是否存在有当前未用的收发器13(步骤S2)。在没有当前未用的收发器13的情况下，收发器控制器14将这一事实通过无线电信道控制器15通过呼叫处理控制器16，且操作结束。
在存在有当前未用的收发器13的情况下，无线电信道控制器15随后通过访问存储器17中的分配优先级，而在那些当前未用的无线电信道中选择具有最高分配优先级的一个无线电信道的信道标识(以下也称为ID)，并将选定的信道标识通知收发器控制器14(步骤S3)。
作为响应，收发器控制器14如下面所详细产生识别数据进行关于选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定，并将该分配接受/拒绝判定的结果送回到无线电信道控制器15(步骤S4)。
随后，当该分配接受/拒绝判定的结果表明选定的无线电信道可用时，无线电信道控制器15把一个将要用于更新分配优先级的因子A设定成相对于该分配接受/拒绝判定的两个可能结果(接受和拒绝)而预定的、具有相反的符号的两个值中的一个，它在此第一实施例中为+1(步骤S5)，且无线电信道控制器15随后根据以下的公式(1)来更新选定的无线电信道的分配优先级PjPj(new)＝Pj(old)×λ+A(1)并将该更新的分配优先级Pj(new)写入存储器17中该选定的无线电信道的相应输入项(步骤S6)。
随后，无线电信道控制器15通知呼叫处理控制器16选定的无线电信道的信道标识，并将存储器17中该选定的无线电信道的相应输入项重写为“1”，以表明它当前得到了使用，从而实现无线电信道分配处理(步骤S7)。
另一方面，当分配接受/拒绝判定的结果表明选定的无线电信道不可用时，无线电信道控制器15将因子A设定成相对于分配接受/拒绝判定的两个可能结果(接受和拒绝)而预定的、具有相反的符号的两个值中的另一个，它在此第一实施例中为-1，并随后根据上述公式(1)更新该选定的无线电信道的分配优先级Pj并将该更新的分配优先级Pj(new)写入到存储器17中该选定的无线电信道的相应输入项中(步骤S8)。
随后，除非该选定的无线电信道是当前未用的最后一个无线电信道(步骤S11“否”)，无线电信道控制器15，通过访问存储器17中的分配优先级，在当前未用的那些无线电信道中选择具有次最高分配优先级的无线电信道的信道标识，并将该选定的信道标识通知收发器控制器14(步骤S10)，且操作从上述的步骤S4开始为下一个选定的无线电信道而得到重复。
在重复操作的结果表明对当前未用的所有无线电信道的分配接受/拒绝判定的结果都表明这些无线电信道不可用的情况下(步骤S11“是”)，无线电信道控制器15将这一事实通知呼叫处理控制器16，且操作结束。
作为该操作的结果，第j个无线电信道chj的分配优先级Pj，根据过去的L个情况的分配接受/拒绝判定结果A1、A2、……AL将被更新为Pj＝A1+λA2+λ2A3+……+λ(L-)AL(2)其中L是整数且Ai(i＝1，2，……L)具有如上所述的值+1或-1。这里，加权常数λ是在0≤λ＜0的范围中的一个常数值，因而在该更新分配优先级Pj，来自紧前一个分配接受/拒绝判定结果的贡献是最大的，且较早的分配接受/拒绝判定结果具有依次较小的贡献。因此，在第一实施例中，可以用非常简单的操作，以与这些过去的分配接受/拒绝判定结果的时间顺序成反比的方式，对这些过去的分配接受/拒绝判定结果进行加权。
另外，在第一实施例中，存储器17具有足以存储分配优先级、无线电信道利用状态(即使用/未使用标志)、以及一个常数λ的存储容量就足够了，因此该存储器17能够由适合于高速存取的较小容量的存储装置构成。
在上述无线电信道分配操作中，在步骤S4的选定的无线电信道的分配接受/拒绝判定能够以各种方法进行，诸如其中选定的无线电信道被暂时设置到当前未用的一个收发器13且无线电信号被该收发器13所接收以确定接收电平(即干扰电平)并当确定接收的电平小于等于预定的阈值时判定选定的无线电信道可用的方法，或其中目标移动站也得到通知以暂时设置选定的无线电信道且从该目标移动站通过该选定的无线电信道传输的无线电信号被该基站所接收以确定该选定的无线电信道的载波/干扰功率比值并当所确定的载波/干扰功率比值大于或等于一个预定阈值时即判定该选定的无线电信道可用的方法。
现在，考虑当对第j个无线电信道的分配接受/拒绝判定结果刚好是相继的接受或拒绝时分配优先级Pj的收敛。这里，设接受的分配接受/拒绝判定结果由值A＝ρ表示，而拒绝的分配接受/拒绝判定结果由值A＝-ρ表示(其中ρ是正常数)，且分配优先级Pj将要按照上述公式(1)依次得到更新。
当连续出现了L次接受时，分配优先级Pj由下式给出Pj=ρΣn=1Lλn-1------(3)]]>随后，利用对在范围-1＜x＜1内的任何x都成立的以下公式Σn=1∞xn≈x/(1-x)-------(4)]]>当取表达式(3)的极限时，分配优先级Pj的极限由下式给出ρΣn=1∞λn-1≈ρ{λ/(1-λ)+1}=ρ/(1-λ)---(5)]]>类似地，当连续出现了L次拒绝时，分配优先级Pj的极限由下式给出-ρΣn=1∞λn-1≈-ρ{λ/(1-λ)+1}=-ρ/(1-λ)---(6)]]>因此，第一实施例的分配优先级Pj在两种情况下都收敛于一个有限值。换言之，即使当一定的无线电信道的分配优先级刚好连续为最高时，该分配优先级不会变得无限大，且将如上所述地被有限值ρ/(1-λ)所界定，因而该分配优先级的值始终不会大得从存储器17过流，只要存储器17具有足以存储值ρ/(1-λ)的最大存储容量。
如所述，根据第一实施例，过去的分配接受/拒绝判定结果得到了与这些过去分配接受/拒绝判定结果的时间顺序成反比的加权，即较老的分配接受/拒绝判定结果由较小的权进行加权，因而即使当干扰状态由于在各个基站的周围新建的建筑物、新建的基站、和/或可移动式基站的操作的启动/结束所引起的无线电波传播状态改变和/或由于大型建筑物的建成或破坏而引起的通信量分布改变而发生改变时，也能够防止通信质量的恶化，诸如呼叫损失率、干扰可能性、和连接延迟的恶化，因为各个无线电信道的分配优先级也通过跟随环境的自适应改变而取适合于新的环境条件的值。
另外，在第一实施例中，可以通过调节加权常数λ的值，来自由调节相对于无线电波传播状态和通信量分布的负载变化跟随特性的灵活性。即，通过把加权常数λ设定在较小的值，能够使较老的分配接受/拒绝判定结果对分配优先级的影响减小得更快，从而使各个无线电信道的分配优先级能够更迅速地适合于无线电波传播状态和通信量分布的改变，即负载变化跟随特性的灵活性得到了提高。相反地，通过将加权常数λ设定为较大的值，较老的分配接受/拒绝判定结果对分配优先级的影响将持续较长时间，从而使负载变化跟随特性的灵活性受到降低。因此，当无线电波传播状态和通信量分布的改变较小时，最好将加权常数λ设定得较大。
应该注意的是，在第一实施例中，当根据分配接受/拒绝判定结果而在新分配无线电信道时计算分配优先级时，当在通信过程中出现了干扰从而需要将通信切换到其他的无线电信道时，也可以考虑由于干扰而发生的切换。即，这种由于干扰而出现的切换，可以在借助上述公式(1)对分配优先级进行更新时得到考虑，就象在分配接受/拒绝判定结果为拒绝的情况下那样，但采用了另一个值A-例如-0.5。
现在，描述确认上述第一实施例的效果的计算机模拟的结果。该计算机模拟采用了如图4A至4C所示的模型，其中假定具有相应的基站111至115的无线电区域211至215具有以一维方式设置的带有全向天线的六边形蜂窝的形式。在此模型中，设呼叫是按照泊松分布产生的并在空间上均匀地遍布这些无线电区域，而设占用时间按照指数分布且具有等于120秒的平均值，且假定在各个无线电区域中的呼叫行为是相同的。另外，假定将要进行呼叫或接收呼叫的移动站预先通过测量从基站以恒定传输功率传输的主信道(控制信道)的接收功率而已经选定了无线电区域，并假定在整个系统中可用的无线电信道的数目为20个，且只有相同信道的干扰被考虑为干扰。
在实际的移动通信系统中，一种经常遇到的情况是，由于向没有设置基站的区域进行呼叫或从该区域接收呼叫的请求的增加，将需要在该区域中设置新的基站以便于扩展的服务覆盖该区域。在上述计算机模拟模型中，这种情况是以如下方式模型化的。如图4A所示，对于模拟开始后的头五天，没有无线电区域213的基站113且在该无线电区域213中没有产生呼叫。随后，如图4B所示，从模拟的第六天至第十天，用于无线电区域213的基站113仍然没有，但在该无线电区域213中象在其他无线电区域中那样产生了呼叫，随后，如图4C所示，在模拟的第十一天，新设置无线电区域213的基站113，以便于掩盖该无线电区域213的扩展的服务。
在图5A至5D中显示了该计算机模拟所获得的结果，其中图5A显示了在模拟的第十一天在基站113处的呼叫损失率，图5B和5C分别显示了模拟的第十一天沿着上行方向(从移动站至基站)和沿着下行方向(从基站至移动站)的干扰概率，且图5D显示了在模拟的第十一天对一个呼叫进行无线电信道分配所需要的若干分配接受/拒绝判定。在图5A至5D中，水平轴被设置为每一个无线电区域的流入通信量。
从该计算机模拟结果可见，与采用信道过去使用记录的传统无线电信道分配方案相比，在每一个无线电区域的流入通信量等于诸如7(Erl/蜂窝)的水平，第一实施例的无线电信道分配方案能够实现显著的改善，呼叫损失率为2.02％(传统情况为3.13％)，干扰概率为1.05％(传统情况为2.11％)，下行线路干扰概率为0.54％(传统情况为1.6％)，且进行对于一个呼叫的无线电信道分配所需的分配接受/拒绝判定数目为1.56次(传统情况为1.93次)。
因此，能够证实，第一实施例的无线电信道分配方案的确能够防止诸如呼叫损失率、干扰概率、和由于分配接受/拒绝判定的数目的增大而引起的连接延迟的通信质量的恶化，并以小的控制负载实现无线电信道分配，即使在由于在各个基站的周围新建的建筑物、新建的基站、和/或可移动式基站的操作的启动/结束而造成的无线电波传播状态和通信量分布的改变的情况下也是如此。
这里应该注意的是，在分配接受的情况下A＝1，在分配拒绝的情况下A＝-1，且在由于干扰而引起的信道切换的情况下A＝-0.5，在上述描述中只是作为举例的值而采用的，且在分配接受的情况下采用任何正值且在分配拒绝和由于干扰的信道切换的情况下采用任何负值，基本上就足够了。
具体地，在接受和拒绝的情况下设定的两个具有相反的符号的值，不一定要具有相同的绝对值，诸如上述的对于接受为A＝ρ且对于拒绝有A＝-ρ，且这两个值可以具有不同的绝对值。例如，可以设定对于分配接受A＝1.0且对于分配拒绝A＝-1.2，以使得当在老的基站周围设置新的基站时，老的基站采用的具有高分配优先级的无线电信道变得较低且在新基站的无线电信道选择变得较容易。另一方面，对于在大的服务区上设置多个基站，并从所有这些无线电信道的分配优先级都是零的初始状态同时开始所有这些基站的服务操作的情况下，可以采用对于分配接受A＝1.2且对于分配拒绝A＝-1.0的设定，从而使分配优先级能够迅速达到高值。
另外，考虑到前面的分配优先级高这一事实，通过采用值A＝-0.5即具有比在分配拒绝的情况下采用的值A＝-1小的绝对值的值，而以与在分配拒绝情况下类似的方式处理由于干扰的信道切换的情况，但如果需要则也可以放弃这种考虑并对于分配拒绝和由于干扰的信道切换的情况都采用相同的值A＝-1。
另外，随着上述描述中各个分配接受/拒绝判定结果相对于当前的分配接受/拒绝判定结果变得更老，用于各个分配接受/拒绝判定结果的权被依次地减小，但不一定每次得到新的分配接受/拒绝判定结果时都减小该权，且可以对此进行修正从而例如每两或三次得到新的分配接受/拒绝判定结果时权才得到减小。为了每两次减小该权，只要在更新分配优先级Pj时交替进行计算Pj×λ+A和计算Pj+A就足够了。
另外，不是每预定次数就减小权，而是对于较老的分配接受/拒绝判定结果可以增大使用相同的权的次数。还可以对于从最后一个数起的分配接受/拒绝判定结果的预定次数(例如三次)使用一定的权，同时对于比这些结果老的所有分配接受/拒绝判定结果使用另一个较小的权，即随着分配接受/拒绝判定结果变老而至少减小权一次。在某些情况下，如果需要的话，还可以将早三次的分配接受/拒绝判定结果的权设定为当前分配接受/拒绝判定结果的可能的最大权。
对于将要使用在第一实施例中的无线电信道，可以考虑使用FDMA系统中的无线电频率、使用TDMA(时分多路复用存取)系统中的时隙、和重复使用CDMA(码分多路复用存取)系统中的跳频形式或展开码，且通过根据对干扰电平或如上所述的载波/干扰功率比值的测量而进行分配接受/拒绝判定，第一实施例的无线电信道分配方案同样能够应用于任何这些情况，并获得基本类似的效果。
现在，描述根据本发明的信道分配方案和移动通信系统的第二实施例。
在此第二实施例中，移动通信系统具有与上述的图1所示的类似的总体配置，其中各个基站11具有与如图6所示的无线电信道分配有关的功能配置，它包括总共Ki(Ki是整数)个收发器13(131至13Ki)、与收发器13相连的收发器控制器14、与收发器控制器14相连的无线电信道控制器15A、与无线电信道控制器15A相连的呼叫处理控制器16、与无线电信道控制器15A相连的存储器17A、用于测量各个移动站的特征的移动站特征测量装置18、和与移动站特征测量装置18和无线电信道控制器15A相连的移动站特征测量装置控制器19。
无线电信道控制器15A对存储在存储器17A中并由来自呼叫处理控制器16的请求指定的数据进行读出、更新、和写入，并管理各个基站当前使用的无线电信道。收发器控制器14进行对收发器131至13Ki的管理，并进行对于从无线电信道控制器15A指定的无线电信道的分配接受/拒绝判定。
这里，通过根据移动站的特征—诸如相对于各个基站的距离、运动方向、和运动速度—而将这些移动站分成多个组，来分配这些无线电信道。为此，存储器17A被用于管理这些无线电信道的分配优先级，并存储各个无线电信道的信道标识(ch1至chM)的表、表明各个无线电信道是否当前被使用或未用的使用/未使用标志、以及寄存分配给各个无线电信道的N组分配优先级的的优先级表，如图7A所示，以及各个优先级表的优先级表号码(#1至#N)和用于将这些移动站分成N个组的距离、移动方向和移动速度的相应阈值，如图7B所示。
在图6的配置中，无线电信道分配操作是根据图8的流程图进行的。
当有来自呼叫处理控制器16的对于新呼叫或无线电信道切换的无线电信道分配请求时，无线电信道控制器15A，通过读取存储器17A中的使用/未使用标志，检查是否存在有当前未用的无线电信道(步骤S110)。在所有的无线电信道ch1至chM当前都得到使用的的情况下，这一事实被通知给呼叫处理控制器16，且操作结束。
在存在有当前未用的无线电信道的情况下，无线电信道控制器15A随后询问收发器控制器14是否存在有当前未用的收发器13(步骤S120)。在没有当前未用的收发器13的情况下，收发器控制器14将这一事实通过无线电信道控制器15A通知呼叫处理控制器16，且操作结束。
在存在有当前未用的收发器13的情况下，无线电信道控制器15A随后命令移动站特征测量装置控制器19对移动站特征测量装置18进行控制，从而借助该移动站特征测量装置18提取无线电信道所要分配到的移动站的特征—这些特征诸如距离、移动方向和移动速度(步骤S130)。
随后，移动站特征测量装置控制器19将从移动站特征测量装置18接收到的测量结果通知给无线电信道控制器15A；作为响应，无线电信道控制器15A将该通知的测量结果与存储在存储器17A中的用于确定优先级表编号的阈值进行比较，以确定适当的优先级表编号(步骤S140)。
随后，无线电信道控制器15A，通过访问寄存在存储器17A中的优先级表中的分配优先级—该存储器17A由在步骤140确定的优先级表编号指定，来选择当前未用的那些无线电信道中具有最高分配优先级的一个无线电信道的信道标识，并将该选定的信道标识通知收发器控制器14(步骤S150)。
作为响应，收发器控制器14以如下所述的方式进行关于选定的无线电信道是否能够使用的分配接受/拒绝判定，并将该分配接受/拒绝判定的结果送回到无线电信道控制器15A(步骤S160)。
随后，当分配接受/拒绝判定的结果表明选定的无线电信道能够使用时，无线电信道控制器15A在该优先级表上提高关于该选定的无线电信道的分配优先级(步骤S170)，以更新存储器17A上的分配优先级，且随后无线电信道控制器15A将该选定的无线电信道的信道标识通知呼叫处理控制器16，并在存储器17A中将该选定的无线电信道的相应输入项中的使用/未使用标志重写为“1”以表明它当前得到了使用，以实现无线电信道分配处理(步骤S175)。
另一方面，当分配接受/拒绝判定的结果表明选定的无线电信道不可使用时，无线电信道控制器15A降低该优先级表上关于选定的无线电信道的分配优先级(步骤S180)，以更新存储器17A上的分配优先级，且随后除非该选定的无线电信道是当前未用的最后一个无线电信道(步骤S190“否”)，无线电信道控制器15A，通过访问存储器17A中的分配优先级，选择当前未用的那些无线电信道中具有次最高分配优先级的一个无线电信道的信道标识，并将该选定信道标识通知收发器控制器14(步骤S200)，且为了这个随后选定的无线电信道而重复从上述的步骤160起的操作。
在重复操作的结果是对于当前未用的所有无线电信道的分配接受/拒绝判定结果都表明这些无线电信道不可被使用的情况下(步骤S190“是”)，无线电信道控制器15A将这一事实通知呼叫处理控制器16，且操作结束。
借助这种无线电信道分配操作，可以根据移动站的特征，对在各个基站内的不同移动站自动实现无线电信道的独立使用，以及不同基站之间无线电信道的独立使用，从而能够通过采用简单的控制实现具有高的频率利用效率和通信质量的无线电信道分配方案。
在上述无线电信道分配操作中，在步骤160进行的选定的无线电信道的分配接受/拒绝判定可以用各种方法进行，诸如其中将选定的无线电信道临时置入当前未用的收发器13之一以确定接收电平(即干扰电平)且当确定的接收电平小于或等于预定阈值时判定选定的无线电信道能够使用的方法、其中目标移动站也被通知以临时设置选定的无线电信道并在该基站接收从该目标移动站通过该选定的无线电信道传送来的无线电信号以确定关于该选定的无线电信道的载波/干扰功率比值且当确定的载波/干扰功率比值大于或等于预定阈值时判定选定的无线电信道可用的方法、或其中目标移动站也得到通知以临时设置选定的无线电信道且干扰电平或载波/干扰功率比值也在移动站侧受到测量且通过将确定的干扰电平或载波/干扰功率比值与预定阈值相比较而判定选定的无线电信道可用的方法。
在步骤160被用于选定的无线电信道的这种分配接受/拒绝判定的干扰电平或载波/干扰功率比值阈值，对于所有的组可以被设定成相同的，也可以被设定为对于各个组不同的。例如载波/干扰功率比值的阈值可以被设定为对于具有慢移动速度的移动站的所希望值具有较小的容限，因为预期这种移动站具有较小的通信状态变化；而该阈值对于具有快速移动速度的移动站的所希望值则具有较大的容限，因为预期这种移动站的通信状态具有较大的变化。类似地，对于在基站附近的移动站，干扰电平的阈值可以被设定为较大的值，且对于在蜂窝边缘附近的移动站则被设定为较小的值，以满足所需要的通信质量。
在上述无线电信道分配操作中，移动站的状态由基站在无线电信道分配时测量，但也可以对上述无线电信道分配操作的这个方面进行修正，从而使对移动站的状态的测量由移动站自己进行。例如，在此情况下，可以利用其中移动站在呼叫或呼叫接收时响应于从基站发出的一个命令而测量其自身的状态并将测量的状态报告给基站的方法，或其中移动站在呼叫或呼叫接收时或在处于闲置状态时自动测量其自身的状态并将测量的状态报告给基站的方法。第二实施例同样适用于这些方法中的任何一种，而获得类似的效果。
另外，在上述无线电信道分配操作中，分配优先级已经根据关于各个组的分配接受/拒绝判定结果而自适应地得到确定，但也可以对上述无线电信道分配操作的这一方面进行修正，从而使分配优先级根据关于各个组以及其他组的分配接受/拒绝判定结果而自适应地得到确定。例如，当该分配接受/拒绝判定结果是接受时，在该组中关于该无线电信道的分配优先级被提高，而在其他组中该无线电信道的分配优先级被降低，从而使关于该分配优先级的收敛时间能够得到缩短。
现在，将根据计算机模拟结果，来描述各个组和各个基站的分配优先级的例子。该计算机模拟涉及带有如图9所示的两个相邻基站11(BS#1和BS#2)的系统的情况的例子，其中在该整个系统中总共有五个可用无线电信道。优先级表的数目，即组的数目，被假定为三个，且编组只是按照离基站11的距离进行的。这里，移动站12离基站11的距离是通过在基站11测量从移动站12发送的无线电波的接收电平而估计的。另外，假定呼叫是按照泊松分布产生的，且在这些基站11的整个无线电区域上在空间上都是均匀的，而流入通信量被假定为在这两个无线电区域中相同。另外，当上和下行的载波/干扰功率比值大于或等于预定阈值时，分配接受/拒绝判定结果被设定为接受，且只有相同信道干扰被考虑为干扰。
在图10A至10C中表明了当从模拟开始已经过去了足够的时间之后，在两个基站BS#1和BS#2的分配优先级，其中图10A显示了优先级表#1的分配优先级—它被用于离基站近的移动站。图10B显示了用于处于距基站中等距离的移动站的分配优先级。图10C显示了用于离基站远的移动站的分配优先级。在这些图10A至10C中，沿着纵轴的较大值表示较大的分配优先级。
可以看出，在图10A中，信道#0对于BS#1和BS#2都具有最高分配优先级，因而在离基站近的该移动站的相邻无线电区域中采用了具有高分配优先级的相同无线电信道。另一方面，在图10B和10C中，具有最高分配优先级的无线电信道对于BS#1和BS#2是不同的。例如，在图10C中，无线电信道#2对于BS#1具有最高分配优先级，而无线电信道#4对于BS#2具有最高分配优先级，从而使不同的无线电信道能够得到使用，以避免在各个无线电区域中出现来自其他无线电区域的干扰。
还可以看到，在组之间无线电信道的独立使用是自动实现的。例如，对于BS#1，在图10A中无线电信道#0具有高分配优先级，而在图10B和10C中无线电信道#0具有低分配优先级，而在图10B中无线电信道#3具有高分配优先级，但在图10A和10C中该无线电信道#3具有低分配优先级。
一般地，对于远离基站并位于无线电区域边缘的移动站，载波接收电平对于上和下行线路都是低的，因而需要在较大的距离上重复利用所要分配给这种移动站的无线电信道，以抑制来自其他基站或周围的移动站的干扰电平，以防止通信质量的降低。相反地，对于接近基站的移动站，一定电平的载波接收电平可以得到保证，因而采用了与位于无线电区域的边缘的移动站情况相比具有较小接收距离的无线电信道，通信质量不会被降低。
因此，通过根据基站与移动站之间的距离而独立使用具有大的接收距离的无线电信道和具有小的接收距离的无线电信道，可以改善频率利用效率。在第二实施例的无线电信道分配方案中，无线电信道在基站内以及在不同基站之间的独立使用，根据移动站的特征，由各个基站的自动分布控制而自动实现，从而能够借助简单的控制来实现具有高的频率利用效率和通信质量的无线电信道分配方案。
现在，描述用于证实上述第二实施例的效果的计算机模拟的结果。该计算机模拟采用了具有由61个无线电区域形成的服务区的模型，且这些无线电区域具有带有全向天线的六边形蜂窝的形式。在此模型中，假定呼叫是按照泊松分布产生的且在这些无线电区域中都是空间均匀的，假定占用时间是指数分布的并具有等于120秒的平均值，且假定在各个无线电区域中呼叫的行为都是相同的。另外，假定将要进行呼叫或接收呼叫的移动站已经预先通过测量从基站以恒定的传输功率传输的主信道(控制信道)的接收功率而选择了无线电区域，且假定整个系统中可用的无线电信道的数目为35，且只有相同信道的干扰被考虑为干扰。假定优先级表的数目即组的数目为7，且编组只是根据作为移动站的特征的与基站的距离而进行的。这里，移动站与基站的距离是通过在基站测量从移动站传输的无线电波的接收电平而估计的。另外，当关于上和下行线路的载波/干扰功率比值大于或等于预定阈值时，分配接受/拒绝判定结果被设定为接受。
由该计算机模拟获得的结果由图11和12表示，其中系统容量是由在呼叫损失率为3％时每一个无线电区域的流入的通信量定义的，且图11显示了作为每一个无线电区域的流入通信量函数的呼叫损失率，该函数由采用单个分配优先级的传统无线电信道分配方案中的系统容量归一化了；图12显示了作为呼叫损失率的函数的、进行关于一个呼叫的无线电信道分配所需的分配接受/拒绝判定数目，该数目被在传统无线电信道分配方案中处理系统容量的情况中所需的分配接受/拒绝判定数目归一化了。
从该计算机模拟结果可见，与采用单个分配优先级的传统无线电信道分配方案相比，第二实施例的无线电信道分配方案能够对于系统容量实现大约25％的改善，并对于相对于该数目的系统容量中的一个呼叫进行无线电信道分配所需的分配接受/拒绝判定数目有大约10％的减小。
因此，可以证实，第二实施例的无线电信道分配方案的确能够大大改善系统容量，并将控制负载抑制在足够小的值，从而可以实现具有减小的控制负载和改善的频率利用效率的自动分布型动态信道分配方案和移动通信系统。
利用移动站的移动方向和移动速度作为移动站的特征的情况，能够以类似的方式借助类似的简单控制而实现类似的效果。
这里应该注意的是，当在不考虑移动站的移动方向和移动速度的情况下进行无线电信道分配时，由于移动站以高速移动并因而倾向于从一个无线电区域频繁移到另一个无线电区域，从而使在该移动目标无线电区域的无线电信道分配不能跟随该移动站的移动，因此产生强行呼叫断开的概率很高，且用于切换无线电信道的控制负载对于基站侧和移动站侧都会增大。另外，在这种情况下，由于存在有快速移动的移动站，干扰状态随着时间的变化很大，从而使出现干扰的概率对于快速移动的移动站和缓慢移动的移动站都增大了。因此，当在服务区中同时存在有具有不同移动速度的移动站时，需要根据这些移动站的移动方向和移动速度，分别采用无线电信道。
在第二实施例的无线电信道分配方案中，移动站被按照它们的移动方向和移动速度分成组，且通过与不同的组相应地采用不同的分配优先级而分配无线电信道，从而能够象在利用基站与移动站之间的距离的情况下那样，自动实现无线电信道的独立使用，且可以最大限度地抑制控制负载并频率利用效率的降低。
至于用在第二实施例中的无线电信道，可以考虑采用FDMA系统中的射频、采用TDMA系统中的时隙、以及重复使用CDMA系统中的跳频形式或展开码，且通过根据对干扰电平或载波/干扰功率比值的上述测量，第二实施例的无线电信道分配方案同样可以适用于这些情况中的任何一种，以获得基本上类似的效果。
现在描述根据本发明的信道分配方案和移动通信系统的第三实施例。
第三实施例涉及对第二实施例的修正，即不是根据各组内的分配接受/拒绝判定结果来自适应地确定分配优先级，而是根据在各组以及在其他组中所用的信道过去使用记录来自适应地确定分配优先级。
在第三实施例中，移动通信系统具有与上述的图1所示配置类似的总体配置，且各个基站11都具有与如上述图6所示的无线电信道分配有关的功能配置，并具有存储如上述图7A和7B所示的数据的存储器17A。
在第三实施例中，无线电信道分配操作是按照图13的流程进行的，而该流程与图8的流程的不同之处，在于步骤170被步骤171所代替，以按照如下的图14的流程图来进行分配优先级更新处理。这里，假定组依次被标有组标识1至N，而信道依次被标有信道标识1至M；且与在步骤140选定的优先级表编号相应的组，即移动站所属于的组，具有ID＝G；而在步骤150选定的无线电信道，即成功分配给该移动站的无线电信道，具有信道标识＝CH。
首先，在步骤1711，对于具有小于G的组标识的组中具有小于CH的信道标识的所有信道，即属于图15中表示的区域I的信道，分配优先级得到了提高。
随后，在步骤1712，对于带有大于G的组标识的组中具有小于或等于CH的信道标识的所有信道，即属于图15中表示的区域II的信道，分配优先级都得到了降低。
随后，在步骤1713，对于在具有小于G的组标识的组中具有大于或等于CH的信道标识的所有信道，即属于图15中表示的区域III的信道，分配优先级都得到了降低。
随后，在步骤1714，对于在具有大于G的组标识的组中具有大于CH的信道标识的所有信道，即属于图15中表示的区域IV的信道，分配优先级都得到了提高。
最后，在步骤1715，对于在具有组标识＝G的组中具有信道标识＝CH的信道，即位于图15中表示的区域V的信道，分配优先级得到了提高。
应该注意的是，不论这些步骤1711至1715的执行顺序如何，所产生的更新分配优先级都是相同的，因而这些步骤1711至1715能够以任何所希望的顺序进行。
借助这种包括图14的分配优先级更新处理的无线电信道分配操作，可以对于各个基站中的不同移动站，按照这些移动站的特征，自动实现无线电信道的独立使用，并自动实现不同基站的无线电信道的独立使用，同时分配优先级根据各组以及其他组中中的信道过去使用记录而自适应地确定，从而可以实现各个基站中无线电信道的更为明确的独立使用，并因此可以实现频率利用效率比在上述第二实施例中用简单控制实现的的频率利用效率更高的无线电信道分配方案。
在第三实施例中，在步骤160进行的选定的无线电信道的分配接受/拒绝判定能够以各种方法进行，诸如已经在第二实施例中描述的那些方法，且可以为所有的组设定相同的用在该分配接受/拒绝判定中的干扰电平或载波/干扰功率比值的阈值，或者象在第二实施例中那样为不同的组设定不同的这种阈值。另外，对移动站的状态的测量可以由移动站自己来进行，就象在第二实施例中那样。
现在，描述用于证实第三实施例的效果的计算机模拟。这种计算机模拟采用了一个模型，而该模型具有由带有全向天线的六边形蜂窝形式的61个无线电区域组成的服务区。在此模型中，假定呼叫是按照泊松分布产生的并在这些无线电区域中是空间均匀的，同时假定占用时间按照指数分布并具有120秒的平均值，且假定各个无线电区域中的呼叫的行为是相同的。另外，假定将进行呼叫或接收呼叫的移动站已经预先通过测量从基站以恒定的传输功率发送的主信道(控制信道)的接收功率而选定了无线电区域，同时假定整个系统中可用的无线电信道的数目为70个，且只有相同的信道干扰被考虑被干扰。合成优先级表的数目即组的数目为30个，且编组只是根据作为移动站的特征的与基站的距离而进行的。这里，移动站离基站的距离，是通过在基站测量从移动站发送的无线电波的接收电平而估计的。另外，当上和下行线路的载波/干扰功率比值大于或等于预定阈值时，分配接受/拒绝判定结果被设定为接受。
由该计算机模拟获得的结果被表示在图16中，其中系统容量被定义为在3％的呼叫损失率下每个无线电区域流入通信量，且图16显示了作为每个无线电区域的系统容量的函数的呼叫损失率，它被在采用单个分配优先级的传统无线电信道分配方案中的系统容量所归一化了。
从该计算机模拟结果可见，第三实施例的无线电信道分配方案，与采用单个分配优先级的传统无线电信道分配方案相比，对于容纳呼叫的数目能够实现大约为60％的显著改善，且与上述第二实施例相比对于系统容量能够获得大约为28％的进一步改善。
因此，可以证实，第三实施例的无线电信道分配方案的确能够显著改善系统容量，并同时把控制负载抑制在足够小的水平，因而能够以降低的控制负载和进一步改善的频率利用效率，实现自动分布型的动态信道分配方案和移动通信系统。
采用移动站的移动方向和移动速度作为移动站的特征的情况，也能够借助类似的简单控制实现类似的效果。
至于用在第三实施例中的无线电信道，可以考虑采用FDMA系统中的射频、采用TDMA系统中的时隙、以及重复使用CDMA系统中的跳频形式或展开码，且通过根据对干扰电平或载波/干扰功率比值的上述测量，第三实施例的无线电信道分配方案同样适用于这些情况中的任何一种，以获得基本上类似的效果，就象在第二实施例中那样。
现在，描述根据本发明的和信道分配方案的第四实施例。
在第四实施例中，移动通信系统具有与在上述图1中所示的类似的总体配置，其中各个基站11具有与如图17所示的无线电信道分配有关的功能配置，它包括总共Ki组(Ki是整数)收发器13(131至13Ki)、与收发器13相连的收发器控制器14、与收发器控制器14相连的无线电信道控制器15B、与无线电信道控制器15B相连的呼叫处理控制器16、与无线电信道控制器15B相连的第一存储器17B、用于测量各个移动站的特征的移动站特征测量装置18、与移动站特征测量装置18和无线电信道控制器15B相连的移动站特征测量装置控制器19、与第一存储器17B和移动站特征测量装置控制器19相连的参数控制器25、以及与参数控制器25相连的第二存储器26。
无线电信道控制器15B对存储在第一存储器17B中并被来自呼叫处理控制器16的请求所指定的数据进行读出、更新和写入，并管理各个基站当前所使用的无线电信道。收发器控制器14对收发器131至13Ki进行测量，并对从无线电信道控制器15B指定的无线电信道进行分配接受/拒绝判定。
参数控制器25通过移动站特征测量装置控制器19接收来自移动站特征测量装置18的移动站特征测量结果，并更新存储在第二存储器26中的测量结果，同时还根据存储在第二存储器26中的测量结果计算用于对移动站进行编组的阈值，并更新存储在第一存储器17B中的阈值。这里，第一存储器17B和第二存储器26在图17被表示为单独的部件，但如果需要则这些第一存储器17B和第二存储器26可以由一个单个的存储器件整体地提供。
这里，通过按照诸如相对于各个基站的距离、移动方向和移动速度的移动站特征将这些移动站分成多个组，而分配无线电信道。因此，第一存储器17B被用来存储W个无线电信道(W是整数)中的每一个的信道标识(ch1至chw)和表示各个无线电信道当前是否被使用的使用/未使用标志的表，以及各组无线电信道的组标识(#1至#N)以及用于将移动站分成N组所用的距离、移动方向和移动速度的表，如图18所示。另一方面，第二存储器26被用来存储在移动站的过去X个状态(X是整数)的移动站距离数据表、移动方向数据表和移动速度数据表，如图19所示。这里，如果需要，其测量结果将要被寄存在该第二存储器26中的过去状态的数目，对于不同的距离、移动方向和移动速度，可以是不同的。
在图17的配置中，无线电信道分配操作是按照如下的图20的流程图进行的。
当有对于新呼叫或来自呼叫处理控制器16的无线电信道切换的无线电信道分配请求时，无线电信道控制器15B，通过读取第一存储器17B中的使用/未使用标志，检查是否存在有当前未用的无线电信道(步骤S210)。在所有的无线电信道ch1至chM当前都被使用的情况下，该事实被通知给呼叫处理控制器16且操作结束。
在存在有当前未用的无线电信道的情况下，无线电信道控制器15B随后询问收发器控制器14是否存在有当前未用的收发器13(步骤S220)。在没有当前未用的收发器13的情况下，收发器控制器14通过无线电信道控制器15B将该事实通知呼叫处理控制器16，且操作结束。
在存在有当前未用的收发器13的情况下，无线电信道控制器15B随后命令移动站特征测量装置控制器19对移动站特征测量装置18进行控制，以由移动站特征测量装置18提取无线电信道所要分配的移动站的特征，诸如距离、移动方向和移动速度(步骤S230)。
随后，移动站特征测量装置控制器19将从移动站特征测量装置18接收到的测量结果通知无线电信道控制器15B和参数控制器25，且作为响应，无线电信道控制器15B将通知的测量结果与存储在第一存储器17A中的用于确定组标识的阈值进行比较，以确定适当的组标识(步骤S240)。
随后根据预定的无线电信道分配程序，选择并分配带有在步骤240确定的组标识的组的无线电信道中的当前可用无线电信道(步骤S250)。当在该选定组的无线电信道中没有当前可用无线电信道时，无线电信道控制器15B将该事实通知呼叫处理控制器16，且操作结束。
随后，移动站特征测量装置18根据从移动站特征测量装置控制器19通知的测量结果更新记录在第二存储器26中的测量结果(步骤S260)，并随后读出记录在第二存储器26中的过去测量结果、根据预定的计算程序从读出的过去测量结果计算用于对移动站进行编组的阈值、并用计算出的阈值更新存储在第一存储器17B中的阈值，且操作结束(步骤S270)。
在该无线电信道分配操作中，移动站的状态是由基站在无线电信道分配时测量的，但是也可以对上述无线电信道分配操作的这个方面进行修正，从而使对移动站状态的测量由移动站自己进行。在此情况下，可以采用例如其中移动站响应于在呼叫或呼叫接收时从基站发出的指令而测量其自身的状态并将测量到的状态报告给基站的方法，或采用其中移动站在呼叫或呼叫接收时或在处于闲置状态时测量其自身状态并将测量到的状态报告给基站的方法。第四实施例同样适用于这些方法的任何一种，并能够获得基本相同的效果。
另外，还可以对该无线电信道分配操作进行修正，从而使在步骤260和270对测量结果和阈值的更新只当在步骤250成功地进行了无线电信道分配时进行，且当步骤250的无线电信道分配不成功时跳过步骤260和270。更具体地，在这种情况下，无线电信道分配操作按照图21的流程进行；该流程与图20的流程的不同，在于在步骤250和260之间设置了一个附加的步骤255，用于判定在步骤250进行的无线电信道分配是否成功。在该无线电信道分配成功的情况下，操作进行到步骤260和270，否则操作结束。
一般，由于诸如没有当前未用的收发器或没有当前可用的无线电信道的原因而没有被连接的呼叫，将被作为损失系统中的呼叫损失或作为延迟系统中的等候呼叫，而得到处理。作为损失系统中的呼叫损失处理的呼叫或作为延迟系统中的等候呼叫处理、但由于等待时间的限制或由于等待时间太长而放弃等待而最终未能得到连接的呼叫，造成了产生重复呼叫的现象，并将被称为重复呼叫。当系统陷入阻塞状态并产生了很多重复呼叫时，记录在第二存储器26中的测量结果可能与实际的通信量分布有很大的偏差。然而，通过只有当步骤250的无线电信道分配成功时更新测量结果和阈值，可以防止出现测量结果的这种偏差，因此可以更精确地确定阈值。
现在，利用图22所示的模型，描述在上述无线电信道分配操作中的步骤270确定阈值的详细程序。这里，对于采用移动站距基站的距离作为移动站的特征的情况、采用移动方向作为移动站的特征的情况、和采用移动速度作为移动站的特征的情况，都可以使用类似的阈值确定方式，因而下面将只描述采用距离的情况。
在图22所示的模型中，系统的服务区被九个基站BS1至BS9所覆盖，其中设置在具有较大的通信量的中心区域的基站BS1至BS3每一个都具有较小的蜂窝半径，而设置在具有较小的通信量的周边区域上的基站BS4至BS9每一个都具有较大的蜂窝半径。实际的移动通信系统经常采用在具有较大通信量的大城市区设置更多具有较小的蜂窝半径的基站并在具有较小的通信量的郊外设置较少的具有较大的蜂窝半径的基站的方案，且图22的模型实际上代表了这种实际情况。
在图22的模型中，对于处于中心区的基站BS1和处于周边区的基站BS5的从移动站至基站的距离的累积频率分布，如图23所示。这里，移动站距基站的距离是从一个接收电平估计的，而该接收电平由保证所需的信号/热噪声比所需的接收电平归一化。由于蜂窝半径的不同，具有较大蜂窝半径的基站BS5具有较低的接收电平。此时，通过利用在基站BS1和基站BS5的记录数据而获得的阈值，分别如图24和25所示。图24和25显示了采用四个组并确定阈值以使这些组的大小彼此相等的情况。该记录数据由相对累积频率表示，且使相对累积频率等于0.25、0.5和0.75的接收电平，被确定为阈值TH2、TH3和TH4，而TH1被设定为等于所需的接收电平。
以此方式，通过采用第四实施例，用于编组移动站的阈值能够在不需要复杂的设计的情况下根据移动站的状态而得到确定。应该注意的是，图24和25显示了确定阈值以使组的大小彼此相等的情况，但第四实施例同样可以适用于确定阈值以通过只改变将要在确定阈值时访问的相对累积频率值而使组的大小彼此不同的情况。
借助上述处理，可以设置一种移动通信系统和一种信道分配方案，其中各个基站能够借助其自身的自动处理来确定在确定编组时所要使用的阈值，而不需要复杂的、需要大量的时间和努力的设计和与系统扩展或周围的各个基站的无线电波传播状态和/或通信分布变化有关的重新设计。
下面，描述上述第四实施例的一种变形，该变形采用了一种方式，以根据过去的移动站特征测量结果的顺序统计来确定用于编组的阈值。
在此情况下，如图26所示，除了移动站在过去X个移动站状态的用于测量的距离L1至Lx的距离数据表、用于测量的移动方向D1至Dx的移动方向数据表、和用于测量的移动速度V1至VX的移动速度数据表以外，第二存储器26还存储用于根据移动站与基站的距离进行编组的组的组大小PL1至PLr的表(其中r是由这种根据距离的编组产生的组的数目)、用于根据移动站的移动方向进行编组的组的大小PD1至PDs的表(其中s是从这种根据移动方向的编组产生的组的数目)、和根据移动站的移动速度进行编组的组大小PV1至PVt的表(其中t是从这种根据移动速度进行编组而产生的组的数目)。
这些组的大小每一个都具有由一个系统操作者所预定的值，该值在大于0且小于1的范围内，因而PL1+PL2+……+PLr＝1PD1+PD2+……+PDs＝1PV1+PV2+……+PVt＝1在这里应该注意的是，图26是在r＞s＞t的情况下绘制的，但这只是一种举例的情况，且r、s和t之间的关系可以是任意的。另外，其测量结果将被寄存在第二存储器26中的过去状态的数目X，对于不同的距离、移动方向和移动速度，可以是不同的。一般，对于大量的组，要求大量的测量结果，因而其测量结果将要被寄存在第二存储器26中的过去状态的数目可以根据所要求的组数而变化。
随后，按照以下程序，由参数控制器25确定用于编组的阈值。这里，对于采用移动站与基站的距离作为移动站的特征的情况、采用移动方向作为移动站的特征的情况、和采用移动速度作为移动站的特征的情况，可以采用类似的方式来确定阈值，因而下面将只描述采用距离的情况。
(a)为了确定阈值，参数控制器25读出存储在第二存储器26中的距离数据L1至Lx，并将它们按照增大的顺序重新排列如下L(1)≤L(2)≤……≤L(x)其中括号中的上标表示在这种重新排列之后的依次顺序号，它与距离数据L1至LX被存储在第二存储器26中的顺序无关。
(b)随后，获得一个满足以下关系的自然数jj/X＜PL1≤(j+1)/X(c)随后，采用在(b)中获得的自然数j借助以下公式获得(距离的)阈值TL1TL1＝L(j)+(PL1×X-j)×(L(j+1)-L(j))(d)以类似的方式，对于各个其他的组大小PL2至PLr重复上述(b)和(c)。
从(a)至(d)的上述程序与图20的流程图中的步骤260至270的处理对应。采用顺序统计确定阈值，相当于根据从总数获得的观测值来估计总数的分布函数，且它是与总数的分布函数的形状无关的非参数估计。
借助上述从(a)至(d)的程序，与从结合图24和25描述的分布函数确定阈值的方式相比，阈值的确定可以更为简单，且可以根据不同基站的各种不同状态来确定用于编组的阈值，而不需要复杂的设计。
至于用在第四实施例中的无线电信道，可以考虑采用FDMA系统中的射频、采用TDMA系统中的时隙、以及重复使用CDMA系统中的频率跳跃形式或展开码，且第四实施例的无线电信道分配方案同样可以适用于这些情况中的任何一种，以获得基本上类似的效果。
应该注意的是，上述的第一实施例可以与上述的第二或第三实施例和/或上述的第四实施例相结合，而上述的第二或第三实施例可以与上述的第四实施例相结合，以同时获得这些实施例的各种效果。
应该注意的是，除了已经在上面描述的以外，在不脱离本发明的新颖和有利的特征的情况下，可以获得上述实施例的很多修正和变形。因此，所有这些修正和变形都应该被包括在所附的权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种用于在移动通信系统中将无线电信道分配给基站与移动站之间的通信的方法，包括以下步骤(a)根据这些移动站的过去状态记录，确定用于对这些移动站进行编组的阈值；(b)根据在步骤(a)确定的用于编组的阈值，在各个基站将这些移动站分成N个组，其中N是整数；(c)在所述各个基站，为各个移动站，根据为在步骤(b)编组的所述N个组中所述各个移动站所属于的一个组预定的程序，依次选择当前未用的各个无线电信道并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定；以及(d)将在步骤(c)被判定为可用的一个无线电信道分配给所述各个基站与所述各个移动站之间的通信。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤(a)，这些移动站的过去状态记录表示了这些移动站离所述各个基站的距离、这些移动站的移动方向、和这些移动站的移动速度中的至少一个的测量结果。
3.根据权利要求1的方法，其中在步骤(a)，只有当所述一个无线电信道在步骤(d)被成功地分配时，用于编组的阈值才按照这些移动站的新测量到的状态而得到更新。
4.根据权利要求1的方法，其中在步骤(a)，用于编组的阈值根据这些移动站的过去状态记录相对于接收电平的累积频率分布而得到确定。
5.根据权利要求1的方法，其中在步骤(a)，用于编组的阈值根据这些移动站的过去状态记录的顺序统计而得到确定。
6.根据权利要求5的方法，其中在步骤(a)，用于编组的阈值通过以下步骤确定(a1)按照数据值增大的顺序，重新排列关于各个移动站的过去状态的数据L1至LX，其中X是一个整数，重新排列的数据L(1)至L(x)给定如下L(1)≤L(2)≤……≤L(x)(a2)指定一个自然数j，它满足j/X＜PLi≤(j+1)/X其中PLi是由这些移动站的过去状态记录编组的第i组的组的大小，(a3)用以下公式获得第i组的阈值TLiTLi＝L(j)+(PLi×X-j)×(L(j+1)-L(j))(a4)对于所有的i值重复步骤(a2)和(a3)。
7.一种移动通信系统，包括移动站；以及用于通过分配无线电信道而与这些移动站进行通信的基站，各个基站包括存储器，用于管理按照这些移动站的过去状态记录对这些移动站进行编组的阈值，从而使这些移动站按照这些用于编组的阈值而被分成N个组，其中N是一个整数；以及控制装置，用于为各个移动站，按照为所述N个组中所述各个移动站所属于的一个组预定的程序，依次选择当前未用的各个无线电信道并依次进行关于各个选定的无线电信道是否可用的分配接受/拒绝判定，以便把被判定为可用的一个无线电信道分配给所述各个基站与所述各个移动站之间的通信。
8.根据权利要求7的系统，其中该存储器还管理表示这些移动站与所述各个基站的距离、这些移动站的移动方向、和这些移动站的移动速度中的至少一个的测量结果的移动站过去状态记录。
9.根据权利要求7的系统，进一步包括一种装置，该装置用于只有当所述一个无线电信道被该控制装置所成功分配时才根据这些移动站的新的测量状态更新用于对存储器中管理的用于编组的阈值。
10.根据权利要求7的系统，进一步包括一种装置，该装置用于根据这些移动站的过去状态记录相对于接收电平的累积频率分布来确定管理在该存储器中的、用于编组的阈值。
11.根据权利要求7的系统，进一步包括一种装置，该装置用于根据这些移动站的过去状态记录的顺序统计来确定管理在该存储器中的、用于编组的阈值。
12.根据权利要求11的系统，其中所述用于确定用于编组的阈值的装置通过以下步骤来确定用于编组的阈值(a1)按照数据值增大的顺序，重新排列关于各个移动站的过去状态的数据L1至Lx，其中X是一个整数，重新排列的数据L(1)至L(x)给定如下L(1)≤L(2)≤……≤L(x)(a2)指定一个自然数j，它满足j/X＜PLi≤(j+1)/X其中PLi是用这些移动站的过去状态记录编组的第i组的组的大小，(a3)用以下公式获得第i组的阈值TLiTLi＝L(j)+(PLi×X-j)×(L(j+1)-L(j))(a4)对于所有的i值重复步骤(a2)和(a3)。
全文摘要
采用自动分布型动态信道分配方案的移动通信系统,其中各基站根据各信道的信道过去使用记录管理可用的信道的分配优先级,并通过用按照各信道的分配接受/拒绝判定结果距当前时间的时间间隔而变化的加权因子对该分配接受/拒绝判定结果进行加权,来更新各信道的分配优先级。移动站可根据其状态被分成N个组,且可以在各基站管理各信道的分配优先级。用于对移动站编组的阈值可以根据移动站的过去状态记录确定。
文档编号H04W16/04GK1390065SQ01132929
公开日2003年1月8日 申请日期1995年1月28日 优先权日1994年2月4日
发明者石川义裕, 梅田成视 申请人:Ntt移动通信网株式会社