Kanalzuweisungsschemata - Channel allocation schemes
In Funkressourcenverwaltung für drahtlose und zellulare Netze , Kanalzuweisung zuzuweisen Schemata Bandbreite und Kommunikationskanäle zu den Basisstationen, Zugangspunkten und Endgeräte. Ziel ist es, durch Frequenzwiederverwendung eine maximale spektrale Systemeffizienz in Bit / s / Hz / Ort zu erreichen , aber dennoch einen bestimmten Grad an Service zu gewährleisten, indem Gleichkanalstörungen und Nachbarkanalstörungen zwischen benachbarten Zellen oder Netzwerken, die die Bandbreite gemeinsam nutzen, vermieden werden .
Kanalzuweisungsschemata folgen einer von zwei Arten von Strategien:
- Behoben : FCA, feste Kanalzuweisung: manuell vom Netzbetreiber zugewiesen
-
Dynamisch :
- DCA, dynamische Kanalzuweisung
- DFS, dynamische Frequenzauswahl
- Breites Spektrum
Statische Kanalzuordnung
Bei der Festkanalzuweisung oder Festkanalzuweisung ( FCA ) erhält jede Zelle einen vorbestimmten Satz von Frequenzkanälen. FCA erfordert eine manuelle Frequenzplanung, was bei Systemen mit Zeitmultiplex -Mehrfachzugriff (TDMA) und Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA) eine mühsame Aufgabe ist , da solche Systeme sehr empfindlich auf Gleichkanalstörungen durch nahegelegene Zellen reagieren, die diese wiederverwenden Kanal. Ein weiterer Nachteil bei TDMA- und FDMA-Systemen mit FCA besteht darin, dass die Anzahl der Kanäle in der Zelle unabhängig von der Anzahl der Kunden in dieser Zelle konstant bleibt. Dies führt zu Verkehrsstaus und zum Verlust einiger Anrufe, wenn der Verkehr in einigen Zellen stark wird, und zur Leerlaufkapazität in anderen Zellen.
Wenn FCA mit herkömmlichem FDMA und möglicherweise oder TDMA kombiniert wird, kann eine feste Anzahl von Sprachkanälen über die Zelle übertragen werden. Ein neuer Anruf kann nur über einen nicht verwendeten Kanal verbunden werden. Wenn alle Kanäle belegt sind, wird der neue Anruf in diesem System blockiert. Es gibt jedoch mehrere dynamische Funkressourcenverwaltungsschemata , die mit FCA kombiniert werden können. Eine einfache Form ist die verkehrsadaptive Übergabeschwelle, was bedeutet, dass Anrufe von Mobiltelefonen, die sich in der Überlappung zwischen zwei benachbarten Zellen befinden, gezwungen werden können, die Übergabe an die Zelle mit der momentan niedrigsten Last vorzunehmen. Wenn FCA mit Spreizspektrum kombiniert wird, ist die maximale Anzahl von Kanälen theoretisch nicht festgelegt, aber in der Praxis wird eine maximale Grenze angewendet, da zu viele Anrufe einen zu hohen Gleichkanal-Interferenzpegel verursachen würden, was die Qualität problematisch macht. Das Spreizspektrum ermöglicht die Anwendung der Zellatmung , indem eine überlastete Zelle die Kapazität (maximale Anzahl gleichzeitiger Anrufe in der Zelle) von einer nahe gelegenen Zelle mit derselben Frequenz ausleihen kann.
FCA kann mithilfe einer Ausleihstrategie, bei der eine Zelle Kanäle von der Nachbarzelle ausleihen kann, die vom Mobile Switching Center (MSC) überwacht wird, zu einem DCA-System erweitert werden .
Dynamische Frequenzauswahl
Die dynamische Frequenzauswahl ( Dynamic Frequency Selection, DFS ) ist ein Mechanismus, der für drahtlose Netzwerke mit nicht zentral gesteuerten Zugriffspunkten wie z. B. drahtloses LAN (üblicherweise Wi-Fi) spezifiziert ist . Es wurde entwickelt, um Interferenzen mit anderen Nutzungen des Frequenzbandes wie Militärradar , Satellitenkommunikation und Wetterradar zu verhindern . Die Zugangspunkte würden automatisch Frequenzkanäle mit niedrigen Interferenzpegeln auswählen. Im Falle des WLAN-Standards wurde DFS 2003 im Rahmen von IEEE 802.11h standardisiert . Das tatsächliche Frequenzband für DFS variiert je nach Gerichtsbarkeit. Es wird häufig für die Frequenzbänder erzwungen, die von der Terminal-Doppler-Wetterradar- und C-Band- Satellitenkommunikation verwendet werden. Die Fehlkonfiguration der DFS hatte während der frühen Bereitstellung von 5-GHz-WLAN in einer Reihe von Ländern der Welt zu erheblichen Störungen des Wetterradarbetriebs geführt. Zum Beispiel ist DFS auch im U-NII- Band 5470-5725 MHz zur Radarvermeidung in den Vereinigten Staaten vorgeschrieben.
Dynamische Kanalzuweisung
Eine effizientere Art der Kanalzuweisung wäre die dynamische Kanalzuweisung oder die dynamische Kanalzuweisung ( Dynamic Channel Allocation, DCA), bei der der Sprachkanal nicht dauerhaft der Zelle zugewiesen wird, sondern für jeden Anrufanforderungs-Basisstationsanforderungskanal von MSC. Der Kanal wird nach einem Algorithmus zugewiesen, der die folgenden Kriterien berücksichtigt:
- Zukünftige Blockierungswahrscheinlichkeit in benachbarten Zellen und Wiederverwendungsabstand
- Nutzungshäufigkeit des Kandidatenkanals
- Durchschnittliche Blockierungswahrscheinlichkeit des Gesamtsystems
- Momentane Kanalbelegungsverteilung
Die MSC muss Echtzeitdaten zur Kanalbelegung, Verkehrsverteilung und RSSI ( Received Signal Strength Indications ) erfassen . DCA-Schemata werden für TDMA / FDMA- basierte zellulare Systeme wie GSM vorgeschlagen , werden jedoch derzeit in keinem Produkt verwendet. OFDMA- Systeme, wie die Abwärtsverbindung von 4G- Zellularsystemen, können als DCA-Ausführung für jeden einzelnen Unterträger sowie für jeden Zeitschlitz angesehen werden.
DCA kann weiter in zentralisiert und verteilt klassifiziert werden . Einige der zentralisierten DCA-Systeme sind:
- Erster verfügbarer (FA): Der erste verfügbare Kanal, der die Anforderung der Wiederverwendungsentfernung erfüllt, wird dem Anruf zugewiesen
- Lokal optimierte dynamische Zuordnung (LODA): Die Kostenfunktion basiert auf der zukünftigen Blockierungswahrscheinlichkeit in den Nachbarzellen
- Auswahl mit maximaler Nutzung am Wiederverwendungsring (RING): Es wird ein Kandidatenkanal ausgewählt, der in den meisten Zellen des Gleichkanalsatzes verwendet wird
DCA und DFS eliminieren die mühsame manuelle Frequenzplanungsarbeit. DCA verarbeitet auch den Bursty- Cell-Verkehr und nutzt die Mobilfunkressourcen effizienter. Mit DCA kann die Anzahl der Kanäle in einer Zelle mit der Verkehrslast variieren, wodurch die Kanalkapazität mit geringen Kosten erhöht wird.
Breites Spektrum
Das Spreizspektrum kann als Alternative zu komplexen DCA-Algorithmen betrachtet werden. Das Spreizspektrum vermeidet eine Cochannel-Interferenz zwischen benachbarten Zellen, da die Wahrscheinlichkeit, dass Benutzer in nahe gelegenen Zellen denselben Spreizcode verwenden, unbedeutend ist. Somit wird das Frequenzkanalzuweisungsproblem in zellularen Netzen gelockert, die auf einer Kombination von Spreizspektrum und FDMA basieren, beispielsweise IS95- und 3G- Systemen. Das Spreizspektrum erleichtert es auch, dass zentral gesteuerte Basisstationen je nach Verkehrslast Ressourcen dynamisch voneinander ausleihen, indem einfach die maximal zulässige Anzahl gleichzeitiger Benutzer in einer Zelle (der maximal zulässige Interferenzpegel der Benutzer in der Zelle) erhöht und verringert wird es in einer benachbarten Zelle. Benutzer in der Überlappung zwischen dem Abdeckungsbereich der Basisstation können zwischen den Zellen übertragen werden (als Zellatmung bezeichnet), oder der Verkehr kann durch Zugangssteuerung und Verkehrsformung reguliert werden.
Das Spreizspektrum ergibt jedoch eine geringere spektrale Effizienz als Techniken ohne Spreizspektrum, wenn die Kanalzuordnung im letzteren Fall durch ein gutes DCA-Schema optimiert wird. Insbesondere die OFDM- Modulation ist eine interessante Alternative zum Spreizspektrum, da sie die Mehrwegeausbreitung für Breitbandkanäle ohne komplexe Entzerrung bekämpfen kann. OFDM kann mit OFDMA für den Uplink-Mehrfachzugriff zwischen Benutzern in derselben Zelle erweitert werden. Zur Vermeidung von Interferenzen zwischen Zellen ist FDMA mit DCA oder DFS erneut von Interesse. Ein Beispiel für dieses Konzept ist der oben erwähnte IEEE 802.11h- Standard. OFDM und OFDMA mit DCA werden häufig als Alternative für drahtlose 4G- Systeme untersucht.
DCA auf Paket-für-Paket-Basis
Bei paketbasierten Datenkommunikationsdiensten ist die Kommunikation stoßweise und die Verkehrslast ändert sich schnell. Für eine hohe Effizienz des Systemspektrums sollte DCA paketweise durchgeführt werden. Beispiele für Algorithmen für die paketweise DCA sind Dynamic Packet Assignment (DPA), Dynamic Single Frequency Networks (DSFN) und Packet and Resource Plan Scheduling (PARPS).
