DE19605873C2

DE19605873C2 - Richtfunksystem mit dezentral gesteuerter dynamischer Kanalwahl und dynamischer Kapazitätszuweisung

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Publication number: DE19605873C2
Application number: DE1996105873
Authority: DE
Inventors: Bernhard Walke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-17
Filing date: 1996-02-17
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2016-02-18
Also published as: DE19605873A1

Abstract

Kurzfassung und Aufgabe DOLLAR A Bestehende Richtfunk- und PMP-Systeme verfügen über keine automatische Kanalwahl, die sich an der Interferenzsituation orientiert, sondern können nur einen extern vorgegebenen Kanal einstellen. Diese Systeme können den eingestellten Kanal bei Störungen nicht dynamisch ändern und die dafür erforderlichen vorbereitenden Messungen nicht eigenständig durchführen. Die Veränderung der Kanalübertragungsrate im laufenden Betrieb ist ebenfalls nicht möglich. DOLLAR A Lösung DOLLAR A Es wird die meßtechnische Kanalüberwachung des eigenen und alternativer Betriebskanäle durch die Funkterminals unter Kontrolle des Netzmanagements eingeführt und automatisch vor Einrichtung der Funkstrecke ein günstiger Kanal durch Messung ermittelt sowie der aktuell benutzte FDM/TDM-Kanal im laufenden Betrieb ggf. durch nicht spürbares Umschalten gewechselt, wenn der gegenwärtige Kanal durch Interferenz oder andere Gründe beeinträchtigt wird. Dabei werden andere Funksysteme im gleichen Frequenzband berücksichtigt und die bestmögliche Koexistenz durch gezielte Interferenzvermeidung anderer Systeme erreicht. DOLLAR A Nutzen DOLLAR A Die Erfindung ist bei zunehmender Zahl und Dichte von Richt- und PMP-Funksystemen unverzichtbar, um die bisherige manuelle Kanaleinstellung und die zentralisierte Funkplanung durch dezentral in den Funkterminals wirkende effiziente Verfahren zu ersetzen. Dabei wird ein Beitrag zur frequenzökonomischen Nutzung des Richtfunkspektrums geleistet.

Description

1. Stand der Technik

Richtfunksysteme zur Verbindung von Terminals über ein Funkmedium zur Übertragung von digital codierten Nachrichten sind bekannt und in großer Zahl im Einsatz. Sie haben allgemein eine Struktur gemäß Bild 1. Derartige Systeme werden für Telekommunikationsanwendungen z. B. in den Frequenzbändern bei 7, 13, 23, 26, 29, 38 GHz betrieben. Ein Richtfunk- Frequenzband hat eine bestimmte Bandbreite, die üblicherweise in sogenannte Frequenzka näle (kurz: FDM-Kanäle, frequency division multiplex, FDM) unterteilt ist. Beispielsweise ist nach BAPT 211 ZV 12/38 GHz das Frequenzband von 37 bis 39 GHz (38 GHz Band) in Ka näle der Bandbreite 7, 14, 28, 56 bzw. 140 MHz unterteilt, die für einzelne Richtfunkstrecken ortsabhängig ausgewählt werden und in der Regel für die Dauer des Betriebs der Funkstrecke beibehalten werden [1]. Richtfunkstrecken benötigen zur Übertragung zwischen zwei Termi nals meist nur einen Teil eines Frequenzbandes, z. B. einen 7 MHz breiten FDM-Kanal zur Realisierung einer vollduplex Übertragungsstrecke mit einer Kapazität von 2.048 kbit/s (z. B. mit Schnittstelle nach ITU-T G.703 für die Realisierung einer Primärmultiplexstrecke [PCM30 System]). Die beispielhaft genannte Primärmultiplexstrecke kann zur Übertragung von Infor mation zwischen zwei Funkterminals mit der genannten Übertragungsrate, oder zur Realisie rung vieler quasi simultan verfügbarer Zeitmultiplexkanäle (time division multiplex, TDM) (kurz: TDM-Kanäle), z. B. je mit 64 kbit/s benutzt werden.

Die Zuweisung eines Funkfrequenzbandes für Richtfunk und eines oder mehrerer FDM-Kanäle des Bandes an einen Betreiber der Richtfunkstrecke erfolgt nach übergeordneten Gesichts punkten, meist durch eine nationale Behörde (in Deutschland z. Zt. BAPT). Übergeordnete Gesichtspunkte sind u. a. zu überbrückende Entfernung für die Nachrichtenübertragung, ange strebte Dienstgüte (Zuverlässigkeit und Bitfehlerhäufigkeit) und bestehende Nutzungen des Frequenzbandes in der Umgebung des beabsichtigten Standortes der geplanten Strecke. Dabei wird angestrebt, durch Vorausberechnung der Funkausbreitung planend zu vermeiden, daß bereits bestehende Funkstrecken durch Interferenzsignalenergie desselben bzw. von Nachbar kanälen der geplanten Strecke gestört und damit in ihrer Dienstgüte beeinträchtigt werden. Die Planung wird z. B. vom Bundesamt für Post und Telekommunikation (BAPT) durchgeführt, wobei eine frequenzökonomische Ressourcenzuweisung durch Berücksichtigung der Länge und erforderlichen Kapazität der Funkstrecke angestrebt wird.

1.1 Gemeinsamkeiten von Richtfunk und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystemen

Während ein Richtfunksystem für die vollduplex Verbindung von zwei ortsfesten Funktermi nals über einen oder mehrere FDM-Kanäle eines gegebenen Frequenzbandes genutzt wird, wird beim Punkt-zu-Mehrpunkt (point-to-multipoint, PMP) Funksystem ein ortsfestes zentra les Funkterminal mit mehreren ortsfesten Teilnehmerterminals über Funk so verbunden, daß jedes Teilnehmerterminal nur einen Teil der vom zentralen Terminal für das gesamte System zur Verfügung gestellten Übertragungskapazität ständig exklusiv zugewiesen erhält, um eine Verbindung mit bekannter Übertragungskapazität zwischen zentralem und Teilnehmerterminal (in beide Richtungen) betreiben zu können. Die Übertragungskapazitäten für die kommende und gehende Richtung (aus Sicht des Teilnehmerterminals) müssen nicht gleich groß sein. Je doch kann die Summe der vom zentralen Terminal zu den einzelnen Teilnehmerterminals ge henden Kanalkapazität die Übertragungskapazität des gewählten bzw. zugewiesenen Fre quenzkanals nicht überschreiten. Dasselbe gilt für die Übertragungskapazität der kommenden Richtung. Üblicherweise ist die Funkversorgung des zentralen Terminals auf einen Sektor (z. B. 60° horizontaler Öffnungswinkel) beschränkt, so daß für eine kreisförmige Versorgung um den zentralen Punkt dort mehrere zentrale Terminals betrieben werden müssen.

Beispielsweise werden die von einem zentralen Terminal insgesamt verfügbare vollduplex Übertragungsrate von 2.048 kbit/s (netto) eines FDM-Kanals eines Frequenzandes in symme trische vollduplex TDM-Kanäle zu je 64 kbit/s (netto) aufgeteilt und einzelnen Teilnehmerter minals jeweils eine bestimmte Anzahl von TDM-Kanälen fest zugeordnet, wobei z. B. Teilneh merterminal A 7.64 kbit/s zur Verfügung erhält, Terminal B 5.64 kbit/s und Terminal C 9.64 kbit/s, vgl. Bild 2. Die restlichen Kanäle des zentralen Terminals sind im Beispiel ungenutzt und stehen als Reserve zum Anschluß weiterer Teilnehmerterminals zur Verfügung. Im Bei spiel ist unterstellt, daß die Terminals A, B und C je einen 64 kbit/s Kanal für die Signalisierung und die übrigen Kanäle für die Übertragung von Nutzinformation benutzen. Stattdessen könn ten auch, wie beim ISDN Basisanschluß üblich, je ein 16 kbit/s D-Kanal für zwei 64 kbit/s B- Kanäle vorgesehen werden, oder beliebige andere Übertragungsraten der TDM-Kanäle.

Auf der Funkstrecke werden Kanalcodierverfahren (z. B. Reed-Solomon Code) angewandt, um durch Vorwärtsfehlerkorrektur (forward error correction, FEC) die durch den Funkkanal be dingten Übertragungsfehler empfangsseitig korrigieren zu können. Dabei kann die Bitfehler häufigkeit empfangsseitig als Teil des Fehlerkorrekturprozesses leicht bestimmt werden. Ange strebt wird eine Übertragungsstrecke über Funk zu realisieren, die eine Dienstgüte erreicht oder übertrifft, wie bei der Teilnehmeranschlußleitung im Ortsnetz üblich. Die Antennen von zentralem und Teilnehmer-Terminal haben üblicherweise Sichtverbindung.

Die in Bild 2 gezeigte Aufteilung der gesamten am zentralen Terminal verfügbaren Übertra gungskapazität kann auch mehrere FDM-Kanäle einbeziehen, so daß Teilnehmerterminals eines PMP-Funksystems u. U. in verschiedenen (z. B. benachbarten) FDM-Kanälen desselben Funk bandes übertragen.

2. Nachteile der Kanalwahl bei Richtfunk- und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystemen

Der Stand der Technik bei Richtfunk- bzw. Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystemen ist dadurch charakterisierbar, daß die FDM-Kanalwahl bei Einrichtung der Strecke manuell erfolgt. Einige Systeme erlauben es, den gewünschten Kanal, gesteuert über eine Netzmanagement- Einrichtung des jeweiligen Funksystems, unter menschlicher Kontrolle einzustellen. Als Vor aussetzung dafür benötigen die Richtfunkterminals Einrichtungen zur Synthese der Trägerfre quenz des jeweiligen FDM-Kanals. Manche Systeme sind in Teilsysteme unterteilt, die z. T. innen und z. T. außen angebracht und betrieben werden. Dann kann die FDM-Kanalwahl manu ell bzw. über das Netzmanagement von innen gesteuert werden. Nachteilig ist, daß die FDM/TDM-Kanäle von Hand eingestellt, im Testbetrieb unter Mithilfe des Menschen auf ihre Eignung bzgl. der erzielbaren Dienstgüte untersucht und ggf. gewechselt werden müssen. Nach Einrichtung am betreffenden Standort wird der einmal eingestellte Kanal unverändert beibe halten, unabhängig von evtl. auftretenden Veränderungen der Interferenzsituation durch Gleichkanal- oder Nachbarkanalstörer. Diese Nachteile sollen durch die Erfindung beseitigt werden.

3. Dynamische Kanalwahl für Richtfunk- und PMP-Systeme als Lösungsansatz

Dynamische Kanalwahl ist von modernen zellularen bzw. schnurlosen Mobilfunksystemen be kannt, um Kanäle zur Kommunikation zwischen Mobil- und Basisstation aufgrund von Mes sungen einer oder beider beteiligter Seiten auszuwählen, die am aktuellen Ort von Mobil- und Basisstation einen ausreichend großen Wert der Empfangsfeldstärke (radio signal strength indicator, RSSI) und einen ausreichend großen relativen Störabstand (carrier-to-interference ratio, C/I) für die angestrebte Dienstgüte der Verbindung haben. Dabei werden die lokale Feld stärke und Interferenzsituation von Basis- und Mobilterminal während der Dauer einer Verbin dung dynamisch erfaßt, die sich aufgrund von Mobilität ständig ändert und durch dynamischen Wechsel (handover) auf den günstigsten Kanal optimiert. Die Kanäle werden auch während Kommunikationspausen, bei denen die Terminals keinen Kanal und keine Verbindung betrei ben, ständig vermessen und das Ergebnis vorsorglich in Tabellen von Basis- und Mobilterminal verwaltet, um geeignete Kanäle für einen zukünftigen Verbindungsaufbau zu kennen. Das Verfahren ist im DECT-System (Digital European Cordless Telecommunications) [2] als dy namische Kanalwahl (dynamic channel selection) eingeführt. Im DECT-System werden dabei sowohl FDM-Kanäle, als auch in einem FDM-Kanal realisierte TDM-Kanäle überwacht und dynamisch für eine Verbindung zwischen Mobil- und Basisstation ausgewählt, betrieben und bei Bedarf während einer bestehenden Verbindung gewechselt. Das DECT-System schließt als Schnurlossystem mobile Teilnehmer und als drahtloses Teilnehmerzugangsnetz (wireless local loop, WLL) ortsfeste Teilnehmer an eine mit dem Drahtnetz verbundene Basisstation an. Beim DECT-WLL-System
werden FDM/TDM-Kanäle nur für die Dauer einer Verbindung zwischen ortsfestem Termi nal und Basisstation ausgewählt und belegt;
wechseln ortsfeste Teilnehmerterminals dynamisch ihren Kanal, wenn während einer beste henden Verbindung aufgrund von Störungen die Dienstgüte des Kanals unzumutbar absinkt;
sind dynamische Kanalwechsel häufig, weil private (und evtl. öffentliche) mobile Nutzer von Schnurlossystemen im gleichen Frequenzband zugelassen sind und als Störer auftreten;
kommt eine Verbindung nur zustande, wenn das verfügbare Kanalbündel noch freie Kapa zität hat, andernfalls wird der entsprechende Ruf blockiert und kommt nicht zustande;
sind Verbindungen zwischen Teilnehmer Terminal und Basisstation auch möglich, wenn keine Sichtverbindung besteht;
sind FDM/TDM-Kanäle mit einer Datenrate von 32 kbit/s (ungeschützt) verfügbar;
können mehrere 32 kbit/s Kanäle gleichzeitig parallel für eine Verbindung betrieben werden, falls die geforderte Kapazität momentan zur Verfügung steht;
ist Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) nicht vorgesehen;
werden Kanäle bei bestehender Verbindung dynamisch gewechselt (handover), wenn Stö rungen auftreten.

Das DECT-System ist aufgrund seiner gesamten Kapazität und der Tatsache, daß im örtlichen Bereich eines WLL-Systems gleichzeitig auch Schnurlossysteme im gleichen Frequenzband betrieben werden können, nicht zum Anschluß mehrerer Teilnehmer-Terminals mit hohen Übertragungsraten, z. B. je 5.64 kbit/s geeignet. Die pro FDM-Kanal verfügbare Übertra gungsrate ist mit ca. 1 Mbit/s (brutto) nur für "kleine" WLL Anwendungen geeignet.

Im erfindungsgemäßen System bestehen die Verbindungen zwischen den ortsfesten Funktermi nals des Richtfunk- bzw. PMP-Funksystems ständig (Funkfestverbindungen) und mobilitätsbe dingte Einflüsse können als vernachlässigbar angesehen werden. Die gesamte Übertragungska pazität je FDM-Kanal ist ausreichend groß (z. B. 2, 8 oder 34 Mbit/s netto) um die beispielhaft in Bild 2 gezeigten Teilnehmer Terminals über Festverbindungen anzuschließen. Die Funk strecken werden typisch über Sichtverbindungen geführt, jedoch ist Kommunikation ohne Sichtverbindung nicht ausgeschlossen, z. B. wenn ein oder mehrere genügend starke indirekte Ausbreitungswege nutzbar sind.

Es wird nachfolgend begründet, daß Verfahren zur dynamischen Kanalwahl, ähnlich wie beim DECT-System, auch für Richtfunk und PMP-Systeme von erheblichem Vorteil sind.

3.1 Begründung für die Zweckmäßigkeit der Erfindung

Als Folge der Deregulierung des Telekommunikationssektors in Europa und aufgrund des Entwicklungsstandes, der daraus resultierenden Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und der Kosten werden Richt- und PMP-Funksysteme in stark wachsender Zahl eingesetzt. Dabei stößt die zentrale Koordination der örtlichen Frequenznutzung durch ortsfeste Funkstrecken mit Hilfe von Funkplanungswerkzeugen zunehmend mancherorts an Grenzen, die nur durch auf wendige Meßfahrten genau bestimmbar sind. Wegen der zugehörigen Kosten wird auf Meß fahrten verzichtet und "auf Sicherheit" geplant, wobei die Frequenzbänder nur in sicheren Ab ständen zur Wiederverwendung zugewiesen werden können. Die Frequenzökonomie leidet dabei erheblich. Schon heute besteht bei den Genehmigungsbehörden für privat genutzte Funk bänder die Praxis, einem Betreiber nur das Frequenzband für den Betrieb der Strecke zuzuwei sen und ihm die Auswahl eines am jeweiligen Ort geeigneten FDM-Kanals zu überlassen. Ein Beispiel dafür ist der Betrieb von 38 GHz Richtfunk auf privaten Grundstücken [3]; in der Pra xis wird lediglich eine Anzeige des benutzten FDM-Kanals gefordert. Es wird erwartet, daß diese Praxis in Kombination mit der erfindungsgemäßen dynamischen Kanalwahl sich für pri vate Richtfunksysteme einführen wird und auch auf ortsfeste Funksysteme für den öffentlichen Betrieb übertragen werden wird.

Offenbar ist es vorteilhaft, Richtfunk- und PMP-Funksysteme mit Hard- und Software-Ein richtungen zur dynamischen Kanalwahl mit nicht spürbarem (seamless) Kanalwechsel auszurü sten und es den kommunizierenden Funkterminals des geplanten bzw. in Betrieb befindlichen Richtfunk- bzw. PMP-Funksystems zu überlassen, welchen FDM/TDM-Kanal im vorgegebe nen Frequenzband sie zu jedem Zeitpunkt aufgrund von Messungen vor Ort für am besten ge eignet halten und deshalb für den Wirkbetrieb der Funkstrecke auswählen.

3.2 Lösung gemäß vorliegender Erfindung

Das erfindungsgemäße System ist dadurch charakterisiert, daß die Kanalwahl von FDM- und/oder TDM-Kanälen dynamisch erfolgt, indem die beteiligten Funkterminals mit den Zielen Optimierung der Empfangsleistung bei Minimierung der Interferenzleistung im System und/oder Optimierung der Dienstgüte der betriebenen Funkstrecke (gemessen über die Bitfeh lerhäufigkeit) über folgende Verfahren (Algorithmen) bzw. die zugehörigen (Meß- und Steue rungs-)Einrichtungen verfügen:

- Vor Einrichtung der Funkstrecke führen zentrales und Teilnehmer-Terminal eine Bewertung aller bzw. einiger infrage kommender Kanäle durch. Dabei werden kontinuierliche und/oder periodische Messungen der Empfangssignalleistung und/oder des relativen Störabstandes C/I und/oder der Bitfehlerhäufigkeit auf allen prinzipiell zugelassenen FDM-Kanälen und ggf. TDM-Kanälen des betreffenden Frequenzbandes (evtl. auch anderer Bänder) vorge nommen, um zu ermitteln, welche FDM/TDM-Kanäle "günstig" sind (d. h. die beste Dienst güte ermöglichen). Die Ergebnisse werden gespeichert. Anschließend an die Bewertung oder überlappend dazu werden, gesteuert durch einen Kanalwahl-Algorithmus, ein oder mehrere als günstig bewertete Kanäle, evtl. unter Berücksichtigung von Vorgaben für zuläs sige Kanalnummern, für den Betrieb des Richtfunk- bzw. PMP-Funksystems ausgewählt.
- Beim Betrieb der Funkstrecke führen zentrales und Teilnehmer-Terminal eine Bewertung aller bzw. einiger infrage kommender Kanäle durch. Dabei werden kontinuierliche und/oder periodische Messungen der Empfangssignalleistung und/oder des relativen Störabstandes C/I und/oder der Bitfehlerhäufigkeit auf allen prinzipell zugelassenen, z. Zt. nicht für den Betrieb genutzten FDM/TDM-Kanäle des betreffenden Funkbandes (evtl. auch anderer Funkbänder) vorgenommen, um zu ermitteln, welche Kanäle "günstige" Alternativen sind (d. h. die beste Dienstgüte ermöglichen). Die Ergebnisse werden gespeichert. Gesteuert durch einen Kanalwahl-Algorithmus werden ein oder mehrere günstig bewertete Kanäle, evtl. unter Berücksichtigung von Vorgaben für zulässige Kanalnummern, für den zukünfti gen Betrieb der Richtfunkstrecke ausgewählt. Aufgrund von Messungen im laufenden Be trieb werden als ungünstig erkannte betriebene Kanäle, durch einen nicht spürbaren (seamless) Kanalwechsel (handover) im laufenden Betrieb gewechselt.

Die Kanalwahl bzw. der Wechsel eines Kanals erfolgt nach Absprache zwischen den beteiligten Terminals mit Hilfe geeigneter Protokolle (Algorithmen), wobei die jeweilige Empfangssituati on bzgl. aller bzw. einiger infrage kommender Kanäle ermittelt und ausgetauscht wird und ein günstiger (vollduplex) FDM/TDM-Kanal im Einvernehmen der beteiligten Terminals ausge wählt und in Betrieb genommen wird. Die Initiative für einen Kanalwechsel kann von jedem zentralen oder Teilnehmerterminal ausgehen. Um diese Aufgaben durchzuführen, verfügen die Funkterminals über Meßeinrichtungen zur Überwachung der zum Zeitpunkt der Messung nicht betriebenen FDM- und TDM-Kanäle, parallel und quasi gleichzeitig zum Betrieb anderer ge nutzter Kanäle.

Die Messungen und daraus resultierenden Entscheidungen über den günstigsten Kanal erfolgen aufgrund extern durch die Netzmanagementfunktion vorgebbarer bzw. alternativ auswählbarer Kriterien und Parameter und orientieren sich z. B. an der gemessenen Empfangsleistung (RSSI) und/oder an der für einen erforderlichen relativen Störabstand C/I beim jeweiligen Empfänger erforderlichen Sendeleistung und/oder der gemessenen Bitfehlerhäufigkeit (bit error ratio, BER) bei gegebenen Betriebsverhältnissen, die in einer Tabelle je FDM/TDM-Kanal in jeder Station festgehalten und als Entscheidungsgrundlage herangezogen wird. Bild 3 zeigt erfin dungsgemäße Tabellen, wie sie einzeln oder gleichzeitig bzgl. der Empfangsleistung (RSSI), des Störabstandes und der Bitfehlerhäufigkeit von jedem Terminal bzgl. einiger oder aller Ka näle geführt werden. In diesen Tabellen sind Meßwerte für RSSI (Tabelle 3a), C/I (Tabelle 3b) und BER (Tabelle 3c) in vorgegebenen Stufen vorgegeben und alle Kanäle c(i) {i = 1, 2, . . n} je einer Stufe zugeordnet. Die Stufeneinteilung ist vom Netzmanagement vorgebbar und verän derbar.

Die Sendeleistung P_s ist in Stufen codiert und der aktuell auf jeder Funkstrecke verwendete Wert wird als Netzverwaltungnachricht von jedem Terminal periodisch übertragen, so daß er allen anderen Terminals bekannt wird, falls sie den FDM/TDM-Kanal empfangen können.

Um die Parameter der als Kandidaten für eine Kanalwahl oder einen Kanalwechsel infrage kommenden FDM- und/oder TDM-Kanäle zu bestimmen, besitzt das erfindungsgemäße Sy stem entsprechende Meßeinrichtungen z. B. zur Messung des Wertes RSSI, von C/I und BER. Optional besitzt das System eine Kanalprüfeinrichtung zur Übertragung und meßtechnischen Auswertung von Testdateien (incl. Bitfehlermeßplatz), die über einen in Betracht gezogenen Kanal, parallel zum gerade betriebenen Kanal betrieben werden kann. Das erfindungsgemäße System verfügt über Speicher- und Zeitsynchronisationseinrichtungen, um einen nicht spürba ren Kanalwechsel dynamisch im Betrieb vornehmen zu können, ähnlich wie dies im DECT- System für Mobilterminals vorgesehen ist. Dabei werden kurzzeitig der bestehende und der neu gewählte Kanal parallel betrieben, um abgestimmt zwischen den beteiligten Terminals, zeit gleich und ohne Bitverlust vom alten auf den neuen Kanal wechseln zu können. Je nach Reali sierung des Wechsels treten evtl. auch geringe Datenverluste auf.

3.3 Dynamische Kapazitätszuweisung als vorteilhafte Ausprägung im Zusammenhang mit der dynamischen Kanalwahl

Für einzelne PMP-Funksysteme stellt sich erfahrungsgemäß die Situation ein, daß nur ein Teil der durch das zentrale Terminal verfügbaren FDM- und/oder TDM-Kanäle fest den vorhande nen Teilnehmer-Terminals zugewiesen ist. Außerdem besteht bei manchen Teilnehmern, die über eine Funkfestverbindung angeschlossen sind, ein wechselnder Bedarf an Übertragungska pazität aufgrund eines veränderlichen Verkehrsaufkommens vom bzw. zum Teilnehmer. Man che Funkfestverbindungen werden für Dienste mit variabler Bitrate, andere für Dienste mit kontinuierlicher Bitrate betrieben, manche Funkfestverbindungen unterstützen beide Dienstar ten. Der Bedarf an Übertragungskapazität zwischen zentralem und Teilnehmer-Terminal kann sich zeitweise ändern.

Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, daß
das zentrale Terminal Informationen über die Auslastung der betriebenen Funkfestverbin dungen und frei verfügbare ungenutzte Kanalkapazität verwaltet und den Teilnehmer- Terminals über die Netzverwaltung verfügbar macht, wobei für bestehende Funkstrecken reservierte Kanäle respektiert werden, auch wenn sie zeitweise nicht genutzt sind;
Teilnehmer-Terminals zeitweise bestimmte Kanäle ihrer Festverbindung vom/zum zentralen Terminal dem zentralen Terminal zur befristeten oder unbefristeten Vergabe an andere Funkstrecken desselben PMP-Systems anbieten können;
Teilnehmer-Terminals und das zentrale Terminal über Einrichtungen zur dynamischen Ein richtung und Auslösung von FDM/TDM-Kanälen verfügen, um die Übertragungskapazität einer Funkstrecke (evtl. in Absprache mit dem zentralen Terminal) den aktuellen Bedürfnis sen anzupassen, indem sie ihre Einrichtungen zur dynamischen Kanalwahl nutzen;
ungenutzte Kanäle eine Kennung tragen, um ihren Zustand (verfügbar/belegt) unterscheiden zu können;
die Übertragungskapazität einer Funkstrecke (Funkfestverbindung) dynamisch den aktuellen Bedürfnissen der kommunizierenden Terminals angepaßt wird;
die tatsächliche und die zeitweise zusätzlich genutzte Übertragungskapazität abgerechnet wird;
eine Funkstrecke stets eine gewisse garantierte Mindestübertragungkapazität besitzt, die auch bei Vollast oder Bedarf durch andere Verbindungen des gleichen PMP-Systems nicht unterschritten wird.

3.4 Begründung des Nutzens

Durch die für die Zukunft erwartete große Zahl benachbart betriebener Richtfunk- bzw. PMP- Funksysteme ist zu erwarten, daß es lokal, z. B. in Ballungsgebieten, zu zeitweisen Störungen (z. B. witterungsbedingten Überreichweiten) bestehender Funkstrecken durch neu eingerichtete Strecken kommen wird. Bestehende (ältere) Systeme werden durch das übliche Verfahren zur Erhöhung ihres Störabstandes reagieren, indem sie ihre Sendeleistung erhöhen, dabei die für bestimmte Witterungsverhältnisse vorgesehene Sendeleistung überschreiten und dabei die In terferenzreichweite über den bei Einrichtung der Strecke festgelegten Planungswert erhöhen. Da solche Leistungsreserven in bestehenden Systemen für extreme Witterungssituationen zur Aufrechterhaltung des Betriebs vorhanden sind und automatisch eingesetzt werden, resultiert eine aus Zellularsystemen bekannte, interferenzbedingte Kapazitätsreduktion des Frequenzban des für ortsfeste Funksysteme. Entsprechend dem sogenannten Powerbudget Kriterium im Handoveralgorithmus-Vorschlag für das GSM-System [4] sollte von den Funkterminals jeweils der FDM- und/oder TDM-Kanal gewählt werden, der für die jeweilige Funkstrecke mit klein ster Sendeleistung die geforderte Dienstgüte erreicht. Diese Grundregel für Funksysteme wird ohne Anwendung dieser Erfindung verletzt, mit den entsprechenden nachteiligen Folgen wie geringere Zahl gleichzeitig im gleichen FDM- und/oder TDM-Kanal an verschiedenen Orten möglichen Funkstrecken und/oder schlechterer Dienstgüte der Funkstrecken.

Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen System mit dynamischer Kanalwahl und evtl. dyna mischer Kapazitätszuweisung, daß
die Kanaleinstellung vollautomatisch bei Einrichtung des Richtfunk- bzw. PMP-Funk systems erfolgt;
Veränderungen der lokalen Interferenzsituation durch ständige Überwachung der betriebe nen Strecke schnellstmöglichst erkannt werden;
aufgrund der vorsorglichen meßtechnischen Bewertung infrage kommender alternativer Kanäle jederzeit mögliche Ersatzkanäle bekannt sind, sofern lokal noch ungenutzte Kapazi tät in Form wenig gestörter FDM/TDM-Kanäle verfügbar ist;
für jede Funkstrecke die kleinstmögliche notwendige Sendeleistung benutzt wird, dabei die Interferenzleistung im System minimiert und dadurch ein Beitrag zur Erhöhung der Gesamt kapazität (Frequenzökonomie) im jeweiligen Frequenzband geleistet wird;
der dynamische Kanalwechsel bei Feststellung eines besser geeigneten Kanals vollautoma tisch und nicht spürbar erfolgt, so daß die Dienstgüte der Funkstrecke, auch vorübergehend, nicht oder nur gering beeinträchtigt wird;
ein gleichzeitiger Betrieb von älteren Systemen, die keine dynamische Kanalwahl unterstüt zen und von modernen Systemen mit dynamischer Kanalwahl zum Vorteil aller Systeme er möglicht wird;
Funkstrecken unterstützt werden, die dynamisch wechselnde Kapazitätsanforderungen ha ben.

Zitate

[1] Zulassungsvorschrift für Digital-Richtfunkanlagen des festen Funkdienstes im 38 GHz Bereich (einzelgenehmigungspflichtig), Bundesamt für Post und Telekommunikation, BAPT 211 ZV 12/38 GHz, Nov. 1995 (vgl. auch Standard ETSI/ETS 300 197);
[2] ETSI Radio Equipment and Systems, Digital European Cordless Telecommunications (DECT), European Telecommunications Standard ETS 300 175, Part 1-6, 06921 Sophia Anti polis, Cedex, France, 1991;
[3] Nichtöffentlicher Festfunk; Allgemeingenehmigung für 38 GHz Richtfunkanlagen, in nerhalb der Grenzen eines Grundstücks, Amtsblatt des Bundesminister für Post und Telekom munikation BMPT, Nr. 7, Jahrgang 1992, Verfügung Nr. 55;
[4] ETSI Special Mobile Group, Global System for Mobile Communications (GSM), Eu ropean Telecommunications Standard GSM 05.08, Radio Subsystem Link Control, 06921 Sophia Antipolis, Cedex, France, 1993.

Claims

1. Richtfunksystem zur Verbindung von mehreren ortsfesten Funkterminals, unter Verwendung von Modulation einer Zahl von Trägerfrequenzen mit digitaler Signalübertragung über eine Zahl paralleler FDM-Kanäle eines dafür vorgesehenen Funkfrequenzbandes mit wahlweisem Einsatz des synchronen Zeitmultiplexverfahrens zur Bildung einer Zahl paralleler FDM-Kanäle eines dafür vorgesehenen Funkfrequenzbandes mit wahlweisem Einsatz des synchronen Zeitmultiplexverfahrens zur Bildung einer Zahl von TDM-Kanälen innerhalb von FDM- Kanälen mittels periodischer Pulsrahmen zur Übertragung kontinuierlicher Nachrichtenströme, mit wahlweise diskontinuierlicher Nachrichtenübertragung in Form von Datenpaketen, mit Funkterminals, die über Einrichtungen zum Messen von Dienstgüteparametern wie Empfangsfeldstärke, relativer Störabstand, Bitfehlerhäufigkeit in jedem verfügbaren, auch in nicht für die Übertragung benutzten Kanälen, verfügen und diese Einrichtungen im Betrieb einsetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl von Kanälen dynamisch erfolgt, indem die beteiligten Funkterminals mit den wahlweisen Zielen Optimierung der Empfangsleistung bei Minimierung der Interferenzleistung im gesamten System, in dem viele gleichartige Funkstrecken betrieben werden, und/oder Optimierung der Dienstgüte der betriebenen Funkstrecke charakterisiert über Bitfehlerhäufigkeit, Verbindungsunterbrechungs- und Verbindungsabbruchwahrscheinlichkeit, über Algorithmen und zugehörige Mess- und Steuerungseinrichtungen verfügen, um vor Einrichtung der Funkstrecke eine Bewertung von in Frage kommenden Kanälen durchzuführen, dabei Messungen der Dienstgüteparameter auf den prinzipiell zugelassenen Kanälen der im Gesamtsystem benutzten Funkbänder vorzunehmen und dabei ermitteln, welche Kanäle günstig sind, das heißt die beste Dienstgüte ermöglichen, um gesteuert durch einen Kanalwahl-Algorithmus, eine Zahl von günstig bewerteten Kanälen, unter Berücksichtigung von Vorgaben für zulässige Kanalnummern, für den Betrieb des Funksystems auszuwählen.

2. Richtfunksystem und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kanalwahl von FDM- und/oder TDM-Kanälen dynamisch erfolgt, indem die beteiligten Funkterminals mit den Zielen Optimierung der Empfangsleistung bei Mini mierung der Interferenzleistung im System und/oder Optimierung der Dienstgüte der betrie benen Funkstrecke (charakterisiert über Bitfehlerhäufigkeit, Verbindungsunterbrechungs- und Verbindungsabbruchwahrscheinlichkeit usw.) über Verfahren (Algorithmen) bzw. die zugehörigen (Meß- und Steuerungs-)Einrichtungen verfügen, um vor Einrichtung der Funkstrecke eine Bewertung aller bzw. einiger infrage kommender FDM/TDM-Kanäle durchzuführen, dabei kontinuierliche und/oder periodische Messungen der Empfangssignalleistung und/oder des Störabstandes C/I und/oder der Bitfehlerhäufigkeit auf allen prinzipiell zugelassenen FDM-Kanälen und ggf. TDM-Kanälen des betreffenden Funkbandes (evtl. auch anderer Funkbänder) vornehmen und dabei ermitteln, welche FDM/TDM-Kanäle "günstig" sind (d. h. die beste Dienstgüte ermöglichen), um anschließend an die Bewertung oder überlappend dazu, gesteuert durch einen Kanalwahl-Algorithmus, einen oder mehrere als günstig bewertete Kanäle, evtl. unter Berücksichtigung von Vorgaben für zulässige Ka nalnummern, für den Betrieb des Richtfunk- bzw. PMP-Funksystems auszuwählen.

3. Richtfunksystem und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß während des Betriebs einer Funkstrecke die beteiligten Terminals eine Be wertung aller bzw. einiger infrage kommender Kanäle durchführen, wobei kontinuierliche und/oder periodische Messungen der Empfangssignalleistung und/oder des Störabstandes C/I und/oder der Bitfehlerhäufigkeit auf allen prinzipiell zugelassenen, eigenen und z. Zt. nicht für den Betrieb genutzten FDM/TDM-Kanäle des betreffenden Funkbandes (evtl. auch anderer Funkbänder) vorgenommen werden, um zu ermitteln, welche Kanäle "günstige" Alternativen sind (d. h. die beste Dienstgüte ermöglichen) und ggf. gesteuert durch einen Kanalwahl-Algorithmus einen oder mehrere günstig bewertete Kanäle, evtl. unter Berück sichtigung von Vorgaben für zulässige Kanalnummern, für den zukünftigen Betrieb der Richtfunkstrecke auszuwählen und aufgrund von Messungen als ungünstig erkannte betrie bene Kanäle, durch einen nicht spürbaren (seamless) Kanalwechsel (handover) im laufenden Betrieb gegen günstigere zu wechseln.

4. Richtfunksystem und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystem nach den Ansprüchen 1 und 3, da durch gekennzeichnet, daß während des Betriebs einer Funkstrecke und ggf. bei Störung bzw. unbefriedigender Dienstgüte des momentan genutzten Kanals, in Absprache mit dem Partnerterminal am anderen Ende der Funkstrecke, dynamisch (während des Betriebs der Funkstrecke) ohne oder mit nur geringem Datenverlust auf einen anderen Kanal umge schaltet wird (handover).

5. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeich net, daß FDM- und/oder TDM-Kanalwechsel nur durchgeführt werden, wenn aufgrund des wechselseitigen Austausches und Vergleichs von Meßdaten bzgl. beider Übertragungsrich tungen der beteiligten Terminals bzgl. möglicher Zielkanäle die Annahme berechtigt ist, daß der Wechsel auf einen Zielkanal (bzgl. beider Übertragungsrichtungen) nicht zu wesentli chen Störungen anderer Funkstrecken führt.

6. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1, 3, 4 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß extern durch eine Netzmanagementfunktion Schwellwerte für Dienstgütepar meter und eingesetzte Algorithmen zur Kanalbewertung und zum Kanalwechsel vorgegeben werden, die dezentral in den Terminas eingesetzt werden, und daß Zustände und Meßwerte in Terminals abgefragt werden können.

7. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die vor bzw. im Betrieb gemessenen und berechneten Parameter in Tabellen je FDM/TDM-Kanal in jeder Station festgehalten und als Entscheidungsgrundlage benutzt werden und Terminals, gestützt auf diese Tabellen, intelligente Algorithmen zur verglei chenden Bewertung der entsprechenden Kanäle einsetzen, um die erfindungsgemäßen Ziele wie Einsatz kleinstmöglicher Sendeleistung bei Einhaltung einer geforderten Dienstgüte der jeweiligen Funkstrecke, Minimierung der Interferenz bzgl. anderer Systeme durch geeignete Auswertung der Meßwerte und Leistungssteuerung bei beobachteter Abnahme bzw. Zu nahme der Dienstgüte der Funkstrecke zu erreichen.

8. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch ge kennzeichnet, daß die von einem Terminal verwendete Sendeleistung P_s in Stufen codiert ist, der aktuell auf jeder Funkstrecke verwendete Wert P_s als Netzverwaltungnachricht von je dem Terminal periodisch übertragen wird, so daß er allen anderen Terminals bekannt wird, falls sie den FDM/TDM-Kanal empfangen können und Terminals bei der Kanalauswahl den FDM/TDM-Kanal wählen, der mit kleinster Sendeleistung die angestrebte Dienstgüte er reicht.

9. Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkstrecke zwischen zentralem Terminal und Teilnehmerterminal ohne Sichtver bindung auskommt, wenn ein oder mehrere genügend starke indirekte Ausbreitungswege nutzbar sind.

10. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem beide Übertra gungsrichtungen durch Anwendung eines Verfahrens zur Richtungstrennung im Zeitbereich durch Reservierung einer bestimmten Zahl Zeitschlitze des Pulsrahmens für je eine Übertra gungsrichtung (time division duplexing, TDD) über denselben FDM-Kanal übertragen wer den.

11. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem beide Übertra gungsrichtungen durch Anwendung eines Verfahrens zur Richtungstrennung im Frequenz bereich (frequency division duplexing, FDD) über verschiedene FDM/TDM-Kanäle übertra gen werden.

12. Richtfunk- bzw. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1 bis 11, bei dem die Übertra gungskapazitäten für die kommende und gehende Richtung (aus Sicht des Teilnehmertermi nals) gleich oder verschieden sind und die Summen aller vom zentralen Terminal gehenden bzw. kommenden Übertragungskapazitäten der Kanäle gleich oder verschieden sind.

13. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1 bis 12, bei dem die Funkversorgung des zentralen Terminals auf einen horizontalen Sektor (z. B. 30°, 60°, 90°, oder 120° Öffnungswinkel) und einen vertikalen Sektor (z. B. 30° Öffnungswinkel) beschränkt ist, so daß beim zentralen Terminal ein Antennengewinn auftritt und für eine kreisförmige Flächenversorgung um den zentralen Punkt ggf. mehrere zentrale Terminals mit eigenen Antennensystemen je Sektor betrieben werden müssen, wobei die Teilnehmerterminals mit bzw. ohne gerichtete Anten nen arbeiten.

14. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1 bis 13, wobei das zentrale Terminal Informatio nen über die Auslastung der betriebenen Funkfestverbindungen und frei verfügbare unge nutzte Kanalkapazität verwaltet und den Teilnehmer-Terminals über die Netzverwaltung verfügbar macht, wobei für bestehende Funkstrecken reservierte Kanäle respektiert werden, auch wenn sie zeitweise nicht genutzt sind.

15. PMP-Funksystem nach Anspruch 14, wobei Teilnehmer-Terminals zeitweise bestimmte Kanäle ihrer Festverbindung vom/zum zentralen Terminal dem zentralen Terminal zur befri steten oder unbefristeten Vergabe an andere Funkstrecken desselben PMP-Systems anbieten können.

16. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 14 oder 15, bei dem Teilnehmer-Terminals und das zentrale Terminal über Einrichtungen zur dynamischen Einrichtung und Auslösung von FDM/TDM-Kanälen verfügen, um die Übertragungskapazität einer Funkstrecke (evtl. in Absprache mit dem zentralen Terminal) den aktuellen Bedürfnissen anzupassen, indem sie ihre Einrichtungen zur dynamischen Kanalwahl nutzen.

17. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 14 bis 16, bei dem ungenutzte Kanäle eine Ken nung tragen, um ihren Zustand (verfügbar/belegt) unterscheiden zu können.

18. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 14-17, bei dem die Übertragungskapazität einer Funkstrecke (Funkfestverbindung) dynamisch den aktuellen Bedürfnissen der kommunizie renden Terminals angepaßt (erhöht bzw. erniedrigt) wird.

19. PMP-Funksystem nach den Ansprüchen 1-18, bei dem die tatsächliche und die zeitweise zusätzlich genutzte Übertragungskapazität abgerechnet wird.

20. Richtfunk- und Punkt-zu-Mehrpunkt Funksystem nach den Ansprüchen 1-19 bei dem gleichzeitig mehrere FDM-Kanäle für dieselbe Verbindung betrieben werden und einzelne Kanäle der Verbindung dynamisch gewechselt werden, um die Dienstgüte bei unveränderter oder dynamisch erhöhter bzw. abgesenkter Übertragungskapazität beizubehalten.