DE19625856A1 - Verfahren und Anordnung zur Kanalauswahl bei zellularen Funksystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswahl von einem oder mehreren Funkkanälen für eine Funkver­ bindung in einem zellularen Funksystem, insbesondere in einem DECT-System.

Bei einem zellularen Funksystem, z. B. nach dem GSM-Standard für Mobilfunk oder dem DECT-Standard für Schnurlos-Kommunikationsgeräte, erfolgen die Signal- bzw. Nachrichtenübertragun­ gen zwischen den die einzelnen Zellen des Systems aufspannen­ den Basisstationen und den Mobil teilen drahtlos über Funksi­ gnale. Für diese Funkverbindungen steht dem System eine be­ grenzte, durch die Breite der vorgegebenen Frequenzbereiche und die Breite eines Kanals bestimmte Anzahl von Funkkanälen zur Verfügung. Um gegenseitige Störungen von Funkverbindungen zu vermeiden, darf ein auf der Strecke zwischen einem Mobil­ teil und einer Basisstation verwendeter Funkkanal erst in ausreichend großer Entfernung für eine andere Funkverbindung genutzt werden. Für den Aufbau einer neuen Verbindung in ei­ ner Zelle stehen daher diejenigen Funkkanäle des Systems, die zu gleicher Zeit in der Nachbarschaft der Zelle, d. h. zumin­ dest in den direkt benachbarten Zellen, genutzt werden, nicht zur Verfügung.

In der Praxis werden unterschiedliche Wege beschritten, um die im Funksystem definierten Funkkanäle so den einzelnen Zellen zuzuweisen, daß die gegenseitige Störung von Funkver­ bindungen vernachlässigbar wird:
Bei Mobilfunknetzen nach dem GSM-Standard beispielsweise wird mittels aufwendiger Planungsverfahren jeder Zelle ein be­ stimmter Teil der insgesamt im System verfügbaren Funkkanäle fest zugewiesen und nur diese Kanäle werden in der jeweiligen Zelle verwendet. Die einer Zelle zugewiesenen Kanäle dürfen von anderen Zellen nur dann wiederverwendet werden, wenn sie sich nicht in der näheren Umgebung der Zelle und auch unter­ einander in ausreichend großem Abstand befinden.

Bei einer anderen Methode zur Kanalauswahl, z. B. bei Schnurlos-Kommunikationssystemen nach dem DECT-Standard, findet da­ gegen keine statische Zuweisung von Kanälen für die einzelnen Zellen statt. Vielmehr kann in einer Zelle prinzipiell jeder beliebige im System verfügbare Funkkanal für den Aufbau einer Verbindung genutzt werden, falls er nur genügend ungestört ist (Die Kanäle, die zum gegebenen Zeitpunkt nicht von einer Nachbarzelle verwendet werden, können in einer Zelle verwen­ det werden.). Die Aufteilung der Funkkanäle im System ergibt sich daher dynamisch von selbst und kann sich für verschie­ dene Zeitpunkte deutlich unterscheiden. Aufwendige Planungs­ arbeiten entfallen damit und unterschiedliche Belastungen be­ nachbarter Zellen können im Prinzip automatisch ausgeglichen werden. Statistisch ergibt sich daraus eine gleichmäßige Aus­ lastung aller Funkkanäle. Bei einem hohen lokalen Verkehrs­ aufkommen in der Nachbarschaft einer Zelle kann es jedoch da­ zu kommen, daß für den Aufbau einer neuen Verbindung in der Zelle kein ungestörter, d. h. von den Nachbarzellen zu diesem Zeitpunkt ungenutzter oder unbeeinflußter Funkkanal verfügbar ist. Der Aufbau von Funkverbindungen ist somit blockiert, ob­ wohl in der Zelle selbst unter Umständen nur wenige oder gar keine Verbindungen bestehen. Die Teilnehmerkapazität des ge­ samten Systems, d. h. die Anzahl der Teilnehmer, die sich ge­ rade noch mit einer vorgegebenen Blockierungswahrscheinlich­ keit bedienen läßt, wird durch das Auftreten derartiger Bloc­ kaden entsprechend begrenzt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Teilnehmerkapazi­ tät in einem zellularen Funksystem, bei dem keine statische Zuweisung von Kanälen für die einzelnen Zellen vorgesehen ist, insbesondere im Hochlastbetrieb zu erhöhen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die im Pa­ tentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke besteht in folgendem:
Findet in einem zellularen Funksystem, bei dem keine stati­ sche Zuweisung von Kanälen für die einzelnen Zellen vorgese­ hen ist, wie oben beschrieben ein unkoordinierter Zugriff der einzelnen Zellen auf die Funkkanäle statt, so ergibt sich statistisch eine gleichmäßige Belastung aller Kanäle und eine bestimmte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Blockaden.

Diese Wahrscheinlichkeit kann jedoch im Mittel verringert werden, indem der Zugriff auf Funkkanäle in der Nachbarschaft jeder Zelle so koordiniert wird, daß bestimmte Funkkanäle von den Nachbarzellen soweit möglich bevorzugt, d. h. häufiger als beim unkoordinierten Zugriff, für Funkverbindungen genutzt werden. Damit bleiben über einen Zeitraum gemittelt mehr Funkkanäle für die betrachtete Zelle verfügbar als bei einer unkoordinierten Kanalwahl. Wegen der verringerten Blockade­ wahrscheinlichkeit erhöht sich dadurch, insbesondere im Hoch­ lastbetrieb, die Teilnehmerkapazität des in seiner Konfigura­ tion ansonsten unveränderten Funksystems sowohl lokal als auch als Ganzes.

Dieser Grundgedanke ist beim erfindungsgemäßen Verfahren um­ gesetzt, indem in einem zellularen Funksystem die Gesamtheit der darin definierten Zellen so in disjunkte, d. h. entkop­ pelte Teilmengen von Zellen unterteilt wird, daß die Zellen jeder Teilmenge ohne gegenseitige Störung gleichzeitig die­ selben Funkkanäle nutzen können. Insbesondere direkt benach­ barte Zellen gehören daher stets verschiedenen Teilmengen an. Jeder der Teilmengen von Zellen werden jeweils ein oder meh­ rere im Funksystem verfügbare Funkkanäle als Vorzugskanäle zugeordnet, wobei keiner dieser Vorzugskanäle zwei oder mehr Teilmengen zugeteilt wird, deren Zellen sich gegenseitig stö­ ren können (z. B. direkt benachbarte Zellen).

Wird in einer Zelle eine neue Verbindung aufgebaut oder fin­ det während einer bestehenden Verbindung ein Kanalwechsel statt, so werden ein Vorzugskanal der Zelle, bzw. bei mehr als einen Kanal benötigenden Verbindungen mehrere der Vor­ zugskanäle, als (neuer) Funkkanal bzw. (neue) Funkkanäle aus­ gewählt. Für den Fall, daß in der Zelle keiner oder für die Funkverbindung nicht ausreichend viele Vorzugskanäle frei und ausreichend ungestört sind, wird zumindest ein anderer ver­ fügbarer Funkkanal ausgewählt.

Speziell für Schnurlos-Kommunikationssysteme nach dem DECT-Standard ist dabei von Bedeutung, daß die Erfindung weder die als Stärke solcher Systeme geltende Flexibilität einschränkt noch Verstöße oder Eingriffe in den DECT-Standard erforder­ lich macht, da auch weiterhin eine freie Kanalwahl für den Fall vorgesehen ist, daß keiner der Vorzugskanäle frei ver­ fügbar ist.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Nach einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens - Anspruch 2 - wird die Unterteilung der Gesamtheit der im zellularen Funksystem definierten Zellen in disjunkte Teilmengen von Zellen fest vorgegeben. Damit kann durch eine entsprechende Festlegung der Teilmengen von vorneherein ver­ hindert werden, daß einander beeinflussende Zellen derselben Teilmenge angehören. Außerdem können dabei besondere, den Funkverkehr beeinflussende Faktoren, z. B. lokale auftretende überreichweiten, gezielt berücksichtigt werden.

Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung - Anspruch 3 - wird die Zuordnung von Vorzugkanälen zu den im zellularen Funksystem definierten Zellen fest vorgegeben. Dies kann z. B. von Vorteil sein, wenn ein bestimmter Funkkanal in einem Teilgebiet des vom gesamten System abgedeckten Funkgebietes praktisch ohne externe Störung benutzt werden kann, während in anderen Teilen des Funkgebietes wesentliche Beeinflussun­ gen durch nicht zum System gehörende Sendequellen auftreten.

Indem dann der Funkkanal nur Zellen, die im ungestörten Teil­ gebiet liegen, als Vorzugskanal zugeteilt wird, kann verhin­ dert werden, daß der Kanal in den extern beeinflußten Teilge­ bieten als Vorzugskanal zugewiesen wird, obwohl er wegen der Störungen nicht benutzt werden kann und sich somit gemäß der Erfindung auch kein Beitrag zur Erhöhung der Teilnehmerkapa­ zität ergibt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung - Anspruch 4 - erfolgt die Unterteilung der Gesamtheit der im zellularen Funksystem definierten Zellen in disjunkte Teilmengen von Zellen und die Zuordnung von Vorzugkanälen zu diesen Teilmengen dagegen dy­ namisch, d. h. während des Betriebes des Funksystems und ohne explizite Vorgabe. Das System stellt sich dabei von selbst auf eine zumindest weitgehend optimierte Festlegung der Teil­ mengen und der Zuordnung von Vorzugkanälen ein. Vorteilhaft ist dabei neben dem Wegfall von Planungsarbeit auch, daß das Funksystem von selbst auf auftretende Änderungen der System­ konfiguration, z. B. beim Hinzufügen von weiteren Zellen (Basisstationen) bei einem Systemausbau, reagiert und eine den neuen Gegebenheiten angepaßte Zuteilung der Zellen und Vorzugskanäle vornimmt.

Bei einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung - Anspruch 5 - werden zwischen den einzelnen Zellen in einstellbaren Zeitin­ tervallen Informationen über die von den jeweiligen Zellen bevorzugt benutzten Funkkanäle ausgetauscht. Nach in der Re­ gel mehrmaligem Informationsaustausch ergibt sich iterativ mit Hilfe von geeigneten Verfahren eine zumindest weitgehend optimierte Festlegung der entkoppelten Teilmengen von Zellen sowie eine Zuteilung von Vorzugskanälen für diese Teilmengen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäße Ver­ fahrens - Anspruch 6 - wird die Information über die Zuord­ nung von Vorzugskanälen jeweils lokal bei den die einzelnen Zellen definierenden Basisstationen gespeichert. Dazu sind die die Zellen aufspannenden Basisstationen des Funksystems - nach Anspruch 7 - jeweils mit einer Speichereinrichtung ausgestattet, in der die der jeweiligen Zelle zugeteilten Vorzugskanäle eingetragen werden. Die lokale Verfügbarkeit der Informationen zur Zuordnung von Vorzugskanälen macht ei­ nen zusätzlichen Nachrichtenaustausch, etwa mit einer ent­ sprechenden zentralen Systemeinheit zur Kanalvergabe, unnö­ tig.

Nachstehend werden Einzelheiten der Erfindung anhand von Bei­ spielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine lineare Kette aus drei Zellen und die Kanalauswahl im Falle von unkoordinierten Kanalzugriffen;

Fig. 2 dieselbe lineare Kette aus drei Zellen und die Kanal­ auswahl bei der Verwendung von Vorzugskanälen,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Einteilung der Zellen in einem Funksystem in entkoppelte Teilmengen von Zellen.

Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich leicht an dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten, vereinfachten Fall eines zel­ lularen Funksystems, bei dem eine Kette aus drei aneinander­ gereihten Zellen 1 bis 3 betrachtet wird, verdeutlichen. Im System seien zwei Funkkanäle K1 und K2 verfügbar. Bei einer erste Funkverbindung in Zelle 1 wird der Funkkanal K1 ge­ wählt.

Eine zweite Verbindung wird in Zelle 3 aufgebaut und im Falle eines unkoordinierten Zugriffs - Fig. 1 - wird mit einer Wahr­ scheinlichkeit von 50 Prozent der Kanal K2 dafür ausgewählt.

In der mittleren Zelle 2 kann dann bis zur Beendigung zumin­ dest einer der beiden bestehenden Verbindungen keine weitere Verbindung aufgebaut werden, da ihr kein ungestörter, d. h. von den Nachbarzellen ungenutzter Kanal mehr zur Verfügung steht. Der Verbindungsaufbau in Zelle 2 ist damit blockiert und die Kapazität des gesamten Funksystems bleibt in diesem Zustand auf die Bedienung von zwei Teilnehmern beschränkt.

Werden den einzelnen Zellen jedoch gemäß der Erfindung, wie in Fig. 2 dargestellt, jeweils Vorzugskanäle zugeordnet, z. B. Kanal K1 für die Randzellen 1 und 3 und Kanal K2 für die mittlere Zelle 2, so wird auch für die zweite Verbindung der Funkkanal K1 gewählt, und da die Zellen 1 und 3 nicht direkt benachbart sind treten keine Störungen auf. Der mittleren Zelle 2 steht damit der verbleibende und ihr als Vorzugskanal zugeteilte Kanal K2 für den Aufbau einer dritten Verbindung ungestört zur Verfügung. Die Kapazität des gesamten Funksy­ stems erhöht sich somit, da jetzt drei Teilnehmer gleichzei­ tig bedient werden können. In diesem einfachen Beispiel wird also die die drei Zellen 1, 2 und 3 umfassende Gesamtheit der im System vorhandenen Zellen in zwei entkoppelte Teilmengen, von denen die eine die Randzellen 1 und 3 und die andere die mittlere Zelle 2 enthält, aufgeteilt.

In Fig. 3 ist schematisch ein Beispiel für eine Einteilung der Zellen eines Funksystems in drei entkoppelte Teilmengen A, B und C von Zellen gezeigt. Dabei weist jede Zelle nur solche Zellen als direkte Nachbarn auf, die zu einer der beiden Teilmengen gehören, denen die Zelle selbst nicht angehört. Allen Zellen einer Teilmenge werden dieselben Funkkanäle als Vorzugskanäle zugeordnet, wobei keiner dieser Vorzugskanäle auch einer zweiten Teilmenge von Zellen als Vorzugskanal zu­ geteilt wird. Für den Fall, daß auch bei Funkverbindungen auf verschiedenen Funkkanälen gegenseitige Störungen auftreten können, wie z. B. bei benachbarten Kanälen gleicher Frequenz in einem Zeitmultiplex-Verfahren, werden die Vorzugkanäle für die Teilmengen entsprechend so gewählt bzw. zugeordnet, daß auch diese Art von Störung ausgeschlossen wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Auswahl von ein oder mehreren Funkkanälen für eine Funkverbindung in einem zellularen Funksystem, bei dem die Gesamtheit der im zellularen Funksystem definierten Zellen so in disjunkte Teilmengen (A, B, C) von Zellen unter­ teilt wird, daß Zellen, die nicht gleichzeitig denselben Funkkanal störungsfrei verwenden können, stets verschiedenen Teilmengen angehören, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder der Teilmengen (A, B, C) von Zellen jeweils ein oder mehrere Funkkanäle als Vorzugskanäle zugeordnet wer­ den, wobei keiner dieser Vorzugskanäle zwei oder mehr Teil­ mengen (A, B, C) zugeteilt wird, deren Zellen sich gegen­ seitig stören können.
• - daß für jede Funkverbindung in einer Zelle bevorzugt ein oder mehrere Funkkanäle ausgewählt werden, die der Teil­ menge (A, B, C) von Zellen, zu der die Zelle gehört, als Vorzugskanäle zugeordnet sind;
• - daß für den Fall, daß keiner oder für die Funkverbindung nicht ausreichend viele dieser Vorzugskanäle frei und aus­ reichend ungestört sind, zumindest ein anderer verfügbarer Funkkanal ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung der Gesamtheit der im zellularen Funksy­ stem definierten Zellen in disjunkte Teilmengen (A, B, C) von Zellen fest vorgegeben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung von Vorzugkanälen zu den im zellularen Funksystem definierten Zellen fest vorgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung der Gesamtheit der im zellularen Funksy­ stem definierten Zellen in disjunkte Teilmengen (A, B, C) von Zellen und die Zuordnung von Vorzugkanälen zu diesen Teilmen­ gen (A, B, C) dynamisch erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Zellen in einstellbaren Zeitinter­ vallen ein Austausch von Informationen über die von den je­ weiligen Zellen bevorzugt benutzten Funkkanäle stattfindet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die Zuordnung von Vorzugskanälen je­ weils lokal bei den die einzelnen Zellen definierenden Basis­ stationen gespeichert wird.

7. Anordnung zur Kanalauswahl in einem zellularen Funksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstationen jeweils mit einer Speichereinrichtung ausgestattet sind, in denen ein oder mehrere von der jeweili­ gen Basisstation beim Aufbau einer Verbindung bevorzugt zu verwendende Funkkanäle des Funksystems eingetragen sind.