DE19728491A1 - Verfahren und Anordnung zum kapazitätsgesteuerten Betrieb von Mobilfunknetzen - Google Patents

Description

Die stetig steigende Teilnehmerzahlen in heutigen Mobilfunknetzen stellen die Netzbetreiber vor wachsende Anforderungen, die benötigten Kapazitäten im Netz bereitzustellen, um für möglichst alle Teilnehmer eine Kommunikation im Netz in ausreichender Qualität zu ermöglichen. Dabei können nicht beliebig viele Träger je Zelle zur Verfügung gestellt werden, da die Zahl der nutzbaren Frequenzen im Netz in der Regel limitiert ist, sei es technisch bedingt oder z. B. durch den rechtlich genehmigten Frequenzbereich. Frequenzen sind somit kostbar geworden. In der Regel wird durch ausgeklügelte Methoden und Netzstrukturen versucht, die Wiederholbarkeit von Frequenzen in anderen Zellen zu erhöhen. Eine konstante Bereitstellung von einer bestimmten Anzahl von fixen Frequenzen z. B. in einer bestimmten Zelle erweist sich jedoch als ungünstig: Entweder kann diese am Maximalbedarf orientiert werden, womit zu Zeiten niedrigen Teilnehmerverkehrs in dieser Zelle ein Großteil dieser Frequenzen ungenutzt bleibt und somit vergeudet ist bzw. Störwirkungen ausübt. Oder sie wird an einem mittleren Bedarf orientiert, womit zu Zeiten hohen Teilnehmerverkehrs nicht genügend Frequenzen als Träger des Verkehrs zur Verfügung stehen, d. h. es wurden nicht genügend Frequenzen für die Zelle geplant und die Zelle ist somit für gewissen Bedarf unterdimensioniert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das unter Berücksichtigung der Übertragungsqualität eine optimale Steuerung der Kapazität im Netz ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Eine Anordnung, die eine solche Steuerung ermöglicht, ist in Anspruch 8 offenbart.

Es wird zumindest eine der Sende- und Empfangseinrichtungen zuschaltbar ausgestaltet, so daß variabel auf die aktuelle Verkehrslast im Mobilfunknetz reagiert werden kann, d. h. es können alle oder nur bestimmte Sende- und Empfangseinrichtungen des Netzes in dieser Form betrieben werden. Als weitere Verbesserung der Auslastung der vorhandenen Kapazität wird zumindest eine der Sende- und Empfangseinrichtungen im beanspruchten Verfahren mit einem Frequenzsprungverfahren betrieben, d. h. es können ausschließlich die temporär zuschaltbar ausgestalteten Sende- und Empfangseinrichtungen mit einem Frequenzsprungverfahren betrieben werden oder nur einige oder alle der nicht temporär betriebenen Sende- und Empfangseinrichtungen. Auch eine Kombination der beiden vorgenannten Varianten ist möglich. Es zeigt sich, daß der Einsatz von Frequenzsprungverfahren deutliche Verbesserungen bringt, da einerseits bei bestehenden Netzkonfigurationen eine Verbesserung der Übertragungsqualität erreicht werden kann und andererseits bei gleichbleibender Übertragungsqualität eine Erhöhung der Kapazität im Netz erzielt wird.

Vorteilhaft kann die Inbetriebnahme der vorgenannten Sende- und Empfangseinrichtungen in Abhängigkeit von Schwellenwertmessungen erfolgen, die insbesondere auf den Schnittstellen des Netzes durchgeführt werden können. Hierbei können z. B. Verkehrsmessungen oder Protokollmessungen durchgeführt werden, die Inbetriebnahme kann dann z. B. bei Über- oder Unterschreitung von Schwellenwerten erfolgen, die vom Netzbetreiber festgelegt und gegebenenfalls angepaßt werden können. Diese Anpassung kann auch automatisch erfolgen, insbesondere durch ein intelligentes, lernendes System. Der Einsatz eines solchen Systems kann jedoch auch unabhängig von Schwellenwertmessungen zur Inbetriebnahme der Sende- und Empfangseinrichtungen vorgesehen werden. Dabei kann das System eine historische Auswertung sowie Speicherung statistischer Daten durchführen und daraus Prognosen für den zu erwartenden Teilnehmerverkehr des nächsten Zeitraumes ermitteln, so daß die Kapazitätssteuerung bereits vorausschauend eingeleitet werden kann. In gleicher Weise läßt sich auch die Zurücknahme der nicht mehr benötigten Kapazitäten im Netz steuern, d. h. ein temporärer Kapazitätsabbau in verkehrsschwachen Zeiten des Netzes.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird ein permanenter Kapazitätsbedarf ermittelt, beispielsweise durch eine Mittelung über den jeweils aktuellen Tagesbedarf. Die Mittelung kann als rein arithmetisches Mittel über den gesamten Tag erfolgen. Es kann jedoch auch eine bedarfsgerechte Mittelung erfolgen, die vor allem den Zeiten mittleren und größeren Bedarfes Rechnung trägt. Bevorzugt wird jedoch auch eine Gewichtung im Rahmen der Mittelung erfolgen, die den Bedarf zu bestimmten Zeiten stärker gewichtet, zu anderen Zeiten geringer (beispielsweise während der späten Nacht). Über den permanenten Kapazitätsbedarf kann dann ein permanenter Bedarf an Sende- und Empfangseinrichtungen abgeleitet werden. Einem solchen permanenten Bedarf kann eine feste Kapazität zugeordnet werden, die dem Netz ständig zur Verfügung steht. Eine Inbetriebnahme der vorgenannten Sende- und Empfangseinrichtungen erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Vergleich des aktuellen Bedarfs an Kapazität mit dem permanenten Bedarf. Der aktuelle Bedarf kann über oder unter dem permanenten Bedarf liegen, der, wie bereits beschrieben, vorzugsweise als Tagesmittel des aktuellen Bedarfes bestimmt wird. So kann beispielsweise dann eine Inbetriebnahme der Sende- und Empfangseinrichtungen initiiert werden, wenn der aktuelle Bedarf über dem permanenten Bedarf oder um einen gewissen Differenzbetrag über oder unter dem permanenten Bedarf liegt.

Diese Inbetriebnahme kann für jede Sende- und Empfangseinrichtung einzeln oder in Gruppen oder auch für alle gesamt erfolgen, wobei auch regionale Gruppierungen vorgesehen werden können wie alle Sende- und Empfangseinrichtung einer Zelle oder eines Zellclusters. In analoger Weise kann auch die Abschaltung der Sende- und Empfangseinrichtung vorgenommen werden, um wieder Kapazitäten freizugeben, die nicht mehr benötigt werden. Bevorzugt werden bei der Inbetriebnahme und der Abschaltung Hysteresen vorgesehen, d. h. eine Inbetriebnahme oder Abschaltung erfolgt nicht sofort, sondern erst nachdem sich die neue Bedarfssituation über einen gewissen Zeitraum stabilisiert hat. Dabei werden die Zeiträume für die Inbetriebnahme bzw. die Abschaltung bevorzugt unterschiedlich gewählt, z. B. für die Inbetriebnahme ein geringerer Zeitraum als für die Abschaltung, um eine möglichst optimale Bereitstellung von Kapazitäten zu gewährleisten.

Im folgenden wird eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Als Beispiel für ein Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung können digitale Mobilfunknetze angeführt werden, die vorzugsweise nach einem TDMA-Verfahren arbeiten. Beispiel im europäischen Raum sind hierzu vor allem Mobilfunknetze nach dem GSM-Standard.

In einer Zelle des Mobilfunknetzes wird der permanenten Bedarf als Mittelung über den gesamten Tagesverkehr ermittelt, ebenso wird der maximale Bedarf in der Zelle aufgezeichnet. Die Zelle wird mit so vielen Sende- und Empfangseinrichtungen versehen, daß diese mit den zugeordneten Trägern den maximalen Bedarf decken können und idealerweise auch noch ein weiterer Teilnehmeranstieg berücksichtigt wird. Es wird jedoch zunächst nur diejenige Anzahl von Sende- und Empfangseinrichtungen in Betrieb genommen, die zur Deckung des permanenten Bedarfes erforderlich sind. Durch Anwendung eines üblichen Frequenzzuweisungsverfahrens werden diesen Sende- und Empfangseinrichtung in der Regel Frequenzen fest zugewiesen. Es können jedoch auch z. B. lediglich ein oder mehrere Übertragungskanäle fest zugewiesen werden und alle weiteren Kanäle über ein Frequenzsprungverfahren betrieben werden. In der Gesamtmenge der Übertragungskanäle kann auch festgelegt werden, daß nur noch ein Signalisierungskanal mit einer fest zugewiesenen Frequenz belegt wird und alle Verkehrskanäle mit einem Frequenzsprungverfahren betrieben werden.

Die verbleibenden Sende- und Empfangseinrichtung werden gemäß dem Erfindungsgegenstand nur temporär, d. h. zur Deckung des Bedarfs betrieben, der über den permanenten Bedarf hinausgeht. Hierzu wird durch ein intelligentes Netzwerk unter Hinzunahme einer statistischen Datenbank des Teilnehmerverkehrs eine Prognose für den aktuellen Teilnehmerverkehr pro Zelle erstellt und der Teilnehmerverkehr besonders in denjenigen Zellen überwacht, für die bald ein Überschreiten des permanenten Bedarfs zu erwarten ist. Gleichzeitig sind Überwachungseinrichtungen vorgesehen, die auf der netzseitigen Schnittstelle der Sende- und Empfangseinrichtungen bzw. auf einer aus Sicht der Sende- und Empfangseinrichtungen netzseitig angeordneten Schnittstellen (in GSM z. B. auf der Abis- oder A-Schnittstelle des Netzes) den Teilnehmerverkehr überwachen und bei Überschreiten eines festgelegten Schwellenwertes oder Eintreten eines bestimmten Ereignisses in einer Zelle eine Meldung an das intelligente Netzwerk liefern, das dann die Zuschaltung weiterer Sende- und Empfangseinrichtung für die Zelle initiiert. Hierbei kann vor allem das Auftreten folgender Ereignisse überwacht werden:

• - Gleichzeitige Belegung von Verkehrskanälen
• - Belegung aller Verkehrskanäle
• - nur noch ein freier Verkehrskanal verfügbar bzw. nur noch eine bestimmte Zahl n freier Kanäle verfügbar, d. h. Definition eines Schwellenwertes für die Zahl freier Kanäle
• - Warteschleifen (Queuing)
• - Abweisung mit dem Grund "kein Verkehrskanal mehr frei (no radio resource available)".

Die zugeschalteten Sende- und Empfangseinrichtung werden bevorzugt im Frequenzsprungverfahren betrieben, wobei als Frequenzsprungverfahren das Synthesizer Frequency Hopping (s. unten) durchgeführt wird. Bei der Festlegung der hierfür verwendeten Frequenzen und der Abstimmung der Frequenzsprünge werden vorzugsweise weitere Randbedingungen der Frequenzzuweisung berücksichtigt (z. B. nötige Abstände verwendeter Frequenzen in benachbarten Sende- und Empfangseinrichtungen, d. h. Combinerabstände). Es werden jeweils nur soviele Sende- und Empfangseinrichtungen zugeschaltet, daß diese gerade den erforderlichen Bedarf an Verkehrskanälen decken können. Somit kann vermieden werden, daß durch an sich nicht benötigte Sende- und Empfangseinrichtungen eine unnötige Belegung von Frequenzen erfolgt, ohne daß diese aktuell zur Bedarfsdeckung genutzt würden, oder daß durch eine unnötig große Zahl von zugeschalteten Sende- und Empfangseinrichtungen mit Frequenzsprungverfahren eventuell andere Sende- und Empfangseinrichtungen beeinflußt werden.

Der Einsatz von Frequenzsprungverfahren erweist sich als günstig, denn durch die z. B. in einem GSM-System verwendeten Verfahren der Signalcodierung und der Fehlerkorrektur sowie durch die Anwendung des Interleaving ergeben sich beim Einsatz von Frequenzsprungverfahren vor allem zwei Vorteile, die bereits hinreichend in der Literatur beschrieben sind:

• - eine höhere Fading-Resistenz (Frequenz-Diversity)
• - eine Mittelung der einzelnen Signal/Rausch-Verteilungen der Übertragungskanäle (Interferenz-Diversity).

Das vorliegende Verfahren profitiert vor allem vom Vorteil aus dem Interferenz- Diversity. Durch den Mittelungseffekt über die Übertragungsqualität der Frequenzen, die in das Frequenzsprungverfahren einbezogen werden, können im Gegensatz zu Systemen ohne Frequenzsprungverfahren zusätzliche Kanäle bereitgestellt werden, ohne daß die Übertragungsqualität wesentlich reduziert wird. Man erhält somit eine Steigerung der Kapazität, die zur Verfügung steht.

Es sind v.a. zwei Arten von Frequenzsprungverfahren bekannt:

• - Baseband Hopping
• - Synthesizer Hopping.

Beim Baseband Hopping wird Frequenz einem Träger fest zugeteilt und es erfolgen pro logischem Kanal Frequenzsprünge über diese Frequenzen.

Beim Synthesizer Hopping wird die Variation der Frequenz dadurch erreicht, daß sich der Synthesizer in den Sende- und Empfangseinrichtungen nacheinander auf die unterschiedlichen Frequenzen einstellt, die ihm für das Frequenzsprungverfahren zur Verfügung stehen. Dieses Verfahren wird bevorzugt bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Da in der Regel mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen das Frequenzsprungverfahren im Netz anwenden, erfolgt eine Abstimmung zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen, wie diese ihre Frequenzsprünge durchführen. Insbesondere sind dabei die Combinerabstände zu beachten, wie bereits oben ausgeführt.

Es wird weiter vorgeschlagen, den aktuellen Belegungszustand bezüglich der momentan betriebenen Sende- und Empfangseinrichtungen an eine Operator- Zentrale zu übermitteln und dort zu visualisieren. Gegebenenfalls lassen sich dort auch Konfliktfälle bzw. fehlgeschlagene Ausführungen anzeigen und dem Operator daraufhin ein direktes Eingreifen in das System ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung bietet somit eine Möglichkeit zur dynamischen Überwachung und Steuerung der Netzkapazität, im vorangehend beschriebenen Beispiel speziell auf der Ebene der Mobilfunkzelle.

Claims (10)

1. Verfahren zum kapazitätsgesteuerten Betrieb von Mobilfunknetzen, wobei zumindest eine der ortsfesten Sende- und Empfangseinrichtungen des Mobilfunknetzes temporär betrieben wird und diese und/oder weitere Sende- und Empfangseinrichtungen mittels eines Frequenzspungverfahrens betrieben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Inbetriebnahme der mindestens einen temporär betriebenen Sende- und Empfangseinrichtung in Abhängigkeit des Ergebnisses von Schwellenwertmessungen des Mobilfunknetzes initiiert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Inbetriebnahme der mindestens einen temporär betriebenen Sende- und Empfangseinrichtung durch ein intelligentes System initiiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung eines permanenten Kapazitätsbedarfs des Netzes erfolgt und die Initiierung der Inbetriebnahme der temporär betriebenen Sende- und Empfangseinrichtungen in Abhängigkeit von einem Vergleich des aktuellen Kapazitätsbedarfs mit dem permanenten Kapazitätsbedarf erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei über den permanenten Kapazitätsbedarf ein permanenter Bedarf an Sende- und Empfangseinrichtungen abgeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei der permanente Kapazitätsbedarf durch Mittelung des Tagesbedarfes bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei vor einer Mittelung eine tageszeitabhängige Gewichtung des aktuellen Kapazitätsbedarfes erfolgt.

8. Anordnung zur Kapazitätssteuerung von Mobilfunknetzen, wobei zumindest eine der ortsfesten Sende- und Empfangseinrichtungen des Mobilfunknetzes temporär betreibbar ausgestaltet ist, und ein intelligentes System als Mittel zur Steuerung der Inbetriebnahme der mindestens einen Sende- und Empfangseinrichtungen vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der Mittel zur Lastbestimmung in dem Mobilfunknetz vorgesehen sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei eine Operator-Zentrale vorgesehen ist, die mit dem Kapazitätssteuerungssystem verbunden ist.