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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum kapazitätsgesteuerten Betrieb von Mobilfunknetzen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Die
stetig steigenden 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.
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Die
DE 44 32 926 A1 und
EP 0 697 772 A2 beschreiben
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 Frequenzsprungverfahrens betrieben werden.
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Die
EP 0 637 895 A2 ,
die den nächstliegenden
Stand der Technik darstellt, offenbart ein Verfahren und eine Anordnung
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 Frequenzsprungverfahrens betrieben werden. Es erfolgt
eine Ermittlung eines permanenten Kapazitätsbedarfs des Netzes und eine Initiierung
der Inbetriebnahme der temporär
betriebenen Sende- und Empfangseinrichtungen in Abhängigkeit
von einem Vergleich des aktuellen Kapazitätsbedarfs mit dem permanenten
Kapazitätsbedarf.
Ein ähnliches
Verfahren ist auch in der WO 97/15995 A1 offenbart.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung
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 zur Durchführung
des Verfahrens ist in Anspruch 7 offenbart.
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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.
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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.
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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 dannin 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.
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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. Bei der Inbetriebnahme und der Abschaltung werden 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 unterschiedlich gewählt, z.B. für die Inbetriebnahme ein geringerer
Zeitraum als für
die Abschaltung, um eine möglichst
optimale Bereitstellung von Kapazitäten zu gewährleisten.
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Im
folgenden wird eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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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.
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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.
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Die
verbleibenden Sende- und Empfangseinrichtung werden gemäß dem Erfindungegenstand 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)"
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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 Absimmung 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.
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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)
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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.
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Es
sind v.a. zwei Arten von Frequenzsprungverfahren bekannt:
- – Baseband
Hopping
- – Synthesizer
Hopping
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Beim
Baseband Hopping wird die Frequenz einem Träger fest zugeteilt und es erfolgen
pro logischem Kanal Frequenzsprünge über diese
Frequenzen.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung bietet somit eine Möglichkeit zur dynamischen Überwachung
und Steuerung der Netzkapazität,
im vorangehend beschriebenen Beispiel speziell auf der Ebene der
Mobilfunkzelle.