DE4225688A1

DE4225688A1 - Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE4225688A1
Application number: DE19924225688
Authority: DE
Inventors: Jesus-Manuel Duque-Anton; Dietmar Wilhelm Kunz; Bernhard Jakob Rueber
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1994-02-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunksystem mit Feststa tionen und Mobilstationen, bei dem für jede Feststation eine Zuweisung einer Auswahl von Funkkanälen vorgesehen ist.

Mobilfunksysteme zur Abdeckung eines größeren Versorgungs bereiches werden schon seit längerem als zellulare Funk netze konzipiert. In jeder Zelle eines solchen Funknetzes ist mindestens eine ortsfeste Feststation vorgesehen, die die Funkverbindung zu den in ihrer Funkzelle befindlichen Mobilstationen aufrecht erhält. Um das für das jeweilige Funksystem verfügbare Frequenzband einer möglichst großen Teilnehmerzahl im gesamten Mobilfunksystem zugänglich zu machen, kommt der Funknetzplanung eine besondere Bedeutung zu.

Bei der Funknetzplanung wird jeder Feststation aus der Gesamtzahl der verfügbaren Funkkanäle eine beschränkte Auswahl von Funkkanälen zugewiesen. In benachbarten Funk zellen werden sich voneinander unterscheidende Funkkanäle benutzt, so daß eine Beeinträchtigung der Funkkanäle un tereinander vermieden werden kann. Wegen des beschränkten Frequenzbandes müssen die Funkkanäle im gesamten Funknetz aber so oft wie möglich wiederverwendet werden, um eine möglichst hohe Teilnehmerkapazität zu erzielen.

Der Kanalbedarf einer Feststation, ergibt sich aus der Größe der Funkzelle und dem örtlich zu erwartenden Funk verkehrsaufkommen. Hierbei sind beispielsweise im Bereich einer Großstadt mehr Funkkanäle erforderlich, als in einem rein ländlichen Gebiet. Teilweise werden daher auch schon Funkzellen variabler Größe vorgesehen, die es ermöglichen in sogenannten Kleinzellen bei entsprechend verminderter Sendeleistung eine Wiederbenutzung des Funkkanals in schon geringeren Abstand von der Kleinzelle zu ermöglichen.

Wie weit diese Funkzellen zur Vermeidung einer Funkstörung voneinander entfernt sein müssen, ist von vielen Faktoren abhängig. Diese Faktoren sind beispielsweise die Sendelei stung und die Funkwellenausbreitungsbedingungen, die durch Abschattungen, Streuungen, Reflexionen und Mehrwegeaus breitung auf den Funkübertragungsweg gebildet werden.

Bei der Planung von Funkzellen werden topografische Daten (wie Geländehöhe, Bebauung etc.) mittels statistischer Methoden berücksichtigt.

Aus WO 90/142 ist eine Methode zur Planung von Funkzellen bekannt, bei der in der Planungsphase mit eigens dafür vorgesehen Meßfahrzeugen Feldstärke- und Interferenzmes sungen durchgeführt werden, deren Ergebnisse in einer Datenbank gespeichert werden. Jede Funkzelle bekommt eine Anzahl von Funkkanälen zugewiesen, die dem geschätzten Verkehrsaufkommen entspricht. Auf der Basis der Meßergeb nisse wird sodann eine sog. Exklusionmatrix berechnet, welche die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Funkzel len widerspiegelt. In einem iterativen Zuweisungsalgo rithmus wird die Funkkanalzuweisung in zufälliger Reihen folge vergeben. Falls auf diese Weise keine vollständige Kanalzuweisung erfolgen kann, wird ein neuer Versuch in irgend einem der genannten Schritte unternommen.

Auch wenn eine solche Frequenzplanung sehr sorgfältig durchgeführt wird, so kann doch nicht immer ausgeschlossen werden, daß allein auf Grund der Planung, auch wenn diese durch Messungen gestützt sind, eine wirklich optimale Verteilung der Frequenzen im Funknetz gefunden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Mobilfunksystem der eingangs genannten Art eine optimale Zuweisung von Funkkanäle auf die einzelnen Feststationen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem solchen Mobilfunksystem vorgesehen ist,

- im Betriebszustand Daten über die Qualität von Funkka nälen zu sammeln
- die gesammelten Daten auszuwerten, und
- aufgrund der ausgewerteten Daten die für jede ein zelne Feststation vorgesehene Zuweisung der Funkka näle gegebenenfalls zu ändern.

In einem solchen Mobilfunksystem wird für eine Funkver bindung zwischen Feststation und einer Mobilstation aus den einer Feststation zugewiesenen Funkkanälen ein freier Funkkanal ausgewählt. Während des Bestehens einer solchen Funkkanalverbindung werden von der Mobilstation oder von der Funkfeststation oder von beiden Stationen Messungen vorgenommen, die eine Aussage über die Qualität der beste henden Funkverbindung zulassen. Solche Messungen sind beispielsweise das Signal/Interferenz-Verhältnis, der Bit bzw. Rahmenfehlerrate etc. Um die Speicherung dieser Meß ergebnisse zu vereinfachen kann bereits hier beispiels weise durch Vergleich mit einem vorgebbaren Schwellenwert, eine Klassifizierung in "Qualität ausreichend" bzw. Quali tät nicht ausreichend" vorgenommen werden.

Die gemessenen Daten über einen längeren Zeitraum gesam melt und am Ende eines jeweiligen Zeitraums ausgewertet. Die ausgewerteten Daten entsprechen, da sie im praktischen Betrieb gewonnen wurden dem tatsächlichen Netzverhalten.

Auf diese Weise kann auch eine viel höhere Anzahl von Meßergebnissen gewonnen werden, als dies bei nur planungs unterstützenden Probemessungen vorab möglich ist. Durch die hohe Anzahl von Meßergebnissen sind die Meßergebnisse auch statistisch sicherer und werden zudem auch noch, wenn man den Installationsaufwand vernachlässigt, kostenfrei geliefert.

Eine nach jeder Auswertung der Meßdaten vorgesehene Um ordnung der Zuweisung der Funkkanäle ist somit immer auf dem neuesten Stand. Gleichzeitig ist so auch die Erfassung des Kanalbedarf s einer Funkzelle möglich, die sich aus der Gesamtzahl aller belegten Funkkanäle ergibt.

Ein solches Funksystem hat den Vorteil, daß es durch die zum einen langfristig gelernten Parameter, das heißt die über alle Auswertungszeiträume gesammelten Ergebnisse und den aktuellen Meßwerten sich auch an Veränderungen des Netzes selbständig anpassen kann.

Dies ist von besonderen Vorteil für sog. Mikrozellen. Zur Berechnung von Feldstärkeausbreitung und Verkehrsdichten ist bei Mikrozellen ein Detailierungsgrad erforderlich, der eine modellbasierte Vorausberechnung für die Funknetz planung ungeheuer aufwendig werden läßt. Es hat sich bei spielsweise gezeigt, daß die Abschattungseigenschaften von Gebäuden nicht mehr wie bisher stochastisch modeliert werden können. Durch die adaptive Strategie des bean spruchten Mobilfunksystems braucht nur noch eine grobe Frequenzzuteilung zu den einzelnen Mikrozellen vorgenommen werden. Eine Feinabstimmung der Zuordnungen erfolgt dann automatisch im Betrieb des Mobilfunksystems. Einflüsse, die besonders in Mikrozellen gravierend sind, z. B. Neubau von Gebäuden, die neue Abschattungseigenschaften mit sich bringen, führen durch die adaptive Strategie der Frequenz verteilung in den einzelnen Mikrozellen zu einer selbstän digen Anpassung an solche neuen Bedingungen.

Auf diese Weise wird eine Steigerung der Verkehrskapazität des gesamten Netzes, sowie eine Erhöhung seiner Betriebs sicherheit erreicht. Da Feststations- und Kanalzuweisung nicht mehr auf unsicheren Planungsdaten, sondern auf er probten Erfahrungen beruhen, werden die Zahl der Ge sprächsverluste gesenkt und die Gesprächsqualitäten er höht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen zu jeder Qualitätsermittlung die Belegung desgleichen Funkkanals in einer anderen Funkzelle in Korrelation zu setzen. Hierzu muß ein Datenaustausch zwischen den Feststationen der einzelnen Funkzellen vorgesehen sein, der eine Abfrage der Kanalbelegung ermöglicht. Das Ergebnis dieser Abfrage ist dann "Kanal X in Funkzelle Y belegt" bzw. "Kanal X in Funkzelle Y nicht belegt".

Qualitätsdaten und Belegungsdaten werden paarweise für eine Auswertung gesammelt. Bei der Auswertung kann dann die bedingte Wahrscheinlichkeit für eine ausreichende Qualität eines Funkkanals errechnet werden, unter der Vor aussetzung daß der gleiche Funkkanal bei einer anderen Funkstation belegt bzw. nicht belegt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen in den anderen Funkzellen nicht nur den Belegungszu stand des gleichen Funkkanals abzufragen, sondern auch die Qualität eines Funkkanals in Abhängigkeit von der Bele gung anderer Funkkanäle zu erfassen. Hierdurch kann auch eine kumulative Störwirkung erfaßt werden. Solche kumu lativen Störwirkungen, daß ein Funkkanal zwar noch nicht bei Belegung eines Funkkanals, sondern erst bei gleichzei tiger Belegung von zwei anderen Funkkanälen gestört wird, konnten bei der Planung von Mobilfunksystemen mit den be kannten Methoden nicht erfaßt werden.

Funkkanalqualität und Abfrage der Belegung können in re gelmäßigen Zeitabständen erfaßt werden. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Abfrage der Kanalqualität immer nur dann, wenn ein neuer Kanal an einer Funkstation belegt wird. Hierzu könnte eine Feststation bei allen Nachbar-Feststationen anfragen, ob sich durch die Neubele gung des Kanals die Qualität auf den anderen Kanälen der Nachbarfeststationen geändert hat.

Eine andere Ausführungsform sieht eine Abfrage des Bele gungszustandes immer dann vor, wenn sich die Qualität eines Kanals an einer Feststation wesentlich geändert hat. Sobald eine Feststation eine signifikante Qualitätsver schlechterung auf einem Funkkanal bemerkt hat, werden alle Nachbarfunkstationen abgefragt, ob sie gerade den gleichen Kanal belegt haben.

Die beiden zuletzt genannten Ausführungsformen haben den Vorteil, daß die auszuwertende Datenmenge auf diese Weise erheblich reduziert werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

Als Ausführungsbeispiel wird auf das im Aufbau befindliche Digitale Paneuropäische Mobilfunksystem GSM zurückgegrif fen. In vorteilhafter Weise läßt sich das beanspruchte Mobilfunksystem wie gezeigt wird auch in bereits bestehen de Mobilfunksystem integrieren.

Bei einem solchen Mobilfunksystem bilden eine Anzahl von Feststationen ein zellulares Funknetz. Jeweils eine Anzahl von Feststationen sind über jeweils eine Überleiteinrichtung (MSC) mit dem drahtgebundenen Telekommunikationsnetz ver bunden. Wird zum Aufbau eines Gespräches zwischen einer Mobilstation und einer Feststation ein Funkkanal benötigt, so wird dieser aus einer in der Feststation abgespeicherten Funkkanalliste entnommen. Zum Gesprächsaufbau ist ein Datenaustausch zwischen Mobilstation und Feststation über einen Kontrollkanal vorgesehen, über welchen der Mobilsta tion beispielsweise der ausgewählte Funkkanal mitgeteilt wird.

Im Ausführungsbeispiel messen die Mobilstationen während des Betriebs die Signalstärken und die Signallaufzeiten der von ihnen empfangbaren Feststationen. Diese Informa tionen geben sie über ihren Kontrollkanal an ihre eigene Feststation weiter. Die Feststationen wiederum leiten diese Meßwerte so dann an ihre MCS′s weiter, bei denen die Zuweisungsaufgaben allokiert sind.

Diese Meßwerte werden in den MSC′s beispielsweise in einer Datenverarbeitungsanlage gesammelt und jeweils am Ende einer Auswertungsperiode ausgewertet. Zur Datenverdichtung wird bei der Auswertung zunächst eine Klassifikation der Meßwerte der Mobilstationen durchgeführt. Aus den gesamm elten Daten ist auch der aktuelle Kanalbedarf ersicht lich. Mit diesem neuen Kanalbedarfsvektor kann nun eine neue Kanalvergabe berechnet werden. Das Ergebnis dieser neuen Kanalvergabe sind neue Kanallisten. Diese Kanalli sten werden an die Feststationen weitergeleitet und an stelle der alten Kanallisten verwendet. Auf diese Weise erhalten die MSC′s Daten über die Netzreaktion, wodurch es möglich wird, daß das Funknetz sich selbständig optimiert bzw. sich selbständig an Änderungen im Funknetz anpassen kann. Auf diese Weise ist es auch möglich Kanalzuweisungs verfahren zu verwenden, die ihre Zuweisung im Verlauf des Netzbetriebes erlernen. Solche Zuweisungsverfahren sind beispielsweise der Kohonen-Map-Allgorithmus.

Eine Ausführungsform, bei der die Interferenz-Relation anhand der bedingten Wahrscheinlichkeiten ermittelt wird, arbeitet vorzugsweise in zwei Phasen. In der ersten Phase wird zu einer vorgegebenen Funkstation j die Menge aller Interferierer E (j) bestimmt. Hierzu wird zunächst die Gesprächsqualität Q_ÿ für einen Funkkanal i bestimmt. Eine Funkstation j gehört dann zur Menge der Interferierer I (j), wenn folgende Relation der bedingten Wahrscheinlich keiten P gegeben ist:
P (Q_ÿ nicht ausreichend/j′ benutzt i) <
P (Q_ÿ nicht ausreichend) <
P (Q_ÿ nicht ausreichend/j′ benutzt nicht i).

In einer zweiten Phase wird für jede störende Funkstation j′ ε I (j) der Grad der Interferenz ermittelt. Hierzu muß insbesondere die Störwirkung aller anderen Interferierer (j′′ ε I (j); j′′ ≠ j′) herausgefiltert werden. Ein adä quates Mittel hierzu sind die betrachteten bedingten Wahr scheinlichkeiten. Im einfachsten Fall brauchen nur die Bedingungen Funkstation j′ benutzt Kanal i bzw. Funksta tion j′ benutzt nicht Kanal i, betrachtet zu werden. Der gesuchte Interferenz-Grad ergibt sich in diesem Fall wie folgt:

Claims

1. Mobilfunksystem mit Feststationen und Mobilstationen, bei dem für jede Feststation eine Zuweisung einer Auswahl von Funkkanälen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Mobilfunksystem vorgesehen ist

2. Mobilfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, zu einer Messung der Qualität eines benutzten Funkkanals den Belegungszustand dieses Funkka nals in einer anderen Funkzelle abzufragen und bei der Auswertung zu berücksichtigen.

3. Mobilfunksystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß auch der Belegungszustand anderer Funkkanäle berück sichtigt wird.

4. Mobilfunksystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem ein an einer Feststation ein neuer Funkkanal belegt wird, an den anderen Feststationen abgefragt wird, ob sich die Qualität auf deren Funkkanälen geändert hat.

5. Mobilfunksystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem sich die Qualität eines Funkkanals geändert hat, die Funkkanalbelegung der anderen Feststationen abge fragt wird.

6. Steuervorrichtung für ein Mobilfunksystem, dadurch gekennzeichnet daß Mittel vorgesehen sind, mit denen

- Daten von Feststationen gesammelt werden
- ein Kanalvergabeplan erstellt werden kann
- und die neuen Kanalvergabepläne an Feststationen weitergeleitet werden können.