DE4318495C2 - Verfahren zur verbesserten Frequenzzuweisung bei einem zellularen Mobilfunksystem mit Mehrfachversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Frequenzzuweisung mit minimierten Nachbarkanal-Inter­ ferenzen bei einem zellularen Mobilfunksystem mit Mehr­ fachversorgung.

Um in einem Mobilfunknetz eine möglichst hohe Teilnehmer­ kapazität zu erzielen, sollen die zur Verfügung stehenden Frequenz- bzw. Kanalgruppen möglichst häufig in der Fläche für unterschiedliche Verbindungen wiederbenutzt werden können, also in räumlich möglichst dicht benach­ barten Zellen wiederholt werden (Frequenz- bzw. Kanalwie­ derholung, engl. channel reuse). Dabei muß andererseits sichergestellt werden, daß sowohl Gleichkanal- als auch Nachbarkanalstörungen, welche Störungen von Ver­ bindungen hervorrufen können, möglichst gering bleiben. Eine Anordnung von Zellen, welche sämtliche vorkommenden Kanalgruppen beinhaltet und die sich lückenlos periodisch in der Fläche wiederholen lässt, wird Cluster genannt.

In der DE 41 41 398 A1 wird vorgeschlagen, die Ver­ sorgung der einzelnen Zellen dadurch zu verbessern, daß eine Zelle von drei verschiedenen Feststationen mit Sektorantennen ausgeleuchtet wird. Diese drei Fest­ stationen verwenden jeweils die gleiche Kanalgruppe. Damit wird eine gleichmässigere Ausleuchtung der Zelle erreicht. Desweiteren entsteht durch Verwendung von sich überlappenden Sektorantennen an einer Feststation ein Cluster mit sich überlappenden Zellen.

Innerhalb einer solchen Konfiguration gibt es zwei Formen des Handover. Erstens einen impliziten oder "weichen" Handover, der dadurch entsteht, daß sich die Mobilstation innerhalb einer Zelle von einer Fest­ station zu einer anderen bewegt. Die Versorgung der Mobilstation wird dabei im wesentlichen von der stärksten Feststation übernommen. Von diesem weichen Handover merkt die Mobilstation nichts, da alle drei Fest­ stationen die gleiche Kanalgruppe verwenden.

Zweitens gibt es einen konventionellen Handover mit Kanalwechsel im Überlappungsbereich von benachbarten Zellen. Da diese Überlappungsbereiche nicht mit den Sektorgrenzen oder herkömmlichen Funkzonengrenzen zusammenfallen, ist dieser Handover weder unsicher noch zeitkritisch.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, in dem die Nachbarkanal- Interferenzen auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Frequenzzuteilung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist somit im Fall der hier betrachteten Funknetz­ architektur mit sich überlappenden Sektoren vorgesehen, benachbarte, sich überlappende Sektoren mit nicht­ benachbarten Frequenzen zu belegen. Dadurch werden die auftretenden Nachbarkanal-Interferenzen so gering wie möglich gehalten. Das Verfahren beinhaltet demnach eine optimierte Frequenzzuweisung für die oben be­ schriebene grundsätzliche Funknetzarchitektur mit hexa­ gonalen Zellen.

Obwohl die Basisstation alle vorhandenen Frequenz­ gruppen verwendet, treten in unterschiedlichen Funk­ netz-Architekturen des beschriebenen Typs keine Über­ lappungen von Zellen mit benachbarten Frequenzgruppen auf. Während ein Cluster in der ursprünglichen Definition dadurch bestimmt war, daß jede Frequenzgruppe nur einmal vertreten war, wird jetzt innerhalb eines Clusters jede Frequenzgruppe mehrfach verwendet.

Die Frequenzzuweisung für die einzelnen sich über­ lappenden Sektoren kann durch eine spezielle Optimierung der Frequenzzuweisung gewonnen werden, die sicherstellt, daß in den Überlappungen die Frequenzen möglichst weit auseinanderliegen. Die Auswahl der Frequenzen kann durch zyklische Vertauschung der Frequenzgruppen sowie durch Rotation und Spiegelungen der Anordnung abgeleitet werden.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen mit Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden.

Es bedeuten:

Fig. 1 ein 3-Zell-Cluster mit nichtoptimierter Frequenzzuteilung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein 3-Zell-Cluster gemäss Fig. 1 ohne Dar­ stellung der überlappungen;

Fig. 3 ein 3-Zell-Cluster mit optimierter Frequenz­ zuteilung gemäss der Erfindung;

Fig. 4 ein 3-Zell-Cluster gemäss Fig. 3 ohne Dar­ stellung der Überlappungen;

Fig. 5 ein 4-Zell-Cluster mit optimierter Frequenz­ zuteilung gemäss der Erfindung;

Fig. 6 ein 4-Zell-Cluster gemäss Fig. 5 ohne Dar­ stellung der Überlappungen;

Fig. 7 eine alternative Frequenzzuteilung für das 4-Zell-Cluster gemäss Fig. 5 ohne Darstellung der Überlappungen;

Fig. 8 eine andere Frequenzzuteilung für das 4-Zell-Cluster gemäss Fig. 5 ohne Darstellung der überlappungen.

Benachbarte Zahlen bedeuten in allen Zeichnungen benach­ barte Frequenzgruppen. Je größer der Unterschied zwischen den Zahlen ist, umso größer ist der Abstand der Frequenzen zueinander.

In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine nicht-optimierte Frequenzzuteilung für eine Funknetzarchitektur mit 2 × 3 Frequenzgruppen darge­ stellt.

Fig. 1 zeigt ein Drei-Zell-Cluster mit einander überlappenden, hexagonalen Zellen. Jede hexagonale Zelle wird gleichzeitig von drei ihrer Ecken durch Feststationen (dargestellt als Punkt) mit der gleichen Frequenzgruppe versorgt (Mehrfachversorgung). An jedem Antennenstandort befinden sich sechs Sektorantennen mit einem Öffnungswinkel von je 120°, bei denen sich benachbarte Antennensektoren um bis zu 60° überlappen. Es werden daher insgesamt sechs verschiedene Frequenzgruppen (1 . . . . 6) benötigt: Benachbarte hexagonale Zellen überlappen sich bei Verwendung von 120°- Sektorantennen zu je einem Drittel der Zellfläche (in Form einer Raute). Da es zu jeder Zelle drei überlappende Nachbarzellen gibt, wird jede Teilfläche einer Zelle durch zwei Frequenzgruppen versorgt (der rechte obere Teilbereich der schraffierten Zelle, z. B. mit den Frequenzgruppen 1 und 2). Die idealen Handover-Grenzen zwischen den sich überlappenden hexagonalen Zellen, liegen dabei in der Mitte der Rauten. Stellt man die Zellen ausschließlich durch diese idealen Handover-Linien begrenzt dar, so daß keine Überlappung einzelner Zellen mehr stattfindet, so erhält man als Zellbegrenzungskontur ein Dreieck (siehe Fig. 2). Faßt man sechs benachbarte und überlappende Zellen mit sechs verschiedenen Frequenzgruppen zu einem Cluster zusammen, so wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, so läßt sich diese Anordnung periodisch in der Fläche fortsetzen. Von Bedeutung ist, daß benachbarte Ziffern von Frequenzgruppen (z. B. 1 und 2 oder auch 6 und 1) benachbarten Frequenzen bzw. Frequenzgruppen auf der Frequenzachse entsprechen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sich bei dieser Frequenzzuweisung an einer Basisstation Sektoren mit benachbarten Frequenzgruppen überlappen. Auch durch Permutation der Kanalgruppen können beim Cluster gemäß Fig. 1 sich überlappende Zellen mit benachbarten Frequenzgruppen nicht vermieden werden. Es treten daher bei dieser Frequenzzuteilung starke Nachbarkanalstörungen aufgrund des oben beschriebenen Sachverhaltes auf.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Architektur entspricht in ihrer Zellgeometrie der in Fig. 1 und 2 beschriebenen. Benachbarte Ziffern entsprechen auch hier benachbarten Frequenzgruppen. Der Unterschied zum Cluster nach den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß eine abweichende Frequenzzuweisung für die einzelnen Zellen vorweggenommen wurde, wie in den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Dadurch wird erreicht, daß zwar an einer Basisstation ebenfalls sechs verschiedene Frequenzgruppen Verwendung finden, jedoch keine Überlappung von Zellen mit benachbarten Frequenzgruppen auftritt. Ebenfalls ersichtlich ist eine durch die veränderte Frequenzzuweisung bedingte Modifikation. Nun bilden insgesamt Zwei-Drei-Zell-Cluster ein weiteres Cluster, das sich periodisch in der Fläche wiederholt. Innerhalb eines Clusters wird jedoch jede Frequenzgruppe für zwei Zellen verwendet, statt daß wie üblich jede Frequenzgruppe in einem Cluster nur einmal auftritt. Es werden daher trotz der Größe des Clusters von sechs bzw. zwölf Zellen weiterhin nur sechs Frequenzgruppen benötigt.

Besonders in Fig. 4 wird deutlich, daß damit ein Cluster aus zwei Sechsecken (mit je drei bzw. sechs sich überlappenden Zellen besteht), die zueinander spiegelverkehrte Frequenzbelegungen besitzen. Die Zahlenfolgen der an der jeweils mittleren Feststation, die verwendeten Frequenzgruppen (1-3-6-4-2-4-1 bzw. 1-5-2-4-6-3-1) weisen somit unterschiedliche Drehrichtungen auf. Dadurch wird zusätzlich erreicht, daß die zwei nächstgelegenen Gleichkanalzellen jeder Zelle eine um 180° gedrehte Orientierung aufweisen. Dies ist aus der Lage der Zellen mit gleicher Frequenzzuweisung in Fig. 3 und 4 ersichtlich. Beispielhaft wurden zu diesem Zweck Zellen der Frequenzgruppe 1 in den entsprechenden Abbildungen schraffiert dargestellt.

Zusätzlich zu der Frequenzzuweisung nach Fig. 3 und 4 für ein doppeltes Drei-Zell-Cluster wird ein ebenfalls doppeltes Vier-Zell-Cluster vorgeschlagen (vergleiche Fig. 5), das ebenfalls eine Mehrfachversorgung von Dreiecken jeder hexagonalen Zelle sowie an jedem Antennenstandort sechs Sektorantennen mit Überlappung aufweist (vergleiche Beschreibung zu Fig. 1). Hier werden jedoch acht verschiedene Frequenzgruppen (1 . . . . 8) benötigt.

Das sich hierbei ergebende Cluster aus zwei mal vier sich überlappenden Zellen nach Fig. 5 weist aufgrund der größeren Abstände der Gleichkanalzellen ein besseres Gleichkanal- Signal-/Störleistungsverhältnis auf als beispielsweise die Drei-Zell-Cluster nach den Fig. 1 bis 4. Hierbei wurde ebenfalls in der Frequenzzuweisung nach den Fig. 3 und 4 die Zuweisung der Frequenzen derart vorweggenommen, daß sich Nachbarkanalzellen nicht überlappen. Die Frequenzökonomie ist aufgrund der verwendeten acht Frequenzgruppen jedoch geringer.

Es ergeben sich hierbei drei verschiedene Frequenzzuweisungen für dieses Vier-Zell-Cluster, die die Forderung nach Nicht- Überlappung der Nachbarkanalzellen erfüllen. Diese sind in den Fig. 6 bis 8 ohne Darstellung der Zellüberlappung angegeben. Weitere Frequenzzuweisung lassen sich durch zyklische Vertauschung der Kanalgruppennummern sowie durch Rotation und Spiegelung der Anordnung ableiten.

Claims (4)

1. Verfahren zur Frequenzzuweisung bei einem zellularen Mobilfunksystem mit Mehrfachversorgung für eine Funknetzarchitektur eines Mehrfach-Zell-Clusters mit einander überlappenden hexagonalen Zellen, wobei zur Mehrfachversorgung jede hexagonale Zelle gleichzeitig von drei ihrer Ecken aus durch Feststationen mit jeweils einer Frequenzgruppe versorgt wird, und die Feststationen mittels Sektorantennen jeweils Teilbereiche der Zelle (Sektoren) versorgen, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten, sich überlappenden und durch die Sektorantennen einer Feststation ausgeleuchteten Sektoren einer Zelle mit nicht benachbarten Frequenzgruppen belegt werden.

2. Verfahren zur Frequenzzuweisung bei einem zellularen Mobilfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den benachbarten, sich überlappenden Sektoren einer Feststation zugewiesenen Frequenzgruppen (1-6 bzw. 1-8) durch zyklische Vertauschung der Frequenzgruppen abgeleitet werden.

3. verfahren zur Frequenzzuweisung bei einem zellularen Mobilfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den benachbarten, sich überlappenden Sektoren einer Feststation zugewiesenen Frequenzgruppen (1-6 bzw. 1-8) durch Rotation der Zellanordnungen um Vielfache von 60° abgeleitet werden, wobei die Rotationsachse durch den Standort einer beliebigen Feststation bestimmt wird.

4. Verfahren zur Frequenzzuweisung bei einem zellularen Mobilfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den benachbarten, sich überlappenden Sektoren einer Feststation zugewiesenen Frequenzgruppen (1-6 bzw. 1-8) durch Spiegelungen an einer Achse abgeleitet werden, die durch die Verbindungslinie zweier beliebiger Feststationsstandorte bestimmt wird.