DE60127714T2

DE60127714T2 - System und verfahren zur frequenzwiederverwendung in einem sektorisierten zellenmuster in einem drahtlosen kommunikationssystem

Info

Publication number: DE60127714T2
Application number: DE60127714T
Authority: DE
Inventors: Jack G. New Minister B.C. GARRISON
Original assignee: BWA Technology Inc
Current assignee: BWA Technology Inc
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: IL156338A0; EP1350398B1; ATE358954T1; CA2431061A1; DE60127714D1; EP1350342A4; IL156335A0; EP1350398A4; AU2002220251A1; AU2002220252A1; EP1350398A1; JP2004523942A; CN1535541A; EP1350342A1; KR20030059838A; WO2002047411A1; CA2431050A1; WO2002047288A1

Description

VERWANDTE EINRICHTUNGEN
Die vorliegende Anmeldung steht in Zusammenhang mit dem zugleich und vom gleichen Anmelder angemeldeten US Patent 6,778,516 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR BROADBAND MILLIMETER WAVE DATA COMMUNICATION," der zugleich und vom gleichen Anmelder angemeldeten US Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/604,437 mit dem Titel „MAXIMIZING EFFICIENCY IN A MULTICARRIER TIME DIVISION DUPLEX SYSTEM EMPLOYING DYNAMIC ASYMMETRY" und dem zugleich und vom gleichen Anmelder angemeldeten US Patent 6,577,869 mit dem Titel „FREQUENCY REUSE FOR TDD." Die vorliegende Anmeldung wird auch zeitgleich mit einer vom gleichen Anmelder angemeldeten US Patentanmeldung 2004/0053 620 A1 mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR INBAND SIGNALING FOR SECTOR SYNCHRONIZATION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM" angemeldet.
ERFINDUNGSHINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und -verfahren und insbesondere ein System und Verfahren zur Optimierung der Bandbreite eines drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems durch das Synchronisieren von Übertragungs- und Empfangsmoden.
WO 98/33338 offenbart ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Radio-Zugangssystem, das die Verwendung von nur zwei Frequenzbändern und alternierenden Polarisationen verbindet. Basisstationsantennen, die angrenzende Sektoren von einem gemeinsamen Basisstationsstandort aus speisen, arbeiten zumindest mit zwei unterschiedlichen von zwei Sätzen von Kanälen. Darüber hinaus verwenden Sektoren an angrenzenden Basisstationsstandorten (z. B. in angrenzenden Zellen), die an den Sektoren des ersten Basisstationsstandorts ausgerichtet sind, entweder einen anderen Satz von Kanälen oder eine andere Polarisation. Die beiden Sätze von Kanälen können zwei Sätze von Frequenzen (z. B. FDMA) sein.
Drahtlose Radioverbindungen sind zunehmend wichtig geworden, um Datenübertragungsverbindungen für eine Vielzahl von Anwendungen bereitzustellen. Beispielsweise haben Internet-Service-Provider damit begonnen, drahtlose Radioverbindungen innerhalb von städtischen Umgebungen zu verwenden, um die Installationskosten von herkömmlichen verdrahteten Verbindungen oder Glasfasern zu vermeiden. Es kann vorteilhaft sein, drahtlose Radioverbindungssysteme zu verwenden, um einer Mehrzahl von Nutzern in einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur Dienste zur Verfügung zu stellen. Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme umfassen gewöhnlich eine Mehrzahl von Hub-Einheiten, die eine Mehrzahl von Sub-Einheiten (manchmal als Vor-Ort-Einheiten, Knoten oder Teilnehmereinheiten bezeichnet) bedienen. Die Subs sind gewöhnlich mit einzelnen Knoten in dem System assoziiert. Eine einzelne Sub-Einheit kann mit einem LAN verbunden sein, um PCs auf dem LAN zu erlauben, sich mittels des Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems mit anderen Netzwerken zu verbinden. Jede Sub-Einheit kommuniziert über einen drahtlosen Kanal mit einer bestimmten Hub-Einheit. In einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System kann die Hub-Einheit die Übertragung zwischen einem Anteil der Mehrzahl von Sub-Einheiten steuern, die einem bestimmten Abdeckungsgebiet zugehören. Die Hub-Einheiten planen zeitlich die Übertragungs- und Empfangsbündel zu und von den Sub-Einheiten. Die Hub-Einheiten können Datenpakete, die sie von einer bestimmten Sub-Einheit empfangen haben, zu einer anderen Sub-Einheit innerhalb desselben Abdekkungsgebiets über solche Rahmen übertragen, sie an ein herkömmliches verdrahtetes Backbone-Netz oder zu einer anderen Hub-Einheit übertragen.
Ein Punkt-zu-Mehrpunkt-System, wie es in der oben zitierten und vom selben Anmelder angemeldeten Patentanmeldung mit dem Titel „FREQUENCY REUSE FOR TDD" offenbart ist, umfaßt eine Mehrzahl von zueinander angrenzend angeordneten Hub-Einheiten, die ein verbundenes Abdeckungsgebiet bereitstellen. Zusätzlich können die einzelnen Abdekkungsgebiete dieser Hubs in bestimmte Sektoren – wie etwa Dreißig- oder Neunziggradsektoren – aufgeteilt sein. Darüber hinaus können die Hubs Frequenzteilung oder andere Techniken verwenden, um eine Mehrzahl von Übertragungskanälen bereitzustellen.
Kanal-Wiederverwendungstechniken sind entwickelt worden, um die Wiederverwendung von Kanälen innerhalb eines Netzwerks zu ermöglichen, ohne inakzeptable Pegel von Interferenz einzuführen. Der Zweck dieser Kanal-Wiederverwendungstechniken besteht darin, die Kanalverfügbarkeit zu maximieren, während Kanalinterferenz zwischen benachbarten Hubs vermieden wird. Klarerweise sind diese Kanal-Wiederverwendungstechniken ein wertvolles Werkzeug, um die Bandbreite von Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen zu vergrößern. Es wurde jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung erkannt, daß Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme strukturelle Charakteristika besitzen, die ausgenutzt werden können, um eine größere Optimierung der Kanalverfügbarkeit zu ermöglichen, als diejenige, welche mit herkömmli chen Kanal-Wiederverwendungstechniken verfügbar ist, während Kanalinterferenz vermieden wird.
Beispielsweise kann Datenverkehr über ein Punkt-zu-Mehrpunkt-System bündelweise anstatt mit einer festen oder stetigen Datenrate auftreten. Insbesondere würde eine Internetbrowser-Anwendung, die in einer Sub-Einheit ausgeführt wird, gewöhnlich eine erhebliche Downlink-Bandbreite benötigen, während HTML-Code von einer Webseite heruntergeladen wird, würde jedoch wenig oder keine Bandbreite benötigen, während ein Nutzer die mit dem HTML-Code assoziierte Bildschirmanzeige liest. Zusätzlich können die Bandbreitenanforderungen von vielen Anwendungen, wie etwa Browsern, asymmetrisch sein. Insbesondere laden Internetbrowser oft eine große Menge Daten herunter, laden jedoch vergleichsweise sehr wenig hoch. Daher können Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme dynamische Bandbreitenallokationstechniken (DBA) implementieren, um den Datendurchsatz, der mit asymmetrischem, bündelweisem Verkehr verbunden ist, zu maximieren.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System und Verfahren anzugeben, um die Bandbreite von Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen in Übereinstimmung mit den besonderen Charakteristika von Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen wie auch zwischen besonderen Bereichen des Netzwerks zu maximieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und Verfahren anzugeben, um die Empfangs- und Übertragungsmoden von Sektoren oder anderen Bereichen einer zugehörigen Gruppe von Hub-Einheiten zu synchronisieren, um die Bandbreite von Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen zu maximieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und Verfahren zur Sektor-Sektor-Telemetrie in Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen effizienten Übertragungskanal anzugeben, der mit den Systemen und Verfahren der Erfindung verwendet wird und der eine Synchronisation von benachbarten Hubs erlaubt, während er schnelle dynamische Allokation von Bandbreite bei einzelnen Hubs zuläßt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Muster der Wiederverwendung von Frequenzen bei einem drahtlosen Kommunikationssystem anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wiederholbares Muster der Wiederverwendung von Frequenzen in einem drahtlosen Kommunikationssystem anzugeben, welches sechzehn Zellen in einem Vier-Mal-Vier-Gitter umfaßt, wobei zwei Polarisationen pro Übertragungsfrequenz verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verringerung von Kanal- und/oder Nachbarkanalinterferenz durch ein Muster der Wiederverwendung von Frequenzen anzugeben.
Die vorliegende Erfindung gibt ein drahtloses Kommunikationssystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Verringerung von Kanalinterferenz nach Anspruch 9 an.
Diese und andere Ziele, Merkmale und technischen Vorteile werden durch ein System und Verfahren erreicht, das in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System arbeitet, welches eine Mehrzahl von Hubs und eine Mehrzahl von Subs umfaßt, die innerhalb der Abdeckungsgebiete, die den Hubs zugehören, verteilt sind. Das Punkt-zu-Mehrpunkt-System teilt vorzugsweise seine Übertragungsbandbreite in Kanäle mittels Spektrum-Teilungstechniken auf, wie etwa Frequenzteilung, Zeitteilung oder orthogonale Codeteilung („orthogonal Code division"). Zudem übertragen die Hubs mit den Subs innerhalb ihres Abdeckungsgebiets über Sektorantennen. Durch die Verwendung von Spektrumteilung und Sektorantennen koordinieren bevorzugte Ausführungen des Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems die Kanalallokation über einen Kanal-Wiederverwendungsplan. Zusätzlich teilen bevorzugte Ausführungen einzelne Kanäle in Übertragungs- und Empfangsmoden über ein Zeitduplex-Schema (TDD) über denselben Kanal auf. In diesem TDD-Schema überträgt ein Hub Informationen an Subs in dem Übertragungsmodus und empfängt Informationen in dem Empfangsmodus. Weiter können die Hubs des Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems vorzugsweise Bandbreite dynamisch zwischen den Übertragungs- und Empfangsmoden zuteilen, um asymmetrische Übertragungsmoden herzustellen. Zusätzlich umfassen die Subs der bevorzugten Ausführungen, welche die vorliegende Erfindung verwenden, gerichtete Antennen.
Kanalinterferenz, wie etwa solche in angrenzenden Sektoren von benachbarten Hubs, stellt ein bedeutendes Problem dar. Speziell ist eine Aussetzung zwischen den Hubs schwierig, da Hubantennen üblicherweise auf andere Hubs des Netzwerks gerichtet sind, um eine gemeinsame Abdeckung eines Versorgungsbereichs bereitzustellen. Hubs der bevorzugten Ausführungen können beispielsweise Sektorantennen verwenden, die zwischen 30 und 90 Grad Azimut abdecken, und die so ausgerichtet sind, daß sie ähnlichen Sektorantennen an benachbarten Hubs zugewandt sind. Die Aussetzung von Sub-Einheiten stellt kein so schwieriges Problem für die Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme der bevorzugten Ausführungen dar, weil die Sub-Einheiten dieser Punkt-zu-Mehrpunkt-Systeme stark gerichtete Antennen verwenden. Daher ist es möglich zu vermeiden, daß die Sub-Einheiten starken Kanalinterferenz von anderen Sub-Einheiten oder anderen Hub-Einheiten ausgesetzt sind.
Kanal-Wiederverwendungspläne können verwendet werden, um Kanalinterferenz zwischen den Hubs zu verringern. Durch sorgfältiges Zuweisen von Kanälen zur Verwendung durch die Hubs eines Netzwerks kann eine Wiederverwendungsleistung von etwa 1 erreicht werden. Darüber hinaus kann durch fortschrittliche Kanal-Planungstechniken, wie sie etwa in der oben zitierten Patentanmeldung mit dem Titel „FREQUENCY REUSE FOR TDD" dargestellt und beschrieben werden, eine höhere Kanal-Wiederverwendungsleistung erzielt werden.
In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Muster der Wiederverwendung von Frequenzen beschrieben, bei dem ein wiederholbares Muster von Zellen verwendet wird, um die Wiederverwendung einer Anzahl von Frequenzzuweisungen zu ermöglichen, wobei zwei Polarisationsmoden pro Frequenz zur Verfügung stehen. Ein solches Muster der Wiederverwendung von Frequenzen ist dann besonders nützlich, wenn die Anzahl der Frequenzzuweisungen, oder Übertragungskanäle, die zum Betrieb eines Kommunikationssystems zur Verfügung stehen, begrenzt ist. Um eine ausreichende Abdeckung für ein bestimmtes Operationsgebiet bereitzustellen, muß ein Muster von Zellen, welche die verfügbaren Frequenzen wiederverwenden, bereitgestellt werden, um Empfangslöcher zu vermeiden oder um Interferenz zwischen angrenzenden Kanälen auf dem Frequenzspektrum, die in demselben Bereich verwendet werden, zu vermeiden, was im Fachgebiet als „Nachbarkanalinterferenz" bekannt ist, oder um Interferenz zwischen zwei Zellen zu vermeiden, die dieselbe Frequenz mit derselben Polarisation in angrenzenden Bereichen verwenden, was im Gebiet als „Kanalinterferenz" „co-channel interference" bekannt ist.
Idealisiert man die Form der Zellen in dem Muster als kreisförmig und idealisiert man weiter jede Zelle derart, daß sie einen ähnlichen Radius aufweist, so kann die Form eines wiederholbaren Musters solcher Zellen als eine Überdeckung auf einer ebenen Oberfläche gesehen werden. Offensichtlich treten solche Idealisierungen, wie etwa eine ebene Oberfläche und im wesentlichen identische Zellen, die in gleichmäßigen Abständen angeordneten sind, in der Wirklichkeit selten auf. Man sollte jedoch erkennen, daß das vorliegende System und Verfahren der Erfindung nicht auf solche Idealisierungen beschränkt ist, sondern im Gegenteil auf Situationen in der Wirklichkeit anwendbar ist, bei denen allgemeine Frequenz-Wiederverwendungsmuster verwendet werden können, während kleinere Abweichungen eingeplant sind, um Hindernisse, Geländemerkmale, abweichende Zellengrößen, unregelmäßige Abstände der Zellen etc. zu berücksichtigen. Während die Offenbarung der Erfindung unten ein idealisiertes wiederholbares Muster behandelt, das idealisierte Zellen etc. umfaßt, sollten solche Idealisierungen nicht als Beschränkung der Erfindung verstanden werden.
Für Zellen mit im wesentlichen der gleichen Größe, deren Gestalt kreisförmig ist, kann eine Anordnung dieser Zellen in einer Vielzellenstruktur als ein quadratisches Gitter betrachtet werden, bei dem die Kanten zweier Zellen, die in derselben Reihe bzw. Zeile („rank") oder derselben Stufe bzw. Spalte („file") zueinander angrenzend sind, sich an einem Punkt berühren. In einer solchen Anordnung berühren sich Zellen, die diagonal aneinander angrenzen, nicht. In einer anderen Vielzellenstruktur berührt eine Zelle in der Struktur jede der sechs angrenzenden Zellen. Eine solche Struktur würde als eine Wabenform erscheinen, wenn die Zellen so idealisiert wären, daß ihre Form sechseckig wäre.
Die Erfinder haben empirisch ermittelt, daß für Zellen mit 90°-Sektoren mindestens acht Frequenzzuweisungen und zwei Polarisationen für eine effiziente Frequenz-Wiederverwendung für drahtlose Breitband-Zugriffssysteme benötigt werden. Dies ist eine vernünftige Anforderung für Frequenz-/Polarisationszuweisungen für 90°-segmentierte Zellen in einem Zeitduplex(„TDD")-System, wenn man die Größe einer typischen Lizenzzuteilung von Frequenzen auf einer weltweiten Basis betrachtet. In Europa liegt die erwartete Lizenzzuteilung beispielsweise bei 2 × 112 MHz oder 224 MHz für das 28 GHz-Band und bei ungefähr 500 MHz für das 42 GHz-Band. Die meisten der nordamerikanischen drahtlosen Breitband-Zugangsbetreiber haben Zuteilungen von über 200 MHz. Eine neue, populäre Kanalgröße ist 28 MHz in Europa und 25 MHz in Nordamerika. Diese Kanalgrößen zusammengenommen mit der erwarteten Lizenzzuteilung von Frequenzen erlauben acht oder mehr verfügbare Frequenzkanäle.
Während 90°-Sektoren manche Nachteile gegenüber Sektoren mit kleineren Größen, wie etwa 60°-, 45°- und 30°-Sektoren, haben, ist die 90°-Sektorgröße die Basis der Planung für fast alle drahtlosen Breitband-Zugangsbetreiber und -Normierungsgruppen. Die HF-Leistung ist beispielsweise für breite Sektoren verglichen mit schmalen Sektoren um einiges verschlechtert. Der Zelldurchmesser wird verringert, wodurch eine größere Anzahl von Hubs/Zellen benötigt wird, um eine gegebene Fläche abzudecken. Breitere Sektoren führen auch zu einer größeren Wahrscheinlichkeit von Kanal- und Nachbarkanalinterferenz.
Trotz der Nachteile im Betrieb von 90°-Sektoren gibt es wesentliche wirtschaftliche Vorteile von 90°-Sektorplänen. Ein Vorteil liegt in den niedrigeren Kosten für Außenausrüstung. Bei 90°-Sektoren werden weniger Sektoren und daher weniger Radios, Antennen und damit verbundene Ausrüstung, sowohl Primär- als auch Redundanzausrüstung, benötigt, verglichen mit Sektoren geringerer Größe. Zusätzlich besteht ein wesentlicher Kostenpunkt für Betreiber in Dachrechten. Hausbesitzer berechnen häufig die Rechte, um Ausrüstung auf dem Dach ihres Gebäudes anzubringen, basierend auf der Anzahl von Antennen, so daß 90°- Sektoren zu niedrigeren Kosten für Dachrechte führen. Breitere Sektoren stellen auch größere HF-Abdeckung bereit, was einen wesentlichen Vorteil am Anfang der Einrichtung eines Systems darstellt.
In der vorstehenden Erörterung wurden die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung sehr allgemein dargestellt, damit die detaillierte Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden, werden im folgenden beschrieben. Der Fachmann sollte erkennen, daß das Konzept und die spezielle Ausführung, die offenbart werden, leicht als Basis verwendet werden können, um andere Strukturen zu modifizieren oder zu entwerfen, um diese selben Ziele der vorliegende Erfindung auszuführen. Der Fachmann sollte auch bemerken, daß solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den angefügten Ansprüchen angegeben ist, abweichen. Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, sowohl bezüglich ihrer Organisation als auch ihrer Betriebsweise, zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen, kann man besser aus der folgenden Beschreibung ersehen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird. Man sollte jedoch ausdrücklich erkennen, daß jede der Figuren nur zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung bereitgestellt wird und nicht eine Definition der Grenzen der vorliegenden Erfindung sein soll.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, wie folgt, Bezug genommen:
1 stellt ein erklärendes Beispiel eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems dar, das in einer Clusterarchitektur angeordnet ist.
2A stellt eine erklärende Sektorkonfiguration für das in 1 angegebene Punkt-zu-Mehrpunkt-System dar.
2B stellt eine sektorisierte Antennenanordnung für einen Hub einer der Zellen in 2A dar.
3 stellt spezielle Sektoren und die Ausbreitung von Übertragungen von Hubs zu einer Mehrzahl von Subs innerhalb der speziellen Sektoren dar.
4A bis 4D stellen jeweils ein Zeitsteuerungsdiagramm für eine Folge von RX- und TX-Rahmen („frames") dar, die mit entgegengesetzten Sektoren von angrenzenden Hubs verbunden sind, nicht nach der Erfindung.
5 stellt ein beispielhaftes Leistungsdichtespektrum für ein QAM-Trägersignal und einen zugehörigen Adaptationsträger dar, nicht nach der Erfindung.
6A stellt einen Satz von acht Frequenzkanälen mit zwei Polarisationen pro Frequenzkanal zur Verwendung in einem Frequenz-Wiederverwendungsmuster dar.
6B stellt acht unterschiedliche Zellentypen dar, wobei der Satz von acht Frequenzkanälen mit zwei Polarisationen pro Frequenzkanal verwendet wird, der in 6A dargestellt ist.
7 stellt ein wiederholbares Muster von sechzehn Zellen in einem geradlinigen Vier-mal-Vier-Gitter dar, bei dem jede Zelle in vier 90°-Sektoren unterteilt ist, wobei entgegengesetzte Sektoren auf demselben Frequenzkanal mit derselben Polarisation arbeiten.
8 stellt eine Gruppe von vier Zellen aus dem wiederholbaren Muster von sechzehn Zellen von 7 dar.
9 stellt ein wiederholbares Muster von sechzehn Zellen in einem Viermal-Vier-Gitter dar, das ein Parallelogramm bildet, bei dem jede Zelle in vier 90°-Sektoren unterteilt ist, wobei entgegengesetzte Sektoren auf demselben Frequenzkanal mit derselben Polarisation arbeiten.
10 stellt ein wiederholbares Muster von 7 dar, bei dem gegenüberliegende Sektoren auf demselben Frequenzkanal mit derselben Polarisation arbeiten, um eine Übertragungs- und Empfangssynchronisation zwischen Hubantennen von gegenüberliegenden Sektoren zu ermöglichen.
11A stellt den Satz von acht Frequenzkanälen mit zwei Polarisationen pro Frequenzkanal dar, der in 6A gezeigt ist, wobei diejenigen Frequenzkanäle und Polarisationen, die in dem Muster von 10 verwendet werden, und diejenigen Frequenzkanäle und Polarisationen, die nicht in dem Muster von 10 gezeigt werden und in Reserve gehalten werden, gekennzeichnet sind.
11B stellt acht unterschiedliche Zellentypen unter Verwendung des Satzes von vier Frequenzkanälen mit zwei Polarisationen pro Frequenzkanal, welcher in 11A dargestellt ist, dar, wie sie in dem Frequenz-Wiederverwendungsmuster von 10 verwendet werden.
12 stellt eine Gruppe von vier Zellen aus dem wiederholbaren Muster von sechzehn Zellen aus 10 dar.
13 stellt das wiederholbare Muster von 10 mit einer Überlagerung von zusätzlichen Frequenzkanalsektoren dar, um eine Erhöhung der Kapazitätsnachfrage der Nutzer des Systems zu befriedigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 1 stellt ein beispielhaftes Punkt-zu-Mehrpunkt-System dar, das die vorliegende Erfindung verwendet. Das System wird vorzugsweise in einer Clusterkonfiguration aufgestellt. Der beispielhafte Cluster umfaßt eine Mehrzahl von Hubs (105, 106, 107, 108), obwohl Cluster in Mengen, die von der dargestellten abweichen, nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Man sollte erkennen, daß Kommunikationsnetze, welche die vorliegende Erfindung verwenden, zusätzliche Cluster umfassen können, die entweder entfernt angeordnet oder angrenzend angeordnet sind, zusammen mit den Clustern, welche die vorliegende Erfindung verwenden.
Die Hubs 105, 106, 107 und 108 sorgen für die Abdeckung von Zellen 101, 102, 103 und 104. Eine Mehrzahl von Subs (109-119) werden in den Zellen 101, 102, 103 bzw. 104 eingesetzt. Zusätzlich sind Rechnersysteme (120-131) jeweils mit einzelnen Sub-Einheiten verbunden. Man sollte erkennen, daß Sub-Einheiten eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems alternativ mit einem LAN-Netzwerk von Rechnersystemen verbunden sein können. Alternativ können die Sub-Einheiten eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems mit einem zwischengeschalteten Netzwerk verbunden sein. Beispielsweise kann eine Sub-Einheit mit einem zwischengeschalteten ATM-Schalter („ATM-switch") verbunden sein. Man sollte weiter erkennen, daß ein System, das die vorliegende Erfindung einsetzt, eine beliebig große Anzahl von Hubs, Zellen und Sub-Einheiten umfassen kann. Zur Vereinfachung der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird die beispielhafte Ausführung unter Verwendung von vier Zellen beschrieben.
Die 2A stellt eine beispielhafte Sektorkonfiguration des in 1 angegebenen Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems dar. Wie schon bemerkt, ist das System in Abdekkungsgebiete unterteilt, die mit den Zellen 101, 102, 103 und 104 assoziiert sind. Darüber hinaus sind die Zellen 101, 102, 103, 104 der dargestellten Ausführung in Neunziggradwinkelsektoren unterteilt (101A-101D, 102A-102D, 103A-103D und 104A-104D), obwohl nach der vorliegenden Erfindung andere Sektorgrößen synchronisiert werden können. Die Hubs 105, 106, 107 und 108 übertragen und empfangen Signale zu/von den Sektoren über Sektorantennen, wie es etwa in 2B für den Hub 105 darstellt ist. Die Sektorantennen 202A bis 202D können ein separates Antennenelement für jeden Sektor verwenden. Alternativ können die Sektorantennen eine Mehrzahl von Antennenelementen mit schmalen Strahlenbündeln verwenden, um eine Sektorabdeckung aufzubauen. In dieser Konfiguration kann Leistung von HF-Signalen, die von einer Sektorantenne übertragen wird, die mit einem der Sektoren 101D, 102C, 103B und 104A assoziiert ist, von den anderen Sektorantennen dieser Gruppe detektiert werden.
Das Spektrum, das dem Punkt-zu-Mehrpunkt-System als ganzem zugeteilt ist, wird vorzugsweise weiter in Kanäle unterteilt. Eine Vielzahl von Verfahren zur Kanalunterteilung können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie etwa Zeitteilung, Frequenzteilungs-Kanäle, Frequenz-Hopping-Kanäle und Orthogonalcode-Kanäle. Die Kanäle werden in diskrete Sätze aufgeteilt. Zusätzlich werden die Kanalsätze den Sektoren des Punkt-zu-Mehrpunkt-Systems in Übereinstimmung mit einem Wiederverwendungsplan zugeteilt. In diesem beispielhaften System werden, zum Zweck der Erläuterung der vorliegenden Erfindung, die HF-Signale 302-307 auf demselben Kanal übertragen. Man sollte erkennen, daß gleichzeitig mit den beispielhaften Übertragungs- und Empfangssignalen andere Signalübertragungen auf anderen Kanälen stattfinden können.
Nach einer bevorzugten Ausführung werden zumindest die angrenzenden Sektoren einer bestimmten Zelle mit unterschiedlichen Kanalsätzen gemäß dem Kanal-Wiederverwendungsplan versehen. Zum Beispiel unterscheiden sich die Kanäle, die zugeteilt sind, um in den Sektoren 104B und 104C verwendet zu werden, von den Kanälen, die zugeteilt sind, vom Sektor 104A verwendet zu werden. Abhängig von der Isolierung der Vorder- und Rückseite der Sektorantenne, der Nebenkeulencharakteristika („side lobe characteristics") und ähnlichem können Kanalsätze in einer Zelle wiederverwendet werden, etwa innerhalb der Sektoren 104B und 104C und/oder 104A und 104D.
Die 3 stellt eine Folge von HF-Übertragungssignalen (301-306) dar, die von den Hubs 105 bzw. 106 gesendet werden. Der Hub 105 überträgt eine Folge von HF-Zeitbündel- oder HF-Zeitschlitz-Signalen (302, 303 und 304), bei der die Signale sich in Richtung 301 innerhalb des Sektors 101D fortpflanzen. Da der Hub 105 eine Sektorantenne verwendet, breitet sich die mit den HF-Signalen 302, 303 und 304 verbundene Energie durch den ganzen Sektor 101D aus. Das HF-Signal 302 umfaßt Informationen für das Sub 109. Das HF-Signal 303 umfaßt Informationen für das Sub 110. Das HF-Signal 304 umfaßt Informationen für das Sub 111. Ähnlich überträgt der Hub 108 eine Folge von HF-Zeitbündel- oder HF-Zeitschlitz-Signalen (305, 306 und 307), bei der die Signale sich in Richtung 308 innerhalb des Sektors 104A ausbreiten. Da der Hub 104 eine Sektorantenne verwendet, breitet sich die mit den HF-Signalen 305, 306 und 307 verbundene Energie durch den ganzen Sektor 104A aus. Das HF-Signal 305 kann Informationen für das Sub 117 umfassen. Das HF-Signal 306 kann Informationen für das Sub 118 umfassen. Das HF-Signal 307 kann Informationen für das Sub 119 umfassen.
Irgendwann werden sich die HF-Signale 302, 303 und 304 über die Grenzen der Zelle 104 in die Zellen 101, 102 und 103 fortpflanzen. Demnach könnten die HF-Signale 302, 303 und 304 Kanalinterferenz in den Zellen 101, 102 und 103 hervorrufen. In dem Punkt-zu-Mehrpunkt-System der bevorzugten Ausführung verwenden die Sub-Einheiten stark gerichtete Antennen, die auf einen zugehörigen Hub und daher im allgemeinen entgegengesetzt den übrigen Hubs eines Clusters gerichtet sind. Daher erfahren die Subs im allgemeinen keine Kanalinterferenz von den HF-Signalen 302, 303 und 304.
Die Hubs 105, 106 und 107 erfahren jedoch Kanalinterferenz, wenn die Hubs im Empfangsmodus bezüglich der bestimmten Kanäle sind, die mit den HF-Signalen 302, 303 und 304 assoziiert sind, wenn die HF-Signale an dem bestimmten Hub ankommen. Nach einer bevorzugten Ausführung verwendet der Hub 108 denselben Satz von Kanälen für Sektor 104A, wie Hub 105 für Sektor 101D verwendet, Hub 106 für Sektor 102C verwendet und wie Hub 107 für Sektor 103B verwendet. Demnach könnten die HF-Signale 302, 303 und 304, je nach ihrer Ankunftszeit bei den Hubs 106, 107 und 108, Kanalinterferenz hervorrufen. Man sollte erkennen, daß die HF-Signale 302, 303 und 304 nur einen vernachlässigbaren Effekt haben, wenn die HF-Signale 302, 303, 304 ankommen, wenn die Hubs 106, 107 und 108 im Übertragungsmodus sind. Ähnlich können die HF-Signale 305, 306 und 307 bei den Hubs 105, 106 und 107 Kanalinterferenz hervorrufen, wenn die Hubs in Bezug auf die Kanäle, die mit den Signalen assoziiert sind, bei ihrer Ankunft im Empfangsmodus sind.
Zusätzlich senden die Subs in den Sektoren 101D und 104A die HF-Signale 309-314. Wie vorher angemerkt, verwenden die Sub-Einheiten der bevorzugten Ausführung dieses Systems stark gerichtete Antennen. Die Architektur des Systems ist derart, daß die stark gerichteten Antennen die abgestrahlte HF-Energie innerhalb eines sehr schmalen Strahls abstrahlen, der auf die zugehörigen Hubs gerichtet ist. Daher ist es unwahrscheinlich, daß die Subs mit anderen Antennen in dem System koppeln könnten, um Kanalinterferenz hervorzurufen. Man sollte erkennen, daß dieses beispielhafte System in Betracht zieht, daß die HF-Signale 302-307 und die HF-Signale 309-314 über denselben Frequenzkanal übertragen werden. Demnach steuert das beispielhafte System, welches die vorliegende Erfindung erläutert, die Zeitsteuerung der HF-Signalübertragungen in TDMA-Bündel-Zeitabschnitten.
Bezieht man sich nun auf 6A, so ist der Satz 600 eine abstrakte Darstellung von acht verfügbaren Frequenzkanälen, die hier auch als „Frequenzen" bezeichnet werden, für ein Kommunikationssystem, bei dem zwei Polarisationen pro Frequenzkanal verfügbar sind. Der Satz 601 von Frequenzen weist eine Polarisation auf, und der Satz 602 von Frequenzen weist eine andere Polarisation auf. Vorzugsweise sind die Polarisationen des Frequenzsatzes 601 und des Frequenzsatzes 602 zueinander orthogonal, um die Wahrscheinlichkeit von Interferenz zwischen Antennen, die bei derselben Frequenz aber unterschiedlichen Polarisationen arbeiten, zu minimieren, wie unten näher erläutert wird. Die Polarisationen können horizontale und vertikale Ausrichtungen oder nach links geneigte und nach rechts geneigte Ausrichtungen sein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Es versteht sich, daß obwohl die Erläuterung unten Frequenz-Wiederverwendungsmuster für acht Frequenzen und zwei Polarisationen entwickelt, das vorliegende System und Verfahren der Erfindung nicht auf acht Frequenzen und zwei Polarisationen beschränkt ist. Die Prinzipien, auf welche die Frequenz-Wiederverwendungsmuster, die hier offenbart sind, anwendbar sind, gelten ebenso in Situationen, wo mehr als acht Frequenzen für das Kommunikationssystem, das ein Frequenz-Wiederverwendungsmuster des vorliegenden Systems und Verfahrens der Erfindung einsetzt, zur Verfügung stehen.
6B stellt acht Zellen dar, wie etwa die in 2A dargestellten Zellen, bei denen jede Zelle in vier im wesentlichen nicht-überlappende Sektoren von 90° unterteilt ist. Der Hub jeder der Zellen weist mindestens eine Antenne pro Sektor auf, wie beispielsweise der in 2B gezeigte Hub 105. Wie in 6B gezeigt ist, arbeiten entgegengesetzte Sektoren einer Zelle mit derselben Frequenz/Polarisationszuordnung. Nimmt man die Zelle 610 als ein Beispiel, so arbeiten die Sektoren 610A und 610D auf der Frequenz/Polarisation 601A, während die Sektoren 610B und 610C bei der Frequenz/Polarisation 602T arbeiten. Obwohl die Sektorbezeichnungen nur für die Zellen 610 gezeigt werden, versteht es sich, daß die Sektorbezeichnungen für jede der Zellen gelten und in der ganzen Patentschrift und den Zeichnungen verwendet werden. Wenn acht Frequenzen und zwei Polarisationen pro Frequenz verfügbar sind, wie in 6A gezeigt ist, stehen 16 unterschiedliche Frequenz/Polarisations-Sektorzuordnungen, oder „Freiheitsgrade", zur Verfügung. Zur Minimierung von Nebenkanal- und Kanalinterferenz in einem Frequenz-Wiederverwendungsplan ist es wichtig, den „Abstand" zwischen den Frequenz/Polarisations-Sektorzuordnungen in einer Zelle zu maximieren, d. h., daß der größte Frequenzabstand und eine orthogonale Polarisationszuordnung bevorzugt wird. Zusätzlich minimiert bei adaptiven Zeitduplex(„ATDD, adaptive time division duplex")-Systemen das Maximieren des Fre quenzabstands Kopplungsprobleme, die mit unabhängiger dynamischer asymmetrischer Rahmenverwendung innerhalb einer Zelle verknüpft sind. Das Muster der Zuordnung der 16 Freiheitsgrade, wie es in 6A gezeigt ist, wird bevorzugt, weil dieses Muster zu dem maximalen „Abstand" zwischen Sektorzuordnungen für eine Zelle führt. Das vorliegende System und Verfahren der Erfindung zieht die Verwendung von anderen Zuordnungsmustern der 16 Freiheitsgrade in Betracht.
Verwendet man das oben erläuterte Muster der Sektorzuordnungen, so stehen acht unterschiedliche „Zellentypen" zur Verfügung, wenn jede der 16 Sektorzuordnungen, oder Freiheitsgrade, einmal verwendet wird. Jede der Zellen in 6B weist einen unterschiedlichen Zellentyp auf. Die acht Zellentypen werden in einer besonderen Art angeordnet, um Kanal- und Nebenkanalinterferenz zu minimieren, während die maximale Abdeckung eines Operationsgebiets für ein Kommunikationssystem erhalten wird, das die Frequenz/Polarisationszuordnung von 6A aufweist.
Betrachtet man nun 7, so wird ein Abschnitt eines Mehrzellen-Frequenz-Wiederverwendungsmusters gezeigt. Wie in der Figur gezeigt wird, umfaßt das geradlinige Vier-mal-Vier-Gitter 710 aus 16 Zellen die vier Zwei-mal-Zwei-Gruppen 701 bis 704. Das 16-Zellen-Gitter 710 ist in Bezug auf die Ausrichtung von 7 vertikal und horizontal wiederholbar, so daß es eine Fläche abdecken kann, die größer als die Fläche ist, die von einer Instanz des Gitters 710 abgedeckt wird. Die Zellen in dem Gitter 710 sind so angeordnet, daß jede Zelle eine eindeutige Reihen- bzw. Zeilenposition („rank position") und Stufen- bzw. Spaltenposition („file position") einnimmt, wobei alle Zellen in der untersten Zeile von 7 in der mit 720 bezeichneten Reihe liegen, und wobei alle Zellen in der äußersten linken Spalte von 7 in der mit 730 bezeichneten Stufe liegen. Die Zellen in dem geradlinigen 16-Zellen-Gitter 710 sind so angeordnet, daß sich in Reihe (bzw. Zeile) oder Stufe (bzw. Spalte) angrenzende Zellen berühren, aber diagonal angrenzende Zellen sich nicht berühren. Die Bezeichnungen von Reihe und Stufe sind willkürlich und werden nur als ein Hilfsmittel verwendet, um die Anordnung der Zellen in dem Muster präzise zu beschreiben. Die Bezeichnungen der Reihen und Stufen sind nicht Teil der Erfindung und sollten nicht in irgendeiner Weise als begrenzend für die Erfindung dargestellt werden.
Betrachtet man nun 8, so wird die 4-Zellen-Gruppe 703 dargestellt, die im unteren linken Quadranten des geradlinigen Gitters 710 in 7 liegt. Jede einzelne der vier Zellen in der Zellengruppe 703 ist von einem anderen der acht Zellentypen, die oben behandelt wurden und in 6B gezeigt sind. Die Zelle 650 berührt die in Reihe und Stufe an sie angrenzenden Zellen, d. h., daß die Zelle 650 die Zellen 610 und 660 berührt. Die Zel len 610, 620, 650 und 660 sind so in der Zellengruppe 703 ausgerichtet, daß die Polarisation von gegenüberliegenden Zellen für in Reihe und Stufe angrenzende Zellen nicht dieselbe ist. Beispielsweise weist der Sektor 650B in der Zelle 650 eine Polarisation auf, während sein gegenüberliegender Sektor in der in der Reihe angrenzenden Zelle 660, Sektor 660A, die andere Polarisation aufweist (man vergleiche die beiden Polarisationen in 6A). Durch Betrachten der 7 und der 8 wird gezeigt, daß bei jeder der vier Zellengruppen 701 bis 704 die Polarisation von gegenüberliegenden Zellen für in Reihe und Stufe aneinander angrenzende Zellen nicht dieselbe ist. Diese Ausrichtung der Zellen innerhalb einer Gruppe hat, wie oben erläutert wurde, die Funktion, die Kanalinterferenz und Nebenkanalstörungen zu minimieren.
Wieder mit Bezug auf 7 und nun mit der Zellengruppe 704 im Blickpunkt, ist jede einzelne der vier Zellen in der Zellengruppe 704 von einem anderen der acht Zellentypen, die oben behandelt und in 6B gezeigt sind. Zusätzlich ist jede der Zellen in der Zellengruppe 704 von einem anderen Zellentyp als den Zellentypen, die in der Zellengruppe 703 verwendet werden. Mit anderen Worten werden von den acht Zellentypen, die in 6B abgebildet sind, vier dieser Zellentypen in der Zellengruppe 703 verwendet und die übrigen vier dieser Zellentypen in der Zellengruppe 704 verwendet. Die Ausrichtung der Zellen in der Zellengruppe 704 ist ähnlich zu der Ausrichtung der Zellen in der Zellengruppe 703, wie sie oben beschrieben wurde: die Polarisation von gegenüberliegenden Zellen für die in Reihe und Stufe angrenzenden Zellen ist nicht dieselbe. Darüber hinaus, und vorzugsweise, ist die Polarisation von gegenüberliegenden Zellen für die in Reihe angrenzenden Zellen für die Zellen 620, 660, 630 und 670 unterschiedlich, wie in 7 gezeigt ist.
Nachdem die Ausrichtung und Anordnung der Zellen in den vier Zellengruppen behandelt wurde, sollte man beachten, daß es eine Beziehung zwischen den Zellen in den Zellengruppen 703 und 702 sowie eine Beziehung zwischen den Zellen in den Zellengruppen 704 und 701 gibt. Mit Bezug auf die Zellengruppen 703 und 702 in 7 kann man ersehen, daß dieselben vier Zellentypen in jeder der Zellengruppen erscheinen, und daß die Anordnung der Zellen in jeder der Zellengruppen dieselbe ist, d. h., daß die Zelle 650 in der Zellengruppe 703 vom selben Zellentyp ist wie die Zelle 650S in der Zellengruppe 702. Die Frequenz/Polarisationszuordnungen für jede der Zellen wurden jedoch unter den Paaren von entgegengesetzten Sektoren getauscht. Während bei der Zelle 650 in der Zellengruppe 703 der obere rechte und untere linke Sektor eine erste Frequenz/Polarisationskombination aufweisen, erscheint dieselbe erste Frequenz/Polarisationskombination in dem oberen linken und unteren rechten Sektor der Zelle 650S in der Zellengruppe 702. Dasselbe gilt für jede Zelle in den Gruppen 703 und 702. Eine andere Art, das Verhältnis zu betrachten, besteht darin, daß die Zellen in der Zellengruppe 702 um 90° gegenüber der Ausrichtung der Zellen in der Zellengruppe 703 gedreht wurden. Ebenso sind die Zellen in den Zellengruppen 704 und 701 in der gleichen Weise verknüpft.
Der Grund für die Änderung der Ausrichtung der Zellen zwischen den Zellengruppen 703/702 und 704/701 liegt darin, daß die Kanalinterferenz zwischen den Sektoren der Zellen desselben Zellentyps minimiert wird. Wenn beispielsweise die Zelle 650S die gleiche Ausrichtung wie die Zelle 650 aufweisen würde, würden die einander zugewandten Sektoren 650A der Zelle 650 und 650SC der Zelle 650S auf derselben Frequenz mit derselben Polarisation arbeiten. Wenn ein Zellradius mit „R" bezeichnet wird, beträgt der Abstand zwischen den Hubs der Zellen 650 und 650S 4R√2. Dieser Abstand kann ungenügend sein, um Kanalinterferenz zu verhindern. Der Austausch von Frequenzen/Polarisationen bei entgegengesetzten Sektoren hilft dabei, das Problem von ungenügendem Abstand zwischen den Hubs zu beseitigen. Verwendet man den Frequenz-Wiederverwendungsplan von 7, so ist der Abstand zwischen Hubs mit einander zugewandten Sektoren, die mit derselben Frequenz/Polarisation arbeiten, 8R√2, was doppelt so groß wie der Abstand in dem Beispiel oben ist. Das oben beschriebene Muster für das geradlinige Vier-mal-Vier-Gitter 710 kann horizontal und vertikal wiederholt werden, um eine Fläche, die größer als das Gitter 710 ist, abzudecken. Wie in 7 gezeigt ist, wird eine Reihe und Stufe der Zellen wiederholt, um die Idee der horizontalen und vertikalen Wiederholbarkeit darzustellen. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung weder auf die spezielle in 7 gezeigte Anzahl von Zellen noch auf spezielle Zuordnung von Zellentypen oder Sektorausrichtungen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, daß jedes wiederholbare geradlinige Gitter, das die oben beschriebenen Konzepte verwendet, innerhalb des Schutzumfangs des Patentes liegt.
Wendet man sich nun 9 zu, so wird ein anderes Zellenmuster abgebildet, das hier als das „Schiebe- und Quetschmuster" („shift and squish") bezeichnet wird. Wie man aus 7 ersieht, läßt das wiederholbare Muster des geradlinigen Gitters 710 eine beträchtliche Fläche an Totraum zwischen den Zellen zu. Das Schiebe- und Quetschmuster 910 beseitigt einen Großteil dieses interstitiellen Totraums bzw. Zwischengitter-Totraums. Wie bei dem geradlinigen Gitter 710 umfaßt das Schiebe- und Quetschmuster 910 16 Zellen mit jeweils zwei Zellen von von acht Zellentypen. Die beiden unteren Reihen von Zellen in dem Schiebe- und Quetschmuster 910 umfassen, ähnlich den beiden unteren Reihen von Zellen in dem geradlinigen Muster 710, je einen Zellentyp aus den acht Zellentypen, die in 6B gezeigt sind. Weiter umfassen die beiden oberen Reihen von Zellen in dem Schiebe- und Quetschmuster 910 einen weiteren Satz mit je einem Zellentyp aus den gleichen acht Zellentypen wie die unteren beiden Reihen, ähnlich wie die oberen beiden Reihen von Zellen in dem geradlinigen Gittermuster 710, die einen weiteren Satz mit je einem Zellentyp aus den gleichen acht Zellentypen wie die unteren beiden Reihen umfassen. Anders als bei dem geradlinigen Gitter 710 sind jedoch die oberen beiden Reihen von Zellen des Schiebe- und Quetschmusters 910 nicht in derselben relativen Ausrichtung angeordnet wie die unteren beiden Reihen von Zellen innerhalb des Schiebe- und Quetschmusters 910. Beispielsweise sind die Zellen 901 bis 904 von links nach rechts in der Reihenfolge 901/902/903/904 angeordnet, während die entsprechenden Zellen 901S bis 904S von links nach rechts in der Reihenfolge 904S/901S/902S/903S angeordnet sind. Die gleiche Beziehung gilt für die Zellen in den anderen beiden Reihen des Gitters 910. Darüber hinaus sind die Frequenz-/Polarisationszuordnungen der beiden Paare von entgegengesetzten Sektoren für die Zellen eines zugehörigen Zellentyps vertauscht.
Das Schiebe- und Quetschmuster 910 ist wiederholbar, wie in 9 gezeigt ist. Die 16 Zellen in den Mustern sind so angeordnet, daß keine einzige Zelle in irgend einer Richtung zwei angrenzende Zellen des selben Zellentyps berührt. Diese Beziehung bleibt gültig, wenn das Muster wiederholt wird, wie in 9 gezeigt ist.
Der Abstand zwischen Hubs von Zellen mit einander zugewandten Sektoren, die in dem Schiebe- und Quetschmuster 910 mit derselben Frequenz/Polarisation arbeiten, wie etwa die Zellen 901 und 911, beträgt etwa 10R, was etwa 88 % des Abstandes zwischen Hubs mit einander zugewandten Sektoren beträgt, die in dem geradlinigen Gitter 710 mit derselben Frequenz/Polarisation arbeiten. Der Abstand zwischen den Hubs der Zellen 901 und 911 sollte ausreichend sein, um Kanalinterferenz zu verhindern.
Bezieht man sich nun auf 10, so wird ein Abschnitt eines weiteren Mehrzellen-Frequenz-Wiederverwendungsmusters abgebildet. Das geradlinige Vier-mal-Vier-Gitter 1010 mit 16 Zellen umfaßt die vier Zwei-mal-Zwei-Gruppen, 1001 bis 1004. Das 16-Zellen-Gitter 1010 ist vertikal und horizontal wiederholbar in Bezug auf die Ausrichtung von 10, so daß es eine Fläche abdecken kann, die größer als die Fläche ist, die von einer Instanz des Gitters 1010 abgedeckt wird. Die Zellen in dem Gitter 1010 sind, ähnlich zu den Zellen in dem Gitter 710 von 7, so angeordnet, daß jede Zelle eine eindeutige Reihen- und Stufenposition einnimmt und daß sich in Reihe oder Stufe angrenzende Zellen berühren, sich diagonal angrenzende Zellen aber nicht berühren.
Die 11A stellt den Satz 1100 der acht verfügbaren Frequenzkanäle dar, die für ein Kommunikationssystem verwendet werden, bei dem zwei Polarisationen pro Fre quenzkanal verfügbar sind, ähnlich zu dem Satz von Frequenzen 600 in 6A. Von den 16 Frequenz-/Polarisationsfreiheitsgraden in dem Satz 1100 ist der Satz 1103 von acht Frequenz-/Polarisationsfreiheitsgraden und der Satz 1104 von den acht anderen Frequenz-/Polarisationsfreiheitsgraden abgebildet. Der Satz 1103 von Freiheitsgraden wird in dem Frequenz-Wiederverwendungsmuster von 10 verwendet. Der Satz 1104 von Freiheitsgraden ist nicht notwendig, um die Zellen des Frequenz-Wiederverwendungsmusters von 10 aufzufüllen und wird für eine mögliche spätere Verwendung in Reserve gehalten, wie unten beschrieben wird.
Die 11B zeigt acht Zellentypen, die in Frequenz-Wiederverwendungsmuster des geradlinigen Gitters 1010 von 10 verwendet werden. Wie in 11B gezeigt ist, arbeitet jeder Sektor einer bestimmten Zelle aus den acht Zellentypen mit einer unterschiedlichen Frequenz-/Polarisationszuordnung verglichen mit den anderen Sektoren dieser Zelle. Für jeden Zellentyp arbeitet ein Paar von angrenzenden Sektoren mit einer ersten Polarisation und das andere Paar von angrenzenden Sektoren arbeitet mit einer zweiten Polarisation der beiden verfügbaren Polarisationen. Nimmt man die Zelle 1110 als Beispiel, so arbeitet jeder der Sektoren 1110A bis 1110D bei einer von den übrigen sich unterscheidenden Frequenz/Polarisation. Bei vier verfügbaren Frequenzen und zwei verfügbaren Polarisationen pro Frequenz stehen, wie in 11A gezeigt ist, acht Freiheitsgrade zur Verfügung. Mit den Einschränkungen, die unten behandelt werden, werden acht unterschiedliche Zellentypen verwendet, um das geradlinige Gitter 1010 zu bestücken.
In 12, wird die 4-Zellen-Gruppe 1003 dargestellt, die in dem linken unteren Quadranten des geradlinigen Gitters 1010 von 10 liegt. Jede einzelne der vier Zellen in der Zellengruppe 1003 ist eine andere der acht Zellentypen, die oben behandelt und in 11B gezeigt sind. Zusätzlich weisen einander zugewandte Sektoren jeder der Zellen in der 4-Zellen-Gruppe 1003 dieselbe Frequenz/Polarisation auf, egal ob die Zellen in Reihe oder Stufe angrenzend sind oder diagonal angrenzend sind. Beispielsweise weisen, wie in 12 gezeigt ist, die in die Mitte ausgerichteten Sektoren aller vier Zellen 1110D, 1120C, 1150B und 1160A dieselbe Frequenz-/Polarisationszuordnung auf. Darüber hinaus sind der Sektor 1110C der Zelle 1110 und der Sektor 1150A der Zelle 1150 einander zugewandt und weisen dieselbe Frequenz-/Polarisationszuordnung auf. Das gleiche gilt für die folgenden Sektoren: 1150D und 1160C, 1160B und 1120D, und 1110B und 1120A. Des weiteren weisen die gegenüberliegenden Sektoren der diagonal angrenzenden Zellen in der 4-Zellen-Gruppe 1003 dieselbe Frequenz/Polarisationszuordnung auf die Sektoren 1150C und 1120B und die Sektoren 1110A und 1160D. Diese Frequenz/Polarisationszuordnungen er möglichen die Wiederholbarkeit des Musters des geradlinigen Gitters 1010, wie man aus 10 ersieht, während sie Kanal- und Nebenkanalinterferenz minimieren.
Bezieht man sich wieder auf 10 und lenkt den Blickpunkt nun auf die Zellengruppe 1004, so ist jede einzelne der vier Zellen in der Zellengruppe 1004 eine andere der acht Zellentypen, die oben behandelt und in 11B gezeigt sind. Darüber hinaus weist jede der Zellen in der Zellengruppe 1004 einen anderen Zellentyp auf als die Zellentypen, die in der Zellengruppe 1003 verwendet werden. Mit anderen Worten werden von den acht Zellentypen, die in 11B abgebildet sind, vier dieser Zellentypen in der Zellengruppe 1003 verwendet, und die anderen vier dieser Zellentypen werden in der Zellengruppe 1004 verwendet. Die Ausrichtung der Zellen in der Zellengruppe 1004 ist ähnlich zu der Ausrichtung der Zellen in der Zellengruppe 1003, wie oben behandelt wurde: einander zugewandte Sektoren jeder der Zellen in der 4-Zellen-Gruppe 1004 weisen dieselbe Frequenz/Polarisation auf, egal ob die Zellen in Reihe oder Stufe angrenzend sind oder diagonal angrenzend sind.
Nachdem die Ausrichtung und Anordnung der Zellen in den Vier-Zellen-Gruppen behandelt wurde, sollte man bemerken, daß es eine Beziehung zwischen den Zellen in den Zellengruppen 1003 und 1002 sowie eine Beziehung zwischen den Zellen in den Zellengruppen 1004 und 1001 gibt. Mit Bezug auf die Zellengruppen 1003 und 1002 aus 10 erkennt man, daß dieselben vier Zellentypen in jeder der Zellengruppen auftreten, und daß die Anordnung der Zellen und die Ausrichtung der Sektoren innerhalb der Zellen in jeder der Zellengruppen dieselbe ist, d. h., daß die Zelle 1150 in der Zellengruppe 1003 vom selben Zellentyp ist wie die Zelle 1150S in der Zellengruppe 1002. Ebenso sind die Zellen in den Zellengruppen 1004 und 1001 in derselben Weise verknüpft.
Das geradlinige Gitter 1010 kann horizontal und vertikal wiederholt werden, ähnlich zur Wiederholbarkeit des geradlinigen Gitters 710. Man beachte, daß alle der nach innen ausgerichteten Sektoren jedes der Zwei-mal-Zwei-Gitter aus vier Zellen innerhalb des wiederholten Musters dieselbe Frequenz/Polarisationszuordnung aufweisen. Eine solche Anordnung ermöglicht die Synchronisation der nach innen gerichteten Sektoren, wie oben ausführlicher beschrieben ist.
Der Abstand zwischen zwei beliebigen einander zugewandten Sektoren mit derselben Frequenz/Polarisationszuordnung, die keine angrenzenden einander zugewandten Sektoren sind, beträgt 6R√2. Dieser Abstand sollte ausreichend sein, um Kanalinterferenz zwischen den nicht-angrenzenden, einander zugewandten Sektoren mit derselben Frequenz-/Polarisationszuordnung zu verhindern. Wenn Kanalinterferenz auftritt, können die beiden Gruppen von vier Zellen, welche die sich störenden nicht-angrenzenden, aufeinander gerich teten Sektoren umfassen, synchronisiert werden, um das Kanalinterferenz-Problem zu vermeiden.
In 13, ist ein geradliniges Gitter 1310 gezeigt, das dem geradlinigen Gitter 1010 von 10 ähnelt. Das Gitter 1310 umfaßt jedoch Sektorüberlagerungen für diejenigen Sektoren, hier als Ursprungssektoren („incumbent sectors") bezeichnet, für welche die Kapazität des Systems nicht ausreichend ist, den Bedarf der Nutzer in diesen Sektoren zu dekken. Die hinzugefügten Sektorüberlagerungen deuten auf eine hinzugefügte Antenne und zugehörige Schaltungen bei dem Hub der Zelle, in der die Überlagerung liegt, hin, wie im Gebiet bekannt ist. Die hinzugefügte Sektorüberlagerung ist gewöhnlich kein einfacher Ersatz für den Ursprungssektor. Die zusätzliche Überlagerung arbeitet auf einer anderen Frequenz als der Ursprungssektor, aber mit derselben Polarisation. Diese Konfiguration ermöglicht es, Schutzausrüstung, oder Redundanzausrüstung, zwischen dem Ursprungssektor und dem Überlagerungssektor zu teilen. Die Größe der Überlagerungssektoren ist gewöhnlich gleich groß oder kleiner als die Größe der Ursprungssektoren. Wie in 13 gezeigt ist, sind die Überlagerungssektoren 45°-Sektoren, aber das vorliegende System und Verfahren der Erfindung ist nicht auf 45°-Sektoren beschränkt. Zusätzlich zeigt die 13 die Überlagerungssektoren 1390, die zu je einem der Sektoren der vier Zellen 1 bis 4 hinzugefügt sind, was lediglich eine beispielhafte Verwendung der Überlagerungssektoren darstellt. Das vorliegende System und Verfahren der Erfindung ist nicht darauf beschränkt, einen Überlagerungssektor zu Gruppen von vier einander zugewandten Sektoren hinzuzufügen, und es zieht in Betracht, weniger oder mehr Überlagerungssektoren hinzuzufügen, je nach dem, wie der Bedarf der Nutzer es erfordert. Das Hinzufügen von Überlagerungssektoren zu jeder der vier einander zugewandten Sektoren von vier angrenzenden Zellen ermöglicht es, die vier hinzugefügten Überlagerungssektoren in einer Weise ähnlich zu der Synchronisation der darunterliegenden vier Ursprungssektoren zu synchronisieren. Natürlich können weniger als vier Überlagerungssektoren ebenso hinzugefügt und synchronisiert werden.

Claims

Drahtloses Kommunikationssystem mit einem wiederholbaren Muster der Wiederverwendung von Frequenzen umfassend: sechzehn kreisförmige Zellen (610-680) desselben Radius, die derart auf einem Viermal-Vier-Gitter angeordnet sind, daß sich jeweils keine zwei Zellen überlappen, und wobei sich jede Zelle mit ihren angrenzenden Stufen- und Reihennachbarn berührt, wobei jede Zelle einen Hub (105) mit vier Antennen (202A-202D) umfaßt, wobei jede Antenne einen anderen von vier nichtüberlappenden Neunziggradwinkelsektoren bedient und geeignet für die Übertragung auf jeder von acht Frequenzen und in jeder von zwei Polarisationen pro Frequenz ist, wobei für jeden Hub (105) ein Satz von entgegengesetzten Neunziggradsektoren auf einer der acht Frequenzen mit einer der Polarisationen überträgt und der anderen Satz von entgegengesetzten Neunziggradsektoren auf einer anderen der acht Frequenzen mit der anderen Polarisation überträgt, gekennzeichnet durch acht Zellentypen, wobei jeder Zellentyp über eine eindeutige Kombination von Frequenzen mit zwei pro Frequenz verfügbaren Polarisationsmoden überträgt; eine erste und eine zweite Gruppe (701, 702) von vier Zellen, wobei jede Gruppe ein Zwei-mal-Zwei-Zellengitter umfaßt, so daß die erste Gruppe (701) von vier Zellen vier verschiedene Zellentypen von den acht Zellentypen umfaßt, wobei die Zellen derart angeordnet sind, daß die einander zugewandten Sektoren von Zellen, die in Stufe und Reihe benachbart sind, verschiedene Polaritäten haben, und die zweite Gruppe (702) von vier Zellen die verbleibenden vier verschiedenen Zellentypen umfaßt, wobei die Zellen derart angeordnet sind, daß die einander zugewandten Sektoren von Zellen, die in Stufe und Reihe benachbart sind, verschiedene Polaritäten haben; eine dritte und eine vierte Gruppe 703, 704) von vier Zellen, wobei jede Gruppe ein Zwei-mal-Zwei-Zellengitter umfaßt, so daß die dritte Gruppe (703) von vier Zellen dieselben vier Zellentypen wie die erste Gruppe umfaßt, wobei die Frequenz- und Polarisationszuordnungen zwischen den Paaren der entgegengesetzten Sektoren für jede Zelle vertauscht sind und die vier Zellen identisch zu den Zellen der ersten Gruppe angeordnet sind; und die vierte Gruppe (704) von vier Zellen dieselben vier Zellentypen wie die zweite Gruppe umfaßt, wobei die Frequenz- und Polarisationszuordnungen zwischen den Paaren der entgegengesetzten Sektoren für jede Zelle vertauscht sind und die vier Zellen identisch zu den Zellen der zweiten Gruppe angeordnet sind; wobei die vier Gruppen (701-704) von Zellen in einem Vier-mal-Vier-Gitter angeordnet sind, so daß die erste und die dritte Gruppe von Zellen nicht Stufen- und Reihennachbarn sind und so daß die einander zugewandten Zellen zwischen in Stufe und Reihe benachbarten Gruppen unterschiedliche Frequenzen haben.
Das System nach Anspruch 1, wobei die Polarisationen senkrecht zueinander sind.
Das System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kommunikationssystem ein Zeitduplex-System ist.
Das System nach Anspruch 3, wobei das Kommunikationssystem ein angepaßtes Zeitduplex-System ist.
Das System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die acht Frequenzen im Millimeter-Frequenzbereich liegen.
Das System nach Anspruch 5, wobei die acht Frequenzen alle im Bereich von 10-60 GHz liegen.
Das System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die sechzehn Zellen (610-680) in einem quadratischen Vier-mal-Vier-Gitter angeordnet sind, so daß der Abstand zwischen den Zentren von jeweils zwei benachbarten Zellen der doppelte Zellenradius ist.
Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die sechzehn kreisförmigen Zellen in einem wiederholbaren Vier-mal-Vier-Gitter ein Parallelogramm bildend angeordnet sind, so daß sich die Kante jeweils einer Zelle mit den Kanten von sechs anderen Zellen berührt, und so daß die Zentren jeder Zelle auf einer Linie liegen, wobei die gegenüberliegenden Sektoren von benachbarten Zellen von jeder Gruppe eine andere Polarität haben, wobei die erste und die zweite Gruppe von Zellen derart angeordnet sind, daß jede Zelle von jeder Gruppe angrenzend und sich berührend mit mindestens einer Zelle aus der anderen Gruppe von Zellen ist; die zweite und die dritte Gruppe von Zellen derart angeordnet sind, daß jede Zelle von jeder Gruppe angrenzend und sich berührend mit mindestens einer Zelle aus der anderen Gruppe ist, wobei keine an eine Zelle in der dritten Gruppe angrenzende Zelle ebenfalls an eine Zelle der ersten Gruppe mit einer entsprechenden Kombination von Frequenzen wie die Zelle in der dritten Gruppe angrenzt; und die dritte und die vierte Gruppe von Zellen so angeordnet sind, daß jede Zelle aus jeder Gruppe an mindestens eine Zelle der anderen Gruppe angrenzt und sich berührt, wobei keine an eine Zelle der vierten Gruppe angrenzende Zelle ebenfalls an eine Zelle der zweiten Gruppe mit einer entsprechenden Kombination von Frequenzen wie die Zelle in der vierten Gruppe angrenzt.
Verfahren zur Verringerung der Kanalinterferenz bei einer orthogonalen wiederholbaren Zellenstruktur in einer ein geradliniges Gitter (710) bildenden Vielzellenstruktur in einem Kommunikationssystem, wobei jede Zelle einen Hub (105) mit vier Antennen (202A-202D) umfaßt, wobei jede Antenne einen anderen von vier nichtüberlappenden Neunziggradwinkelsektoren bedient und geeignet für die Übertragung in jeder von zwei Polarisationsmoden für eine jede der von dem Kommunikationssystem verwendeten Übertragungsfrequenz ist, wobei für jeden Hub (105) ein Satz von entgegengesetzten Neunziggradsektoren auf einer der Übertragungsfrequenzen mit einer der Polarisationen überträgt und der andere Satz von entgegengesetzten Neunziggradsektoren auf einer anderen der Übertragungsfrequenzen mit der anderen Polarisation überträgt, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Vorsehen von acht Zellentypen, wobei jeder Zellentyp eine eindeutige Kombination von zwei Sätzen aus Frequenz und Polarisation umfaßt; (b) Vorsehen von zwei Unterclustern (701, 702) von Zellen, wobei jeweils vier Zellen auf einem Zwei-mal-Zwei-Gitter angeordnet sind, wobei ein erster Untercluster vier Zellen umfaßt, die jeweils von einem anderen Zelltyp der acht Zellentypen sind, und wobei ein zweiter Untercluster vier Zellen umfaßt, die jeweils von einem anderen Zelltyp der verbleibenden vier Zellentypen sind; (c) abwechselnd orthogonales Anordnen der zwei Untercluster (701, 702) in der Vielzellenstruktur der Zellen; und (d) Ausrichten jedes Paares aus abwechselnden diagonalen Zellen in der Vielzellenstruktur der Zellen mit neunzig Grad relativ zueinander.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Interferenz benachbarter Kanäle verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Polarisationen senkrecht zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 9,10 oder 11, wobei die Anzahl der Frequenzen acht ist.
Verfahren nach Anspruch 9,10 oder 11, wobei die Anzahl der Frequenzen mindestens acht ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jeder Zelltyp einmal innerhalb der Struktur wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Kommunikationssystem ein Zeitduplex-System ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Kommunikationssystem ein angepaßtes Zeitduplex-System ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die acht Frequenzen im Millimeterfrequenzbereich liegen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die acht Frequenzen alle im Bereich von 10-60 GHz liegen.