DE69126955T2

DE69126955T2 - Verfahren und Einrichtung zur flexiblen Kanalzuweisung in Zellular-Funktelefonsystemen

Info

Publication number: DE69126955T2
Application number: DE69126955T
Authority: DE
Inventors: Qi Bi; Joseph W Fisher
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2011-12-03
Also published as: US5134709A; MX9102444A; EP0490554B1; EP0490554A3; JPH04302547A; BR9105432A; AU8888291A; KR100208541B1; JPH0748903B2; EP0490554A2; KR920013968A; ES2103787T3; DE69126955D1; AU640544B2

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zuweisung von Kanälen in einem Funkfernsprechsystem und insbesondere Zellularfunkfernsprechsysteme mit Frequenzwiederbenutzungseigenschaften

Stand der Technik

Die Teilnehmerkapazität eines Mobilfunkfernsprechsystems ist durch das für eine derartige Verwendung zugeteilte Frequenzspektrum begrenzt. Zur Optimierung der Teilnehmerkapazität eines gegebenen Systems ist es von kritischer Bedeutung, daß das zugeordnete Frequenzspektrum mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad benutzt werde. Verbesserungen dieses Wirkungsgrades lassen sich durch Anwendung verschiedener Modulations- und Codierverfahren in dem Übertragungssystem zum Erreichen einer Verwendung des verfügbaren Frequenzspektrums mit dem höchsten Wirkungsgrad erlangen.
Eine Erhöhung der Verwendung des verfügbaren Frequenzspektrums ist durch Anwendung des Zellularkon zepts auf Funkfernsprechsysteme sehr verbessert worden. Bei dem Zellularkonzept ist der von einem Funkfernsprechdienstanbieter versorgte Bereich in zusammenhängende geographische Zellen eingeteilt, die jeweils von einer bestimmten Menge Kanäle versorgt werden. Voneinander durch eine gewisse Anzahl zwischenliegender Zellen getrennte Zellen, deren Abstand groß genug ist, eine Übertragungstörung zu verhindern, können normalerweise dieselben Übertragungskanäle wiederbenutzen. Durch eine solche Kanalwiederbenutzung wird die wirkungsvolle Verwendung des verfügbaren Frequenzspektrums sehr verbessert.
Eine vollständige Realisierung der Vorteile des Zellularkonzepts erfordert, daß die verschiedenen Übertragungsfrequenzen bzw. -kanäle den verschiedenen Zellen effektiv so zugeordnet sind, daß das verfügbare Spektrum so wirkungsvoll wie möglich genutzt wird. Derartige Frequenz-/Kanalzuordnungen sind den verschiedenen Zellen herkömmlicherweise durch Verwendung des Kanalsatzkonzepts zug ewie sen worden, bei dem jeder Zelle ein bestimmter Satz von Kanälen zugewiesen ist.
Bei den herkömmlichen Zuordnungsverfahren wird angenommen, daß der Zellenversorgungsbereich ein reguläres Vieleck ist und daß das Verkehrsaufkommen gleichförmig verteilt ist. Es wird erachtet, daß alle Vielecke eine gleichformige Überdeckung bilden, um einen geographischen Versorgungsbereich abzudecken. Für Zwecke einer Erstkanalzuweisung wird das eigentliche geographische Gelände und die eigentliche HF-Ausbreitung außer acht gelassen. Kanäle werden den verschiedenen Zellen gleichermaßen in Sätzen von Kanälen zugewiesen, bis allen Zellen die Gesamtzahl von Kanälen zugewiesen worden ist. An dieser Stelle wird eine Einstellung gemacht, um der eigentlichen unregelmäßigen geographischen Zellenauslegung und den eigentlichen Geländeunregelmäßigkeiten Rechnung zu tragen. Mit einer weiteren Einstellung wird irgendein ungleichmäßiger Versorgungsbedarf unter den Zellen berücksichtigt und insbesondere versucht, Gleichkanal- und Nachbarkanalstörungen zu minimieren. Diese Methode der Kanalzuweisung bedeutet normalerweise, daß so viele grobe Erstannahmen gemacht werden, daß das Endergebnis weit unterhalb des gewünschten Wirkungsgrades der Spektrumsverwendung liegt.
Mit einigen nicht regulären Kanalzuweisungsverfahren ist versucht worden, die Unterschiede bezüglich des geographischen Geländes, der HF-Ausbreitung und des Versorgungsbedarfs auszunutzen, um eine wirkungsvollere Zuordnung des verfügbaren Frequenzspektrums zu erlauben. Diese Verfahren teilen das Spektrum nicht unbedingt in Kanalsätze ein und verbieten kein bestimmtes Wiederbenutzungsmuster. Diese Zuweisungsverfahren sind bislang in den meisten Fällen Ad-hoc-Verfahren gewesen und sind in ihrer Anwendung normalerweise sehr arbeitsintensiv, da sie größtenteils von Hand angewandt werden. Diese Verfahren erlauben keine leichte Einstellung von Kanalzuordnungen zur Anpassung an Änderungen oder an einen Zuwachs an Versorgungsbedarf.
In WO-A-9010341 ist ein Mittel und Verfahren zum Aufbauen einer "Inhibitionsmatrix", die bei der Zuweisung von Kanälen zu verschiedenen Basisstation-/Mobileinheitpaaren als Reaktion auf Bedarf benutzt werden kann. Die Matrix berücksichtigt Störung von Mobileinheiten, die sich in verschiedenen Teilen des von jeder Basisstation bedienten Versorgungsbereichs befinden und Störung von anderen Basisstationen. Die Störung wird entweder durch Messungen vor Ort oder durch Berechnungen bestimmt. Die Pegel werden verglichen und die Nebenkanalstörung jeder Basisstation und Mobilfunkstelle innerhalb eines Basisstationsbereichs wird im Vergleich zu jeder anderen Station in eine von drei Kategorien eingeordnet: 1) keine Störung; 2) Störung, die die Verwendung derselben Kanäle durch beide Stationen verhindern würde und 3) Störung, die die Verwendung von Nachbarkanälen durch beide Stationen verhindern würde. Jedem dieser Zustände (1, 2 oder 3) wird eine Ganzzahl wie beispielsweise 0, 1 und 2 zugewiesen, und die Summe aller dieser Zahlen für eine Basisstation wird der "Gütefaktor" genannt. Der "Gütefaktor" ist daher eine Anzeige dafür, wieviele Stationen und Benutzer mit der in Frage kommenden Basisstation in Konflikt geraten. Bei Bedarf werden Kanäle auf Grundlage der Informationen in der Matrix zugewiesen und auf Grundlage des "Gütefaktors" priorisiert.
US-A-5736452 ist ebenfalls ein aktives System, das ein Inhibitionsmatrixgitter auf Grundlage von gemessenen Signalstärken bestehender und ankommender Anrufe und Basisstationen und Berechnung der sich ergebenden Störpegel zwischen Mobilteilnehmern und Basisstationen in denselben oder benachbarten Kanälen erstellt. Diese Matrix wird dann zur Zuweisung von Kanälen an neue Anrufer benutzt, so daß sich die Nebenkanalstörung zwischen zugewiesenen Kanälen innerhalb vorbestimmter Grenzen hält. Wenn alle verfügbaren Kanäle zugewiesen sind, empfängt der Teilnehmer ein Zeichen System Blokkiert.
Um eine volle Nutzung des zugeteilten Spektrums zu erlauben, ist ein Zuordnungssystem erforderlich, das eine Zuordnung von Kanälen nach einem entworfenen Szenario und wirklichen physischen Zuständen erlaubt und das sich leicht an Änderungen des Versorgungsbedarfs anpaßt.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung entspricht den unabhängigen Ansprüchen.
Ein Kanalzuweisungssystem nach den Grundsätzen der Erfindung bietet Kanalzuweisungen, die das verfügbare Frequenzspektrum wirkungsvoll nutzen, indem sie jeweils einen Kanal zuweisen, bis alle Kanäle im zugeordneten Frequenzspektrum benutzt werden oder bis keine weiteren Zuweisungen möglich sind. Es ist nur notwendig, daß die Zuweisungen den Eingangssystemleistungsbeschränkungen genügen. Ein Vorzuweisungsschritt kann zur Zuweisung von bestimmten Kanälen zu gewissen Zellen benutzt werden, und diese Zuweisungen werden auf Eingangssystem-Erstbeschränkungen hin geprüft. Nach diesem wahlweisen Vorzuweisungsschritt werden Kanäle jeweils einzeln den Zellen nach definierten Systemleistungsbeschränkungen und der von jeder Zelle erforderten Kanalzahl zugewiesen.
Jede Zelle ist durch ihre logischen Flächen definiert. Definitionsgemäß sind logische Flächen jeder von einem gegebenen Funksender und seinen Antennen versorgte Bereich. Wenn beispielsweise eine Zelle durch Richtantennen in kuchenförmige Versorgungsbereiche sektorisiert wird, würde ein jeder derartiger Versorgungsbereich eine logische Fläche sein. Wenn die Zelle durch Anwendung von Überlagerungen geteilt wird, würde jeder durch die Überlagerung definierte neue Bereich eine zusätzliche logische Fläche sein. Eine typische Überlagerung könnte beispielsweise als die Zufügung neuer Antennen zur Unterteilung eines Versorgungsbereichs in eine Menge kleinerer Versorgungsbereiche definiert sein. Die Verkehrsbelastung jeder logischen Fläche ist nach ausgewählten Faktoren definiert, zu denen Gesprächsaufkommen, Blockierungshäufigkeiten, Weiterschaltschwellwerte, Anschaltschwellwerte, Abbruchhäufigkeiten usw. gehören. Mit diesen gegebenen Faktoren kann die von jeder logischen Fläche erforderliche Anzahl von Kanälen abgeleitet und in das Kanalzuweisungssystem eingegeben werden.
Für jede logische Fläche wird ein von jeder anderen logischen Fläche verursachter Störungspegel durch einen Signalmatrixcomputer bestimmt. Zu an dieser Bestimmung beteiligten Faktoren gehören geographisches Gelände, Sendenantenneneigenschaften, Sendeleistung und der Ort einzelner Zellen. Aus diesen Informationen wird von einem Signalmatrixcomputer eine Signal/Störungsmatrix entwickelt.
Die einzelnen Kanäle werden nun auf Grundlage der entwickelten Informationen einschließlich der an jeder logischen Fläche benötigten Anzahl von Kanälen, der Signalstörungsmatrix und anderen Systembeschränkungen durch einen Kanalzuweisungscomputer den logischen Flächen zugewiesen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer idealisierten Zellenauslegung für ein zellulares Fernsprechsystem, die typisch für herkömmliche Kanalzuweisungen ist;
Figur 2 eine schematische Darstellung der realistischen Funkausbreitungsabdeckung einer Zelle eines zellularen Fernsprechsystems;
Figur 3 ein Blockschaltbild eines zellularen Funkfernsprechsystems;
Figur 4 ein Blockschaltbild eines Systems zur Zuweisung von Kanälen zu verschiedenen Stellen eines zellularen Funkfernsprechsystems;
Figur 5 ein Blockschaltbild der Schritte zur Erzeugung und Ausführung von Flächen-/Kanalzuweisungen;
Figur 6 ein Prozeßflußdiagramm der Schritte zur Bestimmung von einzelnen Flächen-/Kanalzuweisungen;
Figuren 7 bis 10 Flußdiagrammdarstellungen von einzelnen Teilprozessen des in Figuren 5 und 6 gezeigten Prozesses.

Ausführliche Beschreibung

Für Analysezwecke wird die geographische Anordnung eines zellularen Funkfernsprechsystems normalerweise als eine Kachelung von Sechsecken auf einer ebenen Erdoberfläche wie in Figur 1 gezeigt dargestellt. Solche Diagramme, die einen geographischen Versorgungsbereich in Idealform darstellen, haben sich bei der Zuweisung von Kanalfrequenzen zu den verschiedenen Zellen in Mustern, die eine Wiederverwendung der Kanalfrequenzen gestatten, als nützlich erwiesen. Solche Muster werden als wiederholbare Muster der sechseckigen Zellen auf Grundlage dst rener geschätzten Zellengröße und des Abstandes zwischen Gleichkanal-Zellenorten definiert. Bei einem beispielhaften Kanalfrequenzwiederverwendungsschema benutzen die mit A bezeichneten Zellen 101 denselben Satz von Kanalfrequenzen. Dasselbe trifft auf die mit B bezeichneten Zellen 102 zu, die einen zweiten Satz Kanalfrequenzen benutzen würden, und so weiter. Aufgrund der geographischen Entfernung stören die Signale in den Zellen A einander nicht, obwohl derselbe Satz Frequenzen/Kanäle benutzt wird.
In diesem Modell wird jede Zelle durch eine in der Mitte der sechseckigen Zelle befindliche Antenne bzw Antennen beleuchtet. Diese Antennen können (wie durch Antennen 110 dargestellt) rundstrahlend oder (wie durch Antennen 111 dargestellt) gerichtet sein, um einen gewissen, als Winkelsektor definierten Teil der Zelle abzudecken. Diese Sektoren werden gewöhnlicherweise als Bruchteil von 360 Grad ausgelegt, wobei Werte von 60 und 120 Grad am häufigsten vorkommen. Bei solchen Antennen würde jede Antenne eine bestimmte logische Fläche bzw. Flächen der Sechseckgrenze der Zelle definieren.
Wie in Figur 1 dargestellt, kann die Zelle 107 in sechs Sektoren eingeteilt sein, die durch die Teilungslinien 117 getrennt sind. In dieser Anordnung würden die sechs Sektoren jeweils als eine einzelne logische Fläche betrachtet werden. In der Zelle 108 ist die Zelle durch eine Überlagerung, die die Zelle in ein Gebiet innerhalb des Kreises 118 und den Rest der Zelle in ein Gebiet außerhalb des Kreises auf teilt, aufgeteilt worden. Jedes dieser Gebiete würde als logische Fläche betrachtet werden. Hinsichtlich der Zelle 109 besitzt die Zelle eine durch den Kreis 119 definierte Überlagerung und wird durch die Radiuslinien 120 in Sektoren eingeteilt. Dieses besondere Beispiel weist zwölf logische Flächen auf.
In der Praxis kommt der von einer Zellenantenne bestrahlte oder versorgte Bereich dem in veröffentlichten Beschreibungen von zellularen Funkfernsprechsystemen so favorisierten sechseckigen Bereich nicht einmal nahe. Die Ausbreitung der von den Antennen abgestrahlten Funksignale wird durch viele Faktoren einschließlich Signalstärken, geographisches Gelände, Antenneneigenschaften und Signalstörung von anderen Zellen aus bestimmt. Ein realistischeres Muster einer Zelle ist in Figur 2 dargestellt, die drei benachbarte zellulare Versorgungszellen mit Rundstrahlantennen zeigt. Jeder Zellenbereich 211, 212 und 213 wird durch das Ausbreitungsmuster seiner Strahlungsantennen 201, 202 und 203 bestimmt (diese Zellen könnten durch Verwendung von Überlagerungen weiter partitioniert werden). Wie schon angedeutet, ergibt jedes Verfahren der Kanalzuweisung, das Versorgungsbereiche in vordefinierte geometrische Idealformen abteilt und/oder gleichförmige Verkehrsbedürfnisse annimmt, im allgemeinen eine Nutzung des Spektrums ergeben, die unter der erwünschten liegt.
Ein in der Figur 3 dargestelltes beispielhaftes zellulares Funkfernsprechsystem enthält eine Mehrzahl von Funkvermittlungsstellen (MSC - mobile switching centers) 301 und 302, die das Mobilfunkfernsprechsystem mit dem öffentlichen Land-Telefonwählnetz (PSTN - public switched telephone network) 305 zusammenschalten. Jede MSC ist mit einer Mehrzahl von Basisstationen 310 verbunden, die die Funksendeausrüstung zum Versorgen der Mobilfunkgeräte 350 in ihrem Zellenbereich enthalten. Ein Betriebs- und Verwaltungszentrum (OMC - Operations and management center) 320 ist zur Steuerung des Betriebes der MSC 301 und 302 und den diesen zugehörigen Basisstationen 310 gekoppelt. OMC 320 ist eine zentrale Steuerstation, die zur Steuerung von Prozessen und des Betriebs der MSC und ihrer zugeordneten Basisstationen 310 dient. Sie enthält Datenverarbeitungsausrüstung wie die in Figur 4 - dargestellte und Eingabeplätze 321, die Dateneingabe und Echtzeitsteuereingaben zulassen. Diese Anordnung kann zur Implementierung von Kanalzuweisungen in Verbindung mit fernabstimmbaren Funkgeräten an den Zellenstandorten benutzt werden.
Ein Teil der Datenverarbeitungsausrüstung ist in Figur 4 dargestellt und enthält einen Signalmatrixcomputer 410. Der Signalmatrixcomputer 410 nimmt Dateneingabe in einer Form an und wandelt sie in eine für Datenverarbeitungshandhabung geeignete Form um. In der hiesigen beispielhaften Ausführungsform ist diese für die Verarbeitung geeignete Form eine Matrix X von Ganzzahlen, wobei jede Ganzzahl Xij des Matrixelements einen Signalstörungswert für die Flächen i von j darstellt. Der Signalmatrixcomputer 410 kann speziell zugeordnete Schaltungen umfassen oder von einem Datenprozessor unter Speicherprogrammsteuerung gefahren werden. Die Eingabe in den Signalmatrixcomputer 410 kann gemessene Signalpegel enthalten, die innerhalb der Zellen aufgenommen worden sind, oder kann theoretische vorhergesagte Signalstärken für die Zelle und Informationen hinsichtlich der Verkehrsdichte und Nutzung für jede Zelle enthalten.
Vom Signalmatrixcomputer 410 wird diese Information in ein für weitere Datenverarbeitung geeignetes F6rmat umgesetzt und an den Kanalzuweisungscomputer 420 angelegt, der eine Speicherprogrammsteuerung zur Zuweisung der verfügbaren Kanäle zu den verschiedenen Zellen unter Systemkontrolle enthält. Diese Speicherprogrammsteuerung wird unten ausführlich besprochen. Der Kanalzuweisungscomputer nimmt Eingaben vom Signalmatrixcomputer 410 an. Eine Datenquelle von Kanalzuweisungsbeschränkungen 425 ist zur Eingabe dieser Daten in den Kanalzuweisungscomputer 420 gekoppelt. Diese Beschränkungen sind vom Benutzer definierte Systemleistungserforder nisse, die zum Erreichen eines zufriedenstellenden Betriebes des Mobilfunkfernsprechsystems wünschenswert sind.
Eine Ausgabe des Kanalzuweisungscomputers wird an die Kanalzuweisungssteuervorrichtung 440 angelegt, die wiederum die Einstellung tatsächlicher Kanalzuweisungen der Funkfernsprechkommunikationsvorrichtung bewirkt. Obgleich diese Vorrichtung 430 als einzelner Block dargestellt ist, stellt sie eine Mehrzahl von Funkgeräten dar, die sich an den verschiedenen Basisstandorten 310 befinden und unter diesen verteilt sind. Diese Zuweisungssteuervorrichtung 440 kann Mittel zum Übertragen von Datensignalen zu den Funkgeräten an den in Figur 3 gezeigten Basisstandorten 310 enthalten oder kann einen Ausdruck von Frequenzzuweisungen bereitstellen, die an jedem Basisstandortdurch Handabstimmung von Funkgeräten durch einen Techniker auszuführen sind. In der automatisierten Version bewirkt sie das Aussenden von Signalen zu jedem Basisstandort 310 zum Steuern der Abstimmung von fernabstimmbaren Funkgeräten. Als Alternative kann die Ausgabe der Kanalzuweisungssteuerung 440 aus Anweisungen bestehen, die einen Techniker zu der Handabstimmung der verschiedenen Funkgeräte anleiten.
Der in dem Kanalzuweisungscomputer durchgeführte und in dem Flußdiagramm der Figur 5 gezeigte Vorgang ist ein beispielhafter Vorgang, der im Kanalzuweisungscomputer 420 durchgeführt wird, um eine Liste gepaarter Flächen-Kanalelemente zur Verwendung bei der Zuweisung von Kanälen zu bestimmten Flächen zu erzeugen. Einzelheiten dieses Zuweisungsvorgangs der Figur 5 sind in den nachfolgenden Flußdiagrammen der Figuren 6 bis 10 gezeigt. Der Vorgang der Figur 5 beginnt am Endgerät 1 und es werden entsprechend den Anweisungen des Blocks 3 Systemdaten mit den Flächen und verfügbaren Kanälen eingegeben. Aus diesen Daten wird nach den Anweisungen des Blocks 5 eine Liste von in Frage kommenden Flächen/Kanälen vorbereitet. Diese Liste kann auf verknüpfende Weise voll inklusiv sein oder kann eine heuristische Liste auf Grundlage besonderer Umstände des bestimmten Zellularsystems, in dem die Zuweisungen angewandt werden, sein. Der Flußvorgang schreitet zum Block 7 fort, der aus der nach Block 5 aufgestellten Liste ein Flächen-/Kandidatenpaar auswählt. Unter Verwendung dieses Flächen-Kanal-Paars als Ausgangspunkt wird eine Kanalzuweisungslösung gefunden, die den Eingangsbeschränkungen vollständig genügt und die die Kanalerfordernisse jeder Fläche soweit wie möglich erfüllt. Das erste Paar wird zum Anstoßen dieses Vorgangs benutzt. Im Entscheidungsblock 11 wird bestimmt, ob allen Flächen-Kanal-Erfordernissen entsprochen worden ist (d.h. sind alle Flächen und Kanäle zufriedenstellend gepaart worden, um den Erfordernissen der Lösung voll zu entsprechen). So lange wie Lösungserfordernisse erfordern, daß der Vorgang zur Erstellung dieser Zuweisungen fortfahre, schreitet der Fluß zum Block 21 fort, der dahingehend wirkt, daß er eine Aufzeichnung der wachsenden Teillösung von Zuweisungen, die bis zu dieser Stelle im Vorgang erhalten worden sind, bewirkt. Die Kandidatenliste wird im Block 23 durch Beschneiden oder Ausmerzen von zugewiesenen Elementen aus der Liste aktualisiert, um jede gefundene Teillösung widerzuspiegeln. Wenn Flächen- /Kanalkandidaten nach der Entscheidung des Entscheidungsblocks 25 in der Kandidatenliste bleiben, schreitet der Fluß zum Eingang des Blocks 7 fort, der nunmehr ein weiteres Flächen-Kanal-Paar für den Zuweisungsvorgang auswählt. Bei Beendung der Liste und/oder Zufriedenstellung der Erfordernisse schreitet der Fluß zum Block 13 fort, der die Zuweisungsliste ausgibt. Der nächste Schritt im Vorgang ist die Ausführung der Zuweisungen nach Block 15. Diese Operation kann von Hand oder durch Speicherprogrammsteuerung zur automatischen Fernabstimmung der Funkgeräte an den Zellen- oder Basisstandorten durchgeführt werden.
Der gesamte Teilprozeß der Zuweisung von Kanälen zu Flächen ist in Figur 6 dargestellt und beginnt am Anfangsanschluß 501. Der Prozeß beginnt mit der Eingabe (Block 503) der beschränkenden Eingangsdaten in das Verarbeitungssystem. Zu diesen Daten gehören die Signal matrix, Flächen- und Zellen-Kanalabstandsinformationen, Signal/Störleistungsvorgaben, Kanalerfordernisse an jeder Fläche, und Nachbarflächen und Nachbarkanalabstände kennzeichnende Daten. Dieser Vorgang der Zuführung der Eingangsdaten ist ausführlicher im Flußprozeß der Figur 7 dargestellt. Unter den Flächen im System wird anfange nach den Anweisungen des Blocks 505 eine bestimmte Fläche für die Kanalzuweisung ausgewählt. Die Auswahl dieser Fläche, so wie sie im Flußprozeß der Figur 8 dargestellt ist, kann nach beliebigen ausgewählten Faktoren beurteilt werden, die vom Benutzer als kritisch erachtet werden. Solche Auswahlkriterien können die Verkehrserfordernisse dieser Fläche und ihre aktuelle Verfügbarkeit für eine Zuweisung sein. Der Teilprozeß des Blocks 505 ist ausführlich im Flußdiagramm der Figur 8 dargestellt, die hier offenbart wird. Der nächste durch den Block 507 definierte Schritt im Vorgang betrifft die Auswahl eines Kanals zur Zuweisung zu der im Block 505 ausgewählten Fläche. In diesem Schritt muß die Verfügbarkeit von Kanälen für eine Zuweisung bewertet werden. Diese Auswahl kann auf dem Ausmaß vorheriger Flächenzuweisungen eines bestimmten Kanals basieren. Einzelheiten dieses Kanalauswahlteilprozesses sind in dem in Figur 9 gezeigten Flußdiagramm offenbart.
Es wird wie im Funktionsblock 509 gezeigt eine Kanal-Flächen-Zuweisung bzw. -Paarung vorgeschlagen, und diese Zuweisung wird mit den in das Zuweisungssystem eingegebenen Systemvorgaben verglichen. Diese Zuweisung wird im Entscheidungsblock 511 ausgewertet, um zu bestimmen, ob diese Zuweisung gültig ist. Wenn bestimmt wird, daß die Zuweisung ungültig ist, wird die ungültige Zuweisung gemäß Block 525 aufgezeichnet, und der Fluß schreitet zur Eingabe zum Block 505 fort, um mit der Auswahl eines neuen Flächen- und Kanalpaars zur Bewertung auf Zuweisung zu beginnen. Die Überprüfung der Zuweisungsgültigkeit ist im Teilprozeß der Figur 10 gezeigt, der nachfolgend besprochen wird.
Wenn die Zuweisung im Entscheidungsblock 511 als gültig erachtet wird, schreitet der Fluß zum Funktionsblock 513 fort, der den ausgewählten Kanal der ausgewählten Fläche zuweist. Diese Zuweisung wird im Funktionsblock aufgezeichnet, der die Liste verfügbarer Flächen-/Kanalkandidatenliste abändert, um diese Zuweisung widerzuspiegeln. Im nachfolgenden Entscheidungsblock 517 wird bestimmt, ob alle angeforderten Zuweisungen getätigt worden sind (d.h. ob mit dieser Zuweisung die Lösung vervollständigt ist). Wenn nicht, dann schreitet der Vorgang zum Entscheidungsblock 527 fort, der bestimmt, ob weitere Zuweisungen möglich sind, die den Systemvorgaben genügen. Wenn weitere Zuweisungen möglich sind, schreitet der Fluß zum Eingang des Blocks 505 fort, der ein neues Flächen-Kanal-Paar aus der Flächen-/Kanalliste auswählt.
Wenn keine weiteren Zuweisungen möglich sind, schreitet der Vorgang zum Block 523 fort und steigt mit einer Teillösung aus. Der Vorgang wird in Figur 5 am Entscheidungsblock 9 wieder aufgenommen, um zu überprüf en, ob alle Flächen-Kanalzuweisungen erfüllt sind. Der Vorgang schreitet wie in Figur 5 gezeigt und zum Block 21 fort, um die Teilzuweisungen aufzuzeichnen, und kehrt dann zur Auswahl eines neuen Flächen-Kanal-Paars aus der Kandidatenliste zurück. Wenn eine Teillösung erhalten wird, wird die Kandidatenliste wie unter Bezugnahme auf Figur 5 besprochen beschnitten. Dieses Be schneiden ist ein heuristischer Vorgang und kann einfach das Entfernen dieser Flächen-Kanal-Paare sein, die in der eben gefundenen Teillösung vorhanden sind. Wie unter Bezugnahme auf Figur 5 beschrieben, kehrt der Zuweisungsprozeß fortlaufend zu der Kandidatenliste zurück, um wieder mit dem Vorgang zu beginnen und den Vorgang so lange fortzuführen, bis eine vollständige Lösung erhalten wird oder bis die Kandidatenliste ausgeschöpft ist.
Die Ausgabe des Blocks 13 kann eine Liste zur Verwendung durch einen Techniker sein oder kann an ein automatisiertes Abstimmsteuerungssystem mit einer Speicherprogrammsteuerung zur automatischen Abstimmung der Funkgeräte in dem betreffenden Zellularsystem angelegt werden. Der Vorgang kann den Funktionsblock 15 enthalten, in dem die Funksender an den Zellenstandorten automatisch so abgestimmt werden, daß sie die festgelegten Flächen-Kanalpaarungen widerspiegeln. Der Vorgang hält am Anschluß 523 an, wenn der Vorgang abgeschlossen ist.
Im Flußdiagramm der Figur 7 ist der Flußvorgang zur Eingabe von Daten dargestellt. Zu den Eingabedaten gehören die die Nachbarflächen des Blocks 602 definierenden Informationen, die Eingabesignalmatrix des Blocks 603, die Eingabeabstandsvorgaben des Blocks 505, die Eingangsleistungsvorgaben des Blocks 607 und die Eingangsflächenerfordernisse des Blocks 609. Nachbarflächen können als Signal-/Störleistungswert zum Vergleich mit den Elementen der Matrixeingabe im Block 603 identifiziert werden. Die Signalmatrix des Blocks 603 ist eine Matrix von Ganzzahlen, die jeweils mit einem Paar Fläche i, Fläche j verbunden sind, das die HF-Ausbreitungsverhältnisse (jeweils als einziger Signal-/Störleistungswert ausgedrückt) zwischen Fläche i und Fläche j anzeigt. Diese Signalmatrix spiegelt die Auswirkungen des Geländes auf die Signalausbreitung für alle Flächen wider und zeigt die Eignung dafür, Flächen i und j als Gleichkanalflächen zu bestimmen, an. Die Abstandsvorgaben des Blocks 605 enthalten Kanalabstandsinformationen, die angeben, wie viele Kanäle zwischen Zuweisungen zu dieser Instanz übersprungen werden müssen. Es kann für jeden Standort, jede Antenne (oder Fläche) und zwischen Nachbarantennen getrennte Abstandserfordernisse geben. Diese Abstandsvorgaben können zur Auferlegung von Begrenzungen auf Nachbarkanalstörung benutzt werden, die dann auftritt, wenn eine Frequenz mit einer Lage in einen Nachbarkanal überläuft.
Die Eingabe des Blocks 607 betrifft das systemübergreifende Signal/Störleistungsvorgabeverhältnis zwischen einem führenden Signal und allen Störsignalen im selben Kanal. Diese Eingabe legt dem Signal/Störleistungsverhältnis eine systemübergreifende Untergrenze auf, so daß zwei beliebige Antennen (Flächen), die sich einen Kanal teilen, ein besseres Signal/Störleistungsverhältnis als die Vorgabe aufweisen müssen.
Der Block 602 definiert Nachbarbeziehungen zwischen Flächen. Dies kann eine Liste von Flächenpaaren sein oder kann indirekt aus der Signalmatrix abgeleitet sein. Beispielsweise können, wenn zwei Zellen nahe genug sind, um einander zu stören, diese Flächen als Nachbarn erachtet werden. Der Nachbarn definierende Signal/Störleistungewert kann eine vom Benutzer angegebene Eingabe sein. In diesem Fall wird erachtet, daß beliebige zwei Flächen mit einem Signalmatrix-Signal/Störleistungswert kleiner gleich der Vorgabe Nachbarn sind.
Die Eingabe-Flächenerfordernisse des Blocks 609 definieren die Kanalerfordernisse für jede Fläche durch Angabe, wie viele Kanäle an jeder Fläche benötigt werden, um den Verkehrserfordernissen zu entsprechen.
Mit der Erstdateneingabe schreitet der Fluß zum Block 611 fort, der Daten enthält, die die bereits getätigte Vorzuordnung von Kanälen zu logischen Flächen im System betreffen. Diese Vorzuordnungen definieren den Ausgangspunkt, von dem aus der Rest der Kanalzuordnungen zugewiesen wird. Die Vorzuordnungen können eine beliebige Kombination von Flächen und Kanälen darstellen. Die Anzahl von Vorzuordnungen kann null sein oder sie kann dem gegenwärtigen Frequenzplan eines bestehenden Systems entsprechen. Der Fluß schreitet zum Block 613 fort, der bestimmt, ob die Vorzuordnungen die definierten Systemvorgaben erfüllen. Wenn diese Vorgaben erfüllt sind, schreitet der Vorgang zu dem in Figur 8 definierten Vorgang fort. Wenn die Vorgaben nicht erfüllt sind, schreitet der Fluß zum Block 615 fort, der zum Eingang des Blocks 611 fortschreitet, um damit zu reagieren, daß die Durchführung von Anderungen an den angegebenen Vorzuordnungen erlaubt wird. Wenn die Zuordnungen nicht geändert werden, kann der Fluß zu Leitung 617 fortschreiten, wodurch der Rest des Prozesses zu einer vollständigen bzw. Teillösung des Kanalzuweisungsprozesses fortschreiten kann.
Die Auswahl von Flächen für die Kanalzuweisung wird durch den Flußprozeß der Figur 8 durchgeführt. In der beispielhaften Ausführungsform wählt der Prozeß die zweckmäßigste Fläche zur Zuweisung aus der Gesamtheit von N Flächen im System aus. Der Prozeß der Figur 8 endet, wenn alle N Flächen ausgewertet worden sind. Durch diesen gesamten Prozeß hindurch ist die ausgewählte Fläche die bezeichnete "nächste Fläche". In den Prozeß wird am Anschluß 701 eingetreten, und er schreitet zum Block 703 fort, der anfänglich die Variable i auf Eins setzt. Der nächste Block 705 im Prozeß untersucht die mit i bezeichnete Fläche, um zu bestimmen, ob diese Fläche Kanalerfordernisse besitzt, die nicht erfüllt worden sind. Auf Grundlage dieser Informationen bestimmt der Entscheidungsblock 706, ob die Fläche i zuweisbar ist. Wenn sie es nicht ist, schreitet der Fluß zum Block 717 fort, der den Wert i erhöht und den Prozeßfluß zum Block 705 zurückführt, um die neue Fläche i zu untersuchen. Wenn die Fläche i zuweisbar ist, schreitet der Fluß zum Block 707 fort, um die Fläche i in Bezug auf den Bedarf der Fläche i an einer Zuweisung im Vergleich mit den Erfordernissen anderer Flächen auszuwerten. Dieses Kriterium wird entsprechend dem Block 707 gespeichert. In der beispielhaften Ausführungsform bestimmt der Entscheidungsblock 709, ob diese Fläche i die Fläche ist, die bislang als die Fläche mit dem höchsten Bedarf an Kanalzuweisung auf Grundlage der entsprechend dem Block 707 angesammelten Daten erachtet wird. Für diese Auswahl können andere Kriterien benutzt werden. Wenn bestimmt wird, daß die Fläche i den größten Bedarf aufweist, schreitet der Fluß zum Block 711 fort, und diese Fläche i ist die für den momentanen Zuweisungsprozeß ausgewählte Fläche. Der nächste Block 713 bestimmt, ob dies die letzte in Betracht zu ziehende Fläche ist. Wenn die Fläche i nicht die Fläche mit dem größten Bedarf ist, schreitet der Fluß zum Entscheidungsblock fort, der nachfragt, ob dies die letzte Fläche für die Betrachtung im Entscheidungsblock 713 ist. Dieser Teilprozeß steigt am Anschluß 715 aus, wobei die ausgewählte Fläche als "nächste Fläche" bezeichnet wird.
Der Prozeß der Auswahl von Kanälen zur Paarung mit der vorher ausgewählten Fläche i ist im Flußprozeß der Figur 9 offenbart. Die Variable j wird anfangs im Block 803 auf Eins gesetzt, und der mit j bezeichnete Kanal wird im Block 805 entsprechend der beispielhaften Ausführungsform hinsichtlich seiner Verfügbarkeit und dem Ausmaß vorheriger Zuweisungen ausgewertet. In dem Darstellungsbeispiel werden die Daten des Blocks 805 durch den Entscheidungsblock 807 ausgewertet, um zu bestimmen, ob dieser Kanal j der am wenigsten zugewiesene Kanal der bereits in Betracht gezogenen Kanäle ist. Wenn ja, dann wird er als der nächste im Zuweisungsprozeß zu benutzende Kanal bezeichnet, und der Entscheidungsblock 811 bestimmt, ob alle verfügbaren Kanäle in Betracht gezogen worden sind. Wenn der in Betracht kommende Kanal im Entscheidungsblock 807 kein für die Zuweisung geeigneter Kanal ist, schreitet der Fluß direkt zum Entscheidungsblock 811 fort, um zu bestimmen, ob dies der letzte Kanal für die Betrachtung ist. In allen Fällen, wo es zusätzliche Kanäle für die Betrachtung gibt, schreitet der Fluß zum Block 813 fort, um den Wert j zu erhöhen, und der Prozeß beginnt wieder am Block 805, wobei der Kanal den erhöhten Wert j aufweist. Dieser Teilprozeß steigt am Anschluß 815 aus, wobei der ausgewählte Kanal als der "nächste Kanal" bezeichnet wird.
Die Bestimmung der Gültigkeit einer bestimmten Flächen-Kanal-ij-Paarzuweisung wird im Flußprozeß der Figur 10 ausgewertet. In den Prozeß wird am Anschluß 901 eingetreten, und der Fluß schreitet zum Entscheidungeblock 903 fort, um zu bestimmen, ob die vorgeschlagene Flächen-Kanal-ij-Paarung die Mindest-Zellenabstandsvorgaben verletzt, durch die festgelegt wird, ob ein Kanal j zu nahe an anderen Kanälen liegt, die bereits der Zelle mit der Fläche i zugewiesen sind. Wenn diese Vorgabe nicht verletzt ist, schreitet der Fluß zum Entscheidungsblock 905 fort, um zu bestimmen, ob die vorgeschlagene Flächen-Kanalpaarung ij die Mindeßt-Flächenabstandsvorgaben verletzt. Diese Vorgaben bestimmen, ob ein Kanal j zu nahe an anderen der Fläche i bereits zugewiesenen Kanälen liegt. Der nächste Entscheidungsblock 907 bestimmt, ob die vorgeschlagene Paarung Nachbarabstande vorgaben verletzt. Diese Auswertung bestimmt, ob ein Kanal j zu nah an Kanälen liegt, die Flächen, die als Nachbarn der Fläche i erachtet werden, bereits zugewiesen sind. Diese Bestimmung, welche Flächen Nachbarn sind, kann eine direkte Eingabe von Systemdaten oder Vorgaben sein, oder sie kann unter Verwendung eines einzigen Signal/Störleistungsschwellwerts, der Nachbarflächen definiert, abgeleitet sein. Der Endentscheidungsblock 909 bestimmt, ob die vorgeschlagene Paarung der Fläche i einen besseren Signalmatrix-Signal/Störleistungswert als die systemüberschreitende Signal-/Störleistungsvorgabeeingabe in den Entscheidungsvorgang für alle Flächen, denen der Kanal j bereits zugewiesen ist, aufweist. Das heißt, die systemüberschreitende Signal/Störleistunge vorgabe wird mit allen Elementen der Signal/Störleistungsmatrix verglichen, die sich auf die Fläche i und diejenigen Flächen, denen der Kanal j bereits zugewiesen ist, beziehen. Sie prüft diese Signal/Störleistungsmatrixelemente im Vergleich mit der systemübergreifenden Signal/Störleistungsvorgabe, die anfänglich in das programmierte Zuweisungssystem eingegeben werden. Wenn dieses Matrixelement größer als die Vorgabe ist, ist die Zuweisung gültig. Wenn sie unter der Vorgabe liegt, ist die Zuweisung nicht gültig. Wenn während dieses Ent scheidungsprozesses in einem beliebigen der Blöcke 903, 905, 907 und 909 irgendwelche der Vorgaben verletzt werden, schreitet der Fluß zum Block 915 fort, der dieses Paar als ungültig kennzeichnet. Der Fluß vom Block 915 schreitet zum Block 515 in der Figur 5 fort, wo das Versagen vermerkt wird, und der Prozeß schreitet zum Austrittsanschluß 920 fort. Der Prozeß kehrt zum Flußprozeß der Figur 6 zurück, um das nächste ausgewählte Flächen- und Kanalpaar auszuwerten. Wenn keine der Vorgaben verletzt werden, tritt der Prozeß im Anschluß 913 aus, und der Fluß schreitet mit dem Block 513 in der Figur 6 fort, und der übrige Prozeß entspricht der obigen Beschreibung.

Claims

1. Verfahren zur Zuweisung von Kanälen zu den logischen Flächen (i und j) eines zellularen Systems, wobei eine logische Fläche ein bestimmter von einem bestimmten Funksender und seinen Antennen versorgter Zellenbereich ist, mit folgenden Schritten: Erzeugen einer Signal-/Störleistungsmatrix für Paare der Fläche i und Fläche j (410); Definieren einer in Frage kommenden Liste gepaarter Kanäle und logischer Flächen, wobei jeder verfügbare Kanal mit einer logischen Fläche in Paare organisiert ist (3); Auswählen einer Fläche zur Kanalzuweisung (5); Auswählen eines zuzuweisenden Kanals (5); Auswählen eines ersten Flächen-Kanal-Paars in bezug auf die Systembeschränkungen (7); Bestimmen, ob die Zuweisung innerhalb der Grenzen der Beschränkungen gültig ist (9); Zuweisen des Kanals zu der logischen Fläche, mit der er gepaart ist; und Unterhalten einer Liste zugewiesener Kanäle und Flächen (21); wobei das besagte Verfahren des Zuweisens durch folgendes gekennzeichnet ist:

Auswählen einer weiteren Fläche zur Kanalzuweisung, wobei die besagte ausgewählte Fläche die Fläche mit einem höchsten Bedarf für den Empfang einer Kanalzuweisung (709) ist, und eines zusätzlichen zuzuweisenden Kanals, bis alle möglichen Kanalzuweisungen durchgeführt worden sind (23, 25), und daß die besagten Zuweisungen für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten werden (523).

2. Verfahren zum Zuweisen von Kanälen zu den logischen Flächen eines zellularen Systems nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auswählens einer Fläche zur Kanalzuweisung weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Schritt des Auswählens einer Fläche zur Kanalzuweisung, die eine Fläche in der Nähe einer Fläche ist, der kurz vorher ein Kanal zur Aufnahme einer Kanalzuweisung zugewiesen worden ist.

3. Verfahren zum Zuweisen von Kanälen zu den logischen Flächen eines zellularen Systems nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Auswählens einer Fläche zur Kanalzuweisung weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Schritt des Auswählens einer Fläche, die sowohl einen höchsten Bedarf für den Empfang eines Kanals hat und die eine Fläche in der Nähe einer Fläche ist, der kurz zuvor ein Kanal für den Empfang einer Kanalzuweisung zugewiesen worden ist.

4. Verfahren zum Zuweisen von Kanälen zu den logischen Flächen eines zellularen Systems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Auswählens eines Kanals weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Schritt des Auswählens eines Kanals mit den wenigsten Flächenzuweisungen.

5. Zellulares Funkfernsprechsystem mit einer Mehrzahl von Funkfernsprechkommunikationsgeräten, die mit zugewiesenen Kanälen arbeiten, einem Signalmatrixcomputer (410) zum Zuführen einer Signal-/Störleistungsmatrix; einer Quelle von Kanalzuweisungsbeschränkungen (425); Mitteln zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanalpaar, wobei eine logische Fläche ein von einem bestimmten Funksender und seinen Antennen versorgter bestimmter Zellenbereich ist, einen vom Signalmatrixcomputer (420) bestimmten Schwellwert verletzt, einer auf den Kanalzuweisungscomputer reagierenden Kanalzuweisungssteuerung (440), dadurch gekennzeichnet, daß

die Kanalzuweisungssteuerung Mittel zum Bestim men, ob alle Kanäle zugewiesen worden sind, und Mittel zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanal-Paar das Paar mit dem höchsten Bedarf für einen Kanal ist, enthält, und daß die Mehrzahl von Funkfernsprechkommunikationsgeräten (430) als Reaktion auf das Kanalzuweisungssteuergerät (440) abgestimmt werden.

6. Zellulares Funkfernsprechsystem nach Anspruch 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalzuweisungscomputer Mittel zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanal-Paar ein vom Signalmatrixcomputer bestimm tes Erfordernis einer minimalen Flächenbeabstandung verletzt, umfaßt.

7. Zellulares Funkfernsprechsystem nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalzuweisungscomputer Mittel zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanal-Paar ein vom Signalmatrixcomputer bestimmtes Erfordernis der Nachbarbeabstandung verletzt, umfaßt.

8. Zellulares Funkfernsprechsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalzuweisungscomputer weiterhin Mittel zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanal-Paar ein vom Signalmatrixcomputer bestimmtes Erfordernis einer minimalen Zellenbeabstandung verletzt, umfaßt.

9. Zellulares Funkfernsprechsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalzuweisungscomputer weiterhin Mittel zum Bewerten, ob ein ausgewähltes Flächen-Kanal-Paar ein vom Signalmatrixcomputer bestimmtes Erfordernis der Nachbarbeabstandung verletzt, umfaßt.