DE69636575T2

DE69636575T2 - System und Verfahren zur Verwaltung von Nachbarkanalinterferenz in zellularen Systemen

Info

Publication number: DE69636575T2
Application number: DE69636575T
Authority: DE
Inventors: Mathilde South Orange Benveniste
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2016-11-23
Also published as: EP1739999A1; JP2009077430A; JPH09233536A; KR970056050A; JP4598116B2; SG84502A1; DE69636575D1; EP1753257A1; CN1156925A; US5740536A; EP1742499A1; KR100411675B1; EP0785695B1; EP0785695A2; HK1001453A1; JP4263257B2; ATE341165T1; EP0785695A3

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die Erfindung ist mit der US-Patentanmeldung Serial Number 08/580568 mit dem Titel „System and Method For Management of Neighbor Channel Interference With Cellular Reuse Partitioning", erteilt am 30. Januar 2001 als US-Patent Nr. 6,181,918 B1 (im Folgenden als das '918-Patent bezeichnet) und der US-Patentanmeldung Serial Number 08/581694 mit dem Titel „System and Method For Management of Neighbor Channel Interference With Power Control and Directed Channel Assignment", erteilt am 28. Juli 1998 als US-Patent Nr. 5,787,352 (im Folgenden als das '352-Patent bezeichnet), verwandt, wobei die verwandten Patente gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden und den gleichen Erfinder haben.
Hintergrund der Erfindung
A. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Gleichkanal- und Nachbarkanalinterferenz in einem drahtlosen Kommunikationsnetz gemäß Anspruch 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein spezielles Speichermittel nach Anspruch 3.
B. Technischer Hintergrund
Aus der WO 95 02308 A ist ein zelluläres Sechziggrad-STSR-Netz mit einem Frequenzplan mit N=3 bekannt, worin wertvolle Kanalfrequenzen in achtzig Frequenzgruppierungen unterteilt sind. Mit diesem bekannten zellulären Netz wird ein Verfahren für die Zuordnung von Frequenzen verwirklicht, das die folgenden Schritte umfasst:
Bilden eines dreieckigen Dreizellen-Cluster;
Teilen jeder Zellen des Dreizellen-Cluster in sechs Sektoren; und
Zuordnen einer Frequenzgruppierung zu jedem Sektor, um eine Kanaltrennung von drei zwischen jedem Sektor und eine Kanaltrennung von acht zwischen Zellen zu bewirken. Der Schritt der Zuordnung einer Frequenzgruppierung zu jedem Sektor in jeder Zelle kann so verwirklicht werden, dass die Zuordnung einer Ungerade/Gerade-Reihenfolge erfolgt.
Aus der Schrift Masakazu Sengoku et al.: ,Graph & Network Theory and Cellular Mobil Communications', Proceedings of the International Symposium on Circuits and Systems (ISCS), Chicago, 3. – 6. Mai 1993, Bd. 4, 3. Mai 1993 Seiten 2208–2211, XP000379651, Institute of Electrical and Electronics Engineers, sind zelluläre Mobilkommunikationssysteme bekannt, in denen ein übliches Modell eines zellulären Systems auch mittels eines Graphen formuliert werden kann. Die Verdienste dieser Formulierung mittels eines Graphen sind die folgenden. Üblicherweise wird ein Dienstbereich in einem zellulären System in regelmäßige hexagonale Zellen unterteilt. Viele Untersuchungen über Kanalzuordnung in einem zellulären System beschäftigen sich mit dieser regelmäßigen Anordnung von Zellen. Ein zelluläres System kann jedoch verschieden große Zellen und nicht-gleichmäßige Interferenzen von Zelle zu Zelle aufweisen. Die Formulierung mittels eines Graphen beschäftigt sich konsistent mit dem zellulären System mit verschieden großen Zellen und nicht-gleichmäßiger Interferenz. Darüber hinaus kann man auch Ergebnisse der Graphen- und Netzwerktheorie auf das Zuordnungsproblem anwenden. Darüber hinaus offenbart diese Schrift auch, dass Gleichkanalinterferenzprobleme als Färbungsprobleme von Graphen betrachtet werden können und anhand des gleichen Verfahrens gelöst werden können, wie es aus der herkömmlichen Graphentheorie bekannt ist.
Auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation zwingen Überlegungen hinsichtlich der spektralen Effizienz und der Maximierung verfügbarer Kanäle in der Regel zur Verwendung einer zellulären Anordnung dieser Kanäle und der Frequenzen, von denen sie abgeleitet sind – d.h. ein Dienstbereich wird in verbundene Dienstdomänen unterteilt, die Zellen genannt werden. In einer bestimmten Zell kommunizieren Nutzer über Funkverbindungen mit einer Basisstation, die diese Zelle versorgt, wobei diese Basis station mit Basisstationen für andere Zellen verbunden ist, aus denen ein drahtloses Kommunikationsnetz besteht. Dieses drahtlose Kommunikationsnetz ist wiederum in der Regel mit einem oder mehreren drahtgebundenen Netzen verbunden. Um mittels solch eines drahtlosen Netzes kommunizieren zu können, wird jedem Nutzer ein eigener Satz von Kanälen zugeteilt.
Ein herkömmliches hexagonales Zellen-Layout für ein drahtloses zelluläres Kommunikationssystem ist schematisch in 1 dargestellt. Bekanntlich richtet die Darstellung des geographischen Dienstbereichs mittels eines hexagonalen Gitters ein geometrisches Muster ein, das die Zuordnung von Frequenzen in gemusterter Anordnung erlaubt, was die Wiederholung dieser Frequenzen in einem gesteuerten wiederholbaren, regelmäßigen Zuordnungsmodell ermöglicht. Den Zellbereichen sind jeweils bestimmte Kanalgruppen zugeordnet. Jede Kanalgruppe umfasst eine Vielzahl von einzelnen Sende- und Empfangs-Funkkanälen zur Verwendung in dem Zellenbereich. In dem in 1 dargestellten Modell sind mit „A" bezeichnete Zellen Mitbenutzerzellen und alle verwenden die gleiche Kanalgruppe. Das gleiche gilt auch für Mitbenutzerzellen, die mit „B", „C" usw. bezeichnet sind, denen jeweils eine eigene Kanalgruppe zugeordnet ist.
Jede Zelle wird von einem Antennensystem bestrahlt, das zu einer Basisstation gehört, wobei die Basisstationen miteinander und/oder mit anderen Netzen verbunden sein können. Ein omnidirektionales Bestrahlungsmuster wird von einer Antenne 101 dargestellt, und ein direktionales Antennenmuster, das die Sektorisierung von Zellen in kleinere, tortenstückähnliche Dienstbereiche darstellt, wird von einer Antenne 102 dargestellt.
Bekanntlich besteht ein zentraler Aspekt von zellulären Kommunikationssystemen in der Idee der Frequenzwiederholung. Durch Frequenzwiederholung können Nutzer an verschiedenen geographischen Orten (unterschiedlichen Zellen) gleichzeitig den gleichen Frequenzkanal nutzen, wie von gemeinsam benannten Zellen in 1 für eine regelmäßige Kanalzuordnung dargestellt. Zwar kann die Frequenzwiederholung die spektrale Effizienz eines Systems beträchtlich erhöhen, aber es kann zu schweren Störungen zwischen Zellen kommen, die an der gemeinsamen Nutzung des gleichen Kanals beteiligt sind, wenn kein geeignetes Systemdesign vorhanden ist.
Frequenzwiederholungszuordnungen werden in der Regel durch die Übernahme einfacher Regeln für die Identifizierung von Mitbenutzerzellen und für die Partitionierung des RF-Spektrums in Kanalgruppen implementiert. Kanalzuordnungsansätze können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: fest und flexibel [Siehe M. Benveniste, „Self Configurable Wireless Systems", demnächst erscheinend]. Eine feste Kanalzuordnung legt die Beziehung zwischen Zellen und den Kanälen, die sie versorgen, fest. Nur die Kanäle, die einer Zelle zugeordnet sind, können Anrufe in dieser Zelle verarbeiten, und jeder Kanal kann gleichzeitig von allen Zellen benutzt werden, denen der Kanal zugeteilt ist. Ein Beispiel für eine feste Kanalzuteilung ist eine „regelmäßige" Kanalzuteilung, die durch gleichgroße, regelmäßig beabstandete Zellen gekennzeichnet ist. Eine regelmäßige Kanalzuteilung ist optimal für ein System, bei dem der Verkehr gleichmäßig über die Zellen verteilt ist.
Wenn die Verkehrsverteilung nicht gleichmäßig ist, kann eine optimale „nichtregelmäßige" Kanalzuteilung gefunden werden, die Kanäle Zellen entsprechend ihrer Verkehrsbelastung zuteilt. [Ein Verfahren, mit dem eine solche optimale nichtregelmäßige Zuordnung erreicht werden kann, ist in M. Benveniste, „Apparatus and Method for Non-Regular Channel Assignment in Wireless Communication Networks", U.S. Patent Nr. 5,404,574, beschrieben.]
Flexible Kanalzuordnungsverfahren nutzen die Fähigkeit eines Systems zur ferngesteuerten, von Software getriebenen Neuabstimmung der Basisstations-Funkgeräte, eine Fähigkeit, die es möglich macht, die Kanalleistung an Verkehrsschwankungen anzupassen. Die Klasse der flexiblen Kanalzuordnungsverfahren schließt adaptive und dynamische Kanalzuordnungsverfahren ein und eine Hybride aus beiden, eine adaptivdynamische Kanalzuordnung [siehe M. Benveniste, „Self Configurable Wireless Systems", id.].
Bekanntlich hängt die Qualität der Kommunikation in drahtlosen Systemen wesentlich vom Verhältnis zwischen empfangenem Signal und Interferenz (S/I) ab. Die wichtigste Interferenz besteht aus zwei Komponenten: der Gleichkanalinterferenz und der Nachbarkanalinterferenz. Gleichkanalinterferenz ist die Interferenz von Kommunikationsquellen, die auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind wie der Arbeitskanal. Nachbarkanalinterferenz kommt von Kommunikationsquellen, die Kanäle nahe dem Arbeitskanal im Frequenzsspektrum nutzen. Wenn der störende Nachbarkanal an den Arbeitskanal im Spektrum angrenzt, wird allgemein der Ausdruck Anliegerkanalinterferenz verwendet. Um die gewünschte Sprach- oder Datenübertragungsqualität zu erhalten, muss das Verhältnis von empfangenem Signal zu kombinierter Gleichkanal- und Nachbarkanalinterferenz über einem bestimmten Schwellenwert liegen.
Die Notwendigkeit, die Verwendung von Nachbarkanälen in einer Zelle und in Nachbarzellen zu vermeiden, ist erkannt worden. Bei der herkömmlichen Kanalzuteilung in analogen AMPS-Systemen, wo Dreisektorenzellen das Spektrum in Clustern von 7 Zellen wiederholen, ist der Abstand von 21 Kanälen (630 kHz) zwischen Kanälen, die die gleiche Zelle versorgen – wie allgemein durch das in Sektoren aufgeteilte Muster von 2 dargestellt – mehr als ausreichend, um jegliche Interferenz von Nachbarkanälen unbedeutend sein zu lassen. Für physisch beieinander liegende Zellen reicht es aus, die Zuordnung aneinander grenzender Kanalgruppen zu Sektoren der gleichen Zelle oder zu Sektoren in solchen beieinander liegenden Zellen, die dem in Betracht gezogenen Sektor benachbart sein würden, zu vermeiden. Wie aus 2 hervorgeht, liegt eine solche Kanalzuordnung für die Dreisektoren-Wiederholungsgruppe der Größe 7 vor.
Einhergehend mit der Suche nach weniger konventionellen Zuordnungsansätzen, wie einer flexiblen oder nicht-regelmäßigen festen Kanalzuordnung, ist eine solche fast automatische Erfüllung von Kanalabstandsanforderungen jedoch nicht mehr gegeben. Hier sieht sich der Designer von zellulären Systeme mit folgender Frage konfrontiert: was ist die minimale Spektrumstrennung, die zwischen Kanälen, die gleichzeitig in einer Zelle oder in benachbarten Zellen verwendet werden, erforderlich ist. Die Ansätze, die vorgeschlagen wurden, um diese Frage zu beantworten, berücksichtigen die Nachbarkanalinterferenz nicht ausreichend, wenn überhaupt. Insbesondere wird in der Behandlung von Nachbarkanalinterferenz und bei der Ableitung von Kanalabstandsanforderungen im Stand der Technik nicht die Gesamtwirkung auf das S/I-Verhältnis berücksichtigt [siehe W.C.Y. Lee, Mobile Cellular Telecommunication Systems, McGraw-Hill, New York, 1989]. Dieser Mangel an Rücksicht auf die Wirkung von Nachbarkanalinterferenz auf das S/I-Verhältnis führt dazu, dass ein Signal schwächer ist als die Interferenz. Durch Ausgleichen der relativen Stärke eines Interferenzsignals, das sich nahe am Empfänger befindet, mit dem Abfall der Signalstärke, der von einer Kanaltrennung verursacht wird, wäre das resultierende S/I-Verhältnis ohne Gleichkanal- Interferenz gleich 1 (0 dB). Falls eine gewisse Gleichkanalinterferenz vorhanden wäre, wäre das resultierende S/I-Verhältnis kleiner als 1 (negativ, wenn in dB ausgedrückt).
Da die S/I-Anforderung eine Beschränkung der Gesamtinterferenz impliziert, und die Gesamtinterferenz die Summe von zwei Termen ist (Gleichkanal- plus Nachbarkanalinterferenz), muss ein Kompromiss zwischen ihnen gefunden werden. Die Nachbarkanalinterferenz nimmt ab, wenn eine stärkere Frequenzspektrumstrennung zwischen Kanälen vorhanden ist, was einen größeren Spielraum für Gleichkanalinterferenz lässt. Ein kleinerer Wiederholungsabstand wird somit zulässig, und die Systemleistung ist höher, zumindest im Prinzip. Durch eine stärkere Kanaltrennung stehen jeder Zelle jedoch weniger Kanäle zur Verfügung, was zu einer Leistungsabnahme führen würde, falls alles andere gleich bleiben würde. Somit wäre ein wichtiges Ziel eines Systemdesigners die Bestimmung der optimalen Kanaltrennung, bei der die S/I-Anforderung erfüllt ist und das Spektrum maximal genutzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein neues Verfahren für die Verwaltung von Nachbarkanalinterferenz in einem zellulären drahtlosen Kommunikationssystem. Das Verfahren der Erfindung ist in Anspruch 1 offenbart, während eine verbesserte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Anspruch 2 hervorgeht. Darüber hinaus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Speichermittel für die Verwirklichung eines Zuordnungsverfahrens für eine Vielzahl von Kommunikationskanälen in einem drahtlosen Kommunikationsnetz aus Anspruch 3.
Das neuartige Verfahren zur Verwaltung von Nachbarkanalinterferenz schließt folgendes ein:
Gerade/Ungerade-Zellenbezeichnung – zur Eliminierung von Anliegerzellenkonflikten in einer Zelle.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
1 stellt ein Schema eines regelmäßigen Zellen-Layout für ein drahtloses Kommunikationsnetz dar.
2 stellt eine sektorisierte Zellenanordnung aufgrund eines Wiederholungsfaktors 7 dar.
3 stellt ein Blockschema der wichtigsten Elemente eines drahtlosen Kommunikationssystems und der typischen Verbindungen zwischen diesen Elementen dar.
4 zeigt ein Blockschema eines Datenverarbeitungssystems zur Steuerung der Zuordnung von Funkkanälen an verschiedene Zellen eines drahtlosen zellulären Kommunikationssystems unter Verwendung einer flexiblen Kanalzuordnungsmethodik.
5 stellt schematisch eine einzige Zelle einschließlich ihrer Basisstation dar, wobei eine versorgte Teilnehmerstation und eine möglicherweise störende Teilnehmerstation in verschiedenen Positionen in Bezug zueinander und zu der Basisstation angeordnet sind.
6 stellt schematisch zwei Nachbarzellen dar, jede mit einer Basisstation und mit einer versorgten Teilnehmerstation und einer möglicherweise störenden Teilnehmerstation, die in verschiedenen Positionen in Bezug zueinander und zu der Basisstation angeordnet sind.
7 zeigt eine Kanalgruppenanordnung für sektorisierte Zellen unter Verwendung des horizontalen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahrens.
8 zeigt eine Kanalgruppenanordnung für sektorisierte Zellen unter Verwendung des vertikalen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahrens der Erfindung.
9 zeigt sektorisierte Zellenanordnungen mit einem Wiederholungsfaktor 4.
10 zeigt eine omnidirektionale Zellenanordnung mit einem Wiederholungsfaktor 7, die die Zellen darstellt, denen aneinander grenzende Kanalgruppen zugeordnet sind.
11 zeigt ein Zellen-Layout, einen Nachbargraphen und sein Komplement für eine omnidirektionale Zellenanordnung mit einem Wiederholungsfaktor 8.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Erörterung wird teilweise anhand von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen mit Daten in einem Computersystem dargestellt. Es ist klar, dass diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen ein Mittel sind, das in der Regel von Experten auf dem Gebiet der Systemtechnik verwendet werden, um die Substanz ihrer Arbeit anderen Experten mitzuteilen.
Wie hierin (und allgemein) verwendet, kann ein Algorithmus als eigenständige Sequenz von Schritten, die zu einem gewünschten Ergebnis führen, angesehen werden. Diese Schritte beinhalten allgemein Manipulationen von physikalischen Größen. Üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, haben diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und auf andere Weise manipuliert werden können. Für einen leichteren Bezug ebenso wie für eine Angleichung an den allgemeinen Gebrauch werden diese Signale hin und wieder anhand von Bits, Werten, Elementen, Symbolen, Zeichen, Ausdrücken, Zahlen oder dergleichen beschrieben. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese und ähnliche Ausdrücke mit den geeigneten physikalischen Größen assoziiert werden müssen – da diese Ausdrücke lediglich zweckmäßige Bezeichnungen sind, die diesen Größen verliehen werden.
Um die Erläuterung klarer zu machen, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung so dargestellt, dass es aus einzelnen Funktionsblöcken besteht (einschließlich von Funktionsblöcken mit der Bezeichnung „Prozessoren"). Die dargestellten Funktionsblöcke können durch Verwendung von entweder universeller oder spezieller Hardware geschaffen werden, einschließlich von, aber nicht beschränkt auf, Hardware, die Software ausführen kann. Beispielsweise können einige oder alle Funktionen von „OMC", „MSCs" und „BSs", die in den 3 und 4 dargestellt sind, von einem oder von mehreren Prozessoren bereitgestellt werden, einschließlich von universellen Prozessoren. (Der verwendete Ausdruck „Prozessor" sollte nicht so aufgefasst werden, als würde er ausschließlich Hardware bezeichnen, die Software ausführen kann).
Ausführungsbeispiele können Mikroprozessor- und/oder digitale Signalprozessor (DSP)-Hardware einschließen, wie den AT&T DSP16 oder DSP32C, Festwertspeicher (ROM) für die Speicherung von Software, die die nachstehend erörterten Operationen durchführt, und Schreib/Lese-Speicher (RAM) für die Speicherung von Ergebnissen. Es können auch Großintegrations- (VLSI-) Hardware-Ausführungsformen, ebenso wie Custom-VLSI-Schaltungen in Kombination mit einer Universal-DSP-Schaltung bereitgestellt werden.
Ein typisches zelluläres System ist im Blockschema von 3 dargestellt. Eine Vielzahl von mobilen Vermittlungsstellen (MSC) 202 und 203 sind dargestellt, die das mobile Funktelefonsystem mit dem öffentlichen Telefonvermittlungsnetz 201 (PSTN) verbinden. Die Vermittlung durch die MSCs verbindet eine Vielzahl von Basisstationen (BS) 210, die jeweils Dienste für einen Zellenabdeckungsbereich liefern. Jeder Zellenabdeckungsbereich ist mit unregelmäßigen Grenzen dargestellt, wie sie typisch für ein aktuelles System sind. Jede BS weist Sende/Empfangs-Funkausrüstung und Sendeantennen auf; um ein Funktelefon 250 in seinem Zellenabdeckungsbereich zu versorgen.
Ein Betriebs- und Verwaltungszentrum (OMC) 220 ist mit den MSCs 202 und 203 verbunden, um deren Systemoperation und ihre zugehörigen BS zu steuern. OMC 220 ist eine zentrale Steuerstation, die eine Datenverarbeitung und eine Eingabe für die Annahme von Daten, die von einer Datenspeicherung eingegeben werden, und eine Echtzeitsteuerung einschließt. Im Fall von flexibler Kanalzuordnung kann diese Datenverarbeitungsanordnung für die Implementierung von Kanalanordnungen in Kombination mit ferngesteuert abstimmbaren Funk-Transceivern, die an der BS angeordnet sind, genutzt werden.
Für diesen Fall einer flexiblen Kanalzuordnung ist ein Ausführungsbeispiel für Datenverarbeitungsausrüstung, die in dem OMC enthalten ist, für die Steuerung der Zuordnung und die Abstimmung von Funk-Transceivern an den BSs in Form eines schematischen Blockschemas in 4 dargestellt. Ein Computerprozessor 310 weist ein gespeichertes Programm auf, das in einem zugehörigen Speicher 311 enthalten ist. Dieses Programm kann Befehle für die Durchführung der Zuordnung von Funkkanälen zu einem zellulären System einschließen. Initialeingabedaten werden durch die Eingabefunktion 312 an den Computerprozessor 310 geliefert. Eingaben schließen ein: die verfügbaren Zellen, die verfügbaren Funkfrequenzen und Interferenzinformationen, üblicherweise in Form einer Zelle-zu-Zelle-Interferenzmatrix, die die Interferenz von jeder einzelnen Zelle zu allen anderen Zellen definiert. Weitere Eingaben schließen Systembeschränkungen ein, die für die gewünschte Kanalzuordnung erforderlich sind, sowie Verkehrsaufkommensmuster.
Um eine flexible Kanalzuordnungsmethodik zu implementieren, wird das Kanalzuordnungsverfahren von einem Computerprozessor 310 entsprechend den im Speicher 311 enthaltenen Befehlen durchgeführt. Die resultierenden Kanalzuordnungen können über die Ausgabefunktion 313 an die MSC 315 ausgegeben werden, von wo aus sie an die BSs 321 weitergeleitet werden können. Die einzelnen abstimmbaren Funkgeräte 322, die in den BSs enthalten sind, können dann auf die richtigen Frequenzen in Übereinstimmung mit der Zuordnung der Funkkanäle, die anhand des Zuordnungsverfahrens bestimmt wurde, abgestimmt werden.
I. Verfahren der Erfindung
A. Allgemein
Das Verfahren der Erfindung wird hierin in einer Vielzahl von Ausführungsformen dargestellt, die jeweils auf ein neues Verfahren zur Handhabung von Nachbarkanalinterferenz für die Erreichung eines übergeordneten S/I-Verhältnisziels gerichtet sind. Wie aus der speziellen Erörterung dieser Ausführungsformen hervorgeht, kann jede Ausführungsform unabhängig von den anderen verwirklicht werden, aber die meisten können auch in Kombination mit einer oder mit mehreren anderen Ausführungsformen verwirklicht werden, ebenso wie mit Ausführungsformen der Verfahren, die in den verwandten Anmeldungen, auf die verwiesen wurde, offenbart sind.
Der Beschreibung dieser speziellen Ausführungsformen sei vorangestellt, dass bestimmte Beziehungen zwischen Kanaltrennung (zwischen einem Dienstkanal und einem störenden Nachbarkanal), Empfangssignalstärke für Dienstkanäle und für störende Kanäle und dem S/I-Verhältnis entwickelt werden. Diese Beziehungen werden dann mit Bezug auf die anschließend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung angewendet.
Die Stärke der Interferenz, die von Nachbarkanalsendern beigetragen wird, hängt von der Position der Teilnehmereinheiten (im allgemeinen mobil oder tragbar) in Bezug auf ihre Basisstation(en), dem Maß der ausgeübten Leistungssteuerung und der Kommunikationsrichtung – d.h. ob eine Sendung von der Basisstation zur Teilnehmereinheit (hierin als „Abwärtsstrecke" bezeichnet) oder von der Teilnehmereinheit zur Basisstation (hierin als „Aufwärtsstrecke" bezeichnet) stattfindet. Die 5 und 6 stellen Konfigurationsbeispiele für die Berücksichtigung des Einflusses von Nachbarkanalinterferenz dar. 5 stellt eine Einzelzelle mit einer Basisstation B dar, während in 6 zwei Nachbarzellen dargestellt sind, mit Basisstationen B1 und B2. In beiden Figuren sind Teilnehmerstationen i und j dargestellt, die in verschiedenen Konfigurationen in Bezug zueinander und zu der bzw. den Basisstation(en) angeordnet sind. In allen Konfigurationen zeigt die Bezeichnung i die Dienst-Teilnehmereinheit an, und die Bezeichnung j zeigt die Teilnehmereinheit an, die im nächsten Kanal im Frequenzspektrum operiert, hier als Nachbarkanal bezeichnet. In den Konfigurationen von 6 versorgt die Basisstation B1 die Teilnehmereinheit i und versorgt die Basisstation B2 die Teilnehmereinheit j.
Als Beispielsfall wird betrachtet, dass alle Anrufe mit gleicher Leistung verarbeitet werden – d.h. es wird keine Leistungssteuerung angewendet. Somit ist die Ab wärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz in allen in 5 dargestellten Fällen vergleichbar, da alle Anrufe mit der gleichen Leistung verarbeitet werden. Die Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz unterscheidet sich jedoch in den drei in 5 dargestellten Fällen. Da die Signaldämpfung mit zunehmendem Abstand zwischen Sender und Empfänger zunimmt, ist die Signalstärke, die von der Teilnehmereinheit i in 5(a) erhalten wird, stärker (aufgrund ihrer Nähe zu der Dienst-Basisstation) als das Interferenzsignal von der Teilnehmereinheit j. Somit ist die Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz für diese Konfiguration vernachlässigbar. In der Konfiguration von 5(b) ist das empfangene Dienstsignal mit dem Interferenzsignal vergleichbar, da die beiden Teilnehmereinheiten den gleichen Abstand zur Basisstation haben. Schließlich ist in der Konfiguration von 5(c) die Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz hoch, weil die störende Teilnehmereinheit näher an der Basisstation ist als die Dienst-Teilnehmereinheit.
Falls eine Leistungssteuerung angewendet wird, um die Leistung von Anrufen, die der Basisstation näher sind, zu verringern, ändert sich die wahrgenommene Nachbarkanalinterferenz. Diese Änderungen können wiederum durch Betrachtung der Konfigurationen von 5 dargestellt werden, wobei nun angenommen wird, dass die Leistung so angepasst wird, dass die empfangenen Dienstsignale ausgeglichen werden. Dann wäre eine Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz in allen drei Konfigurationen von 5 vergleichbar, da das Signal, das von allen Teilnehmereinheiten erhalten wird, gleich ist, unabhängig von der Position der Einheit in Bezug auf die Basisstation. Wenn dagegen eine Abwärtsstrecken-Leistungssteuerung angewendet wird, wäre die Nachbarkanalinterferenz für alle drei Konfigurationen unterschiedlich. Eine Leistungssteuerung bewirkt eine Zunahme der Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz in 5(a), da die Leistung des störenden Signals höher ist als die des Dienstsignals. Die Leistungssteuerung ändert nicht die Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz in der Konfiguration von 5(b), da sowohl die Dienst- als auch die Nachbarkanal-Teilnehmereinheit gleich weit von der Basisstation entfernt sind. Jedoch bewirkt in der Konfiguration von 5(c) die Leistungssteuerung, dass die Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz abnimmt. Somit zeigt sich, dass eine Leistungssteuerung in Auf wärtsstreckenrichtung allgemein günstig ist, aber häufig zu einer verstärkten Nachbarkanalinterferenz führt, wenn sie in Abwärtsstreckenrichtung angewendet wird.
In dem Fall der Nachbarzellen, der in 6 dargestellt ist, und unter Betrachtung der ersten Konfiguration von 6(a) zeigt sich an der Teilnehmereinheit i eine Nachbarkanalinterferenz sowohl in Abwärtsstreckenrichtung (aufgrund des Konkurrenzsignals von der Basisstation B2) als auch in Aufwärtsstreckenrichtung (aufgrund des Konkurrenzsignals von der Teilnehmerstation j). Wie leicht aus diesen Figuren ersichtlich ist, zeigt sich eine vergleichbare Nachbarkanalinterferenz in Abwärtsstreckenrichtung in 6(b) und in Aufwärtsstreckenrichtung in 6(c), aber die Nachbarkanalinterferenz ist in Aufwärtsstreckenrichtung in 6(b) und in Abwärtsstreckenrichtung in 6(c) zu vernachlässigen.
Um die oben beschriebenen Beziehungen algebraisch auszudrücken, wird die folgende Schreibweise verwendet. Es sei:

S: die Dienstsignalstärke an der Teilnehmereinheit i
P: das Verhältnis der Stärken der Dienstsignale für die Teilnehmereinheiten j und i, wie von der Teilnehmereinheit i empfangen, wenn die beiden Signal Gleichkanäle wären.
w: die Frequenzspektrumstrennung zwischen den Dienstkanälen für die Teilnehmereinheiten i und j, ausgedrückt in Vielfachen der Kanalbandbreite
N: der relative Abfall der Signalstärke aufgrund der Kanaltrennung w
T: das S/I-Verhältnis, das von der Teilnehmereinheit i verwirklicht wird
T_c: das Verhältnis er Dienstsignalstärke zur Gleichkanalinterferenz an der Teilnehmereinheit i

Man beachte, dass diese Analyse ursprünglich auf den Fall der Abwärtsstreckenrichtung angewendet wird. Mit kleineren Änderungen der Schreibweise, die nachstehend beschrieben sind, sind Beziehungen, die den hier entwickelten vergleichbar sind, jedoch auch auf den Fall der Aufwärtsstreckenrichtung anwendbar.
Aus diesen Schreibweisendefinitionen kann sich ergeben, dass die Gleichkanalinterferenz an der Teilnehmereinheit i S/T_c wäre und die Nachbarkanalinterferenz, die von der Teilnehmereinheit j empfangen wird, (S P)/N wäre. Das S/I-Verhältnis, das sich in Abwärtsstreckenrichtung in der Teilnehmereinheit j zeigt, kann somit wie folgt geschrieben werden:
Der erste Term im Nenner ist die Gleichkanalinterferenz, der zweite ist die Nachbarkanalinterferenz.
Die Beziehung zwischen N und w kann für bestimmte Kanalfiltereigenschaften wie folgt geschrieben werden:
wobei B der relative Signalstärkenabfall außerhalb der Sprachbandregion ist, ausgedrückt in dB/oct [siehe Lee, Mobile Cellular Telecommunications Systems, id.]. Unter Verwendung der Beziehung der Gleichung (2), um N aus der Gleichung (1) zu eliminieren, erhält man die folgende Beziehung zwischen T, w und Tc:
Die Gleichung (3) kann verwendet werden, um den Kompromiss zwischen dem Kanalabstand w und dem S/I-Verhältnis T für ein bestimmtes Gleichkanal-S/I-Verhältnis Tc und bestimmte Kanalfiltereigenschaften zu finden.
Als Beispiel für eine drahtlose Kommunikationsanwendung, das hierin verwendet wird, um die Implementierung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen darzustellen, wird die Verwendung eines Beispielfilters mit B gleich 24 dB/oct und eines Gleichkanal-S/I-Schwellenwert Tc von 18 dB (Tc = 10^1,8 = 63,1 betrachtet – wobei beide Werte typisch für ein herkömmliches zelluläres Zellen-Design sind. Der Kompromiss zwischen T und w für diesen Beispielsfall, abgeleitet von Gleichung (3), ist in Tabelle 1 angegeben, wo die erste Spalte den Kanalabstand w, angegeben in Vielfachen der Kanalbandbreite, darstellt. Die anderen zehn Spalten geben, für unterschiedliche P-Werte, den Wert für T, an, jeweils in dB ausgedrückt. Wie zu erwarten ist, erhöht die Vergrößerung des Kanalabstands das S/I-Verhältnis, das bei größeren w-Werten mit dem Design-Gleichkanalverhältnis Tc konvergiert.
TABELLE 1. Kompromiss zwischen Kanalabstand und S/I-Verhältnis dB(T)
Eine Umstellung der Gleichung (3) ergibt, dass bei unterschiedlichen Kanalabstandswerten w das Design-Gleichkanal-S/I-Verhältnis ein Ziel-S/I-Verhältnis T erreichen muss. Tabelle 2 zeigt den Kompromiss zwischen T_c und w für dB(T) gleich 18 dB. Da T_c durch seine Wirkung auf den Wiederholungsabstand die Leistung beeinflusst und eine Erhöhung von w die Leistung herabsetzt, gibt es eine optimale Kombination von T_c und w, bei der die Leistung maximiert ist.
TABELLE 2. Kompromiss zwischen Kanalabstand und Gleichkanal-S/I-Verhältnis db(T_c)
Die Gleichungen (1) und (3) und die Ergebnisse der Tabellen 1 und 2 können auf Aufwärtsstrecken-Kommunikationen angewendet werden, mit einer kleinen Umdefinierung der folgenden Parameter.

S: Signalstärke, die von der Teilnehmereinheit i an der Dienst-Basisstation empfangen wird
P: Verhältnis der Signalstärken, die von den Teilnehmereinheiten j und i an der Dienst-Basisstation für i empfangen werden, wenn die beiden Signale auf dem gleichen Kanal gesendet würden
T: S/I-Verhältnis an der Basisstation, die die Teilnehmereinheit i versorgt
T_c: Verhältnis der der Dienstsignalstärke zur Gleichkanalinterferenz an der Dienst-Basisstation für die Teilnehmereinheit i

Wie bereits gesagt, sind in dem Fall, dass keine Leistungssteuerung angewendet wird und beide Teilnehmereinheiten i und j von der gleichen Basisstation versorgt werden (d.h. die Konfiguration von 5), die Abwärtsstrecken-Stör- und Dienstsignale vergleichbar, da die Leistung, mit der die einzelnen Signale von der Basisstation gesendet werden, jeweils gleich ist. Somit ist das Verhältnis von Störsignal zu Dienstsignal, P, gleich 1, und db(P) ist gleich 0. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, würde, falls die Nutzung aneinander grenzender Kanäle zugelassen würde, das S/I-Verhältnis auf 16,23 dB fallen, was 67 Prozent des Zielwerts von 63,1 (18 db) darstellt. Die Einstellung des Kanalabstands w auf 2 reicht aus, um den größten Teil des S/I-Abfalls aufzufangen, der von der Nachbarkanalinterferenz bewirkt wird – eine Erhöhung des S/I-Verhältnisses von 16,23 auf 17,99 dB.
Eine vergleichbare Situation entsteht, wenn die Teilnehmereinheiten i und j von unterschiedlichen Basisstationen versorgt werden, falls die Dienst-Teilnehmereinheit i sich nahe der gemeinsamen Grenze zwischen den beiden Zellen befindet, unabhängig von der Position der störenden Teilnehmereinheit j, wie in den 6(a) und 6(b) dargestellt. Falls die Teilnehmereinheit i jedoch weiter von der störenden Basisstation B2 weg ist als von ihrer Dienst-Basisstation B1, wie in 6(c) dargestellt, ist das P-Verhältnis kleiner als 1 und dB(P) wird negativ. Somit ist die Wirkung der Nutzung von Anliegerkanälen auf das S/I-Verhältnis geringer. Beispielsweise zeigt die Tabelle 1 bei einem dB(P)-Wert von –5 dB, dass das verwirklichte S/I-Verhältnis 17,36 dB ist, was 86 Prozent des Design-Gleichkanalverhältnisses darstellt. Alternativ kann dies als der Wert charakterisiert werden, der bei dem S/I-Verhältnis verwirklicht wird, wenn die Nachbarkanalinterferenz auf 5 Prozent der kombinierten Gleichkanal- plus Nachbarkanal-Interferenz begrenzt wird. Somit kann ein Wert für P definiert werden, für den eine Anliegerkanalinterferenz annehmbar wird. Dieser definierte Wert wird hierin als Pa bezeichnet, und ist in dem beschriebenen Beispielsfall gleich –10 dB.
Angesichts des Kompromisses zwischen w und T_c in Tabelle 2 kann für den Fall von dB(P) = 0 gesehen werden, dass durch Erhöhung des Kanalabstands von 1 auf 2 die Planung eines Gleichkanalverhältnisses von 18,01 dB anstelle von 21,03 dB möglich wäre. Zusätzlich zeigt sich, dass, falls der Abstand auf 2 erhöht würde, man nur wenig im Hinblick auf die Gleichkanalbeschränkung und somit im Hinblick auf die Leistung gewinnen würde.
Für den Fall einer Leistungssteuerung wurde gezeigt, dass eine Leistungssteuerung auf der abwärts gerichteten Leitung die Wirkung von Nachbarkanalinterferenz verschlimmert. Man betrachte den speziellen Fall, dass eine Leistungssteuerung auf die Abwärtsstrecke angewendet wird, um die Signalstärke der näher gelegenen Teilnehmereinheiten zu verringern. In diesem Fall wäre P gleich dem Unterschied in der Leistungsverringerung der Dienstsignale für die beiden Teilnehmereinheiten. Der schlimmste Fall tritt ein, wenn die Leistung des Dienstsignals für die Teilnehmereinheit i erheblich verringert ist und die Dienst-Teilnehmereinheit j bei voller Leistung arbeitet, wie von der Konfiguration von 5(a) dargestellt. Tabelle 1 zeigt, dass, auch wenn das Design-Gleichkanal-S/I-Verhältnis 18 dB ist, das verwirklichte S/I-Verhältnis negativ ist, wenn die Abwärtsstreckenleistung für die nahe dem Ende gelegene Teilnehmereinheit um 28 dB reduziert wird. Man braucht einen Kanalabstand von 3, um ein S/I-Verhältnis von 17,79 dB zu verwirklichen.
In dem verwandten '352-Patent ist eine neuartige Mischleistungs-Steuermethodik offenbart, die die Verwendung von Abwärtsstrecken-Teilleistungssteuerung ohne Erhöhung des Kanalabstands über den Wert 2 hinaus ermöglicht, und dabei ein vernünftiges S/I-Verhältnis aufrechterhält.
B. Kanalzuordnungsverfahren
In den folgenden Abschnitten werden drei neue Kanalzuordnungsverfahren beschrieben, die eine verringerte Nachbarkanalinterferenz im Vergleich zu der, die von Verfahren des Standes der Technik erreicht wird, liefert. Diese neuen Kanalzuordnungsverfahren schließen das erfindungsgemäße Verfahren ein, das als Ungerade/Gerade-Zellenbezeichnung bezeichnet wird. Bevor diese neuen Kanalzuordnungsverfahren ausführlich erörtert werden, mag jedoch ein kurzer Überblick über herkömmliche Kanalzuordnungsverfahren nützlich sein.
Bei der traditionellen RF-Planung waren Anliegerkanalbeschränkungen in einer Zelle wegen der An und Weise, in der Kanalgruppen konstruiert wurden, kaum ein Problem. In der Regel bestanden solche Kanalgruppen aus den Elementen der Spalten einer Matrix, die durch konsekutive Nummerierung der Spalten von links nach rechts, jeweils für eine Reihe nach der anderen, gebildet wurden. Dieser Ansatz wird hierin als horizontales Kanalgruppen-Konstruktionsverfahren bezeichnet und ist in 7 dargestellt. Infolgedessen würde ein Wiederholungsfaktor N von 2 oder höher automatisch Anliegerkanalbeschränkungen in einer Zelle erfüllen, da der Unterschied der Kanalnummern zwischen beliebigen zwei Mitgliedern der gleichen Kanalgruppe mindestens dem Wiederholungsfaktor entspricht. Somit versorgen Anliegerkanäle niemals die gleichen Zelle oder den gleichen Sektor einer Zelle.
Für den Fall von Nachbarzellen war der direkte Weg, eine Anliegerkanalinterferenz zwischen Teilnehmereinheiten in Nachbarzellen zu verhindern, die Vermeidung der Zuordnung von Anliegerkanälen zu Teilnehmereinheiten, die sich gegenseitig stören. Die relativen Positionen dieser Teilnehmereinheiten bestimmen, ob dies der Fall ist. Wie oben erörtert, können Teilnehmereinheiten in der Nähe der Grenze einer Zelle eine Anliegerkanalinterferenz in Aufwärtsstreckenkommunikationen der Zelle auf der anderen Seite der Grenze bewirken, abhängig von der empfangenen Signalstärke. Die gleiche Teilnehmereinheit würde eine Anliegerkanalinterferenz auf der Abwärtsstrecke von der Nachbarzelle empfangen. Als vereinfachende, aber realistische Annahme wird in der Analyse hierin eine Konvention übernommen, dass, wenn P unter den zuvor definierten Wert Pa fällt, bei dem eine Anliegerkanalinterferenz annehmbar wird, keine Anliegerkanalinterferenz auftritt. Ansonsten schon.
Außerdem kann eine Anliegerkanalinterferenz in einer regelmäßigen Kanalzuordnung durch eine Verringerung der Zahl der Nachbarn einer Zelle, welche Anliegerkanäle nutzen, verringert werden. Die gemeinsame Grenze zwischen zwei dieser Nachbarn wird als Anliegerflanke bezeichnet. Die Verwendung von Anliegerflanken als Ersatz für Anliegerkanalinterferenz ist in erster Linie bei regelmäßiger Kanalzuordnung von Bedeutung, wo alle Kanalgruppen gleich groß sind, und wo, wegen der Art und Weise, wie die Kanalgruppen konstruiert sind, zwei Kanalgruppen entweder mit all ihren Kanälen aneinander grenzen oder mit keinem.
B1. Gerade/Ungerade-Zellenbezeichnung
Ein neuartiger Ansatz für die Erfüllung von Anliegerkanalbeschränkungen in einer Zell ist die die Zuordnung einer Parität – gerade oder ungerade – zu jeder Zelle. Eine Zelle dürfte nur Kanäle mit Nummern der zugeordneten Parität verwenden. Bei fester Kanalzuordnung würden Kanalgruppen entweder ungerade oder gerade Nummern enthalten und Zellen würden entweder ungerade oder gerade Kanalgruppen zugeteilt werden. Sowohl eine regelmäßige als auch eine unregelmäßige Kanalzuordnung kann von diesem Ansatz profitieren. Obwohl Anliegerkanalbegrenzungen in einer Zelle bei regelmäßiger Kanalzuordnung immer erfüllt sind, kann aufgrund der horizontalen Kanalgruppen-Konstruktion die Verwendung dieses Ungerade/Gerade-Ansatzes günstig sein, weil er die Befolgung von Anliegerkanalbeschränkungen durch Nachbarzellen erleichtert, eine Eigenschaft, die nachstehend ausführlicher erörtert wird.
B2. Vertikale Kanalgruppenkonstruktion
Anliegerkanäle sollten in der Regel nicht in aufeinander folgenden Sektoren von sektorisierten Zellen (d.h. Zellen mit Richtantennen, die jeweils einen Sektor der Zelle abdecken) verwendet werden. Um diesen Punkt zu erläutern, sollte in der Zelle mit drei Sektoren, die in 2 dargestellt ist, der Sektor α₁ keine Kanäle verwenden, die an diejenigen angrenzen, die in den beiden anderen Sektoren β₁ und γ₁ verwendet werden, die am nächsten liegen. Solange die Antennen mit der gleichen Bezeichnung ausgerichtet sind, reicht es auch, dafür zu sorgen, dass einem α-Sektor keine Kanäle zugeteilt werden, die an die Kanäle eines β- oder γ-Sektors angrenzen, usw.
Bei der herkömmlichen festen, regelmäßigen Kanalzuordnung werden Sektoren in der Regel Kanalgruppen zugeordnet, die durch das horizontale Verfahren erhalten werden. Das heißt, die Kanalgruppen sind die Spalten einer Matrix, wo die Gesamtzahl der Spalten gleich dem Wiederholungsfaktor mal der Zahl der Sektoren pro Zelle ist. Somit hätte mit einem Wiederholungsfaktor 7, der mit drei Sektoren verwendet wird, die Kanalgruppenmatrix 21 Spalten, wie in 7 dargestellt. Die ersten 7 Spalten würden den α-Sektoren zugeordnet, die nächsten 7 Spalten würden den β-Sektoren zugeordnet, und die letzten 7 Spalten würden den γ-Sektoren zugeordnet. Wie aus der Figur ersichtlich ist, nutzten Sektoren mit unterschiedlichen Ausrichtungen keine Anliegerkanäle, abgesehen von drei Paaren: (α₁, γ₇), (α₇, β₁) und (β₇, γ₁).
Hierin wird ein neuer Kanalgruppen-Konstruktionsansatz geschaffen, der für sektorisierte Zellen nützlich ist und der als vertikale Kanalgruppenkonstruktion bezeichnet wird. Im Fall einer regelmäßigen Kanalzuordnung wird die Kanalgruppenmatrix mit einer Zahl von Spalten konstruiert, die gleich dem Wiederholungsfaktor ist, z.B. 7. Jede Spalte wird dann in Abschnitte unterteilt, einen für jeden Sektor in einer Zelle. Wenn beispielsweise drei Sektoren vorhanden sind, würde das obere Drittel jeder Spalte den α-Sektoren zugeordnet, die Mitte den β-Sektoren und das untere Drittel den γ-Sektoren, wie in 8 dargestellt. Anliegerkanalinterferenz kann nur zwischen dem letzten Kanal in α₇ und dem ersten Kanal in β₁ und zwischen dem letzten Kanal in β₇ und dem ersten Kanal in γ₁ entstehen. Abgesehen von diesen beiden Kanalpaaren weist kein α-Sektor Kanäle auf, die an einen der β- oder γ-Sektoren angrenzen, usw. Somit werden Anliegerkanalbegrenzungen für alle praktischen Zwecke erfüllt.
Da nur zwei Kanalpaare aneinander grenzen, könnte die Anliegerkanalinterferenz entweder durch Fallen lassen von zwei Kanälen (einem von jedem Paar) oder durch Vermeiden einer unmittelbaren Nachbarschaft in diesen beiden Sektorenpaaren völlig eliminiert werden. Somit sind alle oben erörterten herkömmlichen Kanalzuordnungspläne (und weitere Pläne, in denen die Sektoren α₁ und γ₇ einander benachbart sind) mit diesem Kanalgruppen-Konstruktionsansatz annehmbar.
Eine Anwendung dieses Ansatzes bei der regelmäßigen Kanalzuordnung kann für den Fall einer S/I-Anforderung in einem Bereich, der mit einem Wiederholungsfaktor N=4 und drei Sektionen pro Zelle erreicht werden kann, dargestellt werden. Zwei solche Wiederholungsmuster, I und II, sind in 9 dargestellt. Aus einer Analyse der geometrischen Konfiguration für die Worst Case-Positionierung der Teilnehmereinheit kann bestimmt werden, dass das Muster I ein höheres Worst Case-S/I-Verhältnis (20,6 dB) liefert als das Muster II (16,1 dB) und daher vorzuziehen ist. Bei herkömmlichen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahren für sektorisierte Zellen gibt es jedoch keine Antennenausrichtung und Kanalzuordnung, die dazu führt, dass keine Anliegerflanken für das Muster I vorliegen. Eine vertikale Kanalgruppenkonstruktion liefert dagegen eine mögliche Zuordnung.
Die vertikale Kanalgruppenzuordnung trifft auch auf die feste, nicht-regelmäßige Kanalzuordnung zu, wo Zellen verschieden groß sein können und unterschiedliche Kanalleistungen brauchen können. In diesem Fall würde das Frequenzspektrum in eine Anzahl von untereinander nicht verbundenen Segmenten aufgeteilt, die der Zahl der Sektoren pro Zelle gleich wäre. Jedem Sektor würde dann die optimale Zahl von Kanälen von dem Segment, das seiner Bezeichnung entspricht, zugeordnet. Wenn beispielsweise drei Sektoren pro Zelle vorhanden sind, können den α-Sektoren die Kanäle mit den niedrigsten Nummern zugeteilt werden. Die β-Sektoren würden die folgenden Kanäle nehmen, und die γ-Sektoren würden die Kanäle mit den höchsten Nummern bekommen.
Schließlich ist der vertikale Kanalgruppenansatz auch bei einer dynamischen Kanalzuteilung nützlich. Sobald das verfügbare Spektrum in Segmente aufgeteilt ist, nutzen Sektoren mit der gleichen Antennenrichtung Kanäle vom gleichen Spektrumssegment. Solange der flexible Kanalzuordnungsalgorithmus sicherstellt, dass Anliegerkanalbegrenzungen in der Zelle respektiert werden, ist die Anliegerkanalinterferenz eliminiert.
B3. Minimalangrenzungs-Schaltungsverfahren
Wenn omnidirektionale Zellen (Zellen, die eine einzige Vollaperturantenne verwenden) entsprechend dem klassischen Muster mit dem Wiederholungsfaktor 7 angeordnet sind, verletzen sie Anliegerkanalbeschränkungen mit jeweils zwei Nachbarzellen, wie in 10 dargestellt – z.B. Zelle Nr. 3, die Anliegerränder mit Zellen Nr. 2 und Nr. 4 hat. Die Wahrscheinlichkeit, dass P den zuvor definierten Schwellenwert Pa überschreitet – und somit, dass eine Anliegerkanalinterferenz wahrnehmbar wird – liegt auf der Abwärtsstrecke im schlimmsten Fall bei 0,23. Die Wahrscheinlichkeit für eine Aufwärtsstrecken-Anliegerkanalinterferenz ist 0,21. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Anruf eine Anliegerkanalinterferenz auf der Abwärtsstrecke oder auf der Aufwärtsstrecke oder auf beiden erfährt, liegt im schlimmsten Fall bei 0,39. (Alle Wahrscheinlichkeiten durch Simulation bestimmt).
Es wird allgemein angenommen, dass der kleinste Wiederholungsfaktor, der eine Erfüllung der Anliegerkanalbeschränkungen – d.h. die Vermeidung von Anliegerflanken – ermöglicht, 12 ist', oder, in jüngerer Zeit, 9⁸, wenn Kanalgruppen anhand des herkömmlichen horizontalen Verfahrens konstruiert werden. Es wird hierin ein Verfahren geschaffen für die Erfüllung von Anliegerkanalbeschränkungen zwischen Nachbarzellen mit einem N von 8, unter Verwendung einer Ungerade/Gerade-Kanalgruppenkonstruktion. Dieses Verfahren liefert auch eine höhere Leistung, 40 Erlang pro Zelle, als die herkömmlichen Verfahren zur Erfüllung dieser Beschränkungen, und erreicht ein S/I-Verhältnis von 19,5 dB. Ein Vergleich der Verkehrskapazität mit einer 2-prozentigen Blockierungswahrscheinlichkeit für das Verfahren der Erfindung (N 8) gegenüber Wiederholungsfaktoren von 7, 9 und 12 ist in Tabelle 3 dargestellt.
Siehe A. Gamst, "Homogeneous Distribution of Frequencies in a Regular Hexagonal Cell System", IEEE Trans. Veh. Technol., Bd. 31, Nr. 3, August 1982 S. Faruque, "The N=9 Frequency Plan: A Modified Technique to Enhance C/I Performance and Capacity", ICUPC '93 Conference Record, Aug. 1993; oder M. Benveniste, "Managing Neighbor Channel Interference in Channelized Cellular Systems", demnächst erscheinend.
TABELLE 3: Leistung von omnidirektionalen Zellen für verschiedene Wiederholungsfaktoren
Der Ansatz zur Findung einer Kanalzuordnung mit einer minimalen Zahl von Anliegerflanken für das Wiederholungsmuster mit N 8 beginnt mit der Betrachtung der omnidirektionalen Wiederholungsmuster, die in 11A dargestellt sind, die den Wiederholungsfaktor 8 darstellen. Es zeigt sich, dass Kanalgruppen jeder Zelle, die mit A, B, C, ... bezeichnet ist, so zugeordnet sind, dass die größte Zahl der Anliegerflanken pro Zelle minimal ist.
Mit der Ungerade/Gerade-Konstruktion ist die Anzahl von Anliegerkanalgruppen eins. Jede ungerade Anliegerkanalgruppe grenzt an eine gerade Gruppe über ihr an, und jede gerade Kanalgruppe grenzt an die ungerade Gruppe unter ihr an. Eine gerade Kanalgruppe enthält nur einen Kanal, der an einen Kanal in der ungeraden Kanalgruppe darüber angrenzt. Einer der beiden Kanäle in dem Anliegerkanalpaar könnte entfernt werden, wodurch jede Möglichkeit für eine Anliegung in den beiden Kanalgruppen eliminiert würde. Falls dies getan wird, enthalten einige der geraden Kanalgruppen ungerade Kanalzahlen.
Die optimale Kanalzuordnung wird durch Konstruieren des Komplements des Nachbarschaftsgraphen gefunden. Ein Nachbarschaftsgraph hat Knoten, die den Zellen in einem Wiederholungs-Cluster entsprechen, und Flanken für jedes Paar von Knoten, falls sie aneinander stoßenden Zellen entsprechen. 11B zeigt den Nachbarschaftsgraphen für das Wiederholungsmuster von 11A. Das Komplement eines Graphen weist die gleiche Knotengruppe auf wie der ursprüngliche Graph. Eine Flanke liegt im Komplementgraphen vor, wenn keine im Ursprungsgraphen vorliegt, wie in 11C dargestellt.
Um die Kanalgruppen Zellen zuzuordnen, werden die Knoten in den Komplementgraphen von 1 bis N nummeriert. Falls die Knoten so nummeriert werden können, dass eine Flanke in dem Graphen zwischen jedem Paar aus benachbarten Kanalgruppen vorliegt, haben Nachbarzellen keine Anliegerflanken. Ansonsten werden für jedes Anliegerpaar aus Kanalgruppen Flanken hinzugefügt. Das Ziel ist die Minimierung der Zahl an Flanken, die pro Knoten hinzugefügt werden.
Für das Wiederholungsmuster mit N gleich 8 muss eine Flanke pro Knoten hinzugefügt werden, wenn die horizontale Kanalgruppenkonstruktion angewendet wird. Somit weist jede Zelle eine Anliegerflanke auf. Für die Nummerierung, die in 11C ausgewählt ist, liegen die Anliegerflanken zwischen den folgenden Zellenpaaren: (A, B), (C, E), (D, G) und (F, H).
Bei einer Ungerade/Gerade-Konstruktion kann andererseits eine Kanalzuordnung ohne Anliegerflanken für das obige Wiederholungsmuster mit N 8 gefunden werden. Die in 11 dargestellte Knotennummerierung liefert eine solche Zuordnung. Natürlich können nur gerade Wiederholungsfaktoren den Ungerade/Gerade-Konstruktionsansatz nutzen.
II. Schlussfolgerung
Es wurde eine Vielzahl von neuen Verfahren zur Handhabung von Nachbarkanalinterferenz offenbart. Diese Verfahren und ihre Kombinationen können mit festen und flexiblen, regelmäßigen und nicht-regelmäßigen Kanalzuordnungen verwendet werden. Und sie können auf alle kanalisierten Systeme angewendet werden, ob sie nun einen Frequenzvielfachzugriff oder einen hybriden Frequenz/Zeit-Vielfachzugriff nutzen.
Wie in der Erörterung gezeigt, können die hierin offenbarten Verfahren leicht kombiniert werden, und sie können auch mit Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, die in den verwandten Anmeldungen beansprucht werden, die durch Querverweis bezeichnet wurden. Ein Beispiel, das die mögliche Synergie zwischen den verschiedenen offenbarten Kanalverwaltungsverfahren noch besser erläutert, ist das eines zellulären Systems auf einem unregelmäßigen Gitter mit einer nichtgleichmäßigen Verkehrsverteilung, das aus einer Mischung von sektorisierten und omnidirektionalen Zellen besteht. Ein Ziel ist, eine optimale nicht-regelmäßige Kanalzuordnung zu finden, die Anliegerkanalbeschränkungen beachtet. Die Ungerade/Gerade-Bezeichnung kann verwendet werden, um eine Erfüllung von Anliegerkanalbeschränkungen in einer Zelle zu gewährleisten. Eine Kombination aus Leistungssteuerung und gerichteter Zuordnung (aus dem verwandten '352-Patent) verringert die Anliegerkanalinterferenz zwischen Nachbarzellen. Und die vertikale Kanalgruppenkonstruktion stellt sicher, dass Sektoren der gleichen Zelle keine Anliegerzellen nutzen. Schließlich kann jedes Kanalborgungsschema, das Kanäle entsprechend der Ungerade/Gerade-Bezeichnung und der Ausrichtung eines Sektors nutzt, diese Kanalzuordnung dynamisch machen, ohne Anliegerkanalbeschränkungen zu verletzen.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben wurde, können natürlich verschiedene Änderungen, Abänderungen und Substitutionen daran vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zur Verringerung von Gleichkanal- und Nachbarkanalstörungen in einem drahtlosen Kommunikationsnetz, wobei das Netz Service-Bereiche aufweist, die in eine Vielzahl von Zellen aufgeteilt sind, wobei eine Vielzahl von Kommunikationskanälen verfügbar sind, die unter der Vielzahl von Zellen zugewiesen werden, und mindestens ein Teil der Kanäle hintereinander entlang eines Frequenzkontinuums angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anordnen der Vielzahl von Kanälen in getrennte Kategorien durch die folgenden Schritte: Zuordnen einer ungeraden/geraden Parität zu jeder Zelle; numerisches Kennzeichnen der einzelnen Zellen aus dieser Vielzahl, so dass Kanäle mit benachbarten Frequenzen zu getrennten Kategorien gehören; und Zuordnen von Kanälen zu einer ersten Zelle aus der Vielzahl von Zellen mit Nummern, die der zugeordneten Parität für die erste Zelle entsprechen; Anordnen der Kanäle, die der ersten Zelle zugeordnet sind, in einer Tabelle mit einer Zahl von vertikalen Spalten, die einem Wiederbenutzungsfaktor gleich ist, mit einer Vielzahl von vertikalen Gruppierungen über alle Spalten zum Identifizieren verfügbarer Kanäle für die Zuordnung zu jedem Sektor in der ersten Zelle; Bestimmen von benachbarten Flanken zwischen der ersten Zelle und mindestens einer zweiten Zelle in einem System, wobei die benachbarten Flanken die Anwesenheit von benachbarten Kanälen in der ersten Zelle und der mindestens zweiten Zelle als Funktion der Vielzahl von vertikalen Gruppierungen der verfügbaren Kanäle definieren; und Zuordnen eines oder mehrerer Kanäle, die der ersten Zelle zugeordnet sind, zu einem Sektor der ersten Zelle solchermaßen, dass die Frequenz eines Kanals, der einem Sektor der ersten Zelle zugeordnet ist, derjenigen eines Kanals, der einem anderen benachbarten Sektor der ersten Zelle oder einem benachbarten Sektor der zweiten Zelle zugeordnet ist, niemals benachbart ist, wobei die erste Zelle geographisch der zweiten Zelle benachbart ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte umfasst: Verwenden einer Gerade/Ungerade-Nummerierung für die numerische Kennzeichnung.
Speicherverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Modell für die Bestimmung der Zuweisung einer Vielzahl von Kommunikationskanälen unter einer zweiten Vielzahl von Zellen in einem drahtlosen Kommunikationsnetz aufweist, wobei das Modell jeden der Schritte des Verfahrens zum Bestimmen solch einer Zuweisung nach Anspruch 1 oder 2 durchführt.