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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kommunikationssysteme
und im Besonderen auf ein Verfahren zur Lastteilung eines Teilnehmerkanals in
einem Kommunikationssystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Zellulare
Funksysteme verwenden Basisstationsfunktransceiver, die typischerweise
auf Gebäuden
oder Türmen
befestigt sind, um Funksignale in ihre Versorgungsbereiche zu liefern.
In den klassischen analogen Systemen, und in den meisten digitalen
Systemen, wird bei jeder Basisstation eine Zahl von Kommunikationskanälen verwendet,
die über
getrennte Frequenzen verfügen,
und diese Kanäle
werden bei anderen, mit einem minimalen Wiederverwendungsabstand
voneinander getrennt angeordneten, Basisstationen wiederverwendet.
Um die Effizienz dieser Wiederverwendung zu verbessern, werden Abschnittsantennen
verwendet, um eine Zelle in 3 oder mehr Abschnitte zu teilen. Durch
ein derartiges Aufteilen der Zelle kann das typische analoge zellulare
System sein Wiederverwendungsmuster von 12 Zellen in einem Cluster
auf 7 Zellen pro Cluster verringern, bevor eine Wiederverwendung
zugelassen wird, wobei ein Cluster die Zahl von Zellen mit eindeutigen
Frequenz/Kanal-Sätzen
ist. Durch ein Verringern der Cluster-Größe sind somit bei jeder Zelle
mehr Kanäle
verfügbar,
was eine Verbesserung in der Kapazität erbringt.
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Durch
Aufteilen eines Omni-Musters in ein Abschnitts-Muster erfassen die Sende- und Empfangsantennen
in einem gegebenen Abschnitt jedoch nur einen Teil des Abschnitts.
Daher müssen
die Frequenzzuweisungen unter den Abschnitten aufgeteilt werden.
Mit anderen Worten, angesichts der Abschnitte 1, 2 und 3 können die
Kanäle
in dem Abschnitt 1 im Allgemeinen nicht verwendet werden, um. die
Abschnitte 2 oder 3 zu versorgen, da die Antennen in verschiedene
Richtungen zeigen. Somit gibt es nun getrennte Frequenzgruppen für jeden
Abschnitt, wenn die Zelle in Abschnitte unterteilt ist.
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Die
UK-Patentanmeldung 2266030 offenbart ein Überlastungssteuerungssystem.
Die EPO-Anmeldung 0615395 offenbart ein Verkehrsverteilungssteuerungssystem.
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1 ist
eine Tabelle der Erlang B-Verteilung nach dem Stand der Technik.
Dies wird hier als Hintergrundinformation gegeben, die den Effekt
eines Unterteilens der typischen 3- bis 6-Abschnitts-Basisstationen
in eine viel größere Zahl
von Abschnitten beschreibt. Typischerweise kann davon ausgegangen
werden, dass für
ein AMPS-Zellularsystem (AMPS = moderner Mobiltelefondienst) ein 3-Abschnitts-7-Zellen/Cluster-System über bis
zu 19 Kanäle
pro Abschnitt mit einem gleichmäßig verteilten
Frequenzzuweisungsplan verfügt.
Durch Hinzufügen
zusätzlicher
Abschnitte nimmt die Zahl von Frequenzen pro Abschnitt im Allgemeinen
ab, sogar bei verringerter Cluster-Größe. Für ein 6-Abschnitts-4-Zellen/Cluster-System
wird die Zahl von Kanälen
auf 16 pro Abschnitt verringert. Da es zur Zeit Vorschläge gibt,
die Zahlen von Abschnitten bis hinauf zu 24 pro Zelle empfehlen,
wird die Zahl von Kanälen
pro Abschnitt wesentlich niedriger sein, wenn sie gleichmäßig aufgefüllt sind,
wie in einem Standardwiederverwendungsplan. 1 zeigt
den Effekt durch ein Verfügen über weniger
Server in einem Kanalsatz. Das Ergebnis ist ein Verlust an Bündelungseffizienz,
das heißt,
die durchschnittliche Zahl von Servern, die unterstützt werden
können, nimmt
schneller ab als die Zahl von Kanälen.
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2 ist
ein Diagramm nach dem Stand der Technik, das ein Standard-3-Abschnitts-Muster
für einen
Basisstationsversorgungsbereich 5 darstellt, in dem jeder
der Abschnitte 10, 20, 30 jeweils durch
ein 120 Grad-Antennenmuster 11, 21,
beziehungsweise 31 versorgt wird.
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Die
tatsächliche
Kapazität
bei jeder Zelle, oder jedem Abschnitt, wenn die Zelle in Abschnitte aufgeteilt
ist, ist eine Funktion der Zahl von Frequenzen, die in jeder Frequenzgruppe
zur Verfügung
stehen. Da ein Teilnehmerverkehr kein einheitlicher Prozess ist,
das heißt
Anwender dazu neigen, in einer Art und Weise, die für einen
Poisson-Prozess
typisch ist, und mit exponentiellen Anrufdauern anzukommen, wird
die Kapazität
normalerweise als eine Erlang B-Kapazität bei einer gegebenen Blockierungsrate
spezifi ziert. Zum Beispiel können,
wenn in einem gegebenen Abschnitt 19 Frequenzen zur Verfügung stehen,
entsprechend der Erlang B-Tabelle durchschnittlich 12,5 Anwender
versorgt werden und dies ergibt eine Blockierungsrate von 2%, was
bedeutet, dass während
2% der Zeit mehr als 19 Anwender versuchen, einen Dienst zu erhalten.
Somit unterstützt
ein Kanalsatz von 19 Frequenzen 12,5 Erlangs von Verkehr bei einer
gegebenen Dienstgüte
(GOS) oder einem gegebenen Blockierungsprozentsatz.
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Eine
Aufteilung in Abschnitte verbessert typischerweise den Bereich und
die Kapazität
einer Zelle – – den Bereich
aufgrund der hinzugefügten
Antennenverstärkung,
die mit Bereichsantennen einhergeht, und die Kapazität aufgrund
von Verbesserungen bei einer Wiederverwendung. Es sollte daher vorteilhaft
sein, die Zahl von Abschnitten in einer Zelle auf eine sehr große Zahl
zu erhöhen.
Die heute weltweit verwendeten typischen Zahlen von Abschnitten
sind 3 bis 6. Das Problem bei einer Verwendung von mehr als 6 Abschnitten
liegt jedoch in dem Effekt eines Aufteilens der Frequenzgruppe in
immer kleinere Gruppen. Es ist typischerweise wünschenswert, eine kleine Gruppe
von Frequenzen, zum Beispiel mit 3 Abschnitten, zu unterhalten,
während
es möglich
ist, die Frequenzen in dieser Gruppe zur Verwendung über ein
schmaleres Strahlenbündel
in diesem Kanalsatz umzuschalten. Dies würde jedoch einen enormen Umfang
an Hardware erfordern, um zum Beispiel 20 Frequenzen auf eine beliebige
Zahl von Strahlenbündeln
in einem 120 Grad-Abschnitt umzuschalten.
Es ist -somit wünschenswert,
die Frequenzgruppe einfach in die Zahl von zu unterstützenden
Strahlenbündel
zu unterteilen. Dies erzeugt jedoch eine Kapazitätsbegrenzung, da die Zahl von
Erlangs schnell ab nimmt. Zum Beispiel stehen mit 8 Kanälen pro
Strahlenbündel
und einer GOS von 2% nur 2,5 Erlangs in jedem Strahlenbündel zur
Verfügung.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren eines Zuweisens
von Kanälen an
Teilnehmer in einem Kommunikationssystem mit schmalen Strahlenbündeln.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Tabelle nach dem Stand der Technik, die eine Erlang B-Belastung
für eine
2 %-Blockierung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das ein typisches 3-Abschnitts-Antennenmuster nach dem Stand
der Technik für
einen Basisseitenversorgungsbereich darstellt;
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3 ist
ein Flussdiagramm, das eine erste Ausführungsform eines Verfahrens
gemäß der Erfindung
darstellt; und
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4 ist
ein Diagramm, das eine Antennenmusterimplementierung mit schmalen
Strahlenbündeln
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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Ausführliche
Beschreibung
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Diesen
und anderen Problemen wird durch das verbesserte Verfahren der vorliegenden
Erfindung entgegengetreten. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird
die Scheinkapazität
eines Abschnittes dadurch verbessert, dass Anwender, die sich hinreichend
nahe bei der Basis befinden, dynamisch abgeladen werden, wenn die
Belastung des Abschnittes nahe ihrer Spitzenkapazität ist. Somit werden,
wenn der Abschnitt hinreichend voll ist, zum Beispiel wenn er eine
vorbestimmte Zahl von Anwendern bis zu einem Maximum auweist, oder
bei dem Maximum ist, die zu versorgenden Anwender hinsichtlich ihres
Potentials identifiziert, von einem anderen Abschnitt versorgt zu
werden, der weniger belastet ist. Dies führt zu mehr Mittelungen und
weniger Spitzenbelastungen in der Kanalverwendung in einer Gruppe
von Abschnitten, das heißt
zu einer Lastteilung, wodurch der Punkt, bei dem in einem gegebenen
Abschnitt eine Blockierung auftritt, zurückgehalten wird. Dies erhöht seinerseits
vorteilhafter Weise die Kapazität,
die die Zelle versorgen kann.
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Dieses
Verfahren ist mit einem Standard-3-Abschnittsmuster für Anwender,
die sich weiter weg befinden, schwieriger zu implementieren, da die
Antennen in solch dramatisch unterschiedliche Richtungen (in stumpfen
Winkeln zueinander) zeigen. Die nächsten Anwender profitieren
von sehr niedrigen Pfadverlusten aufgrund ihrer kurzen Entfernung
zu der Basis und des Signalausbreitungseffektes einer lokalen Streuung,
die den Pfad zu einem benachbarten Abschnitt aufgrund von Reflexionen
und Beugungen verstärkt,
die durch nahe gelegene Stördaten
erzeugt werden. Für
Basen jedoch, die über zahlreiche
enge Strahlenbündel
verfügen,
die überlappende
Strahlenbündel
sind und deren Winkel zwischen Abschnitten kleiner ist, ist die
lokale Streuung, die erforderlich ist, um ein Signal in angrenzende
Abschnitte zu koppeln, minimal. Außerdem zeigen typische Umgebungen
eine hinreichende lokale Streuung, um einen hinreichend guten Signalpfad
von bis zu mehreren Abschnitten zur Verfügung zu stellen, in Abhängigkeit
von ihren Winkeln bezüglich
des Teilnehmers. Anwender, die sich in der Nähe der Basis aufhalten, verfügen mit
höherer
Wahrscheinlichkeit über
Pfade in angrenzende Abschnitte, die hinreichend gut sind, wodurch
Anwendern gestattet wird, solchen Abschnitten neu zugewiesen zu
werden. Anwender, die sich weit entfernt aufhalten, in der Nähe des Randes
der Zelle, verfügen
nur noch über
einen geringen Gesamtpfadspielraum und arbeiten nahe der Systemverstärkungsgrenze.
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Daher
ist es gemäß dieser
ersten Ausführungsform
der Erfindung typischerweise wünschenswert,
die näheren
Anwender für
ein Abladen auf angrenzende Abschnitte auszuwählen, wenn der erste Abschnitt
in der Nähe
seiner Kapazitätsgrenze
ist. Die Identifizierung eines nahen Anwenders kann basierend auf
ein beliebiges geeignetes Maß vorgenommen
werden, wie zum Beispiel einem Leistungssteuerungspegel, der Menge,
bei der der Teilnehmer ausgeschaltet wird, (in einigen digitalen
Systemen) einem Zeitvorlauf, der verwendet wird, um die Entfernung
basierend auf einer Flugzeit der Funkausbreitung zwischen einer
Basis und einem Teilnehmer zu messen, und so weiter. Das Leistungssteuerungsverfahren
wird unten als Teil der ersten Ausführungsform diskutiert, da es
zur Zeit das am weitesten angewendete Verfahren zu sein scheint,
das mit nahezu jeder Art von Zellularsystem arbeitet.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, das im Allgemeinen
mit 100 bezeichnet wird, darin wird ein Flussdiagramm gezeigt,
das einen Prozess gemäß einer
bevorzugten ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Flussdiagramm beginnt bei
dem Kasten 110, in dem die Kommunikationskanalverwendung
für jeden
Abschnitt mit schmalen Strahlenbündeln
bei der Basisstation überwacht
wird und Verwendungsstatistiken aufgezeichnet werden (zum Beispiel,
wenn ein Teilnehmer anruft, oder sich eine Kanal verwendung ändert).
Solche Statistiken sind vorzugsweise ein Belastungspegel (zum Beispiel
Zahl von Anwendern geteilt durch die Summe der Kanäle, oder
Zahl von nicht verwendeten Kanälen),
aber können
ein beliebiges Belastungsmaß umfassen,
zum Beispiel eine periodische Kanalverwendung, wie zum Beispiel
der Prozentsatz einer Rahmenbelegung (wie in einem E-TDMA-System
(E-TDMA = verbesserter Mehrfachzugriff im Zeitmultiplex)), adaptive
Maße und
so weiter. Dann wird vorzugsweise der Kasten 115 ausgeführt, der
einen Abschnitt identifiziert, der nahezu beladen ist, zum Beispiel
gibt es sehr wenige Kanäle,
die für neue
Anrufe zur Verfügung
stehen. Wenn der Abschnitt nicht über einen vorbestimmten Belastungsschwellenwert
beladen ist, wird der Kasten 120 ausgeführt, der den nächsten Abschnitt
betrachtet.
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Nachdem
ein Abschnitt über
den vorbestimmten Schwellenwert hinaus belastet ist, werden die
aktuellen Anwender, die durch diesen Abschnitt versorgt werden,
in dem Kasten 125 analysiert, um den geeignetesten Anwender
(oder Teilnehmerkommunikationskanal) zu bestimmen, der auf einen
anderen Abschnitt abzuladen/neu zuzuweisen ist. Das Kriterium zur
Spezifizierung des geeignetsten Anwenders ist vorzugsweise die Leistungseinstellung eines
jeden Anwenders, obwohl, wie oben erwähnt, jedes geeignete Abladungsqualitätsmaß (oder
Neuzuweisungsqualitätsmaß) zur Überführung (zum
Beispiel Handoff oder Vermittlung) zu einem anderen Abschnitt verwendet
werden kann. Anwender mit der niedrigsten Leistungseinstellung werden
hier vorzugsweise ausgewählt,
da diese die Anwender sind, die sich typischerweise am nächsten zu
der Basisstation aufhalten. In zellularen Funksystemen gibt es typischerweise
eine Zahl von Einstellungen für
den Übertragungsleistungspegel
eines Teilnehmers, wobei zum Beispiel jede eine gegebene Zahl von
dB von der nächsten
Einstellung ist. Durch Bestimmen der Teilnehmer, die über den
Abschnitt kommunizieren, und Herausgreifen des Anwenders (der Anwender) mit
der höchsten
Leistungseinstellung wird (werden) mit höchster Wahrscheinlichkeit der
(die) Anwender ausgewählt,
der (die) sich am nächsten
zu der Basisstation aufhält
(aufhalten). Ein zusätzliches
Auswahlkriterium, das verwendet werden kann, ist die Menge an Zeit,
die der Teilnehmer über
einem gegebenen Leistungspegel verbracht hat. Dies teilt die Gruppe weiterhin
in Anwender auf, die dies nahe der längsten Zeitdauer getan haben.
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Das
resultierende Qualitätsmaß, oder
der Q-Faktor, kann somit als Q = A·PL + B·T + C spezifiziert werden,
wobei A & B Skalierungskoeffizienten sind,
die durch den Konstrukteur angepasst werden können, PL der Leistungspegel
des bei der Basisstation empfangenen Leistungspegels ist, der für die Übertragungsleistungseinstellung
der Teilnehmereinheit eingestellt wird, und T die Zeit ist, für die der
Teilnehmer in eine gegebene Leistungseinstellung eingestellt worden
ist (wodurch seine Betriebskonsistenz angezeigt wird). C ist eine
Konstante, die verwendet wird, um die Qualität in den richtigen Bereich zu
skalieren. Als ein Beispiel, wie der Q-Faktor verwendet wird, wird
ein Fall betrachtet, in dem die Teilnehmerleistungspegel in ganzen
Werten von 0–9
variieren, wobei 9 der stärkste
ist. Außerdem
wird angenommen, dass B = 0,2 für
T < 10s (Sekunden)
und B = 0,2 für
T > 10s (so dass die
Menge B·T
von 0–2 reicht
und länger
als 10 Sekunden bei 2 für
T bleibt). In diesem Falle reicht Q von 0–11 über alle möglichen Bereiche, mit C=0.
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Somit
ist der Leistungspegel der größere Beitragende
zu dem Q-Faktor, aber die Zeit fügt
der Gesamtqualität
eine kleinere Variation hinzu. Als ein alternatives Verfahren können sowohl
der Signalpegel als auch die Zeit, die der Anwender über einem Signalpegelschwellenwert
zugebracht hat, mit zwei verschiedenen Parametern getrennt spezifiziert
werden. Dies würde
den Betrieb der Ausführungsform nicht ändern, aber
dem Anwender einen etwas anderen Satz von anzupassenden Parametern
an die Hand geben.
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Abermals
ist dem Fachmann auf dem Gebiet klar, dass eine Vielfalt von anderen
Faktoren verwendet werden kann, um das Qualitätsmaß zu spezifizieren, und dass
ein Ändern
der einzelnen Faktoren, oder ein Hinzufügen zusätzlicher Parameter, immer noch
von dem Umfang des erfinderischen Verfahrens zur Einschätzung eines
Teilnehmers als zur Auswahl für
ein Abladen/Handoff geeignet abgedeckt wird.
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Nachdem
der geeignetste Anwender, zum Beispiel basierend auf dem Q-Faktor,
ausgewählt worden
ist, werden vorzugsweise Abtastempfänger für jeden einer Gruppe von Abschnitten
bei der Basisstation verwendet, um den ausgewählten Anwender zu erfassen,
um einen abgelesenen Messwert seiner Empfangssignalqualität, zum Beispiel
seinen Leistungspegel in einem empfangenen Signal, optional zusammen
mit einem Identifizierungston oder einem digitalen Wort, zu erhalten.
Dies wird in dem Kasten 130 bewerkstelligt, der typischerweise
die richtigen Mittelungsintervalle umfasst, um die schnellen Fading
(Rayleigh)-Schwankungen herauszumitteln, um einen Schätzwert des
lokalen mittleren Leistungspegels zu erhalten. Die Gruppe kann als
die n nächstenbenachbarten
Abschnitte (und Versorgungsantennen), als alle Versorgungsantennen
von dem Quellenelement als der be lastete Abschnitt, als alle Abschnitte
der Zelle oder als jedes beliebige andere Mittel vorbestimmt werden.
Der Kasten 135 ordnet die resultierenden abgelesenen Messwerte
zur weiteren Verarbeitung in dem Kasten 140, der die geordnete Liste
mit einem Kanalbelastungsschwellenwert für jeden Abschnitt vergleicht.
Wenn der beste Abschnitt nicht unter einem vorbestimmten Belastungsschwellenwert
liegt, wählt
der Kasten 145 den nächsten
Abschnitt in der geordneten Liste (das heißt, den, der über das
nächstgrößte Qualitätsmaß verfügt) zur Prüfung in
dem Kasten 140 aus. Nachdem ein Abschnitt gefunden worden
ist, der den vorbestimmten Belastungsschwellenwert passiert, wird
vorzugsweise der Kasten 150 ausgeführt. In diesem Kasten wird der
Signalpegel geprüft
und mit dem Pegel verglichen, der durch das Qualitätsmaß angezeigt
wird, das in dem Kasten 125 bestimmt wurde. Wenn die Differenz
zwischen diesen zwei innerhalb einer gegebenen Zahl von dB liegt,
dann wird die Teilnehmereinheit vorzugsweise zu einem neuen Server
(zum Beispiel einem Transceiveranschluss) in einem anderen Abschnitt überführt und
der Leistungspegel wird auf einen geeigneten Wert zum Betrieb auf
diesem neuen Server eingestellt. Alternativ wird der selbe Server
beibehalten, während
er mit dem neuen Versorgungsabschnitt, optional bei einer neuen
Frequenz, verbunden wird. Nach Beendigung des Kastens 155 kehrt
der Prozess zu dem Anfang zurück. Wenn
das Ergebnis des Kastens 150 negativ ist, wird dem Anwender
nicht gestattet, vermittelt zu werden, da das Maß an Verschlechterung basierend
auf dem Schwellenwert des Kastens 150 für zu groß angesehen wird. Der Kasten 150 wird
vorzugsweise als eine Funktion des Signalpegels definiert, wobei
verschiedene Umfänge
einer Signalverschlechterung basierend auf dem Anfangspegel erlaubt
sind. Somit wird, wenn das Signal von dem Überführungsversuch stark war, eine
größere Signalverschlechterung
erlaubt; wenn das Signal jedoch schwächer war, wird eine geringere
Verschlechterung erlaubt. Ein minimaler Signalpegel kann ebenfalls
auf diese Art und Weise spezifiziert werden.
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4 ist
ein Diagramm, das eine Zelle 400 mit einer Zahl von Abschnitten
mit schmalen Strahlenbündeln
darstellt, in der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
In diesem Falle gibt es 24 Abschnitte mit schmalen Strahlenbündeln, die
durch drei Elementantennen erzeugt werden, jede mit 8 Strahlenbündeln (zum
Beispiel 401–408
in einem 120 Grad-Versorgungsgebiet, das von einem Element abgestrahlt
wird) von jeweils 15 Grad Strahlenbündelbreite.
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Dem
Fachmann auf dem Gebiet ist daher klar, dass gemäß der Erfindung ein Verfahren
zur Neuzuweisung von Teilnehmern von einem belasteten Abschnitt
mit schmalen Strahlenbündeln
zur Verfügung
gestellt worden ist, das die oben ausgeführten Zielsetzungen, Ziele
und Vorteile vollständig
befriedigt.