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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuweisen von Kanälen für eine Funkstrecke
in einem Funkstreckensystem.
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Hintergrund
der Erfindung
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Moderne
terrestrische Mikrowellenfunksysteme stellen eine machbare technische
Lösung
für Telekommunikations-Übertragungsstrecken auf Distanzen
von einigen Hundert Metern bis zu 80 km bereit. Derartige Systeme
werden zusehends sowohl in zellularen als auch in Festen Telekommunikations-Netzwerken
entwickelt. Im letzteren Fall, insbesondere in drahtlos-basierten
Netzwerken, und im ersteren Fall bei einer Basisstationszusammenschaltung
und einer Basisstation-Basisstationssteuerung-Verbindung ist ein
Funkstreckensystem besonders in städtischen Bereichen eine gute
Lösung.
Im Gegensatz zu einer Faser, die mehrere Monate für Wegerecht
und Genehmigungen benötigen
kann, können
Mikrowellen unverzüglich
in Betrieb gebracht werden. Zusätzlich übergehen
Mikrowellen leicht schwieriges Gelände, wo Kabel nicht verlegt
werden können,
und Mikrowellen erfordern kein Graben oder Ziehen durch Leerrohre,
was Wochen oder Monate dauern kann, und was die Installationskosten
erhöht.
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Ein
typischer Mikrowellenfunkstandort besteht aus einer innen angebrachten
Basisbandeinheit, einem innen oder außen angebrachten Funkfrequenz-Sendeempfänger und
einer Parabolantenne.
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Grundsätzlich gibt
es zwei Typen von in Verwendung befindlichen Funkstrecken-Netzwerktopologien,
nämlich
Sternnetzwerke und Ringnetzwerke. Es ist natürlich gebräuchlich, dass ein gemischtes bzw.
hybrides Ring-und-Stern-Netzwerk
eingesetzt wird.
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1 stellt ein Beispiel des
Sternnetzwerks dar. Es enthält
einen oder mehrere Knoten- bzw. Verteilerstandorte in strategischen
Lagen, die Stichleitungen oder Ketten untergeordneter Standorte
vom zentralen Knoten aus versorgen. Die Knotenstandorte sind über eine Übertragungsstrecke,
die üblicherweise
ein Hauptversorgungskabel ist, an die Vermittlung angeschlossen.
Das Sternnetzwerk weist einen Nachteil darin auf, dass Ausfälle auf
einer einzelnen Übertragungstrecke
viele Standorte beeinträchtigen können, wodurch
die Gesamtnetzwerkzuverlässigkeit
absinkt.
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2 zeigt ein in einer Ringstruktur
konfiguriertes Netzwerk. Diese Struktur erfordert an allen passenden
Stellen im Netzwerk eine gewisse Routing- und Pflege-Intelligenz. Die
Kapazität
jeder Strecke im Ring muss ausreichend sein, um alle Standorte in
der Schleife zu unterstützen.
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Wie
vorstehend erwähnt
stellt das Funkstreckennetzwerk eine Lösung zur Realisierung eines zellularen
Telekommunikations-Netzwerks bereit. Mit Bezug auf 1 und 2 kann
die Vermittlung dann eine Mobilvermittlungsstelle sein, ein Knotenstandort
kann eine Basisstationssteuerung sein und ein untergeordneter Standort
ist eine Funkbasisstation. Jede der Funkstrecken führt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung
durch.
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Eine
Nachricht, sei es Audio, Video oder Daten, wird auf das Mikrowellensignal
moduliert, das oft als Träger
bezeichnet wird. Die Maximaldistanz zwischen Standorten, auch Hop-Distanz
genannt, wird hauptsächlich
durch Ausbreitungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen bestimmt.
Je höher
die Trägerfrequenz
ist, desto größer ist
der Freiraumverlust oder die Dämpfung
aufgrund der Atmosphäre,
d. h. desto kürzer
sind die erreichbaren Entfernungen. Dies bedeutet jedoch auch, dass
Frequenz-Wiederverwendungsabstände kürzer sind:
die Entfernung zwischen auf derselben Frequenz arbeitenden Strecken
kann ohne die Gefahr von Störungen
kürzer sein.
Es gibt drei Typen von Störungen,
die in jedem terrestrischen Funkstreckennetzwerk berücksichtigt werden
solten: 1) systemintern tritt auf, wenn ein Funksignal innerhalb
eines Multihop-Netzwerks mit dem Empfänger eines anderen Hop interferiert;
2) eine externe Störung
tritt auf, wenn ein fremdes System ein Signal beeinträchtigt;
3) Reflexion – von
allem, was eine reflektive Oberfläche aufweist, können andere
Signale in den Pfad des übertragenen
Signals abgelenkt werden, und das stärkere Signal interferiert mit
dem schwächeren
Signal.
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Funkstrecken
wurden traditionell auf vorgeschriebenen bzw. regulierten Frequenzbändern betrieben,
die weiter in Frequenzkanäle
aufgeteilt sind. Die Verwendung von Funkkanälen ist durch örtliche Behörden reguliert
und basiert auf einer koordinierten Planung. Daher steht in einem
vorbestimmten örtlichen
Bereich, in dem Funkstrecken aufgebaut werden sollen, nur eine vorbestimmte
Gesamtbandbreite und folglich eine vorbestimmte Anzahl an Kanälen für die Funkstrecken
zur Verfügung.
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Ist
eine Vielzahl an Funkstrecken oder sogenannten Hops innerhalb eines
bestimmten Bereichs vorhanden, basiert die Kanalauswahl in der regulierten
Funkumgebung auf einer koordinierten Frequenzplanung. Das heißt, dass
der für
eine spezielle Funkstrecke zu verwendende Kanal zu jeder Zeit vorbestimmt
ist. Trotzdem kann der in einer derartigen regulierten Funkumgebung
für eine
Strecke zu verwendende Kanal verändert
werden. In anderen Worten kann eine Kanalzuweisung für eine Funkstrecke periodisch
aktualisiert und verändert
werden.
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Bei
der Planung stellt jede Funkstrecke eine Variable dar, deren Definitionsbereich
die Menge aller verfügbaren
Frequenzen ist. Die Aufgabe ist es, den Funkstrecken Frequenzen
so zuzuweisen bzw. zuzuordnen, dass Störungen vermieden werden. Vor der
Planung ist es wesentlich, bei der frühesten Gelegenheit zu bestimmen,
welches Band örtlich
für Feststreckensysteme
zur Verfügung
steht, und was die örtliche „Streckenstrategie" ist. Die Mehrheit
nationaler Frequenzverwaltungsbehörden hat eine gewisse Art von
Streckenstrategie bzw. -politik bezüglich der Streckenlängen und
der Netto-Ausgangsleistung, ausgedrückt als eine äquivalente
isotropisch abgestrahlte Leistung (EIPR: „equivalent isotropically radiated
power").
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Neueste
Entwicklungen in der Telekommunikation haben jedoch zu Veränderungen
bezüglich
der Frequenzzuweisungen geführt,
und haben daher Möglichkeiten
erzeugt, Funkstrecken und/oder Hops in nicht-koordinierten Frequenzbändern zu
betreiben. Diese speziellen Bänder
bleiben in dem Sinne unreguliert, dass eine Auswahl eines Arbeitskanals
für ein einzelnes
Funkendgerät
innerhalb des Bands nicht von den örtlichen Behörden kontrolliert
bzw. gesteuert wird. Stattdessen kann der Kanal frei ausgewählt werden,
solange die allgemeinen mit dem Band in Verbindung stehenden Anforderungen
nicht verletzt werden. Als ein Beispielt spezifiziert der Europäische Telekommunikationsstandard
ETS-300408 die minimalen Leistungsparameter für eine Funkvorrichtung, die
bei Frequenzen um 58 GHz herum arbeitet und keine koordinierte Frequenzplanung
erfordert. Innerhalb dieses Bands ist es von Interesse, die Bandbreite
unter unterschiedlichen Strecken auf eine effiziente Art aufzuteilen.
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Dies
bedeutet jedoch, dass diese in einem nicht-koordinierten Band arbeitenden Systeme
im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen traditionellen Funkstrecken
innerhalb einer regulierten (oder koordinierten) Funkumgebung in
einer störungsbegrenzten
Umgebung arbeiten. Das heißt, dass
die Signalqualität
empfangener Signale aufgrund von Störungsphänomenen, die von benachbarten
Funkstrecken verursacht werden, verschlechtert sein kann. Daher
ist es von zunehmendem Interesse, zu berücksichtigen, wie verfügbare Bandbreite unter
verschiedenen Systemen auf eine effiziente Art und Weise aufzuteilen
ist.
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Ein
Ansatz gemäß dem Stand
der Technik für in
einem nicht-koordinierten Band arbeitende Funkstrecken besteht in
einer Zuordnung eines festen Kanals zu jeder Funkstrecke oder jedem
Hop bereits zum Zeitpunkt der Produktion des jeweiligen Geräts in der
Fabrik. Das ist zum Beispiel der von der Firma „Microwave Modules Ltd." übernommene Ansatz, die Funkstrecken
für das
nicht-koordinierte
58 GHz-Band produzieren.
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Diese
Geräte,
die zum Aufbauen von lokalen Punkt-zu-Punkt-Netzwerken verwendet werden, verwenden
ein festes Kanalzuweisungsprinzip. Verschiedene Probleme, wie sie
nachstehend beschrieben werden, können während des Betriebs des Systems
auftreten.
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3 veranschaulicht ein vereinfachtes
Beispiel eines nicht-koordinierten Streckensystems gemäß dem Stand
der Technik und die damit in Verbindung stehenden Probleme. Es wird
angenommen, dass innerhalb des geographischen Bereichs nur drei Kanäle (Kanalnummern 1, 2, 3)
für Funkstrecken (Hops)
zur Verfügung
stehen. Nun werden Sendeempfänger
in den Standorten 21 und 22 fabrikseitig zum Übertragen
auf Kanal 1 konfiguriert, so dass der Hop zwischen diesen
Standorten Kanal 1 verwendet. Sendeempfänger in den Standorten 25 und 26 sind zum Übertragen
auf Kanal 2 konfiguriert und in den Standorten 23 und 24 wurde
Kanal 3 in der Fabrik voreingestellt. Aufgrund der unterschiedlichen
Kanäle,
d. h. der unterschiedlichen Frequenzen, arbeiten diese drei Strecken
gut ohne sich gegenseitig zu stören.
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Ist
aber innerhalb dieses Bereichs ein vierter Hop, Standorte 27 und 28,
zusätzlich
aufzubauen, treten einige Schwierigkeiten auf. Die Sender in diesen
Standorten sind fabrikseitig zum Übertragen auf einem speziellen
durch Kanal x bezeichneten Kanal konfiguriert, wobei x im gewählten Beispiel
1, 2 oder 3 ist. Aufgrund der Anordnung oder Konfiguration der Hops
und der jeweiligen festen Kanäle
dieser tritt bei der dargestellten Situation demzufolge eine Kanalkollision
zwischen einem der „alten" Hops und dem neuen
Hop mit einer extrem hohen Wahrscheinlichkeit auf, ungeachtet welcher
Kanal (Kanal 1, 2 oder 3) für Sender
in den Standorten 27 und 28 ausgewählt wurde.
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Der
Ausdruck Kanalkollision bedeutet in diesem Zusammenhang Übersprech-
oder Störungsphänomene,
die zwischen jeweiligen Hops wahrscheinlich auftreten und in einer
verminderten Übertragungsqualität resultieren.
Insbesondere ist das Auftreten einer Kanalkollision für eine Funkstrecke definiert,
für die
ein Verhältnis
von S/I unterhalb eines bestimmten Kollisionsschwellwerts THc liegt,
d. h. S/I < THc,
wobei S die Signalleistung darstellt und I die Störungsleistung
von einem oder mehreren anderen Funkstrecken innerhalb der gleichen
Funkumgebung darstellt.
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Mit
Bezug auf das schematisch dargestellte Beispiel gemäß 3 heißt das, dass eine Kanalkollision
entweder zwischen dem neuen Hop und dem alten Kanal 1 verwendenden
Hop auftritt, falls der neue Hop auf Kanal 1 überträgt, oder
eine Kanalkollision zwischen dem neuen Hop und dem alten Kanal 2 verwendenden
Hop auftritt, falls der neue Hop auf Kanal 2 überträgt, oder
eine Kanalkollision zwischen dem neuen Hop und dem alten Kanal 3 verwendenden
Hop auftritt, falls der neue Hop auf Kanal 3 überträgt.
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Um
genau zu sein, ist ein Auftreten von Kanalkollisionen zwischen jeweiligen
Hops für
eine bestimmte Anzahl von zufällig
platzierten Hops innerhalb einer Funkumgebung eines wohldefinierten
Bereichs sehr wahrscheinlich. Dies beschränkt wiederum ernsthaft die
Anzahl von Funkstrecken (Hops) pro Fläche (km2)
der Funkumgebung auf einen Wert, der viel geringer ist als ein Wert,
der wünschenswerter Weise
erreicht werden soll.
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Außerdem führt ein
Festsetzen der Betriebsfrequenz (des Kanals) jedes Funkstrecken-Endgeräts in der
Fabrik nicht zu einer global optimalen Verteilung von Kanälen. Es
fügt auch
eine zusätzliche Aufgabe
in den Herstellungsprozess ein. Außerdem verkompliziert es die
Planung der Funkstrecken-Frequenzverwendung in einem Netzwerk.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, generell ein Verfahren zum
Zuweisen von Kanälen
für eine
feste, in einem nicht-koordinierten Frequenzband arbeitende Funkstrecke
bereitzustellen, wobei das Verfahren ermöglicht, dass die Anzahl von
Strecken, die in einem bestimmten Bereich in Betrieb genommen werden
können,
um einen hohen Faktor erhöht
wird, während
gleichzeitig die vorstehend beschriebenen Gefahren des nicht-koordinierten
Frequenzbands verringert werden.
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Es
wird Bezug genommen auf die GB-A-2250665, die im Europäischen Recherchenbericht
zitiert wurde, aber die sich nicht auf feste Funkstrecken bezieht.
Die GB-2250665 betrifft ein Funkkommunikationssystem mit dynamischer
Kanalzuweisung in einem Mobilnetzwerk, um Funkstrecken zwischen
Basisstationen und Mobilstationen herzustellen. Sie behandelt daher
keine der Fragestellungen, die mit einem Punkt-zu-Punkt-Funkstreckensystem
des hierin vorstehend erwähnten
Typs in Verbindung stehen.
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Es
wird ebenso Bezug genommen auf die WO-9419877, die eine Anordnung
für Funkkommunikation
mit zumindest einer ersten Station oder Basisstation, einer Anzahl
von zweiten Funkstationen und einer Anzahl an Teilnehmerstationen
betrifft. Eine dynamische Kanalauswahl wird in der WO-9419877 erwähnt, aber
hauptsächlich
in Verbindung mit einer Kanalauswahl für Innenstrecken zwischen zweiten Funkstationen
und Teilnehmerstationen.
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Vorzugsweise
soll eine Zuweisung des Funkkanals für jede der Strecken automatisch
stattfinden.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
ist in dem zugehörigen
unabhängigen
Anspruch definiert, der auf ein Verfahren gerichtet ist. Ein System
gemäß der Erfindung
ist in dem zugehörigen
unabhängigen Anspruch
definiert, der auf ein Feststreckensystem gerichtet ist.
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Gemäß der Erfindung
wird für
jede Funkstrecke, der Kanäle
zu erteilen sind, eine Störungspegelmessung
auf jedem verfügbaren
Kanal des Frequenzbands durchgeführt.
Das bedeutet, dass der Einfluss jeder möglichen störenden Quelle auf die untersuchte
Kanalfrequenz Kanal für
Kanal automatisch berücksichtigt
wird. Quellen können
Sender der bereits in Betrieb genommenen Funkstrecken sein, die
die gleiche oder eine naheliegende Frequenz verwenden, Quellen von
anderen Funksystemen, usw. Auf Grundlage der Störungsmessungen werden die besten
Sende- und Empfangskanäle
für die
Strecke ausgewählt.
Danach wird die Funkstrecke in Betrieb genommen und Messungen in
der nächsten
in Betrieb zu nehmenden Funkstrecke können begonnen werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird für jede
in Betrieb zu nehmende Funkstrecke die Distanz bzw. Entfernung von
jeder der bereits in Betrieb genommenen Funkstrecke mit einem an
sie zugewiesenen verfügbaren
Kanal gemessen, und auf Grundlage der Distanzmessung wird der Kanal
oder werden die Kanäle
ausgewählt,
die der jeweiligen in Betrieb zu nehmenden Funkstrecke zuzuweisen
sind.
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In
anderen Worten wird im Gegensatz zur Verwendung eines festen und
voreingestellten Kanals für
die Festfunkstrecke ein Kanal selbständig und automatisch zugeordnet,
wenn die Strecke in Betrieb genommen wird, abhängig von Störungsmessungsergebnissen und/oder
Distanzmessungsergebnissen. In einem Frequenzband, bei dem einzelne
Kanäle
frei auswählbar
sind, verringert die Möglichkeit
einer automatischen Kanalauswahl die Menge an Inbetriebnahmearbeit
durch Beseitigung des Erfordernisses nach ausführlicher Frequenzplanung und
für jedes
Funkgerät
festen Kanaleinstellungen in der Fabrik.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das vorgeschlagene Verfahren
auch eine effiziente Verteilung der Kanalverwendung im Netzwerk
sicherstellt. Würde
die Kanalzuweisung auf festen Frequenzeinstellungen basieren, wäre die resultierende Kanalverteilung
im Netzwerk nicht optimal in Bezug auf die maximale Hop-Dichte.
Im Gegensatz dazu verwendet die automatische Kanalauswahl einen
Algorithmus, bei dem die Kanalauswahl auf der gemessenen Störung von
anderen Funkstrecken basiert, und ermöglicht es, eine größere Anzahl
von Hops in einem bestimmten Bereich zu errichten.
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Aufgrund
der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Zuweisung von Kanälen für eine in
einem nicht-koordinierten
Frequenzband arbeitende Funkstrecke stellt die vorliegende Erfindung
dementsprechend den Vorteil bereit, dass die Anzahl von Strecken
(Hops), die in einem bestimmten Funkumgebungsbereich in Betrieb
genommen werden können,
um einen hohen Faktor erhöht
werden kann. Gleichzeitig ermöglicht
es das Verfahren auf wirksame Weise, die Gefahren und Risiken des
nicht-koordinierten Frequenzbands erheblich zu senken.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird ausführlicher
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen
zeigen:
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1 ein Beispiel eines Funkstreckennetzwerks
des Sterntyps;
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2 ein in einer Ringstruktur
konfiguriertes Streckennetzwerk;
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3 ein Beispiel einer Konfiguration
von Hops in einem Funkumgebungsbereich, der gemäß dem bisher bekannten Ansatz
in einem nicht-koordinierten Frequenzband betrieben wird;
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4 ein zellulares Netzwerk
unter Verwendung von Funkstrecken;
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5 Hauptschritte der Erfindung;
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6 ein Blockschaltbild eines
ersten Teils von Schritten an beiden Enden einer Strecke;
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7 ein Blockschaltbild eines
zweiten Teils von Schritten an beiden Enden einer Strecke;
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8 ein Diagramm der Wirkungen
der Anzahl von Hops pro Fläche
als eine Funktion von Signal-Störungs-Verhältnis- (SIR)
Anforderungen für
einen bestimmten Wert an Kollisionen für ein zellulares Netzwerk unter
Verwendung von Funkstrecken.
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Ausführliche Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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4 zeigt ein mögliches
Telekommunikationssystem, auf das ein Funkstreckensystem unter Verwendung
des erfundenen Verfahrens angewandt werden kann. Das System ist
ein zellulares Mobilnetzwerk mit einer Mobilvermittlungsstelle mit
einem Besucheraufenthaltsregister, Basisstationssteuerungen 41 und 42 und
mehreren Funkbasissteuerungen BTS. Bei diesem Beispiel steuert die
Basisstationssteuerung 41 die Basisstationen BTS1, ...,
BTS4 und die Basisstationssteuerung 42 steuert die Basisstationen
BTS5, ..., BTS8. Mobilstationen MS in einer Zelle kommunizieren
mit dem Netzwerk durch die Basisstation dieser Zelle, so dass eine
Funkverbindung zwischen der MS und der BTS besteht. Die MS in der Zelle 4 kommuniziert
mit der BTS4.
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Am
häufigsten
sind die Basisstationen und ihre Basisstationssteuerung mit festen
Hauptversorgungsleitungen wie etwa Koaxialkabeln untereinander verbunden.
Aus mehreren Gründen
sind Koaxialkabel-Verbindungen nicht immer möglich. Dann besteht eine gute
Alternative in einer Verwendung von Funkstrecken. Diese Lösung ist
gemäß 4 veranschaulicht, wo die
Funkbasisstationen BTS1, BTS2, BTS3 und BTS4 mit Funkstrecken untereinander
verbunden sind, die eine folgende Punkt-zu-Punkt-Kette bilden. Die
Kette kann als ein Ring geschlossen werden, indem eine Punkt-zu-Punkt-Funkstrecke
zwischen der BTS1 und der Basisstationssteuerung 41 und
eine zusätzliche
Reservestrecke zwischen der BTS4 und der Stationssteuerung 41 eingerichtet
werden. Dementsprechend sind die Basisstationen BTS5, ..., BTS8
mit Punkt-zu-Punkt-Funkstrecken
jeweils direkt an die Basisstationssteuerung 42 angeschlossen,
wodurch eine Topologie vom Sterntyp gebildet wird.
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Nachstehend
wird erläutert,
wie Frequenzen an die Strecken im nicht-koordinierten 58 GHz-Band zuzuweisen
sind. Dieses Band wurde in 10 Kanäle aufgeteilt. Es wird angenommen,
dass eine neue Strecke BTS3 ↔ BTS4
in Betrieb zu nehmen ist und ein Kanal „Kanal X" zur Verwendung in dieser Strecke zuzuweisen
ist. Des Weiteren handelt es sich um ein Zeitmultiplex-System TDD,
so dass eine Duplexkommunikation durch gleichzeitige Übertragung
und Empfang zweier Signale, von denen jedes unterschiedliche Informationen
darstellt, über
einen gemeinsamen Pfad unter Verwendung unterschiedlicher Zeitintervalle
für jedes
Signal erreicht wird. In anderen Worten ist der Duplexkanal X hier
derart definiert, dass er aus einem einzigen Träger besteht, aber eine Trennung
zwischen Sende- und Empfangskanälen
durch Senden und Empfangen in unterschiedlichen Zeitschlitzen erreicht
wird. Die Anzahl an Kanälen
pro Träger
hängt davon
ab, wie viele Zeitschlitze einen Rahmen bzw. Frame bilden. Der Rahmen
kann zum Beispiel vier Zeitschlitze enthalten, von denen ein Zeitschlitz
zur Übertragung
von Verkehr, ein Zeitschlitz zum Empfang von Verkehr und zwei verbleibende
Schlitze zur Übertragung
und zum Empfang von Steuerinformationen bestimmt sind. Daher nimmt
ein Träger
einen Duplexkanal für
Verkehrsinformationen und einen Duplexkanal für Steuerinformationen auf.
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Das
System kann natürlich
ein Frequenzmultiplex-System FDD sein, bei dem eine Trennung zwischen Übertragungs- und Empfangskanälen durch die
Verwendung unterschiedlicher Frequenzen erreicht wird.
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5 veranschaulicht die Idee,
auf der die Erfindung basiert. Störungspegel auf jeder Empfangsfrequenz
werden sowohl an einem Ende der Strecke gemessen, Phase 51,
als auch am entgegengesetzen Ende der Strecke, Phase 53.
Es ist zu beachten, dass die Sendefrequenz eines Endes die Empfangsfrequenz
am anderen Ende ist. Nachdem das entgegengesetzte Ende seine Messungen durchgeführt hat,
soll es die Messergebnisse an das andere Ende senden. Daher muss
es wissen, auf welchem Kanal das andere Ende die Ergebnisse zu erhalten
erwartet.
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Abhängig vom
System kann die Messung auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden.
Als erstes kann die Messung durch ständiges Messen der Frequenz
durchgeführt
werden. Diese Art muss in FDD-Systemen verwendet werden. Als zweites,
falls das System ein TDD-System ist, kann die Messung beständig durchgeführt werden,
ungeachtet dessen, ob dieselbe Frequenz von mehreren Kanälen verwendet
wird, wobei die Leistung in unterschiedlichen Zeitschlitzen sein
kann, d. h. sie kann zwischen Kanälen variieren, oder die Messung
kann auch getrennt für
jeden Zeitschlitz im Rahmen durchgeführt werden, entweder für jeden
Empfangszeitschlitz oder nur für
beliebige gewünschte
Zeitschlitze des Rahmens. In der Praxis ist die erstgenannte Art
des dauerhaften Messens des gesamten Trägers vorzuziehen.
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Basierend
auf den Messergebnissen wählt das
erste Ende den bestimmten Kanal als einen Kommunikationskanal aus,
auf dem der Störungspegel
am niedrigsten ist. Dann benachrichtigt es das entgegengesetzte
Ende über
den ausgewählten Kommunikationskanal
durch Senden einer Identifikationsinformation auf diesem Kanal,
Phase 52. Das entgegengesetzte Ende, das alle Empfangskanäle absucht,
empfängt
und erfasst die Identifikationsinformation auf diesem bestimmten
Kanal. Nun weiß es,
dass die Messergebnisse auf diesem Kanal gesendet werden sollen,
wobei es nach Abschließen der
Messungen die Ergebnisse auf diesem Kanal sendet, Phase 54.
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Nun
sind die Störungspegel
auf jedem Kanal basierend auf den an beiden Enden durchgeführten Messungen
bekannt. Daher kann durch Verarbeiten der Ergebnisse, Phase 55,
der ein vorbestimmtes Kriterium erfüllende beste Kanal (Kanal X, 4) gefunden und als der
Informationen transportierende Kanal für diese Strecke ausgewählt werden,
Phase 56. Schließlich
kann die Strecke in Betrieb genommen werden, Phase 57.
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6 und 7 zeigen ausführlich gemäß der Erfindung verwendete
Verfahrensschritte. Die Schritte können in zwei Teile aufgeteilt
werden, so dass der erste Teil endet, wenn ein gemeinsamer Kanal
für eine
weitere Kommunikation gefunden wird, und der zweite Teil mit einer
Zuweisung eines Verkehrskanals und einer Inbetriebnahme der Strecke endet.
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Ganz
am Anfang der Inbetriebnahme müssen
die Antennen vom nachfolgend als Master bezeichneten Hauptknoten
und vom nachfolgend als Slave bezeichneten Nebenknoten mechanisch
ausgerichtet werden. Ein Verändern
der Position der Antennen ist wesentlich für die korrekte Funktion der Funkstrecke.
Es soll ein klarer Übertragungspfad zwischen
den beiden Knoten der Strecke bestehen, am besten eine Sichtverbindung.
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Die
Schritte in der ersten Hälfte
sind gemäß 6 gezeigt. Eines der Streckenenden
ist als Master bezeichnet, weil es eine Entscheidungen treffende
Seite ist, und das entgegengesetzte Ende ist als Slave bezeichnet.
Gemäß 4 kann zum Beispiel die
BTS3 der Master sein, wohingegen die BTS4 der Slave ist. Der Master
steuert den Kanalauswahlprozess. Die Auswahl des und der Hinweis
auf den Master obliegt dem Inbetriebnehmenden des Hops.
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Zu
Beginn wird der Slave-Knoten in einen Empfangsmodus eingestellt,
Phase 65. Dann sucht der Master-Knoten alle an ihm verfügbaren Emfangskanäle (d. h.
Frequenzen) ab und misst die Störungspegel
auf jedem Kanal, Phase 61. Nach der Messung listet der
Master-Knoten die Empfangskanäle
der Reihe nach auf, wobei der beste Kanal, das ist der Kanal mit
der niedrigsten Störung,
am Anfang der Liste steht, Phase 62.
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Zur
Klarstellung: der vorstehend verwendete Ausdruck „verfügbare Kanäle" meint entweder alle Kanäle des Systems
oder er kann auch eine Menge an Kanälen meinen, die ausschließlich untersucht werden.
Der Nutzer kann aus einem beliebigen Grund einen oder mehrere Kanäle von der
Verwendung für
eine Strecke ausgrenzen, und dadurch wird der Kanalzuweisungsprozess
beschleunigt, wenn diese Kanäle
ungeprüft
bleiben.
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Dann
wählt der
Master-Knoten den besten Empfangskanal aus der Liste aus und wählt den
entsprechenden Sendekanal aus, Phase 63. Danach beginnt
er damit, ein Master-Signal auf diesem Übertragungskanal zu senden,
Phase 64. Das Master-Signal enthält spezifische Informationen,
die beiden Streckenknoten bekannt sind. Informationen können zum
Beispiel ein streckenspezifischer Bezeichner oder ein Rahmenausrichtungswort
sein, das zur Verwendung von Strecken für die Dauer einer Inbetriebnahme
reserviert ist.
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Zur
gleichen Zeit hat der Slave-Knoten im Bestreben das vom Master-Knoten
gesendete Master-Signal aufzufinden alle verfügbaren Empfangskanäle abgesucht,
Phase 66. Nachdem er das Master-Signal gefunden hat, kennt
er daher natürlich
den Kanal, auf dem der Master-Knoten spezifische Informationen sendet.
Falls aus irgendwelchen Gründen das
Master-Signal nicht gefunden wird, setzt der Slave-Knoten das Absuchen
fort, Phase 610. Ein Grund zum Nichtauffinden des Master-Signals
könnte
es einfach sein, dass der das Signal transportierende Kanal am Slave- Knoten nicht verfügbar ist.
Wird das Master-Signal gefunden, sendet der Slave-Knoten das Master-Signal
auf dem entsprechenden Sendekanal zurück, Phase 64.
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Der
Master hat auf eine Antwort gewartet, indem er den Empfangskanal
abgehört
hat, Phase 68. Wird innerhalb einer vorbestimmten Zeit
keine Antwort erfasst, Phase 69, wählt der Master-Knoten den nächstbesten
Sendekanal aus der Liste aus, Phase 63, woraufhin der vorstehend
erläuterte
Prozess wiederholt wird. Im Fall, dass jeder Kanal der Liste erprobt
wurde und keine Antwort vom Slave erfasst wurde, endet der Prozess
hier. Das bedeutet, dass die Funkumgebung eine Inbetriebnahme der
neuen Strecke nicht zulässt.
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Wird
die richtige Antwort erfasst, wählt
der Master-Knoten
den Sendekanal und den entsprechenden Empfangskanal als den gemeinsamen
Kanal aus, der bei weiteren Schritten des erfundenen Verfahrens
verwendet wird, Phase 613. Dieser Kanal kann oder kann
auch nicht der Kanal sein, der der Funkstrecke dauerhaft zugeordnet
wird.
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Die
Ergebnisse der gemäß 6 ausgeführten Schritte sind wie folgt:
der Master-Knoten hat Kenntnis über
Störungspegel
jedes Empfangskanals und sowohl der Master- als auch der Slave-Knoten wissen, welcher
Duplexkanal zur weiteren Kommunikation reserviert ist. Um in der
Lage zu sein, einen Kanal zur dauerhaften Verwendung in der Strecke auszuwählen, muss
der Master-Knoten die Störungspegel
der Empfangskanäle
kennen, die vom Slave-Knoten
gemessen wurden. Dieser Prozess wird als nächstes erläutert.
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7 zeigt den zweiten Teil
der Schritte. Als erstes sendet der Slave-Knoten einen Antrag zur Durchführung seiner
eigenen Störungsmessungen, Phase 71.
Als das den Antrag transportierenden Medium dient der im vorhergehenden
Teil zugeordnete gemeinsame Kanal. Der Master-Knoten empfängt den
Antrag und antwortet durch Zurücksenden
einer Bestätigung,
Phase 73. Zum gleichen Zeitpunkt setzt sich der Master-Knoten
selbst in den Empfangsmodus und beendet die Übertragung, so dass der Träger vollständig außer Betrieb
ist, Phase 74. Als Ergebnis wird der Träger die Messungen nicht beeinflussen, die
vom Slave-Knoten ausgeführt
werden. Der gemeinsame Kanal ist nun ein gerichteter.
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Nach
Empfang der Bestätigung
beginnt der Slave-Knoten mit Messungen. Er sucht alle an ihm verfügbaren Empfangskanäle ab und
misst die Störungspegel
auf jedem Kanal, Phase 75, und speichert Ergebnisse temporär in einen
Speicher. Nach Abschluss der Messung sendet der Slave-Knoten die Messergebnisse
an den Master-Knoten, der auf sie gewartet hat, Phase 76.
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Beim
TDD-System ist der Slave-Knoten üblicherweise
mit dem Master-Knoten synchronisiert, d. h. der Slave empfängt sein
Haupt-Taktsignal vom Master-Knoten. Daher hat der Master-Knoten
seine Übertragung
nur für
einen vorbestimmten Zeitraum anzuhalten, nach dem er mit einer Übertragung
fortfahren soll. Hat der Slave ein Übertragungssignal erfasst,
ist er in der Lage, seine Synchronisation wiederherzustellen, und
er kann die Messergebnisse in einem geeigneten Zeitschlitz senden.
Im Gegensatz zum Slave-Knoten beim TDD-System kann der Slave-Knoten
beim FDD-System die Messergebnisse unverzüglich senden, nachdem er die
Messungen abgeschlossen hat.
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Als
Antwort auf die empfangenen Ergebnisse setzt der Master-Knoten erneut
den Sendemodus, wodurch der Kommunikationskanal in den Duplexmodus
zurückkehrt,
Phase 77. Der Master-Knoten hat nun alle zur Auswahl eines
optimalen Kanals für die
Strecke erforderlichen Informationen. Eine spezielle Software verarbeitet
die Messergebnisse, um die beste Kombination eines Sendekanals und
eines Empfangskanals herauszufinden, die zusammen den optimalen
Kanal für
die Strecke bilden. Die Verarbeitung kann auf einem Vergleich von
Störungen
getrennt für
den Sende- und den Empfangskanal mit gegebenen Schwellwerten basieren.
Es kann einen Schwellwert für
einen Sendekanal und einen anderen Wert für einen Empfangskanal geben.
Dies kann vorteilhaft sein, falls ein Informationsfluss in eine Richtung
in der Strecke einen Informationsfluss in der entgegensetzten Richtung
stark übersteigt.
In der Hauptrichtung ist ein niedriger Störungspegel erforderlich, wohingegen
eine Verbindung in der entgegengesetzten Richtung eine größere Störung tolerieren
darf. Des Weiteren kann der beste Kanal der Kanal mit der niedrigsten
Störungsleistung
oder ein Kanal mit einem Signal-Rausch-Verhältnis S/I oberhalb eines Kollisionsschwellpegels
THc sein.
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Wahlweise
kann die Software, nachdem die beste Kombination gefunden wurde,
verbleibende Frequenzen und ihre Störungen verarbeiten, um die zweitbeste
Kombination herauszufinden. Auf diese Art wird eine Kanalliste gebildet,
wo die Kanäle
geordnet sind, wobei der beste Kanal am Anfang der Liste steht,
Phase 78.
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Als
nächstes
wählt die
Software den besten Kanal zur Verwendung als den Kanal für bidirektionale Übertragung aus
der Liste aus, Phase 79, und vergleicht ihn mit dem vorher
ausgewählten
gemeinsamen Kanal, Phase 710.
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Falls
die Kanäle
die gleichen sind, wird der beste Kanal als der optimale Kanal ausgewählt. Die Strecke
wird in Betrieb genommen und ist zur Verwendung bereit, Phase 713.
Der Slave-Knoten weiß, dass
im Fall, dass innerhalb einer bestimmten Zeit kein Kanalwechselbefehl
ankommt, der bereits in Verwendung befindliche gemeinsame Kanal
weiter verwendet werden wird.
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Sind
die Kanäle
unterschiedlich, sendet der Master-Knoten dem Slave-Knoten einen
Befehl zum Wechseln des Kanals, Phase 711. Der Befehl beinhaltet
Informationen über
den neuen Kanal. Danach wird die Strecke in Betrieb genommen und
ist zur Verwendung bereit.
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Der
vorstehend beschriebene Vorgang wird erneut wiederholt, wenn eine
neue Strecke in Betrieb zu nehmen ist.
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Der
erfundene Vorgang kann auch angewandt werden, wenn ein ganzes Streckensystem
in Betrieb zu nehmen ist. Die erfundene automatische Kanalauswahl
wird Strecke für
Strecke durchgeführt und
die bereits in Betrieb genommenen Strecken verbleiben im Übertragungsmodus,
so dass der Einfluss ihrer Träger
auf die eben zu konfigurierende Strecke berücksichtigt werden kann. Die
Konfigurationsreihenfolge der Strecken kann zufällig ausgewählt werden.
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Beschreibung
anderer Ausführungsbeispiele
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Ist
das ganze Streckensystem zu konfigurieren, können ein oder mehrere Kanäle direkt
der entsprechenden Anzahl von Funkstrecken zugewiesen werden, die
als erstes in Betrieb genommen sind, und der Rest der Strecken kann
automatisch basierend auf den Störungsmessungen
gemäß der Erfindung
konfiguriert werden.
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Außerdem kann
es aufgrund der Tatsache, dass die Kanalstörung stark von der Distanz
bzw. Entfernung zwischen Funkstrecken abhängt, in einigen Fällen ausreichend
sein, einen oder mehrere von einer festen Funkstrecke zu verwendende
Kanäle basierend
auf den Ergebnissen einer Distanzmessung ausgewählt werden. Daher ist es denkbar,
auf die Störungsmessung
zu verzichten und eine Kanalzuweisung für jeweilige Funkstrecken basierend
auf Distanzmessergebnissen durchzuführen, wie zum Beispiel jenen
Ergebnissen, die unter Verwendung von GPS (Global Positioning System)
erhalten werden. Das heißt,
das Auswählen
eines Kanals oder von Kanälen
für die
neu in Betrieb genommene Funkstrecke kann durch Wählen des
Kanals (oder der Kanäle)
bewirkt werden, die von den am weitesten entfernt liegenden der
früher
in Betrieb genommenen Strecken verwendet wird/werden. Wahlweise
kann jeder der Kanäle
ausgewählt
werden, die von Funkstrecken mit einer Distanz verwendet werden,
die größer als
ein bestimmter Distanzschwellwert THD ist.
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Nun
mit Bezug auf das gemäß 3 gezeigte Beispiel, unter
der Annahme, dass vier Hops in der Funkumgebung eines festen Bereichs
angeordnet sind, und dass die Gesamtzahl an verfügbaren Kanälen drei ist, funktioniert
das distanzbasierte Verfahren wie folgt.
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Für die ersten
drei Hops, die in Betrieb genommen werden, werden verschiedene Kanäle (Kanal 1,
Kanal 2 und Kanal 3) ausgewählt. Für den vierten Hop wird der
Kanal ausgewählt,
der von der am weitest entfernt liegenden der existierenden Strecke verwendet
wird, d. h. in der dargestellten Situation der Kanal Nummer 2.
Dies führt
zu einer Situation, bei der für
jede neu aufzubauende Strecke sich darauf gerichtet wird, einen
Kanal auszuwählen,
der weit entfernt verwendet wird, da für einen derartigen Kanal die
niedrigste Störung
erwartet werden kann, gemessen zu werden.
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Eine
auf einer reinen Distanzinformation basierende Kanalzuordnung kann
jedoch ungeeignet sein. Die empfangene Störungsleistung einer sehr nahe
benachbarten Funkstrecke kann, zum Beispiel in einer Funkumgebung
in einem bergigen/hügeligen Bereich,
aufgrund von Bergen zwischen der in Betrieb zu nehmenden Funkstrecke
und den benachbarten Hops geringer sein als in einer flachen Umgebung.
Stattdessen kann eine Kanalzuordnung in einem derartigen Fall auf
der Auswertung von Störungsmessergebnissen
wie vorstehend beschrieben basieren. Außerdem ist es denkbar, beide
Verfahren zu kombinieren, und einen zuzuordnenden Kanal basierend
auf beiden Messergebnissen auszuwählen, d. h. einen Kanal durch
Auswertung einer Kombination von Distanz- und Störungs-Messergebnissen auszuwählen.
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Wird
ein zufälliges
Netzwerk von Strecken aufgebaut, passt es sich automatisch selbst
an eine Konfiguration an, bei der die gleiche Frequenz verwendende
Strecken dazu tendieren, weit entfernt voneinander zu sein. Die
Verbesserung der Kapazität für eine bestimmte
Wahrscheinlichkeit von Kanalkollisionen ist dafür wesentlich.
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8 der zugehörigen Zeichnungen
zeigt ein Diagramm, das schematisch die erreichbare Verbesserung
der Kapazität
veranschaulicht, falls nur drei Kanäle zur Verfügung stehen. Im Einzelnen zeigt 8 eine graphische Darstellung
der Anzahl von Hops (N) pro Fläche
(km2) als eine Funktion der Signal-Rausch-Verhältnis-(S/I) Anforderungen
(SIR-Anforderung) für
einen bestimmten Wert der Kollisionswahrscheinlichkeit P (P = 0,01
beim gegebenen Beispiel).
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Die
Bedeutung der Kanalkollisionswahrscheinlichkeit P als ein verwendeter
Parameter im Diagramm gemäß 8 ist wie folgt. Ist es
im Voraus bekannt, dass eine Anzahl von N Funkstrecken innerhalb
eines bestimmten Bereichs zufällig
aufgebaut bzw. eingerichtet werden, ist die Kanalkollisionswahrscheinlichkeit
P ein Maß der
Wahrscheinlichkeit, dass eine neue Strecke, d. h. die (N + 1)-te,
die an einer zufälligen
Stelle aufgebaut wird, nicht funktionieren wird, da zum Beispiel
die Signal-Rausch-Anforderung
nicht erfüllt
werden kann. Für
ein großes Netzwerk
vieler nicht-koordinierter Strecken definiert die Kanalkollisionswahrscheinlichkeit
den Bruchteil der Strecken, die nach dem Aufbau ein spezielles Augenmerk
erfordern. Vorzugsweise sollte diese Wahrscheinlichkeit sehr klein
sein (typischerweise höchstens
einige Prozent), da es anderenfalls sehr schwierig wird, Netzwerke
unter Verwendung nicht-koordinierter
Strecken aufzubauen.
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Eine
Beobachtung oder Bestimmung der Kanalkollisionswahrscheinlichkeit
kann direkt durchgeführt
werden, indem Störungsstatistiken
vom Streckennetzwerk erfasst werden. Die Dynamik der Störung wird
sehr langsam sein, da sich die Situation nur bei Einrichtung neuer
Strecken verändert.
Die Erfassung bzw. das Sammeln der Statistiken kann entweder automatisch
oder manuell durchgeführt
werden. Der einfachste manuelle Vorgang kann dann zum Beispiel auf
Störungsberichten basieren,
die bei der Einrichtung der Strecken erhalten werden.
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Nun
erneut unter Bezug auf das Diagramm gemäß 8 zeigt die untere Kurve die Situation
für die
zufällige
Auswahl von Kanälen,
während
die obere Kurve die Situation zeigt, wenn gemäß dem Verfahren der Erfindung
für jede
in Betrieb zu nehmende Strecke der Kanal mit zum Beispiel dem niedrigsten Störungspegel
ausgewählt
wird.
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Es
kann aus 8 ersehen werden,
dass eine relativ hohe Dichte von Strecken in einem gegebenen Bereich
eingerichtet werden kann ohne ein übermäßiges Risiko einzugehen, dass
eine Kanalkollision auftritt, wenn die Erfindung verwendet wird. Präzise gesagt,
wird bei dem dargestellten Beispiel angenommen, dass für Signal-Rausch-Anforderungen
ein Schwellwert von 20 dB eingestellt ist, und es wird angenommen,
dass ein ein Netzwerk unter Verwendung nicht-koordinierter Strecken
aufbauender Betreiber zu akzeptieren gewillt ist, dass eine von 100
Strecken, die eingerichtet werden, nicht sofort funktionieren wird,
was einer Kollisionswahrscheinlichkeit von P = 0,01 entspricht.
Diese Strecken, die nicht funktionieren oder nur unzufriedenstellend
funktionieren, müssen
verlagert werden oder eine alternative Übertragung muss verwendet werden.
Gemäß dem Stand
der Technik (untere Kurve gemäß 8) können nur ungefähr zwei
Strecken pro Quadratkilometer eingerichtet werden. Jedoch können gemäß der Erfindung
(obere Kurve gemäß 8) ungefähr 20 Strecken pro Quadratkilometer
eingerichtet werden.
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Die
Verbesserung ist noch auffälliger,
wenn mehr als drei Kanäle
im System zur Verfügung
stehen. Stehen 10 Kanäle
zur Verfügung,
wie beim nicht-koordinierten 58 GHz-Band, steigt die Streckendichte
N im Vergleich zu der gemäß der 8 gezeigten bemerkenswert
an.
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Offensichtlich
kann gemäß der Erfindung
die Anzahl von Strecken oder Hops, die in einem bestimmten Bereich
in Betrieb genommen werden können,
erheblich gesteigert werden (ungefähr um einen Faktor von 10 oder
sogar mehr). Gleichzeitig erlaubt es das Verfahren gemäß der Erfindung,
das Risiko der nicht-koordinierten Verwendung, d. h. der ungesteuerten
Verwendung von zugewiesenen Frequenzen, zu senken. Weiter zeigen
ausführliche
Berechnungen basierend auf realistischen Zahlen für die Verbreitung
derartiger Strecken jedoch, dass die Kollisionswahrscheinlichkeit
für viele
Jahre in die Zukunft hinein sehr nahe an Null sein wird, wenn die
Erfindung verwendet wird.
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Außerdem ist
zu beachten, dass der im Wesentlichen gleiche Ansatz verwendet werden
kann, um CDMA-Spreizcodes adaptiv auszuwählen. Ein Übernehmen eines derartigen
Ansatzes würde
dann zu einem System führen,
das den Code immer basierend auf Störungsmessungen auswählen würde, zum
Beispiel den Code mit dem niedrigsten Störungspegel.
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Außerdem kann
ein Bewerten von Störungspegeln
als ein Ergebnis einer Überwachung
der Kanäle
nicht nur bewirkt werden, wenn ein Kanal einer neu aufzubauenden
Funkstrecke zugewiesen wird. In diesem Zusammenhang ist es denkbar,
die Kanäle innerhalb
der Funkumgebung, d. h. im festen Bereich, dauerhaft zu überwachen
und immer dann auf einen neuen Kanal zu springen, wenn ein neuer
besserer Kanal verfügbar
ist. Jedoch müssen
in einem derartigen Fall geeignete Gegenmaßnahmen gegen Schwingungen
bzw. Schwankungen im nicht-koordinierten Netzwerk bzw. Band unternommen
werden. Das heißt,
dass unendliche Wechsel von Kanal zu Kanal innerhalb von Teilen
des Systems verhindert werden müssen.
Jedoch ist zu beachten, dass es in vielen Systemen verboten ist,
Kanäle
zu wechseln, wenn sich das System im Betrieb befindet.
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Es
ist zu verstehen, dass die vorstehende Beschreibung und die begleitenden
Zeichnungen nur zur Veranschaulichung der Erfindung als Beispiel
gedacht sind. Daher kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch in anderen
Systemen als dem beschriebenen verwendet werden. Die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
des Verfahrens können
daher innerhalb des Schutzbereichs der zugehörigen Ansprüche variieren.