DE69829749T2

DE69829749T2 - Kanalzuweisungsverfahren

Info

Publication number: DE69829749T2
Application number: DE69829749T
Authority: DE
Inventors: Eija Saario; Oscar Salonaho
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2018-04-25
Also published as: FI971790A0; US6272348B1; CN1117507C; NO995154L; FI971790A; FI109514B; ATE293342T1; AU7047098A; NO995154D0; JP2001522567A; AU742150B2; WO1998052377A2; EP0978212A2; EP0978212B1; CN1253704A; DE69829749D1; WO1998052377A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Zuweisung von Kanälen und die Entzerrung einer Interferenz, der Verbindungen in einem Funknetz unterworfen sind.
Hintergrund der Erfindung
In Mobilkommunikationssystemen können Mobilstationen und Basissende-/Empfangsstationen Verbindungen über Kanäle einer sogenannten Luftschnittstelle aufbauen. In Abhängigkeit vom Typ der zu übertragenden Informationen gibt es Anforderungen an die Verbindungen hinsichtlich der Fehlerlosigkeit übertragener Daten und hinsichtlich der Übertragungsverzögerung.
Für die Verwendung durch das Mobilkommunikationssystem ist immer ein bestimmter Frequenzbereich zugewiesen. Um ausreichend Kapazität in diesem begrenzten Frequenzband im Mobilkommunikationssystem zu haben, müssen die sich in Verwendung befindenden Kanäle mehrmals verwendet werden. Aus diesem Grund ist der Empfangsbereich des Systems in Zellen eingeteilt, die durch die Funkempfangsbereiche individueller Basissende-/Empfangsstationen gebildet werden, weshalb die Systeme oft zellulare Funksysteme genannt werden.
1 zeigt die strukturellen Hauptmerkmale eines bekannten Mobilkommunikationssystems. Das Netz umfasst mehrere miteinander verbundene MSCs (Mobildienstvermittlungszentren). Das Mobildienstvermittlungszentrum MSC kann Verbindungen mit anderen Mobildienstvermittlungszentren MSC oder mit anderen Telekommunikationsnetzen aufbauen, beispielsweise mit ISDN (Dienste integrierendes digitales Telekommunikationsnetz), PSTN (öffentliches Telefonnetz), Internet, PDN (Paketdatennetz), ATM (Asynchroner Übertragungsmodus) oder GPRS (allgemeiner paketvermittelter Datenfunkdienst). Mehrere Basisstationssteuereinrichtungen BSC sind mit dem Mobildienstvermittlungszentrum MSC verbunden. Basissende/Empfangsstationen BTS sind mit jeder Basisstationssteuereinrichtung verbunden. Die Basissende/Empfangsstation kann Verbindungen mit Mobilstationen MS aufbauen. Ein Netzverwaltungssystem NMS kann zur Sammlung von Informationen vom Netz und zum Verändern der Programmierung von Netzelementen verwendet werden.
Die Luftschnittstelle zwischen Basissende/Empfangsstationen und Mobilstationen kann auf verschiedene Arten in Kanäle eingeteilt werden. Bekannte Verfahren sind zumindest TDM (Zeitmultiplex), FDM (Frequenzmultiplex) und CDM (Codemultiplex). Das in einem TDM-System verfügbare Band wird in aufeinanderfolgende Zeitschlitze unterteilt. Eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Zeitschlitze bildet einen sich periodisch wiederholenden Zeitrahmen. Der Kanal ist durch den im Zeitrahmen verwendeten Zeitschlitz definiert. In FDM-Systemen ist der Kanal durch die verwendete Frequenz definiert, während in CDM-Systemen ein Kanal durch das verwendete Frequenzsprungmuster oder einen Hash-Code definiert ist. Es können auch Kombinationen der vorstehend angeführten Unterteilungsverfahren verwendet werden.
2 zeigt ein Beispiel einer bekannten FDM/TDM-Teilung. In der Figur ist die Frequenz über die vertikale Achse aufgetragen, während die Zeit über die horizontale Achse aufgetragen ist. Das verfügbare Frequenzspektrum ist in sechs Frequenzen F1–F6 unterteilt. Außerdem ist der durch jede Frequenz gebildete Frequenzkanal in sich wiederholende Zeitrahmen unterteilt, die durch 16 aufeinanderfolgende Zeitschlitze gebildet werden. Der Kanal ist immer durch das Paar (F, TS) der Frequenz F und des Zeitschlitzes TS definiert, die im Zeitrahmen verwendet werden.
Zum Maximieren der Kapazität müssen Kanäle in den Zellen wiederverwendet werden, die so nah aneinander als möglich sind, allerdings auch so, dass die Qualität der die Kanäle verwendenden Verbindungen ausreichend gut bleibt. Die Verbindungsqualität wird durch die Empfindlichkeit übertragener Informationen bezüglich der Übertragung von auf dem Funkkanal auftretenden Fehlern und durch die Qualität des Funkkanals beeinflusst. Die Übertragungsfehlertoleranz des Signals hängt von den Eigenschaften der übertragenen Informationen ab, und kann durch die Verarbeitung der Informationen mittels Kanalkodierung und Verschachtelung vor deren Übertragung auf dem Kanal und durch Verwendung einer erneuten Übertragung fehlerhafter Übertragungsrahmen verbessert werden. Das Träger-Zu-Interferenz-Verhältnis (CIR) zeigt die Funkkanalqualität, wobei das Verhältnis das Verhältnis zwischen den Stärken des durch den Sender gesendeten Signals und des durch den Empfänger wahrgenommenen Signals einerseits und der auf dem Kanal durch andere Verbindungen auftretenden Interferenz andererseits ist.
3 zeigt das Entstehen von Interferenz, die jeweils durch gleichzeitige Verbindungen verursacht wird. In der Figur kommunizieren drei Mobilstationen MS1, MS2 und MS3 mit Basissende-/Empfangsstationen BTS1, BTS2 und BTS3. Das durch die Basissende-/Empfangsstation BTS1 empfangene Signal enthält ein Signal S1, das durch die Mobilstation MS1 gesendet wird, und das durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, und dessen Leistung von der durch die Mobilstation MS1 verwendeten Sendeleistung und vom Schwund auf dem Funkweg zwischen der Mobilstation MS1 und der Basissende-/Empfangsstation BTS1 abhängig ist. Typischerweise ist der Funkwegschwund bei einer kürzeren Entfernung zwischen der Basissende-/Empfangsstation und der Mobilstation kleiner. Zusätzlich zum Signal S1 enthält das durch die Sende-/Empfangsstation empfangene Signal Signalkomponenten I21 und I31, die durch von den Mobilstationen MS2 und MS3 gesendete Signale verursacht werden. Die Komponenten I21 und I31 verursachen eine Interferenz beim Empfang, wenn sie nicht aus dem durch die Basissende-/Empfangsstation empfangenen Signal herausgefiltert werden können. Dementsprechend verursacht das durch die Mobilstation MS1 gesendete Signal Signalkomponenten I12 und I13 in den durch die Basissende-/Empfangsstationen BTS2 und BTS3 empfangenen Signalen, und diese Signalkomponenten können eine Interferenz bei den Empfangsvorgängen verursachen. Ähnliche Komponenten entstehen auch in den durch die Mobilstationen von den Sende-/Empfangsstationen empfangenen Signalen.
Befinden sich die Signalkomponenten I21 und I31 im selben Kanal wie das Signal S1, können sie durch Filtern nicht entfernt werden. Eine Interferenz kann auch durch Signale verursacht werden, die auf anderen Kanälen als demselben Kanal auftreten. Beispielsweise in Systemen mit FDM- Frequenzteilung überlappen Kanäle, die aneinander auf der Frequenzstufe angrenzen, immer ein wenig, um das Frequenzspektrum so effektiv als möglich auszunutzen, woraus sich eine Empfangsinterferenz auch von Signalen ergibt, die im angrenzenden Kanal vorhanden sind. Bei der Verwendung von Codeteilung CDM verursachen dementsprechend Verbindungen, die zu ähnliche Codes verwenden, eine Interferenz untereinander. Allerdings ist die sogenannte Nachbarkanalinterferenz, die durch Signale auf anderen Kanälen verursacht wird, merklich geringer als die Interferenz, die durch gleichstarke Signale im selben Kanal verursacht wird.
Die durch Verbindungen untereinander verursachte Größe der Interferenz hängt somit von den durch die Verbindungen verwendeten Kanälen, vom geographischen Ort der Verbindungen und von der verwendeten Übertragungsleistung ab. Dies kann über eine systematische Zuordnung von Kanälen zu verschiedenen Zellen unter Berücksichtigung der Interferenz, über eine Sendeleistungssteuerung und über eine Mittelung der durch die verschiedenen Verbindungen erfahrenen Interferenz beeinflusst werden.
Eine Aufgabe bei der Kanalzuweisung ist die Zuweisung derartiger Kanäle zu den gewünschten Verbindungen, die alle zur gleichen Zeit verwendet werden können, wobei die Signalqualität annehmbar bleibt. Zum Maximieren der Kapazität sollten Kanäle so nahe aneinander als möglich wiederverwendet werden. Die Entfernung, mit der ein und derselbe Kanal wiederverwendet werden kann, so dass das CIR annehmbar bleibt, wird Interferenzentfernung genannt, während die Entfernung, bei der ein und derselbe Kanal wiederverwendet wird, Wiederverwendungsentfernung genannt wird.
Bekannte Verfahren der Kanalzuweisung sind die feste Kanalzuweisung („Fixed Channel Allocation", FCA), die dynamische Kanalzuweisung („Dynamic Channel Allocation", DCA) und die hybride Kanalzuweisung („Hybrid Channel Allocation", HCA) die als Kombination aus FCA und DCA erhalten wird. Die Idee bei der festen Kanalzuweisung besteht in der Aufteilung der im System verwendeten Kanäle auf die Zellen über einen Frequenzentwurf, der vor Inbetriebnahme des Systems gemacht wird. Bei der dynamischen Kanalzuweisung befinden sich alle Kanäle in einem gemeinsamen Kanalpool, aus dem für die aufzubauende Verbindung der beste Kanal für die Verwendung gemäß einer vorbestimmten Norm ausgewählt wird. Bei der hybriden Kanalzuweisung sind einige der im System verwendeten Kanäle auf FCA-Weise für eine Verwendung durch verschiedene Zellen fest eingeteilt, und die verbleibenden Kanäle befinden sich in einem Kanalpool, aus dem sie nach Bedarf dynamisch für die Verwendung durch alle Zellen herausgenommen werden können. Die verschiedenen Verfahren sind sehr ausführlich bei I. Katzela und M. Naghshineh: „Channel Assignment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems: A Comprehensive Survey", IEEE Personal Communications, Seiten 10–31, Juni 1996 beschrieben.
Dynamische Kanalzuweisungsverfahren können in zentralisierte und dezentralisierte Verfahren unterteilt werden. Dezentralisierte Verfahren, bei denen die Kanäle unabhängig in jeder Zelle zugewiesen werden, können weiter im Verfahren beruhend auf der Kanalzuweisungssituation, beruhend auf dem Wissen um den Funkwegschwund und beruhend auf einer Messung des Auftretens von Interferenz im Kanal unterteilt werden. Bei dezentralisierten Verfahren beruhend auf dem Wissen um die Zuweisungssituation müssen Informationen über die Zuweisungssituation der Kanäle für jede Basissende/Empfangsstation aufbewahrt werden, die die Zuweisung von Kanälen der Zelle der Basissende-/Empfangsstation beeinflussen. Das damit verbundene Problem ist die hohe Quantität der Signalisierung. Bei Verfahren beruhend auf einer Messung des Auftretens von Interferenz im Kanal wird der für die aufzubauende Verbindung beste Kanal durch Messung des Interferenzpegels von Kanälen und durch Auswählen des Kanals entsprechend den Messungen bestimmt, der ein ausreichend gutes Träger-Zu-Interferenzverhältnis erlaubt. Messungen können nie in vollständiger Echtzeit durchgeführt werden. Aus diesem Grund krankt das Verfahren an der Verzögerung in Messdaten, die beim Treffen der Zuweisungsentscheidungen verwendet werden, insbesondere bei Kommunikationen, die viele kurze und signalbündelähnliche Übertragungen enthalten. Die zentralisierten Verfahren, bei denen die Zuweisung von Kanälen für mehrere Zellen auf zentralisierte Art und Weise ausgeführt wird, beruhen auf einem Wissen über die Kanalzuweisungssituation und den Funkwegschwund. Mit diesem Verfahren kann eine beinahe optimale Kanalzuweisung erreicht werden, jedoch ist die hohe Quantität der erforderlichen Berechnungen ein Problem insbesondere in größeren Systemen.
Die Verwendung eines Träger-Zu-Interferenz-Verhältnisses CIR, das größer als erforderlich ist, verbessert die Verbindungsqualität in digitalen Systemen kaum, und erhöht lediglich unnötig die bei anderen Verbindungen verursachte Interferenz. Der Unterschied zwischen dem Träger-Zu-Interferenzverhältnis CIR(min), das die Verbindung erfordert, und dem Träger-Zu-Interferenzverhältnis CIR, das auf dem Funkkanal bei maximaler Sendeleistung des Senders erreicht werden kann, wird nachstehend Träger-Zu-Interferenz-Breite CIRM = DIR – CIR(min) genannt wird. Die Träger-Zu-Interferenz-Breite kann zum Erreichen eines Träger-Zu-Interferenzverhältnisses verwendet werden, das höher als von der Verbindung gefordert ist, und/oder zur Verringerung der Sendeleistung verwendet werden. Durch Senken der Sendeleistung wird gleichzeitig die bei anderen Verbindungen verursachte Interferenz verringert. Es ist tatsächlich möglich, die Kanalinterferenzentfernung merklich zu verringern und so auch die Wiederverwendungsentfernung, indem die durch die Verbindungen verwendete Sendeleistung dynamisch gesteuert wird. Eine Verringerung der Neuverwendungsentfernung trägt zusätzlich zur Systemkapazität bei. Eine dynamische Steuerung der Sendeleistung zielt auf die Beibehaltung einer adäquaten Verbindungsqualität ab, minimiert allerdings gleichzeitig die verwendete Sendeleistung. Die Interferenz kann beispielsweise auch durch die Verwendung gerichteter Antennen verringert werden, wodurch dasselbe Träger-Zu-Interferenz-Verhältnis mit einer geringeren Sendeleistung erreicht werden kann.
Verschiedene Verbindungen erfahren eine unterschiedliche Interferenz selbst nach einer sehr erfolgreichen Kanalzuweisung. Einige Verbindungen können dabei einer Interferenz unterworfen sein, die die Verbindungsqualität noch merklich einschränkt, während andere Verbindungen zur gleichen Zeit einen noch höheren Interferenzpegel tolerieren würden. Ein Kanal kann zugewiesen werden, wenn das Interferenzverhältnis, das durch die auf dem Kanal aufgebauten Verbindungen erreicht wird, unter einer bestimmten CIR(min)-Grenze für nur einen kleinen Teil, beispielsweise 5% der aufgebauten Verbindungen liegt. Können Schwankungen im Interferenzpegel zwischen verschiedenen Verbindungen verringert werden, kann diese Verbindungsqualitätsanforderung mit einer noch dichteren Neuverwendung der Kanäle erreicht werden, was die Systemkapazität erhöht. Diese Situation ist in 4 beschrieben, in der die in dem Kanal verursachte Interferenz in relativen Einheiten über die horizontale Achse aufgetragen ist, während die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens für zwei verschiedene Interferenzverteilungen Interferenz 1 und Interferenz 2 über die vertikale Achse aufgetragen ist. Die Anforderung besteht darin, dass das Auftreten von Interferenz auf dem Kanal weniger als 75 Einheiten für 95% der Verbindungen beträgt. Da die Verteilung der Interferenz 1 breit ist, muss ihr Mittelwert am Punkt 50 Einheiten für die Erfüllung des Erfordernisses gesetzt sein. Dementsprechend ist die Verteilung der Interferenz 2 erheblich enger, wodurch ihr Mittelwert am Punkt 70 Einheiten gesetzt werden kann. Somit kann die mittlere Interferenz desto höher sein, je geringer die Schwankung der Interferenz zwischen den verschiedenen Verbindungen ist. Dementsprechend bestimmt die erforderliche durchschnittliche Interferenz die Neuverwendungsentfernung der Kanäle. Durch Verringerung der Schwankung der Interferenz zwischen Verbindungen ist es somit möglich, die Neuverwendung von Verbindungen dichter zu machen und so die Netzkapazität zu erhöhen. Bekannte Verfahren der Entzerrung von Interferenz zwischen verschiedenen Verbindungen sind das Frequenzsprungverfahren in FDM-Systemen und das Zeitschlitzspringen in CDM-Systemen. Der Name Kanalsprungverfahren wird in dieser Anmeldung für die vorstehend angeführten Verfahren und für andere Verfahren verwendet, die auf einer Veränderung des Kanals basieren. In CDM-Systemen wird eine Interferenz zwischen Verbindungen über die Verwendung von Hash-Codes entzerrt, die ausreichend verschieden sind. Andererseits verwenden bei dem Verfahren alle Verbindungen dieselbe Frequenz, was den Mittelwert wechselseitiger Interferenz merklich erhöht.
Beim Frequenzspringen wird die Frequenz der Verbindung häufig geändert. Die Verfahren können jeweils in schnelles und langsames Frequenzspringen unterteilt werden. Beim schnellen Frequenzspringen wird die Verbindungsfrequenz häufiger als die Frequenz der verwendeten Trägerfrequenz verändert. Beim langsamen Frequenzspringen wird andererseits die Verbindungsfrequenz seltener als die Frequenz der verwendeten Trägerfrequenz geändert.
Im bekannten GSM-System wird das Frequenzspringen beispielsweise derart ausgeführt, dass das individuelle Signalbündel immer auf einer Frequenz gesendet wird, während das im nächsten Zeitschlitz gesendete Signalbündel auf einer anderen Frequenz gesendet wird. Das individuelle Signalbündel kann dabei selbst einem hohen Interferenzpegel unterworfen sein. Allerdings wird aufgrund der Kanalkodierung und Verschachtelung die Verbindung eine ausreichend gute Qualität haben, wenn eine ausreichende Anzahl von Signalbündeln ohne erhebliche Interferenz übertragen werden kann. Mit der Hilfe von Frequenzspringen ist diese Bedingung für individuelle Verbindungen erfüllt, selbst wenn einige Signalbündel einer ziemlich schlechten Interferenz unterworfen sind.
Eine Frequenzsprunganordnung ist in 5 gezeigt, die bei verschiedenen Signalbündeln verwendete Frequenzen veranschaulicht. Sechs Frequenzen, Frequenzen F1–F6 sind zur Verwendung in der Zelle zugewiesen. Das Sprungmuster ist auf eine Weise zyklisch, dass vom Beginn des Zyklus gesehen die Zelle ihre Signalbündel bei Frequenzen F6, F2, F5, F1, F4, F6, F3, F5, F2, F4, F1 sendet, woraufhin der Zyklus wiederholt wird. Weil die Zykluslänge 11 Signalbündel beträgt, verwendet die individuelle Verbindung in einem System beispielsweise gemäß 2 mit Zeitrahmen von acht Zeitschlitzen dieselbe Frequenz in ungefähr jedem fünften Signalbündel. Dadurch wird der bei verschiedenen Frequenzen durch eine Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basissende/Empfangsstation erfahren Schwund auch gut gemittelt. Die besten Ergebnisse hinsichtlich einer Interferenzentzerrung werden durch Frequenzspringen erreicht, wenn die Frequenzsprungmuster, die in nahe aneinanderliegenden Zellen verwendet werden, voneinander unabhängig sind. Dies wird durch die Verwendung sorgfältig ausgewählter periodischer oder pseudozufälliger Frequenzsprungmuster erreicht.
Das Zeitschlitzspringen ist dem Frequenzspringen im Prinzip ziemlich ähnlich. Beim Zeitschlitzspringen wird der bei der Verbindung verwendete Zeitschlitz anstelle der Frequenz ausgetauscht. Auch beim Zeitschlitzspringen müssen die Sprungmuster in nahe beieinander liegenden Zellen voneinander unabhängig sein, um das beste Ergebnis zu erzielen.
Die internationale Patentveröffentlichung WO 96/07284 offenbart ein in zellularen Telekommunikationsnetzen zu verwendendes Verfahren, bei dem angrenzende Zellen ein Cluster bilden. Beim Verfahren der WO 96/07284 wird eine Untergruppe verschiedener Frequenzen einer jeweiligen Zelle zur Verwendung durch die Zelle zugewiesen.
Da die Anzahl an Mobilstationsteilnehmern wächst und Anwendungen, die eine große Bandbreite fordern, wie Multimediaanwendungen, alltäglicher werden, können herkömmliche Verfahren der Kanalzuweisung nicht länger das verfügbare Frequenzspektrum mit ausreichender Effektivität ausnutzen. Durch Situationen, in denen ein begrenztes Frequenzband gemeinsam durch mehrere unterschiedliche Systeme verwendet wird, beispielsweise durch ein Mobilkommunikationssystem und ein drahtloses Bürosystem, werden spezielle Probleme verursacht. Die Aufgabe der Erfindung ist die Verringerung dieser Probleme durch eine effektivere Kanalzuweisung. Diese Aufgabe wird durch das in den unabhängigen Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Idee der Erfindung besteht in der Zuweisung von Kanälen innerhalb einer vorbestimmten Zellengruppe mittels eines dynamischen Kanalzuweisungsverfahrens und der Entzerrung der in der Zellengruppe durch Verbindungen außerhalb der Gruppe der Zellen verursachten Interferenz, beispielsweise durch Frequenz- oder Zeitschlitzspringen. Die Zellengruppen können überlagert sein und können beispielsweise durch die Zellen eines Bürosystems und eines Mobilkommunikationssystems mit breitem Empfangsgebiet, durch die Zellen von Mobilkommunikationssystemen von zwei verschiedenen Betreibern, durch die Zellen eines Netzes gemäß zwei verschiedenen Systemen oder durch die Zellen eines durch einen Betreiber betriebenen Netzes gebildet sein. Sind die Zellengruppen aus Zellen in einem Netz gebildet, kann eine geeignete Größe für die Zellengruppe ausgewählt werden, so dass die Berechnungs- und Signalisierungslast, die durch die zentralisierte dynamische Kanalzuweisung in der Gruppe der Zellen erforderlich ist, leicht zu steuern bleibt.
Ein Kanal kann zur Verwendung durch eine Verbindung zugewiesen werden, wenn sein Interferenzsignal ausreichend niedrig ist. Das Interferenzsignal des Kanals beinhaltet eine bekannte Interferenz innerhalb der Zellengruppe, die durch Verbindungen derselben Zellengruppe verursacht wird, und eine statistisch bekannte Interferenz außerhalb der Gruppe der Zellen, die durch Verbindungen anderer Zellengruppen verursacht wird. Da eine Interferenz außerhalb der Zellengruppe an der Peripherie der Zellengruppe größer als in zentralen Abschnitten der Gruppe ist, darf die Interferenz innerhalb der Zellengruppe, die für den Kanal erlaubt ist, in Zellen an der Gruppenperipherie nicht so hoch sein. Außerdem können bei einer zentralisierten Kanalzuweisung die unterschiedlichen Anforderungen an die Kanalqualität durch verschiedene Verbindungen in Betracht gezogen werden. In mehreren Fällen ist es möglich, eine ausreichende Qualität für die Verbindung in mehreren verschiedenen Zellen und bei mehreren verschiedenen Kanälen zu erreichen. Innerhalb der Gruppe der Zellen kann die Verbindung derart gesteuert werden, dass sie in einer Zelle und einem Kanal aufgebaut wird, die für die Gruppe der Zellen insgesamt am Besten sind.
Über eine Interferenz außerhalb der Gruppe der Zellen sind lediglich statistische Informationen verfügbar. Durch gleichmäßiges Aufteilen der durch Verbindungen in anderen Zellengruppen verursachten Interferenz unter den Verbindungen in der Zellengruppe kann eine höhere Interferenz innerhalb der Zellengruppe für die Verbindungen erlaubt werden. Die Interferenz innerhalb verschiedener Zellengruppen wird durch die Verwendung verschiedener Kanalsprungmuster für die individuellen Zellengruppen entzerrt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird näher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Beispiel des Aufbaus eines Mobilkommunikationsnetzes,
2 ein Beispiel einer Frequenzspektrumaufteilung in Kanäle,
3 die Bildung einer Interferenz in einem Mobilkommunikationssystem,
4 die Auswirkung auf den erlaubten durchschnittlichen Interferenzpegel einer Entzerrung der durch verschiedene Verbindungen erfahrenen Interferenz,
5 ein Frequenzsprungmuster,
6 eine Aufteilung von Zellen in Zellengruppen,
7 eine Anordnung, in der zwei überlagerte Systeme dasselbe Frequenzband verwenden,
8 ein Beispiel einer zentralisierten Zellenauswahl und Kanalzuweisung in einer Gruppe von Zellen,
9 ein Beispiel der Verteilung der durch Verbindungen in anderen Zellengruppen verursachten Interferenz und
10 ein Beispiel einer ausgeglichenen Verteilung der durch Verbindungen in anderen Zellengruppen verursachten Interferenz.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
6 zeigt ein Beispiel der Einteilung von Zellen in Zellengruppen gemäß der Erfindung. Gemäß der Figur sind die Zellen in Zellengruppen A bis G eingeteilt, die jeweils sieben Zellen enthalten. In jeder Gruppe von Zellen gibt es eine CU (Zentraleinheit), die durch ein Rechteck angegeben ist, die sich um die zentralisierte dynamische Zuweisung von Kanälen in der Gruppe der Zellen kümmert. Zellengruppen können überlagert sein, und sie können beispielsweise durch die Zellen eines Bürosystems und eines mobilen Kommunikationssystems mit breitem Empfangsbereich (beispielsweise GSM), durch die Zellen eines mobilen Kommunikationssystems zweier verschiedener Betreiber, durch die Zellen eines Netzes gemäß zwei verschiedenen Systemen oder durch die Zellen eines Mobilkommunikationssystems eines Betreibers gebildet sein. Die Zentraleinheit CU ist ein Netzelement mit Informationen über Schwund auf Funkkanälen zwischen Basissende-/Empfangsstationen von Zellen in der Zellengruppe und Mobilstationen, die aktive Rufe in den Zellen durchführen, und die Zuweisungssituation von Kanälen in der Gruppe der Zellen. In einem bekannten GSM-System ist ein derartiges Netzelement beispielsweise eine Basisstationssteuereinrichtung BSC. Obwohl die Verwendung einer dynamischen Kanalzuweisung in allen Zellengruppen von Vorteil ist, kann die Erfindung auch in Vorrichtungen verwendet werden, in denen Kanäle lediglich in einigen Zellengruppen dynamisch zugewiesen werden. Es müssen auch nicht alle Zellen unbedingt zu einer Gruppe von Zellen gehören. Wird beispielsweise die Kapazität eines zellularen Funknetzes durch Ergänzen eines arbeitenden Makrozellennetzes durch ein Mikrozellennetz erhöht, können überlagerte Mikrozellen und Makrozellen derart angeordnet werden, dass lediglich die kleineren Mikrozellen in Zellengruppen eingeteilt werden, in denen Kanäle dynamisch entsprechend der bekannten Zuweisungssituation zugewiesen werden. Durch Verwendung eines Kanalsprungverfahrens, das der Gruppe der Zellen gemeinsam ist, kann die untereinander durch Mikrozellen und Makrozellen verursachte Interferenz derart ausgemittelt werden, dass die Qualität aller Verbindungen ausreichend gut bleibt, ohne das bereits fertige Frequenzdesign der Makrozellen unbedingt zu ändern.
7 zeigt eine Situation, in der zwei überlagerte Systeme, ein Bürosystem und ein Mobilkommunikationssystem, dasselbe Frequenzband verwenden. Zellen GSM1 und GSM2 sind Zellen in einem Mobilkommunikationssystem, dessen Kanäle mit der Hilfe eines zuvor ausgebildeten Netzentwurf fest zugewiesen werden. Zellen O1, O2, O3 und O4 gehören zu einem Bürosystem, das im selben Frequenzband wie das Mobilkommunikationssystem arbeitet, wobei die Zuweisung der Kanäle in der Zentraleinheit des Bürosystems durchgeführt wird. Die Systeme kennen die jeweils andere Zuweisungssituation nicht, weshalb sie lediglich statistische Informationen über eine vom anderen System verursachte Interferenz haben können.
Ein Vorteil einer zentralisierten dynamischen Kanalzuweisung besteht darin, dass eine aufzubauende Verbindung immer in der Zelle und in dem Kanal aufgebaut werden kann, die insgesamt am Besten sind. Es wird eine Situation in 8 gezeigt und untersucht, in der Zellen S1–S7 zur selben Gruppe von Zellen gehören. Eine Mobilstation MSA hat eine Verbindung mit der Basissende/Empfangsstation der Zelle S3. Die Träger-Zu-Interferenzbreite in der Downlink-Richtung von der Basissende-/Empfangsstation zur Mobilstation ist aufgrund des hohen Schwunds des Funkkanals klein. Eine Mobilstation MSB fordert einen Verbindungsaufbau zur Zelle S1 an. Beruhend auf Informationen im Netzelement (nicht gezeigt), das sich um die zentralisierte Zuweisung von Kanälen in der Zellengruppe kümmert, erhält die Mobilstation MSB die bestmögliche Verbindungsqualität in der Zelle S1, und eine etwas schlechtere aber noch adäquate Qualität mit der Basissende-/Empfangsstation in der Zelle S6. Somit wäre die beste Lösung allein für die MSB der Aufbau der Verbindung mit der Basissende/Empfangsstation in der Zelle S1. Allerdings würde die Übertragung der Zelle S1 dann eine zusätzliche Interferenz für ein Downlink-Signal verursachen, das von der Basissende-/Empfangsstation BTS3 zur Mobilstation MSA läuft, die bereits eine kleine Träger-Zu-Interferenzbreite hat. Dementsprechend interferiert die Verbindung zwischen der Mobilstation MSB und der Basissende-/Empfangsstation BTS6 nicht wesentlich mit dem durch die MSA empfangenen Downlink-Signal. Diese Informationen sind auch für das Netzelement verfügbar, das die zentralisierte Kanalzuweisung vornimmt, so dass die Mobilstation MSB auf eine Verbindung mit der Basissende-/Empfangsstation der Zelle S6 gelenkt werden kann. Dabei erhalten sowohl die MSA als auch die MSB eine ausreichend gute Verbindung mit ihren Basissende/Empfangsstationen.
Die durch Verbindungen verursachte Interferenz beinhaltet eine Interferenz I(eigen) innerhalb der Zellengruppe, die durch andere Verbindung in derselben Zellengruppe verursacht wird, und eine Interferenz I(andere) außerhalb der Zellengruppe, die durch andere Zellengruppen verursacht wird. Von diesen kann die durch Verbindungen in derselben Zellengruppe verursachte Interferenz I(eigen) durch die Zentraleinheit gesteuert werden. Obwohl die Zentraleinheit keine Informationen über die Zuweisungssituation von Kanälen in anderen Zellengruppen hat, hat sie statistische Informationen über die Interferenz I(andere), die von außerhalb der Zellengruppe kommt. Die Interferenz außerhalb der Zellengruppe ist natürlich im Peripheriebereich der Zellengruppe größer als in Zentralbereichen der Gruppe. Andererseits verursachen Verbindungen in Zellen am Peripheriebereich der Zellengruppe bei anderen Zellengruppen mehr Interferenz als die Verbindungen von Zellen in Zentralbereichen.
Eine Anforderung einer Kanalzuweisung ist, dass die Träger-Zu-Interferenzbreite CIRM die geforderte minimale Anforderung CIRM (min) um nicht weniger als eine vorbestimmte Wahrscheinlichkeit von beispielsweise 95% überschreitet. Die Signalstärke C kann mit Hilfe von Messungen bestimmt werden, weshalb zum Erfüllen dieser Minimalanforderung ein Auftreten einer Interferenz vom Kanal gefordert werden muss, die unter einer bestimmten Grenze I(max) liegt. Somit muss die gesamte Inferenz I = I(eigen) + I(andere) mit der inneren Interferenz (I)(eigen) und der statistisch bekannten Interferenz I(andere) außerhalb der Zellengruppe unter der Grenze I(max) mit 95% Wahrscheinlichkeit liegen. Der Kanal kann beruhend auf der bekannten Interferenz innerhalb der Zellengruppe zugewiesen werden, wenn I(eigen) < I(max) – I(andere, 95%) ist, wobei I(andere, 95%) ein Interferenzwert ist, den die durch Verbindungen anderer Zellengruppen verursachte Interferenz in 95% der Fälle unterschreitet.
Es wird eine Situation als Beispiel untersucht, in der 100 Einheiten als Maximalwert eines Interferenzauftretens auf dem Kanal erlaubt ist, und die Verteilung der durch andere Zellengruppen verursachten Interferenz wie in 9 gezeigt ist. Die Figur zeigt die Wahrscheinlichkeit eines Interferenzauftretens als Funktion der Interferenzstärke, die in relativen Einheiten dargestellt ist. Die durch andere Zellengruppen verursachte Interferenz ist durchschnittlich 50 Einheiten, da die Verteilung aber relativ breit ist, ist die Interferenz in 5% der Fälle über 75 Einheiten. Unter diesen Umständen kann der Kanal zugewiesen werden, wenn die durch andere Verbindungen der Zellengruppe verursachte Interferenz bei dem Kanal kleiner als I(eigen, max) = 25 Einheiten ist.
Erfindungsgemäß wird die bei verschiedenen Kanälen durch andere Zellengruppen verursachte Interferenz mit der Hilfe eines Frequenz- oder Zeitschlitzspringens entzerrt bzw. ausgeglichen. Innerhalb der Zellengruppe springen alle Verbindungen mit derselben Sprungsequenz. Zum Entzerren der Interferenz zwischen Gruppen werden Sprungsequenzen in verschiedenen Zellengruppen verwendet, die so unabhängig als möglich voneinander sind. Die in 9 gezeigte Verteilung wird aufgrund der Entzerrung schärfer. Eine entzerrte Verteilung ist in 10 gezeigt. Die Entzerrung beeinflusst nicht den Durchschnittsinterferenzwert, der bei einem Standard von 50 Einheiten bleibt, aber die Interferenz ist in 95% der Fälle sowieso unter 55 Einheiten. Der Kanal kann dabei zugewiesen werden, wenn die bei dem Kanal durch andere Verbindungen der Zellengruppe verursachte Interferenz kleiner als I(eigen, max) = 46 Einheiten ist. Durch Entzerren der Interferenz zwischen Zellengruppen ist es somit möglich, eine höhere Interferenz in der Zellengruppe zu erlauben. Dies wiederum macht es möglich, Kanäle enger aneinander neu zu verwenden, wodurch die Netzkapazität ansteigt.
Die Auswirkung der erfindungsgemäßen Interferenzentzerrung wird mit Hilfe des folgenden vereinfachten Beispiels untersucht. In 6 werden Zellengruppen A, B und C untersucht. Zwei Frequenzen, Frequenzen F1 und F2, sind zur Verwendung durch das System zugewiesen. Verwenden zwei Verbindungen dieselbe Frequenz in angrenzenden Zellengruppen, steigt das Bitfehlerverhältnis BER gegenseitig interferierender Verbindungen auf einen Wert von 1,25·10^–5 an. Wird der durch die Verbindung verwendete Kanal nicht in angrenzenden Zellengruppen verwendet, ist das Fehlerverhältnis viel geringer, 2·10^–6. Dank der verwendeten Kanalkodierung, Verschachtelung und Neuübertragungen ist die Qualität der Verbindung ausreichend gut, wenn das Bitfehlerverhältnis unter einem Wert von 10^–5 bleibt.
Frequenzen können zur Verwendung durch die Gruppen fest zugewiesen werden, beispielsweise derart, dass die Frequenz F1 in der Gruppe A und die Frequenz F2 in den Gruppen B und C verwendet wird. Sind dann gleichzeitige Verbindungen in den Gruppen B und C vorhanden, wäre ihre BER 1,25·10^–5. Mit diesem Verfahren könnte das System somit nicht in der Praxis arbeiten, wenn die zwei verwendeten Frequenzen F1 und F2 gegeben sind.
Obwohl die Qualität der Verbindungen in den Zellengruppen B und C in der vorstehend dargestellten Situation zu schlecht ist, ist das Bitfehlerverhältnis der Verbindung in der Zellengruppe A entsprechend klar unter dem Grenzwert von 10^–5. Sind die Bitfehlerverhältnisse der Verbindungen erfolgreich gleichmäßig unter den Verbindungen aufgeteilt, hätten alle eine BER = 9·10^–6, was eine ausreichende Qualität der Verbindung für alle Verbindungen garantieren würde.
Die Interferenz zwischen Verbindungen kann mit der Hilfe von Frequenzspringen ausgeglichen werden. Beim Frequenzspringen werden verschiedene Frequenzen in unterschiedlichen Zellengruppen in verschiedenen Signalbündeln verwendet. Beispielsweise kann die folgende Sequenz als Frequenzsprungsequenz verwendet werden, die sich in Zyklen von drei Signalbündeln wiederholt:
In den ersten Signalbündeln der Sequenz verwenden A und B dabei dieselbe Frequenz F1, wodurch in den Signalbündeln der Verbindungen in den Gruppen A und B die Bitfehlerrate BER = 1,25·10^–5 und in den Signalbündeln der Verbindung in der Gruppe B die BER = 2·10^–6 beträgt. Bei dem zweiten Signalbündel verwenden die Gruppen B und C dieselbe Frequenz F2, weshalb in den Signalbündeln ihrer Verbindungen die BER = 1,25·10^–5 und in dem Signalbündel der Verbindung B die BER = 2·10^–6 ist. 9·10^–6 wird als durchschnittliche Bitfehlerrate BER dreier Signalbündel in der Sequenz für alle Verbindungen erhalten, was eine gute Qualität für alle Verbindungen garantiert.
Zum Implementieren der Erfindung ist es nicht erforderlich, dass eine Frequenzsprungsequenz in allen Zellen verwendet wird, die eine Interferenz für die Zellengruppe verursachen. Beispielsweise ist in der Situation gemäß 7, in der Kanäle fest für Zellen GSM1 und GSM2 zugewiesen sind, ein Kanalsprungmuster zum Entzerren der Interferenz ausreichend, das für die Zellen gleichmäßig ist und das in der Zellengruppe aus den Zellen O1, O2, O3 und O4 verwendet wird.
Vorteile des Frequenzspringens sind beispielsweise eine untergeordnete Anforderung eines Vorabentwurfs. Ein ausreichender Entwurf ist, dass Sprungmuster, die so unterschiedlich als möglich sind, für die verschiedenen Zellengruppen verfügbar gemacht werden. In ihrer einfachsten Form können Sprungmuster als Pseudozufallsreihen zugewiesen werden. Die durch Verbindungen erfahrene Interferenz kann auch mit einem bekannten Zeitschlitzspringen neben oder anstelle des Frequenzspringens entzerrt werden.
Die Qualität einer Verbindung wird nicht nur durch die Bitfehlerrate beeinflusst, die bei dem Funkkanal erreicht wird, sondern auch durch die Anfälligkeit der übertragenen Informationen für Übertragungsfehler. Die unterschiedlichen Anforderungen von verschiedenen Verbindungen bezüglich der Funkkanalqualität können bei einer zentralisierten dynamischen Kanalzuweisung berücksichtigt werden, die innerhalb der Gruppe der Zellen durchgeführt wird. Bei der zentralisierten Kanalzuweisung kann die Anforderung CIR (min), die an das Träger-Zu-Interferenzverhältnis CIR des Kanals der Verbindung gemacht werden muss, beispielsweise für verschiedene Arten einer Telekommunikation verschieden sein, wie eine Übertragung von Sprache, Video oder Datensignalen. Es ist insgesamt auch von Vorteil, derartige Verbindungen, die mit der Hilfe einer effektiveren Kanalkodierung, längeren Verschachtelung und Neuübertragungen eine ausreichend gute Verbindungsqualität selbst auf einem schlechteren Funkkanal erreichen, in einer Zelle zu platzieren, wo sie mit anderen so wenig als möglich interferieren.
Da beispielsweise Videodaten ziemlich strenge Anforderungen sowohl an die Übertragungsverzögerung als auch eine Übertragungsfehlerlosigkeit stellen, kann die höchste CIR-Anforderung an Videodaten gestellt werden. Sprachdaten stellen strenge Anforderungen an die Verzögerung, tolerieren aber relativ viele Übertragungsfehler. Somit ist es mit einem geringeren Träger-Zu-Interferenzverhältnis als bei Videodaten getan. Bei einer Datenübertragung gibt es keine signifikanten Einschränkungen bezüglich der Verzögerung, jedoch toleriert eine Datenübertragung überhaupt keine Übertragungsfehler. Eine fehlerlose Übertragung wird durch die Verwendung eines hohen CIR-Wertes und auch durch die Verarbeitung der zu übertragenden Daten vor der Übertragung zum Funkkanal in einer Form mit einer besser Toleranz gegenüber Übertragungsfehlern erreicht. Die Übertragungsfehlertoleranz kann beispielsweise durch die Verwendung einer mächtigen Kanalkodierung, eines langen Verschachtelungszyklus und von Neuübertragungen fehlerhafter Rahmen verbessert werden, obwohl diese eine zusätzliche Verzögerung beim Datentransfer verursachen. Da die Datenübertragung durch eine Verzögerung nicht erheblich eingeschränkt wird, kann sie das niedrigste CIR-Erfordernis überhaupt mit der Hilfe der Kanalkodierung erhalten, und die Verbindung kann zu einer Zelle gerichtet werden, wo sie so wenig Interferenz als möglich bei anderen verursachen wird, was insgesamt von Vorteil ist.

Claims

Verfahren zur Kanalzuweisung in einem Funksystem mit Zellen (A1, A2, ..., A7, B1, B2, ..., B7), die durch Funkempfangsgebiete von Basissende-/empfangsstationen definiert sind, die zum Unterhalten von Verbindungen mit Mobilstationen eingerichtet sind, mit den Schritten Bilden einer Zellengruppe (A) mit zumindest zwei Zellen (A1, A2), Verwenden zumindest eines Kanalsprungverfahrens zur Mittelung einer Interferenz zwischen Verbindungen, Verwenden eines ersten Kanalsprungmusters, das der Zellengruppe (A) gemeinsam ist, und Zuweisen von Kanälen in der Zellengruppe (A) mittels eines dynamischen Kanalzuweisungsverfahrens, das auf einem Wissen von Interferenzen beruht, die durch die Verbindungen in der Zellengruppe untereinander entsprechend der Zuweisungssituation der Zellengruppe verursacht werden, gekennzeichnet durch die Schritte Verwenden anderer Kanalsprungmuster, die sich von dem ersten Kanalsprungmuster unterscheiden, in Zellen (B1, B2, ..., B7) außerhalb der Zellengruppe, die eine Interferenz für die Zellengruppe (A) verursachen, und Aufbauen einer Verbindung in der Zellengruppe (A) in einer bestimmten Zelle, für die die sich ergebende Interferenz, eine durch Verbindungen innerhalb der Zellengruppe verursachte Interferenz und eine durch die Zellen außerhalb der Zellengruppe verursachte statistisch bekannte Interferenz, insgesamt für die Zellengruppe minimal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kanalsprungmuster ein Frequenzsprungmuster ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Frequenzsprungmuster ein Pseudozufallsfrequenzsprungmuster ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Frequenzsprungmuster ein zyklisches Frequenzsprungmuster ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kanalsprungmuster ein Zeitschlitzsprungmuster ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Zeitschlitzsprungmuster ein Pseudozufallszeitschlitzsprungmuster ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Zeitschlitzsprungmuster ein zyklisches Zeitschlitzsprungmuster ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Zellen (A1), die sich zentral in der Zellengruppe befinden, eine durch Verbindungen in derselben Zellengruppe verursachte größere Interferenz als in Zellen (A2) erlaubt ist, die sich an der Peripherie der Zellengruppe (A) befinden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei Zellengruppen gebildet werden, von denen eine Zellengruppe durch die Zellen (O1, O2, O3, O4) eines Bürosystems gebildet wird, während die andere Zellengruppe durch die Zellen (GSM1, GSM2) eines zellularen Funksystems gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest zwei Zellengruppen gebildet werden, die Zellen desselben Netzes enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest zwei Zellengruppen gebildet werden, von denen eine Zellengruppe durch die Zellen eines zellularen Funknetzes eines Betreibers gebildet wird, während die andere Zellengruppe durch die Zellen eines zellularen Funknetzes eines anderen Betreibers gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest zwei Zellengruppen gebildet werden, von denen eine Zellengruppe durch die Zellen eines ersten zellularen Funksystems gebildet wird, während die andere Zellengruppe durch die Zellen eines anderen zellularen Funksystems gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest zwei Zellengruppen gebildet werden, von denen eine Zellengruppe durch die Zellen eines ersten Bürosystems gebildet wird, während die andere Zellengruppe durch die Zellen eines anderen Bürosystems gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsgebiet der Zellen in der Zellengruppe zumindest teilweise dem Empfangsgebiet von Zellen in einer anderen Zellengruppe überlagert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsgebiet der Zellen in der Zellengruppe zumindest teilweise dem Empfangsgebiet zumindest einer Zelle überlagert ist, die nicht zu der Zellengruppe gehört.
Vorrichtung zur Kanalzuweisung in einem Funksystem mit Zellen (A1, A2, ..., A7, B1, B2, ..., B7), die durch Funkempfangsgebiete von Basissende-/empfangsstationen definiert sind, die zum Unterhalten von Verbindungen mit Mobilstationen eingerichtet sind, mit einer Einrichtung zum Bilden einer Zellengruppe (A) mit zumindest zwei Zellen (A1, A2), einer Einrichtung zum Auswählen zumindest eines Kanalsprungverfahrens, das zur Mittelung einer Interferenz zwischen Verbindungen zu verwenden ist, einer Einrichtung zum Auswählen eines ersten Kanalsprungmusters, das der Zellengruppe (A) gemeinsam ist, zur Verwendung in der Zellengruppe, und einer Einrichtung zum Zuweisen von Kanälen in der Zellengruppe (A) mittels eines dynamischen Kanalzuweisungsverfahrens, das auf einem Wissen von Interferenzen beruht, die durch die Verbindungen in der Zellengruppe untereinander entsprechend der Zuweisungssituation der Zellengruppe verursacht werden, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Auswählen anderer Kanalsprungmuster, die von dem ersten Kanalsprungmuster verschieden sind, zur Verwendung in Zellen (B1, B2, ..., B7) außerhalb der Zellengruppe, die bei der Zellengruppe (A) eine Interferenz verursachen, und eine Einrichtung zum Aufbauen einer Verbindung in der Zellengruppe (A) in einer bestimmten Zelle, für die die sich ergebende Interferenz, eine durch Verbindungen innerhalb der Zellengruppe verursachte Interferenz und eine durch die Zellen außerhalb der Zellengruppe verursachte statistisch bekannte Interferenz, insgesamt für die Zellengruppe (A) minimal ist.