DE69927442T2

DE69927442T2 - Verkehrslastverteilung in einem zellularen Funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69927442T2
Application number: DE1999627442
Authority: DE
Inventors: Camille Veyres
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2019-07-10
Also published as: FR2781109B1; EP0971552B1; DE69927442D1; EP0971552A1; ES2251166T3; FR2781109A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System für den Mobilfunkverkehr, insbesondere auf ein Mobilfunksystem GSM 900 oder DCS 1800.
Im Folgenden und sofern dies nicht anders verfügt wird, wird sich auf das nicht beschränkende Beispiel eines Mobilfunksystems des Typs GSM 900 bezogen. Die Kürzel GSM stehen für "Global System for Mobiles", was in Englisch so viel bedeutet wie "Globales System für Mobile".
Ein solches System (1) umfasst mobile Stationen und feste Kommunikationseinrichtungen.
Die mobilen Stationen sind die physischen Einrichtungen, die von den Benutzern des Systems verwendet werden. Es handelt sich insbesondere um Geräte, die in 1 mit MS bezeichnet sind und die in Fahrzeugen montierte Stationen, mobile Stationen oder Mobiltelefone sein können.
Die festen Kommunikationseinrichtungen umfassen Basisstationen (Base Transmitter Station in englischer Sprache) nachfolgend BTS genannt, um Sprach- oder Datensignale mit den mobilen Stationen auszutauschen (Sendung und Empfang).
Genauer gesagt, gewährleisten die BTS eine Funktion der Modulation/Demodulation von Funk-Trägerwellen durch diese Sprach- oder Datensignale und eine Funktion der Transposition und des Multiplexing/Demultiplexing von diesen Funk-Trägerwellen in das dem Betreiber bereit gestellt Band.
Zu diesem Zweck umfasst jede BTS eine Hard- und Software, welche den Austausch von Funksignalen mit den Mobilstationen ermöglicht, die sich in ihrer Reichweite, in jeder ihrer beiden möglichen Richtungen, befinden.
Insbesondere umfasst jede BTS Sender/Empfänger in der gleichen Anzahl wie die Anzahl von durch die BTS verwendeten Funk-Trägerwellen. In der Terminologie der Systeme GSM 900 und im Folgenden werden diese Einrichtungen TRX genannt.
Darüber hinaus ist jede BTS mit wenigstens einer Antenne verbunden, die eine Schnittstelle mit der Luft bildet. Ferner gewährleisten die festen Sende/Empfang-Funkeinrichtungen eine Verstärkung der Leistung und der Kopplung an den Antennen zur Übertragung von modulierten Trägerwellen. Im Folgenden werden diese Einrichtungen Relais genannt.
Die Reichweite einer BTS, das heißt, das geographische Gebiet, in welchem die Kommunikationen mit den mobilen Stationen mit Hilfe dieser BTS übertragen werden, wird als BTS-Zone oder Abschnitt bezeichnet. Das durch das Mobilfunksystem abgedeckte geographische Gebiet ist somit in ein Netz von Abschnitten unterteilt, das auch als "Mobilnetz" bezeichnet wird.
Die festen Kommunikationseinrichtungen des Systems umfassen zudem Kontrolleinrichtungen für die Basisstationen (Base Stations Controller in englischer Sprache), nachfolgend BSC genannt, die eine Funktion der Steuerung und Kontrolle der BTS gewährleisten. Jede BTS ist mit einer BSC verbunden. Jede BSC kann mit ein oder mehreren BTS verbunden sein, um diese zu steuern und zu kontrollieren.
Die festen Kommunikationseinrichtungen umfassen schließlich Umschalter für Mobildienstleistungen (Mobiles Services Commutator in englischer Sprache), die nachfolgend MSC genannt werden, die für die Mobilstationen, die in einem als MSC-Zone bezeichneten Gebiet des durch das System abgedeckten geographischen Bereichs liegen, alle notwendigen Schaltfunktionen gewährleisten. Anders ausgedrückt, ist ein MSC ein automatischer Umschalter in der Telephonie. Er ist mit ein oder mehreren Telekommunikations-Festnetzen verbunden, wie dem vermittelten Fernsprechnetz (RTC), das für die Übertragung von Sprache bekannt ist, oder das dienstintegrierte Digitalnetz (ISDN), das für die Übertragung von Sprache und Daten bekannt ist. Er gewährleistet und aktualisiert die Ortsbestimmung von mobilen Stationen und wendet die Prozeduren an, die für die Kommunikationsvermittlung unter Berücksichtigung der mobilen Eigenart der Benutzer vorgesehen sind.
Die Schnittstelle zwischen einem MSC und einer BSC wird als Schnittstelle A bezeichnet und die Schnittstelle zwischen einer BSC und einer BTS wird als Schnittstelle Abis genannt. Dieses sind die Drahtverbindungen (verdrillte Kupferpaare), die eine Zahlenmenge in der Größenordnung von 2 Mbits/s (Megabits pro Sekunde) beinhalten. Diese Schnittstellen sind normiert, um den Zusammenbau von Einrichtungen unterschiedlicher Herkunft zu ermöglichen.
Das Dokument WO-A-97-14260 beschreibt ein Mobilnetz des Typs "Overlay-Underlay". Das verfügbare Spektrum ist in zwei Gruppen aufgeteilt. In Frequenzen mit normalem Wiederverwendungswert (normale Frequenzen) und in Frequenzen mit höherem Wiederverwendungswert (Superfrequenzen).
Dieses Netz umfasst eine Mehrzahl von Zellen. Jede Zelle weist ein Relais auf, das für diese geeignet ist. Jede Zelle weist auch eine BTS auf. Der durch das Netz abgedeckte Bereich wird durch zwei getrennte Lagen abgedeckt:

– eine obere Lage von kontinuierlichen Zellen benutzt die normalen Frequenzen und ist für Kommunikationen bestimmt, die sich innerhalb der Zellengrenze ergeben. Die Weiterschaltungen zwischen den Zellen der oberen Lage werden in bekannter Weise durchgeführt;
– eine untere Lage von Zellen bildet nicht kontinuierliche Inseln und nutzt die Superfrequenzen, um mit den Mobilgeräten, die sich in der Nähe der BTS befinden, zu kommunizieren.

Eine BTS eines solchen Netzes ist gleichzeitig in einer Zelle der oberen Lage und in einer Zelle der unteren Lage angeordnet. Entsprechend der durch die BTS ausge führten Interferenzmessungen schaltet BTS zwischen ihrem Relais der oberen Lage und ihrem Relais der unteren Lage um.
Gemäß den Vorschriften der Norm GSM 05-05 kann nur ein System von Trägerwellen verwendet werden, das für die Richtung Mobilnetz zu Festnetz (steigende Strecke genannt) in einem ersten Frequenzband zwischen 890 und 915 MHz (Megahertz) liegt und für die Richtung Festnetz zu Mobilnetz (fallende Strecke genannt) in einem zweiten Frequenzband zwischen 935 und 960 MHz liegt.
In jedem dieser beiden Bänder können die Systeme tatsächlich nur 124 bestimmte frequente Trägerwellen nutzen, die in einem Schritt von 200 kHz (Kilohertz) voneinander in Abstand liegen. In einem bestimmten geographischen Raum wird die exklusive Verwendung der ein oder anderen Trägerwelle durch das ein oder andere System durch die öffentliche Verwaltung reglementiert. Das heißt, wenn mehrere durch unterschiedliche Betreiber gesteuerte Systeme in ein und demselben geographischen Raum koexistieren, muss jeder Betreiber darauf achten, dass er nur auf den 124 Trägerwellen sendet, die für ihn reserviert sind, damit die für seine Konkurrenten reservierten Trägerwellen nicht gestört werden.
Eine Trägerwelle des ersten Bandes und eine Trägerwelle des zweiten Bandes sind einander zugeordnet, um einen bidirektionalen Telefonkreis zu bilden. Der Abstand zwischen diesen zwei Trägerwellen wird Duplexabstand genannt. Dieser Abstand ist konstant. Für ein System des Typs GSM 900 beträgt er 45 MHz.
Aufgrund der beschränkten Anzahl von somit verfügbaren bidirektionalen Telefonkreisen, nutzt jeder Betreiber tatsächlich ein und dieselbe Trägerwelle in mehreren Abschnitten, die voneinander ausreichend entfernt liegen, um jede Gefahr von Interferenzen zwischen den entsprechenden Telefonkreisen zu vermeiden.
Genauer gesagt, wird eine Gruppe von mehreren Trägerwellen in dem ersten Band (und ihre dem zweiten Band zugeordneten Trägerwellen) einer Gruppen von mehreren BTS zugewiesen, deren Abschnitte geographisch nicht kontinuierlich sind.
Zum Beispiel werden in dem System des Betreibers FRANCE TELECOM, in welchem 62 Trägerwellen in jedem Band reserviert sind (nämlich ein Spektrum von 12 MHz Breite), die Trägerwellen in zwölf Gruppen von je fünf Trägerwellen unterteilt (zwei Trägerwellen werden nicht genutzt). Im Folgenden wird der Ausdruck "Farbe" verwendet, um eine solche Gruppe von Trägerwellen zu bezeichnen. Diese zwölf Farben sind jeweils zwölf geographisch kontinuierlichen Abschnitten zugeteilt.
In 1 sind schematisch die wesentlichen Einrichtungen eines Mobilfunksystems gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Drei BTS, deren Abschnitte S1, S2 und S3 benachbart sind, sind um ein und denselben als Basis bezeichneten Standort herum gruppiert und sind jeweils mit drei Richtantennen verbunden, die in Richtungen von 120° zueinander ausgerichtet sind. Diese drei Abschnitte bilden eine Zelle C1. Ebenso werden drei weitere Zellen C2, C3 und C4 jeweils von drei Abschnitten gebildet, die jeder einen Winkel von 120° abdeckt, S4–S6, S7–S9 bzw. S10–S12. Man spricht von in drei Abschnitte unterteilte Zellen. Im Zentrum jeder Zelle befindet sich eine Basis, welche die BTS der drei Abschnitte der Zelle beinhaltet.
Eine Zelle ist in schematischer Weise allgemein durch ein Sechseck dargestellt, wie dies auch in 1 zu sehen ist.
Der durch das Mobilfunksystem abgedeckte geographische Raum ist somit in diesem Beispiel in ein Netz aus Zellen mit drei Abschnitten segmentiert, und zwar mit einem Zuordnungsplan für Frequenzen, der durch Basismuster aus vier Zellen und zwölf Farben gebildet wird und, umgangssprachlich, so oft wie nötig reproduziert wird, wobei die Ausdrücke "Abschnitt" und "Zelle" im Folgenden unterschiedslos dazu verwendet werden, eine BTS-Zone zu bezeichnen.
Eine gegebene BTS nutzt somit die Frequenzen einer einzigen Farbe für die Kommunikationen mit den Mobilgeräten, die in der ihr zugeordneten Zelle vorhanden sind. Die BTS umfasst somit so viele TRX wie es Trägerwellen in der Farbe gibt. In dem obigen Beispiel umfassen die BTS fünf TRX.
Ferner wird die Zeitachse in regelmäßige Zeitintervalle unterteilt (Time Slots in englischer Sprache), nachfolgend IT genannt, deren Dauer 0,577 ms beträgt. Acht solcher aufeinander folgender Intervalle bilden ein Halbbild. Ein Halbbild dauert somit 4,6 ms. Innerhalb eines Halbbildes werden die IT durch eine Zahl von Null bis Sieben markiert. Die sich wiederholende Folge von ITs mit der gleichen Zahl bildet einen physischen Kanal für die Übertragung von Daten oder von Sprache. Praktisch sind im Mittel nur sieben IT je Halbbild für die Übertragung von Nutzdaten verfügbar. Es gibt somit sieben physische Kanäle, die für die Trägerwellen verfügbar sind.
Natürlich lässt sich diese Unterteilung der Zeitachse in Intervalle ebenso auf die steigende Strecke als auch die fallende Strecke anwenden. Jedoch ist die Nummerierung der ITs für die steigende Strecke und die Nummerierung der ITs für die fallende Strecke um drei Einheiten verschoben. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass eine mobile Station nicht gleichzeitig senden und empfangen kann.
Es ist also eine doppelte zeitliche und frequenzabhängige Verschachtelung von physischen Kanälen für die steigende Strecke und der zugeordneten physischen Kanäle für die fallende Strecke festzustellen.
Darüber hinaus nutzt die Mehrzahl der Systeme für den Mobilfunkverkehr GSM 900 die durch die Norm GSM vorgesehene Möglichkeit eines langsamen Frequenzsprunges. Wie man weiß, besteht diese Funktionalität darin, in periodischer Weise (bei jedem Halbbild, nämlich alle 4,6 ms) die Zuordnung von Frequenzen zu den Farben der unterschiedlichen Abschnitte des Basismusters des Mobilnetzes zu modifizieren. Dieser Frequenzsprung ermöglicht, die Wirkung eines möglichen Rauschens, das eine bestimmte Frequenz stören könnte, unter mehreren physischen Kanälen aufzuteilen. Diese Aufteilung äußert sich in einer Homogenisierung von Werten des Verhältnisses Signal/Rauschen der unterschiedlichen physischen Kanäle und folglich in einer Verbesserung der Gesamtqualität von Funkverbindungen.
In jedem IT wird eine Reihe von 148 Bits gesendet, die 114 Bits mit Nutzinformationen aufweisen. Die restlichen Bits sind Servicebits, insbesondere zur Signalisierung und Synchronisierung. Die Servicebits umfassen insbesondere eine Folge von 26 Bits, die mitten in der Reihe angeordnet sind, "Lernsequenz" genannt, und zum Zwecke ihrer guten Autokorrelationseigenschaften gewählt wird. Diese Sequenz hat die Aufgabe, die Synchronisation des physischen Kanals zu erlauben, trotz der Phänomene mehrfacher Verläufe, die in jeder Ausbreitung des Funksignals enthalten sind.
Unterschiedliche Typen von Logikkanälen werden auf den physischen Kanälen multiplext. Tatsächlich gibt es unter diesen Logikkanälen zwei Typen: einerseits Verkehrskanäle (Trafic Channel in englischer Sprache), nachfolgend als TCH-Kanäle bezeichnet, und andererseits Kontroll- oder Signalisierungskanäle (Control Channel in englischer Sprache), nachfolgend als CCH-Kanäle bezeichnet.
Die ersteren dienen der Übertragung der durch die Benutzer erzeugten Sprache oder Daten (die Trägerwellen, welche die TCH-Kanäle unterstützen, werden manchmal als Konversations-Trägerwellen oder Verkehrs-Trägerwellen bezeichnet).
Die zweiten dienen der Übertragung von notwendigen Informationen an die Steuerung des Systems. Insbesondere umfassen die CCH-Kanäle einen Sendekanal (Broadcast Control Channel in englischer Sprache), nachfolgend BCCH-Kanal, der an die mobilen Stationen Informationen liefert, die sich auf die Zelle beziehen, in welcher sich jene befinden, sowie auf benachbarte Zellen. Der BCCH-Kanal ist ein Kanal in der Richtung Festnetz zu Mobilnetz. Die Trägerwelle, welche diesen Kanal unterstützt, nachfolgend als "F_BCCH-Trägerwelle" oder "Markierungsträger" bezeichnet, wird mit einer konstanten Frequenz und ohne Niveauregelung gesendet (tatsächlich wird sie mit der maximal zulässigen Leistung für die Zelle gesendet).
Eine Trägerwelle F_BCCH ist jedem Abschnitt des Basismusters zugeordnet. Ein mobiles Netz mit dem Basismotiv mit n-Abschnitten benötigt somit wenigstens n-Trägerwellen F_BCCH. Ferner werden die Trägerwellen F_BCCH keinem langsamen Frequenzsprung ausgesetzt.
Jede mobile Station umfasst Mittel zum Messen des Pegels aller Trägerwellen F_BCCH, die sie diesen zum Messen auferlegt, nämlich die Trägerwelle F_BCCH, die der Zelle zugeordnet ist, in welcher sie sich befindet, und die Trägerwellen F_BCCH, die den Zellen zugeordnet sind, die dieser Zelle benachbart sind. Die mobilen Stationen umfassen auch Mittel zum Senden eines Messberichts nach Berechnung eines Mittelwertes über eine bestimmte Anzahl von Messungen, wobei dieser Bericht Informationen über die Qualität von empfangenen Informationen beinhaltet, und zwar im Hinblick darauf, die interzellulare Weiterschaltung (hand-over in englischer Sprache) zu ermöglichen, die durch die mobile Eigenart der Benutzer erforderlich ist. Die Qualität der empfangenen Informationen wird bestimmt durch die Berechnung einer Fehlerhäufigkeit.
Im Folgenden wird sich für die Kapazität und den Wirkungsgrad der Mobilfunksystemeinteressiert. Aus diesem Grunde ist es zweckdienlich, an die Definition eines Erlang zu erinnern. Es handelt sich um eine Einheit zur Messung des Verkehrs, das heißt, des Quotienten der Anzahl von Kommunikationsminuten pro Stunde durch 60 für das Bündel von Fernsprechleitungen. Man unterscheidet einerseits den Verkehr, den das System zu einem gegebenen Zeitpunkt oder mit einer installierten Kapazität fließen lassen kann, und andererseits den berechneten Verkehr, das heißt, die mittle re Anzahl von Kommunikationsminuten, die pro Minute veranschlagt wird. Diese zwei Größen werden in Erlang ausgedrückt.
Das Verhältnis zwischen die Anzahl "installierter" Erlangs und die mittlere Anzahl von berechneten Erlangs gibt einen Hinweis auf die Rentabilität von Investitionen, die für die Durchführung des Systems angefallen sind.
In den bekannten Systemen sind die Einrichtungen einer BTS in einer Basis installiert, die ein im Kern der Zelle liegender Ort ist, zum Beispiel in dem Untergeschoss eines Gebäudes. Die Basis ist mit Hilfe von Abis-Verbindungen mit einer BSC verbunden. Die TRX und die Antenne(n) sind jeweils in der unmittelbaren Nähe zu diesem Ort installiert. Die äquivalenten Einrichtungen aller BTS finden sich somit geographisch verteilt und sind der Kommunikationssteuerung in den unterschiedlichen bestimmten geographischen Zonen (den Zellen) zugewiesen, deren Konturen in starrer Weise durch die Reichweite der durch die Antenne(n) gesendeten Funksignale bestimmt sind.
In städtischem Gebiet haben die Zellen im Wesentlichen die gleiche Größe und bietet jeder BTS die gleiche maximale Anzahl physischer Kanäle (etwa gleich der Anzahl von Gesprächsträgern in der Farbe × 7 IT). Es muss somit berücksichtigt werden, dass die Dichte der installierten Kapazität im Ganzen durch das System abgedeckten geographischen Raum konstant ist. Anders ausgedrückt, werden die Ressourcen des Systems, welche die physischen Kanäle bilden, die durch die BTS bereit gestellt werden, in dem Raum in homogener und in der Anzahl der TRX pro Zelle dargestellten Weise zugewiesen.
In der Praxis aber ist der Verkehrsbedarf stark inhomogen im Raum und variabel in der Zeit. So kann man zum Beispiel mit der Notwendigkeit konfrontiert sein, auf einen sehr starken Verkehrsbedarf für eine Zelle, in welcher sich ein Theater befindet, am Ende einer Darstellung reagieren zu müssen, wenn die Zuschauer alle ungefähr gleichzeitig aufbrechen. In der Praxis ist festzustellen, dass 70% des Verkehrs zu einem gegebenen Moment auf 30% der BTS konzentriert ist. Und bloß 10 bis 20% der BTS unterstützen zu einem gegebenen Moment einen auf dem Wege der Schätzung festgesetzten Verkehr. Der Wirkungsgrad der installierten Einrichtungen ist somit gleich 2,3 (70/30), was wenig ist. Umgekehrt ist die Wahrscheinlichkeit nicht zu vernachlässigen, dass Kommunikationen aufgrund der lokalen und zeitlich punktuellen Sättigung der Einrichtungen der installierten BTS nicht befördert werden können.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Mobilfunksystem vorzuschlagen, welches eine rentablere Nutzung von fest installierten BTS-Einrichtungen erlaubt.
Das Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass ein neues Architekturkonzept für Mobilfunksysteme vorgeschlagen wird.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein System für den Mobilfunkverkehr, insbesondere ein System GSM 900 oder DCS 1800, vor, in welchem:

– der durch das System abgedeckte geographische Flächenraum in elementare Zonen (oder Mikroabschnitte) unterteilt ist, vorzugsweise von geringen Abmessungen, wobei jeder Mikroabschnitt einer Gruppe (bzw. Farb-)Trägerwellen gemäß einem Zuordnungsplan für bestimmte Frequenzen zugeordnet ist;
– Gruppen von Basisstationen (oder BTS) eine Funktion der Modulation/Demodulation, der Transposition und des Multiplexing/Demultiplexing von Trägerwellen jeder Farbe sicherstellen, physisch auf ein und demselben Standort (oder Netzwerkkopf) installiert sind;
– feste Sende/Empfangs-Funkverstärkungseinrichtungen (bzw. lokale Relaisstationen) in jedem Mikroabschnitt installiert sind und mit dem Netzwerkkopf durch angepasste Verbindungsmittel verbunden sind;
– Steuereinrichtungen, die aufweisen Mittel zur Verkehrsbeobachtung, um die Belastung der BTS zu berücksichtigen sowie eine elektronischen Verteiler, der so gesteuert wird, dass dieser BTS mit den lokalen Relaisstationen mit Hilfe der Verbindungsmittel in der Weise verbindet, dass die Belastung der BTS ein und derselben Gruppe ausgeglichen wird.

Der Unterschied zu den bekannten Systemen für den Mobilfunkverkehr beruht in dem Begriff BTS-Zone. In den bekannten Systemen ist die BTS-Zone starr festgelegt. Es handelt sich um die geographische Zone, in deren Kern sich die BTS befindet, wobei die BTS in der Gesamtheit von Zellen des durch das System abgedeckten geographischen Raumes verstreut sind. In dem System gemäß der Erfindung ist die BTS-Zone variabel.
Tatsächlich kann gemäß der Erfindung die BTS-Zone im Gegenteil mit einem einzigen Mikroabschnitt korrespondieren, in welchem der Verkehr erheblich ist, oder mit mehreren Mikroabschnitten, in denen jeweils der Verkehr weniger stark ist, deren Verkehr zusammengenommen aber erheblich ist. Im ersten Fall sind die durch die BTS bereit gestellten Ressourcen auf einen einzigen Mikroabschnitt konzentriert. Das System kann daher dort einen starken Verkehr abwickeln. Im zweiten Fall sind die durch die BTS bereit gestellten Ressourcen unter mehreren Mikroabschnitten aufgeteilt.
Anders ausgedrückt, kann mit der Erfindung die Dichte des vorhandenen Verkehrs inhomogen im Raum und variabel in der Zeit sein, um auf Variationen im Verkehrsbedarf reagieren zu können. Tatsächlich haben die Steuereinrichtungen des Systems die Aufgabe, die verfügbaren Ressourcen, die durch die von den BTS bereit gestellten physischen Kanäle gebildet werden, in Abhängigkeit vom tatsächlichen Verkehr in den Mikroabschnitten aufzuteilen. Die Ungleichheiten der Belastung der BTS werden somit beseitigt oder wenigstens stark reduziert.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung ist es auch möglich, für einen globalen Verkehr in den durch das äquivalente System abgedeckten geographischen Raum weniger BTS im Netzwerkkopf des Systems gemäß der Erfindung zu installieren als es nötig wäre, sie in den Zellen oder Mikrozellen eines Systems des Stan des der Technik zu installieren. In dem Wissen, dass in einem System für den Mobilfunkverkehr die Einrichtungen der BTS zu den teuersten gehören, kann die Wirtschaftlichkeit eingeschätzt werden, die sich für den Betreiber daraus ergibt.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung sind die physisch um ein und denselben Standort gruppierten BTS, die Überwachung, die Instandhaltung und die Reparatur der Einrichtungen, die jene enthalten, vereinfacht. Tatsächlich kann eine kleine Truppe von ortsnahen Technikern dort alle Wartungsvorgänge sicher stellen. Diese Techniker brauchen sich nicht mehr in das Gelände zu begeben, um im Falle einer Panne in die Einrichtungen der BTS einzuwirken.
Ferner können gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung die physisch um ein und den gleichen Standort herum gruppierten BTS leicht untereinander synchronisiert werden. Denn man weiß, dass die Synchronisation der BTS einen Vorteil mit sich bringt, der einer Verbesserung in der Größenordnung von 1 bis 3 dB des mittleren Verhältnisses von Trägerwelle zum Rauschen (Verhältnis C/N) entspricht, wobei nur ein einzelner physischer Kanal anstelle von zwei durch ein mögliches Störgeräusch gestört wird. Ein solches Störgeräusch wird zum Beispiel von einer mobilen Station erzeugt, welche die Frequenz der Trägerwelle des betreffenden physischen Kanals sendet. Tatsächlich wird dieses Störgeräusch ohne diese Synchronisation partiell mit zwei IT in jedem Halbbild zusammenfallen, anstelle nur mit einer IT mit Synchronisation.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht in der Möglichkeit, eine Ausbreitung von Funksignalen in den mikrozellularen Mikroabschnitten zu haben, die hinsichtlich eines spektralen Wirkungsgrades leistungsfähig ist.
Um auf die zunehmende Steigerung der Anzahl von Abonnenten von Mobilfunkdiensten zu reagieren, hat man bereits Systeme mit einem mobilen Netz vorgeschlagen, dessen Zellen kleiner sind (man spricht üblicherweise von Mikrozellen), und mit einem Frequenzplan, dessen Basismuster weniger Farben aufweist. Man spricht dann von einer mikrozellularen Konfiguration des mobilen Netzes, wobei die Ausbreitung von Funksignalen in den Mikrozellen als mikrozellular bezeichnet wird.
In einer mikrozellularen Konfiguration werden tatsächlich die Signale mit geringer Leistung (in der Größenordnung von 20 bis 300 Milliwatt) durch Sende/Empfangs-Gehäuse gesendet, die einige Meter oberhalb des Bodens (typischerweise 7 Meter) angeordnet sind, zum Beispiel an der Fassade von Gebäuden. Diese Sende/Empfangs-Gehäuse werden Mikrobasen genannt, da sie alle Funktionen einer BTS erfüllen. Die Reichweite eines solchen Signals geht nicht weiter als einige hundert Meter. Daher entspricht im städtischen Bereich eine Mikrozelle einer Zone von einigen hundert Metern Weite, nämlich Gebäudekomplexen in ein oder zwei Straßen. Man spricht auch von einer Emission "unter Dächern", im Gegensatz zu einer Emission "über den Dächern" von plastischen makrozellularen Konfigurationen, in welchen die Antennen am Ende eines Mastes von 20 oder 30 Metern Höhe angeordnet sind. Eine Makrozelle ist eine Zone, von einigen hundert Metern bis einigen Kilometern Weite.
Die gute Entkopplung zwischen Mikrozellen aufgrund der durch die Gebäude erfüllten Abschirmfunktion und aufgrund des geringen Leistungsniveaus der gesendeten Funksignale, ermöglicht eine Wiederverwendung von Funk-Trägerwellen dichter beieinander im Raum. Dies deshalb, weil der Verteilungsplan von Frequenzen ein Bildmuster mit weniger Farben umfassen kann, typischerweise mit 6 Farben gegenüber 12 für makrozellulare Konfigurationen. In diesem Zusammenhang könnte jede Farbe eine höhere Anzahl von unterschiedlichen Funk-Trägerwellen umfassen, typischerweise sechs bis acht mal fünfunddreißig Trägerwellen, die dieser Konfiguration zugeordnet sind, anstelle von fünf mal sechzig Trägerwellen für die makrozellularen Konfigurationen. Die Anzahl von in einer Zone identischer Größe verfügbaren Fernsprechleitungen ist somit viel größer als bei einer makrozellularen Konfiguration.
Es sei angemerkt, dass ein System eine mikrozellulare Konfiguration besitzen kann, die einer makrozellularen Konfiguration überlagert ist, und zwar in der Grenze, die sich in bekannter Weise aus einer Wahl von Zuordnungsplänen von Frequenzen ergibt, welche die maximale Zahl von vom Betreiber reservierten Trägerwellen beachtet. Anders ausgedrückt, teilen sich die Netze die vom Betreiber reservierten Ressourcen (Funk-Trägerwellen), wenn sich ein Mikrozellennetz über ein Makrozellennetz legt.
Die der mikrozellularen Konfiguration entsprechenden Ressourcen werden den mobilen Stationen bevorzugt zugewiesen, die sich langsam verlagern, insbesondere den Mobiltelefonen von Fußgängern. Dagegen werden die der makrozellularen Konfiguration entsprechenden Ressourcen vorzugsweise den mobilen Stationen zugewiesen, die sich schneller verlagern, insbesondere den Bord von sich in Bewegung befindlichen Fahrzeugen installierten Mobiltelefonen, um so die Häufigkeit von interzellularen Weiterschaltungen (hand-over) zu beschränken.
Wenn eine mobile Station einen Zuschlagsbedarf an Ressourcen im Hinblick auf die Einrichtung einer Verbindung sendet, weist das System dieser einen Logikkanal TCH auf einer Trägerwelle einer Farbe zu, die gemäß dem Zuordnungsplan von Frequenzen einer Mikrobasis der mikrozellularen Konfiguration zugewiesen ist. Wenn mehrere aufeinander folgende interzellulare Weiterschaltungen für diese mobile Station in naher Zeit bewirkt werden, weist das System dieser einen neuen Kanal auf einer Trägerwelle zu, die eine Farbe aufweist, welche einer BTS der makrozellularen Konfiguration zugewiesen ist.
In den bereits vorgeschlagenen mikrozellularen Konfigurationen ist jedoch die Zahl der Trägerwellen pro Mikrozelle sehr gering, nämlich ein oder zwei Trägerwellen. Tatsächlich verhindern Raumbeschränkungen in den Sende/Empfangs-Gehäusen der Mikrobasen, dass diese mehr als ein oder zwei TRX aufweisen.
Im ersten Fall ist die Trägerwelle ganz obligatorisch ein Markierungsträger. Dieser zeigt an, dass es hier keinen langsamen Frequenzsprung geben kann. Folglich ist die Qualität von Übertragungen unzureichend.
Im zweiten Fall ist die erste Trägerwelle ein Markierungsträger (der keinem langsamen Frequenzsprung ausgesetzt ist) und die zweite ist ein Gesprächsträger (der einem langsamen Frequenzsprung ausgesetzt ist). Die Breite des verbrauchten Spektrums ist daher gleich 6×2×200 kHz, das heißt, 2,4 MHz.
Wenn nur die physischen Kanäle der zweiten Trägerwelle für die Übertragung von Sprach- oder Datensignalen genutzt werden, ist die Zahl verfügbarer Erlangs (für 7 IT) gleich 2,5. Der spektrale Wirkungsgrad beträgt nur 1 Erlang pro MHz.
Wenn die physischen Kanäle von zwei Trägerwellen für die Übertragung von Sprach- oder Datensignalen genutzt werden, ist die Zahl verfügbarer Erlangs pro Mikrozelle (weil die zwei Trägerwellen 2×7=14 IT liefern) gleich 6. Der spektrale Wirkungsgrad des Systems beträgt daher 2,5 Erlang pro MHz. Die von den physischen Kanälen der Markierungsträgerwelle übertragenen Konversationen können aber stark durch Rauschen gestört sein, und zwar infolge der Abwesenheit von Frequenzsprüngen dieser Trägerwelle.
Den oben genannten Wirkungsgraden nähert man sich durch den spektralen Wirkungsgrad eines Systems mit einer makrozellularen Konfiguration, wie dem System ITINERIS (registrierte Marke der FRANCE TELECOM), die (mit 5×7=35 IT pro Abschnitt) gleich 25 Erlangs pro Abschnitt für ein Band von 12 MHz ist, nämlich 2,1 Erlang pro MHz.
Es kann somit festgestellt werden, dass eine mikrozellulare Konfiguration mit der Architektur bekannter Mobilfunksysteme, wenn sie die Vorteile insbesondere in Bezug auf den räumlichen Wirkungsgrad (Anzahl verfügbarer Erlangs pro km²) mit sich bringt, keine Verbesserung in Bezug auf den spektralen Wirkungsgrad (Anzahl von Erlangs pro MHz) mit sich bringt.
Dies ergibt sich aus einem unter dem Namen "Erlang'sches Gesetz" bekannten Prinzip, das ausdrückt, dass der spektrale Wirkungsgrad R (ausgedrückt in Erlangs) eines Bündels physischer Kanäle schnell mit der Anzahl n von Kanälen des Bündels anwächst, wie dies an der Kurve der graphischen Darstellung aus 2 zu sehen ist. In dieser Figur ist die Kurve der Entwicklung von R als Funktion von n in zwei unterschiedlichen Fällen dargestellt, jeweils bei einer 3% und einer 1%-Blockage.
Jedoch besteht ein weiterer Vorteil der Architektur des Mobilfunksystems gemäß der Erfindung darin, dass dieses ein ausgezeichnetes Ergebnis in Bezug auf den spektralen Wirkungsgrad mit einer mikrozellularen Konfiguration erlaubt.
Der Grund dafür ist gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, dass die funktionale Ausbreitung in den Mikroabschnitten mikrozellularer Art ist. Dies bedeutet, dass die Sendeleistung der Trägerwellen durch die festen Sende/Empfangs-Einrichtungen schwach ist (in der Größenordnung von 20 bis 300 Milliwatt), derart, dass ein Mikroabschnitt eine Zone mit geringen Abmessungen ist, das heißt, mit einem Radius von 100 bis 300 Metern. Im dichten Stadtgebiet entspricht ein Mikroabschnitt somit einer oder zwei Straßen und höchstens 400 Wohnungen.
Folglich umfasst der Frequenzplan nur eine reduzierte Anzahl von unterschiedlichen Farben. In der Praxis umfasst dieser sechs, fünf, ja sogar vier Farben. Daraus ergibt sich ein guter räumlicher Wirkungsgrad (Anzahl von Erlangs pro km²) für das System.
In den bekannten Systemen mit einer mikrozellularen Konfiguration hat man gesehen, dass die Mikrobasen aufgrund von Raumbeschränkungen nur ein oder zwei TRX umfassen und somit nur ein oder zwei Trägerwellen für jede Mikrozelle zur Verfügung stellen. Umgekehrt werden die BTS des Systems gemäß der Erfindung keinen ernsten Raumbeschränkungen ausgesetzt. Tatsächlich belegt der Standort des Netzwerkkopfes, an welchen die BTS neu gruppiert sind, einen Ort von mehreren Hundert Metern im Quadrat, und der Raumbedarf der BTS ist dort nicht kritisch. Deshalb ist gemäß einem Kennzeichen der Erfindung der Frequenzplan beispielsweise eine Farbe, die sechs bis acht Sprach-Trägerwellen umfasst. Eine BTS umfasst somit sechs bis acht TRX.
Mit 7 Sprach-Trägerwellen pro Farbe gibt es somit bestenfalls 7×7=49 IT pro BTS, das heißt, 37 Erlangs, die verfügbar sind (siehe 2). Nun belegt das Signal GSM aber ein Band von 6,6 MH Breite, wie dies bereits in detaillierter Weise unten mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. Der spektrale Wirkungsgrad ist daher 5,6 Erlangs/MHz. Das ist Deckungsgrad, der gut über den Reichweiten von allen mikrozellularen Konfigurationen bekannter Mobilfunksysteme liegt. Mit einem Verteilungsplan von Frequenzen mit vier Farben erhofft man sich sogar einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 6 Erlangs/MHz hin zu bekommen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der Lektüre der folgenden Beschreibung. Diese ist rein beschreibend und soll mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen gelesen werden, in welchen dargestellt ist:
1, bereits analysiert: eine schematische Darstellung der wesentlichen Einrichtungen eines Systems gemäß des Standes der Technik;
2, auch bereits analysiert: eine graphische Darstellung, welche das Erlang'sche Gesetz darstellt;
3: eine schematische Darstellung von wesentlichen Einrichtungen eines Systems der Erfindung;
4: das Spektrum eines GSM-Signals, das von einer BTS gemäß der Erfindung gesendet wird;
5: eine schematische Darstellung von Verbindungsmitteln zwischen dem Netzkopf und der örtlichen Relaisstation;
6: die schematische Darstellung eines Organisationsbeispiels des Netzwerkkopfes, im Falle eines Systems mit 8 BTS pro Farbe;
7: eine Baueinheit von Einrichtungen des elektronischen Verteilers des Netzwerkkopfes.
In 3 werden wesentliche Einrichtungen eines Mobilfunksystems gemäß der Erfindung dargestellt.
Der durch das System abgedeckte geographische Raum ist in elementare Zonen oder Mikroabschnitte unterteilt. Diese Zonen haben vorzugsweise geringe Abmessungen, das heißt, einen Radius von einigen Hundert Metern, wenn das System eine mikrozellulare Konfiguration aufweist.
In 3 sind die Mikroabschnitte durch Sechsecke symbolisiert, zum Beispiel US1 bis US7. Jedem Mikroabschnitt ist eine Gruppe von Funk- oder Farb-Trägerwellen zugewiesen, die gemäß einem Verteilungsplan von vorbestimmten Frequenzen definiert ist. Diese Mikroabschnitte bilden die kleinste Oberflächeneinheit (im funktionellen Sinne des Ausdrucks) des Mobilnetzes.
Die BTS des Systems gemäß der Erfindung gewährleisten eine Funktion der Modulation/Demodulation, der Transposition und des Multiplexing/Demultiplexing von Trägerwellen, in der gleichen Weise, wie die BTS früherer Systeme. Dennoch sind sie nicht mit Verstärkungsmitteln für die Leistung und/oder die Kopplung an eine (oder mehrere) Antenne(n) versehen. So sind diese Mittel in den festen Sende/Empfangs-Funkeinrichtungen enthalten, auf welche weiter unten zurückgekommen wird.
Vor allem sind die BTS physisch auf ein und demselben Standort installiert, der im Folgenden Netzwerkkopf genannt wird, anstatt in den Zellen des Mobilnetzes verstreut zu sein. Sie bilden funktionelle Gruppen von BTS, wobei jede dieser Gruppen die Funktion der Modulation/Demodulation, der Transposition und des Multiple xing/Demultiplexing von Trägerwellen einer bestimmten Farbe sicher stellt. Anders ausgedrückt, gewährleistet eine Gruppe von BTS die obige Funktion für die Trägerwellen ein und derselben Farbe, und die BTS-Gruppen sind physisch auf demselben Standort installiert. Im Folgenden wird jedoch von BTS derselben Farbe gesprochen, um die BTS ein und derselben Gruppe zu bezeichnen.
Die festen Sende/Empfangs-Funkverstärkungseinrichtungen gewährleisten die Verstärkung der Leistung und der Kopplung an die Antennen (für die fallende Strecke) und des Empfangs von GSM-Signalen (für die steigende Strecke). Man sagt bisweilen, dass diese Einrichtungen die Schnittstelle mit der Luft herstellen. Man nennt sie daher "Luft-Schnittstelle". Im Folgenden werden diese Einrichtungen auch lokale Relaisstationen genannt. Sie sind in 3 mit RL bezeichnet. Wenigstens eine lokale Relaisstation ist in jedem Mikroabschnitt installiert und ist mit dem Netzwerkkopf durch angepasste Verbindungsmittel 120a–120b verbunden.
Wie nachfolgend in größerem Detail erläutert wird, werden mehrere Telefonkanäle, das heißt, mehrere GSM-Signale, die von unterschiedlichen BTS gesendet werden (für die fallende Strecke) oder unterschiedliche BTS bestimmt sind (für die steigende Strecke) in ihrer Frequenz auf diese Verbindungsmittel 120a–120b multiplext. Die Verbindung zwischen den um den Netzwerkkopf einerseits und die lokalen Relaisstationen andererseits neu gruppierten BTS ist somit keine Punkt-An-Punkt-Verbindung. Die Verbindungsmittel sind daher weniger teuer. Man wird sogar sehen, wie vorteilhaft ihre genaue Art ist.
Ferner umfasst das System Beobachtungsmittel 102 für den Verkehr, die es erlauben, die Belastung der BTS und/oder der einzeln heraus gegriffenen Abschnitte in Betracht zu ziehen. Durch die Belastung eines Mikroabschnitts wird der Verkehr (Sprache und/oder Daten) von in Kommunikation befindlichen mobilen Einheiten durch die lokale Relaisstation RL des Mikroabschnitts hindurch ausgedehnt.
Darüber hinaus umfasst das System auch einen elektronischen Verteiler 101, der so gesteuert wird, dass dieser BTS mit den lokalen Relaisstationen mit Hilfe Verbindungsmitteln verbindet, um die Belastung der BTS ein und derselben Gruppe auszugleichen. Für die fallende Strecke gewährleistet der elektronische Verteiler eine Auswahlfunktion einer BTS für jeden Mikroabschnitt und eine Transpositionsfunktion des entsprechenden Fernsprechkanals auf einem Frequenzkanal der Verbindungsmittel, der diesem Mikroabschnitt zugewiesen ist. Es sei angemerkt, dass ein und dieselbe BTS mit mehreren unterschiedlichen lokalen Relaisstationen verbunden sein kann, wenn der Verkehr in den entsprechenden Mikroabschnitten (welchen dieselbe Farbe zugewiesen ist) hinreichend schwach ist, als dass ihre Neugruppierung um dieselbe BTS herum gerechtfertigt wäre.
Anders ausgedrückt, wird der elektronische Verteiler in der Weise gesteuert, dass dieser erlaubt, die BTS jeder Gruppe der Steuerung des Verkehrs in einem oder in mehreren Mikroabschnitten zuzuweisen, welchen die entsprechende Farbe zugeordnet ist, um so die Belastung der BTS ein und derselben Gruppe auszugleichen.
Vorzugsweise wird der elektronische Verteiler gegebenenfalls so gesteuert, dass dieser eine BTS mit mehreren lokalen Relaisstationen verbindet, die den nahe liegenden oder stark angekoppelten (im Sinne der Funksignalausbreitung) entsprechen. Es ist tatsächlich bekannt, dass es zwischen den Kommunikationen, die durch dieselbe BTS unterstützt werden, kein Störgeräusch gibt, denn die Trägerwellen einer Farbe sind definitionsgemäß frequenzunterschiedlich. Störgeräusche werden dagegen zu befürchten sein, wenn die Kommunikationen durch verschiedene aber gleichfarbige BTS erzeugt werden, denn die Trägerwellen, die sie nutzen, sind definitionsgemäß dieselben. Es ist daher von Vorteil, auf derselben BTS Mikroabschnitte neu zu gruppieren, die einander nahe sind oder die durch die Gestaltung des Geländes stark gekoppelt sind.
Folglich wird klar, dass der elektronische Verteiler durch Software gesteuert wird, welche geeignete Algorithmen durchführt. Diese Software ist Teil der Steuereinrichtungen des Systems.
Physisch belegt der Netzwerkkopf eine Stelle von mehreren Einhundert Metern im Quadrat, wobei dieser vorzugsweise in einer zentralen Position in der vom System abgedeckten Zone angeordnet ist, zum Beispiel im Stadtkern im Falle einer städtischen Zone.
In vorteilhafter Weise beherbergt diese Stelle auch die BCS, die in 3 sichtbar ist, und die Verbindungsorgane mit dem MSC, ja sogar manchmal mit den oder dem MSC. In 3 sind die Schnittstellen Abis nicht dargestellt, um die schematische Darstellung nicht zu überladen.
Gemäß einem vorteilhaften Kennzeichen der Erfindung ist die Funksignalausbreitung in den Mikroabschnitten mikrozellularer Art, und zwar in dem Sinne, wie dies in der Einleitung angegeben wurde. Man hat in der Einleitung gesehen, dass diese vorteilhaft ist, denn man kann somit einen Zuordnungsplan von Frequenzen nutzen, der eine reduzierte Anzahl von unterschiedlichen Farben aufweist.
Tatsächlich wendet sich die Erfindung in vorteilhafter Weise an ein System mit einem Zuordnungsplan von Frequenzen, die bei mikrozellularer Anwendung nur sechs, fünf, ja sogar vier unterschiedliche Farben umfassen. Wie in der Einleitung gezeigt wurde, zeigt ein System gemäß der Erfindung mit einer mikrozellularen Konfiguration einen guten spektralen Wirkungsgrad im Gegensatz zu früheren bekannten Systemen mit einer solchen mikrozellularen Konfiguration.
Dennoch kann diese mikrozellulare Konfiguration des Systems gemäß der Erfindung natürlich einer makrozellularen Konfiguration überlagert sein. Ferner kann das Prinzip der Neugruppierung der BTS am Netzwerkkopf gemäß der Erfindung auch auf eine rein makrozellulare Konfiguration angewendet werden.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird ein Frequenzplan mit fünf Farben besprochen.
Wie in der Einleitung gesagt wurde, liefert (in der Richtung Festnetz zu Mobilnetz) oder empfängt (in der Richtung Mobilnetz zu Festnetz) eine BTS ein Signal GSM, jeweils bei einem Bestimmungsort oder Herkunftsort von Mobilstationen, die in der Zone der BTS vorhanden sind. Dieses Signal ist ein Multifrequenzsignal, das heißt, dessen Spektrum umfasst mehrere Frequenzen von Trägerwellen, die in dem Nutzband multiplext sind.
In der folgenden Beschreibung wird beispielsweise ein Signal GSM besprochen, das ein Frequenzband belegt, dessen Breite in der Größenordnung von 5 bis 8 MHz liegt. Die Trägerwellen sind GSM-Trägerwellen. Auf diesen Trägerwellen wird eine Markierungs-Trägerwelle ausgezählt, die den Frequenzsprüngen nicht ausgesetzt wird und mit einem konstanten Niveau gesendet wird. Diese Trägerwelle wird durch Signale der Signalisation und/oder der Synchronisation moduliert.
Es werden auch Gesprächs-Trägerwellen ausgezählt, die den Frequenzsprüngen alle 4,6 ms ausgesetzt werden. Diese Trägerwellen werden durch Informations- und/oder Sprachsignale moduliert.
Insbesondere wird ein Signal GSM besprochen, das sieben Trägerwellen enthalten kann, die über eine bestimmte Anzahl von möglichen Positionen in einem Frequenzband zwischen 935,2 MHz und 941,8 MHz verteilt sind. Die Breite dieses Frequenzbandes beträgt 6,6 MHz. Die in diesem Band möglichen Positionen liegen in einem räumlichen Abstand von 200 kHz. Es sei angemerkt, dass sich zwei Trägerwellen ein und desselben Signals GSM nicht zwei solchen Positionen befinden können, die benachbart sind. Anders ausgedrückt, sind die Trägerwellen in einem räumlichen Abstand von wenigstens 400 kHz. Diese Anordnung erleichtert be stimmte Behandlungsschritte der Signale GSM in dem System, insbesondere die Schritte der Filterung, auf die es hier nicht nützlich erscheint, weiter einzugehen.
In 4 ist das Spektrum eines Signals GSM zu einem gegebenen Zeitpunkt dargestellt. Dieses Signal hat die unten dargestellte Struktur.
Es umfasst eine Markierungs-Trägerwelle als F_BCC _H bezeichnet, die an einer von acht möglichen Positionen auf der Frequenzachse liegt. Diese acht möglichen Positionen liegen vorzugsweise in der Mitte des genutzten Bandes. Die durch die Trägerwelle F_BCCH unter den acht möglichen Positionen belegte Position variiert nicht im Verlauf der Zeit, denn diese Trägerwelle wird keinen Frequenzsprüngen ausgesetzt. Diese Position hängt von der Zelle ab, welcher die betreffende BTS zugewiesen ist, und zwar innerhalb des Basismusters des Mobilnetzes.
Das Spektrum des Signals umfasst ferner drei Gesprächs-Trägerwellen (F_TCH1, F_TCH2, F_TCH3 bezeichnet), die jeweils drei unterschiedliche Positionen aus zwölf möglichen Positionen in dem tiefen Teil des genutzten Bandes belegen können.
Das Spektrum umfasst schließlich drei weitere Verkehrs-Trägerwellen (F_TCH4, F_TCH5, F_TCH6 bezeichnet), die jeweils drei verschiedene Positionen aus zwölf möglichen Positionen in dem oberen Teil des genutzten Bandes belegen können.
Die sechs Gesprächs-Trägerwellen belegen eine über die Zeit in Abhängigkeit von Frequenzsprüngen variable Position.
Die Kombination von durch die Trägerwellen belegten Positionen wird durch den vom Betreiber definierten Zuordnungsplan von Frequenzen bestimmt, der sich aus der Auswahl ergibt, die durch die Recherche der vernünftigsten Nutzung von für diesen reservierten Trägerwellen impliziert wird. Die Kombination von Trägerwellen, wie diejenige, die in 4 dargestellt ist, bildet eine Farbe in dem in der Einleitung angegebenen Sinn.
Man kann auch Zuordnungspläne von Frequenzen in Betracht ziehen, die eine kleinere Anzahl von Gesprächs-Trägerwellen pro Farbe umfassen, zum Beispiel fünf solche Trägerwellen, oder eine größere Anzahl von solchen Trägerwellen umfassen. Das ist so, weil das genutzte Band des Signals GSM im allgemeinen Fall zwischen 5 und 8 MHz liegen kann.
Dem ist auch so, weil im Laufe der vorliegenden Erläuterung, ein Fernsprechkanal als ein Band von 8 MHz Breite zwischen 934,5 und 942,5 MHz für die fallende Strecke und zwischen 889,5 und 897,5 MHz für die steigende Strecke, für die Übertragung eines Signals GSM (mit multiplexten Trägerwellen GSM), wie dies in 4 dargestellt ist, bezeichnet wird. Wie man sieht, sind ein Fernsprechkanal der steigenden Strecke und ein Fernsprechkanal der fallenden Strecke, der mit diesem verbunden ist, um 45 MHz auf der Frequenzachse beabstandet, wobei dieser Abstand den Duplexabstand darstellt.
Die Verbindungsmittel zwischen den BTS und den lokalen Relaisstationen umfassen Verbindungen durch Kabel oder durch eine optische Faser und/oder Verbindung durch ein Koaxialkabel. Diese Verbindungen verhalten sich gut beim Multiplexing von mehreren Fernsprechkanälen. Tatsächlich haben sie ein Durchlassband, das ausreicht, um die simultane Übertragung von mehreren Fernsprechkanälen von 8 MHz Breite, die in ihrer Frequenz multiplext sind, zu erlauben. Ferner kann man solche Verbindungen, insbesondere im städtischen Bereich, unter akzeptablen technischen und finanziellen Bedingungen installieren.
In vorteilhafter Weise umfassen die Verbindungsmittel zwischen den BTS und den lokalen Relaisstationen, die in der Erfindung ausgeführt werden, wenigstens teilweise ein Netz für die Übertragung von Fernsehsignalen (häufig Kabelnetz oder Fernsehnetz per Kabel genannt). Ein solches Netz existiert bereit in einer Vielzahl von Städten Europas und der Welt. Es gewährleistet die Abdeckung einer ganzen Stadt, Stadtteil für Stadtteil, gemäß einer baumartigen Organisation.
Die Kabel-Infrastruktur ist für ein Ton-Nutzung als Unterstützung der Übertragung von Fernsehsignalen vorhanden, so dass die Erfindung in vorteilhafter Weise vorschlägt, diese auch in einer neuartigen Anwendung zu nutzen, nämlich als Unterstützung der Übertragung von Mobilfunksignalen.
Zu diesem Zweck werden die Fernsprechkanäle auf Frequenzkanäle von Verbindungen mittels optischer Faser und/oder mittels Koaxialkabel transponiert, die nicht durch Fernsehsignale belegt sind. Es wird später auf diese Transpositionen zurückgekommen.
In 5 ist die Organisation von Verbindungsmitteln 120a–120b des Systems in diesem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie oben gesagt wurde, weist das Fernsprechnetz per Kabel eine baumartige Organisation auf.
Eine bestimmte Anzahl von optischen Fasern, wie beispielsweise 201 bist 204, verbinden den Netzwerkkopf 100 mit Verteilungszentren (im Folgenden und in den Figuren CD genannt) die in dem abgedeckten geographischen Raum verteilt sind.
Für die fallende Strecke werden die Fernsprechkanäle auf einer optischen Faser in geeigneten Kanälen, nämlich zwischen 200 und 900 MHz, die zudem nicht durch Fernsehsignale belegt sind, bis zum Netzwerkkopf übertragen. Eine optische Faser kann somit eine Menge von 30 Fernsprechkanälen von 8 MHz Breite unterstützen. Anders ausgedrückt, ist eine optische Faser geeignet für die Verbindung zwischen dem Netzwerkkopf und einigen 30 Mikroabschnitten.
In den CD werden diese Fernsprechkanäle dann in Frequenzkanäle transponiert, die auf den Koaxialkabeln, wie 212, verfügbar sind. Von einem CD gehen zum Beispiel 8 Koaxialkabel aus. In den CD lässt eine erste Transposition die Signale durch, die auf Frequenzen multiplext sind, die auf dem Koaxialkabel verwendet werden.
In der Terminologie von Fernsehsystemen über Kabel wird die durch ein von dem CD weg gehenden Koaxialkabel abgedeckte geographische Raumzone als Koaxialsektor bezeichnet. In einer Ausführungsform der Erfindung entspricht ein Koaxialsektor von etwa eintausend Wohnungen ungefähr drei Mikroabschnitten. In der Realität wird die Anzahl von durch Koaxialkabel verbundener Mikroabschnitte von der auf diesem Kabel verfügbaren Bandbreite und Verkehrsbedarf abhängen.
Jedes ein CD verlassendes Koaxialkabel ist mit Verstärker- und Verteilerschrank (in der Terminologie von Fernsehsystemen über Kabel PAR genannt und so auch im Folgenden und in den Figuren bezeichnet) verbunden. In diesen PAR werden die Signale mit Hilfe von Verstärkern auf Frequenzen des Koaxialkabels verstärkt, sowohl in steigender als auch in fallender Richtung; entsprechend der Einrichtungen des Kabelnetzes werden die Fernsprechkanälen mit den Signalen des Kabel-Fernsehnetzes verstärkt und aufgeteilt oder, insbesondere in steigender Richtung auf Einrichtungen, die speziell über Verzweigungsfilter angekoppelt sind.
Die Ausgänge der PAR auf einem ersten Niveau werden dann mit den PAR-Eingängen auf dem zweiten Niveau mit Hilfe weiterer Koaxialkabel, wie 221 und 222, verbunden. In den PAR auf dem zweiten Niveau und in einigen PAR auf dem ersten Niveau werden die Fernsprechkanäle demultiplext und in das GSM-Band transponiert. Die Signale GSM werden dann ein letztes Mal verstärkt, bevor sie an den Eingang der lokalen Relaisstation RL mittels Koaxialkabel, wie 231 bis 234, übertragen werden, um mit Hilfe einer Antenne der lokalen Relaisstation in der Zone gesendet zu werden, in der sich die RL befindet.
Die PAR sind zum Beispiel in den Straßen, auf den Gehsteigen oder in den örtlichen Gebäuden verteilte Schränke ungefähr alle einhundert Meter verteilt. Ein PAR und eine RL können physisch an ein und demselben Standort installiert sein. Ein und derselbe Transpositionsschrank kann mehrere Antennen versorgen, die zum Beispiel verschiedenen, von den Koaxialkabeln durchzogenen Straßen liegen. Eini ge dieser Koaxialkabel können die Signale GSM (zwischen 890 und 960 MHz) und die Fernseh-Kabeldienstsignale (unter 862 MHz) führen.
Es ist klar geworden, dass mit jedem Mikroabschnitt (und Schrank zur Transposition einer Frequenz) des Mobilnetzes ein Frequenzkanal auf einem baumartig verzweigten Bündel optischer Fasern und Koaxialkabel verbunden ist. Selbstverständlich sind, wenn diese optischen Fasern und Koaxialkabel auch der Übertragung von Fernsehsignalen dienen, diese Frequenzkanäle Kanäle, die nicht durch die Fernsehsignale belegt sind.
In vorteilhafter Weise gruppiert das Multiplexing von Telefonkanälen auf den optischen Fasern am Ausgang des Netzwerkkopfes diese neu auf Frequenzkanälen den Telefonkanälen benachbart sind, welche mit den Mikroabschnitten durch ein und denselben Koaxial-Baumstrang (212 5) verkehren. Auf diese Weise können die Transposition von Fernsprechkanälen in den CD von den Frequenzen der optischen Fasern zu den Frequenzen der Koaxialkabel und das Multiplexing in den CD in Fernsprechkanalblöcken im Verteilungszentrum (optische/koaxiale Umwandlungsstelle) ausgeführt werden.
Die auf diese Weise verbundenen Gruppen von Fernsprechkanälen sind in dem Spektrum der optischen Verbindung in der Weise angeordnet, dass sie die Spiegelbilder dieser Gruppen frei lassen (vom Gesichtspunkt der in den CD ausgeführten Transpositionen).
Zu diesem Zweck umfasst der elektronische Verteiler 101 (3) Mittel, die zur Transposition und zum häufigen Multiplexing/Demultiplexing ausgelegt sind.
Es bleibt ein mögliches Ausführungsbeispiel des Verteilers gemäß der Erfindung zu beschreiben, wissend, dass die strukturellen Kennzeichen desselben variieren können, insbesondere entsprechend der Einrichtungstypen und der verfügbaren Techno logien, ohne dass die Funktion des Verteilers, wie sie oben hinreichend beschrieben wurde, modifizierte werden muss.
Es sei daran erinnert, dass die Funktion des Verteilers darin besteht, die BTS der Gruppen von am Netzwerkkopf installierter BTS mit den lokalen Relaisstationen, die in den Mikroabschnitten verstreut sind, wahlweise zu verbinden. Ganz konkret umfasst der Verteiler, wenn die Verbindungsmittel zwischen dem Netzwerkkopf und den lokalen Relaisstationen Verbindungen mittels optischer Faser und/oder Koaxialkabel sind, Mittel, mit denen Transposition und das Multiplexing/Demultiplexing von Fernsprechkanälen von den BTS auf die verfügbaren Frequenzkanäle auf diesen Verbindungen sicher gestellt wird. Der Verteiler wird so gesteuert, dass dieser die Belastung der BTS ein und derselben Gruppe ausgleicht.
Im Folgenden wird das Beispiel eines Systems besprochen, das fünf Gruppen von jeweils acht BTS aufweist, und zwar eine Gruppe pro Farbe. In diesem Beispiel ist jede Gruppe von BTS geeignet für die Steuerung von Kommunikationen in 120 unterschiedlichen Mikroabschnitten. Das durch den Verteiler abgedeckte Mobilnetz kann dann 5×120=600 Mikroabschnitte insgesamt umfassen.
Der Standort, der den Netzwerkkopf des Systems beherbergt, umfasst fünf Reihen von elektronischen Einrichtungseinheiten, und zwar eine Reihe von Einheiten pro Farbe. Jede der acht Einheiten jeder Reihe enthält die zum Erfüllen der Funktionen der BTS derselben bestimmten Farbe notwendigen elektronischen Einrichtungen. Deshalb werden diese BTS-Einheiten genannt.
Die schematische Zeichnung in 6 zeigt eine Anordnung von BTS-Einheiten, Bij bezeichnet, wobei i und j ganze Zahlen sind, die sich jeweils auf die Nummer der Farbe und somit die Reihe und die Nummer der BTS-Einheit in der Reihe von BTS-Einheiten dieser Farbe beziehen. Die Zahl i liegt somit zwischen 1 und 6, während die Zahl j zwischen 1 und 8 liegt.
Der Verteiler 101 in 3 umfasst konkret fünf elektronische Einrichtungseinheiten oder Verteilungseinheiten, und zwar eine Verteilungseinheit pro Farbe und somit je Reihe von BTS-Einheiten. In 6 sind die fünf Verteilungseinheiten mit BR1 bis BR5 bezeichnet und sind rechts von den Reihen der BTS-Einheiten dargestellt, nämlich jeweils B11 bis B18, B21 bis B28, B31 bis B38, B41 bis B48 und B51 bis B58. Tatsächlich ist eine Verteilereinheit jeder Gruppe bzw. jeder Reihe von BTS-Einheiten gleicher Farbe zugeordnet.
Die BTS-Einheiten umfassen jeweils einen Ausgang (nicht dargestellt), auf welchem sie ein Signal GSM liefern, wie dies in 4 dargestellt ist. Die durch die BTS-Einheiten ein und derselben Reihe gelieferten Signale GSM werden auf die Eingänge (nicht dargestellt, acht an der Zahl) der Verteilereinheit übertragen, die der BTS-Gruppe dieser Farbe zugeordnet ist. Diesen Signalen, die zur Übertragung in fallender Strecke des Systems an die lokalen Relaisstationen der Mikroabschnitte bestimmt sind, welchen die Farbe der BTS dieser Reihe zugewiesen wird.
Ebenso umfasst jede Verteilereinheit acht Ausgänge (nicht dargestellt), auf welchen sie die Signale GSM mit der Bestimmung jeweils von acht BTS-Einheiten in der Reihe von BTS-Einheiten, welcher sie zugeordnet ist. Diese Signale GSM sind solche, die in aufsteigender Strecke des Systems bei Vorhandensein von lokalen Relaisstationen der Mikroabschnitte übertragen werden, denen die Farbe der BTS dieser Reihe zugewiesen ist.
In 6 sind die Verbindungsmittel zwischen den BTS-Einheiten Bi1 bis Bi8 jeder Reihe (bezeichnet durch die Zahl i, wie oben) und der Verteilereinheit BRi, die dieser Gruppe von BTS-Einheiten zugeordnet ist, durch einen horizontalen Doppelpfeil symbolisiert. Dies sind koaxiale Verbindungen.
Die Funktion der Verteilereinheiten besteht darin, die Signale GSM (oder Fernsprechkanäle), die von den BTS ein und derselben Gruppe geliefert werden, zwischen den verschiedenen Frequenzkanälen der Verbindung 120a–120b (3) des den Mikroabschnitten zugeteilten Systems, denen die Farbe der BTS dieser Gruppe zugewiesen ist.
Deshalb sind die Verteilereinheiten BR1 bis BR5 (in den zwei Richtungen) mit einer Gesamtheit von optischen Wandlern, die in 6 mit DL bezeichnet sind, durch die Verbindungsmittel verbunden, die durch einen vertikalen Doppelpfeil symbolisiert sind. Diese Verbindungsmittel sind Koaxialkabel.
Die optischen Wandler umfassen optische Sender, wie Laserdioden, um multiplexte Fernsprechkanäle auf die Frequenzkanäle zu senden, die an die optischen Fasern angepasst sind, welche abgehend von dem Netzwerkkopf (fallende Strecke) die Verbindungsmittel 120a–120b (3) bilden. Die optischen Wandler umfassen auch optische Empfänger, um die umgekehrte Funktion bei steigender Strecke zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird man zweimal so viele optische Fasern haben, um die Verteilungszentren (CD) und den Netzwerkkopf bei steigender Strecke zu verbinden, wie sie zum Verbinden bei fallender Strecke vorhanden sind. Jede Verbindung zwischen einer CD und dem Netzwerkkopf umfasst tatsächlich zwei optische Fasern, die jeweils ungefähr die Hälfte der ausgeführten Sendungen unterstützen, aber alleine die Gesamtheit dieser Emissionen unterstützen können; jede CD umfasst daher einen optischen Empfänger und zwei Lagerdioden.
Dies erlaubt im Falle eines Versagens einer der zwei Laserdioden in einem CD, der anderen Laserdiode mit beliebigen geeigneten Mitteln die Gesamtheit der zu tätigenden Emissionen zuzuweisen. Der durch die optische Verbindung geführte Verkehr kann einen Schutz durch Redundanz der in dem CD angeordneten optischen Emitter rechtfertigen, um die Störung des Verkehrs im Falle eines Versagens eines Emitters zu vermeiden.
Es sei angemerkt, dass ein Vorteil der Erfindung ist, dass eine solche Sicherungs-Redundanz im Falle der fallenden Strecke überflüssig gemacht wird. Tatsächlich kann, wenn alle Laserdioden im Netzwerkkopf zusammen angeordnet sind, genauer in der Wandlereinheit DL, eine einzelne defekte Lagerdiode sehr schnell durch den Wartungsdienst ersetzt werden, der dauerhaft anwesend ist. Gegebenenfalls kann eine einzelne zusätzliche Laserdiode vorgesehen sein, um die Sicherung aller Laserdioden dieser Einheit in der Zeit zu gewährleisten, in der der Austausch der defekten Lagerdiode durchgeführt wird.
In der Praxis sind die Reihen von BTS ein und derselben Gruppe vorzugsweise kreisbogenförmig an dem Standort des Netzwerkkopfes angeordnet, wobei die Gesamtheit von optischen Wandlern DL im Zentrum dieses Kreises angeordnet ist. Auf diese Weise haben die koaxialen Kabel an diesem Standort eine zusammenliegende Länge, die so kurz wie möglich ist, wodurch jeweils vermieden wird, dass Entzerrungskorrekturen angewendet werden müssen, und Verluste auf diesen Kabeln vermindert werden.
In 6 ist auch eine untergeordnete B_aux dargestellt, deren Rolle weiter unten erläutert wird.
Es wird vorher die Ausführungsform eines Verteilerschranks unter Bezug auf 7 genauer ausgeführt, in welcher ein solcher Einschubschrank BRi dargestellt ist.
Für jede steigende oder fallende Strecke umfasst der Einschubschrank BRi 120 Selektoren für einen von acht Eingängen. Diese Selektoren sind Mittel zur räumlichen Auswahl eines von acht Koaxialkabeln.
Für die fallende Strecke sind diese Selektoren beispielsweise auf 20 elektronischen Karten SVD₁ bis SVD₂₀ angeordnet, die jeweils 6 Selektoren tragen, die nachfolgend Auswahlkarten genannt werden. Die Auswahlkarten SVD₁ bis SVD₂₀ sind in 10er-Gruppen in den Chassis CSVD₁ und CSVD₂ aufgereiht, wobei diese beiden Chassis in dem Einschubschrank BRi angeordnet sind.
Das Signal GSM, das von jeder BTS geliefert wird, wird am Boden des Einschubschranks mit Hilfe eines nicht dargestellten Kopplers durch zwei geteilt, dann noch einmal am Boden des Chassis mit Hilfe von nicht dargestellten Kopplern durch 10 und schließlich auf jeder Karte mit Hilfe von ebenfalls nicht dargestellten Kopplern durch 6. Das auf diese Weise leistungsmäßig geteilte Signal wird dann auf einen von acht Eingängen jedes Selektors gelegt.
Die Auswahlkarten werden dann mit Transpositionskarten von beispielsweise gleicher Zahl wie die Zahl der Auswahlkarten verbunden. In 7 sind diese Transpositionskarten für die fallende Strecke mit TVD₁ bis TVD₂₀ bezeichnet.
Jede Transpositionskarte umfasst sechs lokale Oszillatoren, um die Transpositionssignale, deren Frequenz der Transpositionsfrequenz eines Telefonkanals entspricht, auf dem Frequenzkanal der Verbindungen 120a bis 120b (3) mittels optischer Faser oder Koaxialfaser zu erzeugen, die dazu bestimmt sind, diese zu empfangen. Jede Transpositionskarte umfasst auch sechs Mischglieder und Filtereinrichtungen, die diese Transposition ausführen.
Vorzugsweise werden die Verbindungen zwischen den sechs Ausgängen der Auswahlkarten SVD₁ bis SVD₂₀ und den sechs korrespondierenden Eingängen der Transpositionskarten TVD₁ bis TVD₂₀ an der Vorderseite des Verteilerschranks durch Bahnen von sechs nicht dargestellten Koaxialkabeln ausgeführt. Dies erfolgt deshalb, wie es in 7 dargestellt ist, weil die Chassis der Auswahlkarten und die Chassis der Transpositionskarten vorzugsweise vertikal und abwechselnd in dem Einschubschrank BRi angeordnet sind.
Natürlich umfasst der Verteilerschrank BRi auch äquivalente Mittel an den Karten SVD₁ bis SVD₂₀ und TVD₁ bis TVD₂₀ sowie an den Chassis CSVD₁, CSVD₂, CTVD₁ und CTVD₂ für die steigende Strecke. Diese Mittel sind jeweils bezeichnet als SVM₁ bis SVM₂₀, TVM₁ bis TVM₂₀ sowie CSVM₁, CSVM₂, CTVM₁ und CTVM₂.
Die Mittel 102 zur Beobachtung des Verkehrs des Systems umfassen für jede Gruppe von BTS eine Karte OTD zur Beobachtung des fallenden Verkehrs und eine Karte OTM zur Beobachtung des steigenden Verkehrs. Diese Karten sind in einem Chassis COT des Verteilerschranks BRi enthalten, der dieser Gruppe von BTS zugeordnet ist.
Vorzugsweise umfassen die Mittel 102 zur Beobachtung des Verkehrs, sowohl des steigenden als auch des fallenden, Mittel zur Transposition der Frequenz mit, für einen örtlichen Oszillator, einem einzigen in einem Schritt von 200 KHz frequenzagilen Synthesator sowie Erfassungsmittel. Dieser Synthesator lässt alle die möglichen Trägerfrequenzen von Signalen GSM während der Dauer einer IT (das heißt, 0,577 ms) durch. Die Mittel erlauben, nacheinander die physischen Kanäle zu erfassen, auf welchen Energie vorhanden ist, was auf das Vorhandensein von Verkehr hinweist; diese Erfassung erfolgt nach der Transposition und der Filterung mit erster Frequenz in der Größe von etwa 100 kHz.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst das System auch Mittel zum Vergleich der durch die Mittel zur Beobachtung des steigenden Verkehrs gelieferten Resultate einerseits und die durch die Mittel zur Beobachtung des fallenden Verkehrs gelieferten Resultate andererseits, um die Aktivität der Mobilstationen und die Aktivität von Störgeräuschen zu unterscheiden. Tatsächlich müssen während einer Kommunikation bidirektionaler Art diese Resultate im Prinzip identisch sein. Jede Differenz, die zwischen der auf den Trägerwellen der steigenden Strecken und denjenigen der fallenden Strecke vorhandenen Energie ergibt somit die Emission von radioelektrischer Energie aufgrund von Störgeräuschen.
Die vorgenannten Vergleichsmittel können am Analyseende der Funksignalausbreitung in den Mikroabschnitten verwendet werden, mit dem Ziel, gegebenenfalls den Zuordnungsplan von Frequenzen zu verbessern.
In einer möglichen Ausführungsform umfassen die Mittel zur Verkehrsbeobachtung, insbesondere aber nicht nur die Mittel zur Beobachtung des steigenden Verkehrs, ferner Mittel, um die Signale GSM auf ein Videoband zu transponieren, und Mittel, um im Videoband die Frequenzen zu analysieren, auf welchen Energie vorhanden ist. Dies erlaubt, für diese Erfassung elektronische Einrichtungen zu verwenden, die bereits dem Fachmann zur Verfügung stehen.
Die Steuereinrichtungen des Systems umfassen auch Mittel zur Prognose der Belastung der BTS. Diese Mittel werden verwendet, da sie erlauben, vorzeitig die vorhersehbare Entwicklung der Belastung der BTS für den Augenblick, in welchem diese mit der einen oder der anderen (den anderen) lokalen Relaisstationen) verbunden sind, zu berücksichtigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen diese Prognosemittel für die Belastung der BTS eine Karte BT zur Zählung der Anzahl von in jedem Mikroabschnitt vorhandenen und in Kommunikation befindlichen mobilen Stationen, derart, dass die potentielle Belastung der BTS berücksichtigt wird. Dank dieser Prognosemittel für die Belastung der BTS kann man die Häufigkeit von Weiterschaltungen von Kommunikationen zwischen einer BTS derselben Farbe beschränken.
Tatsächlich erfordert die Steuerung des Systems gemäß dem Prinzip der Erfindung in notwendiger Weise, dass die Kommunikationen in einen Mikroabschnitt, die durch eine gegebene BTS unterstützt werden, gelegentlich auf eine weitere BTS derselben Gruppe weiter geschaltet wird, zum Beispiel dann, wenn sich die gegebene BTS der Sättigung nähert. Diese Weiterschaltungen sind als empfindliche Schritte zu verstehen, die auf das zu beschränken gilt, was unbedingt notwendig ist, um eine Verteilung in etwa gleich der Belastung der BTS ein und derselben Gruppe sicher zu stellen.
Für die Ausführung der Weiterschaltungen von Kommunikationen zwischen einer ersten BTS, der sogenannten abgebenden BTS, und einer zweiten BTS derselben Gruppe, der sogenannten übertragenen BTS, umfasst das System ein oder mehrere untergeordnete BTS.
Diese untergeordnete BTS unterstützt übergangsweise bei einer Weiterschaltung von Kommunikationen den von der abgebenden BTS vorher und durch die übertragene BTS nachher unterstützten Verkehr. Anders ausgedrückt, liegt die Funktion der untergeordneten BTS darin, die Weiterschaltung von Kommunikationen in einem gegebenen Mikroabschnitt einer abgebenden BTS an eine übertragene BTS der gleichen Gruppe und dies ohne Unterbrechung des Verkehrs zu gestatten.
Tatsächlich verwenden die abgebende BTS und die übertragene BTS die gleichen Funk-Trägerwellen, da sie die gleiche Farbe haben. Die direkte Weiterschaltung von Kommunikationen von einer zur anderen ist nicht möglich, da an einem bestimmten Augenblick die Funk-Trägerwellen der einen und der anderen in dem Mikroabschnitt gemeinsam vorliegen müssen, damit es keine Unterbrechung des Verkehrs gibt, wobei des unmöglich ist, dass es sich dabei um Funk-Trägerwellen derselben Frequenzen handelt. Die untergeordnete BTS verwendet daher Funk-Trägerwellen mit Frequenzen, die sich von denjenigen der abgebenden und übertragenen BTS unterscheiden.
Die Betriebweise der untergeordneten BTS ist wie folgt:

– Die Trägerwellen der untergeordneten BTS werden in den Mikroabschnitt gesendet, der Gegenstand der Weiterschaltung zwischen der abgebenden BTS und der übertragenen BTS ist;
– die Kommunikationen werden fortschreitend von den physischen Kanälen der Trägerwellen der abgebenden BTS an die physischen Kanäle der Trägerwellen der untergeordneten BTS weiter geschaltet, und zwar gemäß dem gleichen Prinzip, wie bei einer interzellularen Weiterschaltung (hand-over);
– wenn einmal keine Kommunikation mehr durch die abgebenden BTS unterstützt wird, werden die Auswahl- und Transpositionsmittel des Verteiler so modifiziert, dass die lokale Relaisstation des Mikroabschnitts nicht weiter mit der abgebenden BTS, sondern mit der übertragenen BTS verbunden ist;
– die Kommunikationen werden dann fortlaufend von physischen Kanälen der Trägerwellen der untergeordneten BTS an die physischen Kanäle der Trägerwellen der übertragenen BTS weiter geschaltet, und zwar gemäß dem gleichen Prinzip, wie für eine interzellulare Weiterschaltung (hand-over).

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Funk-Trägerwellen, die durch die untergeordnete BTS verwendet werden, unterschiedlich zu denjenigen, die durch alle BTS verwendet werden, ohne Unterscheidung ihrer Farbe. Auf diese Weise vermeidet man jede Gefahr eines Störgeräusches bei den Weiterschaltung einer abgebenden BTS auf eine übertragende BTS. Eine einzelne BTS kann dann für die Gesamtheit der BTS des Netzwerkkopfes nur benötigt werden, das heißt, für die BTS aller Farben. Diese einzelne BTS ist in 6 dargestellt und trägt das Bezugszeichen B_aux.
Dennoch werden die Funk-Trägerwellen der untergeordneten BTS nicht für die Übertragung von Kommunikationen außerhalb der Weiterschaltungsschritte zwischen einer abgebenden BTS und einer übertragenen BTS verwendet und ihre Anzahl ist vorzugsweise unbedeutend, um nicht den globalen Wirkungsgrad des Systems zurückzusetzen. In der Praxis verwendet die untergeordnete BTS nur zwei unterschiedliche Funk-Trägerwellen (ohne Frequenzsprung). In diesem Fall werden die Steuereinrichtungen des Systems vorzugsweise in der Weise gesteuert, dass es die Kommunikationen in dem Mikroabschnitt sind, in welchem der geringste Verkehr vorhanden ist, die Gegenstand der Weiterschaltung zwischen der abgebenden BTS und der übertragenen BTS sind.
Jedoch sind weitere Ausführungsformen möglich, in welchen eine untergeordnete BTS für jede Gruppe von BTS vorhanden ist. Die untergeordnete BTS einer Gruppe von BTS kann daher die Funk-Trägerwellen verwenden, die durch die BTS der anderen Gruppen verwendet werden, das heißt, von BTS unterschiedlicher Farbe zu derjenigen der abgebenden BTS und der übertragenen BTS. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie keine Funk-Trägerwellen zur ausschließlichen Verwendung als Trägerwellen der untergeordneten BTS nötig ist. Dennoch können die Gefahren von Störgeräuschen zwischen den durch eine untergeordnete BTS in einem Mikroabschnitt verwendeten Trägerwellen und denjenigen von gleicher Frequenz, die gleichzeitig in den benachbarten Mikroabschnitten verwendet werden, schwer vorzubeugen sein.
Es wird nun die Art und Weise beschrieben, in welcher die Abdeckung der geographischen Zone durch das System ausgelegt sein kann, um die Zunahme des mittleren Verkehrs in einem Mikroabschnitt zu berücksichtigen. Tatsächlich kann es vorkommen, dass der Verkehr in einem Mikroabschnitt an sich für eine einzelne BTS zu heftig wird, insbesondere wenn ein vorher weniger frequentierter Bereich zum Beispiel aufgrund der Einrichtung einer neuen Niederlassung eines Unternehmens, eines großen Geschäfts oder einen Ausgang des Metronetzes stark frequentiert wird.
Es wird daher notwendig sein, den Mikroabschnitt in mehrere unabhängige Mikroabschnitte zu unterteilen, natürlich mittels einer Modifikation des Frequenz-Zuordnungsplans.
Dies kann unter Hinzufügung von Auswahlkarten in die Verteilerschränke in dem Netzwerkkopf und unter Einbau von neunen Transpositionskästen für jede der Fraktionen des betroffenen Mikroabschnitts erreicht werden. Es sei daran erinnert, dass durch ein frequenzabhängiges Multiplexing der Signale GSM (890 bis 960 MHz) und der Signale des Fernseh-Kabelnetzes (unter 862 MHz) ein und derselben Frequenz-Transpositionskasten mehrere "Luftschnittstellen" (Leistungs- und Antennenverstärker), die auf ein und demselben koaxialen Baum sitzen, versorgt werden kann. Es ist somit einfach, wenn die Steuerung des Verkehrs dies verlangt, einen Transpositionskasten für eine Zusatzfrequenz für eine Luftschnittstelle, die vorher von einem anderen Frequenz-Transpositionskasten versorgt wurde, anzuordnen. Diese Frequenz-Transpositionskästen transponieren Telefonkanäle von den Frequenzen des Koaxialkabels auf Frequenzen des Bandes GSM; wobei die Luftschnittstellen einen Leistungsverstärker und Mittel zur Kopplung an Antennen umfassen. Diese Mittel sind preiswerter zu installieren, wenigstens nur so teuer, wie eine neue Basisstelle eines Systems gemäß des Standes der Technik.
Ebenso kann man, wenn dies notwendig wird, in der ein oder anderen Gruppe von BTS oder auch in allen Gruppen von BTS einige BTS in den Netzwerkkopf hinzu fügen, ohne gezwungen zu sein, die Organisation des Netzes von Mikroabschnitten der Verbindungsmittel zwischen den lokalen Relaisstationen und dem Netzwerkkopf nachbessern zu müssen.
Man sieht daher, dass ein weiterer Vorteil der Erfindung darin besteht, dass ein Entwicklung von Investitionen erlaubt ist, die eine Entwicklung von Verkehr über die Zeit Rechnung trägt, und zwar ohne übermäßige Kosten, denn es ist nicht notwendig, die Organisation des Systems tiefgehend zu modifizieren. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Trennung zwischen der Abdeckung der geographischen Zone durch das Netz von Mikroabschnitten einerseits und den Ressourcen des Systems hinsichtlich der Kapazität des Verkehrsflusses andererseits.
Man hat oben bei der Beschreibung der Verteilerschränke, die mit Bezug auf 6 durchgeführt wurde, gesehen, dass für einen gegebenen Frequenzplan die Zuweisung eines Mikroabschnitts zu einer Gruppe von BTS festgelegt ist; bei Veränderungen des Verteilungsplans von Frequenzen, die Steigerungen der Anzahl von Mikroabschnitten herrühren, muss die Kopplung zwischen den Ausgängen der Ver teilerschränke und den Koaxialkabeln, welche die optischen Wandler gemeinsam verbinden, per Hand modifiziert werden. In der Praxis kann sich dieser Vorgang mehrere Male pro Jahr wiederholen. Für eine Gruppe von acht BTS und einigen Hundert Mikroabschnitten, wie dies in dem Beispiel angezeigt ist, sind diese manuellen Vorgänge akzeptabel. Das, was gezeigt werden soll, gilt auch für die Verbindungsmittel zwischen einer Gruppe von BTS und dem zugeordneten Verteilerschrank. Solche manuell ausgeführten Operationen sind jedoch nicht mehr vernünftigerweise in Betracht zu ziehen bei Systemen, die mehr als acht BTS pro Gruppe umfassen.
Dennoch hat man gesehen, dass ein System mit fünf Gruppen von jeweils acht BTS die Steuerung eines Mobilnetzes mit 600 Mikroabschnitten ermöglicht. Für eine Stadt wie Paris stellt dies aber nur ein Viertel der Oberfläche des abzudeckenden geographischen Raumes dar.
Man kann natürlich in Betracht ziehen, die abzudeckende Stadt in vier unterschiedliche Zonen aufzuteilen, wobei jede dieser Zonen durch ein System wie das oben beschriebene abgedeckt wird, so dass tatsächlich ein Untersystem gebildet wird. In diesem Fall wären vier Standorte für einen Netzwerkkopf vorzusehen, nämlich einer pro Untersystem. Man müsste auch dafür sorgen, aus den Zuordnungsplänen die Frequenzen auszuwählen, welche die Gefahren von Störgeräuschen an den Grenzen der Zonen der durch jedes Untersystem abgedeckten Stadt eliminieren.
Dennoch weist diese Lösung den Nachteil auf, wieder einen Zuordnungsbegriff für verfügbare Ressourcen (den BTS) bei den bestimmten Zuschnitten in vier Zonen, die jeweils einem Viertel der Stadt entsprechen) einzuführen, wobei diese Zuordnung in festgelegter Weise zwischen den Netzwerkköpfen jedes Untersystems verwirklicht wird. Aus diesem Grund wird eine Lösung bevorzugt, in welcher die durch das System abgedeckte Zone immer einheitlich ist, wobei das System nur einen einzigen Netzwerkkopf mit einer erhöhten Anzahl von BTS pro Gruppe aufweist.
Für die Stadt Paris zum Beispiel wird ein System vorgeschlagen, das fünf Gruppen von BTS mit einhundert BTS pro Gruppe umfasst. Dadurch ergibt sich dann das Problem für die vorgenannten manuellen Eingriffe. Tatsächlich können mit einhundert BTS pro Gruppe und zweitausend bis viertausend Mikroabschnitten diese manuellen Eingriffe unakzeptabel werden.
Deshalb kann eine andere Ausführungsform des elektronischen Verteilers und der Verbindungsmittel, welche diesen mit den Einschubschränken der BTS an dem Standort des Netzwerkkopfes verbinden, in Betracht gezogen werden.
Zu diesem Zweck wird auch eine Ausführungsform vorgeschlagen, in welchem die durch etwa 512 BTS gelieferten Signale GSM unterschiedslos auf acht Koaxialbusse in dem Frequenzband zwischen 1000 und 23000 MHz frequenzabhängig multiplext werden. Jeder Koaxialbus überträgt somit ein 60stel der unterschiedlichen Telefonkanäle, die jeweils ein Frequenzband von 8 MHz Breite belegen, zum Beispiel vierundsechzig Telefonkanäle.
Diese acht Koaxialbusse sind mit den Eingängen der Verteilerschränke verbunden, die insgesamt 64 Chassis mit jeweils 10 Auswahlkarten umfassen, wobei jede Auswahlkarte 6 Selektoren aufweist. So gibt es insgesamt 3840 Mikroabschnitte, die insgesamt 520 BTS verbinden können, nämlich 104 BTS pro Gruppe oder Farbe.
Die räumlichen Auswahlmittel (Auswahl eines von den acht Koaxialbussen) und frequentielle Auswahlmittel (Auswahl eines Kanals von 65 auf jeden Bus übertragener Kanäle) werden durch die Auswahlkarten getragen, die somit komplexer sind als im vorher gehenden Fall.
Diese Auswahlkarten stellen das Band GSM (beispielsweise 935 bis 942 MHz) den Transpositionskarten wieder zur Verfügung. Jeder Mikroabschnitt kann somit wieder ohne manuellen Eingriff angeknüpft werden, ganz gleich an welche der BTS, und zwar durch räumliche und frequentielle Auswahl, mit der im Laufe eines Tages Mikroabschnitte zwischen den BTS derselben Farbe verteilt werden müssen, oder mit der mehrmals pro Jahr der Zuordnungsplan von Frequenzen (Zuordnung von Farben zu den Mikroabschnitten) im Laufe der Erzeugung neuer Mikroabschnitte modifiziert werden muss.
Um zu vermeiden, dass das im Band 1000 bis 2300 MHz multiplexte Signal verstärkt werden muss, wird die Kopplung der Ausgänge von 64 BTS in vorteilhafter Weise mit Hilfe eines Kopplers mit 64 Eingängen und 64 Ausgängen durchgeführt, was durch eine Verbindung von 3dB-Kopplern erfolgt. Im Einzelnen wird ein Signal mit frequenzabhängig multiplexten Signalen GSM, das 2^m BTS (wobei m eine ganze Zahl ist) aufweist, durch einen 2^m×2^m-Koppler erzeugt, der m-Stufen von miteinander verbundenen 3dB-Kopplern bildet.
In dieser zweiten Ausführungsform sind die Verbindungen zwischen den Ausgängen der Auswahlkarten und die Verbindungsmittel zwischen dem Netzwerkkopf und den lokalen Relaisstationen mit denjenigen der ersten Ausführungsform des weiter oben beschriebenen Verteilers identisch. Figurenbeschreibung Fig. 2

à 3% de blocage = bei 3% Blockierung

à 1% de blocage = bei 1% Blockierung

Claims

System für den Mobilfunkverkehr, insbesondere eine System GSM 900 oder DCS 1800, in welchem der durch das System abgedeckte geographische Flächenraum in elementare Zonen bzw. Mikroabschnitte (US1 bis US7) unterteilt ist, denen jeweils eine Gruppe von Funk- bzw. Farb-Trägerwellen gemäß einem Zuordnungsplan für bestimmte Frequenzen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass dieses umfasst: – Gruppen von Basisstationen (111) bzw. BTS, die eine Funktion der Modulation/Demodulation, der Transposition und des Multiplexing/Demultiplexing von Trägerwellen jeder Farbe sicher stellen und physisch auf ein und demselben Netzwerkkopf (100) installiert sind; – feste Sende/Empfang-Funkverstärkungseinrichtungen bzw. lokale Relaisstationen (RL), die in jedem Mikroabschnitt installiert sind und mit dem Netzwerkkopf durch geeignete Verbindungsmittel (120a, 120b), welche die Übertragung von multiplexten GSM Signalen zwischen dem Netzwerkkopf (100) und den lokalen Relaisstationen sicher stellen, verbunden sind; – Steuereinrichtungen, die aufweisen Mittel zur Verkehrbeobachtung (102), um die Belastung der BTS und/oder der Mikroabschnitte jeweils einzeln zu berücksichtigen, sowie einen elektronischen Verteiler (101), der so gesteuert wird, dass dieser die BTS mit den lokalen Relaisstationen mit Hilfe der Verbindungsmittel in der Weise verbindet, dass die Belastung der BTS ein und derselben Gruppe ausgeglichen wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (101) derart gesteuert wird, dass eine BTS mit mehreren lokalen Relaisstationen (RL) verbunden ist, die den geographisch nahen oder in Richtung der Funkübertragung fest angekoppelten Mikroabschnitten entsprechen.
System nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkübertragung in den Mikroabschnitten auf Mikrozellenebene erfolgt, wobei der Zuordnungsplan der Frequenzen nur sechs, fünf oder vier unterschiedliche Farben umfasst.
System nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Farbe einen Markierungsträger und von fünf bis acht Gesprächsträger in einer Bandbreite von 5 bis 8 MHz umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel zwischen den BTS und den örtlichen Relaisstationen Kabel- oder Lichtleitfaserverbindungen und/oder Verbindungen mit Koaxialkabel (120a bis 120b) umfassen.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (101) Einrichtungen zum frequenzabhängigen Transponieren und Multiplexing/Demultiplexing umfasst, um die Übertragung von den GSM-Signalen entsprechenden Telefonkanälen auf diesen Verbindungen zu erlauben.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel zwischen den BTS und den lokalen Relaisstationen ein Kabelnetz zur Übertragung von Fernsehsignalen umfassen.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (101) Mittel zum frequenzabhängigen Transponieren und Multiplexing/Demultiplexing umfasst, um die Übertragung von den GSM-Signalen entsprechenden Telefonkanälen über das Kabelnetz in nicht durch die Fernsehsignale belegte Frequenzkanäle zu erlauben.
System nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Multiplexing die Telefonkanäle, die den durch ein und denselben Koaxialbaum versorgten Mikroabschnitten zugeordnet sind, auf benachbarten Frequenzkanälen neu gruppiert.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen von Telefonkanälen, die den durch ein und denselben Koaxialbaum versorgten Mikroabschnitten zugeordnet sind, innerhalb des Spektrums der optischen Verbindung in der Weise angeordnet sind, dass die Spiegelbänder dieser Gruppen frei bleiben.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verkehrsbeobachtung Mittel zur Transposition einer Frequenz mit, für eine lokale Oszillatoreinrichtung, einer einzigen in einem Schritt von 200 kHz frequenzagilen Abstimmeinrichtung, die von allen möglichen Trägerfrequenzen durchlaufen wird, sowie Mittel zur Erfassung während der Dauer eines Zeitintervalls von 0,577 ms umfasst.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verkehrsbeobachtung für jede Gruppe von BTS aufweist Mittel zur Beobachtung des zunehmenden Verkehrs und Mittel zur Beobachtung des abnehmenden Verkehrs sowie Mittel zur Näherung der durch diese zwei Typen von Beobachtungsmitteln gelieferten Resultate, um die Aktivität der mobilen Stationen und die Aktivität der Störgeräusche zu auseinander zu halten.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verkehrsbeobachtung (102) Mittel aufweisen, um die GSM-Signale in ein Videoband zu transponieren, und Mittel, um im Videoband die Frequenzen zu analysieren, auf welchen Energie vorhanden ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen auch Mittel zur Prognose der Belastung der BTS umfassen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Prognose der Belastung der BTS eine Karte zur Zählung der Anzahl von in jedem Mikroabschnitt vorhandenen und in Kommunikation befindlichen mobilen Stationen umfassen, derart, dass die potentielle Belastung der BTS berücksichtigt wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens eine untergeordnete BTS umfasst, um bei einem Kippen von Kommunikationen einer ersten BTS in Richtung einer zweiten BTS derselben Gruppe den vorher durch die erste BTS und nachher durch die zweite BTS unterstützten Verkehr übergangsweise zu unterstützen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nur eine einzige untergeordnete BTS für alle BTS-Gruppen umfasst, welche Funkwellen von unterschiedlicher Frequenz zu denjenigen, die von den anderen BTS genutzt werden, ohne Unterscheidung der Gruppe nutzt.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die untergeordnete BTS nur zwei Funkwellen nutzt.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine untergeordnete BTS pro Gruppe von BTS nutzt, wobei die untergeordnete BTS einer Gruppe von BTS die Trägerwellen der BTS anderer Gruppen nutzt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die BTS-Bereiche ein und derselben Gruppe in dem Raum, der den Netzwerkkopf beinhaltet, vorzugsweise kreisbogenförmig angeordnet sind, wobei eine Einheit (DL) von Wandlern im Zentrum des Kreises angeordnet ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Verteiler (101) Mittel zur Raumauswahl oder Mittel zur Raum- und Frequenzauswahl umfasst.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dieses 2^m BTS (111, 112, 115) und einen 2^m × 2^m-Koppler umfasst, der m-Stufen von miteinander verbundenen 3dB-Kopplern bildet, wobei m eine ganze Zahl ist.