SE504269C2 - Förfarande för att förtäta ett sändar- och mottagarnät för mobiltelefoni - Google Patents

Description

504 269 2 hög trafikintensitet avseende antalet samtidiga samtal.

Det finns ett antal olika vedertagna modeller för att bygga upp ett nät. De flesta av dessa modeller innefattar s.k. 3- sektorsiter, vilket innebär att en basstation utrustas med tre riktantenner, vanligtvis 60-gradersantenner, vilkas riktning ligger 120 grader från varandra. Varje antenn matas med en eller flera kanaler och bildar en s.k. geografisk cell. Antennerna tillhöriga en basstation matas med olika frekvenser. Basstationerna placeras efter ett mönster så att cellerna bildar ett hexagonmönster. Vilka kanaler som sänds i respektive antenner bestäms av det frekvensmönster som valts.

Ett vanligt förekommande frekvensmönster är ett 4/12-mönster.

Detta innebär att man på 4 basstationer innefattande 12 celler använder samtliga tillgängliga frekvenser en gång.

Placeringen av basstationerna och cellernas frekvenser upp- repas i ett repetitivt mönster, där celler bildar nämnda hexagonmönster, så att varje cell med en frekvens kommer så långt som möjligt från en närliggande cell med samma frek- vens. Det krävs med andra ord minst 12 kanaler för att åstad- komma ett 4/12-mönster med en kanal per cell. Förutsatt att man har tillgång till 24 kanaler kan varje cell matas med två kanaler.

Om kapacitetsbrist uppstår kan ett tätare frekvensmönster väljas. Ett sådant frekvensmönster är ett 3/9-mönster, in- nebärande att man på tre basstationer innefattande 9 celler har använt alla tillgängliga frekvenser en gång. För att höja kapaciteten jämfört med ett 4/12-mönster med 24 kanaler erfordras således att 27 kanaler används, varvid varje cell utrustas med 3 kanaler. Det finns stora tveksamheter vad gäller ett 3/9-mönsters funktion på grund av att risken är stor för att interferensproblem skall uppstå med dålig sam- talskvalitet som följd.

Ett ytterligare mönster, nämligen ett 2/12-mönster finns 504 269 3 beskrivet. I detta mönster har varje basstation sex sektorer och kanalerna hamnar efter ett givet mönster. Problemet med ett 2/12-mönster är att stor risk finns för interferens- problem.

När kapaciteten hos ett mobilnät måste ökas kan olika åt- gärder vidtagas. Det första steget är att lägga till en kanal förutsatt att det finns ytterligare kanaler tillgängliga. I ett 4/12-mönster skulle tillgång till 36 kanaler medföra att 3 kanaler per cell kan utnyttjas.

Förutsatt att 24 kanaler utnyttjats i ett 4/12-mönster kan kapaciteten ökas genom att övergå till ett 3/9-mönster utan att nya basstationer behöver byggas. Förutsatt att man bara har tillgång till 24 kanaler kan inte ett 3/9-mönster an- vändas fullt ut, vilket kräver 27 kanaler. Detta innebär dock att frekvenserna upprepas tätare, vilket leder till en kvali- tetsförsämring.

Ett annat sätt som implementerats är att anordna mikroceller.

Mikroceller är små basstationer med begränsad räckvidd, vilka placeras exempelvis på husfasader c:a 5 - 10 meter över gatu- nivå. Ett stort antal mikroceller kan avlasta ett överliggan- de nät, d.v.s. de ordinarie basstationerna. En nackdel med mikroceller är att de har liten täckning, vilket ger upphov till varierande signalstyrka för en användare som rör sig snabbt mellan cellerna eftersom stora variationer i signal- styrka uppstår när gathörn rundas. En annan nackdel är att kostnaderna per mikrocell är höga. Vidare erhålles en dålig inomhustäckning.

Föreliggande uppfinning löser problemet att med ett begränsat antal tillgängliga kanaler öka nätets kapacitet betydligt inom ett önskat geografiskt område.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till förfarande för att förtäta ett sändar- och mottagarnät för mobiltelefo- 504 269 4 ni, vilket nät är uppbyggt av basstationer med vardera tre celler vilkas riktning ligger 120 grader mellan varandra, där de tre cellerna tillhöriga en basstation opererar på inbördes olika kanaler, d.v.s. frekvenser, och där åtminstone fyra olika basstationer förekommer med inbördes olika frekvensuppe sättningar i cellerna så att var och en av cellerna till- höriga de fyra basstationerna opererar på olika frekvenser och vilka basstationer är så placerade relativt varandra att cellerna bildar ett hexagonmönster där basstationer med olika frekvensuppsättningar är placerade i ett repetitivt mönster, d.v.s. ett s.k. 4/12-frekvensmönster, där basstationer finns placerade på ett väsentligen ekvidistant avstånd från varand- ra utmed två eller flera väsentligen parallella och räta linjer, där utmed en första linje varannan basstation har en viss första frekvensuppsättning och varannan basstation en viss andra frekvensuppsättning och utmed en andra linje varannan basstation har en viss tredje frekvensuppsättning och varannan basstation en viss fjärde frekvensuppsättning, där genom hexagonmönstret basstationerna utmed en linje ligger förskjutna relativt basstationerna på en närliggande linje med ett avstånd motsvarande väsentligen halva avståndet mellan två basstationer liggande utmed samma linje, och utmärkes av, att en första förtätning åstadkommas genom att en mittre basstation, med en första frekvensuppsättning, belägen i ett i huvudsak rombformat mönster vars hörn utgöres av de fyra närmast den mittre basstationen belägna basstatio- nerna som har samma, en andra, frekvensuppsättning, bringas att ändras till att ha samma frekvensuppsättning som bassta- tionerna i rombens nämnda hörn av, att ytterligare basstatio- ner anordnas innanför nämnda romb av, att frekvensuppsätt- ningarna hos respektive ytterligare basstation väljs så att dess cellers frekvens eller frekvenser avviker från frekven- sen eller frekvenserna hos de närmast liggande basstationer- nas celler.

Nedan beskrives uppfinningen närmare delvis i samband med på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, 504 269 där - figur 1 visar en cellstruktur enligt ett 4/12 - mönster - figur 2 visar en del av cellstrukturen i figur 1 i större skala, där en förtätning i ett första steg enligt uppfin- ningen skett - figur 3 visar en del av cellstrukturen i figur 1 i större skala, där en förtätning i ett första och ett andra steg enligt uppfinningen skett.

I figur 1 visas ett konventionellt 4/12-mönster av ovan angivet slag. Med siffran 1 betecknas en basstation. Runt varje bassstation finns tre sexkantiga celler 2, 3, 4. Cel- lerna bildar således ovan nämnda hexagonmönster. Siffrorna 1 till 12 i de olika cellerna avser den kanalgrupp, eller frekvensuppsättning, som utsändes i respektive cell. Varje kanalgrupp kan bestå av en frekvens eller två eller flera frekvenser beroende på hur många frekvenser nätets operatör har tillgång till.

Föreliggande uppfinning avser ett dylikt nät för mobiltelefo- ni. Nätet är således uppbyggt av ett stort antal basstationer 1 med vardera tre celler 2, 3, 4, vilkas riktning ligger 120 grader mellan varandra, där de tre cellerna tillhöriga en basstation opererar på inbördes olika kanaler, d.v.s. frek- venser. Åtminstone fyra olika basstationer förekommer med in- bördes olika frekvensuppsättningar i cellerna så att var och en av cellerna tillhöriga de fyra basstationerna opererar på olika frekvenser. Basstationerna 1 är så placerade relativt varandra att cellerna 2, 3, 4 i nätet bildar ett hexagon- mönster där basstationer med olika frekvensuppsättningar är placerade i ett repetitivt mönster, d.v.s. ett s.k. 4/12- frekvensmönster.

Basstationerna är placerade på ett väsentligen ekvidistant avstånd från varandra utmed två eller flera väsentligen parallella och räta linjer. I figur 1 betecknar siffrorna 5 och 6 sådana linjer. Utmed den första linjen 5 har varannan 504 269 6 basstation en viss första frekvensuppsättning och varannan basstation en viss andra frekvensuppsättning. Utmed den andra linjen 6 har varannan basstation en viss tredje frekvensupp- sättning och varannan basstation en viss fjärde frekvensupp- sättning. Genom hexagonmönstret ligger basstationerna utmed en första linje 5 förskjutna i linjens längdsled relativt basstationerna på en närliggande andra linje 6 med ett av- stånd motsvarande väsentligen halva avståndet mellan två bas- stationer liggande utmed samma linje.

Ovan angavs att basstationerna ligger på ett väsentligen ekvidistant avstånd från varandra utmed två eller flera väsentligen parallella och räta linjer. Vidare angavs att förskjutningen av basstationer utmed närliggande linjer vä- sentligen motsvarar halva avståndet mellan två basstationer liggande utmed samma linje. Figur 1 visar ett idealt 4/12- mönster. I praktiken utgörs en basstation av en mast som uppbär antenner. Det inses att det kan vara svårt eller helt omöjligt att särskilt i stadsbebyggelse placera basstationer- na i ett idealt mönster beroende på tillgång till byggnader och mark för placering av basstationerna. Därför avviker placeringen av basstationerna i ett verkligt nät mer eller mindre från den ideala placeringen visad i figur 1.

Enligt uppfinningen åstadkommas en första förtätning av nätet genom att en mittre basstation 10, med en första frekvensupp- sättning G, belägen i ett i huvudsak rombformat mönster 7, vars hörn utgöres av de fyra närmast den mittre basstationen belägna basstationerna 11 - 14 som har samma, en andra, frekvensuppsättning R, bringas att ändras till att ha samma frekvensuppsättning R som basstationerna 11 - 14 i rombens nämnda hörn.

I figur 1 betecknas de fyra olika frekvensuppsättningarna hos basstationerna med versalerna G, R, B och S. Förutom i hörnen där basstationer med frekvensuppsättningen R förefinns, finns basstationer 23 - 26 mitt på rombens respektive par av mot- 504 269 7 stående sidor. Dessa har frekvensuppsättningarna S respektive ß . ' Det är givetvis så att varje romb i 4/12 - mönstret bildad av basstationer med samma frekvensuppsättning kan väljas för att inom den förtäta nätet.

Enligt uppfinningen anordnas vidare ytterligare basstationer - 22 innanför nämnda romb 7, se figur 2. Figur 2 visar romben i figur 1 i större skala. Frekvensuppsättningarna G, R, B och S hos respektive ytterligare basstation 15 - 22 väljs så att dess olika cellers frekvens eller frekvenser av- viker från frekvensen eller frekvenserna hos de närmast liggande basstationernas celler.

Det har överraskande visat sig att det på detta sätt är möjligt att förtäta ett 4/12 - nät utan att de inledningsvis nämnda interferensproblemen uppträder. Genom att ändra frek- vensuppsättningen hos den mittre basstationen 10 till den som basstationerna i rombens hörn har, kan man välja frekvensupp- sättningar hos de ytterligare basstationerna, som dels av- viker från frekvensuppsättningen hos den mittre basstationen och basstationerna 11 - 14 i hörnen, dels avviker från de närmast liggande basstationerna 15- 26 inklusive de ytterli- gare basstationerna 15 - 22.

Härigenom kommer vid samtalskommunikation varje basstations cell att ha ett geografiskt område som är mindre än vad varje ursprungscell täcker, inom vilket område ifrågavarande bas- station är starkast och dominerar över kringliggande bassta- tioners celler.

Genom förtätningen kommer således ett större antal basstatio- ner och därmed celler att finnas tillgängliga för kommunika- tion inom det förtätade området.

De ytterligare basstationernas inbördes placering och place- 504 269 8 ring relativt de ursprungliga basstationerna är inte helt kritisk, utan kan varieras. Vidare kan antalet ytterligare basstationer varieras.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinning- en bringas emellertid de ytterligare basstationerna 15 - 22 att vara åtta till antalet. Vidare anordnas de ytterligare basstationerna 15 - 22 innanför nämnda romb 7 i ett med nämnda romb koncentriskt rombmönster, där den koncentriska romben har en sidlängd som är väsentligen hälften av den större rombens sidlängd. I figur 2 bildar således basstatio- nerna 15, 17, 19 och 21 den koncentriska mindre romben.

Enligt denna utföringsform bringas de ytterligare bassta- tionerna 15 - 22 i det koncentriska rombmönstret att ha en respektive frekvensuppsättning som är lika med frekvensupp- sättningarna i en romb av de ursprungliga basstationerna, vilken romb är parallellförskjuten med den förstnämnda romben 7 och vilken har en mittre basstation med nämnda andra frek- vensuppsättning, nämligen den frekvensuppsättning R som den mittre basstationen 10 har. En sådan romb bildas exempelvis av de ursprungliga basstationerna 10, 36 - 38, se figur 1.

Alla dessa har ursprungligen frekvensuppsättningen G.

Enligt denna utföringsform bringas den mindre romben att orienteras så att de ytterligare basstationerna 15, 17, 19 och 21 i den mindre rombens hörn har nämnda första frekvens- uppsättning, d.v.s. den som basstationen 10 ursprungligen hade, nämligen G.

Ett vanligt förekommande avstånd mellan de ursprungliga basstationerna är omkring 1000 meter. Genom den nyss be- skrivna förtätningen blir således avståndet mellan basstatio- nerna i det förtätade området omkring 500 meter.

Enligt en mycket föredragen utföringsform åstadkommes en ytterligare förtätning, se figur 3. I figur 3 visas det 504 269 9 aktuella området i figur 2. Den ytterligare förtätningen runt förstnämnda mittre basstation 10 åstadkommes genom att denna bringas att byta tillbaka frekvensuppsättning till den ur- sprungliga första frekvensuppsättningen G._Vidare anordnas ytterligare åtta basstationer 28 - 35 innanför ovan nämnda mindre romb, d.v.s. romben som begränsas av basstationerna , 17, 19 och 21. Denna ytterligare förtätning sker efter samma princip som den första förtätningen.

Den ytterligare förtätningen sker således i ett med den mindre romben koncentriskt rombmönster, vilket blir den minsta romben. Denna minsta koncentriska romb har en sid- längd, som väsentligen är hälften av den nämnda mindre rom- bens sidlängd.

De ytterligare basstationerna placerade i det minsta kon- centriska rombmönstret har en respektive frekvensuppsättning som är lika med frekvensuppsättningarna i en romb av de ursprungliga basstationerna, vilken romb är parallellförskju- ten med, eller sammanfaller med, förstnämnda romb 7 och vilken har en mittre basstation med nämnda första frekvens- uppsättning G.

Den minsta romben är så orienterad att de ytterligare bas- stationerna 28, 30, 32 och 34 i den minsta rombens hörn har nämnda andra frekvensuppsättning R.

Det har likaledes överraskande visat sig att även med denna mycket kraftiga förtätning undvikes de inledningsvis nämnda interferensproblemen, trots att avståndet mellan de ytterli- gare basstationerna 15 - 21 och 28 - 35 med ovan angivna exempel blir så kort som ungefär 250 meter.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen bringas den mittre basstationen liksom de runt denna grupperade ytterligare basstationerna att ha en sändareffekt som i huvudsak är densamma som övriga basstationer. Detta medför 4, 504 269 att interferenser mellan två närliggande basstationer med samma frekvensuppsättning effektivt undvikes. eftersom varje cell är stark inom sitt område. Vidare ger det i stadsbe- byggelse en mycket god inomhustäckning av nätet.

En förtätning i ett område utanför och gränsande till först- nämnda romb 7, löpande mellan de ursprungliga basstationerna 11 - 14, bringas enligt en föredragen utföringsform av upp- finningen att ske på samma sätt som beskrivits ovan innanför en romb av samma storlek och gränsande till förstnämnda romb.

Givetvis kan Vilket område som helst längre utanför först- nämnda romb förtätats på det angivna sättet.

Ovan nämndes att de ytterligare basstationernas inbördes placering och placering relativt de ursprungliga basstatio- nerna kan varieras och att antalet ytterligare basstationer kan varieras.

Emellertid är de ovan föredragna utföringsformerna mycket viktiga eftersom en första och även en andra förtätning enligt det ovan sagda ger upphov till mycket förtätat nät där interferensproblemen undvikes.

Enligt en föredragen utföringsform bringas en eller flera av den mittre basstationen samt de runt denna grupperade ytter- ligare basstationerna liksom övriga basstationer att sända och mottaga signaler med tiltade antenner där loben pekar snett nedåt för att därigenom begränsa respektive antenns räckvidd.

Detta utförande kan användas när störningar annars skulle uppträda exempelvis på grund av att två celler kommer för nära varandra beroende på att det inte går att placera an- tennerna på annat sätt. Exempelvis kan det vara svårt att i stadsbebyggelse välja basstationernas läge optimalt.

Vidare kan detta utförande användas för de fall då exempelvis 504 269 ll en eller två av de ytterligare basstationerna inte kan ut- placeras överhuvudtaget, exempelvis på grund av vattendrag i stadsbebyggelse.

Ovan har förtätning av ett befintligt nät enligt ett 4/12- mönster beskrivits. Det är emellertid självklart att före- liggande förfarande likaväl kan tillämpas för att förtäta ett konventionellt 4/12-mönster vid uppförande av ett helt nytt nät.

Ovan har ett antal utföringsexempel beskrivits. Det är dock uppenbart att modifieringar kan ske avseende anpassning av sändningsstyrka hos enskilda basstationer eller celler res- pektive dessas placering betingat av praktiska omständig- heter.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsexemplen utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 504 269 12 Patentkrav

1. Förfarande för att förtäta ett sändar- och mottagarnät för mobiltelefoni, vilket nät är uppbyggt av basstationer med vardera tre celler vilkas riktning ligger 120 grader mellan varandra, där de tre cellerna tillhöriga en basstation opere- rar på inbördes olika kanaler, d.v.s. frekvenser och där åtminstone fyra olika basstationer förekommer med inbördes olika frekvensuppsättningar i cellerna så att var och en av cellerna tillhöriga de fyra basstationerna opererar på olika frekvenser och vilka basstationer (1) är så placerade rela- tivt varandra att cellerna (2,3,4) bildar ett hexagonmönster där basstationer med olika frekvensuppsättningar är placerade i ett repetitivt mönster, d.v.s. ett s.k. 4/12-frekvensmöns- ter, där basstationer finns placerade på ett väsentligen ekvidistant avstånd från varandra utmed två eller flera väsentligen parallella och räta linjer (5,6), där utmed en första linje (S) varannan basstation har en viss första frekvensuppsättning och varannan basstation en viss andra frekvensuppsättning och utmed en andra linje (6) varannan basstation har en viss tredje frekvensuppsättning och varan- nan basstation en viss fjärde frekvensuppsättning, där genom hexagonmönstret basstationerna utmed en linje (5) ligger förskjutna relativt basstationerna på en närliggande linje (6) med ett avstånd motsvarande väsentligen halva avståndet mellan två basstationer liggande utmed samma linje, k ä n - n e t e c k n a t a v, att en första förtätning åstadkommas genom att en mittre basstation (10), med en första frekvens- uppsättning (G), belägen i ett i huvudsak rombformat mönster, vars hörn utgöres av de fyra närmast den mittre basstationen (10) belägna basstationerna (11 - 14) som har samma, en andra, frekvensuppsättning (R), bringas att ändras till att ha samma frekvensuppsättning (R) som basstationerna (11 - 14) i rombens (7) nämnda hörn av, att ytterligare basstationer (15 - 22) anordnas innanför nämnda romb (7) av, att frekvens- uppsättningarna hos respektive ytterligare basstation (15 - 22) väljs så att dess cellers frekvens eller frekvenser 10 15 20 25 .30 35 504 269 13 avviker från frekvensen eller frekvenserna hos de närmast liggande basstationernas celler.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att de ytterligare basstationerna (15 - 22) bringas att vara åtta till antalet av, att de ytterligare basstationerna an- ordnas innanför nämnda romb (7) i ett med nämnda romb koncen- triskt rombmönster av, att nämnda koncentriska romb har en sidlängd som är hälften av den större rombens (7) sidlängd, av att de ytterligare basstationerna (15 - 22) placeras i det koncentriska rombmönstret så att de har en respektive frek- vensuppsättning som är lika med frekvensuppsättningarna i en romb av ursprungliga basstationer (10, 27 - 29), vilken romb är parallellförskjuten med förstnämnda romb (7) och vilken har en mittre basstation (12) med nämnda andra frekvensupp- sättning (R) och av, att de ytterligare basstationerna (15, l7,19,21) i den mindre rombens hörn har nämnda första frek- vensuppsättning (G).

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att en andra ytterligare förtätning runt förstnämnda mittre basstation (10) åstadkommes genom att denna bringas att byta tillbaka frekvensuppsättning till den ursprungliga första frekvensuppsättningen (G) av, att ytterligare åtta bassta- tioner (28 - 35) anordnas innanför nämnda mindre romb i ett med den mindre romben koncentriskt rombmönster av, att den minsta koncentriska romben har en sidlängd som är hälften av den nämnda mindre rombens sidlängd av, att de ytterligare basstationerna (28 - 35) placerade i det minsta koncentriska rombmönstret har en respektive frekvensuppsättning, som är lika med frekvensuppsättningarna i en romb av de ursprungliga basstationerna, vilken romb är parallellförskjuten med först- nämnda romb, eller sammanfaller med förstnämnda romb (7) och vilken har en mittre basstation med nämnda första frekvens- uppsättning (G) och av att de ytterligare basstationerna (28,30,32,34) i den minsta rombens hörn har nämnda andra frekvensuppsättning (R). 10 15 20 25 504 269 14

4. Förfarande enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k«- n a t a v, att den mittre basstationen (10) liksom de runt denna grupperade ytterligare basstationerna (15 - 22; 28 - 35) bringas att ha en sändareffekt som i huvudsak är densamma som övriga basstationer.

5. Förfarande enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t a v, att en eller flera av den mittre bassta- tionen (10) samt de runt denna grupperade ytterligare bassta- tionerna (15 - 22; 28 - 35) liksom övriga basstationer bring- as att sända och mottaga signaler med tiltade antenner där loben pekar snett nedåt för att därigenom begränsa respektive antenns räckvidd.

6. Förfarande enligt krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e - t e c k n a t a v, att avståndet mellan de ursprungliga basstationerna (1) är i storleksordningen 1000 meter och av, att det minsta avståndet mellan två basstationer efter för- tätning bringas att vara omkring 250 meter.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v, att en förtätning i ett område utanför och gränsande till förstnämnda romb (7), löpande mellan de ursprungliga basstationerna (11 - 14), bringas att ske innan- för en romb av samma storlek och gränsande till nämnda romb.