DE4236982A1 - Zellulares Mobilfunksystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein zellulares Mobilfunksystem mit
Feststationen und Mobilstationen, bei dem vorgesehen ist,
die Vergabe eines Funkkanals in einer Funkzelle mittels
einer Kanalliste vorzunehmen.
Mobilfunksysteme zur Abdeckung eines größeren Versorgungs
bereiches werden schon seit längerem als zellulare Funk
netze konzipiert. In jeder Zelle eines solchen Funknetzes
ist mindestens eine ortsfeste Feststation vorgesehen, die
die Funkverbindung zu den in Ihrer Funkzelle befindlichen
Mobilstationen aufrecht erhält. Um das für das jeweilige
Funksystem verfügbare Frequenzband einer möglichst großen
Teilnehmerzahl im gesamten Mobilfunksystem zugänglich zu
machen, kommt der Funknetzplanung eine besondere Bedeutung
zu.
Bei der Funknetzplanung wird jeder Feststation aus der
Gesamtzahl der verfügbaren Funkkanäle eine beschränkte
Auswahl von Funkkanälen zugewiesen. In benachbarten Funk
zellen werden sich voneinander unterscheidende Funkkanäle
benutzt, so daß eine Beeinträchtigung der Funkkanäle un
tereinander vermieden werden kann. Wegen des beschränkten
Frequenzbandes müssen die Funkkanäle im gesamten Funknetz
aber so oft wie möglich wiederverwendet werden, um eine
möglichst hohe Teilnehmerkapazität zu erzielen. Das Ver
hältnis von Gesamtzahl der Funkzellen zu der Anzahl der
Wiederholungen-von gleichen Frequenzen wird hierbei als
Wiederholungsfaktor (reuse-factor) bezeichnet.
Bei der Erstellung eines Kanalverteilungsplan ist auch der
Kanalbedarf jeder Funkzelle zu berücksichtigen. Der Kanal
bedarf einer Funkzelle, ergibt sich aus der Größe der
Funkzelle und dem örtlich zu erwartenden Funkverkehrsauf
kommen. Hierbei sind beispielsweise im Bereich einer Groß
stadt mehr Funkkanäle erforderlich, als in einem rein
ländlichen Gebiet. Teilweise werden daher auch schon Funk
zellen variabler Größe vorgesehen. In sogenannten Klein
zellen, die eine entsprechend verminderte Sendeleistung
erlauben, wird die Wiederbenutzung eines Funkkanals in
schon geringerem Abstand von der Kleinzelle ermöglicht.
Wie weit Funkzellen zur Vermeidung einer Funkstörung von
einander entfernt sein müssen, ist von vielen Faktoren
abhängig. Diese Faktoren sind beispielsweise die Sendelei
stung und die Funkwellenausbreitungsbedingungen. Die Funk
wellenausbreitungsbedingungen werden insbesondere bestimmt
durch im Funkübertragungsweg auftretende Abschattungen,
Beugungen, Streuungen, Reflexionen und Mehrwegeausbrei
tung.
Bei der Planung von Funkzellen werden zur Berücksichtigung
der Funkwellenausbreitungsbedingungen topografische Daten
(wie Geländehöhe, Bebauung etc.) mittels statistischer
Methoden modelliert oder durch Meßfahrten mit Meßwagen
entsprechende Daten ermittelt. Mit Verfahren wie bei
spielsweise Graphenfärbung können sich gegenseitig stören
de Funkkanäle hinreichend weit auseinanderliegenden Funk
zellen zugeordnet werden. Somit ist jeder Funkzelle eine
bestimmte Anzahl von Funkkanälen als Kanalliste von Anfang
an fest zugewiesen. Bei einer Kanalanforderung wird ein
beliebiger freier Kanal aus der zugeordneten Kanalliste
ausgewählt.
Im Gegensatz hierzu wird bei sogenannten dynamischen Ka
nalvergabeverfahren erst bei Auswahl eines Kanals geprüft,
ob sich dieser Kanal mit der gerade im Netz bestehenden
Kanalbelegung verträgt. Ist dies nicht der Fall, so wird
ein nächster Kanal ausgewählt. Wegen der Überprüfung der
Kanalverträglichkeit in jedem Einzelfall, kann bei dynami
scher Kanalvergabe die jeder Funkzelle zugeordnete Kanal
liste auch auf alle insgesamt zur Verfügung stehenden
Kanäle ausgedehnt werden.
In EP 0 202 485 A2 ist ein dynamisches Kanalvergabever
fahren beschrieben, welches auch unter dem Namen "channel
segregation" bekannt ist. Bei diesem Kanalvergabeverfahren
ist jedem Kanal zusätzlich eine Priorität zugeordnet. Bei
einer Kanalanforderung werden die Kanäle in absteigender
Priorität auf ihre Verträglichkeit untersucht. Kann ein
Kanal ausgewählt werden, so wird dessen Priorität erhöht;
kann ein Kanal nicht ausgewählt werden, so wird dessen
Priorität erniedrigt. Durch die Priorisierung von Kanälen
wird erreicht, daß sich in den einzelnen Funkzellen je
weils eine andere Reihenfolge einstellt, in der die Kanäle
untersucht werden; wobei in jeder Funkzelle die Kanäle mit
einer hohen Priorität bevorzugt werden. Durch die Erhöhung
beziehungsweise die Erniedrigung von Prioritäten ist somit
auch eine Möglichkeit gegeben, mit der sich die Kanalver
teilung im Funknetz selbst optimiert beziehungsweise gege
benenfalls selbst reorganisiert.
Bei begrenztem Kanalangebot geht die Steigerung der Anzahl
der einer Funkzelle zugewiesenen Funkkanäle somit immer zu
Lasten des Kanalangebots in den benachbarten Funkzellen.
Durch den weiter steigenden Bedarf nach mobiler Kommunika
tion werden sowohl die zur Zeit existierenden als auch die
im Aufbau befindlichen Mobilfunknetz kurz- bzw. mittel
fristig ihre Kapazitätsgrenzen erreichen.
Nur durch die auf statistischer Grundlage getroffenen
Vereinfachungen ist bei den bekannten Methoden der Pla
nungsaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten. Gerade
aber bei Klein- und Kleinstzellen sind die statistischen
Vereinfachungen nicht mehr zulässig, weil die berechneten
Daten zunehmend unsicherer werden. Bereits geringfügige
Änderungen der Infrastruktur einer Klein- bzw. Kleinst
funkzelle, auch wenn sie nur vorübergehender Natur sind,
können zu einer funktechnisch oder verkehrsmäßig vollstän
dig anderen Situation führen, so daß mit den vorgeplanten
Daten ein ordnungsgemäßer Betrieb der Funkzelle nicht
aufrechtzuerhalten ist.
Eine Straßenbaustelle beispielsweise, die anhaltende Ver
kehrsstaus hervorruft, läßt dadurch auch die Anzahl der
(Funk)-Verkehrsteilnehmer in einer Zelle drastisch an
steigen. Da wegen des begrenzten Kanalangebots nicht in
jeder Funkzelle für jede auch nur denkbare Situation ein
entsprechend ausreichendes Kanalangebot vorgesehen sein
kann, führen geänderte Funk- und (Funk)-Verkehrssituatio
nen zu Überlastungen von Funkzellen, mit den bekannten
Nachteilen, wie Abweisung eines Gesprächswunsches oder
Gesprächsabbrüchen wegen eines fehlenden freien Kanals.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Mobilfunksystem
der eingangs genannten Art Möglichkeiten zur Optimierung
des Funknetzes während seines Betriebes zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Erfassung und
Klassifizierung von verschiedenen Funksituationen vorgese
hen ist und zu jeder klassifizierten Funksituation eine
eigene Kanalliste vorgesehen ist.
Je nachdem welcher Aufwand gerechtfertigt erscheint, kann
eine Funksituation durch räumliche Komponenten oder durch
zeitliche Komponenten oder einer Kombination dieser Kom
ponenten erfaßt werden. Die räumliche Komponente berück
sichtigt den Funkort einer Mobilstation. Der Funkort einer
Mobilstation kann beispielsweise mittels Signalstärkemes
sungen ermittelt werden. Die zeitliche Komponente ist die
augenblickliche Kanalsituation, beispielsweise die aktuel
le Kanalbelegung. Durch Klassifikation, beispielsweise
durch Vergleich der einzelnen Komponenten mit vorgegebenen
Schwellwerten wird die Vielzahl der möglichen Funksitua
tionen auf eine geringe Anzahl von klassifizierten Funksi
tuationen reduziert. Zu jeder dieser klassifizierten Funk
situationen wird eine eigene Kanalliste geführt. Bei einer
Kanalanforderung, beispielsweise für einen Gesprächsaufbau
oder für eine Gesprächsweiterreichung wird jeweils aus der
Kanalliste, die der gerade aktuellen Funksituation zuge
ordnet ist, ein Kanal ausgewählt.
Eine einer jeweiligen Funksituation angepaßte Kanalliste
muß nicht zwangsweise andere Kanäle enthalten als die
anderen Kanallisten. Die Kanallisten können sich bei
spielsweise durch unterschiedliche Zuweisungsverfahren
beziehungsweise eine unterschiedliche Priorisierung der in
ihnen enthaltenen Kanäle unterscheiden.
Durch die unterschiedlichen Kanallisten kann somit die
aktuelle Kanalvergabe in Abhängigkeit von einer vorgefun
den Funksituation vorgenommen werden. Da die Kanalvergabe
das Netzverhalten wesentlich mitbestimmt, kann allein
durch die Vorgabe unterschiedlicher Kanallisten das Netz
verhalten an die verschiedenen Netzsituationen angepaßt
werden. Die nur begrenzt vorhanden Netzresourcen können an
diejenigen Teile eines Netzes umverteilt werden, an denen
sie jeweils am vordringlichsten benötigt werden.
Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Verkehrs
kapazität und die Betriebssicherheit des Netzes aus.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß zur Kanalvergabe ein dynamisches Kanalzuweisungsver
fahren verwendet wird.
Dynamische Kanalzuweisungsverfahren, wie beispielsweise
das sogenannte "channel segregation", erneuern mit jeder
Kanalvergabe die verwendete Kanalliste. Hierdurch ist zwar
eine längerfristige Anpassung an die jeweils vorgefundene
Verkehrssituation möglich; wechselnde Verkehrssituationen
verhindern jedoch, daß sich eine optimale Kanalliste ein
stellen kann, weil die Kanalliste ständig auf die wech
selnden Verkehrssituation umschwenken und hinterhereilen
muß.
Besonders vorteilhaft auf dynamische Kanalzuweisungsver
fahren wirkt sich daher insbesondere aus, daß für bestimm
te ausgewählte Funksituationen jedem Kanal zuweisungsver
fahren eine entsprechende Anzahl von Kanallisten zur Ver
fügung steht. Bei Wechsel der Funksituation bleiben die
nicht ausgewählten Kanallisten unangetastet und ermögli
chen es so, bei Auswahl einer dieser Kanallisten, an der
gleichen Stelle fortzufahren, an der eine Kanalliste ver
lassen wurde. Bei ständig wechselnden Funksituationen wird
hierdurch erst die Voraussetzung für eine Konvergenz der
jeweiligen Kanalliste zu einem Optimum geschaffen. Bei
Änderung der aktuellen Funksituation steht die entspre
chend auszuwählende Kanalliste sofort zur Verfügung, so
daß auch eine wesentlich schnellere Reaktion auf Änderungen
der Funksituation möglich ist, als über die langfri
stige Komponente eines herkömmlichen dynamischen Kanalzu
weisungsverfahrens.
Dynamische Kanalzuweisungsverfahren stellen eine Möglich
keit dar, die Vergabe von Funkkanälen während des Netzbe
triebes im praktischen Betrieb zu erlernen. Dadurch ist es
nicht mehr erforderlich, in einem Planungsschritt alle
Funksituationen wie beispielsweise auch Verkehrsdichte und
Verträglichkeitsinformation vorauszuberechnen beziehungs
weise abzuschätzen. Da die Kanalzuweisungen nun nicht mehr
auf unsicheren Planungsdaten beruhen, werden die Zahl der
Gesprächsverluste gesenkt und die Gesprächsqualitäten
erhöht. Durch die verschiedenen für die jeweiligen Funk
situationen vorgesehenen Kanallisten wird es ermöglicht,
daß sich ein solches Funknetz ohne erneute Planung geän
derten Ausbreitungs- und Verkehrsbedingungen besonders
schnell anpaßt, ohne die alten Funksituationen zu verges
sen.
Zur Erfassung der räumlichen Komponente einer Funksitua
tion ist es vorteilhaft auch Feststationen anderer Funk
zellen, vorzugsweise der benachbarten Funkzellen mit ein
zubeziehen.
Die Einbeziehung anderer Feststationen kann zum einen da
durch geschehen, daß eine Mobilstation funktechnische
Parameter anderer Feststationen mißt und/oder zum anderen
auch dadurch, daß die Feststationen die funktechnischen
Parameter der Mobilstation, die sich in anderen Funkzellen
befinden, messen. Dabei müssen nicht alle im Funknetz
vorhandenen Feststationen einbezogen werden. Je nach An
wendungsfall kann nur eine bestimmte Auswahl von anderen
Feststationen, beispielsweise nur die unmittelbar benach
barten Feststationen mit einbezogen werden.
Im einfachsten Fall genügt zur Messung und Auswertung
funktechnischer Parameter die Feldstärke, mit der eine
Mobilstation andere Feststationen empfängt, bzw. die ande
ren Feststationen die jeweils betrachtete Mobilstation
empfangen. Ferner geeignet sind beispielsweise Signal- zu
Interferenzverhältnis, die Entfernung zwischen Mobilsta
tion und Feststationen, etc.
Durch Klassifizierung entstehen auf diese Weise virtuelle
Teilzellen, wobei in einer Teilzelle ähnliche funktech
nische Verhältnisse anzutreffen sind. Eine Teilzelle kann,
muß aber nicht notwendigerweise einen bestimmten örtlichen
zusammenhängenden Gebiet der Funkzelle entsprechen.
Zufriedenstellende Ergebnisse lassen sich bereits durch
Verwendung der Signalstärke als funktechnischer Parameter
erzielen. Vorzugsweise können hierbei die gemessenen Si
gnalstärken in einem Signalstärkenvektor zusammengefaßt
werden, wobei beispielsweise das erste Element dieses
Signalstärkenvektors die Signalstärke der eigenen Fest
station und die anderen Elemente die Signalstärke der
anderen Feststationen angibt.
Besonders vorteilhaft ist es die gemessenen Signalstärken
der benachbarten Feststationen zu der gemessenen Signal
stärke der Feststation der eigenen Funkzelle ins Verhält
nis zu setzen. Hierdurch erhält man eine Aussage über die
Interferenzsituation an dem Aufenthaltsort von einer je
weiligen Mobilstation. Werden hierzu die gemessenen Si
gnalstärken logarithmisch bewertet, so erhält man durch
Subtraktion des ersten Elements des Signalstärkenvektors
von allen anderen Elementen einen Vektor mit Verhältnis
zahlen. Da dieser Vektor die Interferenzsitusation an dem
Aufenthaltsort der Mobilfunkstation wiederspiegelt, wird
dieser Vektor im folgenden als Interferenzvektor bezeich
net.
Besonders vorteilhaft zur Klassifikation ist es, die ins
Verhältnis gesetzten Signalstärken mit einem vom Funksy
stem abhängigen Schwellenwert zu vergleichen. Dieser funk
systemabhängige Schwellenwert ist beispielsweise der maxi
mal zulässige Gleichkanalstörabstand. Bei Überschreitung
dieses Schwellenwertes ist somit eine Störung wahrschein
lich, bei Unterschreitung des Schwellenwertes jedoch un
wahrscheinlich. Je nach Unter- oder Überschreitung des
Schwellenwertes kann somit eine duale Aussage "stört" bzw.
"stört nicht" getroffen werden. Während eines Gespräches
kann auf diese Weise für jede Mobilstation ein Kompatibi
litätsvektor erstellt werden.
Alle Mobilstationen innerhalb einer Funkzelle mit demsel
ben Kombatibilitätsvektor werden einer Teilzelle zugeord
net. Mittels Zuordnungstabellen kann auch eine Zusammen
fassung mehrerer voneinander verschiedener Kombatibili
tätsvektoren zu einer Teilzelle vorgenommen werden. Auf
diese Weise wird es ermöglicht, gegebenenfalls mehrere
Teilzellen mit gleicher Störsituation zusammenzufassen.
Das ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn die zusam
mengefaßten Teilzellen selbst ein geringes Verkehrsaufkom
men aufweisen. Durch Zusammenfassung entsprechender Teil
zellen können so Teilzellen mit annähernd gleichem Ver
kehrsaufkommen gebildet werden, wodurch das zur Verfügung
stehende Kanalangebot gleichmäßig und somit besser genutzt
werden kann.
Zur Erfassung der Funksituation hinsichtlich einer zeitva
rianten Komponente des Kanalraums (Kanalsituation) ist
insbesondere die Betrachtung funktechnischer Parameter
aller zur Verfügung stehenden Kanäle geeignet.
Als funktechnische Parameter eignen sich sowohl quantita
tive Betrachtungen wie "Kanal ist benutzt"/"Kanal ist
nicht benutzt", als auch qualitative Aussagen, wie bei
spielsweise die Messung der Bitfehlerrate eines jeden
Kanals. Durch Bewertung eines jeden einzelnen Kanals,
beispielsweise durch Vergleich mit Grenzwerten, kann jeder
Kanal klassifiziert werden. Als Klassifizierung kann im
einfachsten Fall eine duale Aussage "Kanal störungsfrei"
beziehungsweise "Kanal gestört" dienen. Beispielsweise
durch Zuordnungstabellen ist es auch hier wieder möglich
ähnliche Kanalsituationen zusammenzufassen, um so die
Anzahl der zu betrachtenden Kanalsituationen zu reduzie
ren.
Jede auf diese Weise erfaßte Kanalsituation setzt sich
zusammen aus der gegenseitigen Beeinflussung durch andere
Funkzellen, soweit diese auf die betrachtete Funkzelle
störend einwirken und aus der Verkehrsaktivität in der
betrachteten Funkzelle. Durch zentrale Sammlung und Aus
wertung der Kanalsituation können diese Einflüsse auch
voneinander getrennt werden und die Kanalsituation durch
die getrennten Faktoren beschrieben werden.
Da bei Auswertung der Kanalsituation gleichzeitig auch der
augenblicklichen Aufenthaltsort einer Mobilstation be
stimmt werden kann, kann durch gegenseitige Zuordnung
somit eine örtliche Auflösung der Kanalsituation in einer
Funkzelle vorgenommen werden. Die maximale Anzahl von
unterschiedlichen Funksituationen entspricht somit dem
Produkt aus der Anzahl der örtlichen Situationen und der
Anzahl der zu unterscheidenden Kanalsituationen.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist vor
gesehen, die Gesprächsqualität während eines bestehenden
Gesprächs zu bewerten.
Als Bewertungskriterien können beispielsweise die Signal
/Interferenzverhältnis oder die Bitfehlerrate herangezogen
werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß zu Beginn
und auch bei Netzänderungen Kanalzuordnungen mit unzurei
chender Qualität auftreten können. Deshalb tragen zusätz
liche, vorzugsweise in regelmäßigen Zeitabständen durch
geführte Qualitätsüberprüfungen, wesentlich zur Stabili
sierung der Kanalverteilung bei.
Bei einer solchen Überprüfung kann beispielsweise auch
gleichzeitig untersucht werden, ob die Verbindungsqualität
so weit abgesunken ist, daß eine Gesprächsübergabe auf
einen anderen Kanal beziehungsweise eine andere Funkzelle
vorgenommen werden sollte. Vorteilhaft ist hierbei, eine
Gesprächsübergabe nur dann vorzunehmen, wenn der neue
Kanal eine bestimmte Verbindungsqualität erreicht. Durch
einen solchermaßen vorgesehenen Sicherheitsabstand zwi
schen dem Qualitätswert an dem eine Gesprächsübergabe
angestoßen wird und dem Qualitätswert des neuen neuen Ka
nals, der die angestoßene Gesprächsübergabe erst zuläßt
kann einem allzuhäufigen Verbindungswechsel vorgebeugt
werden.
Desweitern ist es vorteilhaft auch einen bestimmten unteren
Qualitätswert vorzusehen, bei dessen Unterschreitung
eine Verbindung getrennt wird. Eine Verbindungstrennung
ist immer dann vorzunehmen, wenn die Verbindungsqualität
keine brauchbare Verbindung mehr zuläßt und in der jewei
ligen Situation keine Kanäle zur Verbindungsübergabe zur
Verfügung stehen.
Durch Veränderung dieser Grenzwerte läßt sich die Netz
antwort langfristig auf ein bestimmtes Verhalten ausrich
ten. Als Zielverhalten kommen beispielsweise in Frage eine
Kapazitätssteigerung, eine Qualitätsoptimierung, eine Sta
bilisierung des Netzes beziehungsweise eine beliebige
Kombinationen dieser Zielverhalten. Je, nach gewünschtem
Zielverhalten wird mittels einer geeigneten Bewertung,
beispielsweise mit einer Kostenfunktion, die Reaktion auf
eine Änderung eines solchen Grenzwertes überwacht. Durch
Verknüpfung von systematisch durchgeführten Änderungen
unter Berücksichtigung der Netzreaktion kann so das Netz
verhalten auf das Zielverhalten gesteuert werden.
Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die
Erfindung näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 Struktur eines Kleinzellen-Funknetzes mit
Kanalbelegung und daraus abgeleiteten Interferenzvektor
zur Beschreibung der zeitvarianten Komponente der Funksi
tuation,
Fig. 2 dasselbe Modell wie Fig. 1 mit Bildung von Teil
zellen zur örtlichen Auflösung der Funksituation,
Fig. 3 schematischer Aufbau eines Funkempfängers zur Aus
führung der Erfindung mit je einer Speicherebene für jede
auszuwertende Funksituation,
Fig. 4 eine Zuordnungstabelle zur Reduzierung der örtli
chen Auflösung auf fünf Teilzellen,
Fig. 5 bis 8 Ausschnitt aus einer Prioritätenliste für eine
bestimmte Funksituation.
Das Ausführungsbeispiel beschreibt die Integration eines
erfindungsgemäßen Mobilfunknetzes, in das den Fachmann
hinreichend bekannte paneuropäische digitale Mobilfunksy
stem GSM. Im GSM-System wird für die Kommunikation von
Mobilstation zu einer Basisstation (Uplink) der Frequenz
bereich von 890 bis 915 MHz und für die Kommunikation von
Feststation zu Mobilstation (Downlink) der Frequenzbereich
von 935 bis 960 MHz verwendet. In jedem Frequenzband von
25 MHz halten die Trägerfrequenzen einen Trägerfrequenz
abstand von 200 KHz ein. Der Zugriff auf diese Frequenz
bänder erfolgt im Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff, wo
durch in jedem Frequenzband in acht Zeitschlitzen acht
Benutzerkanäle zur Verfügung stehen. Die Codierung der
einzelnen Benutzerkanäle, die Aufteilung der Benutzerka
näle in Zeitschlitze und die Zuordnung der Benutzerkanäle
zu den einzelnen Funkkanälen ist dem Fachmann hinreichend
bekannt, so daß auf diese Einzelheiten im näheren nicht
mehr eingegangen werden muß.
Fig. 1 zeigt die Struktur eines Kleinstzellenfunknetzes
innerhalb einer Großstadt. Um das Problem der hohen Ver
kehrsdichte in einer Großstadt zu bewältigen werden ent
sprechend kleine Funkzellen gebildet, so das daß Verkehrs
aufkommen wegen der geringen Flächenabdeckung einer Klein
stfunkzelle entsprechend reduziert ist. Fig. 1 ist ein
idealisiertes Modell, daß von senkrecht und waagrecht
verlaufenden Straßen ausgeht, wobei an den Straßenseiten
hohe Gebäude angeordnet worden sind. Da sich eine solche
Infrastruktur beispielsweise im Stadtteil Manhatten der
Großstadt New York findet, nennt man diese Modell "Manhat
ten-Modell".
An jeder Straßenkreuzung ist eine Feststation BS1. . .BS9
angeordnet. Durch die an den Straßenseiten angeordneten
Gebäude wird die Funkwellenausbreitung zwischen parallel
laufenden Straßen verhindert. Die Funkwellen können sich
somit nur entlang der Straßen ausbreiten. Im GSM-System
werden mehrere Feststationen organisatorisch von einer
zentralen Einrichtung gesteuert. Da in dieser zentralen
Einrichtung auch der Netzübergang zwischen Mobilfunksystem
und leitungsgebundenen Kommunikationssystem vorgesehen
ist, wird diese zentrale Einrichtung im Englischen "Mobile
Switching Center (MSC)" genannt.
Um nicht zu unübersichtlich zu werden, wird im
Ausführungsbeispiel anstelle von 125 Funkkanälen nur von
acht Funkkanälen C1. . .C8 ausgegangen. Die Grenzen einer
Funkzelle sind in Fig. 1 durch gestrichelte Linien darge
stellt. Zur Erläuterung der Funksituation in einer Funk
zelle sind in jeder Funkzelle von Fig. 1 die von einer
Basisstation verwendeten Funkkanäle angegeben.
Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die
Sendeleistung in einer Funkzelle so gewählt ist, daß jeder
Funkkanal bereits in der übernächsten Funkzelle wieder
verwendet werden kann. So kann beispielsweise in Fig. 4
der Funkkanal C4 sowohl von der Funkzelle der Basisstation
BS3 als auch von der Funkzelle der Basisstation BS7
gleichzeitig verwendet werden. Durch die Abschirmung der
Gebäude kann aber eine Funkkanalwiederholung auch bei
diagonal zueinander angeordneten Feststationen vorgenommen
werden. So kann beispielsweise der Kanal C1 sowohl von der
Feststation BS3 als auch von der Feststation BS5 gleich
zeitig genutzt werden.
In Fig. 3 ist ein Funkempfänger schematisch dargestellt,
mit welchem die jeweilige Funksituation in einer Funkzelle
ermittelt werden kann. In einer digitalen Frequenzaufbe
reitungsstufe 11 kann durch Vorgabe einer Funkkanalnummer
der Empfänger auf den vorgegebenen Funkkanal eingestellt
werden. Das in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzte Ein
gangssignal wird in einer digitalen Signalaufbereitungs
stufe 12 ins Basisband umgesetzt und zu einem Digitalsi
gnal zurückgewandelt. In einer niederfrequenten Verarbei
tungsstufe 13 wird diese Digitalsignal durch Decodierung
in ein Sprachsignal zurückgewandelt, welches über einen
Lautsprecher 14 wiedergegeben werden kann.
Der Frequenzsynthesizer 11 ist derart aufgebaut, daß ein
zur Eingangssignalstärke poportionales Signal zur Verfü
gung stellt. Dieses Signal ist einem ersten Komparator 15
zugeführt, welche es mit einem vorgegebenen Schwellwert
vergleicht. Das Ergebnis des Vergleichs ist der zentralen
Steuerung 21 des Funkempfängers zugeführt. Desweiteren ist
die digitale Signalverarbeitungsstufe 12 dazu vorgesehen
mittels im Eingangssignal enthaltenen redundanten Daten
zur Fehlererkennung bzw. Fehlerkorrektur eine Bit-Fehler
rate des empfangenen Signals zu bestimmen. Diese Bit-Feh
lerrate ist einem zweiten Komparator zugeführt, der die
ermittelte Bit-Fehlerrate mit einer vorgegebenen Bit-Feh
lerrate vergleicht und das Ergebnis ebenfalls der zentra
len Steuerung 21 des Funkempfängers zuführt. Die vorgebba
ren Grenzwerte für den ersten und zweiten Komperator wer
den ebenfalls von der zentralen Steuereinrichtung 21 vor
gegeben.
In der Steuereinrichtung 20 ist ein erster Speicher 22 zur
Erfassung der Funksituation vorgesehen. Die Anzahl der
Speicherplätze M dieses ersten Speichers 22 entspricht der
Anzahl der zur Erfassung der Funksituation berücksichtig
ten Funkkanäle. Im Ausführungsbeispiel sind dies acht
Funkkanäle C1. . .C8.
Zur Erfassung der Funksituation stellt die zentrale Steu
ereinrichtung 21 nacheinander jeden verfügbaren Funkkanal
am Frequenzsynthesizer 11 ein. Die Signalstärke eines
jeden Funkkanals wird vom Komparator mit dem vorgegebenen
Schwellwert verglichen. Dieser Schwellwert ist beispiels
weise so gelegt, daß ein von der Nachbarzelle benutzter
Funkkanal zu einer Überschreitung des Schwellwertes führt,
ein in der übernächsten Funkzelle benutzter Funkkanal
hingegen unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes bleibt.
Der Ausgang des ersten Komparators entspricht somit einem
logischen Wert der angibt, ob ein bestimmter Funkkanal
bereits belegt ist oder nicht. Die logischen Ausgangswerte
des ersten Komparators werden in dem ersten Speicher 22
aufeinanderfolgend abgelegt.
In Fig. 1 ist die Funksituation SBS1 für die Funkzelle der
Basisstation BS1 angegeben. Die erste Zeile entspricht dem
ersten Kanal C1 usw. Eine Null bedeutet, daß der betref
fende Funkkanal von einer anderen Funkzelle aus nicht
gestört wird, eine Eins bedeutet hingegen, daß der betref
fende Funkkanal von einer anderen Funkzelle gestört wird.
Der erste Funkkanal C1 wird beispielsweise von der über
der Feststation BS1 angeordneten Feststation BS3 als auch
von der rechts von der Feststation BS1 liegenden BS5 be
nutzt. Die erste Zeile des Vektors der die Funksituation
angibt ist somit mit einer Eins besetzt. Der Funkkanal C5
hingegen wird nur von der rechts oben liegenden, diagonal
zur Feststation BS1 angeordneten Feststation BS4 genutzt,
so daß durch die Abschirmung der dazwischen liegenden
Gebäude keine Beeinträchtigung stattfindet. Der Eintrag
der fünften Zeile des Vektors enthält somit eine Null.
Da die logischen Werte einer Aussage "stört"/"stört nicht"
entspricht, wird dieser Teil der Funksituation als Stör
vektor bezeichnet. Die einzelnen Elemente des Störvektors
lassen sich als Binärwerte auffassen und der gesamte Stör
vektor als Binärzahl. Im Ausführungsbeispiel wird das
erste Element des Störvektors als "Most significant Bit
(MSB)" und das letzte Element des Störvektors als "Least
significant Bit (LSB)" verwendet. Hieraus ergibt sich bei
den in Fig. 1 dargestellten Störvektor nach Umrechnung die
Dezimalzahl 209.
Zur örtlichen Auflösung einer Funksituation ist im Aus
führungsbeispiel weiterhin vorgesehen die Signalstärken zu
messen, mit denen die vier nähesten Nachbarstationen emp
fangen werden. Hierzu wird jeweils die Signalstärke eines
von der Nachbarstation verwendeten Kontrollkanals in einer
Mobilstation gemessen. Die gemessenen Signalstärken, wer
den von der jeweiligen Mobilstation zusammen mit der Si
gnalstärke mit der die eigenen Feststation empfangen, und
zu der eigenen Feststation übermittelt. Die übertragenen
Feldstärken werden in einem zweiten Speicher 23 zwischen
gespeichert und zur Auswertung anschließend mit der Si
gnalstärke der eigenen Feststation ins Verhältnis gesetzt.
Im Ausführungsbeispiel wird nur eine grobe Ortsangabe
benötigt, so daß durch Vergleich der Verhältniszahlen mit
einem weiteren Schwellenwert eine Klassifizierung der
möglichen Funkorte vorgenommen wird. Da beim Vergleich des
Schwellenwerts wieder ein logischer Wert genommen wird
entsteht durch diese Art der Klassifikation eine Auflösung
von 24 = 16 Funkorten. In einem dritten Speicher 24 ist im
Ausführungsbeispiel die in Fig. 4 wiedergegebene Zuord
nungstabelle gespeichert. Von den 16 möglichen klassifi
zierten Funkorten bleiben nach der Zuordnung nur noch fünf
verschiedene Funkorte übrig. Diese grob aufgelösten Funk
orte entsprechen jeweils einem bestimmten Teilbereich in
einer Funkzelle (siehe Fig. 2).
Die gesamte Funksituation ergibt sich somit aus der zeit
lichen Varianten Funksituation S und der örtlichen Auflö
sung L′. Für jede Funksituation ist im Funkempfänger zur
Speicherung einer Prioritätenliste ein eigener Speicherbe
reich vorgesehen, wobei die Anzahl der Speicherebenen dem
Produkt aus den Zeitvarianten Funksituationen und der
Anzahl der klassifizierten Funkorte entspricht. Die Nummer
der verwendeten Speicherebene setzt sich zusammen aus dem
Zahlenwert des Vektors und dem Zahlenwert des klassifi
zierten Funkortes.
Bei der Auswahl eines Kanales wird das bekannte priori
tätsgesteuerte Kanalvergabeverfahren verwendet. Hierzu ist
jedem Funkkanal eine bestimmte Priorität zugewiesen. Des
weiteren wird für jeden Funkkanal die Anzahl der bisher
getätigten Zugriffe N auf diesem Funkkanal gespeichert. In
Fig. 5 wird angenommen, daß in der betreffenden Funksitua
tion noch keine Einträge in der Prioritätenliste enthalten
sind. Alle Werte der Prioritätenliste sind daher auf Null
gesetzt, ebenso die Anzahl der Zugriffe auf einen Funkka
nal in der betreffenden Funksituation. Beim Zugriff auf
einen Funkkanal wird in der Reihenfolge der Priorität ein
Funkkanal ausgewählt. Da in der verwendeten Prioritäten
liste alle Funkkanäle die gleiche Priorität haben, wird
beim Ausführungsbeispiel mit dem ersten Kanal C1 begonnen.
Da dieser Kanal bereits von einer Nachbarzelle verwendet
wird, ist mit diesem Kanal ein Verbindungsaufbau nicht
möglich. Der Kanal C1 behält die Priorität Null, die An
zahl der Zugriffe auf diesen Kanal wird um eins erhöht
(Fig. 6).
Ebenso führt die versuchsweise Verwendung des Kanals C2 zu
keinem Ergebnis. Der Kanal C3 hingegen wird bei dem im
Ausführungsbeispiel gezeigten Kanalbelegung von keiner
Feststation benutzt, so daß mit diesem Kanal zunächst eine
Funkverbindung aufgebaut wird. Die Priorität des betref
fenden Kanals wird durch den Erfolg zunächst erfolgreichen
Verbindungsaufbau auf 0,5 angehoben (Fig. 7). Während der
bestehenden Verbindung wird mittels des zweiten Kompara
tors 16 die sich im Betrieb einstellende Bitfehlerrate der
bestehenden Verbindung mit einem Schwellenwert überprüft.
Im Ausführungsbeispiel liegen zwar keine Gleichkanalstörun
gen vor, dennoch kann es auf dem Kanal 3 wegen den in
seinem unmittelbaren Nachbarschaft belegten Kanäle C1, C2
und C4 zu einer sogenannten kumulativen Störung kommen,
die beispielsweise zu einer erhöhten Bitfehlerrate führt.
Durch die wegen der kumulativen Störung erhöhte Bitfeh
lerrate wird eine Gesprächsübergabe an einen anderen Kanal
angestoßen. Eine Übergabe an den Kanal C4 ist wegen der
Benutzung des Kanals in den Nachbarstationen BS3 und BS7
ausgeschlossenen. Im folgenden wird auch davon ausgegan
gen, daß nach einer Gesprächsübergabe an den Kanal C5
wiederum die kumulativen Störungen zu groß sind.
Schließlich wird der Kanal C6, der hinreichenden Abstand
zu den benutzten Kanälen einhält für eine ausreichende
Gesprächsqualität als geeigneter Kanal Bestand haben. Beim
Kanalwechsel wird wegen der minderen Gesprächsqualität die
Priorität der ursprünglich gewählten Kanäle wieder herab
gesetzt. Der schließlich bestehende Kanal C6 erhält die
höchste Priorität (Fig. 8).
Auf diese Weise wird die für jede Funksituation geführte
Prioritätenliste Kanäle enthalten, deren Priorität gegen
über den anderen Kanälen besonders hoch ist. Da die für
eine Verbindung ausgesuchten Kanäle entsprechend der Rei
henfolge ihrer Priorität gewählt werden, werden sich ganz
spezielle Kanäle als Vorzugskanäle einstellen; wobei in
jeder Funksituation sich unterschiedliche Vorzugskanäle
einstellen werden.
Das Beispiel der kumulativen Störungen läßt sehr schön
erkennen, warum sich in jeder Funksituation bestimmte
Kanäle besser eignen als andere Kanäle. Mit der Funksitua
tion werden jedoch wesentlich mehr Einflüsse erfaßt als
nur die kumulativen Störungen. Durch Erfassung der Funk
situation werden zeitlich variante Funksituationen, wie z.
B. Hochlastbetrieb während der Hauptverkehrszeit, örtlich
bedingte längerfristige Änderung des Verkehrsaufkommens,
beispielsweise hervorgerufen durch eine Baustelle, automa
tisch als geänderte Funksituation erfaßt und selbständig
erlernt und reguliert.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Prinzips
ergeben sich beispielsweise auch dadurch, daß die Funksi
tuation jeweils von der betreffenden Mobilstationen gemes
sen wird und über den Kontrollkanal zur Auswertung an die
Basisstation übermittelt wird.
Vorteilhaft ist es auch erlernte Kanalzuordnungen wieder
aufzulockern, um sich eventuell schneller an geänderte
Situationen anzupassen. Hierzu können beispielsweise zeit
lich länger zurückliegende Ergebnisse schwächer bewertet
werden, als aktuelle Ergebnisse.
Es bleibt selbstverständlich dem Fachmann überlassen, an
welchen Stellen eines Funksystems er die Auswertung und
Zuweisungsaufgaben durchführen läßt. Die im Ausführungs
beispiel beschriebenen Speicher können auch auf andere
Komponenten verteilt sein. Wichtig ist lediglich das be
schriebene Zusammenwirken der beschriebenen Komponenten.
Claims (6)
1. Zellulares Mobilfunksystem mit Feststationen und Mo
bilstationen, bei dem vorgesehen ist, die Vergabe eines
Funkkanals in einer Funkzelle mittels einer Kanalliste
vorzunehmen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassung und Klassifizierung von verschiedenen
Funksituationen vorgesehen ist und zu jeder klassifizier
ten Funksituation eine eigene Kanalliste vorgesehen ist.
2. Zellulares Mobilfunksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kanalvergabe ein dynamisches Kanalzuweisungsver
fahren vorgesehen ist.
3. Zellulares Mobilfunksystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung der Funksituation funktechnische Parame
ter anderer Feststationen mit einbezogen werden.
4. Zellulares Mobilfunksystem nach Anspruch 1, 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung der Funksituation funktechnische Parame
ter aller zur Verfügung stehenden Kanäle betrachtet wer
den.
5. Zellulares Mobilfunksystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesprächsqualität eines Kanals während einer be
stehenden Verbindung bewertet wird.
6. Zellulares Mobilfunksystem nach Anspruch 1, 2, 3, 4
oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Änderung der verwendeten Grenzwerte vorgesehen
ist.
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