DE3539698A1 - Verfahren zur informationsuebertragung ueber funk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Informa­ tionsübertragung für ortsfeste und bewegliche Teilnehmer­ stationen im Großraum eines Funknetzes, das aus mehreren Funkkonzentratoren in einer gegenseitigen räumlichen An­ ordnung nach Art eines Zellularsystems mit sich über­ lappenden Funkbereichen besteht, und das einen Frequenzver­ teilungsplan für die Funkkonzentratoren aufweist, der Gleichkanalstörungen im jeweiligen Funkbereich einschließ­ lich einer erweiterten Randzone weitgehend ausschließt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise durch die DE 26 59 569 C 2 bekannt.

Ferner sind Zellularfunksysteme (Mobilfunksysteme) ver­ schiedener Ausführungsform bekannt, die z.B. in folgenden Literaturstellen beschrieben sind: Bell System Techn. Jour­ nal 58 (1979), Heft 1; Pernice, F.: Das Funkfernsprechnetz C der Deutschen Bundespost, Frequenz 36 (1982) 4,5, S. 90-99; Grauel, C. et al: MATS-E-Ein Mobiles Automatisches Tele­ fonsystem hoher Teilnehmerkapazität, TEKADE Techn. Mit­ teilungen 1983, S. 50-56; Böhm, Schaller, Kp.: Digitales Mobilfunksystem für jedermann, Funkschau (1985) 1, S.47-50.

Um eine möglichst kleine Clusterzahl zu erzielen, sind Gleichkanal- und Nachbarkanalstörungen zu minimieren. Da­ zu ist es u.a. notwendig, daß das Teilnehmergerät und das Funknetz automatisch für die Zuordnung des Teilnehmers zur jeweils empfangstechnisch günstigsten ortsfesten Funkstelle sorgen. Falls veränderte Empfangsbedingungen dies erfordern, wird die Neuzuordnung zu einer anderen Funkstelle auch während des Telefonats vorgenommen, indem - für den Teil­ nehmer kaum hörbar - die Verbindung von der alten Funkstelle zur neuen umgelegt wird. Dabei ist besonderes Augenmerk darauf zu richten, daß bei einer Mobilstation, die die Zellengrenze überschreitet, eine gegebenenfalls bestehende Verbindung zum richtigen Zeitpunkt weitergereicht wird. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bei einem der bekannten Systeme eine Entfernungsbestimmung per Laufzeitmessung an­ gewendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an­ zugeben, durch das bei gleicher Kanalzahl eine höhere Teil­ nehmerdichte oder eine gleiche Teilnehmerdichte mit geringe­ rem technischen Aufwand als bei bekannten Verfahren möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Funkbereiche als Kleinstzonen ausgebildet sind, von denen eine Kernzone und diese mehrfach ringförmig um­ schließende Zellen (Clusterzahl 19, 37 oder 61) einen Be­ reich ohne Kanalwiederholung bilden, und daß für die Weiter­ reichfunktion zur Weiterleitung eines beweglichen Teil­ nehmers von einem Funkbereich zu einem benachbarten Funk­ bereich ein eigener, netzeinheitlicher Signalisierkanal vorgesehen ist, der in jedem Funkkonzentrator einen eigenen Empfänger oder Sender-Empfänger hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Figur ist ein Ausschnitt der Netzstruktur eines Funknetzes dargestellt, bei dem die stärker umrandeten Teile jeweils einen Bereich ohne Kanalwiederholung bilden. Dabei sind innerhalb einer Kernzone 1 diese mehrfach ring­ förmig umschließende Zellen angeordnet, so daß hierbei insgesamt eine Clusterzahl von 19, 37 oder, wie in der Figur dargestellt, 61 entsteht. Für die Weiterreichfunktion mobiler Funkteilnehmer von einem Funkbereich in einen benachbarten wird ein eigener netzeinheitlicher Signali­ sierkanal mit dem Zugriffsverfahren slotted ALOHA (vgl. Tobagi, F.A.: Multiaccess protocols in packet communica­ tion systems. IEEE Trans. Commun., Vol. COM-28, April 1980, S. 468-488) verwendet, der auf einfache Weise ein schnelles und häufiges Weiterreichen zuläßt. Damit wird die Aufteilung des Ver­ sorgungsgebietes in sehr kleine Zellen gestattet und - trotz einer hohen Clusterzahl - eine sehr gute räumliche Widerverwenbarkeit der Kanäle ermöglicht.

Die in der Figur schraffiert eingezeichneten Zellen be­ zeichnen den Belegungsbereich des netzeinheitlichen Sig­ nalisierkanals für eine Weiterreichanforderung aus Zelle A.

Wählt man in Gebieten mit hoher Verkehrsdichte einen Zellen­ radius sehr viel kleiner als 3 Kilometer, so erhält man ein vom Aufwand her günstiges Konzept mit sehr hoher Teil­ nehmerdichte und gutem Service auch dann, wenn man die Forderung nach maximaler Kanalausnutzung fallen läßt. Man erhält in der Bundesrepublik eine für Ortschaften flächen­ deckende Versorgung, wenn beispielsweise an allen hundert­ tausend Telefonzellenstandorten eine 6 m hohe Antenne auf­ gebaut wird, gerade hoch genug, um nicht von bis zu 4 m hohen Fahrzeugen abgeschattet zu werden. Die Kleinstzonen haben dann einen Radius von beispielsweise 150 bis 1200 m. Verzichtet man bei so kleinen Zellen auf die Entfernungs­ bestimmung per Laufzeitmessung wegen der dabei möglichen Probleme, so bedeutet das einerseits einen geringen Auf­ wand, andererseits jedoch auch, daß in einem Cluster von 61 Zellen kein Kanal wiederholt werden darf. Wegen der großen Anzahl müssen die ortsfesten Funkstellen (Funkkon­ zentratoren) einen möglichst einfachen Aufbau haben. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß Steuerungs- und Vermittlungsfunktionen soweit wie möglich in der Über­ leiteinrichtung durchgeführt werden.

Das Weiterreichen an eine andere Zelle geschieht in fol­ gender Weise: Wenn die Funkverbindung abzureißen droht, sendet das Funktelefon auf dem netzeinheitlichen Signali­ sierungskanal eine Weiterreichanforderung aus. Die orts­ festen Empfänger für den netzeinheitlichen Signalisierungs­ kanal haben die Funktion von Meßempfängern, die die Weiter­ reichanforderung mit einer Angabe zur Empfangsfeldstärke versehen und zur Überleiteinrichtung übermitteln. Die Über­ leiteinrichtung bestimmt daraus die ortsfeste Funkstelle mit den besten Empfangsbedingungen und teilt dem Funktele­ fon über die verbindungsbegleitende Signalisierung im Sprechkanal mit einer Kanalbelegungsaufforderung mit, welcher Sprechkanal belegt werden soll. Damit mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Sprechkanal frei ist, darf bei Hoch­ last die Blockierungswahrscheinlichkeit einen bestimmten Wert, beispielsweise 1% nicht überschreiten. Es ist auch dann ein Weiterreichen möglich, wenn die Funkverbindung ab­ reißt, bevor das Funktelefon die Kanalbelegungsaufforderung über den Sprechkanal vollständig empfangen hat. In diesem Fall sendet die ortsfeste Funkstelle mit den besten Empfangs­ bedingungen die Kanalbelegungsaufforderung über den netz­ einheitlichen Signalisierungskanal aus.

Die ortsfesten Funkstellen werden jeweils mit mehreren (beispielsweise 3 bis 8) Sprechkanalpaaren, einem nicht netzeinheitlichen Signalisierungskanalpaar für An- und Abmeldungen, Verbindungsaufbau und Standorterfassung sowie dem netzeinheitlichen Signalisierungskanalpaar zum Weiter­ reichen von Verbindungen ausgerüstet. Die Signalisierungs­ kanäle unterliegen, wie bereits vorstehend ausgeführt, einer netzweit synchronisierten Zeitschlitzorganisation. Für die Kleinstzonen werden dann im Beispiel 9 × 61 = 549 Kanalpaare und ein netzeinheitliches Kanalpaar benötigt. Von beispielsweise 960 Kanalpaaren im 900 MHz-Bereich die­ nen dann die restlichen Kanalpaare der Versorgung dünn besiedelter Gebiete von Richtfunktürmen oder hohen Gebäu­ den aus.

Die Standorterfassung erfolgt in der Weise, daß eine Mobilstation, die ihren Rufbereich verläßt, sich im neuen Rufbereich anmeldet. Die Größe des Rufbereichradius wird dabei so dimensioniert, daß der Aufwand für das Aussenden der Rufe etwa so hoch ist, wie der Aufwand für die Stand­ orterfassung. Ein Rufbereich umfaßt damit im allgemeinen mehrere Zellen.

Kommende Rufe empfängt das Teilnehmergerät im Bereit­ schaftszustand auf einem der nicht netzeinheitlichen Sig­ nalisierkanäle. Die ortsfesten Sender für die nicht netz­ einheitlichen Signalisierungskanäle befinden sich ununter­ brochen im Sendebetrieb. Die Überleiteinrichtungen signali­ sieren auf den nicht netzeinheitlichen Signalisierkanälen beispielsweise alle 1000 ms abwechselnd, daß im folgenden nur Rufe an Teilnehmer mit gerader Rufnummer (Teilnehmer­ kennung) bzw. ungerader Rufnummer (Teilnehmerkennung) aus­ gestrahlt werden. Durch dieses Verfahren bekommt jeweils die andere Teilnehmergerätegruppe Gelegenheit, durch Um­ stimmen des Empfängers auf andere nicht netzeinheitliche Signalisierkanäle die Empfangsqualität zu beispielsweise drei ortsfesten Nachbarfunkstellen zu messen. Jedes Teil­ nehmergerät kann sich so innerhalb von wenigen Sekunden laufend ein Bild davon machen, wo es sich ungefähr in der 61-er-Struktur befindet und welcher nicht netzeinheitliche Signalisierungskanal abzuhören ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Weiterreichverfahren werden er­ höhte Anforderungen an den Vermittlungsprozessor gestellt. Die Anzahl der pro Stunde in einem Vermittlungsbereich auf­ tretenden Weiterreichvorgänge ist dabei umgekehrt proportio­ nal zum Zellradius. Dies führt bei Kleinstzonen dazu, ent­ weder bei gleicher Prozessorleistung kleinere Vermittlungs­ bereiche zu bilden oder bei gleichgroßen Vermittlungsbe­ reichen leistungsstärkere Vermittlungsprozessoren einzu­ setzen.

Wegen des einfachen Aufbaus der ortsfesten Funkstellen sind insbesondere bei geringer Teilnehmerdichte die Auf­ wendungen für die Infrastruktur sehr niedrig. Dies ermög­ licht eine schnelle Überwindung der Einführungsphase und eine kostengünstige Versorgung dünn besiedelter Gebiete. In beiden Fällen ist eine kostengünstige Versorgung nur von Richtfunktürmen und hohen Gebäuden aus möglich. Um billige Teilnehmergeräte zu erhalten, ist hierbei diesel­ be Funkorganisation wie bei den Kleinstzonen zu verwenden. Allerdings ist bei den großen Funkzonen keine 61-er-Struk­ tur erforderlich. Die Kanäle können viel häufiger wieder­ holt werden, weil bei großen Funkzonen die Wahrscheinlich­ keit geringer ist, daß ein Teilnehmer während des Gesprächs weit in die Nachbarfunkzonen hineinfährt, ohne daß durch Absinken der Übertragungsqualität die Verbindung weiter­ gereicht wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Informationsübertragung für ortsfeste und bewegliche Teilnehmerstationen im Großraum eines Funknetzes, das aus mehreren Funkkonzentratoren in einer gegenseitigen räumlichen Anordnung nach Art eines Zellu­ larsystems mit sich überlappenden Funkbereichen besteht, und das einen Frequenzverteilungsplan für die Funkkonzen­ tratoren aufweist, der Gleichkanalstörungen im jeweili­ gen Funkbereich einschließlich einer erweiterten Randzone weitgehend ausschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkbereiche als Kleinstzonen ausgebildet sind, von denen eine Kernzone und diese mehrfach ringförmig umschließende Zellen (Clusterzahl 19, 37 oder 61) einen Bereich ohne Kanalwiederholung bilden, und daß für die Weiterreichfunktion zur Weiterleitung eines beweglichen Teilnehmers von einem Funkbereich zu einem benachbarten Funkbereich ein eigener, netzeinheitlicher Signalisier­ kanal vorgesehen ist, der in jedem Funkkonzentrator einen eigenen Empfänger oder Sender-Empfänger hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den netzeinheitlichen Signalisierkanal eine netz­ weit synchronisierte Zeitschlitzorganisation vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein netzeinheitlicher Signalisierkanal mit dem Zu­ griffsverfahren slotted ALOHA verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenradius der Kleinstzonen in Gebieten hoher Verkehrsdichte wesentlich kleiner als 3 km ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterreichfunktion in der Weise verläuft, daß im Bedarfsfall das Funktelefon auf dem netzeinheitlichen Signalisierungskanal eine Weiterreichanforderung aussendet, die von den ortsfesten Empfängern für den netzeinheitlichen Signalisierungskanal, versehen mit einer Angabe zur Empfangsfeldstärke, zu einer Überleiteinrichtung übermittelt wird, die daraus die ortsfeste Funkstelle (Funkkonzentra­ tor) mit den besten Empfangsbedingungen bestimmt und dem Funktelefon über die verbindungsbegleitende Signali­ sierung im Sprechkanal mit einer Kanalbelegungsaufforde­ rung die vorzunehmende Sprechkanalbelegung mitteilt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abreißen der Funkverbindung, bevor das Funktelefon die Kanalbelegungsaufforderung über den Sprechkanal voll­ ständig empfangen hat, die ortsfeste Funkstelle mit den besten Empfangsbedingungen die Kanalbelegungsaufforderung über den netzeinheitlichen Signalisierkanal aussendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfesten Funkstellen zusätzlich zum netzeinheit­ lichen Signalisierungskanalpaar zum Weiterreichen von Ver­ bindungen mit jeweils mehreren Sprechkanalpaaren und einem nicht netzeinheitlichen Signalisierungskanalpaar für An- und Abmeldungen, Verbindungsaufbau und Standorterfassung ausgerüstet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Standorterfassung in der Weise erfolgt, daß eine Mobilstation bei Verlassen ihres Rufbereichs sich im neuen Rufbereich anmeldet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß kommende Rufe vom Teilnehmergerät im Bereitschafts­ zustand auf einem der nicht netzeinheitlichen Signalisier­ kanäle empfangen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ortsfesten Sender für die nicht netzeinheit­ lichen Signalisierkanäle ständig im Sendebetrieb befinden und das Teilnehmergerät sich auf andere nicht netzeinheit­ liche Signalisierkanäle umstimmt und daraus ermittelt, wo es sich in der Clusterstruktur befindet und welcher Signalisierkanal abzuhören ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überleiteinrichtungen auf den nicht netzeinheit­ lichen Signalisierkanälen in regelmäßigen Zeitabständen signalisieren, daß im folgenden nur Rufe an Teilnehmer mit gerader Rufnummer (Teilnehmerkennung) bzw. ungerader Rufnummer ausgestrahlt werden.