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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Die
Erfindung ist mit der US-Patentanmeldung Serial Number 08/580568
mit dem Titel „System
and Method For Management of Neighbor Channel Interference With
Cellular Reuse Partitioning",
erteilt am 30. Januar 2001 als US-Patent Nr. 6,181,918 B1 (im Folgenden
als das '918-Patent
bezeichnet) und der US-Patentanmeldung Serial Number 08/581694 mit
dem Titel „System
and Method For Management of Neighbor Channel Interference With
Power Control and Directed Channel Assignment", erteilt am 28. Juli 1998 als US-Patent
Nr. 5,787,352 (im Folgenden als das '352-Patent bezeichnet), verwandt, wobei
die verwandten Patente gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung
eingereicht wurden und den gleichen Erfinder haben.
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Hintergrund der Erfindung
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A. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Gleichkanal-
und Nachbarkanalinterferenz in einem drahtlosen Kommunikationsnetz
gemäß Anspruch
1. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung auch ein spezielles Speichermittel
nach Anspruch 3.
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B. Technischer Hintergrund
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Aus
der WO 95 02308 A ist ein zelluläres
Sechziggrad-STSR-Netz mit einem Frequenzplan mit N=3 bekannt, worin
wertvolle Kanalfrequenzen in achtzig Frequenzgruppierungen unterteilt
sind. Mit diesem bekannten zellulären Netz wird ein Verfahren
für die
Zuordnung von Frequenzen verwirklicht, das die folgenden Schritte
umfasst:
Bilden eines dreieckigen Dreizellen-Cluster;
Teilen
jeder Zellen des Dreizellen-Cluster in sechs Sektoren; und
Zuordnen
einer Frequenzgruppierung zu jedem Sektor, um eine Kanaltrennung
von drei zwischen jedem Sektor und eine Kanaltrennung von acht zwischen
Zellen zu bewirken. Der Schritt der Zuordnung einer Frequenzgruppierung
zu jedem Sektor in jeder Zelle kann so verwirklicht werden, dass
die Zuordnung einer Ungerade/Gerade-Reihenfolge erfolgt.
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Aus
der Schrift Masakazu Sengoku et al.: ,Graph & Network Theory and Cellular Mobil
Communications',
Proceedings of the International Symposium on Circuits and Systems
(ISCS), Chicago, 3. – 6.
Mai 1993, Bd. 4, 3. Mai 1993 Seiten 2208–2211, XP000379651, Institute
of Electrical and Electronics Engineers, sind zelluläre Mobilkommunikationssysteme
bekannt, in denen ein übliches
Modell eines zellulären
Systems auch mittels eines Graphen formuliert werden kann. Die Verdienste
dieser Formulierung mittels eines Graphen sind die folgenden. Üblicherweise
wird ein Dienstbereich in einem zellulären System in regelmäßige hexagonale
Zellen unterteilt. Viele Untersuchungen über Kanalzuordnung in einem
zellulären
System beschäftigen
sich mit dieser regelmäßigen Anordnung
von Zellen. Ein zelluläres
System kann jedoch verschieden große Zellen und nicht-gleichmäßige Interferenzen
von Zelle zu Zelle aufweisen. Die Formulierung mittels eines Graphen
beschäftigt
sich konsistent mit dem zellulären
System mit verschieden großen
Zellen und nicht-gleichmäßiger Interferenz.
Darüber
hinaus kann man auch Ergebnisse der Graphen- und Netzwerktheorie
auf das Zuordnungsproblem anwenden. Darüber hinaus offenbart diese
Schrift auch, dass Gleichkanalinterferenzprobleme als Färbungsprobleme
von Graphen betrachtet werden können
und anhand des gleichen Verfahrens gelöst werden können, wie es aus der herkömmlichen
Graphentheorie bekannt ist.
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Auf
dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation zwingen Überlegungen hinsichtlich der
spektralen Effizienz und der Maximierung verfügbarer Kanäle in der Regel zur Verwendung
einer zellulären
Anordnung dieser Kanäle
und der Frequenzen, von denen sie abgeleitet sind – d.h. ein
Dienstbereich wird in verbundene Dienstdomänen unterteilt, die Zellen
genannt werden. In einer bestimmten Zell kommunizieren Nutzer über Funkverbindungen
mit einer Basisstation, die diese Zelle versorgt, wobei diese Basis station
mit Basisstationen für
andere Zellen verbunden ist, aus denen ein drahtloses Kommunikationsnetz
besteht. Dieses drahtlose Kommunikationsnetz ist wiederum in der
Regel mit einem oder mehreren drahtgebundenen Netzen verbunden.
Um mittels solch eines drahtlosen Netzes kommunizieren zu können, wird
jedem Nutzer ein eigener Satz von Kanälen zugeteilt.
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Ein
herkömmliches
hexagonales Zellen-Layout für
ein drahtloses zelluläres
Kommunikationssystem ist schematisch in 1 dargestellt. Bekanntlich richtet die
Darstellung des geographischen Dienstbereichs mittels eines hexagonalen
Gitters ein geometrisches Muster ein, das die Zuordnung von Frequenzen
in gemusterter Anordnung erlaubt, was die Wiederholung dieser Frequenzen
in einem gesteuerten wiederholbaren, regelmäßigen Zuordnungsmodell ermöglicht.
Den Zellbereichen sind jeweils bestimmte Kanalgruppen zugeordnet. Jede
Kanalgruppe umfasst eine Vielzahl von einzelnen Sende- und Empfangs-Funkkanälen zur
Verwendung in dem Zellenbereich. In dem in 1 dargestellten
Modell sind mit „A" bezeichnete Zellen
Mitbenutzerzellen und alle verwenden die gleiche Kanalgruppe. Das
gleiche gilt auch für Mitbenutzerzellen,
die mit „B", „C" usw. bezeichnet
sind, denen jeweils eine eigene Kanalgruppe zugeordnet ist.
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Jede
Zelle wird von einem Antennensystem bestrahlt, das zu einer Basisstation
gehört,
wobei die Basisstationen miteinander und/oder mit anderen Netzen
verbunden sein können.
Ein omnidirektionales Bestrahlungsmuster wird von einer Antenne 101 dargestellt,
und ein direktionales Antennenmuster, das die Sektorisierung von
Zellen in kleinere, tortenstückähnliche
Dienstbereiche darstellt, wird von einer Antenne 102 dargestellt.
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Bekanntlich
besteht ein zentraler Aspekt von zellulären Kommunikationssystemen
in der Idee der Frequenzwiederholung. Durch Frequenzwiederholung
können
Nutzer an verschiedenen geographischen Orten (unterschiedlichen
Zellen) gleichzeitig den gleichen Frequenzkanal nutzen, wie von
gemeinsam benannten Zellen in 1 für eine regelmäßige Kanalzuordnung
dargestellt. Zwar kann die Frequenzwiederholung die spektrale Effizienz
eines Systems beträchtlich
erhöhen,
aber es kann zu schweren Störungen
zwischen Zellen kommen, die an der gemeinsamen Nutzung des gleichen
Kanals beteiligt sind, wenn kein geeignetes Systemdesign vorhanden
ist.
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Frequenzwiederholungszuordnungen
werden in der Regel durch die Übernahme
einfacher Regeln für die
Identifizierung von Mitbenutzerzellen und für die Partitionierung des RF-Spektrums
in Kanalgruppen implementiert. Kanalzuordnungsansätze können grob
in zwei Kategorien unterteilt werden: fest und flexibel [Siehe M.
Benveniste, „Self
Configurable Wireless Systems",
demnächst
erscheinend]. Eine feste Kanalzuordnung legt die Beziehung zwischen
Zellen und den Kanälen,
die sie versorgen, fest. Nur die Kanäle, die einer Zelle zugeordnet
sind, können
Anrufe in dieser Zelle verarbeiten, und jeder Kanal kann gleichzeitig
von allen Zellen benutzt werden, denen der Kanal zugeteilt ist.
Ein Beispiel für
eine feste Kanalzuteilung ist eine „regelmäßige" Kanalzuteilung, die durch gleichgroße, regelmäßig beabstandete
Zellen gekennzeichnet ist. Eine regelmäßige Kanalzuteilung ist optimal
für ein
System, bei dem der Verkehr gleichmäßig über die Zellen verteilt ist.
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Wenn
die Verkehrsverteilung nicht gleichmäßig ist, kann eine optimale „nichtregelmäßige" Kanalzuteilung gefunden
werden, die Kanäle
Zellen entsprechend ihrer Verkehrsbelastung zuteilt. [Ein Verfahren,
mit dem eine solche optimale nichtregelmäßige Zuordnung erreicht werden
kann, ist in M. Benveniste, „Apparatus and
Method for Non-Regular Channel Assignment in Wireless Communication
Networks", U.S.
Patent Nr. 5,404,574, beschrieben.]
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Flexible
Kanalzuordnungsverfahren nutzen die Fähigkeit eines Systems zur ferngesteuerten,
von Software getriebenen Neuabstimmung der Basisstations-Funkgeräte, eine
Fähigkeit,
die es möglich
macht, die Kanalleistung an Verkehrsschwankungen anzupassen. Die
Klasse der flexiblen Kanalzuordnungsverfahren schließt adaptive
und dynamische Kanalzuordnungsverfahren ein und eine Hybride aus
beiden, eine adaptivdynamische Kanalzuordnung [siehe M. Benveniste, „Self Configurable
Wireless Systems",
id.].
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Bekanntlich
hängt die
Qualität
der Kommunikation in drahtlosen Systemen wesentlich vom Verhältnis zwischen
empfangenem Signal und Interferenz (S/I) ab. Die wichtigste Interferenz
besteht aus zwei Komponenten: der Gleichkanalinterferenz und der
Nachbarkanalinterferenz. Gleichkanalinterferenz ist die Interferenz von
Kommunikationsquellen, die auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind
wie der Arbeitskanal. Nachbarkanalinterferenz kommt von Kommunikationsquellen,
die Kanäle
nahe dem Arbeitskanal im Frequenzsspektrum nutzen. Wenn der störende Nachbarkanal
an den Arbeitskanal im Spektrum angrenzt, wird allgemein der Ausdruck
Anliegerkanalinterferenz verwendet. Um die gewünschte Sprach- oder Datenübertragungsqualität zu erhalten,
muss das Verhältnis
von empfangenem Signal zu kombinierter Gleichkanal- und Nachbarkanalinterferenz über einem
bestimmten Schwellenwert liegen.
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Die
Notwendigkeit, die Verwendung von Nachbarkanälen in einer Zelle und in Nachbarzellen
zu vermeiden, ist erkannt worden. Bei der herkömmlichen Kanalzuteilung in
analogen AMPS-Systemen, wo Dreisektorenzellen das Spektrum in Clustern
von 7 Zellen wiederholen, ist der Abstand von 21 Kanälen (630
kHz) zwischen Kanälen,
die die gleiche Zelle versorgen – wie allgemein durch das in
Sektoren aufgeteilte Muster von 2 dargestellt – mehr als
ausreichend, um jegliche Interferenz von Nachbarkanälen unbedeutend
sein zu lassen. Für
physisch beieinander liegende Zellen reicht es aus, die Zuordnung
aneinander grenzender Kanalgruppen zu Sektoren der gleichen Zelle
oder zu Sektoren in solchen beieinander liegenden Zellen, die dem
in Betracht gezogenen Sektor benachbart sein würden, zu vermeiden. Wie aus 2 hervorgeht,
liegt eine solche Kanalzuordnung für die Dreisektoren-Wiederholungsgruppe
der Größe 7 vor.
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Einhergehend
mit der Suche nach weniger konventionellen Zuordnungsansätzen, wie
einer flexiblen oder nicht-regelmäßigen festen Kanalzuordnung,
ist eine solche fast automatische Erfüllung von Kanalabstandsanforderungen
jedoch nicht mehr gegeben. Hier sieht sich der Designer von zellulären Systeme
mit folgender Frage konfrontiert: was ist die minimale Spektrumstrennung,
die zwischen Kanälen,
die gleichzeitig in einer Zelle oder in benachbarten Zellen verwendet
werden, erforderlich ist. Die Ansätze, die vorgeschlagen wurden,
um diese Frage zu beantworten, berücksichtigen die Nachbarkanalinterferenz
nicht ausreichend, wenn überhaupt. Insbesondere wird in der Behandlung von Nachbarkanalinterferenz
und bei der Ableitung von Kanalabstandsanforderungen im Stand der
Technik nicht die Gesamtwirkung auf das S/I-Verhältnis berücksichtigt [siehe W.C.Y. Lee,
Mobile Cellular Telecommunication Systems, McGraw-Hill, New York,
1989]. Dieser Mangel an Rücksicht
auf die Wirkung von Nachbarkanalinterferenz auf das S/I-Verhältnis führt dazu,
dass ein Signal schwächer
ist als die Interferenz. Durch Ausgleichen der relativen Stärke eines
Interferenzsignals, das sich nahe am Empfänger befindet, mit dem Abfall
der Signalstärke,
der von einer Kanaltrennung verursacht wird, wäre das resultierende S/I-Verhältnis ohne
Gleichkanal- Interferenz
gleich 1 (0 dB). Falls eine gewisse Gleichkanalinterferenz vorhanden
wäre, wäre das resultierende
S/I-Verhältnis
kleiner als 1 (negativ, wenn in dB ausgedrückt).
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Da
die S/I-Anforderung eine Beschränkung
der Gesamtinterferenz impliziert, und die Gesamtinterferenz die
Summe von zwei Termen ist (Gleichkanal- plus Nachbarkanalinterferenz),
muss ein Kompromiss zwischen ihnen gefunden werden. Die Nachbarkanalinterferenz
nimmt ab, wenn eine stärkere
Frequenzspektrumstrennung zwischen Kanälen vorhanden ist, was einen
größeren Spielraum
für Gleichkanalinterferenz
lässt. Ein
kleinerer Wiederholungsabstand wird somit zulässig, und die Systemleistung
ist höher,
zumindest im Prinzip. Durch eine stärkere Kanaltrennung stehen
jeder Zelle jedoch weniger Kanäle
zur Verfügung,
was zu einer Leistungsabnahme führen
würde,
falls alles andere gleich bleiben würde. Somit wäre ein wichtiges
Ziel eines Systemdesigners die Bestimmung der optimalen Kanaltrennung,
bei der die S/I-Anforderung erfüllt
ist und das Spektrum maximal genutzt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung schafft ein neues Verfahren für die Verwaltung von Nachbarkanalinterferenz
in einem zellulären
drahtlosen Kommunikationssystem. Das Verfahren der Erfindung ist
in Anspruch 1 offenbart, während
eine verbesserte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
aus Anspruch 2 hervorgeht. Darüber
hinaus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Speichermittel für die Verwirklichung
eines Zuordnungsverfahrens für
eine Vielzahl von Kommunikationskanälen in einem drahtlosen Kommunikationsnetz
aus Anspruch 3.
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Das
neuartige Verfahren zur Verwaltung von Nachbarkanalinterferenz schließt folgendes
ein:
Gerade/Ungerade-Zellenbezeichnung – zur Eliminierung von Anliegerzellenkonflikten
in einer Zelle.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung:
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1 stellt
ein Schema eines regelmäßigen Zellen-Layout
für ein
drahtloses Kommunikationsnetz dar.
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2 stellt
eine sektorisierte Zellenanordnung aufgrund eines Wiederholungsfaktors
7 dar.
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3 stellt
ein Blockschema der wichtigsten Elemente eines drahtlosen Kommunikationssystems
und der typischen Verbindungen zwischen diesen Elementen dar.
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4 zeigt
ein Blockschema eines Datenverarbeitungssystems zur Steuerung der
Zuordnung von Funkkanälen
an verschiedene Zellen eines drahtlosen zellulären Kommunikationssystems unter
Verwendung einer flexiblen Kanalzuordnungsmethodik.
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5 stellt schematisch eine einzige Zelle
einschließlich
ihrer Basisstation dar, wobei eine versorgte Teilnehmerstation und
eine möglicherweise
störende
Teilnehmerstation in verschiedenen Positionen in Bezug zueinander
und zu der Basisstation angeordnet sind.
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6 stellt schematisch zwei Nachbarzellen
dar, jede mit einer Basisstation und mit einer versorgten Teilnehmerstation
und einer möglicherweise
störenden
Teilnehmerstation, die in verschiedenen Positionen in Bezug zueinander
und zu der Basisstation angeordnet sind.
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7 zeigt
eine Kanalgruppenanordnung für
sektorisierte Zellen unter Verwendung des horizontalen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahrens.
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8 zeigt
eine Kanalgruppenanordnung für
sektorisierte Zellen unter Verwendung des vertikalen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahrens
der Erfindung.
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9 zeigt sektorisierte Zellenanordnungen
mit einem Wiederholungsfaktor 4.
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10 zeigt
eine omnidirektionale Zellenanordnung mit einem Wiederholungsfaktor
7, die die Zellen darstellt, denen aneinander grenzende Kanalgruppen
zugeordnet sind.
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11 zeigt ein Zellen-Layout, einen Nachbargraphen
und sein Komplement für
eine omnidirektionale Zellenanordnung mit einem Wiederholungsfaktor
8.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die
folgende Erörterung
wird teilweise anhand von Algorithmen und symbolischen Darstellungen
von Operationen mit Daten in einem Computersystem dargestellt. Es
ist klar, dass diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen
ein Mittel sind, das in der Regel von Experten auf dem Gebiet der
Systemtechnik verwendet werden, um die Substanz ihrer Arbeit anderen
Experten mitzuteilen.
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Wie
hierin (und allgemein) verwendet, kann ein Algorithmus als eigenständige Sequenz
von Schritten, die zu einem gewünschten
Ergebnis führen,
angesehen werden. Diese Schritte beinhalten allgemein Manipulationen
von physikalischen Größen. Üblicherweise,
aber nicht notwendigerweise, haben diese Größen die Form von elektrischen
oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen
und auf andere Weise manipuliert werden können. Für einen leichteren Bezug ebenso
wie für
eine Angleichung an den allgemeinen Gebrauch werden diese Signale
hin und wieder anhand von Bits, Werten, Elementen, Symbolen, Zeichen,
Ausdrücken,
Zahlen oder dergleichen beschrieben. Es wird jedoch ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass diese und ähnliche
Ausdrücke
mit den geeigneten physikalischen Größen assoziiert werden müssen – da diese
Ausdrücke
lediglich zweckmäßige Bezeichnungen
sind, die diesen Größen verliehen
werden.
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Um
die Erläuterung
klarer zu machen, wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung so dargestellt, dass es aus einzelnen Funktionsblöcken besteht
(einschließlich
von Funktionsblöcken
mit der Bezeichnung „Prozessoren"). Die dargestellten
Funktionsblöcke
können
durch Verwendung von entweder universeller oder spezieller Hardware
geschaffen werden, einschließlich
von, aber nicht beschränkt
auf, Hardware, die Software ausführen
kann. Beispielsweise können
einige oder alle Funktionen von „OMC", „MSCs" und „BSs", die in den 3 und 4 dargestellt
sind, von einem oder von mehreren Prozessoren bereitgestellt werden,
einschließlich
von universellen Prozessoren. (Der verwendete Ausdruck „Prozessor" sollte nicht so
aufgefasst werden, als würde
er ausschließlich
Hardware bezeichnen, die Software ausführen kann).
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Ausführungsbeispiele
können
Mikroprozessor- und/oder digitale Signalprozessor (DSP)-Hardware einschließen, wie
den AT&T DSP16
oder DSP32C, Festwertspeicher (ROM) für die Speicherung von Software, die
die nachstehend erörterten
Operationen durchführt,
und Schreib/Lese-Speicher (RAM) für die Speicherung von Ergebnissen.
Es können
auch Großintegrations-
(VLSI-) Hardware-Ausführungsformen,
ebenso wie Custom-VLSI-Schaltungen in Kombination mit einer Universal-DSP-Schaltung
bereitgestellt werden.
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Ein
typisches zelluläres
System ist im Blockschema von 3 dargestellt.
Eine Vielzahl von mobilen Vermittlungsstellen (MSC) 202 und 203 sind
dargestellt, die das mobile Funktelefonsystem mit dem öffentlichen
Telefonvermittlungsnetz 201 (PSTN) verbinden. Die Vermittlung
durch die MSCs verbindet eine Vielzahl von Basisstationen (BS) 210,
die jeweils Dienste für
einen Zellenabdeckungsbereich liefern. Jeder Zellenabdeckungsbereich
ist mit unregelmäßigen Grenzen
dargestellt, wie sie typisch für
ein aktuelles System sind. Jede BS weist Sende/Empfangs-Funkausrüstung und
Sendeantennen auf; um ein Funktelefon 250 in seinem Zellenabdeckungsbereich
zu versorgen.
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Ein
Betriebs- und Verwaltungszentrum (OMC) 220 ist mit den
MSCs 202 und 203 verbunden, um deren Systemoperation
und ihre zugehörigen
BS zu steuern. OMC 220 ist eine zentrale Steuerstation,
die eine Datenverarbeitung und eine Eingabe für die Annahme von Daten, die
von einer Datenspeicherung eingegeben werden, und eine Echtzeitsteuerung
einschließt.
Im Fall von flexibler Kanalzuordnung kann diese Datenverarbeitungsanordnung
für die
Implementierung von Kanalanordnungen in Kombination mit ferngesteuert
abstimmbaren Funk-Transceivern, die an der BS angeordnet sind, genutzt
werden.
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Für diesen
Fall einer flexiblen Kanalzuordnung ist ein Ausführungsbeispiel für Datenverarbeitungsausrüstung, die
in dem OMC enthalten ist, für
die Steuerung der Zuordnung und die Abstimmung von Funk-Transceivern
an den BSs in Form eines schematischen Blockschemas in 4 dargestellt.
Ein Computerprozessor 310 weist ein gespeichertes Programm
auf, das in einem zugehörigen
Speicher 311 enthalten ist. Dieses Programm kann Befehle
für die
Durchführung
der Zuordnung von Funkkanälen
zu einem zellulären
System einschließen.
Initialeingabedaten werden durch die Eingabefunktion 312 an
den Computerprozessor 310 geliefert. Eingaben schließen ein:
die verfügbaren
Zellen, die verfügbaren
Funkfrequenzen und Interferenzinformationen, üblicherweise in Form einer
Zelle-zu-Zelle-Interferenzmatrix, die die Interferenz von jeder
einzelnen Zelle zu allen anderen Zellen definiert. Weitere Eingaben
schließen
Systembeschränkungen
ein, die für
die gewünschte
Kanalzuordnung erforderlich sind, sowie Verkehrsaufkommensmuster.
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Um
eine flexible Kanalzuordnungsmethodik zu implementieren, wird das
Kanalzuordnungsverfahren von einem Computerprozessor 310 entsprechend
den im Speicher 311 enthaltenen Befehlen durchgeführt. Die resultierenden
Kanalzuordnungen können über die
Ausgabefunktion 313 an die MSC 315 ausgegeben
werden, von wo aus sie an die BSs 321 weitergeleitet werden
können.
Die einzelnen abstimmbaren Funkgeräte 322, die in den
BSs enthalten sind, können
dann auf die richtigen Frequenzen in Übereinstimmung mit der Zuordnung
der Funkkanäle,
die anhand des Zuordnungsverfahrens bestimmt wurde, abgestimmt werden.
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I. Verfahren der Erfindung
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A. Allgemein
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Das
Verfahren der Erfindung wird hierin in einer Vielzahl von Ausführungsformen
dargestellt, die jeweils auf ein neues Verfahren zur Handhabung
von Nachbarkanalinterferenz für
die Erreichung eines übergeordneten
S/I-Verhältnisziels
gerichtet sind. Wie aus der speziellen Erörterung dieser Ausführungsformen
hervorgeht, kann jede Ausführungsform
unabhängig
von den anderen verwirklicht werden, aber die meisten können auch
in Kombination mit einer oder mit mehreren anderen Ausführungsformen
verwirklicht werden, ebenso wie mit Ausführungsformen der Verfahren,
die in den verwandten Anmeldungen, auf die verwiesen wurde, offenbart
sind.
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Der
Beschreibung dieser speziellen Ausführungsformen sei vorangestellt,
dass bestimmte Beziehungen zwischen Kanaltrennung (zwischen einem
Dienstkanal und einem störenden
Nachbarkanal), Empfangssignalstärke
für Dienstkanäle und für störende Kanäle und dem
S/I-Verhältnis
entwickelt werden. Diese Beziehungen werden dann mit Bezug auf die
anschließend
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung angewendet.
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Die
Stärke
der Interferenz, die von Nachbarkanalsendern beigetragen wird, hängt von
der Position der Teilnehmereinheiten (im allgemeinen mobil oder
tragbar) in Bezug auf ihre Basisstation(en), dem Maß der ausgeübten Leistungssteuerung
und der Kommunikationsrichtung – d.h.
ob eine Sendung von der Basisstation zur Teilnehmereinheit (hierin
als „Abwärtsstrecke" bezeichnet) oder
von der Teilnehmereinheit zur Basisstation (hierin als „Aufwärtsstrecke" bezeichnet) stattfindet.
Die 5 und 6 stellen
Konfigurationsbeispiele für
die Berücksichtigung
des Einflusses von Nachbarkanalinterferenz dar. 5 stellt
eine Einzelzelle mit einer Basisstation B dar, während in 6 zwei
Nachbarzellen dargestellt sind, mit Basisstationen B1 und B2. In
beiden Figuren sind Teilnehmerstationen i und j dargestellt, die
in verschiedenen Konfigurationen in Bezug zueinander und zu der
bzw. den Basisstation(en) angeordnet sind. In allen Konfigurationen
zeigt die Bezeichnung i die Dienst-Teilnehmereinheit an, und die
Bezeichnung j zeigt die Teilnehmereinheit an, die im nächsten Kanal
im Frequenzspektrum operiert, hier als Nachbarkanal bezeichnet.
In den Konfigurationen von 6 versorgt
die Basisstation B1 die Teilnehmereinheit i und versorgt die Basisstation
B2 die Teilnehmereinheit j.
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Als
Beispielsfall wird betrachtet, dass alle Anrufe mit gleicher Leistung
verarbeitet werden – d.h.
es wird keine Leistungssteuerung angewendet. Somit ist die Ab wärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
in allen in 5 dargestellten Fällen vergleichbar,
da alle Anrufe mit der gleichen Leistung verarbeitet werden. Die
Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
unterscheidet sich jedoch in den drei in 5 dargestellten
Fällen.
Da die Signaldämpfung
mit zunehmendem Abstand zwischen Sender und Empfänger zunimmt, ist die Signalstärke, die
von der Teilnehmereinheit i in 5(a) erhalten
wird, stärker
(aufgrund ihrer Nähe
zu der Dienst-Basisstation) als das Interferenzsignal von der Teilnehmereinheit
j. Somit ist die Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
für diese
Konfiguration vernachlässigbar.
In der Konfiguration von 5(b) ist
das empfangene Dienstsignal mit dem Interferenzsignal vergleichbar,
da die beiden Teilnehmereinheiten den gleichen Abstand zur Basisstation
haben. Schließlich
ist in der Konfiguration von 5(c) die
Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
hoch, weil die störende
Teilnehmereinheit näher
an der Basisstation ist als die Dienst-Teilnehmereinheit.
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Falls
eine Leistungssteuerung angewendet wird, um die Leistung von Anrufen,
die der Basisstation näher
sind, zu verringern, ändert
sich die wahrgenommene Nachbarkanalinterferenz. Diese Änderungen
können wiederum
durch Betrachtung der Konfigurationen von 5 dargestellt
werden, wobei nun angenommen wird, dass die Leistung so angepasst
wird, dass die empfangenen Dienstsignale ausgeglichen werden. Dann
wäre eine
Aufwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
in allen drei Konfigurationen von 5 vergleichbar,
da das Signal, das von allen Teilnehmereinheiten erhalten wird,
gleich ist, unabhängig
von der Position der Einheit in Bezug auf die Basisstation. Wenn
dagegen eine Abwärtsstrecken-Leistungssteuerung
angewendet wird, wäre die
Nachbarkanalinterferenz für
alle drei Konfigurationen unterschiedlich. Eine Leistungssteuerung
bewirkt eine Zunahme der Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
in 5(a), da die Leistung des störenden Signals
höher ist
als die des Dienstsignals. Die Leistungssteuerung ändert nicht
die Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
in der Konfiguration von 5(b), da
sowohl die Dienst- als auch die Nachbarkanal-Teilnehmereinheit gleich weit von der
Basisstation entfernt sind. Jedoch bewirkt in der Konfiguration
von 5(c) die Leistungssteuerung, dass
die Abwärtsstrecken-Nachbarkanalinterferenz
abnimmt. Somit zeigt sich, dass eine Leistungssteuerung in Auf wärtsstreckenrichtung
allgemein günstig
ist, aber häufig
zu einer verstärkten
Nachbarkanalinterferenz führt,
wenn sie in Abwärtsstreckenrichtung
angewendet wird.
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In
dem Fall der Nachbarzellen, der in 6 dargestellt
ist, und unter Betrachtung der ersten Konfiguration von 6(a) zeigt sich an der Teilnehmereinheit
i eine Nachbarkanalinterferenz sowohl in Abwärtsstreckenrichtung (aufgrund
des Konkurrenzsignals von der Basisstation B2) als auch in Aufwärtsstreckenrichtung (aufgrund
des Konkurrenzsignals von der Teilnehmerstation j). Wie leicht aus
diesen Figuren ersichtlich ist, zeigt sich eine vergleichbare Nachbarkanalinterferenz
in Abwärtsstreckenrichtung
in 6(b) und in Aufwärtsstreckenrichtung
in 6(c), aber die Nachbarkanalinterferenz
ist in Aufwärtsstreckenrichtung
in 6(b) und in Abwärtsstreckenrichtung in 6(c) zu vernachlässigen.
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Um
die oben beschriebenen Beziehungen algebraisch auszudrücken, wird
die folgende Schreibweise verwendet. Es sei:
- S
- die Dienstsignalstärke an der
Teilnehmereinheit i
- P
- das Verhältnis der
Stärken
der Dienstsignale für
die Teilnehmereinheiten j und i, wie von der Teilnehmereinheit i
empfangen, wenn die beiden Signal Gleichkanäle wären.
- w
- die Frequenzspektrumstrennung
zwischen den Dienstkanälen
für die
Teilnehmereinheiten i und j, ausgedrückt in Vielfachen der Kanalbandbreite
- N
- der relative Abfall
der Signalstärke
aufgrund der Kanaltrennung w
- T
- das S/I-Verhältnis, das
von der Teilnehmereinheit i verwirklicht wird
- Tc
- das Verhältnis er
Dienstsignalstärke
zur Gleichkanalinterferenz an der Teilnehmereinheit i
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Man
beachte, dass diese Analyse ursprünglich auf den Fall der Abwärtsstreckenrichtung
angewendet wird. Mit kleineren Änderungen
der Schreibweise, die nachstehend beschrieben sind, sind Beziehungen,
die den hier entwickelten vergleichbar sind, jedoch auch auf den
Fall der Aufwärtsstreckenrichtung
anwendbar.
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Aus
diesen Schreibweisendefinitionen kann sich ergeben, dass die Gleichkanalinterferenz
an der Teilnehmereinheit i S/T
c wäre und die
Nachbarkanalinterferenz, die von der Teilnehmereinheit j empfangen
wird, (S P)/N wäre. Das S/I-Verhältnis, das
sich in Abwärtsstreckenrichtung
in der Teilnehmereinheit j zeigt, kann somit wie folgt geschrieben
werden:
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Der
erste Term im Nenner ist die Gleichkanalinterferenz, der zweite
ist die Nachbarkanalinterferenz.
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Die
Beziehung zwischen N und w kann für bestimmte Kanalfiltereigenschaften
wie folgt geschrieben werden:
wobei B der relative Signalstärkenabfall
außerhalb
der Sprachbandregion ist, ausgedrückt in dB/oct [siehe Lee, Mobile
Cellular Telecommunications Systems, id.]. Unter
Verwendung der Beziehung der Gleichung (2), um N aus der Gleichung
(1) zu eliminieren, erhält
man die folgende Beziehung zwischen T, w und Tc:
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Die
Gleichung (3) kann verwendet werden, um den Kompromiss zwischen
dem Kanalabstand w und dem S/I-Verhältnis T für ein bestimmtes Gleichkanal-S/I-Verhältnis Tc
und bestimmte Kanalfiltereigenschaften zu finden.
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Als
Beispiel für
eine drahtlose Kommunikationsanwendung, das hierin verwendet wird,
um die Implementierung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen darzustellen,
wird die Verwendung eines Beispielfilters mit B gleich 24 dB/oct
und eines Gleichkanal-S/I-Schwellenwert Tc von 18 dB (Tc = 101,8 = 63,1 betrachtet – wobei beide Werte typisch
für ein
herkömmliches
zelluläres
Zellen-Design sind. Der Kompromiss zwischen T und w für diesen
Beispielsfall, abgeleitet von Gleichung (3), ist in Tabelle 1 angegeben,
wo die erste Spalte den Kanalabstand w, angegeben in Vielfachen
der Kanalbandbreite, darstellt. Die anderen zehn Spalten geben,
für unterschiedliche
P-Werte, den Wert
für T,
an, jeweils in dB ausgedrückt.
Wie zu erwarten ist, erhöht die
Vergrößerung des
Kanalabstands das S/I-Verhältnis,
das bei größeren w-Werten
mit dem Design-Gleichkanalverhältnis
Tc konvergiert.
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TABELLE
1. Kompromiss zwischen Kanalabstand und S/I-Verhältnis dB(T)
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Eine
Umstellung der Gleichung (3) ergibt, dass bei unterschiedlichen
Kanalabstandswerten w das Design-Gleichkanal-S/I-Verhältnis ein
Ziel-S/I-Verhältnis
T erreichen muss. Tabelle 2 zeigt den Kompromiss zwischen Tc und w für
dB(T) gleich 18 dB. Da Tc durch seine Wirkung
auf den Wiederholungsabstand die Leistung beeinflusst und eine Erhöhung von
w die Leistung herabsetzt, gibt es eine optimale Kombination von
Tc und w, bei der die Leistung maximiert
ist.
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TABELLE
2. Kompromiss zwischen Kanalabstand und Gleichkanal-S/I-Verhältnis db(T
c)
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Die
Gleichungen (1) und (3) und die Ergebnisse der Tabellen 1 und 2
können
auf Aufwärtsstrecken-Kommunikationen
angewendet werden, mit einer kleinen Umdefinierung der folgenden
Parameter.
- S
- Signalstärke, die
von der Teilnehmereinheit i an der Dienst-Basisstation empfangen
wird
- P
- Verhältnis der
Signalstärken,
die von den Teilnehmereinheiten j und i an der Dienst-Basisstation
für i empfangen
werden, wenn die beiden Signale auf dem gleichen Kanal gesendet
würden
- T
- S/I-Verhältnis an
der Basisstation, die die Teilnehmereinheit i versorgt
- Tc
- Verhältnis der
der Dienstsignalstärke
zur Gleichkanalinterferenz an der Dienst-Basisstation für die Teilnehmereinheit
i
-
Wie
bereits gesagt, sind in dem Fall, dass keine Leistungssteuerung
angewendet wird und beide Teilnehmereinheiten i und j von der gleichen
Basisstation versorgt werden (d.h. die Konfiguration von 5), die Abwärtsstrecken-Stör- und Dienstsignale
vergleichbar, da die Leistung, mit der die einzelnen Signale von
der Basisstation gesendet werden, jeweils gleich ist. Somit ist
das Verhältnis
von Störsignal
zu Dienstsignal, P, gleich 1, und db(P) ist gleich 0. Wie aus Tabelle
1 hervorgeht, würde,
falls die Nutzung aneinander grenzender Kanäle zugelassen würde, das
S/I-Verhältnis
auf 16,23 dB fallen, was 67 Prozent des Zielwerts von 63,1 (18 db)
darstellt. Die Einstellung des Kanalabstands w auf 2 reicht aus,
um den größten Teil
des S/I-Abfalls aufzufangen, der von der Nachbarkanalinterferenz
bewirkt wird – eine
Erhöhung
des S/I-Verhältnisses
von 16,23 auf 17,99 dB.
-
Eine
vergleichbare Situation entsteht, wenn die Teilnehmereinheiten i
und j von unterschiedlichen Basisstationen versorgt werden, falls
die Dienst-Teilnehmereinheit i sich nahe der gemeinsamen Grenze
zwischen den beiden Zellen befindet, unabhängig von der Position der störenden Teilnehmereinheit
j, wie in den 6(a) und 6(b) dargestellt.
Falls die Teilnehmereinheit i jedoch weiter von der störenden Basisstation
B2 weg ist als von ihrer Dienst-Basisstation B1, wie in 6(c) dargestellt, ist das P-Verhältnis kleiner
als 1 und dB(P) wird negativ. Somit ist die Wirkung der Nutzung
von Anliegerkanälen
auf das S/I-Verhältnis
geringer. Beispielsweise zeigt die Tabelle 1 bei einem dB(P)-Wert
von –5
dB, dass das verwirklichte S/I-Verhältnis 17,36 dB ist, was 86
Prozent des Design-Gleichkanalverhältnisses darstellt. Alternativ
kann dies als der Wert charakterisiert werden, der bei dem S/I-Verhältnis verwirklicht
wird, wenn die Nachbarkanalinterferenz auf 5 Prozent der kombinierten
Gleichkanal- plus Nachbarkanal-Interferenz begrenzt wird. Somit
kann ein Wert für
P definiert werden, für
den eine Anliegerkanalinterferenz annehmbar wird. Dieser definierte
Wert wird hierin als Pa bezeichnet, und ist in dem beschriebenen
Beispielsfall gleich –10
dB.
-
Angesichts
des Kompromisses zwischen w und Tc in Tabelle
2 kann für
den Fall von dB(P) = 0 gesehen werden, dass durch Erhöhung des
Kanalabstands von 1 auf 2 die Planung eines Gleichkanalverhältnisses
von 18,01 dB anstelle von 21,03 dB möglich wäre. Zusätzlich zeigt sich, dass, falls
der Abstand auf 2 erhöht
würde, man
nur wenig im Hinblick auf die Gleichkanalbeschränkung und somit im Hinblick
auf die Leistung gewinnen würde.
-
Für den Fall
einer Leistungssteuerung wurde gezeigt, dass eine Leistungssteuerung
auf der abwärts gerichteten
Leitung die Wirkung von Nachbarkanalinterferenz verschlimmert. Man
betrachte den speziellen Fall, dass eine Leistungssteuerung auf
die Abwärtsstrecke
angewendet wird, um die Signalstärke
der näher gelegenen
Teilnehmereinheiten zu verringern. In diesem Fall wäre P gleich
dem Unterschied in der Leistungsverringerung der Dienstsignale für die beiden
Teilnehmereinheiten. Der schlimmste Fall tritt ein, wenn die Leistung
des Dienstsignals für
die Teilnehmereinheit i erheblich verringert ist und die Dienst-Teilnehmereinheit
j bei voller Leistung arbeitet, wie von der Konfiguration von 5(a) dargestellt. Tabelle 1 zeigt, dass,
auch wenn das Design-Gleichkanal-S/I-Verhältnis 18 dB ist, das verwirklichte
S/I-Verhältnis
negativ ist, wenn die Abwärtsstreckenleistung
für die
nahe dem Ende gelegene Teilnehmereinheit um 28 dB reduziert wird.
Man braucht einen Kanalabstand von 3, um ein S/I-Verhältnis
von 17,79 dB zu verwirklichen.
-
In
dem verwandten '352-Patent
ist eine neuartige Mischleistungs-Steuermethodik offenbart, die
die Verwendung von Abwärtsstrecken-Teilleistungssteuerung
ohne Erhöhung
des Kanalabstands über
den Wert 2 hinaus ermöglicht,
und dabei ein vernünftiges
S/I-Verhältnis
aufrechterhält.
-
B. Kanalzuordnungsverfahren
-
In
den folgenden Abschnitten werden drei neue Kanalzuordnungsverfahren
beschrieben, die eine verringerte Nachbarkanalinterferenz im Vergleich
zu der, die von Verfahren des Standes der Technik erreicht wird, liefert.
Diese neuen Kanalzuordnungsverfahren schließen das erfindungsgemäße Verfahren
ein, das als Ungerade/Gerade-Zellenbezeichnung
bezeichnet wird. Bevor diese neuen Kanalzuordnungsverfahren ausführlich erörtert werden,
mag jedoch ein kurzer Überblick über herkömmliche
Kanalzuordnungsverfahren nützlich sein.
-
Bei
der traditionellen RF-Planung waren Anliegerkanalbeschränkungen
in einer Zelle wegen der An und Weise, in der Kanalgruppen konstruiert
wurden, kaum ein Problem. In der Regel bestanden solche Kanalgruppen
aus den Elementen der Spalten einer Matrix, die durch konsekutive
Nummerierung der Spalten von links nach rechts, jeweils für eine Reihe
nach der anderen, gebildet wurden. Dieser Ansatz wird hierin als horizontales
Kanalgruppen-Konstruktionsverfahren bezeichnet und ist in 7 dargestellt.
Infolgedessen würde ein
Wiederholungsfaktor N von 2 oder höher automatisch Anliegerkanalbeschränkungen
in einer Zelle erfüllen, da
der Unterschied der Kanalnummern zwischen beliebigen zwei Mitgliedern
der gleichen Kanalgruppe mindestens dem Wiederholungsfaktor entspricht.
Somit versorgen Anliegerkanäle
niemals die gleichen Zelle oder den gleichen Sektor einer Zelle.
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Für den Fall
von Nachbarzellen war der direkte Weg, eine Anliegerkanalinterferenz
zwischen Teilnehmereinheiten in Nachbarzellen zu verhindern, die
Vermeidung der Zuordnung von Anliegerkanälen zu Teilnehmereinheiten,
die sich gegenseitig stören.
Die relativen Positionen dieser Teilnehmereinheiten bestimmen, ob dies
der Fall ist. Wie oben erörtert,
können
Teilnehmereinheiten in der Nähe
der Grenze einer Zelle eine Anliegerkanalinterferenz in Aufwärtsstreckenkommunikationen
der Zelle auf der anderen Seite der Grenze bewirken, abhängig von
der empfangenen Signalstärke.
Die gleiche Teilnehmereinheit würde
eine Anliegerkanalinterferenz auf der Abwärtsstrecke von der Nachbarzelle
empfangen. Als vereinfachende, aber realistische Annahme wird in
der Analyse hierin eine Konvention übernommen, dass, wenn P unter
den zuvor definierten Wert Pa fällt,
bei dem eine Anliegerkanalinterferenz annehmbar wird, keine Anliegerkanalinterferenz
auftritt. Ansonsten schon.
-
Außerdem kann
eine Anliegerkanalinterferenz in einer regelmäßigen Kanalzuordnung durch
eine Verringerung der Zahl der Nachbarn einer Zelle, welche Anliegerkanäle nutzen,
verringert werden. Die gemeinsame Grenze zwischen zwei dieser Nachbarn
wird als Anliegerflanke bezeichnet. Die Verwendung von Anliegerflanken
als Ersatz für
Anliegerkanalinterferenz ist in erster Linie bei regelmäßiger Kanalzuordnung
von Bedeutung, wo alle Kanalgruppen gleich groß sind, und wo, wegen der Art
und Weise, wie die Kanalgruppen konstruiert sind, zwei Kanalgruppen
entweder mit all ihren Kanälen
aneinander grenzen oder mit keinem.
-
B1. Gerade/Ungerade-Zellenbezeichnung
-
Ein
neuartiger Ansatz für
die Erfüllung
von Anliegerkanalbeschränkungen
in einer Zell ist die die Zuordnung einer Parität – gerade oder ungerade – zu jeder
Zelle. Eine Zelle dürfte
nur Kanäle
mit Nummern der zugeordneten Parität verwenden. Bei fester Kanalzuordnung
würden
Kanalgruppen entweder ungerade oder gerade Nummern enthalten und
Zellen würden
entweder ungerade oder gerade Kanalgruppen zugeteilt werden. Sowohl
eine regelmäßige als
auch eine unregelmäßige Kanalzuordnung
kann von diesem Ansatz profitieren. Obwohl Anliegerkanalbegrenzungen
in einer Zelle bei regelmäßiger Kanalzuordnung
immer erfüllt
sind, kann aufgrund der horizontalen Kanalgruppen-Konstruktion die
Verwendung dieses Ungerade/Gerade-Ansatzes günstig sein, weil er die Befolgung
von Anliegerkanalbeschränkungen
durch Nachbarzellen erleichtert, eine Eigenschaft, die nachstehend
ausführlicher
erörtert
wird.
-
B2. Vertikale Kanalgruppenkonstruktion
-
Anliegerkanäle sollten
in der Regel nicht in aufeinander folgenden Sektoren von sektorisierten
Zellen (d.h. Zellen mit Richtantennen, die jeweils einen Sektor
der Zelle abdecken) verwendet werden. Um diesen Punkt zu erläutern, sollte
in der Zelle mit drei Sektoren, die in 2 dargestellt
ist, der Sektor α1 keine Kanäle verwenden, die an diejenigen
angrenzen, die in den beiden anderen Sektoren β1 und γ1 verwendet
werden, die am nächsten
liegen. Solange die Antennen mit der gleichen Bezeichnung ausgerichtet
sind, reicht es auch, dafür
zu sorgen, dass einem α-Sektor
keine Kanäle
zugeteilt werden, die an die Kanäle
eines β-
oder γ-Sektors angrenzen,
usw.
-
Bei
der herkömmlichen
festen, regelmäßigen Kanalzuordnung
werden Sektoren in der Regel Kanalgruppen zugeordnet, die durch
das horizontale Verfahren erhalten werden. Das heißt, die
Kanalgruppen sind die Spalten einer Matrix, wo die Gesamtzahl der
Spalten gleich dem Wiederholungsfaktor mal der Zahl der Sektoren
pro Zelle ist. Somit hätte
mit einem Wiederholungsfaktor 7, der mit drei Sektoren verwendet
wird, die Kanalgruppenmatrix 21 Spalten, wie in 7 dargestellt.
Die ersten 7 Spalten würden
den α-Sektoren
zugeordnet, die nächsten
7 Spalten würden
den β-Sektoren
zugeordnet, und die letzten 7 Spalten würden den γ-Sektoren zugeordnet. Wie aus
der Figur ersichtlich ist, nutzten Sektoren mit unterschiedlichen
Ausrichtungen keine Anliegerkanäle,
abgesehen von drei Paaren: (α1, γ7), (α7, β1) und (β7, γ1).
-
Hierin
wird ein neuer Kanalgruppen-Konstruktionsansatz geschaffen, der
für sektorisierte
Zellen nützlich
ist und der als vertikale Kanalgruppenkonstruktion bezeichnet wird.
Im Fall einer regelmäßigen Kanalzuordnung
wird die Kanalgruppenmatrix mit einer Zahl von Spalten konstruiert,
die gleich dem Wiederholungsfaktor ist, z.B. 7. Jede Spalte wird
dann in Abschnitte unterteilt, einen für jeden Sektor in einer Zelle.
Wenn beispielsweise drei Sektoren vorhanden sind, würde das
obere Drittel jeder Spalte den α-Sektoren
zugeordnet, die Mitte den β-Sektoren
und das untere Drittel den γ-Sektoren,
wie in 8 dargestellt. Anliegerkanalinterferenz kann nur
zwischen dem letzten Kanal in α7 und dem ersten Kanal in β1 und
zwischen dem letzten Kanal in β7 und dem ersten Kanal in γ1 entstehen.
Abgesehen von diesen beiden Kanalpaaren weist kein α-Sektor Kanäle auf,
die an einen der β-
oder γ-Sektoren
angrenzen, usw. Somit werden Anliegerkanalbegrenzungen für alle praktischen
Zwecke erfüllt.
-
Da
nur zwei Kanalpaare aneinander grenzen, könnte die Anliegerkanalinterferenz
entweder durch Fallen lassen von zwei Kanälen (einem von jedem Paar)
oder durch Vermeiden einer unmittelbaren Nachbarschaft in diesen
beiden Sektorenpaaren völlig
eliminiert werden. Somit sind alle oben erörterten herkömmlichen
Kanalzuordnungspläne
(und weitere Pläne,
in denen die Sektoren α1 und γ7 einander benachbart sind) mit diesem Kanalgruppen-Konstruktionsansatz
annehmbar.
-
Eine
Anwendung dieses Ansatzes bei der regelmäßigen Kanalzuordnung kann für den Fall
einer S/I-Anforderung in einem Bereich, der mit einem Wiederholungsfaktor
N=4 und drei Sektionen pro Zelle erreicht werden kann, dargestellt
werden. Zwei solche Wiederholungsmuster, I und II, sind in 9 dargestellt. Aus einer Analyse der geometrischen
Konfiguration für
die Worst Case-Positionierung der Teilnehmereinheit kann bestimmt
werden, dass das Muster I ein höheres
Worst Case-S/I-Verhältnis (20,6
dB) liefert als das Muster II (16,1 dB) und daher vorzuziehen ist. Bei herkömmlichen Kanalgruppen-Konstruktionsverfahren
für sektorisierte
Zellen gibt es jedoch keine Antennenausrichtung und Kanalzuordnung,
die dazu führt,
dass keine Anliegerflanken für
das Muster I vorliegen. Eine vertikale Kanalgruppenkonstruktion
liefert dagegen eine mögliche
Zuordnung.
-
Die
vertikale Kanalgruppenzuordnung trifft auch auf die feste, nicht-regelmäßige Kanalzuordnung
zu, wo Zellen verschieden groß sein
können
und unterschiedliche Kanalleistungen brauchen können. In diesem Fall würde das
Frequenzspektrum in eine Anzahl von untereinander nicht verbundenen
Segmenten aufgeteilt, die der Zahl der Sektoren pro Zelle gleich
wäre. Jedem
Sektor würde
dann die optimale Zahl von Kanälen
von dem Segment, das seiner Bezeichnung entspricht, zugeordnet.
Wenn beispielsweise drei Sektoren pro Zelle vorhanden sind, können den α-Sektoren
die Kanäle
mit den niedrigsten Nummern zugeteilt werden. Die β-Sektoren
würden
die folgenden Kanäle
nehmen, und die γ-Sektoren
würden
die Kanäle
mit den höchsten
Nummern bekommen.
-
Schließlich ist
der vertikale Kanalgruppenansatz auch bei einer dynamischen Kanalzuteilung
nützlich. Sobald
das verfügbare
Spektrum in Segmente aufgeteilt ist, nutzen Sektoren mit der gleichen
Antennenrichtung Kanäle
vom gleichen Spektrumssegment. Solange der flexible Kanalzuordnungsalgorithmus
sicherstellt, dass Anliegerkanalbegrenzungen in der Zelle respektiert
werden, ist die Anliegerkanalinterferenz eliminiert.
-
B3. Minimalangrenzungs-Schaltungsverfahren
-
Wenn
omnidirektionale Zellen (Zellen, die eine einzige Vollaperturantenne
verwenden) entsprechend dem klassischen Muster mit dem Wiederholungsfaktor
7 angeordnet sind, verletzen sie Anliegerkanalbeschränkungen
mit jeweils zwei Nachbarzellen, wie in 10 dargestellt – z.B. Zelle
Nr. 3, die Anliegerränder mit
Zellen Nr. 2 und Nr. 4 hat. Die Wahrscheinlichkeit, dass P den zuvor
definierten Schwellenwert Pa überschreitet – und somit,
dass eine Anliegerkanalinterferenz wahrnehmbar wird – liegt
auf der Abwärtsstrecke
im schlimmsten Fall bei 0,23. Die Wahrscheinlichkeit für eine Aufwärtsstrecken-Anliegerkanalinterferenz
ist 0,21. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Anruf eine Anliegerkanalinterferenz
auf der Abwärtsstrecke
oder auf der Aufwärtsstrecke
oder auf beiden erfährt,
liegt im schlimmsten Fall bei 0,39. (Alle Wahrscheinlichkeiten durch
Simulation bestimmt).
-
Es
wird allgemein angenommen, dass der kleinste Wiederholungsfaktor,
der eine Erfüllung
der Anliegerkanalbeschränkungen – d.h. die
Vermeidung von Anliegerflanken – ermöglicht,
12 ist', oder, in
jüngerer
Zeit, 98, wenn Kanalgruppen anhand des herkömmlichen
horizontalen Verfahrens konstruiert werden. Es wird hierin ein Verfahren
geschaffen für
die Erfüllung
von Anliegerkanalbeschränkungen
zwischen Nachbarzellen mit einem N von 8, unter Verwendung einer
Ungerade/Gerade-Kanalgruppenkonstruktion. Dieses Verfahren liefert auch
eine höhere
Leistung, 40 Erlang pro Zelle, als die herkömmlichen Verfahren zur Erfüllung dieser
Beschränkungen,
und erreicht ein S/I-Verhältnis von
19,5 dB. Ein Vergleich der Verkehrskapazität mit einer 2-prozentigen Blockierungswahrscheinlichkeit
für das
Verfahren der Erfindung (N 8) gegenüber Wiederholungsfaktoren von
7, 9 und 12 ist in Tabelle 3 dargestellt.
-
Siehe
A. Gamst, "Homogeneous
Distribution of Frequencies in a Regular Hexagonal Cell System", IEEE Trans. Veh.
Technol., Bd. 31, Nr. 3, August 1982 S. Faruque, "The N=9 Frequency
Plan: A Modified Technique to Enhance C/I Performance and Capacity", ICUPC '93 Conference Record,
Aug. 1993; oder M. Benveniste, "Managing
Neighbor Channel Interference in Channelized Cellular Systems", demnächst erscheinend.
-
TABELLE
3: Leistung von omnidirektionalen Zellen für verschiedene Wiederholungsfaktoren
-
Der
Ansatz zur Findung einer Kanalzuordnung mit einer minimalen Zahl
von Anliegerflanken für
das Wiederholungsmuster mit N 8 beginnt mit der Betrachtung der
omnidirektionalen Wiederholungsmuster, die in 11A dargestellt sind, die den Wiederholungsfaktor
8 darstellen. Es zeigt sich, dass Kanalgruppen jeder Zelle, die
mit A, B, C, ... bezeichnet ist, so zugeordnet sind, dass die größte Zahl
der Anliegerflanken pro Zelle minimal ist.
-
Mit
der Ungerade/Gerade-Konstruktion ist die Anzahl von Anliegerkanalgruppen
eins. Jede ungerade Anliegerkanalgruppe grenzt an eine gerade Gruppe über ihr
an, und jede gerade Kanalgruppe grenzt an die ungerade Gruppe unter
ihr an. Eine gerade Kanalgruppe enthält nur einen Kanal, der an
einen Kanal in der ungeraden Kanalgruppe darüber angrenzt. Einer der beiden
Kanäle
in dem Anliegerkanalpaar könnte
entfernt werden, wodurch jede Möglichkeit
für eine
Anliegung in den beiden Kanalgruppen eliminiert würde. Falls
dies getan wird, enthalten einige der geraden Kanalgruppen ungerade
Kanalzahlen.
-
Die
optimale Kanalzuordnung wird durch Konstruieren des Komplements
des Nachbarschaftsgraphen gefunden. Ein Nachbarschaftsgraph hat
Knoten, die den Zellen in einem Wiederholungs-Cluster entsprechen, und
Flanken für
jedes Paar von Knoten, falls sie aneinander stoßenden Zellen entsprechen. 11B zeigt den Nachbarschaftsgraphen für das Wiederholungsmuster
von 11A. Das Komplement eines Graphen
weist die gleiche Knotengruppe auf wie der ursprüngliche Graph. Eine Flanke
liegt im Komplementgraphen vor, wenn keine im Ursprungsgraphen vorliegt,
wie in 11C dargestellt.
-
Um
die Kanalgruppen Zellen zuzuordnen, werden die Knoten in den Komplementgraphen
von 1 bis N nummeriert. Falls die Knoten so nummeriert werden können, dass
eine Flanke in dem Graphen zwischen jedem Paar aus benachbarten
Kanalgruppen vorliegt, haben Nachbarzellen keine Anliegerflanken.
Ansonsten werden für
jedes Anliegerpaar aus Kanalgruppen Flanken hinzugefügt. Das
Ziel ist die Minimierung der Zahl an Flanken, die pro Knoten hinzugefügt werden.
-
Für das Wiederholungsmuster
mit N gleich 8 muss eine Flanke pro Knoten hinzugefügt werden,
wenn die horizontale Kanalgruppenkonstruktion angewendet wird. Somit
weist jede Zelle eine Anliegerflanke auf. Für die Nummerierung, die in 11C ausgewählt
ist, liegen die Anliegerflanken zwischen den folgenden Zellenpaaren:
(A, B), (C, E), (D, G) und (F, H).
-
Bei
einer Ungerade/Gerade-Konstruktion kann andererseits eine Kanalzuordnung
ohne Anliegerflanken für
das obige Wiederholungsmuster mit N 8 gefunden werden. Die in 11 dargestellte Knotennummerierung liefert
eine solche Zuordnung. Natürlich
können
nur gerade Wiederholungsfaktoren den Ungerade/Gerade-Konstruktionsansatz
nutzen.
-
II. Schlussfolgerung
-
Es
wurde eine Vielzahl von neuen Verfahren zur Handhabung von Nachbarkanalinterferenz
offenbart. Diese Verfahren und ihre Kombinationen können mit
festen und flexiblen, regelmäßigen und
nicht-regelmäßigen Kanalzuordnungen
verwendet werden. Und sie können
auf alle kanalisierten Systeme angewendet werden, ob sie nun einen
Frequenzvielfachzugriff oder einen hybriden Frequenz/Zeit-Vielfachzugriff
nutzen.
-
Wie
in der Erörterung
gezeigt, können
die hierin offenbarten Verfahren leicht kombiniert werden, und sie
können
auch mit Ausführungsformen
der Erfindung kombiniert werden, die in den verwandten Anmeldungen
beansprucht werden, die durch Querverweis bezeichnet wurden. Ein
Beispiel, das die mögliche
Synergie zwischen den verschiedenen offenbarten Kanalverwaltungsverfahren
noch besser erläutert,
ist das eines zellulären
Systems auf einem unregelmäßigen Gitter
mit einer nichtgleichmäßigen Verkehrsverteilung,
das aus einer Mischung von sektorisierten und omnidirektionalen
Zellen besteht. Ein Ziel ist, eine optimale nicht-regelmäßige Kanalzuordnung
zu finden, die Anliegerkanalbeschränkungen beachtet. Die Ungerade/Gerade-Bezeichnung
kann verwendet werden, um eine Erfüllung von Anliegerkanalbeschränkungen
in einer Zelle zu gewährleisten.
Eine Kombination aus Leistungssteuerung und gerichteter Zuordnung
(aus dem verwandten '352-Patent)
verringert die Anliegerkanalinterferenz zwischen Nachbarzellen.
Und die vertikale Kanalgruppenkonstruktion stellt sicher, dass Sektoren
der gleichen Zelle keine Anliegerzellen nutzen. Schließlich kann
jedes Kanalborgungsschema, das Kanäle entsprechend der Ungerade/Gerade-Bezeichnung
und der Ausrichtung eines Sektors nutzt, diese Kanalzuordnung dynamisch
machen, ohne Anliegerkanalbeschränkungen
zu verletzen.
-
Obwohl
die vorliegende Ausführungsform
der Erfindung ausführlich
beschrieben wurde, können
natürlich
verschiedene Änderungen,
Abänderungen
und Substitutionen daran vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und
Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.