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Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft Funkkommunikationssysteme und insbesondere eine
Anordnung zur Bereitstellung von Zugang zu einem Koppelnetz für ein Funkkommunikationssystem.
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Stand der
Technik
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Die
Zukunftsvision des Telekommunikationsdienstes umfaßt persönliche Kommunikationsdienste (PCS – personal
communications services), ein Begriff, der allgegenwärtigen Dienst
für Sprache,
Daten und sonstige Digitaldienste zu/von jedem Platz bedeutet. Die
Definition des PCS-Dienstes schließt auch Funkanschlüsse zur
Bereitstellung von netzweitem drahtlosem Zugang zum vermittelten
Netz von kleinen, leichten (tragbaren oder mobilen) PCS-Funkendgeräten niedriger
Leistung ein. Ein weiteres zukünftiges
Telekommunikationsnetz könnte
ein drahtloser Teilnehmeranschluß sein, bei dem die Verbindung
zwischen Kunden und dem Netz eine feste oder beinahe feste Funkverbindung
anstatt ein verdrilltes Kupferpaar ist. Die vorliegende Erfindung
wird im Zusammenhang mit PCS dargestellt, ist aber vollständig auf
andere Funkanschlußnetze
wie beispielsweise den drahtlosen Teilnehmeranschluß anwendbar.
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Bezugnehmend
auf 1A ist ein beispielhaftes vorgeschlagenes PCS-Netz
des Standes der Technik dargestellt. Jeder, ein Mikrozelle (M1–MM) genannter
geographischer Bereich enthält
einen Funkanschluß (RP1–RPM), der
zum Übertragen
und Empfangen von gemultiplexten Hochfrequenz-(HF-)Signalen zu/von
mehreren Mobilgeräten (101–110, 111–120)
benutzt wird. Jedes Mobilgerät weist
einen getrennten Kanal im gemultiplexten HF-Signal auf (z.B. 101 benutzt
HF1).
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Die
durch einen Funkanschluß bedienten verschiedenen
Hochfrequenz-(HF-)Kanäle
sind zeitlich (d.h. TDMA), frequenzmäßig (d.h. FDMA) oder als Coderaum
(d.h. CDMA) oder irgendeine Kombination von diesen definiert. Jeder
durch den Funkanschluß empfangene
HF-Signalkanal wird durch ein Mehrkanal-Empfängermodul (z.B. MCR1) verarbeitet,
das von jedem Kanal einen empfangenen Digitalsignalstrom erzeugt
(z.B. D1R aus HF1R). Auf ähnliche
Weise erfordern die übertragenen
Signale ein Mehrkanal-Sendermodul (z.B. MCT1) am Funkanschluß. Die Funkanschlüsse sind über festzugeordnete
Basisband-Digitalleitungen
(130) mit einer örtlichen
Funkanschlußsteuerung
(140) verbunden, die über
festzugeordnete Basisband-Digitalleitungen (150) Zugang
zum Koppelnetz (160) bereitstellt.
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Es
ist zu erwarten, daß es
in einem PCS-Netz zahlreiche Funkanschlüsse gibt, die jeweils niedrige
Leistung verbrauchen und in einem eine Mikrozelle genannten begrenzten
geographischen Bereich ausstrahlen. Kleine Zellen erlauben mehr
Frequenzwiederverwendung innerhalb eines geographischen Bereichs,
woraus sich eine größere Kapazität (maximale
Anzahl von Verbindungen für ein
gegebenes Funkspektrum) in diesem Bereich ergib. Bei kleineren Zellen
kann die HF-Sendeleistung geringer sein. Es wird erwartet, daß eine Mikrozelle einen
Radius von 150 bis 300 Meter aufweist. Bei vielen Szenarien wie
beispielsweise Wohnungsvororten wird die Wahl der Mikrozellengröße mehr
durch Erfordernisse niedriger Leistung (10 bis 100 mW) als durch
Kapazitätserfordernisse
angetrieben. Durch die kleine Zellengröße ergibt sich eine sehr große Anzahl
von Mikrozellen, jede mit einem Funkanschluß, die zur Versorgung eines
gegebenen geographischen Bereichs benötigt werden. Infolgedessen
ist es bei der großen
Anzahl von benötigten
Funkanschlüssen
von Bedeutung, daß Funkanschlüsse kostengünstig sind.
Auch erfordert eine Mehrzahl von Funkanschlüssen ein ausgedehntes Funkanschlußsteuerungs-
und Verbindungsnetz zum Verbinden aller Funkanschlüsse. So
besteht ein andauerndes Problem in der Verringerung der Kosten der
physikalischen Implementierung eines PCS-Netzes. Im Gegensatz zu
den Zellen der heutigen Zellularfunksysteme ist der durchschnittliche
Verkehrsbedarf pro Mikrozelle sehr gering, mit bedeutenden zeitlichen Schwankungen.
Es besteht ein Erfordernis für
ein System, das Kapazität
und Ressourcen wirkungsvoll und dynamisch als Reaktion auf Verkehrsschwankungen
den Mikrozellen zuweisen kann.
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1B zeigt
ein weiteres beispielhaftes vorgeschlagenes PCS-Netz des Standes
der Technik mit analog-HF-Transport und fester Simultansendung (beispielsweise
siehe FCC Experimental License Progress Reports der Cablevision
Systems Corporation, November 1992 und August 1993). Funkanschluß in einer
Mikrozelle (M1–MM)
wird durch einen Plattform-Mikrozellenverstärker (R1–RM) bereitgestellt. Der Mehrkanal-Sender (MCT1) und
-Empfänger
(MCR1) in den 1A und 1B sind
einander ähnlich
und arbeiten auf gleiche Weise. In der 1B werden
sie von den Mikrozellen M1–MM
geteilt und befinden sich entfernt von diesen in der Basisstation 180.
Die Funkbenutzer in den 1A und 1B (101–110, 111–120)
sind einander identisch und arbeiten auf gleiche Weise. Die Signale
der Luftschnittstelle werden analog zwischen den Verstärkern R1–RM und
der Basisstation über
Koaxialkabelnetz 170 transportiert. In den Verstärkern werden
die Abwärtssignale
und Aufwärtssignale
Blockfrequenzwandlung in den Sende-Blockfrequenzwandlern (TFC1–TFCM) bzw.
den Empfangsfrequenzwandlern (RFC1–RFCM) unterzogen. Die Basisstation 180 bietet
Zugang zum Koppelnetz 160 unter Verwendung der Digitalleitungen 150.
Kapazität wird
durch Ausstrahlen des gleichen Funkfrequenzsignals von den Verstärkern der
Mikrozellen in der Gruppe unter einer Gruppe von Mikrozellen geteilt.
In der Aufwärtsrichtung
werden die durch jeden Verstärker
empfangenen Informationen mit denen anderer Verstärker in
der Gruppe kombiniert. Diese Betriebsweise wird als Einzelfrequenz-Simultansendung bezeichnet.
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Analogen
HF-Transport benutzende Mikrozellularfunksysteme des Standes der
Technik wie das in der 1B gezeigte benutzen feste Simultansendung,
bei der die Zusammensetzung der Simultansendungsgruppe von Mikrozellen
vorbestimmt und fest ist. Da die Mikrozellen einer Simultansendungsgruppe
auch einen Funkversorgungsbereich definieren, über den Kapazität geteilt
wird, gibt es feste Simultansendungsbereiche, in denen Kapazität geteilt
wird. Der Stand der Technik umfaßt das Konzept der Zellenaufspaltung,
bei dem eine Simultansendungsgruppe in zwei Simultansendungsgruppen aufgespaltet
wird, um einen Anwuchs des Verkehrs aufzunehmen. Die Systeme des
Standes der Technik sind jedoch darin begrenzt, daß sie nicht
auf dynamische Schwankungen in der räumlichen Verteilung von Verkehr
reagieren können.
Während
der Funkanschluß im
Stand der Technik einiges der zum Bewirken einer Umkonfigurierung
der Simultansendungsgruppe benötigten
Technik aufweist, enthalten die Systeme des Standes der Technik
keine Steuerungsarchitektur, die dynamische Umkonfiguration unterstützt. Darüber hinaus
reicht es nicht aus, eine Steuerungsarchitektur dem in der 1B dargestellten
System zu überlagern.
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In
EP-A-0 368 673 ist ein Kommunikationssystem mit einem Basiszentrum
mit Funk-Sender/Empfängern
zur Bereitstellung einer Anzahl von HF-Kommunikationsstrecken und einer Mehrzahl von
festen Funkanschlüssen
offenbart, über
die HF-Signale per Funk übertragen
und empfangen werden können.
Ein faseroptisches Netz verbindet die HF-Sender/Empfänger und
die festen Funkanschlüsse
miteinander und führt
die HF-Signale mittels optischer Signale. Es gibt zwischen den HF-Sendern/Empfängern und
dem faseroptischen Netz und zwischen dem faseroptischen Netz und
den festen Funkanschlüssen
eine Mehrzahl von Funk-/Lichtwellenschnittstellen, über die
HF-Signale auf ein oder mehrere optische Signale aufmodelliert und
von diesen demoduliert werden können.
Mit einem Matrixschalter werden die Sender/Empfänger und die Funkanschlüsse selektiv über das
faseroptische Netz zusammengeschaltet.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes System
und Verfahren entsprechen den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte
Ausführungsformen
entsprechen den abhängigen
Ansprüchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden in einem drahtlosen Kommunikationssystem verringerte
Kosten und verbesserter Dienst durch dynamische und wirkungsvolle
Zuteilung von Hardwareressourcen und Frequenzspektrum bereitgestellt.
Diese wird durch die Möglichkeit
flexibler Zuweisung und Neuzuweisung von durch eine große Anzahl
von Funkanschlüssen
geführtem
Verkehr zu verfügbaren Hardwareressourcen
erreicht. Das Mikrozellularfunksystem enthält eine örtliche Funkanschlußsteuerung, die
die Zuweisung eines Funkanschlusses einer von einer Mehrzahl von
Mengen dynamisch steuert, die jeweils durch einen Funkanschluß-Gruppenserver versorgt
werden. Funkanschlüsse
in einer Menge werden im Einzelfrequenz- oder Mehrfrequenz-Simultansendungsmodus
betrieben. Mehrfrequenz-Simultansendung bezieht sich auf eine Funktionsweise,
bei der die von mehreren Funkanschlüssen übertragenen Informationen die
gleichen, aber die Funkfrequenzsender unterschiedlich sind. Die
Funkanschlüsse
in einer Menge teilen sich die Kapazität eines Funkanschluß-Gruppenservers
und die gesamte Kapazität
des Funkanschluß-Gruppenservers
kann einem Funkanschluß zur
Verfügung
gestellt werden. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung, daß einer
ersten Menge zugewiesene Funkanschlüsse vom Server als Reaktion
auf einen vorbestimmten Zustand einer zweiten Funkanschlußmenge neu
zugewiesen werden. Ein beispielhafter Zustand ist es, wenn die Anzahl
aktiver Benutzer in der ersten Menge sich der maximalen Benutzerkapazität der ersten Menge
nähert.
Das System kann für
FDMA-, TDMA- und CDMA-Arten von drahtlosen Funkübertragungen benutzt werden.
Das die Funkanschlüsse
verbindende Transportmedium kann Koaxialkabel, optisches Kabel oder
eine Funkverbindungseinrichtung sein. Nach einem weiteren Aspekt
der Erfindung werden Funkanschlußkennungsinformationen von
den Funkanschlüssen
zum Gruppenserver durch ein Signal übermittelt, das entweder den
Datensignalen überlagert
ist oder auf einem getrennten Kanal geführt wird, wodurch der Gruppenserver
die dynamische Verteilung von Benutzern abbilden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen:
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1A und 1B beispielhafte
vorgeschlagene PCS-Netze des Standes der Technik;
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2A ein
beispielhaftes analoges Mikrozellularfunksystem wie in der vorliegenden
Erfindung definiert, einschließlich
eines Blockschaltbildes eines Funkanschlusses und des Funkanschlußservers;
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2B ein
Beispiel des Frequenzspektrumplans auf dem Koaxialkabel wie auch
auf dem Funkweg;
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3 ein
beispielhaftes neuartiges PCS-Netz nach der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung von HF-Analogtransport über ein
Koaxial-/Fasernetz und dynamische FDMA von umkonfigurierbaren Simultansendungsgruppen;
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4A feste
Kanalzuteilung des Standes der Technik;
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4B dynamische
Kanalzuteilung des Standes der Technik;
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4C beispielhafterweise
dynamische Kanal- und Ressourcenzuteilung der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
weitere Ausführungsform
eines Funkanschlusses, Funkanschluß-Gruppenservers und Transportmediums
der vorliegenden Erfindung;
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6A eine
beispielhafte Systemsteuerungsarchitektur der vorliegenden Erfindung;
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6B beispielhafterweise
ein Funkanschlußidentifikationsverfahren
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von überlagerten Phaseninformationen;
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7A einen
beispielhaften Systembelastungszustand; und
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7B ein
beispielhaftes Steuerungsflußdiagramm
für Funkanschluß-Neuzuweisung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Unter
gemeinsamer Bezugnahme auf das vorgeschlagene PCS-Netz des Standes
der Technik nach 1 und die vorliegende
Erfindung der 2 wird die durch die
vorliegende Erfindung bereitgestellte Verbesserung beschrieben.
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Die
Mobileinheiten der 1A (z.B. 101–110)
und der 2A (z.B. 270–279)
sind identisch und arbeiten auf die gleiche Weise. Jede Mobileinheit
(z.B. 101) kann Sprache oder Daten empfangen, die beispielhafterweise
in einen Digitalkanal (z.B. D1) digitalisiert und dann auf eine
der am Funkanschluß RP1
verfügbaren
HF- Frequenzen (HF1–HFN) aufmoduliert
werden. Im Beispiel der 1A wurde
der Mobileinheit 101 die HF-Frequenz HF1 zugewiesen, obwohl
ihr jede unbelegte Hochfrequenz in dem vom Funkanschluß RP1 gehandhabten Frequenzband
HF1–HFN
zugewiesen worden sein könnte.
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Vom
Mehrkanal-Empfängermodul
MCR1 von RP1 wird das von der Mobileinheit 101 übertragene
modulierte Signal HF1R empfangen und in das empfangene Digitalsignal
D1R umgewandelt. Auf ähnliche
Weise wird das übertragene
Digitalsignal D1T vom Mehrkanal-Sender MCT1 moduliert, um ein von
RP1 übertragenes
und von der Mobileinheit 101 empfangenes moduliertes Signal
HF1T (HF1T ≠ HF1R)
zu erzeugen. Die Steuerung 1 von RP1 steuert die Auswahl von Hochfrequenzen
RF1–RFN
und die Modulation/Demodulation des Digitalsignals bzw. HF-Signals. Auch steuert
die Steuerung 1 das Übertragen/Empfangen
der Digitalsignale zu/von der örtlichen
Funkanschlußsteuerung
LRAC (Local Radio Access Controller) 140 über eine
der Kommunikationseinrichtungen 130. Im Funkanschluß RPM führen die
Steuerung M und das Mehrkanalmodul MCRM und das Mehrkanal-Sendermodul
MCTM die gleichen Funktionen für
die Mobileinheiten 111–120 durch.
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Es
versteht sich, daß,
während
die vorliegende Erfindung der 2A als
wohlbekannte FDMA (Frequency-Division
Multiple Access) über
die gemeinsame Luftschnittstelle benutzend beschrieben wird, andere
wohlbekannte Modulationsverfahren wie beispielsweise TDMA (Time
Division Multiple Access) oder CDMA (Code Division Multiple Access) ebenfalls
benutzt werden könnten.
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Bezugnehmend
auf 2A werden nunmehr kurz die Merkmale der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Ein Merkmal ist die Verwendung kostengünstiger
kleiner Funkanschlüsse.
Da in der beispielhaften Ausführungsform
der 2A ein Koaxial-Verteilnetz 230 benutzt
wird, das Analogtransport und dynamisches FDMA nutzt, ist die Funktion
des Funkanschlusses RP1 die einer Empfangs-/Sendeantenne und eines
Frequenzwandlers. Dies läßt sich mit
sehr kostengünstigen
HF-Bauteilen implementieren.
Die hier benutzten Bauteile entsprechen dem knappen Minimum für irgendeinen
an ein Breitband-Koaxialmedium angeschlossenen Funkanschluß. Jedes
Breitbandkoaxialkabel benutzende analoge Transportverfahren würde typischerweise Frequenzwandlung
benutzen, um den Transport mit Frequenzen zu ermöglichen, die zu den Eigenschaften
der Koaxialkabelübertragung
wie auch dem Frequenzspektrum anderer Dienste, die sich das Kabel teilen
(z.B. Kabelfernsehverteilung (CATV)) kompatibel sind. Die Verwendung
programmierbarer Oszillatoren (PO) anstatt fester bietet eine Verbesserung der
vorliegenden Erfindung gegenüber
dem beispielhafterweise in der 1B gezeigten
Stand der Technik. Der programmierbare Oszillator ermöglicht dem Funkanschluß, dynamisch
auf jeden der Funkanschluß-Gruppenserver
zuzugreifen, die sich auf dem gleichen Netz befinden. Beispielsweise
würde jedem Funkanschluß-Gruppenserver
sein eigenes Frequenzband zum Kommunizieren mit seiner Simultansendungsmenge
von Funkanschlüssen über das
gemeinsam benutzte Breitbandnetz zugewiesen sein. Durch einfaches
Umstimmen des programmierbaren Oszillators im Funkanschluß könnte der
Funkanschluß von
den Simultansendungsmengen eines ersten Funkanschluß-Gruppenservers der
eines zweiten Funkanschluß-Gruppenservers neu
zugewiesen werden. Die Simultansendungsgruppen von Funkanschlüssen greifen
auf ihre jeweiligen Funkanschluß-Gruppenserver
unter Verwendung von dynamischem FDMA (frequency-division multiple
access) zu. Diese Funktionalität
wird mit nominellen Kosten- und Komplexitätssteigerungen erreicht und
wird ausführlicher
in der Beschreibung der 3 besprochen.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die zentrale Lokalisierung
und das Teilen von Hardwareressourcen. Die Funkanschlüsse enthalten nicht
digitale Sender/Empfänger-Ressourcen.
Stattdessen befinden sich diese Sender/Empfänger-Ressourcen am zentralen
Ort beim Server 200. Weiterhin erlaubt das Merkmal des
dynamischen FDMA der vorliegenden Erfindung ein optimales Teilen
der Sender/Empfänger-Ressourcen.
Da sich die Funkanschlüsse
Ressourcen an einem zentralen Ort teilen und keine festzugeordneten
Ressourcen aufweisen, sind zwei wichtige Zellenplanungsfragen ausreichender
Funkversorgung und ausreichender Kapazität (Spektrum- und Sender/Empfänger-Ressourcen) voneinander
entkoppelt. Funkanschlüsse
(Mikrozellen) können
installiert werden, um ausreichende Funkversorgung bereitzustellen,
während
die Kapazitätsbedürfnisse
eines geographischen Gebiets durch die Summenkapazität aller
Mehrkanal-Sender/Empfänger an
der Zentralstation erfüllt
werden. Da Ressourcen nicht in geringen Mengen wie beispielsweise
2 bis 7 Kanäle
pro Mikrozelle zugeordnet sind, sondern in großen Mengen wie beispielsweise 20
bis 70 Kanäle
pro flexible Gruppe geteilt werden, gibt es statistische Gewinne
im Ressourcenhaushalt, um einen gewünschten Betrag an Blockierung
zu erreichen. Man nehme beispielsweise an, daß jede Mikrozelle erwartungsgemäß eine Spitzenverkehrsbelastung
von 2 aktiven Verbindungen aufweist und die gewünschte Blockierungswahrscheinlichkeit
1% beträgt.
Bei dem in der 1A dargestellten Stand der Technik
muß in
jeder Mikrozelle ein Sender/Empfänger
mit 7 Frequenzkanälen
(N = 7) installiert werden. Wenn 10 solche Mikrozellen in Betracht
gezogen werden, gibt es eine Gesamtinstallation von zehn Sender/Empfängern jeweils
mit einer Kapazität
von sieben Kanälen,
insgesamt 70 Sender/Empfängerkanäle. Bei
der vorliegenden Erfindung müßte ein
Sender/Empfänger,
der 10 Mikrozellen versorgt, 30 Frequenzkanäle aufweisen, um die gleiche
Blockierungswahrscheinlichkeit bereitzustellen, eine Verringerung
von 56% von dem Fall der festen Zuordnung. Diese 30 Kanäle würden durch
die durch alle vom Server 200 der 2A versorgten
Funkanschlüsse RP1–RPM versorgten
Mobileinheiten geteilt werden. So kann jeder der Funkanschlüsse RP1
... RPM bis zu 30 Kanäle
nutzen, solange wie die Gesamtzahl der (vom Server 200 bedienten)
Funkanschlüsse RP1
... RPM benutzten Kanäle
nicht 30 Kanäle überschreitet.
Verwendung des PCS-Netzes der vorliegenden Erfindung ergibt entweder
1) eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Blockierung für eine gegebene
Anzahl von Mobileinheiten, oder 2) Aufnahme einer größeren Anzahl
von Mobileinheiten mit der gleichen Blockierungswahrscheinlichkeit,
als im vorgeschlagenen PCS-Netz der 1A des
Standes der Technik möglich
ist.
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Bezugnehmend
auf den in 1B gezeigten Stand der Technik
und die in 2A und 3 dargestellte
vorliegende Erfindung ist eine durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte
Verbesserung die Fähigkeit
der dynamischen Zuteilung von Hardwareressourcen und Spektrum. Wie
schon bemerkt, ist es attraktiv, eine Menge von Mikrozellen zusammenzugruppieren,
um eine größere Gruppe
von Mobilgeräten
zu bilden, die Kapazität
(Spektrum und Hardwareressourcen) teilen. Die Anordnung der 2A soll
diese Gruppierung auf flexible Weise ermöglichen. Ein einfaches Mittel
zum Zusammengruppieren einer Menge von Mikrozellen besteht in der
Ausstrahlung der gleichen Informationen von den Funkanschlüssen der
Mikrozellen in der Gruppe. Auf ähnliche
Weise werden während
einer Empfangsoperation alle Informationen an allen Funkanschlüssen in der
Menge als eine kombiniert. Diese Betriebsart wird Simultansendung
genannt. Man beachte, daß der Begriff
Simultansendung zur Bezeichnung der gleichzeitigen Übertragung
der gleichen Informationen aus unterschiedlichen Funkanschlüssen benutzt
wird, aber die Übertragung
kann mit unterschiedlichen Funkfrequenzen stattfinden. Im Stand
der Technik (z.B. dem beispielhafterweise in 1B gezeigten) sind
die im Simultansendebetrieb arbeitenden Funkanschlüsse auf
vorbestimmte Weise festgelegt, so daß es schwierig ist, die Zusammensetzung
von Funkanschlüssen
in den Simultansendegruppen zu ändern;
dies wird als feste Simultansendung bezeichnet. Wie beispielhafterweise
in der 3 dargestellt ermöglicht die vorliegende Erfindung
mehreren Funkanschlußgruppenservern,
das gleiche Breitbandmedium unter Verwendung von FDMA zu teilen. Durch
Ausnutzen der Funktionalität
der programmierbaren Oszillatoren und Filter im Funkanschluß kann jedem
Funkanschluß die
Auswahl des Signals von einem beliebigen der Funkanschluß-Gruppenserver zugewiesen
werden. So kann die Menge von Funkanschlüssen, die mit einem Funkanschluß-Gruppenserver kommunizieren
und eine Simultansendegruppe bilden, auf willkürliche und dynamische Weise
abgeändert
werden. Durch diese Fähigkeit
wird der Wirkungsgrad der Sender/Empfängeranwendung weiterhin gesteigert,
da die effektive Anzahl von die Ressourcen gemeinsam benutzenden Benutzern
größer als
im Fall der festen Simultansendung ist. So sind noch weniger Sender/Empfängerkanäle erforderlich,
um eine bestimmte Blockierungswahrscheinlichkeit bereitzustellen.
Diese Funktionsweise wird als dynamische Simultansendung bezeichnet.
Ein System mit Simultansendung bedeutet typischerweise eine Weiterschaltung,
wenn sich das Mobilgerät
von einem Simultansendungsgruppenserver zu einem anderen bewegt,
aber nicht, wenn sich das Mobilgerät innerhalb einer Simultansendungsgruppe
bewegt.
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Im
vorliegenden Verfahren wird Kapazität, die durch Spektrum wie auch
Hardwareressourcen diktiert wird, von allen Benutzern in den Mikrozellen, die
Teil einer Simultansendungsgruppe sind, gemeinsam benutzt. Bei dem
klassischen Zellularfunkparadigma des Standes der Technik mit fester
Kanalzuteilung (FCA – Fixed
Channel Allocation) werden Funkspektrum und Hardwareressourcen wie
in 4A gezeigt von den Benutzern in einer Zelle gemeinsam benutzt.
In der 4A besitzt jede Antenne ein
Verhältnis
eins zu eins mit den Funkfrequenzbändern (jedes Funkfrequenzband
kann einen oder mehrere Kanäle
enthalten). Bei dem klassischen Zellularfunkparadigma mit dynamischer
Kanalzuteilung (DCA – Dynamic
Channel Allocation) werden die Hardwareressourcen in einer Zelle
gemeinsam benutzt, während
das Funkspektrum wie in 4B gezeigt über mehrere
Zellen gemeinsam benutzt wird. Anders gesagt sind die Funkkanäle, die
an einer Antenne benutzt werden können, nicht auf ein Band festgelegt, sondern
werden dynamisch zugeteilt. In beiden Fällen sind die Hardwareressourcen
jeder Zelle fest zugeordnet. Bei ungleichförmiger Verkehrsverteilung über Zellen
muß bei
den Hardwareressourcen in jeder Zelle etwas Höchstverkehr eingeplant werden, obwohl
die Spektrumressourcen durch dynamische Kanalzuteilung wirkungsvoll
benutzt werden. Dies könnte
besonders bei schrumpfender Größe von (Mikro-)Zellen
unwirtschaftlich sein. Demgegenüber werden
bei der vorliegenden Erfindung sowohl Spektrum als auch Hardwareressourcen
geteilt. Nach der Darstellung in 4C ist
die Zuweisung von Funkanschlüssen
zu Kabelbändern
flexibel (wobei jedes Kabelband einer Simultansendungsgruppe dient).
Das gilt genauso für
die Wahl von an jedem der Funkanschlüsse benutzten Funkbändern. Dynamische
Zuteilung wird dadurch erreicht, daß Hardwareressourcen und Spektrum
jedem ressourcenteilenden Gruppenserver fest zugeordnet werden und
die Zuweisung von Mikrozellen zu Gruppenservern dynamisch und flexibel
gelassen wird. So umfaßt
die Kapazitätszuteilung
Kanalzuteilung wie auch Hardwareressourcenzuteilung.
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Zusätzlich verringert
das Merkmal der dynamischen Simultansendung nach der vorliegenden
Erfindung den Effekt von "Hotspots". Ein Hotspot ist eine hochlokalisierte
Gruppe von Funkbenutzern, die möglicherweise
eine Mikrozelle überladen
kann. Beispielsweise überladen
Mobileinheiten in in einem Verkehrsstau steckenden Kraftfahrzeugen
die örtlichen
Mikrozellen, während
andere Mikrozellen entlang der Landstraße weniger benutzt bleiben.
In einem System mit unbeweglichen Benutzern wie beispielsweise einem
drahtlosen Teilnehmeranschluß kann
ein Hotspot auftreten, wenn ein oder mehrere Benutzer in einer Mikrozelle
einen großen
Bandbreitenanteil in Anspruch nehmen. Durch dynamische Zuteilung
kann der Server einen Funkanschluß von einer verkehrsreichen
Simultansendungsgruppe einer anderen nicht so verkehrsreichen Simultansendungsgruppe
neu zuweisen und damit den übrigen Funkanschluß der verkehrsreichen
Simultansendungsgruppe ermöglichen,
ihren Durchschnittsverkehr pro Zelle zu erhöhen. Im äußersten Fall kann ein einziger
Funkanschluß alle
Ressourcen des Mehrkanal-Sender/Empfängers übernehmen und die Simultansendungsgruppe
daher aus genau einem Funkanschluß bestehen.
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Bezugnehmend
auf 2A ist gemäß der vorliegenden
Erfindung erkannt worden, daß statistische
Vorteile durch die Entfernung des Mehrkanal-Sender-Empfängermoduls
(z.B. MCR1 und MCT1, die nach der Darstellung in 1A typischerweise
an einem RP1 vorkommen) aus jedem Funkanschluß RP1–RPM und ortsgleiches Anordnen
derselben als Teil des Mehrkanal-Sender/Empfängers 201 des
Servers 200 zu erhalten sind. Als Ergebnis werden die Ressourcen
des Mehrkanal-Sender/Empfängers 201 unter
allen Mobileinheiten aller Mikrozellen (RP1, RP2, ... RPM) geteilt,
statt daß jeder
Mikrozellen-Sender/Empfänger
nur unter den Mobileinheiten dieser Zelle geteilt wird.
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In
dem PCS-Netz der 2A wird das HF-Signal nicht
von jedem Funkanschluß RP1–RPM zu
einem Digitalsignalstrom demoduliert wie in der 1, sondern
funktioniert als Frequenzwandler zum Umwandeln des modulierten HF-Signals
in ein Frequenzband, das zu dem Koaxialkabel, der optischen Faser
oder dem Mikrowellen-Funkverteilnetz, hiernach das Netz 230,
kompatibel ist, das zum Verteilen der HF-Signale zwischen Server 200 und
Funkanschlüssen
RP1–RPM
benutzt wird. (Im Fall der optischen Faser ist auch eine elektronische/optische Wandlung
notwendig.) Das Netz 230 kann eine Baum-und-Zweig oder
sonstige Topologie benutzen. Die zwischen dem Server 200 und
den Funkanschlüssen
RP1–RPM
geführten
Signale sind gemultiplexte modulierte HF-Analogsignale (Analogtransport).
Durch die Frequenzwandlung der HF-Frequenzen in den Funkanschlüssen RP1–RPM wird
sichergestellt, daß über das
Netz 230 verlustarme und spektrumkompatible Übertragung
stattfindet.
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Die
in den Funkanschlüssen
RP1 250 der 2A benutzten HF-Bauteile sind
im wesentlichen die gleichen kostengünstigen HF-Bauteile, die im HF-Frontend
der Funkanschlüsse
der 1 benutzt worden wären. Der
feste Oszillator der Funkanschlüsse
der 1 wird jedoch durch die programmierbaren
Oszillatoren (PO) 253 und 262 ersetzt. Das PCS-Netz
der 2A enthält
einen Server 200 mit Funkanschluß-Gruppenserver 210 und
Mehrkanal-Sender/Empfänger 201,
der über
festzugeordnete Basisband-Digitalleitungen 202 mit der
Vermittlungsstelle 202A verbunden ist. Der Server 200 ist über das
Netz 230 mit Funkanschlüssen
RP1 (250), RP2 bis RPM verbunden. Funkanschluß RP1 (250) wie
auch die anderen Funkanschlüsse
RP2–RPM kommunizieren
unter Verwendung von Funkfrequenzen mit ihren jeweiligen Mobileinheiten
(z.B. 270–279).
Die Steuerung 221 des Servers 200 sendet/empfängt Steuersignale über einen
Steuerungs-Zeichengabekanal
des Netzes 230 zur Steuerung 264 des Funkanschlusses 250.
Das Steuersignal ermöglicht
der Steuerung 221 des Funkanschluß-Gruppenservers 210,
die Frequenz des programmierbaren Oszillators 253 und 262 des
Funkanschlusses 250 zu steuern.
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Wie
schon bemerkt, enthält
der Mehrkanal-Sender/Empfänger 201 des
Servers 200 den von Funkanschlüssen RP1–RPM benutzten Sender/Empfänger. Der
Funkanschluß-Gruppenserver 210 enthält das Schmalbandfilter 211,
das die mehreren Bänder
von Analogfrequenzsignalen vom Mehrkanal-Sender 203 des
Senders/Empfängers 201 an den
Mischer 212 ankoppelt. Im Mischer 212 werden die
mehreren Frequenzbänder
vom Filter 211 mit Frequenz vom programmierbaren Oszillator
PO 222 in die durch 290 der 2B dargestellten
Kabelspektrum-Frequenzbänder
gemischt. Das Bandpaßfilter 213 koppelt
die Signale vom Mischer 212 an den Verstärker 214 an,
der das Signal verstärkt,
ehe es durch den Richtkoppler 215 an das Netz 230 angekoppelt wird.
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Als
Beispiel nehme man an, daß der
Funkanschluß 250 das
(als 294 der 2A und 2B dargestellte)
Abwärts-Frequenzband bearbeitet,
das sich von 480,0–480,7
MHz erstreckt. Am Funkanschluß 250 durchläuft das
Frequenzbandsignal bei 480,0–480,7
MHz den Teiler/Koppler 251 zum Bandpaßfilter 252. Das gefilterte
Ausgangssignal wird dann im Mischer 254 mit einem 1700-MHz-Signal vom
PO 253 hochgemischt bzw. moduliert, um ein (als Frequenzband 295 der 2A und 2B dargestelltes)
2180,0–2180,7-MHz-Signal
zu erzeugen. Das 2180,0–2180,7-MHz-Signal
wird vom Schmalbandfilter 255 gefiltert, vom Verstärker 256 verstärkt und über Richtkoppler 257 an
die Antenne 258 des Funkanschlusses 250 angekoppelt.
Das 2180,0–2180,7-MHz-Signal
wird dann zu den aktiven Mobileinheiten 270–279 übertragen.
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Das
entsprechende (als Frequenzband 296 der 2A und 2B dargestellte) 2130,0–2130,7-MHz-Aufwärtssignal
wird von den aktiven Mobileinheiten (270–279) über die Antenne 258 empfangen
und durch den Richtkoppler 257 an das Schmalbandfilter 259 angekoppelt.
Die Aufwärtssignalausgabe
des Schmalbandfilters 259 wird vom Verstärker 260 verstärkt und
unter Verwendung eines 2100-MHz-Signals vom PO 262 im Mischer 261 heruntergemischt
bzw. demoduliert, um ein das (als 297 der 2A und 2B dargestelltes)
Aufwärtsfrequenzband
darstellendes 30,0–30,7-MHz-Signal
zu erhalten. Die Ausgabe des Mischers 261 wird durch 263 gefiltert
und durch Richtkoppler 251 an das Netz 230 angekoppelt.
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Am
Funkanschlußserver 210 wird
das 30,0–30,7-MHz-Signal 297 des
Aufwärtsfrequenzbandes
durch Richtkoppler 215 an das Filter 216 angekoppelt.
Die Ausgabe des Filters 216 wird dem Mischer 217 unter
Verwendung des Signals von PO 218 demoduliert, durch Filter 219 gefiltert
und durch Verstärker 220 verstärkt. Die
Signalausgabe des Verstärkers 220 wird
im Mehrkanalempfänger 204 des Sender/Empfängers 201 in
ein Digitalsignal umgewandelt und über Digitalleitungen 202 zum
Koppelnetz 202A gesendet.
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Nach
der Darstellung in 2A und 2B wird
vom Funkanschlußserver 210 das
Frequenzband 1 (mit dem Frequenzband 480,0–480,7) bearbeitet. Auf das
Frequenzband 1 kann von jedem der Funkanschlüsse RP1–RPM zugegriffen werden, die an
das Netz 230 angeschlossen sind. In der Annahme, daß das Frequenzband
1 10 Kanäle
aufnehmen kann, kann die Steuereinheit 221 dynamisch 10
Kommunikationskanäle
unter den Benutzern in durch Funkanschlüsse RP1–RPM bedienten Mikrozellen M1–MM zuweisen.
So kann jeder der Funkanschlüsse
RP1–RPM
bis zu 10 aktive Benutzer versorgen, solange wie die Gesamtzahl
der durch Funkanschlüsse
RP1–RPM
bedienten aktiven Benutzer 10 aktive Benutzer nicht überschreitet.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird beschrieben, wie ein
Server 350 (mit mehreren Funkanschluß-Gruppenservern 301, 302 und 303) über den Koppler 314 das
Verteilungsnetz 320 und Funkanschlüsse A1–A4, B1–B3 und C1–C2 gemeinsam benutzen kann.
In der 3 arbeiten Gruppenserver 301, 302 und 303,
Sender/Empfänger-Hardwareressourcen 307, 308 und 309 und
Funkanschlüsse A1–A4, B1–B3 und
C1–C2
auf die gleiche Weise wie vordem in der 2 beschrieben.
Der Server 350 ist über
die örtliche
Funkanschlußsteuerung 340 mit
der Vermittlungsstelle 300 verbunden.
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In
der 3 wird der Vorschlag zur Verwendung von dynamischem
FDMA zum Erreichen dynamischer Simultansendung beschrieben. Jeder
Simultansendungs-Gruppenserver 301–303 ist
auf sein eigenes entsprechendes Kabelfrequenzband 304–306 abgebildet
und ihm jeweils eine Menge von Sender/Empfänger-Hardwareressourcen 307–309 zugeteilt.
In jedem Gruppenserver wird das Netzband und die Hardwareressourcen
von allen Benutzern in den zur Gruppe gehörenden Mikrozellen gemeinsam
benutzt. So kann für
ein FDMA-Funkschnittstellenformat ein Benutzer in einer durch Funkanschluß A1 bedienten
Mikrozelle einen Frequenzkanal 311 benutzen und diesen
Kanal aufrechterhalten, wenn er sich in einer anderen Mikrozelle
in der gleichen Simultansendungsgruppe wie beispielsweise die durch
Funkanschluß A2
bediente Mikrozelle bewegt. Bei TDMA- und CDMA-Funkschnittstellenformaten wird der Netzkanal
durch einen Zeitschlitz bzw. einen Benutzercode bestimmt. Weiterhin
können
alle durch Funkanschluß A1
bedienten Benutzer alle Kanäle
des dem Server A301 zugeteilten Frequenzbandes A304 für sich beanspruchen,
ohne Kanäle
für Benutzer
in den durch Funkanschlüsse
A2, A3 und A4 bedienten Mikrozellen zu belassen. Die gesamte Frequenzkanalzuteilung
zum Server A301 kann daher willkürlich unter
den Funkanschlüssen
A1, A2, A3 und A4 geteilt werden. Dies ist dasselbe wie feste Simultansendung.
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Entsprechend
dem Merkmal der dynamischen Simultansendung der vorliegenden Erfindung kann
die Zuweisung von Funkanschlüssen
als Reaktion auf vorbestimmte Zustände von einem Gruppenserver
zu einem anderen geändert
werden. Man nehme beispielsweise an, daß der Gruppenserver B302 und
seine zugehörigen
Funkanschlüsse
B1–B3
(Mikrozellen) zur Versorgung einer Landstraße 330 angeordnet
sind. Angenommen, der Gruppenserver B302 besitzt genügend Sender/Empfänger-Hardware 308,
um M-Kanäle
(bzw. Benutzer) zu bearbeiten. Wie schon bemerkt, können von
jedem der Funkanschlüsse
B1–B3
bis zu M-Kanäle
benutzt werden, solange wie die von allen Funkanschlüssen B1–B3 benutzte
Gesamtmenge die dem Gruppenserver B302 zugeteilten M-Kanäle nicht überschreitet.
Man nehme nunmehr an, daß in
der von Funkanschlüssen B1
und B2 versorgten Mikrozelle ein Verkehrsstau aufgetreten ist, der
erhöhten
Benutzerverkehr bewirkt, während
stromabwärts
von dem Verkehrsstau die durch Funkanschluß B3 versorgte Mikrozelle wenig
Benutzerverkehr aufweist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
die Steuerung 318 des Gruppenservers B302 Mittel zum Erkennen,
wenn die Anzahl aktiver Benutzer einer vorbestimmten Anzahl M1 gleich
ist, die weniger gleich ihrer Benutzerkapazität M ist. Wenn dies eintritt,
kommuniziert die Steuerung 318 des Gruppenservers B302 über den
Weg 312 mit der Steuerung 317 des Gruppenservers A301,
um die Neuzuweisung des Funkanschlusses B3 zur Servergruppe A301
anzuordnen. Wenn der Gruppenserver A301 mit einer aktiven Benutzerlast von
N1 arbeitet, wohl unter seiner maximalen Benutzerkapazität N, kann
er gewillt sein, diese Zuweisung des Funkanschlusses B3 anzunehmen,
solange wie die sich ergebende Benutzerlast N2 immer noch weniger
als N ist. Das Ergebnis ist, daß der
Funkanschluß B3
als Funkanschluß A5
als Teil des Gruppenservers A301 neu zugewiesen werden würde. Der Gruppenserver
B302 wäre
dann in der Lage, seine gesamte Benutzerkapazität M unter nur Funkanschlüssen B1
und B2 zu verteilen. Im Ergebnis könnte jeder Funkanschluß B1 und/oder
B2 nunmehr zusätzliche
Benutzer annehmen.
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Sollte
der Benutzerverkehr weiter ansteigen, könnte es möglich sein, daß der Gruppenserver
B302 den Funkanschluß B1
oder B2 dem Gruppenserver A301 oder einem anderen Gruppenserver
C303 neu zuweist, wenn dort überschüssige Kapazität verfügbar wäre. Statt
daß die
Steuerung 318 des Gruppenservers B302 bei beiden Steuerungen 317 und 319 des
Gruppenservers A301 bzw. Gruppenservers C303 nachfragen muß, könnte es
praktischer sein, wenn die örtliche
Funkanschlußsteuerung 340 den Benutzerverkehr
bei Gruppenservern A–C überwacht und
die Neuzuweisungs-Steuerfunktion durchführt. Durch das Merkmal der
dynamischen Simultansendung wird jedem Funkanschluß ermöglicht,
auf einen beliebigen Mehrkanal-Sender/Empfänger 307–309 des
Servers 350 zuzugreifen. Statt daß ein einziger Mehrkanal-Sender/Empfänger von
einer festen Menge von Funkanschlüssen gemeinsam benutzt wird wie
bei fester Simultansendung werden alle Mehrkanal-Sender/Empfänger des
Servers 350 von allen mit dem Server verbundenen Funkanschlüssen gemeinsam
benutzt. Dies ergibt eine noch wirkungsvollere Nutzung der Ressourcen
des Sender/Empfängers 307/309,
da die teilende Gruppe größer als
im Fall der festen Simultansendung ist.
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6A zeigt
eine Systemsteuerungsarchitektur der vorliegenden Erfindung. Die örtliche
Funkanschlußsteuerung 340 ist
zusammen mit Steuerung 310 der Vermittlungsstelle 300,
dem Server A350A und einem Funkanschluß 250 dargestellt.
Die Steuerungswege (z.B. Bus oder Kanal 602, 604, 606)
sind als feine Linien dargestellt, und die Datenwege (z.B. Bus oder
Kanal 603, 605, 605A) sind als starke
Linie dargestellt. Die Steuerungsintelligenz kann über eines
oder mehrere der Steuerungsteilsysteme 310, 317, 340 und 610 verteilt
oder an der Funkanschlußsteuerung
zentral angeordnet sein. Die verschiedenen Steuerungsteilsysteme 310, 317 und 340 kommunizieren über einen
Steuerungskanal. Ein digitaler Steuerungsbus 602 stellt
Steuerungsschnittstellen zwischen der örtlichen Funkanschlußsteuerung 340, der
Vermittlungssteuerung 310 und der Funkanschluß-Gruppenserversteuerung 317 bereit.
Zwischen dem Funkanschluß-Gruppenserver
und den Funkanschlüssen
ist ein Paßband-Steuerungskanal 606 bereitgestellt.
Der Paßband-Steuerungskanal 606 könnte durch
Verwendung eines Trägers
mit gemeinsamer Frequenz auf dem Kommunikationsmedium für alle Funkanschlüsse in einer
Gruppe gemeinsam sein. Auch ist es möglich, für jeden Funkanschluß einen
festzugeordneten Steuerungskanal aufzuweisen. Nach einem weiteren
Aspekt der Erfindung könnten
die Steuerungsinformationen den vom Funkanschluß zum Funkanschluß-Gruppenserver transportierten
Aufwärts-Funkschnittstellensignalen überlagert
sein. Man beachte, daß es
möglich
ist, die Steuerungsarchitektur des dynamischen Simultansendungssystems
ohne Ändern
des Funkschnittstellenprotokolls zu implementieren. Der Steuerungskanal 606 wird
hauptsächlich
dazu benutzt, die dynamische Überwachung
von Systemzuständen
zu ermöglichen
und dynamische Konfiguration durch Ändern der Zuweisung des Funkanschlusses
von einem Kabelband (und Funkanschluß-Gruppenserver) zu einem anderen durchzuführen. Die
Abschnitte Abwärtstransport 612 und
Aufwärtstransport 611 führen ähnliche
Funktionen wie die beispielhafte Gruppe von Komponenten (252–256)
bzw. (259–263)
in 2A durch. Ein Steuerungsbus 613 liefert
Schnittstellen zwischen dem Abwärtstransportteil 612,
Aufwärtstransportteil 611 und
der Steuerung 610. Die Steuerung 610 besitzt direkten
Zugriff auf das empfangene Aufwärts-Funkschnittstellensignal.
Eine mögliche
Verwendung dafür
besteht in der Bereitstellung einer Funkanschlußsteuerungsfunktion, wobei die
Steuerung 610 die HF-Empfangsleistung überwacht. Wenn die HF-Leistung
unter einem vorbestimmten Pegel liegt, wie vorkommen würde, wenn es
keine aktiven Benutzer in dieser Mikrozelle gibt, könnte die
Steuerung 610 durch Ausschalten des Aufwärts-Verstärkers (z.B. 260 der 2A)
den Funkanschluß in
Bereitschaftsbetrieb schalten. Dadurch würde das an den Funkanschluß-Gruppenserver
A301 abgegebene Wärmerauschen
verringert werden.
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Eine
weitere Funkanschluß-Steuerungsfunktion
kann die Unterstützung
des RPIUM-Verfahrens (Radio Port Identification and User Mapping)
sein, das hier beschrieben wird. Die Steuerung 610 und der
Aufwärtssignal-Transportteil 611 des
Funkanschlusses senden zusammen Informationen zurück zur örtlichen
Funkanschlußsteuerung 340,
um den von jedem Benutzer benutzten bestimmten Funkanschluß zu identifizieren.
RPIUM-Verfahren können mit überlagerter
Phasen-, Frequenz- oder Amplitudenmodulation implementiert werden.
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6B zeigt
beispielsweise ein RPIUM-Verfahren unter Verwendung überlagerter
Phaseninformation. Der Aufwärts-Transporteil 611 der 6A ist in
Abschnitte UT-1 (625) und UT-3 (627) aufgeteilt. ID-Informationen
des Funkanschlusses werden auf einem Steuerungskanal 628 von
der Steuerung 610 übertragen
und als Phaseninformationen in einer UT-2-Stufe 626 überlagert.
Das Signal mit überlagerter
Funkidentifikation wird über
das Netz 320 hochtransportiert. Vom Funkanschluß-Gruppenserver 301,
der die Simultansendungsgruppe versorgt, zu der der Funkanschluß 250 gehört, wird
das Frequenzband der Simultansendungsgruppe ausgewählt und
blockweise umgesetzt. Vom Empfänger 620 wird
der Benutzerkanal über
das HF-Frontend 623 ausgewählt. In der Funkanschluß-ID-Gewinnungsstufe 622 wird
die Funkanschluß-ID-Information
gewonnen und über
den Bus 624 zur Steuerung 317 gesendet. Diese
Informationen können
mit den in 6A gezeigten verschiedenen Steuerungen
geteilt werden, um eine Abbildung der Benutzerverteilung über das
Netz zu unterhalten.
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Die
Benutzerverteilungsinformationen könnten durch andere Mittel als
das oben beschriebene RPIUM-Verfahren erhalten werden. Beispielsweise könnten Informationen über die
Anzahl von durch einen Funkanschluß 250 bedienten Benutzern
durch die gesamte HF-Empfangsleistung
an diesem Anschluß geschätzt werden.
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Bezugnehmend
auf 3, 7A und 7B wird
der Steuerungsmechanismus zur Neuzuweisung eines Funkanschlusses
beschrieben. Die Funkanschluß-Gruppenserver A,
B und C in der 3 bedienen Funkanschlüsse A1–A4, B1–B3 bzw. C1–C2. Jeder
Funkanschluß-Gruppenserver
soll eine Kapazität
von 20 Funkbenutzern aufweisen. Aus dem RPIUM-Verfahren besitzt
die örtliche
Funkanschlußsteuerung 340 eine
Abbildung der Benutzerverteilung. In der 7A ist
eine beispielhafte Verteilung von Benutzern dargestellt. Es gibt
16 vom Server A bediente Benutzer, 6 vom Server B bediente Benutzer
und 10 vom Server C bediente Benutzer. Von der Funkanschlußsteuerung 340 wird
erkannt, daß über die
drei Funkanschluß-Gruppenserver eine Unsymmetrie
der Benutzerbelastung besteht und daß der Server A auf 80 Prozent
seiner Kapazität läuft. Von
der örtlichen
Funkanschlußsteuerung 340 wird
bestimmt, daß rund
5 Benutzer vom Server A zum Server B überführt werden sollten. Da die
Mikrozellen A3 und A4 jeweils 4 Benutzer aufweisen, sind sie gute
Kandidaten zur Überführung zum
Server B. Aus der in 3 dargestellten Funkanschlußabbildung
ist offenbar, daß die
Mikrozelle A3 an die Simultansendungszone des Servers B anschließt, während die
Mikrozelle A4 dies nicht tut. So wird von der örtlichen Funkanschlußsteuerung 340 A3
zur Übertragung
ausgewählt.
Das obige ist nur ein beispielhafter Umkonfigurierungsalgorithmus.
Andere Algorithmen könnten
dazu benutzt werden, Kriterien wie Lastsymmetrie, Zellenzusammenhang,
Stabilität
des Algorithmus, Gerechtigkeit, Mobilitätsverfolgung usw. anzusprechen.
Auch könnte,
wenn keine Benutzerab bildungsinformationen zur Verfügung stehen,
ein Algorithmus benutzt werden, der Mikrozellen jeweils einzeln
blind überträgt, bis
die Last symmetriert ist, benutzt werden.
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7B zeigt
ein beispielhaftes Steuerungsflußdiagramm zum Implementieren
dynamischer Umkonfigurierung zur Übertragung des Funkanschlusses
A3 zum Server B wie oben beschrieben. Es wird angenommen, daß das RPIUM-Verfahren in seiner
Funktion folgende Schritte enthält:
- 1 und 2) Die Steuerungen 317 und 318 der
Server A bzw. B senden Benutzerinformationen (USER_INFO) zur örtlichen
Funkanschlußsteuerung 340 (LRAC – local
radio access controller).
- 3) Nach Bestimmen der zutreffenden Mikrozellenüberführung werden
von der LRAC Informationen über
verfügbare
Kanäle
(CHANNEL_QUERY) von der Steuerung des Servers B angefordert.
- 4) Die Steuerung des Servers B sendet Informationen über ihre
verfügbaren
Benutzerkanäle (CHANNEL_INFO)
zur LRAC.
- 5) Die LRAC sendet einen Befehl zur Steuerung des Servers B
zum Reservieren bestimmter Kanäle
(CHANNEL_RESERVE) für
die Benutzer der zu überführenden
Mikrozelle.
- 6) Die LRAC informiert die Steuerung des Servers A über die
notwendigen Informationen über
die neuen Kanäle
(NEW_CHANNEL_INFO) für
die Benutzer der zu überführenden
Mikrozelle.
- 7) Die Steuerung des Servers A sendet Informationen über ihre
neuen Kanalzuweisungen (NEW_CHANNEL_ASSIGN) zu den Benutzern in der
zu überführenden
Mikrozelle.
- 8) Die Steuerung des Servers A sendet Bestätigung der Abgabe der neuen
Kanalzuweisungen (ACKNOWLEDGE) zur LRAC.
- 9) die LRAC sendet einen Befehl zur Funkanschlußsteuerung
der zu übertragenden Mikrozelle,
um zum Funkanschluß-Gruppenserver
B umzuschalten (SWITCH TO SERVER B).
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Bezugnehmend
auf 5 wird eine alternative Ausführungsform des in 2A gezeigten
Systems beschrieben. Der Funkanschluß-Gruppenserver 500 enthält die Elemente 211–214 und 216–222 des
Funkanschluß-Gruppenservers 210 der 2A. Der
Ausgang des Verstärkers 214 ist über den
Kondensator 501 zum Modulieren des optischen Senders (z.B.
Lasers) 502 gekoppelt. Die modulierte Ausgabe des Lasers 502 durchläuft die
Faser 503 und den Richtkoppler (Kombinierer/Teile) 504 zum faseroptischen
Verteilnetz 505. Die Funkanschlüsse RP1–RPM sind über einen oder mehrere Koppler 506 mit
dem faseroptischen Netz 505 verbunden. Der Funkanschluß RP1 510 enthält die Elemente 252–264 des
Funkanschlusses 250 der 2A. Das modulierte
optische Signal durchläuft
den Richtkoppler 511 zum optischen Detektor 512,
der das optische Signal in ein HF-Signal umwandelt und das Signal
an das Filter 252 ankoppelt. Es wird dann wie in 2A verarbeitet.
Die über
die Antenne 258 empfangenen HF-Signale der Mobileinheit
werden gefiltert, verstärkt,
frequenzumgesetzt (durch 259–261) und durch Filter 263 an
den HF-Verstärker 515 angekoppelt.
Der Ausgang des Verstärkers 515 ist über den Kondensator 516 zum
Modulieren des optischen Senders (z.B. Lasers) 517 gekoppelt.
Das optische Signal durchläuft:
die optische Faser 518 und den Richtkoppler 511 zum
faseroptischen Netz 505. Im Funkanschluß-Gruppenserver 500 durchläuft das modulierte
optische Signal den Richtkoppler 504 und wird vom optischen
Detektor 519 in ein HF-Signal umgewandelt. Die HF-Signalausgabe
wird dann wie schon bei 2A beschrieben
zum Filter 216 weitergeführt.
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Die
in 5 beschriebene Anordnung ermöglicht die direkte Modulation
(und Demodulation) der Intensität
eines optischen Lasers durch (und in) HF-Signale und erlaubt Unterträgermultiplexen
der Signale über
das optische Netz 505. Der Mehrfachanschluß der Funkanschluß-Gruppenserver
wird noch durch FDMA der intensitätsmodulierten Signale erreicht.
Es könnten
andere optische Modulationsverfahren wie beispielsweise Phasen-
oder Frequenzmodulation des optischen Trägers benutzt werden. Die HF-Frequenzen über das
Netz können
so gewählt
werden, daß die
Anforderungen an die optischen Sender (Linearität und Frequenzgang) gegenüber denen
typischer CATV-Sender gelockert sind.
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Was
beschrieben worden ist, ist nur für die Anwendung der Grundsätze der
vorliegenden Erfindung beispielhaft. Vom Fachmann können andere Anordnungen
und Verfahren implementiert werden.
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Beispielsweise
ist in der Beschreibung die Kapazität des Spektrums oder der Hardwareressourcen
als Anzahl von Benutzern gemessen worden. Ein allgemeineres Maß der Kapazität ist als
Informationsbandbreite, bei dem ein eine hohe Datenrate benutzender
Benutzer mehr Kapazität
verbraucht, als ein Benutzer mit niedriger Datenrate. Auch sind
die überall
erwähnten
Benutzer nicht auf Endbenutzer begrenzt. Ein Benutzer könnte eine
Schnittstelle oder ein Endgerät
in einem anderen Kommunikationssystem wie beispielsweise einer Nebenstellenanlage oder
einem LAN sein. Das Netz muß hinsichtlich
der Anzahl von Benutzern oder Bandbreite auf der Aufwärts- und
Abwärtsstrecke
symmetrisch sein. Es ist möglich,
und kann zu bevorzugen sein, verschiedene Multiplexierungsverfahren
und sogar verschiedene Zusammensetzung von Simultansendungsgruppen für die Abwärts- und
Aufwärtsstrecke
des Kommunikationssystems zu benutzen.
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Die
Steuerung zum Überwachen
des Systems und zur Zuweisung von Funkanschlüssen zu Funkanschluß-Gruppenservern kann
sich irgendwo im System befinden, einschließlich von, aber nicht begrenzt
auf, von anderen Systemkomponenten getrennt zu sein, in einer oder
einer Anzahl von Funkanschluß-Gruppenservern,
in einer oder einer Anzahl von Funkanschlüssen, oder über eine beliebige Kombination
der obigen Komponenten verteilt. Die Steuerung kann Zeichengabe-
und Steuerungsinformationen zu und von jeder Kombination der Vermittlungsstelle,
Funkanschluß-Gruppenserver,
Funkanschlüsse
und Benutzer übertragen
und empfangen.
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Die Überwachung
der Verkehrslastverteilung über
die mehreren Funkanschlüsse
kann durch andere Mittel als Funkanschlußkennzeichnung der Auswärtssignale
von den Benutzern erreicht werden. Ein anderes verfahren ist die
Erkennung der durchschnittlichen HF-Empfangsleistung am Funkanschluß, die bei
Leistungssteuerung über
die universelle Luftschnittstelle im groben Verhältnis zu der Anzahl aktiver
Benutzer in dieser Mikrozelle steht. Neuzuweisung eines Funkanschlusses
zu einem anderen Funkanschluß-Gruppenserver
würde in
diesem Fall neue Verbindungsherstellungen für die Benutzer in der neu zugewiesenen
Mikrozelle erfordern, da der Funkanschluß-Gruppenserver nicht wissen
würde, welche
Benutzer umgeschaltet werden würden.
Die Kennzeichnung des Aufwärtssignals
an einem Funkanschluß ist
nicht auf eine dem Benutzersignal überlagerte Phasenmodulation
begrenzt. Funkanschlußkennzeichnung
könnte
auch durch Modulieren der Verstärkung
des HF-Verstärkers oder
der Leistung des programmierbaren Oszillators auferlegt werden, um
ein AM-Etikett zu überlagern.
Ein FM-Etikett könnte
durch Modulieren der Frequenz des programmierbaren Oszillators am
Funkanschluß auferlegt werden.
Die Funkanschluß-Identifikationskennzeichnung
muß nicht
auf zu einem Gruppenserver abwärts gesendete
Signale begrenzt sein. Es wäre
möglich, Signale
in der Abwärtsrichtung
zu markieren und die Benutzer die Funkanschlußkennzeichnung gewinnen zu
lassen. Die Funkbenutzer könnten
dann die Funkanschlußkennzeichnungsdaten
zu ihrem Aufwärts-Informationssignal
hinzufügen.
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Auch
könnte
die Systemsteuerung dynamische Schätzungen der Verteilung von
Benutzern statt einer direkten Messung benutzen und die Simultansendungsgruppen
dementsprechend umkonfigurieren. Beispielsweise könnte die
Steuerung einen stündlichen
und täglichen
Plan an die Konfiguration der Simultansendungsgruppen anlegen. Der
Plan würde
aus Benutzerdemographiken und Verkehrsstudien bestimmt werden.
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Im
Funkanschluß könnte das
Filtern, die Frequenzumsetzung und die Übertragung des zutreffenden
Kabelbandes durch andere HF-Schaltungen als die in 2 gezeigten
realisiert werden. Beispielsweise ist möglicherweise eine zweistufige
Frequenzumwandlung in einer oder beiden Richtungen notwendig, um
die Umsetzung mit standardmäßigen Spiegelselektionsfiltern
zu bewirken. Bei einer zweistufigen Umwandlung würde entweder einer oder beide
Oszillatoren programmierbar sein. Wenn im geteilten Breitbandmedium
zutreffende Frequenzbänder
zur Verfügung
stehen, wäre
es möglich,
einen einzigen programmierbaren Oszillator für Abwärts- wie auch Aufwärtsmischer zu benutzen. Als
Alternative könnte
die Frequenzbandauswahl mit einem programmierbaren Hochleistungsfilter
oder Filterfolge erzielt werden.
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Das
System ist nicht auf Systeme begrenzt, die FDD (frequency-division-duplex) über die
Luft und über
das gemeinsam benutzte Breitbandmedium benutzen. Obgleich dies der
einfachste Fall ist, könnte
jede Kombination von Zeitduplex (TDD – time-division duplex) und
FDD über
das Kabel und über
die Luft berücksichtigt
werden. Beispielsweise könnte das
System mit einem Oszillator am Funkanschluß, dessen Frequenz synchron
zu den Aufwärts-
und Abwärts-Zeitrahmen
eines universellen Zeitduplex-Funkformats verschoben wird, mit FDD über das Transportmedium
und TDD über
die Luft betrieben werden.
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Der
Mehrfachzugriff der Funkanschluß-Gruppenserver über das
gemeinsam benutzte Breitbandmedium ist nicht auf FDMA begrenzt.
Die Funkanschluß-Gruppenserver
könnten
sich den Zugang unter Verwendung von CDMA oder TDMA teilen. Im Fall
von CDMA würde
jeder Funkanschluß-Gruppenserver seinen
eigenen Code aufweisen und die Funkanschlüsse dieser Simultansendungsgruppe
würden
ihr Signal durch Korrelation mit dem zutreffenden Code auswählen. Es
ist nicht nötig, daß das Abwärts- und
Aufwärtsmultiplexen
der gleichen Art ist.
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Es
gibt eine beliebige Anzahl von Verfahren, mit denen die Steuerung
Informationen beschaffen würde,
um über
die Verteilung von Mikrozellen unter den Simultansendungsgruppen
zu entscheiden. Neben den bereits erwähnten könnte die Steuerung einfach
die Anzahl aktiver Kanäle
in einem Funkanschluß-Gruppenserver überwachen.
Wenn sie der Kapazität
nahe kommt, könnte
die Steuerung Funkanschlüsse
in dieser Gruppe zu anderen Servern überführen, bis die Last symmetrischer
ist. Auch würde,
wenn Frequenzplanung über
die Luft stattfindet, bei der jede Mikrozelle einen Bruchteil der
gesamten Funkbandbreite überträgt, um Interferenz
unter einem annehmbaren Pegel zu halten, die vom Benutzer benutzte
Funkfrequenz einige Informationen zur Benutzerabbildung bereitstellen.