DE69732603T2

DE69732603T2 - Punkt zu multipunkt Funksystem

Info

Publication number: DE69732603T2
Application number: DE1997632603
Authority: DE
Inventors: Olle Billström
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: EP0845916B1; EP0845916A2; DE69732603D1; EP0845916A3

Description

HINTERGRUND
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem. Die Erfindung betrifft insbesondere die Konfiguration eines solchen Systems, das eine Anzahl unterschiedlicher Modulationsverfahren verwendet, wobei die Modulationsverfahren in bezug auf die Bandbreiteneffizienz, aber auch in bezug auf die Versorgungsreichweite und die Störfestigkeit unterscheidbar sind.
2. STAND DER TECHNIK UND ANDERE ERWÄGUNGEN
Funkzugangsverfahren werden vermehrt genutzt, um die schnelle und wirtschaftliche Implementierung des Zugangsnetzwerks in modernen Telekommunikationsnetzwerken zu ermöglichen. Die meisten bisher bekannten Lösungen beruhen auf herkömmlichen mobilen zellularen Methoden, bei denen die Teilnehmer Festteilnehmer und keine Mobilteilnehmer sind. Ein Nachteil der Verwendung zellularer Methoden für das Zugangsnetzwerk besteht darin, daß das Funkfrequenzspektrum begrenzt ist, und das bedeutet, daß diese Systeme normalerweise eine zu stark begrenzte Kapazität haben, insbesondere in Großstädten.
Kürzlich ist ein neues Punkt-zu-Mehrpunkt-System vorgeschlagen worden, das Richtfunkstrecken zwischen einer zentralen Basisstation und Teilnehmer-Endgeräten verwendet. Die zentrale Basisstation verwendet normalerweise 45°- oder 90°-Sektorantennen und die Endgeräte verwenden Richtantennen, die auf die Basisstation gerichtet sind.
In dem vorgeschlagenen System kann die Frequenz-Wiederverwendung durch die Verwendung abwechselnder vertikaler und horizontaler Polarisation für die Übertragungsstrecken in benachbarten Sektoren sehr effektiv sein.
Außerdem eignen sich die Sichtlinien-Funkübertragungsstrecken gut für hochqualitative Übertragungsstrecken, deren Kapazität einzeln an unterschiedliche Kapazitäten (Bitraten) angepaßt werden kann.
Um die Frequenzökonomie dieses Systems weiter zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, eine Anzahl unterschiedlicher Modulationstypen für die Übertragungsstrecken zu verwenden. Die höchste Ordnung der Modulation erfordert eine minimale Bandbreite für eine vorgegebene Bitrate, hat aber auch die minimale Reichweite und ist am empfindlichsten für Störungen aus anderen Übertragungsstrecken. Die niedrigste Ordnung der Modulation ist die robusteste. Sie hat die größte Versorgungsreichweite und ist auch die gegenüber Störungen aus anderen Übertragungsstrecken am wenigsten empfindliche.
Das Problem bei dieser Art von System besteht dann darin, für jede Übertragungsstrecke die am besten geeignete Modulation unter Berücksichtigung von Bandbreitenökonomie, Versorgungsreichweite und der voraussichtlichen Störsituation auszuwählen.
Ein System dieser Art wird in einem Beitrag unter dem Titel "Link Capacity and Cellular Planning Aspects of a Point to Point Fixed Radio Access System" von A. Bollmann, D. Chicon und M. Glauner, Europäische Konferenz über Richtfunksysteme 1996, Bologna, Italien, beschrieben. Jedoch hat es bis jetzt keine genau beschriebene Prozedur gegeben, um zu einer geeigneten Strategie zu gelangen, um jedem Endgerät im System geeignete Modulationstypen und Bandbreite zuzuweisen.
In einem Artikel von Sunil K. Vadgama unter dem Titel "Adaptive Bit Rate Transmission for Personal Communications", Proc. of the Nordic seminar on digital fand mobile radio communications (DMR), Oslo, 26.–28. Juni 1990, wird die Idee diskutiert, die Übertragungsbitrate entweder zugunsten niedrigerer Übertragungsleistung oder zusätzlicher Kommunikationsreichweite abzuwägen. Es wird darauf hingewiesen, daß bei mehrstufiger Modulation die Bitrate variiert wird, indem die Ordnung der Modulation, daß heißt, indem die Anzahl von Bits pro Modulationssymbol, geändert wird, wodurch die nominelle Bandbreite konstant bleibt, was die Frequenzplanung vereinfacht. Drei Systemimplementierungen werden für ein persönliches Kommunikationssystem vorgeschlagen: a) Verwenden einer festen Modulation in einem gegebenen Zellentyp, b) Einrichten einer Anzahl konzentrischer Zonen unter Verwendung jeweiliger Modulationsordnungen, und c) dynamisches Variieren der Modulationsordnung über jede Zelle hinweg. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die letzte Implementierung ziemlich komplexe Signalisierung, Übertragungsstreckenaufbau-Protokolle und Rahmenformate erfordern würde. Dieses Dokument bildet den Oberbegriff von Anspruch 1.
Was benötigt wird, ist daher ein System, das eine richtige Auswahl eines Modulationstyps unter Berücksichtigung von Bandbreiten-Effizienz, Versorgungsreichweite und Störsituation ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zur Zuweisung von Funkübertragungsstreckeneigenschaften in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem bereitgestellt. Das Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem umfaßt eine Anzahl von Basisstationen einschließlich einer gewählten Basisstation, die durch eine Vielzahl von Funkübertragungsstrecken mit einer entsprechenden Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten verbunden ist, die sich in jeweiligen Versorgungsbereichen der gewählten Basisstation befinden. Zumindest einige aus der Vielzahl von Funkübertragungsstrecken sind in einem gleichen Frequenzband.
Gemäß dem Verfahren wird für die gewählte Basisstation eine Basisstations-Leistungsdichte gewählt. Die Basisstations-Leistungsdichte ist für jeden aus einer Vielzahl von Modulationstypen für alle Bitraten konstant. In ähnlicher Weise wird für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten, die sich in Versorgungsreichweite der gewählten Basisstation befinden, eine Endgerät-Leistungsdichte gewählt. Die Endgerät-Leistungsdichte ist für jeden aus der Vielzahl von Modulationstypen für alle Bitraten konstant. Dann wird für jeden aus der Vielzahl von Modulationstypen eine maximale Reichweite bestimmt. Dann wird für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten der entsprechenden Funkübertragungsstrecke in Abhängigkeit von der Reichweite der gewählten Basisstation ein Modulationstyp zugewiesen. Dann wird für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten bestimmt, ob am Teilnehmer-Endgerät eine annehmbare Signalqualität vorhanden ist. Wenn nicht, wird der Funkübertragungsstrecke entsprechend dem Teilnehmer-Endgerät, das keine annehmbare Signalqualität hat, ein Modulationstyp der nächstniedrigeren Ordnung zugewiesen.
Nachdem das oben Genannte in bezug auf die Teilnehmer-Endgeräte erfolgt ist, wird in der gewählten Basisstation bestimmt, ob in bezug auf jedes aus der Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten eine annehmbare Signalqualität vorhanden ist. Wenn nicht, wird der Funkübertragungsstrecke, die dem Teilnehmer-Endgerät mit der nicht annehmbaren Signalqualität entspricht, ein Modulationstyp der nächstniedrigeren Ordnung zugewiesen. Danach werden jeder aus der Vielzahl von Funkübertragungsstrecken Frequenzen und Bandbreite zugewiesen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlicheren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen deutlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen Bezugszeichen in all den verschiedenen Ansichten die gleichen Teile bezeichnen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, der Schwerpunkt wird stattdessen auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt.
1 ist eine schematische Ansicht eines Richtfunk-Versorgungsnetzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1A ist eine vergößerte schematische Ansicht eines Abschnitts eines Versorgungsbereichs, der von einem Basisstations-Standort des Netzwerks von 1 versorgt wird.
2 ist eine schematische Ansicht einer Basisstation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht eines Basisstations-Netzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen 4A und 4B darstellt.
4A und 4B sind Ablaufpläne, die Schritte darstellen, die von einem Netzwerkplanungsprozessor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung und nicht der Begrenzung spezifische Einzelheiten dargelegt, wie etwa bestimmte Architekturen, Schnittstellen, Methoden usw., um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Jedoch ist für den Fachmann offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen in die Praxis umgesetzt werden kann, die von diesen spezifischen Einzelheiten abweichen. In anderen Fällen werden ausführliche Beschreibungen bekannter Geräte, Schaltungen und Methoden weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht durch unnötige Einzelheiten unverständlich zu machen.
1 zeigt ein Richtfunk-Versorgungsnetzwerk 20. Netzwerk 20 weist ein regelmäßiges Muster von Basisstations-Standorten und die entsprechende Zelle oder den entsprechenden Versorgungsbereich für jeden Basisstations-Standort auf. In 1 ist die Zelle oder der Versorgungsbereich für jeden Basisstations-Standort als ein Quadrat mit einem Basisstations-Standort dargestellt, der sich in der Mitte des Quadrats (daß heißt, in der Mitte der Zelle) befindet. Zum Beispiel befindet sich Basisstations-Standort B1 zentral in seiner Zelle C1 und Basisstations-Standort B2 befindet sich zentral in seiner Zelle C2.
In der dargestellten Ausführungsform umfaßt jede Zelle C vier dreieckige Sektoren. Zum Beispiel umfaßt Zelle C1 die Sektoren S1_C1, S2_C1, S3_C1 und S4_C1, und Zelle C2 umfaßt die Sektoren S1_C2, S2_C2, S3_C2 und S4_C2.
1A zeigt eine Vergrößerung der Mitte von Zelle C1, die vom Basisstations-Standort B1 versorgt wird. Wie in 1A zu sehen, weist jeder Basisstations-Standort, wie etwa Basisstations-Standort B1, vier Basisstationen auf (Basisstationen B1-1, B1-2, B1-3, und B1-4, die in 1A als im Basisstations-Standort B1 enthalten dargestellt sind).
Wie sowohl in 1 als auch in 1A dargestellt, haben abwechselnde Sektoren S einer Zelle C unterschiedliche Polarisationen. Das heißt, direkt benachbarte Sektoren empfangen Übertragungen in orthogonalen Polarisationen, um eine Entkopplung in den einander überlappenden Bereichen der Antennendiagramme zu erzielen. Zum Beispiel haben in Zelle C1 die Sektoren S1_C1 und S3_C1 horizontale Polarisation (wie durch den Buchstaben "H" gekennzeichnet), während die Sektoren S2_C1 und S4_C1 vertikale Polarisation haben (wie durch den Buchstaben "V" gekennzeichnet).
In 1 sind zwei Endgeräte T1 wird T2 dargestellt. Endgerät T1 befindet sich im Sektor S4_C1, der durch Basisstation B1-4 versorgt wird; T2 befindet sich im Sektor S4_C1, der durch Basisstation B2-4 versorgt wird. Die Endgeräte T1 und T2 werden somit durch Basisstationen versorgt, die die gleiche Polarisation verwenden.
In der in 1 dargestellten speziellen Konfiguration haben die Basisstationen B1, B2 ungefähr 90° breite Antennen. Die Endgeräte T1 und T2 hingegen haben weitaus kleinere Antennenstrahlbreiten, normalerweise 4 bis 8 Grad. Obwohl in 1 nur zwei Endgeräte T1 und T2 dargestellt sind, versteht es sich, daß sich in jedem Sektor S normalerweise viele Endgeräte befinden. Die Endgeräte befinden sich in Räumlichkeiten der Teilnehmer, wobei jedes Endgerät über Übertragungsstrecken (zum Beispiel POTS- oder ISDN-Übertragungsstrecken) mit vielen Fernsprechteilnehmern verbunden ist. Jedes Endgerät ist für eine Basisstation bestimmt und an diese angepaßt (zum Beispiel ist Endgerät T1 für Basisstation B1-4 bestimmt).
Obwohl es in jedem Sektor mehrere Endgeräte gibt, wird für einen gegebenen Sektor jedem Endgerät T seine individuelle Frequenz aus einem Bereich von in jenem Sektor verfügbaren Frequenzen zugewiesen. Es kann vorkommen, daß die gleiche Frequenz sowohl in Sektor S4_C1 als auch in Sektor S4_C2 genutzt wird. Somit würde, wenn den Endgeräten T1 und T2 die gleiche Frequenz zugewiesen wäre, ein potentielles Störungsproblem entstehen. In diesem Fall würde ein Signal, das auf einer Frequenz f1 zum Endgerät T1 von einer Basisstation B1-4 am Standort B1 übertragen wird, wegen des breiten Antennenwinkels von Basisstation B1-4 auch das Endgerät T2 treffen, wie durch Linie 30 gekennzeichnet. Wenn Endgerät T2 ebenfalls Frequenz f1 verwendet, würde es zu Störungen kommen. Somit könnte Basisstation B1-4 Störungen am Endgerät T2 verursachen.
Ebenso könnte Endgerät T2 Störungen in Basisstation B1-4 verursachen. In dieser Hinsicht hat Endgerät T2 einen schmalen Antennenstrahl, der auf seine eigene Basisstation B2-4 gerichtet ist. Normalerweise würde das vom Endgerät T2 auf die Basisstation B2-4 gerichtete Signal nicht die Basisstation B1 treffen. Jedoch können Störungen auftreten, wenn das Endgerät T2 in der in 1 dargestellten Weise mehr oder weniger auf einer Linie sowohl mit Basisstation B2-4 als auch mit Basisstation B1-4 liegt. In dieser Situation kann die Antenne von Endgerät T2 nicht zwischen Basisstation B2-4 und Basisstation B1-4 unterscheiden, und es kommt zu Störungen.
Es versteht sich, daß die Verwendung von vier Sektoren S pro Zelle, wie in 1 dargestellt, lediglich als Beispiel dienen soll. Wenngleich 1 jeden Sektor einer Zelle C mit neunzig Grad in bezug auf die bestimmte verwendete Antenne darstellt, können die Zellen mit anderen Winkeln (zum Beispiel Winkel von fünfundvierzig Grad oder fünfzehn Grad) gemäß den Winkeln der für die Basisstationen gewählten Antennen sektoriert werden.
Der Fachmann wird anerkennen, daß die weltwinklig sektorierten Basisstations-Antennen einen niedrigeren Gewinn haben als die stark richtenden Endgeräte-Antennen (die einen schmaleren Strahl haben). Zum Beispiel kann eine Antenne an einem Endgerät T einen Acht-Grad-Hauptstrahl mit hohem Antennengewinn (zum Beispiel 22 dB bei 10 GHz) haben.
2 stellt ein Blockschaltbild einer Basisstation 40 dar (Basisstation 40 ist zum Beispiel für die oben beschriebenen Basisstationen B1-4 und B2-4 repräsentativ). Basisstation 40 weist in ihrem Senderteil eine Vielzahl von Übertragungskanälen 41 auf, wobei ein solcher Kanal 41A in 2 vollständig dargestellt ist. Jeder Kanal 41 hat einen Modulator 42 und einen Aufwärtsumsetzer 44, um die Signale in RF-Frequenz umzusetzen, Alle Übertragungskanäle 41 sind mit dem Leistungsverstärker 46 verbunden, wie durch die Leitungen 47 gekennzeichnet. Basisstation 40 hat auch einen Empfängerteil oder eine Empfängerseite mit Empfängerkanälen 51, von denen in 2 nur Kanal 51A vollständig dargestellt ist. Alle Empfängerkanäle 51 teilen sich einen gemeinsamen RF-Verstärker 52. Verstärker 52 ist durch Leitungen 53 mit jedem Empfängerkanal 51 verbunden. Jeder Empfängerkanal 51 weist einen Abwärtsumsetzer 54 und einen Demodulator 56 auf. Duplexer 60 von Basisstation 40 verbindet den Sender und den Empfänger mit einer gemeinsamen Antenne 62. Der Modulator 42 und Demodulator 56 jedes Kanals (allgemein als Modem bekannt) werden von einer Steuereinheit 70 gesteuert. Steuereinheit 70 ist mit allen Sende- und Empfangskanälen verbunden. Steuereinheit 70 legt die grundlegenden Übertragungsstreckenparameter für das Modem fest, daß heißt, Modulationstyp, Sendeleistungsdichte und Bitrate. In einer Betriebsart zur dynamischen Bandbreitenzuweisung (DBA) nimmt Steuereinheit 70 auch jederzeit Bandbreitenzuweisungen für die einzelnen Endgeräte vor.
3 zeigt eine Übersicht eines Basisstations-Netzwerks 100. Eine Anzahl von Basisstationen 40₀ , 40₁ , 40₂ , usw. ist mit einem Netzwerk-Verwaltungssystem (NMS) 102 verbunden. Insbesondere sind die Steuereinheiten 70 der Vielzahl von Basisstationen 40 mit Netzwerk-Verwaltungssystem (NMS) 102 verbunden.
Netzwerk-Verwaltungssystem (NMS) 102 wiederum ist mit einem Netzwerkplanungsprozessor (NPP) 110 verbunden. Netzwerkplanungsprozessor (NPP) 110 kann verschiedene Formen haben, wie etwa die eines selbständigen Personalcomputers (PC). Arbeitsschritte und Berechnungen, die vom NPP 110 ausgeführt werden, sind weiter unten ausführlicher beschrieben. Ergebnisse und Ausgaben des Netzwerkplanungsprozessors 110 werden zum Netzwerk-Verwaltungssystem 102 übertragen. Die Ausgabeoperationen des Netzwerkplanungsprozessors 110 zum Netzwerk-Verwaltungssystem 102 können die Form einer einfachen Dateiübertragung haben, Eingaben in das Netzwerk-Verwaltungssystem 102 weisen die erlaubten Modulationstypen für jedes Endgerät T auf. Wenn eine Steuereinheit 70 einer Basisstation 40 einen Kanal einem bestimmten Endgerät T zuweist, weiß die Steuereinheit 70 aufgrund der Störsituation somit schon vorher, welche Modulationstypen erlaubt sind.
Die Eingaben des Netzwerkplanungsprozessors 110 weisen folgendes auf die Standorte der Basisstationen B und der Endgeräte T, die jeweils angewendeten Antennendiagramme, grundlegende Übertragungsstreckenparameter, wie etwa die verfügbaren Leistungsdichten, und Modulationsempfindlichkeiten, wie etwa C/N- und C/I-Anforderungen. Zusätzlich weisen die Eingaben in einer Betriebsart zur festen Bandbreitenzuweisung (FBA) die pro Endgerät benötigten Kapazitäten (Bitraten) auf.
Da der Begriff "Betriebsarten" oben angesprochen wurde, sollte erwähnt werden, daß die Erfindung in einer von zwei Betriebsarten arbeiten kann. In der Betriebsart zur festen Bandbreitenzuweisung (FBA) sind jedem spezifischen Endgerät ein für allemal eine spezifische Kapazität (Bitrate), Modulationstyp, Bandbreite und Frequenz zugewiesen. In der Betriebsart zur dynamischen Bandbreitenzuweisung (DBA) werden durch Steuereinrichtung 70 jedem Endgerät zu jedem Zeitpunkt Kapazität, Modulationstyp und Bandbreite gemäß dem tatsächlichen Bedarf zugewiesen. In der DBA-Betriebsart kann jedes Endgerät mit der Zeit die zugewiesene Frequenz ändern, wenn das System versucht, die Nutzer zu veranlassen, optimalen Gebrauch von der Gesamt-Bandbreite zu machen.
Erwähnung finden hier oft auch "Modulationstypen". Fünf verschiedene Beispiele von Modulationstypen und entsprechenden Eigenschaften sind in Tabelle 1 dargestellt.
TABELLE 1 Beispiel-Modulationstypen und entsprechende Eigenschaften
In Tabelle 1 ist das C/I-Verhältnis der Wert für eine Verschlechterung des Rausch-Schwellwerts um 3 dB. Diese Differenz, die bei C/N und bei C/I notwendig ist, beträgt für die beiden Extreme 11,5 dB. Die Bandbreiten-Anforderungen unterscheiden sich um einen Faktor von 3 und die Reichweite um einen Faktor von nahezu 4 zwischen der robustesten und der bandbreiteneffizientesten Modulation.
4A und 4B zeigen ausgewählte allgemeine Operationen oder Schritte, die vom Netzwerkplanungsprozessor 110 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Es wird angenommen, daß vor der Ausführung der in 4A und 4B dargestellten Schritte vier einleitende Schritte erfolgt sind.
Als eine erste Vorbereitungsmaßnahme werden die Standorte und die benötigten Kapazitäten in einer Anzahl von 64-kb/s-Leitungen pro Standort definiert. Als eine zweite Vorbereitungsmaßnahme werden die Basisstations-Standorte B unter umfassender Berücksichtigung von Kapazität und Versorgung gefunden. Zur Auswahl geeigneter Standorte wird im Netzwerkplanungsprozessor 110 von Sichtlinien(LOS-)Versorgungsdiagrammen Gebrauch gemacht. Die Basisstations-Standorte werden in Sektoren aufgeteilt und den verschiedenen Sektoren werden verschiedene Polarisationen zugewiesen. Als eine dritte Vorbereitungsmaßnahme werden den verschiedenen Basisstationen Endgeräte-Standorte zugewiesen. Als eine vierte Vorbereitungsmaßnahme werden die Regenzone und die Anforderungen bezüglich Nichtverfügbarkeitszeit (UAT) und Übertragungsstreckenqualität definiert. Weitere typische Anforderungen an die Übertragungsstreckenqualität sind in ITU-T:s REC G 821 definiert. Für Berechnungen von Funkübertragungsstrecken werden verschiedene Regenzonen verwendet, wie es ebenfalls durch die ITU definiert wurde.
Angenommen, daß die oben genannten Vorbereitungen durchgeführt worden sind, dann führt Netzwerkplanungsprozessor 110 die in 4A und 4B gezeigten allgemeinen Schritte aus. Die Ausführung beginnt mit der Auswahl einer Leistungsstrategie, wie durch die Schritte 400 und 402 dargestellt.
In Schritt 400 wird eine Basisstations-Sendeleistungsdichte (daß heißt, pro Hz Bandbreite übertragene Leistung) so gewählt, daß sie für alle Bitraten und Modulationstypen konstant ist. Dies bedeutet, daß alle Bitraten, die mit einem spezifischen Modulationstyp übertragen werden, die gleiche Reichweite haben. Jedoch hat ein Modulationstyp mit höherer Bandbreiteneffektivität eine kürzere Reichweite, da er weniger robust ist [er ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis C/N oder Signal-zu-Rauschen-und-Störung-Verhältnis C/(N + I) erfordert].
In Schritt 402 wird die Sendeleistungsdichte eines Endgeräts so gewählt, daß sie für alle Bitraten und für alle Modulationstypen, an der Reichweitengrenze des jeweiligen Modulationstyps gemessen, konstant ist. Mit abnehmender Entfernung vom Endgerät zu seiner Basisstation wird die Leistungsdichte verringert, so daß die an der Basis empfangene Leistungsdichte für alle Entfernungen konstant ist. Die Leistungsdichte, die von den Endgeräten übertragen und auch an der Basis empfangen wird, unterscheidet sich für die verschiedenen Modulationstypen um die Differenz im für die jeweiligen Modulationstypen erforderlichen C/(N + I).
Unter Berücksichtigung der Leistungsauswahlschritte 400 und 402 könnte eine typische Leistungsdichte für eine Basisstation zum Beispiel –60 dBm pro Hz Bandbreite für alle Modulationstypen sein. Für ein Endgerät variiert die Leistungsdichte in Abhängigkeit von seiner Entfernung zur Basisstation, zum Beispiel könnte die Leistungsdichte für eine QPSK-1/2-modulierte Übertragungsstrecke –70 dBm/Hz an der Reichweitengrenze sein und würde dann mit der Entfernung abnehmen, um zu einer konstanten Empfangsleistungsdichte an der Basis zu führen (die Leistungsdichte würde normalerweise bei der halben Entfernung um 6 dB abnehmen). Für eine 16-TCM-3/4-Übertragungsstrecke wäre die Leistungsdichte 11,5 dB höher, entsprechend der Differenz in den C/I-Anforderungen für ein 16-TCM-Endgerät im gleichen Abstand wie ein Endgerät, das QPSK 1/2 verwendet. Dies bedeutet, daß die an der Basisstation empfangene Leistungsdichte für das 16-TCM-Endgerät 11,5 dB höher wäre.
In Schritt 404 wird eine maximale Reichweite für jeden der verschiedenen Modulationstypen berechnet. Bei dieser Berechnung ist eine Verschlechterung des Rausch-Schwellwerts um 3 dB für Störungen aus anderen Übertragungsstrecken gestattet (dies bedeutet für das Verhältnis C/(N + I), daß I = N). Die Versorgungsberechnungen von Schritt 404 sind einfache Berechnungen in der Richtfunk-Übertragungsstreckentechnik, die der Fachmann kennt und die folglich an dieser Stelle nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben werden. Typische Versorgungsreichweiten variieren mit dem Frequenzband. Bei 10,5 GHz, was ein typisches, von der ITU für Punkt-zu-Mehrpunkt-Dienste zugewiesenes Band ist, sind die Entfernungen für den Modulationstyp QPSK 1/2 ungefähr 10 km und für die empfindlicheren Modulationstypen kürzer, zum Beispiel 2–3 km für 16 TCM 3/4. In höheren Frequenzbändern, zum Beispiel 18 und 26 GHz, sind die Reichweiten aufgrund des Dämpfungseffekts des Regens (der bei höheren Frequenzen stärker ist) kürzer. Ein Sonderfall wäre, wenn der Zellradius so klein gewählt wird, daß alle Modulationstypen genügend Reichweite haben.
In Schritt 406 wird jedem Endgerät in Abhängigkeit von seiner Entfernung von der Basisstation der Modulationstyp mit der minimalen Bandbreite zugewiesen. Abhängig von der Entfernung der Endgeräte-Standorte wird somit den unterschiedlichen Übertragungsstrecken ein Modulationsprinzip zugewiesen, das die maximale Reichweite für diese Modulation einhält und eine minimale Bandbreite verwendet.
In Schritt 408 wird für jedes Endgerät eine Berechnung des C/I-Verhältnisses durchgeführt, wobei C das erwünschte Signal aus dem eigenen Basisstationssektor und I die Störung aus jedem anderen Basisstationssektor darstellt. Die Störung aus allen anderen (Sektor-)Basisstationen wird unter Berücksichtigung der Polarisation, Antennendiagramme (diese weisen Diagramme sowohl für kopolare als auch für Kreuzpolarisation auf) und der zugewiesenen Leistungsdichte berechnet. Diese Störungen werden addiert, um das "I" des C/I-Verhältnisses zu erhalten.
In Schritt 410 wird für jedes Endgerät das berechnete C/I überprüft, um zu bestimmen, ob es größer als das minimal erforderliche C/I ist. Hier sollten die C/I-Werte verwendet werden, die eine Verschlechterung des Rausch-Schwellwerts um 3 dB darstellen, um die Versorgungsberechnung von Schritt 404 einzuhalten. Wenn das erforderliche C/I die Überprüfung in Schritt 410 nicht besteht, dann wird für jedes Endgerät, das die Überprüfung nicht besteht, der nächstniedrigere (robustere) Modulationstyp für dieses Endgerät gewählt (Schritt 412). Wenn eine weitere Überprüfung (Schritt 414), ob das C/I-Verhältnis größer als das Minimum ist, nicht bestanden wird, dann wird bestimmt, daß kein Modulationstyp die Bedingung erfüllt, und das Endgerät wird in Schritt 416 als problematisches Endgerät gekennzeichnet, das gesondert zu handhaben ist (zum Beispiel könnte einem solchen problematischen Endgerät der Dienst verweigert oder eine gesonderte Frequenz aus der gesamten verfügbaren Bandbreite zugewiesen werden).
Als ein Beispiel für das oben Genannte wird angenommen, daß in Schritt 410 ein C/I von 13 berechnet wird. Ein solches C/I-Verhältnis ist zulässig, wenn der gewählte Modulationstyp QPSK 1/2 ist, was 9,5 dB erfordert. Wenn hingegen der gewählte Modulationstyp 16 TCM 3/4 wäre, was 21 dB erfordert, dann wäre der nächstrobusteste mit C/I = 13 dB kompatible Modulationstyp QPSK 3/4. Somit würde QPSK 3/4 anstelle von 16 TCM 3/4 gewählt werden. In Übertragungsstrecke mit Schritt 412 sollte man beachten, daß ein Wechsel von einem Modulationstyp zu einem anderen die gerade durchgeführten C/I-Berechnungen nicht beeinflußt, da alle Modulationstypen mit der gleichen Leistungsdichte übertragen werden.
In Schritt 418 (siehe 4B) werden die C/I-Verhältnisse an den Basisstationen berechnet (daß heißt, es werden C/I-Berechnungen von jedem Endgerät zu seiner Basis vorgenommen). Für jedes Endgerät wird das erwünschte Signal C mit den empfangenen Störsignalen I von anderen Endgeräten verglichen. Man beachte hier, daß in jedem Sektor nur ein Endgerät auf einer spezifischen Frequenz arbeitet. Somit wird eine Übertragungsstrecke an der Basisstation nur von höchstens einem Endgerät in jedem Sektor gestört. Bei normalen Zellenplänen ist es nicht wahrscheinlich, daß mehr als zwei Endgeräte signifikant zur Störung beitragen. Somit ist es im schlimmsten Fall hinreichend, einen Grenzbereich von 3 dB zum Störpegel vom schlechtesten Endgerät hinzuzufügen.
In Schritt 420 wird in der Basisstation eine Überprüfung vorgenommen, ob die empfangene Störleistungsdichte für jedes Endgerät unterhalb dieses Maximums liegt. Wenn nicht, wird dem Endgerät in Schritt 422 der nächstrobustere Modulationstyp zugewiesen, was bedeutet, daß das Endgerät seine Sendeleistungsdichte verringert. Nach einer weiteren Überprüfung für ein solches Endgerät in Schritt 424 wird jedes Endgerät, das nicht zur Erfüllung der Bedingung der maximalen Störleistung veranlaßt werden kann, als problematisches Endgerät markiert (Schritt 426) und, wie oben beschrieben, gesondert behandelt.
Die vorliegende Erfindung führt nicht zu einer großen Anzahl von Berechnungen. Aus der Beobachtung, daß (1) das empfangene erwünschte Signal C von jedem Endgerät für einen spezifischen Modulationstyp konstant ist (siehe Schritt 402) und daß (2) der Unterschied im empfangenen Signalpegel für die verschiedenen Modulationstypen dem Unterschied im erforderlichen Verhältnis C/I entspricht, kann abgeleitet werden, daß der maximal erlaubte Störpegel für alle Modulationstypen konstant ist.
In Übertragungsstrecke mit den geradzahlig numerierten Schritten 418 bis 426 ist zu beachten, daß das gewünschte Signal an einer Basisstation bei jedem spezifischen Modulationstyp immer mit dem gleichen Pegel empfangen wird. Für eine 16-TCM-3/4-modulierte Übertragungsstrecke ist jedoch der empfangene Pegel 11,5 dB höher als für eine QPSK-1/2-modulierte Übertragungsstrecke. Da das erlaubte Träger-Stör-Verhältnis C/I für die 16-TCM-3/4-Übertragungsstrecke 11,5 dB höher ist als für die QPSK-Übertragungsstrecke, kann geschlußfolgert werden, daß der maximal erlaubte Störpegel für alle Modulationstypen gleich ist. Somit ist es hinreichend, das empfangene Störsignal an der Basisstation zu berechnen, um das C/I für die Aufwärtsverbindung von den Endgeräten zu den Basisstationen zu prüfen. Zum Beispiel wäre, wenn das nominelle gewünschte Signal C an der Basis –140 dBm/Hz für eine QPSK-1/2-Übertragungsstrecke ist, der maximale Störsignalpegel –140 – 9,5 = –149,5 dBm/Hz für alle Modulationstypen. Wenn der berechnete Störsignalpegel vom Endgerät T2 –145 dBm/Hz wäre, müßte er somit verringer werden. Wenn der Modulationstyp für Endgerät T2 zum Beispiel 16 TCM 3/4 wäre, könnte der Störpegel verringer werden, indem ein robusterer Modulationstyp gewählt wird, der eine geringere Leistungsdichte bei der gleichen Reichweite hat. Um nicht höher als die maximalen –149 dBm/Hz zu sein, muß der Störsignalpegel um 4,5 dB verringert werden. Dies kann geschehen, indem die Modulation 8 TCM 2/3 gewählt wird, was den Störpegel um 6,5 dB verringern würde (Entkopplung durch Modulationstyp). Wenn es nicht möglich wäre, eine robustere Modulation zu finden, die den Störpegel genügend senkt, würde das Endgerät als problematisches Endgerät markiert werden (Schritt 426) und ihm könnte zum Beispiel ein spezielles, im störenden Sektor nicht verwendetes Frequenzband zugewiesen werden (Entkopplung durch Frequenz).
Ein spezielles Problem für die Aufwärtsverbindung (Endgerät zu Basis) besteht darin, daß Endgeräte aus verschiedenen Sektoren Störsignale hinzufügen können und es schwer ist zu erkennen, welche Endgeräte beteiligt sind (auf den gleichen Frequenzen arbeiten). Dies ist typisch für die DBA-Betriebsart. Jedoch ist es nicht wahrscheinlich, daß mehr als zwei Endgeräte gleichzeitig beteiligt sind. Somit findet das Problem Beachtung, wenn ein 3 dB-Grenzbereich im maximal erlaubten Störpegel verwendet wird. Überdies sollte, statt die Angabe –149,5 dBm/Hz als maximal erlaubten Störsignalpegel zu verwenden, die Zahl –152,5 dBm/Hz verwendet werden.
Nach Abschluß von Schritt 420 oder 424 stehen die Bitrate und der Modulationstyp für jedes Endgerät fest. Dann wird in Schritt 428 in der FBA-Betriebsart jeder Übertragungsstrecke eine spezifische Frequenz und Bandbreite zugewiesen, was angemessene Schutzfrequenzbänder zwischen den Übertragungsstrecken ermöglicht. Die Übertragungsstrecken sollten grundsätzlich von schmalen zu breiteren Kanälen geordnet werden. Es versteht sich, daß Schritt 428 ausschließlich bei der FBA-Betriebsart ausgeführt wird. Bei der DBA-Betriebsart wird die Zuweisung von Bitrate, Modulationstyp und Bandbreite jederzeit durch die Steuereinheit 70 im Sektor vorgenommen.
In Schritt 430 wird bestimmt, ob ein neues Endgerät zum System hinzuzufügen ist. Wenn ein neues Endgerät zum System hinzugefügt wird, werden die Schritte 432, 434 und 436 ausgeführt. Diese Schritte ähneln den oben erläuterten Abläufen darin, daß für das neue Endgerät: (1) ein Modulationstyp in Hinblick auf die Reichweite bestimmt wird [Schritt 432], (2) das C/I von allen Basisstationssektoren überprüft und der Modulationstyp bei Bedarf angepaßt wird [Schritt 434], und (3) in jedem Basisstationssektor der Störpegel vom neuen Endgerät überprüft und der Modulationstyp bei Bedarf angepaßt wird, um die maximal erlaubte Stördichte an der Basis einzuhalten [Schritt 436]. Netzwerkplanungsprozessor 110 kann in einer Schleife weiterarbeiten und dabei auf das Hinzufügen anderer Endgeräte warten, wie in 4B dargestellt.
Die oben beschriebenen Operationen und Berechnungen von 4A und 4B werden vom Netzwerkplanungsprozessor 110 ausgeführt und ihre Ergebnisse an die Steuereinheiten 70 der verschiedenen Basisstationen weitergegeben. In der DBA-Betriebsart wird für jedes Endgerät der höchstmögliche Modulationstyp festgelegt. Es obliegt dann der Steuereinheit 70, über die tatsächlich zu verwendende Modulation, Bandbreite und Frequenz zu entscheiden. Die vorgeschlagenen höchstmöglichen Modulationstypen werden vorzugsweise über das Netzwerk-Verwaltungssystem 102 in die Steuereinheiten 70 eingegeben.
Somit betrifft die Erfindung ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem mit einer Anzahl sektorierter Basisstations-Standorte und einer Anzahl von Teilnehmer-Endgeräten, die sich im Versorgungsbereich der Basisstations-Standorte befinden. Die Funkübertragungsstrecken zwischen Teilnehmer-Endgeräten und Basisstationen arbeiten alle im gleichen Frequenzband. Von Sektor zu Sektor wechseln die Basisstations-Antennen systematisch zwischen vertikaler und horizontaler Polarisation, um die potentiellen Störbereiche zu minimieren. Gemäß der Erfindung können den Übertragungsstrecken, die einen Basisstations-Standort mit den Teilnehmer-Endgeräten verbinden, unterschiedliche Kapazitäten und unterschiedliche Modulationsprinzipien zugewiesen werden, die aus einer Vielzahl von Möglichkeiten gewählt werden. Von den Modulationsprinzipien entspricht das robusteste Modulationsprinzip der größten für eine spezifische Bitrate benötigten Bandbreite und auch der größten möglichen Reichweite. Das am wenigsten robuste Modulationsprinzip entspricht der kleinsten für eine spezifische Bitrate benötigten Bandbreite und auch der minimal möglichen Reichweite.
Merkmale des Systems und des Verfahrens weisen somit folgendes auf:

(1) Die Basisstationen senden mit konstanter Leistungsdichte bei allen spezifischen Modulationstypen;
(2) die Endgeräte senden mit konstanter Leistungsdichte bei allen Bitraten und bei allen Modulationstypen, gemessen an der Reichweitengrenze des jeweiligen Modulationstyps, und verringern die Leistungsdichte mit abnehmendem Abstand zu den Basisstationen, so daß die an der Basisstation empfangene Leistungsdichte für alle Entfernungen bei einem spezifischen Modulationstyp konstant ist;
(3) bei gegebenem Abstand unterscheidet sich die von einem Endgerät übertragene Leistungsdichte bei unterschiedlichen Modulationstypen entsprechend den Unterschieden in C/(N + I); und
(4) den einzelnen Übertragungsstrecken zu den Endgeräten wird ein Modulationstyp zugewiesen, der vereinbar ist mit ihrem Abstand zur Basisstation, dem C/(N + I) von den verschiedenen Basisstationen und einem an den Basisstationen empfangenen maximal erlaubten Störpegel, der mit dem erforderlichen C/(N + I) vereinbar ist und die geringste Bandbreite einnimmt.

Somit stellt die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise ein einfaches Verfahren bereit, um jeder Funkübertragungsstrecke in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System Modulationstyp, Leistungsstrategie und Bandbreite zuzuweisen, einschließlich des Merkmals der möglichen Einbeziehung verschiedener Modulationstypen unter Berücksichtigung der erforderlichen Versorgungsreichweite, der Forderung nach minimaler Bandbreite und der vorhergesehenen Störsituation ermöglicht. Der Betrieb und die Zuweisung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt ohne übermäßige Berücksichtigung anderer Übertragungsstrecken, was leicht zu wiederholtem Hin- und Her führen könnte, bevor eine befriedigende Lösung erzielt wird. Die vorliegende Erfindung unterstützt auch ein System mit dynamischer Kanalzuweisung.
Wenngleich die Erfindung insbesondere mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, wird man zum Beispiel verstehen, daß das Polarisationsprinzip für die Antennen nicht unbedingt systematisch sektorweise zwischen vertikaler und horizontaler Polarisation wechseln muß. Überdies können die Funkübertragungsstrecken in mehr als einem Frequenzband, zum Beispiel in zwei Frequenzbändern, arbeiten.

Claims

Verfahren zur Zuweisung von Funkverbindungseigenschaften in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem, wobei das Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugangssystem eine Anzahl von Basisstationen, einschließlich einer gewählten Basisstation, umfaßt, die durch eine Vielzahl von Funkverbindungen mit einer entsprechenden Vielzahl von Teilnehmerendgeräten verbunden sind, die sich in jeweiligen Versorgungsbereichen der gewählten Basisstation befinden, wobei zumindest einige aus der Vielzahl von Funkverbindungen in einem gleichen Frequenzband sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt: für die gewählte Basisstation (40, B1, B2), Wählen einer Basisstations-Sendeleistungsdichte, die für jeden aus einer Vielzahl von Modulationstypen bei allen Bitraten (400) konstant ist; für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmerendgeräten (T1, T2), die sich im Versorgungsbereich der gewählten Basisstation befinden, Wählen einer Endgerät-Sendeleistungsdichte, die für jeden aus der Vielzahl von Modulationstypen bei allen Bitraten (402) konstant ist; Bestimmen einer maximalen Reichweite für jeden aus der Vielzahl von Modulationstypen (404); für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmerendgeräten, Zuweisen eines Modulationstyps der entsprechenden Funkverbindung in Abhängigkeit von der Reichweite der gewählten Basisstation (406); Bestimmen für jedes aus der Vielzahl von Teilnehmerendgeräten (T1, T2), ob am Teilnehmerendgerät eine annehmbare Signalqualität vorhanden ist, und wenn nicht, Zuweisen eines Modulationstyps der nächstniedrigeren Ordnung an die Funkverbindung entsprechend dem Teilnehmerendgerät, das keine annehmbare Signalqualität hat (408, 410, 412); und Bestimmen an der gewählten Basisstation (40, B1, B2), ob eine annehmbare Signalqualität vorhanden ist in bezug auf jedes aus der Vielzahl von Teilnehmerendgeräten, und wenn nicht, Zuweisen eines Modulationstyps der nächstniedrigeren Ordnung an die Funkverbindung entsprechend dem Teilnehmerendgerät, bei dem die annehmbare Signalqualität nicht vorhanden ist (418, 420, 422).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem folgenden Schritt: Zuweisen von Frequenzen im gleichen Frequenzband und in der gleichen Frequenzbandbreite an jede aus der Vielzahl von Funkverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die annehmbare Signalqualität durch ein Signal-Rausch und Stör-Verhältnis [C/(N + I)] angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für alle Modulationstypen eine konstante Leistungsdichte bei allen Bitraten vorhanden ist, die in den Reichweitegrenzen der jeweiligen Modulationstypen gemessen werden, wobei die Leistungsdichte mit abnehmender Reichweite bis zur gewählten Basisstation (40, B1, B2) abnimmt, wobei die Leistungsdichte, die an der gewählten Basisstation empfangen wird, für alle Entfernungen für einen spezifischen Modulationstyp konstant ist, wobei bei einer gegebenen Reichweite die Sendeleistungsdichte vom gewählten Teilnehmerendgerät (T1, T2) für verschiedene Modulationstypen gemäß entsprechenden Unterschieden der Signalqualität unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein robustester Modulationstyp einer für eine spezifische Bitrate benötigten breitesten Bandbreite und auch einer möglichst größten Reichweite entspricht, und ein am wenigsten robuster Modulationstyp einer für eine spezifische Bitrate benötigten schmalsten Bandbreite und auch einer möglichst geringen Reichweite entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Basisstationen mit Antennen versehen sind, die systematisch um einen Sektor zwischen einer vertikalen (V) und einer horizontalen (H) Polarisation alternieren, um die potentielle Interferenz zu minimieren.