DE69205993T2 - Zellulares funksystem. - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Zellenfunksystem, das folgendes aufweist: eine Vielzahl von mobilen Funkstationen, die sich in dem System umherbewegen; eine Vielzahl von Basisstationen, wobei jede Basisstation mindestens einen Funksender und einen Funkempfänger aufweist; eine Antenneneinrichtung mit einem vorgegebenen Funkversorgungsgebiet; und einen oder mehrere zugeordnete Funkkanäle zur Ausbildung einer Funkverbindung mit den mobilen Funkstationen innerhalb des vorgegebenen Funkversorgungsgebietes, wobei zumindest die Basisstationen mit benachbarten Funkversorgungsgebieten verschiedene zugeordnete Funkkanäle aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
• In Zellenmobilfunknetzen ist das geographische Gebiet, das durch das Netz überdeckt wird, in Funkzellen aufgeteilt, wobei jede dieser Funkzellen wenigstens eine Basisstation aufweist. Eine gewisse Anzahl von Frequenzen (Funkkanälen) sind jeder Basisstation zugeordnet, und diese Kanäle können wiederum gemeinsam von einer Vielzahl von TDMA (Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff) Verkehrskanälen genutzt werden. Die Größe und Verteilung der Zellen und die Anzahl ihrer verfügbaren Funkkanäle werden typischerweise durch die Nachfrage nach der Verkehrskapazität in diesem Gebiet festgelegt. Jedoch kann ein Zellenmobilfunknetz Zellen oder größere Gebiete aufweisen, in denen sich die Nachfrage nach Verkehrskapazität zeitweise erhöhen kann, beispielsweise zu bestimmten Tageszeiten auf einen sehr hohen Wert.
• Wenn die Anzahl von Funkkanälen in einer Zelle auf der Basis dieser augenblicklichen maximalen Kapazitätsnachfrage festgelegt wird, erhöht sich die Anzahl von Funkkanälen, und folglich werden der Umfang und die Kosten an Funkausstattung in einer Basisstation ebenfalls höher. Weiterhin führt diese Art der Lösung nicht zu einer effektiven Ausnutzung der Funkfrequenzen in einem Netz. Auf der anderen Seite wird die Anzahl mißlungener Anrufversuche zu Spitzenzeiten in diesem Gebiet sehr hoch, wenn die Anzahl von Funkkanälen und die Ausrüstung der Basisstation nicht auf der Basis des maximalen Verkehrs festgelegt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, dieses Problem zu lösen.
• Dieses wird erreicht durch ein Zellenfunksystem gemäß der Erfindung, wobei das System wenigstens eine Basisstation mit einer Antenneneinrichtung umfaßt, die automatisch oder durch Fernsteuerung, abhängig von der Tageszeit oder einer Veränderung der regionalen Verkehrsauslastung, ausgerichtet werden kann.
• Die grundliegende Idee der Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine Basisstation einen Teil ihrer oder ihre gesamte Kapazität (Funk- und/oder Verkehrskanäle) durch ein mechanisches neues Ausrichten ihrer Antenne, je nach Verkehrsnachfrage, auf Gebiete der Funkzelle richten kann, in denen die Nachfrage nach Verkehrskapazität sich zeitweilig erhöht hat. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Anzahl von Kanälen innerhalb einer einzelnen Funkzelle nicht auf der Grundlage einer augenblicklichen maximalen Nachfrage nach Kapazität in dieser Funkzelle festgelegt zu werden braucht, sondern daß sie auf der Grundlage einer durchschnittlichen maximalen Kapazität einer Vielzahl von benachbarter Funkzellen festgelegt werden kann.
• Falls notwendig, kann die Verkehrskapazität einer einzelnen Zelle dadurch erhöht werden, daß ein Teil der Kapazität der benachbarten Zellen auf sie gerichtet wird, so daß die Kapazität des Netzes auf effektive Weise regional gesteuert werden kann und eine bessere Ausnutzung der Ausstattung und der Frequenz/der Verkehrskanäle der Basisstation erreicht werden kann. Auch wird mit der Erfindung eine effektivere Ausnutzung der Funkkanäle im gesamten Netz erreicht.
• Diese Art einer Basisstation mit einer Richtantenne kann auch eine sogenannte Extrabasisstation darstellen, die in Wirklichkeit keine eigene zugeordnete Zelle hat und die im Randgebiet einer Vielzahl von Zellen angeordnet ist, um selektiv die Verkehrskapazität zu erhöhen.
• Vorteilhafterweise umfaßt eine Basisstation eine Antriebseinrichtung, um die Antenne dadurch neu auszurichten, daß sie mechanisch gedreht wird. Dies kann automatisch oder manuell durch eine Bedienungsperson vom Steuerzentrum des Systems ferngesteuert geschehen.
• Die EP-A-O 416 872 betrifft die Streckenführung von Funktelefonübertragungen von einem Sender zu einer speziellen Antenne in einem Zellenfunktelefonsystem.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Nachfolgend wird die Erfindung durch Veranschaulichung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben, in denen:
• Figur 1 eine schematische Ansicht eines Zellenmobilfunknetzes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Figur 2 ein Blockdiagram eines Sendebereichs und eines Empfängerbereichs einer Basisstation gemäß der Erfindung zeigt; und
• Figur 3 Steuermöglichkeiten der Ausrichtung einer Antenne einer Basisstation zeigt.
• Die Erfindung kann Anwendung finden zur regionalen Steuerung der Verkehrskapazität eines Mobilfunknetzes in jedem digitalen Mobiltelefonsystem oder Mobilfunksystem, wie beispielsweise im europäischen Mobiltelefonsystem GSM (Groupe Special Mobile) und in einem analogen Mobiltelefon- oder Funksystem, wie z.B. dem nordischen Mobiltelefonsystem NMT. Im Hinblick auf die Grundidee der Erfindung sind die analogen und digitalen Systeme identisch, wobei jedoch in einem typischen analogen Mobilfunksystem eine Frequenz, d.h. ein Funkkanal, einen Verkehrskanal bildet, wohingegen in einem typischen digitalen Mobilfunksystem die Verkehrskapazität höher ist, da mehrere, typischerweise acht Verkehrskanäle für jeden Funkkanal nach einem TDMA-Prinzip Vielfachzugriff im Zeitmultiplex haben, d.h. auf einem Funkkanal können bis zu acht gleichzeitige Verbindungen zwischen einer Basisstation und Mobilfunkeinrichtungen bestehen. Der grundsätzliche Aufbau und Betrieb des GSM und NMT Mobiltelefonsystems sind dem Fachmann geläufig und hinreichend genau durch die Spezifikationen des jeweiligen Systems festgelegt.
• Ein mobiles Funknetz kann ein oder mehrere MSC-Gebiete umfassen, d.h. Gebiete, in denen Dienste von einem mobilen Schaltzentrum MSC (mobile Vermittlungseinrichtung) bereit gestellt werden. Das MSC-Gebiet kann wiederum aus einem oder mehreren ortsgebieten bestehen, welche Gebiete sind, die von einer Vielzahl von Funkzellen überdeckt werden. Eine Zelle ist das kleinste geographische Gebiet des Systems. Sie umfaßt eine oder mehrere feste Funk-Sende- Empfangs-Geräte oder Funk-Sende-Empfangs-Geräte-Basisstationen BTS und verwendet vorbestimmte Funkkanäle.
• Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines MSC-Gebietes oder eines ortsgebietes eines Zellenmobilfunknetzes, auf das die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann. Das geographische Gebiet, das durch das Zellenmobilfunknetz abgedeckt wird, ist in einer im wesentlichen kontinuierlichen Weise in kleinere Funkgebiete aufgeteilt, d.h. in Funkzellen CS1, CS2, CS3 und CS4, derart, daß benachbarte Funkgebiete aneinander angrenzen oder sich in ihren Randbereichen überlappen. Dementsprechend ist in jeder Funkzelle CS1 bis CS4 wenigstens eine feste Funkstation oder Basisstation BTS1 bis BTS4 vorgesehen, die in der Lage ist, eine Verbindung auf den ihr zugeordneten Funkkanälen d.h. Paaren von Sendeund Empfangsfrequenzen (Duplexintervall beispielsweise 45 MHz mit den mobilen Funkeinrichtungen MS aufzubauen, die sich gegenwärtig innerhalb ihrer Radiozellen CS1 bis CS4 befinden oder darin umherbewegen.
• Typischerweise sind die zugeordneten Funkkanäle wenigstens in benachbarten Funkzellen verschieden. Jede Basisstation BTS weist sowohl Signal- als auch Verkehrskanalverbindungen mit einer mobilen Vermittlungseinrichtung MSC auf, die die Steuerung des Betriebes von einer oder mehreren Basisstationen innerhalb ihres MSC-Gebietes steuert. Aus Gründen der Einfachheit wird bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 angenommen, daß alle Basisstationen BTS1 bis BTS4 eine gemeinsame mobile Vermittlungseinrichtung MSC aufweisen.
• Jede Basisstation BTS1 bis BTS4 des Zellenmobilfunknetzes weist typischerweise wenigstens einen Funksender und einen Empfänger auf; in der Ausführungsform nach Figur 2 sind zwei Funksender 21, 22 und zwei Funkempfänger 33, 34 an eine Antenneneinheit ANT1 angeschlossen vorgesehen. Die Größe und Form der Funkversorgung (Strahlungsmuster) der Antenneneinheit ANT1 legen die Größe und Form der Funkzelle der Basisstation fest. Die Antenneneinheit ANT1 kann separate Antennen zum Senden und Empfangen aufweisen.
• In der Sendereinheit der Basisstation sind Funksender 21, 22 direkt an einen Kombinator 24 angeschlossen, der die Funkfrequenz-Sendesignale der Funksender 21, 22 kombiniert und die kombinierten Signale an die Antenneneinheit ANT1 weitergibt.
• In der Empfängereinheit der Basisstation ist die Antenneneinheit ANT1 an Funkempfänger 33, 34 über eine Trennverstärkereinheit 32 angeschlossen.
• Normalerweise weist die Basisstation BTS ein festes Versorgungsgebiet auf, das durch das Strahlungsmuster von einer omnidirektionalen Antenne oder alternativ von einer oder mehreren Richtantennen festgelegt wird. Alle Funkkanäle der Basisstation befinden sich innerhalb des Versorgungsgebietes der Hauptantenneneinheit ANT1, d.h. sie sind den mobilen Funkeinrichtungen in der Funkzelle der Basisstation zugänglich.
• Es treten jedoch Situationen auf, in denen beispielsweise der Verkehr in der Funkzelle CS4 zeitweise die Kapazität der Basisstation BTS4 der Zelle überschreiten kann. Beispielsweise kann das Gebiet, das von der Zelle CS4 überdeckt wird, das Ende einer Autobahn umfassen, die den Hauptzugang zu einer Stadt darstellt und in der sich der Verkehr zwischen 7:00 Uhr und 8:30 Uhr staut. Dementsprechend kann das Gebiet, das von einer anderen Funkzelle CS1 überdeckt wird, beispielsweise ein Industrie- und Bürogebiet umfassen, in dem der meiste Telefonverkehr zwischen 8:30 Uhr und 16:00 Uhr auftritt. Die Zelle CS2 kann ein Gebiet überdecken, das ein Sportstadion oder ein Marktoder Messegebiet einschließt, und die Nachfrage nach Kapazität für Telefonverkehr ist hoch, wenn darin Veranstaltungen abgehalten werden.
• Wenn die Anzahl von Funkkanälen in den Basisstationen BTS im Hinblick auf Spitzenzeiten festgelegt wird, ist die Ausnutzung der Funkkanäle auf Systempegel gering.
• Das System gemäß der Erfindung umfaßt wenigstens eine Basisstation mit einer Antenne bzw. Antennen, die je nach regionaler Veränderung der Verkehrsauslastung auf die in der Nähe befindlichen Gebiete ausrichtbar ist (sind), die gegenwärtig die meiste Verkehrskapazität erfordern. Bei der Ausführungsform nach Figur 1 weisen die Zellen CS1, CS2 und CS4 in ihrer Nachbarschaft eine Basisstation BTS5 auf, die eine Antenne mit einem Strahlungsmuster aufweist, die, falls notwendig, in die Richtungen 1, 2 und 3 ausgerichtet werden kann, um Spitzenbelastungen von Telefonverkehr in den Zellen zu verschiedenen Zeiten zu kompensieren und zu beseitigen.
• Figur 3 zeigt einige mögliche Arten, um die Ausrichtung des Strahlungsmusters der Antenne in der Basisstation BTS5 zu steuern. Die Basisstation BTS5 ist zu den Basisstationen BTS1 bis BTS4 in ihrer Grundstruktur identisch, weist aber zusätzlich eine mechanische Antriebseinrichtung 43 auf, die an einen Rahmen 45 (Mast) zum Neuausrichten der Richtantenneneinheit 44 (diese umfaßt gewöhnlich verschiedene Antennen zum Senden und Empfangen) durch Drehen der Antenneneinheit angeschlossen ist. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise ein steuerbarer elektrischer Schrittmotor, der die Antenneneinheit 41 wenigstens in einer horizontalen Ebene drehen kann, vorteilhafterweise auch in einer vertikalen Ebene.
• Vertikale Ausrichtbarkeit ist von Vorteil, beispielsweise wenn die Antenneneinheit sich an einem hoch gelegenen Ort befindet, da die Antenneneinheit dann auf ein in der Nähe befindliches Gebiet, das sich auf einem niedrigeren Niveau befindet, ausgerichtet werden kann, und zwar dadurch, daß die Antenne in Richtung auf das Gebiet in vertikaler Ebene geneigt wird. Auch kann die Länge der Antennenkeule (Strahlungsmuster) dadurch verändert werden, daß die Antenne in vertikaler Ebene verschwenkt wird.
• Die Antennendreheinrichtung 43 kann auf verschiedenste Weise gesteuert werden, von denen einige in Figur 3 gezeigt sind. Die Ausrichtbarkeit der Antenne 44 in Abhängigkeit von verschiedenen Tageszeiten und die entsprechenden Steuerabläufe der Dreheinrichtung 43 können automatisch und dauerhaft in einer speziellen Zeitsteuerungseinheit 42 programmiert sein. Dadurch kann die Antenne der Basisstation BTS5 je nach der Tageszeit und/oder dem Wochentag automatisch neu ausgerichtet werden, beispielsweise so, daß von 7:00 Uhr bis 8:30 Uhr die Antenne der Basisstation BTS5 die Richtung 1 (Autobahn) einnimmt, von 8:30 Uhr bis 16:00 Uhr die Richtung 2 (Büro- und Industriegebiet), und wenn Veranstaltungen im Sportstadion stattfinden, die Richtung 3.
• Alternativ kann die Dreheinrichtung 43 der Antenne 44 ferngesteuert vom Steuerzentrum 41 des Funksystems entweder manuell oder durch entsprechende Vorprogrammierung in Abhängigkeit von der Zeit und Belastung des Netzes gesteuert werden.
• Weiterhin kann das Funksystem eine separate Kapazitätssteuereinheit OMCRN umfassen, die, je nach der Zeit und/oder der Belastung des Systems, automatisch Kanalkapazität auf die belasteten Gebiete richtet, beispielsweise dadurch, daß die Antennendreheinheit 43 der Basisstation BTS5 angesteuert wird. Das System kann eine OMCRN-Einheit für das gesamte System oder mehrere OMCRN-Einheiten, die jeweils einen Teils des Systems steuern, umfassen. Eine OMCRN-Einheit gestattet es auch, die Auswirkung zu berücksichtigen, die das Ausrichten den Antennen anderswo in dem Funknetz mit sich bringt. Eine OMCRN-Einheit oder die entsprechenden Betriebsabläufe können auch in eine mobile Vermittlungseinrichtung MSC integriert sein. Beispielsweise kann eine mobile Vermittlungseinrichtung MSC (oder ein anderes Element im Netz) bei Erkennen von Überbelastung einer Basisstation BTS1 einen Alarm an die Kapazitätssteuereinheit OMCRN erzeugen, so daß die OMCRN die Dreheinrichtung 43 der Basisstation veranlaßt, die Antenne 44 in Ausrichtung 2 zu drehen.
• Die Figuren und deren Darlegung sind nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung vorgesehen. In seinen Einzelheiten kann das Funksystem gemäß der Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche variieren.

Claims (6)

1. Zellenfunksystem, das folgendes aufweist:

- eine Vielzahl von mobilen Funkstationen, die sich in dem System umherbewegen,

- eine Vielzahl von Basisstationen (BTS1 bis BTS4), wobei jede Basisstation mindestens einen Funksender (21, 22) und einen Funkempfänger (33, 34) aufweist,

- eine Antenneneinrichtung (ANT1) mit einem vorgegebenen Funkversorgungsgebiet (CS1 bis CS4), und

- einen oder mehrere zugeordnete Funkkanäle zur Ausbildung einer Funkverbindung mit den mobilen Funkstationen (MS) innerhalb des vorgegebenen Funkversorgungsgebietes (CSI bis CS4), wobei zumindest die Basisstationen mit benachbarten Funkversorgungsgebieten verschiedene zugeordnete Funkkanäle aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß das System mindestens eine Basisstation (BTS5) aufweist, die eine Richtantenneneinrichtung (ANT1, 44) mit einer Antriebseinrichtung besitzt, um die Antenneneinrichtung mechanisch zu drehen, um dadurch das Strahlungsmuster der Antenneneinrichtung automatisch oder durch Fernsteuerung neu auszurichten, und zwar in Abhängigkeit von der Tageszeit oder einer Änderung der regionalen Verkehrsbelastung.

2. Zellenfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung in Abhängigkeit von der Tageszeit und/oder dem Wochentag automatisch ausrichtbar ist.

3. Zellenfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung automatisch oder von Hand auf die nahegelegenen Bereiche ausrichtbar ist, die momentan die höchste Verkehrskapazität benötigen.

4. Zellenfunksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Einrichtung (OMCRN) aufweist, um die Antenneneinrichtung (44) neu auszurichten, und zwar auf der Basis eines Überlastalarmes, der von einem Element in dem System erzeugt wird.

5. Zellenfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das System ein digitales Zellenfunksystem ist und daß jeder Funkkanal eine Vielzahl von TDMA-Verkehrskanal-Zeitschlitzen aufweist.

6. Zellenfunksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein analoges Zellenfunksystem ist.