Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Mobilfunknetz, insbesondere nach dem GSM-
und/oder dem UMTS-Standard, zur Kommunikation von Mobilfunkendgeräten, enthaltend
wenigstens zwei Basisstationen mit Antennen zum Empfangen und/oder Senden von Uplink-
und/oder Downlink-Übertragungen, wobei der Abdeckungsbereich einer Basisstation
wenigstens eine Funkzelle bildet, in der für die Uplink- und die Downlink-Übertragung
Frequenzbereiche vorgesehen sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für
Mobilfunknetze, insbesondere nach dem GSM- und/oder dem UMTS-Standard, zur Kommunikation
von Mobilfunkendgeräten, enthaltend wenigstens zwei Basisstationen jeweils
mit wenigstens einer Antenne zum Empfangen und/oder Senden von Uplink- und/oder
Downlink-Übertragungen, wobei der Abdeckungsbereich einer Basisstation eine
Funkzelle bildet, in der für die Uplink- und die Downlink-Übertragung
Frequenzbereiche vorgesehen sind.
Stand der Technik
Ein Mobilfunknetz besteht in der Regel aus Basisstationen, deren zugeordneten
Funkzellen in Illustration meist als hexagonale Struktur dargestellt werden. Die
räumliche Ausdehnung jeweils einer Funkzelle wird durch den Abdeckungsbereich
der Basisstationen gebildet, mit der ein Mobilfunkendgerät Kontakt aufnimmt.
Jede Basisstation versorgt in der Regel dazu mit drei zueinander horizontal um 120°
gedrehten Antennen drei Funkzellen. Jede der drei Antennen einer Basisstation strahlt
somit eine etwa 120° breite "Sendekeule" aus. Diese Anordnung der Funkzellen
eines Mobilfunksystems wird auch als "Kleeblattmodel" bezeichnet. Aufgrund der genannten
Antennen-Anordnung werden pro Basisstationen meist unterschiedliche Signale in drei
verschiedene Richtungen ausgestrahlt. Jede Basisstation bedient somit drei Funkzellen.
Die einfachste Form der Frequenzbereichs-Zuordnung besteht darin,
nur einen Frequenzbereich in allen Sektoren des Netzwerkes wieder zu verwenden.
Dies würde jedoch zu einer starken Interferenz führen.
Es sind Konzepte für Mobilfunknetze bekannt, bei denen den Funkzellen
verschiedene Frequenzbereiche zugeordnet werden, um Interferenzen zu verringern.
Diese werden üblicherweise danach klassifiziert, wie viele verschiedene Frequenzbereiche
insgesamt verwendet werden, der sogenannte Wiederholfaktor, auch "Reuse-Faktor"
genannt. Üblich ist es dabei einen Wiederholfaktor von " 3" und "7" zu verwenden.
Der Abstand zwischen zwei Funkzellen, die den gleichen Frequenzbereich
verwenden, wird hierdurch vergrößert. Dadurch werden Interferenzen verringert.
Der wesentliche Nachteil ist, dass nun drei- bzw. siebenmal so viele Frequenzbereiche
benötigt werden, um die gleiche Anzahl von Endgeräten zu bedienen.
Trotz der unterschiedlichen Wiederholfaktoren arbeiten viele der herkömmlichen
Verfahren nach dem Prinzip, dass für das Übertragen von Daten von einer
Basisstation zu einem Endgerät oder in die andere Richtung zwei verschiedene
Frequenzbereiche verwendet werden. Dementsprechend sind bei einem Wiederholfaktor
von "3" insgesamt sechs Frequenzbereiche für die Kommunikation erforderlich.
Sowohl die Daten, die zur Basisstation gesendet werden, dem "Uplink", als auch die
Daten, welche von der Basisstation gesendet werden, dem "Downlink", benötigen
jeweils einen separaten Frequenzbereich. Alle bekannten Mobilfunknetze beruhen darauf,
dass für Uplink- und Downlink-Übertragungen jeweils unterschiedliche Frequenzen
oder Zeitbereiche verwendet werden. Dies führt generell dazu, dass das System
insgesamt eine schlechte spektrale Effizienz aufweist. Es schränkt dadurch
die Kapazität bei Mobilfunknetzen ein, da hier immer zwei Frequenz- bzw. Zeitbereiche
für eine Verbindung zwischen Basisstation und Mobilfunkendgerät bereitgestellt
werden müssen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik
zu beseitigen und die Effizienz eines Mobilfunknetzes zu steigern und dessen Kapazität
zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
bei einem Mobilfunknetz, insbesondere nach dem GSM- und/oder dem UMTS-Standard,
zur Kommunikation von Mobilfunkendgeräten der eingangs genannten Art, jeweils
für die Uplink-Übertragung zwischen Mobilfunkendgerät und Basisstation
identische Frequenzbereiche der Downlink-Übertragung einer benachbarten Funkzelle
vorgesehen sind.
Ferner wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Mobilfunknetz,
insbesondere nach dem GSM- und/oder dem UMTS-Standard, zur Kommunikation von Mobilfunkendgeräten
der eingangs genannten Art, jeweils für die Downlink-Übertragung zwischen
Mobilfunkendgerät und Basisstation identische Frequenzbereiche der Uplink-Übertragung
einer benachbarten Funkzelle vorgesehen sind.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren für Mobilfunknetze
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem für die Uplink-Übertragung
bzw. die Downlink-Übertragung zwischen Mobilfunkendgerät und
Basisstation jeweils identische Frequenzbereiche der Downlink-Übertragung bzw.
Uplinkübertragung einer benachbarten Funkzelle zugewiesen werden.
Die Erfindung besteht darin, das Paradigma getrennter Frequenz- oder
Zeitbereiche für Uplink- und Downlinkübertragung aufzugeben, und Frequenz
bzw. Zeitbereiche, die in einer Funkzelle im „Uplink" verwendet werden, in
benachbarten Funkzellen im „Downlink" zu verwenden. Im Fall eines Wierderholungsfaktors
" 3" werden somit insgesamt drei Frequenzbereiche für Uplink-Übertragungen
und "Downlink"-Übertragung verwendet. Somit ist die spektrale Effizienz gegenüber
dem Wiederholfaktor "3" gegenüber dem Stand der Technik verdoppelt.
Durch die Verwendung einer geringeren Anzahl von Frequenzbereichen
ist das Interferenzverhalten des Mobilfunknetzes nun jedoch stärker ausgeprägt.
Vorteilhaft ist jedoch, dass die Basisstationen und Mobilfunkendgeräte nun
eine geringe Anzahl starker Interferenzsignale empfangen, die mit geeigneten Filtern
entfernt werden können. Vorteilhafterweise sind daher Filtermittel zum Entfernen
von Störsignalen in dem Mobilfunkendgerät vorgesehen. Die Filtermittel
verwenden dabei Verfahren, die eine geringe Anzahl starker Interferenzsignale aus
dem empfangenen Signal herausrechnen können. Starke Interferenzsignale sind
hierbei Signale, die mit einer ähnlichen oder leicht geringeren Intensität
empfangen werden, wie die gewünschten Signale.
Die vorliegende Erfindung führt zu einer erhöhten Interferenz,
verdoppelt jedoch auch gleichzeitig die Wiederverwendung von Frequenzbereichen im
gesamten Mobilfunknetz. Da jedoch die durchschnittliche Interferenz, die an einer
Basisstation oder an einem Endgerät auftritt, meist von starken, aus unmittelbar
benachbarten Sektoren stammenden, Signalen dominiert wird, können hier Filtermechanismen
verwendet werden, die diese ungewünschten Signale recht zuverlässig herausfiltern.
Somit wird die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem Endgerät
nur geringfügig beeinträchtigt, während die im Mobilfunknetz zur
Verfügung stehenden Frequenzbereiche doppelt so effizient wieder verwendet
werden. Hieraus resultiert eine spektrale Effizienz im gesamten System, die signifikant
höher ist als bei herkömmlichen Frequenzbereichs-Zuordnungs-Verfahren.
Die Erfindung kann mit allen herkömmlichen Zuordnungs-Konzepten kombiniert
werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in einer Prinzipskizze eine hexagonale Struktur
eines Mobilfunknetzes, bei dem ein Wiederholungsfaktor von "1 " vorgesehen ist.
2 zeigt in einer Prinzipskizze eine hexagonale Struktur
eines Mobilfunknetzes, bei dem ein Wiederholungsfaktor von "3" für die Frequenzzuordnung
vorgesehen ist.
3 zeigt in einer Prinzipskizze eine hexagonale Struktur
eines Mobilfunknetzes, bei dem ein Wiederholungsfaktor von "7" für die Frequenzzuordnung
vorgesehen ist.
4 zeigt in einer Prinzipskizze eine hexagonale Struktur
eines erfindungsgemäßen Mobilfunknetzes, bei dem die Frequenz für
die Uplink-Übertragung einer Funkzelle der Frequenz der Downlink-Übertragung
der jeweiligen benachbarten Funkzellen entspricht.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
In 1 wird mit 10 ein Mobilfunknetz
bezeichnet. Das Mobilfunknetz 10 besteht aus einer hexagonalen Struktur
12. In der hexagonalen Struktur 12 sind Basisstationen
14 angeordnet. Die Basisstationen 14 sind als schwarze Punkte
dargestellt. Jede Basisstation 14 versorgt dazu mit drei zueinander horizontal
um 120° gedrehten Antennen drei Funkzellen 16. Jede der drei Antennen
einer Basisstation 14 strahlt somit eine etwa 120° breite "Sendekeule"
18 aus. Diese Anordnung der Funkzellen 16 eines Mobilfunknetzes
10 wird auch als "Kleeblattmodel" bezeichnet.
Aufgrund der genannten Antennen-Muster werden pro Basisstation
14 meist unterschiedliche Signale in drei verschiedene Richtungen ausgestrahlt.
Jede Basisstation 14 bedient somit drei Funkzellen 16, in der
Abbildung als Sechsecke dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden
allen Funkzellen 16 die gleichen Frequenzbereiche zugeordnet. Der Wiederholungsfaktor
des Frequenzbereiches liegt demnach bei "1". In die hexagonale Struktur
12 sind zwei Mobilfunkendgeräte 20, 22 beispielhaft
eingezeichnet. Die beiden Mobilfunkendgeräte 20, 22 erhalten
bei einer solchen Anordnung interferierende Signale von Basisstationen
14a und 14b, da bei einem Wiederholfaktor von "1" immer derselbe
Frequenzbereich gewählt ist.
Es sind auch Mobilfunknetze 10 mit anderen Wiederholfaktoren
gebräuchlich. In 2 wird ein Mobilfunknetz
10 mit einem Wiederholfaktor "3" verwendet. Trotz der unterschiedlichen
Wiederholfaktoren arbeiten alle herkömmlichen Mobilfunknetze 10 nach
dem Prinzip, dass für das Übertragen von Daten von einer Basisstation
14 zu einem Mobilfunkendgerät 20, 22 oder in die
andere Richtung zwei verschiedene Frequenzbereiche oder Zeitbereiche verwendet werden.
Denn jeweils für jede Uplink-Übertragung und für jede Downlink-Übertragung
einer Funkzelle 16 wird ein eigener Frequenz bzw. Zeitbereich
benötigt. Dort werden somit insgesamt wenigstens sechs unterschiedliche Frequenz
bzw. Zeitbereiche benötigt. Die Basisstationen 14 sind wieder als
schwarze Punkte dargestellt. Jede Basisstation 14 versorgt dazu mit drei
zueinander horizontal um 120° gedrehten Antennen drei Funkzellen
16. Jede der drei Antennen einer Basisstation 14 strahlt somit
eine etwa 120° breite "Sendekeule" 18 aus. Die Sendekeulen
18 sind entsprechend für ihren Wiederholfaktor mit drei unterschiedlichen
Schraffuren dargestellt.
3 stellt ein ebenfalls häufig im Stand der Technik
benutztes Mobilfunknetz 10 dar, welches mit einem Wiederholfaktor "7" betrieben
wird. Um die Interferenzen zu vermeiden werden den Funkzellen 16 sieben
unterschiedliche Frequenbereiche zur Verfügung gestellt. Die unterschiedlichen
Frequenzbereiche werden zur Verdeutlichung schraffiert dargestellt. Insgesamt werden
somit bei einem solchen System vierzehn Frequenzbereiche den Funkzellen
16 zugeordnet, da jeweils für die Uplink-Übertragung als auch
für die Downlink-Übertragung ein eigener Frequenzbereich benötigt
wird. Die Frequenzbereichszuordnung wird dabei so vorgenommen, dass identische Frequenzbereiche
möglichst einen maximalen Abstand voneinander haben, um eine Beeinträchtigung
der Übertragungsqualität durch Interferenz zu verringern.
In 4 ist das Mobilfunknetz
10 in der hexagonalen Struktur 12 zu sehen. Die Basisstationen
14 sind wiederum als schwarze Punkte in dieser hexagonalen Struktur
12 dargestellt. Mobilfunkendgeräte 24 sind in der hexagonalen
Struktur beispielhaft angeordnet. Die Mobilfunkendgeräte 24 kommunizieren
mit ihrer jeweils zugeordneten Basisstation 14 im Uplink- und Downlink-Modus.
Die Uplink-Übertragungen, d.h. die Daten, die von dem Mobilfunkendgerät
24 zur Basisstation 14 gesandt werden, sind als gestrichelte Pfeile
26 dargestellt. Die Downlink-Übertragungen, d.h. die Daten, die von
der Basisstation 14 jeweils in Richtung an das Mobilfunkendgerät
24 gesandt werden, sind als durchgezogene Pfeile 28 dargestellt.
Das Mobilfunknetz 10, wird je nach Bedarf mit einem beliebigen Wiederholfaktor,
z.B. " 3" oder "7", wie es zu den 2 und 3
erläutert wurde, betrieben.
Zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs werden die Frequenzbereiche,
welche für die Uplink-Übertragung 26 verwendet werden, dem Frequenzbereich
der Downlink-Übertragung 28 jeweils wenigstens einer benachbarten
Funkzelle 16a zugeordnet. Entsprechend kann auch das System umgekehrt verwendet
werden. Der Downlink-Übertragung 28 wird dann der Frequenzbereich
der Uplink-Übertragung 26 wenigstens einer benachbarten Funkzelle
16a zugeordnet.
Auf diese Weise werden die benötigten Frequenzbereiche fast halbiert
oder anders ausgedrückt: die Kapazität fast verdoppelt. Störende
Interferenzen werden dabei durch geeignete Filtermittel herausgefiltert. Die Filtermittel
sind dabei je nach Bedarf entweder im Mobilfunkendgerät 24 oder in
bzw. bei den Basisstation 14 angeordnet. Die Filtermittel können leichter
"starke Störsignale" mit bekannten Signalmuster herausfiltern als schwache
Störsignale mit unbekannten Signalmuster. "Starke Störsignale" sind in
diesem Fall Signale, die mit einer ähnlichen oder leicht geringeren Intensität
empfangen werden als die gewünschten Signale.