DE69823498T2

DE69823498T2 - Verbesserte zellulare anordnung für cdma netzwerke mit sechsfach sektorisierten zellen

Info

Publication number: DE69823498T2
Application number: DE69823498T
Authority: DE
Inventors: Ashvin Chheda; Farhad Bassirat
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: BlackBerry Ltd
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: CN1264527A; US5960349A; AU737047B2; AU7421098A; BR9809867B1; EP0983705B1; BR9809867A; CA2289708A1; WO1998053618A3; DE69823498D1; EP0983705A2; WO1998053618A2; CN1132473C

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zellularkonfigurationen für zellulare drahtlose CDMA-Kommunikationsnetze und insbesondere auf eine verbesserte Zellularkonfiguration für zellulare drahtlose CDMA-Kommunikationsnetze, die Zellen mit sechs Sektoren aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
In zellularen drahtlosen Kommunikationsnetzen oder „zellularen Netzen" wird ein Versorgungsbereich in Zellen unterteilt. Jede Zelle ist weiter in Sektoren unterteilt, mit Ausnahme des Falles von mit Rundstrahlung arbeitenden Zellen, bei denen die gesamte Zelle einen einzigen Sektor bildet. Jede Zelle wird von zumindest einer Basisstation versorgt, die sich an einer Zellenposition typischerweise in der Mitte der Zelle befindet. Alle die Basisstationen sind mit einer Mitteilungs- oder Funk-Vermittlungsstelle („MSC") über eine Basisstationssteuerung („BSC") und Hardware-Verbindungsstrecken verbunden. Eine Vielzahl von mobilen Einheiten wird dadurch mit der MSC verbunden, dass Funkverbindungsstrecken mit einer oder mehreren nahegelegenen Basisstationen hergestellt werden.
In anderen zellularen Telefontechnologien, wie z. B. mit Zeitvielfachzugriff („TDMA"), muss, wenn sich eine mobile Einheit von einer Zelle zu einer anderen bewegt, die Funkverbindungsstrecke zwischen der mobilen Einheit und der die erste Zelle versorgenden Basisstation unterbrochen und dann durch eine Funkverbindungsstrecke zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation ersetzt werden, die die zweite Zelle versorgt. Im Gegensatz hierzu muss bei einem Codemultiplex-Vielfachzugriff- („CDMA") Zellulartelefonsystem aufgrund der Verwendung des gleichen Frequenzbandes für alle Zellen und Sektoren die erste Verbindungsstrecke nicht unterbrochen werden, bevor eine Verbindung mit der zweiten Verbindungsstrecke hergestellt wird. Wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, wird dieser Vorgang als „weiche Übergabe" oder „weichere Übergabe" bezeichnet. Die CDMA-Schwingungsform-Eigenschaften, die einen Verarbeitungsgewinn ergeben, werden weiterhin zur Unterscheidung zwischen Signalen verwendet, die das gleiche Frequenzband belegen. Eine mobile Einheit muss daher keinen Frequenzwechsel ausführen, wenn ein Gespräch von einer Zelle oder einem Sektor zu einer bzw. einem anderen überführt wird. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der speziellen Eigenschaften der CDMA-Zellulartelefon-Umgebung sind in der Veröffentlichung TIA/EIA/IS-95-A, Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System (nachfolgend „CDMA-Standard") beschrieben.
Im Zusammenhang mit einem zellularen Telefonsystem ist die „Übergabe" der Vorgang der Übergabe eines Gespräches von einem Sektor zu einem anderen, wenn eine mobile Einheit feststellt, dass eine annehmbare Kommunikation mit dem anderen Sektor möglich ist. Dies erfolgt hauptsächlich dann, wenn sich die mobile Einheit einer Sektorgrenze nähert oder die derzeitige Kommunikationsverbindungsstrecke durch Hochfrequenz- („RF-") Abschattung geschwächt und ein weiterer möglicher Kommunikationspfad von einem anderen Sektor besser ist. Im Allgemeinen besteht die Übergabe aus drei Phasen. Während der ersten Phase, die als „Übergabeeinleitung" bezeichnet wird, wird der Übergabeprozess ausgelöst. Während der zweiten, als „Zielauswahl" bezeichneten, Phase wird eine Feststellung getroffen, welche Sektoren Kandidaten zur Aufnahme der Übergabe sind. Während der dritten und abschließenden Phase, die als „Übergabe-Abschluss" bezeichnet wird, wird die mobile Einheit von dem alten Sektor auf den neuen Sektor überführt.
Der Ausdruck „weiche Übergabe" wird allgemein dazu verwendet, eine Übergabe zu bezeichnen, bei der die mobile Einheit die Kommunikation mit einer neuen Basisstation ohne Unterbrechung der Kommunikation mit der alten Basisstation beginnt, das heißt, das Gespräch wird an beiden Basisstationen aufrecht erhalten. Wenn drei Zellen an der Übergabe beteiligt sind, so wird die Verbindung durch alle drei Basisstationen aufrecht erhalten. Eine „weichere Übergabe" bezieht sich auf eine Übergabe, bei der das Gespräch auf einer Basisstation für unterschiedliche Sektoren der gleichen Zelle aufrecht erhalten wird. Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass aus verschiedenen Gründen die weichere Übergabe typischerweise weniger Sendeleistung auf sowohl der Vorwärts- (das heißt Basisstation zur Mobileinheit) als auch der Rückwärts- (das heißt Mobileinheit zur Basisstation) Verbindungsstrecke erfordert, als eine weiche Übergabe.
Um die Betriebsleistung eines CDMA-Netzes zu optimieren, müssen eine Anzahl von Faktoren berücksichtigt werden. Der wichtigste von diesen Faktoren ist wohl die Netzkapazität, das heißt die Anzahl von Gesprächen, die von dem Netz zu einer vorgegebenen Zeit abgewickelt werden können, und die Gesprächsunterbrechungs-Wahrscheinlichkeit, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Verbindung während einer aktiven Kommunikation unterbrochen wird, sowie die jeweilige Wechselwirkung der vorstehenden Faktoren mit Netzressourcen, wie z. B. Sendeleistung, Übergabe und anderem. Es ist eindeutig wünschenswert, die Kapazität zu einem Maximum zu machen, während die Gesprächsunterbrechungs-Wahrscheinlichkeit zu einem Minimum gemacht wird.
Im CDMA ist die Kapazität weich, das heißt die Anzahl von Benutzern kann vergrößert werden; wenn sich jedoch die Anzahl der Benutzer vergrößert, so wird der Dienst beeinträchtigt. Die Kapazität eines CDMA-Systems kann durch eine weitestgehende Verringerung der Übergabe und die Verringerung der mittleren Vorwärts-Verbindungsstreckenleistung, die erforderlich ist, um eine ausreichende Kommunikation zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation aufrecht zu erhalten, zu einem Minimum gemacht werden. Eine Minimierung dieser Parameter vergrößert jedoch klar die Rahmenfehlerraten („FER'S") und vergrößert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gespräch unterbrochen wird.
Es gibt eine Anzahl von Verfahren zur Vergrößerung der Kapazität eines CDMA-Netzes in Bereichen, in denen ein hoher Dienstebedarf besteht. Beispielsweise könnte ein zusätzlicher Kanal hinzugefügt werden; selbst unter der Annahme, dass eine zusätzliche Frequenz zur Verfügung steht, was nicht immer der Fall ist, ist diese Lösung jedoch für den Diensteanbieter aufwändig. Alternativ könnte eine große Anzahl von kleinen Zellen eingesetzt werden. Dies stellt ebenfalls eine aufwändige Lösung dar, weil der Diensteanbieter die Ausrüstungen kaufen muss, die zur Herstellung von Basisstationen an jedem Zellenstandort erforderlich sind, zusätzlich zu den Immobilien, auf denen die Basisstationen anzubringen sind.
Ein weiteres Verfahren zur weitestgehenden Vergrößerung der Kapazität eines CDMA-Netzes besteht in der Maximierung der Kapazität jeder Zelle hiervon durch Vergrößern der Anzahl von Sektoren, die diese Zelle bilden. Beispielsweise ist die Kapazität einer rundsendenden (das heißt einer Einzelsektoren-) Zelle gleich X Gespräche. lm Gegensatz hierzu wird die Kapazität einer drei Sektoren umfassenden Zelle auf ungefähr 2,6 X geschätzt, während die Kapazität einer Zelle mit sechs Sektoren auf ungefähr 4,8 X geschätzt wird. In Bereichen eines CDMA-Netzes mit starkem Verkehr ist es in vielen Fällen kosteneffektiver, eine oder zwei in Sektoren unterteilte Zellen anstelle einer Anzahl von kleineren rundsendenden Zellen zu verwenden, um das erforderliche Ausmaß an Überdeckung zu erzielen.
Die Rückwärts-Verbindungsstrecken-Kapazität einer CDMA-Zelle oder eines CDMA-Sektors kann unter Verwendung der folgenden Gleichung abgeschätzt werden: N = (W/R)*(1/(Eb/N0))*(1/v)*F*Gworin
N = die Anzahl der Benutzer pro Sektor;
W = die Spreizspektrum-Bandbreite;
R = die Datenrate;
E_b/N₀ = die Bitenergie-Rausch-Spektraldichte ist;
v = die relative Sprache-Einschaltdauer;
F = der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor; und
G = der Antennensektorisierungsgewinn ist.
Wie dies durch die vorstehende Gleichung gezeigt ist, wird ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor als der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor bezeichnet. Der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor ist das Verhältnis der Störungen von mobilen Einheiten in einem Sektor zu der Gesamtstörung von allen Sektoren, und er wird aus der folgenden Gleichung berechnet: F = Nic/(Nic + Noc)worin F der Rückwärts-Verbindungsstrecken-Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor ist, N_ic die Störung in der Zelle/dem Sektor ist, und N_oc die Störung außerhalb der Zelle/des Sektors ist. Es ist zu erkennen, dass wenn sich N_oc Null nähert, F sich Eins nähert, so dass das Ziel darin besteht, N_oc zu einem Minimum zu machen, um auf diese Weise F zu maximieren.
Die Kapazität eines Netzes kann weiterhin durch die Verwendung von Richtantennen an den Zellenstandorten vergrößert werden. Eine Richtantenne verringert die an der Basisstation gesehene Störung, weil sie lediglich in der Richtung der Antenne empfängt. Tatsächlich würde, wenn es keine Seiten- oder Rückkeulen in der Richtantenne geben würde, die Gesamtstörung, die in einem Sektor von anderen Sektoren beobachtet würde, um ein Drittel verringert. Es ist klar zu erkennen, dass die Sektorierung durch die Verwendung von Richtantennen die Anzahl der Benutzer vergrößert, doch verringert sie den Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor aufgrund der Seiten- und Rückkeulen einer Richtantenne. Entsprechend wird, während F geringfügig während der Sektorierung verringert wird, G vergrößert, was zu einer Gesamtvergrößerung der Kapazität führt. Andere Faktoren, die eine wichtige Rolle bei der Verringerung des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors eines Netzes spielen, schließen eine gleichförmige, im Gegensatz zu einer zufälligen, zellulare Konfiguration, die Antennen-Strahlbreite, die Seiten- und Rückkeulen-Streuung, und die Tatsache ein, ob die Antennen gleichförmig sind (das heißt alle 60°, im Gegensatz zu einigen mit 60° und einigen mit 90°).
1 zeigt eine Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit einer drei Sektoren aufweisenden Zelle. In 1 sind die Grenzen zwischen den Zellen durch durchgezogene Linien dargestellt, während Grenzen zwischen Sektoren durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Sektoren sind in 1 durch Einheits-Sechsecke dargestellt. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt Schätzwerte für den Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor und das Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis für eine Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit drei Sektoren nach 1 für verschiedene Antennen-Strahlbreiten an, wobei das „Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis" durch Dividieren des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors des dargestellten Ausführungsbeispiels durch den eines CDMA-Netzes berechnet wird, das Rundsende-Zellen umfasst (typischerweise 0,62): Tabelle 1
Die Aufteilung von Zellen in sechs Sektoren ist gut bekannt, und derzeit gibt es zumindest zwei bekannte zellulare Konfigurationen für Zellen mit sechs Sektoren, unter Einschluss einer parallelogrammförmigen Zellular-Konfiguration, wie sie in 3 gezeigt ist, und einer wesentlich weniger üblichen dreieckigen Zellularkonfiguration, wie sie in 3 gezeigt ist. Wie in 1 sind in den 2 und 3 die Grenzen zwischen Zellen durch durchgezogene Linien dargestellt, während Grenzen zwischen Sektoren durch gestrichelte Linien dargestellt sind.
Die Tabelle II gibt Schätzwerte für den Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor und das Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis für eine parallelogrammförmige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform des CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren an, wie sie in 2 gezeigt ist, und zwar für verschiedene Antennen-Strahlbreiten, wobei das „Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis" durch Dividieren des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors der dargestellten Ausführungsform durch den eines CDMA-Netzes berechnet wird, das Rundsende-Zellen umfasst (typischerweise 0,62):
Tabelle II
Schließlich gibt die nachfolgende Tabelle III Schätzwerte des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors und des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnisses für eine dreieckige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren an, wie sie in 3 gezeigt ist, und zwar für verschiedene Antennen-Strahlbreiten, wobei das „Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis" durch Dividieren des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors der dargestellten Ausführungsform durch den eines CDMA-Netzes berechnet wird, das Rundsende-Zellen umfasst (typischerweise 0,62):
Tabelle III
Wie dies unter Bezugnahme auf die vorstehenden Tabellen II und III zu erkennen ist, beeinflusst die Art und Weise, wie Sektoren konfiguriert sind, den Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor eines CDMA-Netzes wodurch schließlich dessen Kapazität beeinflusst wird. Beispielsweise sind für eine Antennen-Strahlbreite von 30° der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor und das Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis für einen Sektor in dem in 2 gezeigten CDMA-Netz jeweils 0,550 bzw. 0,887, während die gleichen Parameter für einen Sektor in dem in 3 gezeigten CDMA-Netz 0,565 bzw. 0,911 sind. Hinsichtlich des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors und der Kapazität ist die dreieckige Zellularkonfiguration optimaler als die parallelogrammförmige Zellularkonfiguration.
Unter Bezugnahme auf 2 ist zu erkennen, dass bei der Parallelogramm-Zellularkonfiguration jeder Punkt X den gleichen Abstand von drei Basisstationen hat, so dass es äußerst wahrscheinlich ist, dass es an jedem Punkt X keinen einzigen dominierenden Sektor gibt. Statt dessen gibt es sechs Sektoren mit angenähert gleicher Stärke (oder Schwäche), und eine Mobileinheit, die sich an dem Punkt X befindet, befindet sich notwendigerweise in einem höheren (das heißt vierfach-, fünffach- oder sechsfach) Übergabezustand. Aufgrund des Fehlens eines einzelnen dominierenden Sektors sind die Stärken jedes Sektors geringer, so dass entsprechend die Betriebsleistung verringert wird. In 3 gibt es bei der dreieckförmigen Zellenkonfiguration an jedem Punkt Y vier Sektoren mit angenähert gleicher Stärke. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber der parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration dar, ist jedoch immer noch nicht optimal.
Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass die Vorwärts-Verbindungsstrecken-Kapazität eines CDMA-Netzes direkt durch den Übergabezustand beeinflusst wird, weil ein höherer Übergabe-Zustand mehr Ressourcen verbraucht. Zusätzlich ergeben sich höhere Übergabe-Zustände aufgrund von höheren außerhalb der Zelle liegenden Signalleistungen, was bedeutet, dass wenn eine übermäßige Signalstörung auf der Vorwärts-Verbindungsstrecke vorliegt, Kapazität eingebüßt wird und eine größere Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung erforderlich ist, um Kommunikationen zwischen mobilen Einheiten und der Basisstation aufrecht zu erhalten.
Wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Begriff „Kapazität", wenn er nicht speziell als „Vorwärts-Verbindungsstrecken"- oder „Rückwärts-Verbindungsstrecken"-Kapazität bezeichnet wird, die Gesamtkapazität (das heißt die Anzahl von Gesprächen, die zu irgendeiner Zeit mit Diensten versorgt werden können) eines Netzes.
Andere Parameter, bei denen es wünschenswert ist, sie zu optimieren, sind die mittlere Vorwärts-Verbindungsstrecken- und Rückwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistungen, die pro Benutzer erforderlich sind, sowie die Vorwärts-Verbindungsstrecken- und Rückwärts-Verbindungsstrecken-Rahmenfehlerraten („FER's") die alle durch Störungen beeinflusst werden und verbessert werden können, indem die von einem Gespräch festgestellte Störung verringert wird.
Wie sich aus dem Vorstehenden erweist, beeinflusst die spezielle Anordnung von Sektoren in einem CDMA-Netz mit Zellen mit sechs Sektoren die Betriebsleistung des Netzes.
Entsprechend ist das, was erforderlich ist, eine verbesserte Zellularkonfiguration für CDMA-Netze, die Zellen mit sechs Sektoren aufweisen, wobei die Konfiguration die Kapazität des CDMA-Netzes optimiert.
Die EP-A-429200 offenbart ein Netz von Sendern zu Lieferung einer Rundfunk-Signalüberdeckung einer Gruppe von aneinander angrenzenden Empfangsbereichen mit zwei oder mehreren Richt-Sendeantennen an jedem Standort, was eine Überdeckung des Empfangsbereiches durch die Verwendung von unterschiedlichen Frequenzen oder Polarisationen ermöglicht. Die Ausrichtung von Antennen an benachbarten Standorten ist in einer speziellen Weise angeordnet, um Störungen zu verringern. Teil der Anordnung ist eine Abwendung aufeinander folgender Sender auf einer bestimmten Linie in entgegengesetzten Richtungen von einer Bezugsausrichtung.
Die US-A-4 144 496 offenbart ein Netz für eine Zweiweg-Funkkommunikation zwischen Feststationen und Mobileinheiten. Rundstrahl- und Richtantennen werden zur Aufteilung eines geografischen Dienstebereiches in Sektoren verwendet. Dies ermöglicht eine Frequenz-Wiederbenutzung. Ein Beispiel ist für ein Analog-Mobiltelefonsystem mit zwölf Kanälen angegeben. Das Netz verwendet eine dynamische Umschaltung zwischen den Kanälen und befasst sich weitgehend damit, wie die Übergabe zwischen Sektoren an der Überlappung zwischen Sektoren von unterschiedlichen Basisstationen ausgeführt werden kann.
Die WO-A-96/07108 offenbart ein Kommunikationssystem, das eine Anzahl von Basisstandorten einschließt, die beispielsweise eine CDMA-Aussendung und einen CDMA-Empfang bereitstellen können. Die Basisstandorte sind in Sektoren unterteilt, um eine Frequenz-Wiederbenutzung zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt entsprechend ein System und Verfahren zur Optimierung der Kapazität eines CDMA-Netzes. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine verbesserte Zellularkonfiguration für CDMA-Netze mit sechs Sektoren dadurch erreicht, dass Richtantennen, die sich an jedem Zellenstandort einer dreieckigen Zellularkonfiguration eines CDMA-Netzes mit sechs Sektoren (3) befinden, entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um ungefähr 10,893° ± 3° gedreht oder Richtantennen, die sich an jedem Zellenstandort einer parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration eines CDMA-Netzes mit sechs Sektoren (2) befinden, im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um ungefähr 19,107° ± 3° gedreht werden.
Es wurde festgestellt, dass die verbesserte Zellularkonfiguration für CDMA-Netze mit sechs Sektoren zu verschiedenen Vorteilen gegenüber bekannten Zellularkonfigurationen mit sechs Sektoren führt. Insbesondere führt bei einem Vergleich der verbesserten Zellularkonfiguration der vorliegenden Erfindung mit bekannten Zellularkonfigurationen unter gleichen Bedingungen, beispielsweise Zellenstandorte, die durch den gleichen Abstand getrennt sind, gleiche maximale Basisstations-Ausgangsleistungen und gleiche RF-Bedingungen, die verbesserte Zellularkonfiguration der vorliegenden Erfindung zu einem vergrößerten Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor, einer vergrößerten Kapazität und einer verringerten Wahrscheinlichkeit von unterbrochenen Gesprächen. Die Verringerung der Wahrscheinlichkeit von unterbrochenen Gesprächen ergibt sich hauptsächlich aus der Einfachheit, mit der eine mobile Einheit in eine Übergabe und aus dieser heraus gehen kann. Zusätzliche Vorteile schließen eine Verringerung der mittleren Vorwärts-Verbindungsstrecken- und Rückwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung, die pro Benutzer erforderlich ist, und eine Verringerung der Vorwärts-Verbindungsstrecken- und Rückwärts-Verbindungsstrecken-Rahmenfehlerraten („FER's") ein.
Einer der wohl wichtigsten Faktoren der verbesserten Zellularkonfiguration der vorliegenden Erfindung besteht wohl darin, dass der mittlere Leistungsbedarf für eine mobile Einheit zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kommunikation kleiner ist weil keine zwei Sektoren direkt aufeinander gerichtet sind, so dass entsprechend der mittlere Pegel der Störung kleiner ist, wodurch der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor des Netzes vergrößert wird.
Ein technischer Vorteil, der mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sie bei einem CDMA-Netz mit sechs Sektoren im Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor und die Kapazität vergrößert und die Wahrscheinlichkeit von Gesprächsunterbrechungen verringert.
Ein weiterer technischer Vorteil, der bei der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sie die mittlere Leistung verringert, die eine mobile Einheit benötigt, um eine ausreichende Kommunikation aufrecht zu erhalten, indem sichergestellt wird, dass keine zwei Sektoren direkt aufeinander gerichtet sind, wodurch der mittlere Störpegel verringert wird.
Ein weiterer technischer Vorteil, der mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sie dazu führt, dass eine größere Anzahl von Benutzern in der Lage ist, das Netz zu benutzen, und dass die Zuverlässigkeit des Netzes vergrößert wird.
Ein weiterer technischer Vorteil, der bei der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sich ein besseres Gleichgewicht zwischen weichen und weicheren Zwei- und Drei-Weg-Übergaben ergibt, als bei anderen Zellularkonfigurationen.
Ein weiterer technischer Vorteil, der mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sie die Zeit verringert, über die sich eine mobile Einheit in einem höheren (beispielsweise Vier-Weg-, Fünf-Weg- und Sechs-Weg-) Übergabezustand befindet.
Ein weiterer technischer Vorteil, der mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass sie zu Verbesserungen hinsichtlich der mittleren Vorwärts-Verbindungsstrecken und Rückwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung und der Vorwärts-Verbindungsstrecken und Rückwärts-Verbindungsstrecken-FER's führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein CDMA-Netz, das Zellen mit drei Sektoren umfasst.
2 zeigt eine parallelogrammförmige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit sechs Sektoren aufweisenden Zellen.
3 zeigt eine dreieckförmige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren.
4 ist ein System-Blockschaltbild eines CDMA-Netzes, das Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklicht.
5 zeigt eine verbesserte Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren gemäß den Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen direkten Vergleich der in den 2 und 5 gezeigten Zellularkonfigurationen.
7 zeigt die relative Anordnung von Zellenstandorten in einem typischen CDMA-Netz.
8 zeigt die Antennen-Richtwirkung für die Zellularkonfiguration nach 2.
9 zeigt die Antennen-Richtwirkung für die Zellularkonfiguration nach 5.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein CDMA-Netz, das Zellen mit drei Sektoren umfasst, wie dies weiter oben beschrieben wurde. 2 zeigt eine parallelogrammförmige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren, wie dies weiter oben beschrieben wurde. 3 zeigt eine dreieckförmige Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren, wie es weiter oben beschrieben wurde.
In 4 ist ein CDMA-Netz allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das System 10 aus einer Vielzahl von Zellen, die in 4 durch die Zellen C1 und C2 dargestellt sind. Gemäß Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist jede der Zellen C1, C2 in sechs Sektoren S11–S16 bzw. S21–S26 unterteilt, wie dies unter Bezugnahme aus 5 näher erläutert wird, indem Richtantennen an dem Standort jeder Zelle C1, C2 verwendet werden. Jede Zelle C1, C2 umfasst eine Basisstation B1, B2, die zumindest sechs Richtantennen einschließt, die jeweils an einem Zellenstandort hiervon angeordnet sind, wobei deren Hauptfunktion darin besteht, eine drahtlose Funkfrequenz- („RF"-) Kommunikation mit mobilen Einheiten bereitzustellen, wie z. B. einer mobilen Einheit 12.
Jede Basisstation B1, B2 ist weiterhin über eine Verbindungsstrecke mit einer Basisstations-Steuerung („BSC") 18 verbunden, die mit einer Funkvermittlungsstelle („MSC") 22 verbunden ist. Weil die das System 10 bildenden Elemente sowie deren Konfiguration in der Technik gut bekannt ist, werden keine weiteren Einzelheiten hiervon weiter beschrieben, mit Ausnahme der Einzelheiten, die erforderlich sind, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.
5 zeigt eine verbesserte Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzes mit Zellen mit sechs Sektoren gemäß Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Wie in den 1, 2 und 3 sind in 5 die Grenzen zwischen Zellen durch durchgezogene Linien dargestellt, während Grenzen zwischen den Sektoren durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, wird die in 5 gezeigte Zellularkonfiguration am besten dadurch erreicht, dass entweder jede Richtantenne einer dreieckförmigen Zellularkonfiguration eines CDMA-Netzwerkes mit sechs Sektoren (3) im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn um ungefähr 10,893° ± 3° gedreht wird, oder dass jede Richtantenne einer typischen parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration eines CDMA-Netzes mit sechs Sektoren (2) im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um ungefähr 19,107° ± 3° gedreht wird.
6 zeigt einen direkten Vergleich der Zellularkonfigurationen nach den 2 und 5. In 6 sind Zellen, die entsprechend der verbesserten Zellularkonfiguration nach 5 ausgerichtet sind, unter Einschluss ihrer Grenzen zwischen Sektoren durch gestrichelte Linien dargestellt, während Zellen, die entsprechend der parallelogrammförmigen zellularen Konfiguration nach 2 ausgerichtet sind, unter Einschluss ihrer Grenzen zwischen Sektoren durch durchgezogene Linien dargestellt sind.
Es wird nunmehr auf die 7–9 Bezug genommen, anhand derer die verbesserte Zellularkonfiguration der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben wird. 7 zeigt die relative Anordnung von Zellenstandorten und entsprechenden Richtantennen in einem typischen CDMA-Netz.
Unter Bezugnahme auf die 7 wird eine übliche Zellenstandort-Konfiguration unter Bezugnahme auf einen Zellenstandort CS1 beschrieben, der als der Ursprung (0, 0) einer x-, y-Ebene definiert ist. Sechs Zellenstandorte CS2–CS7 sind um den Zellenstandort CS1 herum an den folgenden jeweiligen Koordinatenpaaren angeordnet:
worin z gleich einer Entfernungseinheit ist und die Entfernung zwischen dem Zellenstandort CS1 und irgendeinem der Zellenstandorte CS2–CS7 jeweils gleich: z√21ist, wobei zu erkennen ist, dass zumindest 6 Richtantennen an jedem Zellenstandort CS1–CS7 vorhanden sind, um sechs Sektoren zu schaffen.
Unter Bezugnahme auf 8 ist es für den Fachmann zu erkennen, dass die parallelogrammförmige Zellularkonfiguration nach 2 in der folgenden Weise erreicht wird. Für jeden Zellenstandort, wie z. B. dem Zellenstandort CS1 sind dessen Richtantennen auf jeden der sechs umgebenden Zellenstandorte CS2–CS7 gerichtet, wie dies in 8 durch die mit A bezeichneten Pfeile dargestellt ist. Entsprechend hat jeder Zellenstandort Antennen, die auf jeden seiner sechs benachbarten Zellenstandorte gerichtet sind, und es sind Antennen von sechs unterschiedlichen Zellenstandorten auf ihn gerichtet.
9 zeigt die Antennenrichtwirkung für die verbesserte Zellularkonfiguration der vorliegenden Erfindung. Wie dies in 9 gezeigt ist, sind die Antennen des Zellenstandortes CS1 anstatt direkt auf die benachbarten Zellenstandorte CS2–CS7 gemäß 8 gerichtet zu sein, so gerichtet, dass sie einen Winkel β mit einer imaginären Linie zwischen dem Zellenstandort CS1 und jedem der Zellenstandorte CS2–CS7 bilden, wie dies in 9 durch die mit D bezeichneten Pfeile dargestellt ist. Analysen und Simulationen haben gezeigt, dass der ideale Wert von β gleich 19,107° ist, obwohl es in der Praxis wünschenswert sein würde, die Antennen innerhalb von ±3° dieses Wertes zu positionieren.
Die nachfolgende Tabelle IV gibt Schätzwerte des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors und des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnisses für die verbesserte Zellularkonfiguration einer Ausführungsform eines CDMA-Netzwerkes mit einer Zelle mit sechs Sektoren gemäß 5 für verschiedene Antennen-Strahlbreiten an, wobei das „Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis" durch Dividieren des Frequenz-Wiederbenutzungsfaktors der dargestellten Ausführungsform durch den eines CDMA-Netzwerkes mit Rundsendezellen (typischerweise 0,62) berechnet wird:
Tabelle IV
Wenn die Betriebsleistung der verbesserten Zellularkonfiguration gemäß Tabelle IV mit der von parallelogrammförmigen und dreieckigen Zellularkonfigurationen gemäß den vorstehenden Tabellen II bzw. III verglichen wird, ist zu erkennen, dass die verbesserte Zellularkonfiguration zu einem besseren Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor und zu einem verbesserten Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor-Verhältnis und somit zu einer höheren Kapazität als alle die anderen Zellularkonfigurationen führt. Beispielsweise ist für eine Antennen-Strahlbreite von 30° der Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor für einen Sektor in einem CDMA-Netz, das die verbesserte Zellularkonfiguration verwendet, 0,580, verglichen mit 0,550 für einen Sektor in einem CDMA-Netzwerk, das eine parallelogrammförmige Zellularkonfiguration verwendet, und 0,565 für einen Sektor in einem CDMA-Netzwerk, das eine dreieckige Zellularkonfiguration verwendet. In ähnlicher Weise ist für die gleiche Antennen-Strahlbreite die Kapazität eines Sektors in einem CDMA-Netz dann die eines CDMA-Netzes, das entweder die parallelogrammförmige Zellularkonfiguration oder die dreieckförmige Zellularkonfiguration verwendet, und zwar aufgrund verschiedener Faktoren, die Folgendes einschließen: (1) ein höherer Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor; (2) eine bessere Übergabe-Verteilung; (3) eine verbesserte Vorwärts-Verbindungsstrecken-Betriebsleistung; und (4) eine verbesserte Rückwärts-Verbindungsstrecken-Betriebsleistung.
Unter Bezugnahme auf 2 ist es zu erkennen, dass bei der parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration jeder Punkt X den gleichen Abstand von drei Basisstationen hat; daher ist es äußerst wahrscheinlich, dass sich an jedem Punkt X kein einzelner dominierender Sektor ergibt. Statt dessen gibt es sechs Sektoren mit angenähert gleicher Stärke (oder Schwäche), und eine mobile Einheit, die sich an einem Punkt X befindet, befindet sich notwendigerweise in einem höheren (beispielsweise Vier-, Fünf- oder Sechsweg-) Übergabezustand. Aufgrund des Fehlens eines einzelnen dominierenden Sektors sind die Stärken jedes Sektors niedriger; entsprechend wird die Betriebsleistung beeinträchtigt. In 3, bei der dreieckförmigen Zellularkonfiguration, gibt es an jedem Punkt Y vier Sektoren mit ungefähr gleicher Stärke. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber der parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration dar, ist jedoch immer noch nicht optimal.
Wenn nunmehr auf 5 Bezug genommen wird, so ist zu erkennen, dass in der verbesserten Zellularkonfiguration aufgrund ihrer einzigartigen Struktur Punkte ähnlich zu den Punkten X und Y vorhanden sind; es gibt jedoch an jedem Punkt Z lediglich drei Sektoren mit vergleichbarer Stärke, statt sechs Sektoren (parallelogrammförmige Zellularkonfiguration) oder vier Zellen (dreieckförmige Zellularkonfiguration). Daher ist der Zustand der Übergabe niedriger (das heißt Zwei- oder Dreiweg, verglichen mit Vier-, Fünf- oder Sechsweg), was bedeutet, dass mehr Ressourcen an jedem Punkt Z als an den Punkten X oder Y zur Verfügung stehen, und dass die Stärke jedes der drei gleichen Sektoren niedrig ist, jedoch nicht so niedrig, dass die Betriebsleistung beeinträchtigt wird.
Wie dies weiter oben erläutert wurde, ist die Vermeidung von höheren Übergabe-Zuständen wichtig, weil höhere Übergabezustände einen größeren Ressourcenverbrauch haben und zu einer verringerten Vorwärts-Verbindungsstrecken-Kapazität führen. Zusätzlich verringert die Verringerung der Störungen, die durch die verbesserte Zellularkonfiguration ermöglicht wird, die Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung, die zur Aufrechterhaltung von Kommunikationen zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation erforderlich ist.
Es ist klar zu erkennen, dass in allen Punkten (Frequenz-Wiederbenutzungsfaktor, Kapazität und Übergabezustand) die verbesserte Zellularkonfiguration sowohl der parallelogrammförmigen Zellularkonfiguration als auch der dreieckförmigen Zellularkonfiguration überlegen ist.
Beispielsweise wurde die mittlere Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung, die pro Benutzer für die verbesserte Zellularkonfiguration unter bestimmten Bedingungen, das heißt Geschwindigkeit von 72 km/Stunde, Rayleigh-Schwund, ein Mehrpfad pro Sektor, auf ungefähr 7,5% der gesamten verfügbaren Leistung geschätzt. Im Gegensatz hierzu wird die mittlere Vorwärts-Verbindungsstrecken-Sendeleistung, die pro Benutzer für die parallelogrammförmige Zellularkonfiguration unter ähnlichen Bedingungen erforderlich ist, auf ungefähr 8% der gesamten verfügbaren Leistung geschätzt. Weiterhin wurde unter identischen Bedingungen die Vorwärts-Verbindungsstrecken-FER für die verbesserte Zellularkonfiguration auf ungefähr 1% geschätzt, wobei eine Leistungssteuerung verwendet, wurde, um FER auf 1% zu beschränken. Im Gegensatz hierzu wurde unter identischen Bedingungen die Vorwärts-Verbindungsstrecken-FER für die verbesserte Zellularkonfiguration auf ungefähr 1,5% geschätzt, wobei eine Leistungssteuerung zur Beschränkung von FER auf 1% verwendet wurde.
Obwohl ein erläuterndes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, sind andere Modifikationen, Änderungen und Ersetzungen in der vorstehenden Offenbarung vorgesehen. Entsprechend ist es sinnvoll, dass die beigefügten Ansprüche breit und in einer Weise ausgelegt werden, die mit dem Grundgedanken der Erfindung übereinstimmt.

Claims

Codemultiplex-Vielfachzugriff- („CDMA"-) Netz mit einer Vielzahl von sechs Sektoren aufweisenden Zellen, die jeweils zumindest eine Richtantenne aufweisen, die sich an einem Zellenstandort (CS) hiervon befindet, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der sechs Sektoren aufweisenden Zellen jede der zumindest einen Richtantenne hiervon derart ausgerichtet ist, dass eine Linie D, die eine Winkelhalbierende eines entsprechenden der Sektoren der sechs Sektoren aufweisenden Zellen ist, einen Winkel β mit einer Linie zwischen dem Zellenstandort der sechs Sektoren aufweisenden Zelle und dem Zellenstandort einer benachbarten einen der sechs Sektoren aufweisenden Zellen bildet, wobei der Winkel β aus einem Bereich von Winkeln ausgewählt ist, der aus 19,107° ± 3° besteht.
CDMA-Netz nach 1, bei dem der Zellenstandort zumindest sechs Richtantennen umfasst.
Codemultiplex-Vielfachzugriff- („CDMA"-) Netz mit einer Vielzahl von sechs Sektoren aufweisenden Zellen, die jeweils zumindest eine Richtantenne aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das CDMA-Netz durch Drehen jeder der Richtantennen um einen Betrag β bezogen auf eine entsprechende Antenne geschaffen wird, die zur Erzeugung einer parallelogrammförmigen CDMA-Netz-Zellularkonfiguration ausgerichtet ist, wobei jede Richtantenne in der gleichen Richtung gedreht wird und wobei β aus einem Bereich von Winkeln ausgewählt ist, der aus 19,107° ± 3° besteht.
CDMA-Netz nach Anspruch 3, bei dem die Drehung im Uhrzeigersinn ausgeführt wird.
CDMA-Netz nach Anspruch 3, bei dem die Drehung in einer Gegenuhrzeigerrichtung ausgeführt wird.
CDMA-Netz nach Anspruch 3, bei dem die zumindest eine bidirektionale Antenne zumindest sechs Richtantennen umfasst.
Codemultiplex-Vielfachzugriff- („CDMA"-) Netz mit einer Vielzahl von sechs Sektoren aufweisenden Zellen, die jeweils zumindest eine Richtantenne aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das CDMA-Netz durch Drehen jeder der Richtantennen um einen Betrag β bezogen auf eine entsprechende Antenne geschaffen wird, die zur Schaffung einer dreieckförmigen CDMA-Netz-Zellularkonfiguration ausgerichtet ist, wobei jede Richtantenne in der gleichen Richtung gedreht wird und wobei β aus einem Bereich von Winkeln ausgewählt ist, der aus 10,893° ± 3° besteht.
CDMA-Netz nach Anspruch 7, bei dem die Drehung im Uhrzeigersinn ausgeführt wird.
CDMA-Netz nach Anspruch 7, bei die Drehung im Gegenuhrzeigersinn ausgeführt wird.
CDMA-Netz nach Anspruch 7, bei dem die zumindest eine Richtantenne zumindest sechs Richtantennen umfasst.
Verfahren zur Schaffung eines Zellularkommunikationsnetzes mit zumindest einer Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass: zumindest sechs Richtantennen an jedem Zellenstandort (CS) bereitgestellt werden; jede der Richtantennen so ausgerichtet wird, dass eine Zellularkonfiguration des Zellularkommunikationsnetzes eine parallelogrammförmige Zellularkonfiguration ist; und jede Richtantenne an jedem Zellenstandort in einer Richtung um einen ersten vorgegebenen Betrag (β) gedreht wird; wobei der vorgegebene Betrag aus einem Bereich von Winkeln ausgewählt ist, der 19,017° ± 3° besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Richtung im Uhrzeigersinn verläuft.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Richtung im Gegenuhrzeigersinn verläuft.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Zellularkommunikationsnetz ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs- („CDMA"-) Netz ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem jede der zumindest einen Zellen sechs Sektoren umfasst.
Verfahren zur Schaffung eines Zellularkommunikationsnetzes mit zumindest einer Zelle, gekennzeichnet durch: Bereitstellen von zumindest sechs Richtantennen an jedem Zellenstandort (CS); Ausrichten jeder Richtantenne derart, dass eine Zellularkonfiguration des Zellularkommunikationsnetzes eine dreieckförmige Zellularkonfiguration ist; und Drehen jeder Richtantenne an jedem Zellenstandort in einer ersten Richtung um einen ersten vorgegebenen Betrag (β); worin der erste vorgegebene Betrag aus einem Bereich von Winkeln ausgewählt ist, die aus 10,893° ± 3° besteht.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die erste Richtung im Uhrzeigersinn verläuft.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die erste Richtung im Gegenuhrzeigersinn verläuft.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Zellularkommunikationsnetz ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs- („CDMA"-) Netz ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem jede genannte zumindest eine Zelle sechs Sektoren umfasst.