(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)179339 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (2 1) N um er zgłoszenia: 311407 (2 2) D ata zgłoszenia: 17.11.1995 (5 1) In tc l7: H04B 7/26 H04Q 7/36 (54) Sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej (30) Pierwszeństwo: 21.11.1994,IL,111722 (73) Uprawniony z patentu: ECI TELECOM LTD, Petach Tikva, IL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.05.1996 BUP 11/96 (72) Twórca wynalazku: Moshe Levin, Tel-Aviv, IL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2000 WUP 08/00 (74) Pełnomocnik: Kamiński Zbigniew, KANCELARIA PATENTOWA PL 179339 B1 (5 7 ) 1 Sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej, polegający na podziale określonego obszaru geograficznego na komórki, z których każda jest wyposażona w stację bazową umieszczoną w przybliżeniu w swym środku i przynajmniej w trzy anteny kierunkowe, z których każda komunikuje się przynajmniej z jedną jednostką komunikacyjną, również wyposażoną w antenę kierunkową, jak również na dalszym podziale komórek na promieniowe sektory, oraz przyporządkowaniu każdej antenie stacji bazowej przynajmniej jednego sektora komórki, a także na podzieleniu zakresu częstotliwości sieci na kilka grup częstotliwości dostępnych w każdej komórce, oraz przyporządkowaniu każdemu sektorowi komórki jednej grupy częstotliwości, znam ienny tym, że każdemu sektorowi każdej komórki sieci przyporządkowuje się przynajmniej jedną grupę częstotliwości w tym samym porządku kołowym, przy czym anteny kierunkowe stacji bazowych przyległych do siebie komórek, pracujące w tej samej grupie częstotliwości orientuje się w różnych kierunkach łączących je z antenami kierunkowymi jednostek komunikacyjnych znajdujących się w tych sektorach. FIG.2

Sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej, polegający na podziale określonego obszaru geograficznego na komórki, z których każda jest wyposażona w stację bazową umieszczoną w przybliżeniu w swym środku i przynajmniej w trzy anteny kierunkowe, z których każda komunikuje się przynajmniej z jedną jednostką komunikacyjną, również wyposażoną w antenę kierunkową, jak również na dalszym podziale komórek na promieniowe sektory, oraz przyporządkowaniu każdej antenie stacji bazowej przynajmniej jednego sektora komórki, a także na podzieleniu zakresu częstotliwości sieci na kilka grup częstotliwości dostępnych w każdej komórce, oraz przyporządkowaniu każdemu sektorowi komórki jednej grupy częstotliwości, znamienny tym, że każdemu sektorowi każdej komórki sieci przyporządkowuje się przynajmniej jedną grupę częstotliwości w tym samym porządku kołowym, przy czym anteny kierunkowe stacji bazowych przyległych do siebie komórek, pracujące w tej samej grupie częstotliwości orientuje się w różnych kierunkach łączących je z antenami kierunkowymi jednostek komunikacyjnych znajdujących się w tych sektorach. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że grupy częstotliwości przyporządkowuje się w tym samym porządku kołowym każdemu sektorowi każdej komórki sieci telekomunikacyjnej. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że z anten kierunkowych stacji bazowych transmituje się sygnały komunikacyjne w zakresie kąta działania większego niż kąt działania anten kierunkowych jednostek komunikacyjnych. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej, polegający na podziale określonego obszaru geograficznego na komórki, z których każda jest wyposażona w stację bazową umieszczoną w przybliżeniu w swym środku i przynajmniej w trzy anteny kierunkowe, z których każda komunikuje się przynajmniej z jedną jednostką komunikacyjną, również wyposażoną w antenę kierunkową, jak również na dalszym podziale komórek na promieniowe sektory, oraz przyporządkowaniu każdej antenie stacji bazowej przynajmniej jednego sektora komórki, a także na podzieleniu zakresu częstotliwości sieci na kilka grup częstotliwości dostępnych w każdej komórce, oraz przyporządkowaniu każdemu sektorowi komórki jednej grupy częstotliwości. Komórkowe sieci komunikacyjne, zwłaszcza komórkowe sieci telefoniczne, są aktualnie szeroko wykorzystywane w miejsce przewodowych sieci komunikacyjnych, łączących abonentów z centralą telefoniczną. Niedogodnością połączeń przewodowych jest kosztowność i czasochłonność instalacji takiej sieci, zwłaszcza w obszarach zurbanizowanych. Jednym z istotnych zagadnień każdej sieci komunikacyjnej jest możliwość zwiększenia liczby użytkowników obsługiwanych przez daną sieć w zakresie przydzielonych tej sieci częstotliwości. W tym celu opracowano sposoby wykorzystywania tych samych pasm częstotliwości w zakresie przydzielonych sieci częstotliwości. Komórkowe sieci komunikacyjne pokrywają swym zasięgiem określony obszar, który jest podzielony na podobszary zwane komórkami. W środku każdej komórki znajduje się stacja bazowa pełniąca funkcję stacji odbiorczo-nadawczej, która jest wyposażona przynajmniej w jedną antenę o charakterystyce kołowej, względnie kierunkowej, za pomocą której komunikuje się z dowolną jednostką komunikacyjną znajdującą się obszarze tej komórki. Podział geograficzny obszaru na komórki ma na celu zwiększenie wykorzystania

179 339 3 przydzielonego sieci zakresu częstotliwości, przez wielokrotne wykorzystanie tych samych pasm częstotliwości w różnych komórkach, co zapobiega zakłóceniom interferencyjnym na tych samych pasmach częstotliwości. Do zminimalizowania zakłóceń interferencyjnych konieczne jest stosowanie siedmiu różnych pasm częstotliwościowych w przypadku stosowania anten o charakterystyce kołowej (to znaczy anten dookólnych). W takiej sieci, zakłócenia sygnałów nośnych pochodzą z komórek, którym przyporządkowane są te same pasma częstotliwościowe. Największe zakłócenia danego pasma pochodzą zatem aż z sześciu oddalonych nieznacznie komórek wykorzystujących to samo pasmo. W celu zmniejszenia liczby wykorzystywanych pasm, w innych znanych komórkowych sieciach komunikacyjnych stosowane są anteny kierunkowe. W tym rozwiązaniu, w każdej komórce wykorzystywane są trzy anteny kierunkowe, z których każda pracuje na innym paśmie częstotliwościowym. Anteny różnych komórek zorientowane w tym samym kierunku pracują w tym samym paśmie częstotliwości, a główne zakłócenia pochodzą tylko z dwóch sąsiednich komórek, natomiast mniejsze - z bardziej odległych. Dzięki zastosowaniu anten kierunkowych uzyskano znacznie korzystniejszy stosunek natężenia sygnału nośnego do natężenia szumu interferencyjnego. W polskim opisie patentowym nr PL 172366 przedstawiony jest sposób dynamicznego przełączania stacji radiowych w cyfrowym radiowym systemie dalekiego zasięgu. Sposób polega na przełączaniu funkcji stacji peryferyjnej na funkcję stacji centralnej i na odwrót, przy czym do komunikacji między stacją centralną, a stacjami peryferyjnymi stosuje się sygnały radiowe z wielodostępem z podziałem czasu o strukturze ramki mającej przynajmniej dwie szczeliny czasowe. Sygnały radiowe od stacji peryferyjnych do stacji centralnej nadaje się za pomocą kierunkowego układu antenowego o ukierunkowaniu sterowanym w czasie. Układ anten kierunkowych może mieć postać układu anten fazowych. Możliwe jest również zastosowanie jednej lub kilku oddzielnych anten kierunkowych, które są zorientowane w stronę różnych stacji centralnych na stałe, lub nakierowywane elektrycznie. W tym rozwiązaniu sposobu rozwiązano zagadnienie organizowania łączności i transmisji informacji między stacjami centralnymi a peryferyjnymi. W niemieckim opisie patentowym nr DE 3528974 przedstawiona jest komórkowa sieć telefonii radiowej, obejmująca obszar podzielony na dużą liczbę komórek w kształcie wielokąta. Komórki sieci są pogrupowane w zespoły komórek, którym są przyporządkowane stacjonarne centralne stacje nadawczo-odbiorcze. Każdej komórce z zespołu jest przydzielone inne pasmo częstotliwości, natomiast każdemu zespołowi komórek - te same pasma. Wewnątrz każdego zespołu komórek są utworzone przynajmniej dwie małe, graniczące ze sobą komórki z przyporządkowanymi im stacjami odbiorczo-nadawczymi małej mocy. Te małe komórki są tak rozmieszczone wewnątrz obszaru zespołu komórek, że odległości między ich stacjami małej mocy pracującymi w tym samym paśmie częstotliwości są największe z możliwych i jednakowe. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych A.P. nr US 4347626 znana jest radiowa sieć telefoniczna, która wyposażona jest w stację centralną i przynajmniej w dwie stacje przekaźnikowe, oraz w dużą liczbę podstacji. Wszystkie te stacje i podstacje są wyposażone w anteny i pracują w tym samym kanale radiowym. Każda podstacja inicjuje radiowe połączenie telefoniczne przez transmisję sygnału wywołania, który jest odbierany jednocześnie przez więcej niż jedną stację przekaźnikową. Następnie, po rozpoznaniu poprawności sygnału wywołania, stacje przekaźnikowe emitują w kierunku stacji centralnej odpowiedni sygnał identyfikacyjny charakterystyczny dla danej stacji przekaźnikowej. Stacja centralna po odebraniu pierwszego sygnału identyfikacyjnego jednej stacji przekaźnikowej transmituje selektywny sygnał wywołania do drugiej stacji przekaźnikowej, powodując tym samym jej przyłączenie się do sieci. Emitowany przez podstację sygnał wywołania ma częstotliwość około 2.6 khz i czas trwania około 500 ms. Opisana sieć radiokomunikacyjna służy do poprawy ustanowienia połączenia między podstacją, a siecią, a zwłaszcza do skrócenia czasu tego połączenia.

4 179 339 W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr US 4 398 063 przedstawiony jest radiowy system telefonii komórkowej, wyposażony w telekomunikacyjne stacje przełączające, z których każda kontroluje różny układ komórek wyposażonych w stacje przystosowane do komunikacji przynajmniej z jedną jednostką telefoniczną przemieszczającą się przez różne komórki systemu, za pomocą anten dookólnych, względnie anten kierunkowych. Stacje komórek są połączone ze stacjami przełączającymi za pomocą stałych łączy głosowych i komunikacyjnych. Również przyległe do siebie stacje przełączające są ze sobą połączone za pomocą łączy głosowych i komunikacyjnych. Jeżeli jednostka telefoniczna opuszcza obszar komórkowy kontrolowany przez jedną stację przełączającą, wtedy ta stacja określa nową komórkę do której zmierza ta jednostka, oraz nową stację przełączającą kontrolującą tę komórkę. Ponadto, stacja przełączająca którą opuszcza jednostka telefoniczna powoduje odłączenie od nowej stacji przełączającej pozostałe stacje przełączające. Dzięki zastosowaniu automatycznych stacji przełączających efektywniej wykorzystano zasoby łącz między centralami telefonicznymi, oraz zwiększono jakość transmitowanych sygnałów. Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0150399 znana jest cyfrowa radiowa komórkowa sieć komunikacyjna, w której nieruchome stacje nadawczo-odbiorcze wymieniają sygnały komunikacyjne z ruchomymi jednostkami nadawczo-odbiorczymi z wielodostępem ze zwielokrotnieniem czasu. Stacje nadawczo-odbiorcze są przy tym kontrolowane przez stacje główne, z których część jest połączona z siecią telefoniczną. Stacje nadawczoodbiorcze sieci są wyposażone w anteny kierunkowe, które kontrolują przyporządkowane im komórki sektor po sektorze. Kolejne sektory każdej komórki są kontrolowane jeden po drugim przez anteny kierunkowe w ściśle określonym bloku szczelin czasowych w taki sposób, że sektory o jednakowej orientacji wszystkich komórek sieci są synchronicznie kontrolowane w tym samym czasie. Każda komórka jest korzystnie podzielona na trzy sektory. To rozwiązanie może być stosowane wyłącznie do sieci z wielodostępem z podziałem czasu (TDMA-Time Division Multiple Access i wymaga precyzyjnego rozmieszczenia komórek w sieci. Ponadto, anteny sektorów różnych komórek, pracujące w tym samym paśmie częstotliwościowym nie mogą pracować jednocześnie. W europejskim opisie patentowym nr EP 0352787 opisany jest system transmisji danych o dużej szybkości, przystosowany do cyfrowej radiowej sieci komunikacyjnej, zainstalowanej zwłaszcza w budynku, gdzie możliwe są interferencje sygnałów propagujących się po różnych ścieżkach. System jest wyposażony przynajmniej w dwa terminale (mających na przykład postać radiotelefonu i węzła telefonicznego), które wymieniają między sobą dane w postaci sygnałów mających różne opóźnienia propagacji, a przekraczające znaczną część czasu trwania symboli danych. Jeden z terminali układu jest wyposażony w kilka anten kierunkowych kontrolujących wąskie sektory komórki, w połączony z tymi antenami odbiornik cyfrowych sygnałów radiowych, oraz w połączoną z odbiornikiem kontrolującą jednostkę logiczną, służącą do selekcji określonej ścieżki komunikacyjnych między drugim terminalem, a jedną z anten pierwszego terminalu. Odbiornik jest wyposażony w przełącznik zwielokrotnionego podziału czasu, służący do przełączania połączenia tego odbiornika z kolejnymi antenami kierunkowymi. Jednostka logiczna jest natomiast wyposażona w obwód detekcji interferencji, określający udział interferencji w każdej ścieżce komunikacyjnej, oraz w pamięć, wspomagającą ciągłe śledzenie ścieżek komunikacyjnej i wybór najmniej zakłóconej. Opisana sieć cyfrowa jest przystosowana do eliminacji zakłóceń interferencyjnych pochodzących od odbić wewnątrz budynku, a więc ma ograniczony zasięg i nie może być zastosowana w sieci dalekiego zasięgu, w której zakłócenia pochodzą z nakładania się fal propagujących się w tym samym kierunku, a nie od odbić. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych A.P. nr US 5 307 507 opisany jest układ antenowy stosowany w systemie komunikacji komórkowej. System sieci komórkowej jest wyposażony w stacje bazowe rozproszone na określonym obsługiwanym obszarze, który jest opisany za pomocą współrzędnych układu prostokątnego o osiach X, Y skierowanych

179 339 5 od wartości ujemnych do dodatnich. Obsługiwany obszar jest podzielony na regularne sześciokątne komórki, które są przyporządkowane stacjom bazowym. Kolejne stacje bazowe znajdują się w komórkach o współrzędnych (x, y) określonych przez liczby całkowite i, j odpowiednio wzdłuż osi x i y, oraz przez długość R boku komórki sześciokątnej. Te współrzędne (x, y) stacji bazowych są określone następująco: x=31/2ri (kiedy j jest liczbą parzystą), albo 31/2R(2i-1 )/2 (kiedy j jest liczbą nieparzystą), oraz y=3rj/2. Każda ze stacji bazowych jest wyposażona w układ sześciu anten kierunkowych pracujących na różnych kanałach częstotliwościowych, których maksima promieniowania przypadają na kierunki sektorów komórki, odchylone od dodatniego kierunku osi x o kąty wynoszące odpowiednio 0, 60, 120, 180, 240 i 300. Stacje bazowe są pogrupowane w zespoły zawierające kilka komórek. Jeżeli w każdym zespole znajdują się cztery komórki, wtedy każdemu z nich przyporządkowane są 24 kanały częstotliwościowe. Kolejnym antenom jednej stacji bazowej są przyporządkowane różn e kanały częstotliwościowe w taki sposób, że ten sam kanał częstotliwościowy jest przyporządkowany dwom, zorientowanym przeciwnie antenom dwóch stacji bazowych znajdujących się w dwóch sąsiednich zespołach. Zatem współrzędne położenia jednej z tych dwóch stacji bazowych wynoszą (3 1/2Rnk, 3Rj/2) gdzie j jest liczbą parzystą, natomiast drugiej (31/2R(2nk-1 )/2, 3Rj/2), gdzie j jest liczbą nieparzystą, natomiast n jest liczbą naturalną, zaś k liczbą całkowitą. Ściśle określone rozmieszczenie stacji bazowych z antenami kierunkowymi w obrębie sieci komórkowej ma na celu zminimalizowanie zakłóceń interferencyjnych anten pracujących na tym samym paśmie częstotliwościowym. Tę minimalizację osiągnięto przez zorientowanie pracujących na tym samym paśmie anten dwóch sąsiednich komórek w kierunkach przeciwnych, dzięki czemu główne zakłócenia pochodzą z komórek dalszych, a nie przyległych. Jednakże cel tego rozwiązania został osiągnięty przez zastosowanie aż sześciu anten kierunkowych zainstalowanych na każdej stacji bazowej, oraz przez podział zakresu częstotliwości na dużą liczbę pasm, wynoszącą nawet kilkadziesiąt, jak również przez precyzyjne rozmieszczenie stacji bazowych. W tym rozwiązaniu możliwe jest jednak, aby anteny kierunkowe sektorów dwóch sąsiednich komórek, i pracujące w tym samym paśmie, były zorientowane w tym samym kierunku, co może wnieść istotne zakłócenia interferencyjne. Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej, który wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas sposobów przydzielania częstotliwości sieci komunikacyjnej, i zapewni większy stosunek natężenia sygnału nośnego do natężenia szumów interferencyjnych, jak również zwiększy liczbę użytkowników przypadających na jednostkę powierzchni objętej zakresem działania sieci. Cel wynalazku zrealizowano w sposobie przydzielania częstotliwości układowi komórkowej sieci komunikacyjnej, który charakteryzuje się tym, że każdemu sektorowi każdej komórki sieci przyporządkowuje się przynajmniej jedną grupę częstotliwości w tym samym porządku kołowym, przy czym anteny kierunkowe stacji bazowych przyległych do siebie komórek, pracujące w tej samej grupie częstotliwości orientuje się w różnych kierunkach łączących je z antenami kierunkowymi jednostek komunikacyjnych znajdujących się w tych sektorach. Grupy częstotliwości przyporządkowuje się w tym samym porządku kołowym każdemu sektorowi każdej komórki korzystnie sieci telekomunikacyjnej. Z anten kierunkowych stacji bazowych transmituje się sygnały komunikacyjne w zakresie kąta działania korzystnie większego niż kąt działania anten kierunkowych jednostek komunikacyjnych. Zaletą sposobu przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej według wynalazku jest bardzo korzystny stosunek natężenia sygnału nośnego do natężenia szumów interferencyjnych, który uzyskano przy minimalnej liczbie zorientowanych odpowiednio anten kierunkowych zainstalowanych w każdej stacji bazowej.

6 179 339 Sposób przydzielania częstotliwości komórkowej sieci komunikacyjnej pozawala również na zwiększenie liczby użytkowników przypadających na jednostkę powierzchni objętej zakresem działania sieci. Uzyskano to przez możliwość wykorzystania większej liczby grup częstotliwości w określonym zakresie przy znacznym wyeliminowaniu zakłóceń interferencyjnych, jak również przez zastosowanie różnych kątów działania anten kierunkowych stacji bazowych i jednostek komunikacyjnych. Komórkową sieć komunikacyjną według wynalazku objaśniono w oparciu o przykład wykonania przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1A przedstawia schemat znanej komórkowej sieci komunikacyjnej, której każda komórka jest wyposażona w antenę o kołowej charakterystyce emisyjnej, fig.1b - schemat innej znanej komórkowej sieci komunikacyjnej, której, każda komórka jest wyposażona w anteny kierunkowe, fig. 2 - schemat komórkowej sieci komunikacyjnej według wynalazku z przydzielonymi jej częstotliwościami, fig. 3 - schemat sieci według fig. 2, przedstawiający zasadę jej działania, fig. 4 - schemat komunikacji stacji bazowej jednej komórki z przewodową siecią telefoniczną, a fig.5 - schemat komunikacji stacji bazowej jednej komórki z telefonem komórkowym. Przedstawiona na fig.1a znana komórkowa sieć komunikacyjna 10 pokrywa swym zasięgiem znaczny obszar 12, który jest podzielony na podobszary zwane komórkami 14,16,18, 20, 22, 24, 26. W środku każdej komórki znajduje się stacja bazowa (na przykład stacja bazowa 16 komórki 14) pełniąca funkcję stacji odbiorczo-nadawczej, która jest wyposażona przynajmniej w jedną antenę o charakterystyce kołowej, za pomocą której komunikuje się z dowolną stacją telefoniczną, lub stacją lokalną znajdującą się w obszarze danej komórki. Podział obszaru 12 na komórki ma na celu zwiększenie wykorzystania przydzielonego sieci zakresu częstotliwości, przez wielokrotne wykorzystanie tych samych pasm częstotliwości z danego zakresu. Każde dwie, sąsiadujące ze sobą komórki, na przykład komórki 18 i 20, oraz 22 i 24, wykorzystują różne pasma z przydzielonego sieci zakresu częstotliwości. Szerokość pasma częstotliwości wynosi typowo około 1 MHz. Aby każde sąsiadujące ze sobą komórki miały inne pasmo częstotliwości, każda komórka musi pracować na jednym z siedmiu pasm F1, F2, F3, F4, F5, F6, albo F7 znajdujących się w zakresie przydzielonych częstotliwości. Liczba różnych pasm częstotliwości koniecznych do pokrycia określonego obszaru działania sieci określona jest współczynnikiem ponownego wykorzystania N, który zależy między innymi od właściwości anteny stacji bazowej, minimalizującej zakłócenia interferencyjne sygnałów wywołanych przez użytkowników sieci pracujących w tym samym paśmie częstotliwości, ale w innych komórkach. Zakres minimalizacji interferencji sygnałów nośnych anteny jest funkcją odległości między jednostką komunikacyjną użytkownika, a daną anteną sygnału nośnego. W sieci 10 komórkowej według fig. 1A, której współczynnik ponownego wykorzystania wynosi siedem, interferencja sygnału nośnego anteny w każdej komórce może pochodzić z sześciu najbliższych komórek pracujących na tym samym paśmie częstotliwości. Na przykład, interferencja sygnału nośnego anteny komórki 24 pracującej w paśmie F1 może pochodzić z komórki 28, również pracującej w tym samym paśmie F1. Współczynnik ponownego wykorzystania zależy również od stosunku natężenia sygnału nośnego anteny do natężenia zakłóceń (szumu interferencji) C/I. We współczesnych sieciach komunikacyjnych zaleca się, aby stosunek C/I znajdował się w zakresie od 7dB do 15dB, korzystnie powyżej 15dB, co znacznie minimalizuje szum interferencyjny. Dlatego też, w przypadku stosowania w sieci anten o charakterystyce kołowej (fig.1 A), uzyskanie stosunku C/I powyżej wartości 15dB wymaga stosowania siedmiu pasm częstotliwości (N=7), dając w efekcie stosunek C/I równy 18,6 db. Jednym ze sposobów zmniejszenia współczynnika ponownego wykorzystania, w celu zmniejszenia zakresu częstotliwości, jest stosowanie w każdej komórce anten kierunkowych. Przykład innej znanej sieci komórkowej 50, wykorzystującej anteny kierunkowe, jest przedstawiony na fig.1 B.

179 339 7 Każda komórka sieci 50 jest wyposażona w trzy anteny kierunkowe, z których każda pracuje w innym paśmie częstotliwości F1, F2 i F3. Cechą tej sieci 50 jest to, że anteny ustawione w tym samym kierunku pracują w tym samym paśmie częstotliwości. Na przykład, anteny kierunkowe 52, 56 i 60 pracujące w tym samym paśmie F3 są ustawione w tym samym kierunku i pokrywają tak samo zorientowane sektory 64, 66 i 68 komórek 54, 58 i 62 (to znaczy obszary górnej prawej części każdej komórki). Dzięki takiej konfiguracji sieci komórkowej uzyskano korzystniejszy stosunek C/I niż w przypadku stosowania anten o charakterystyce kołowej, gdyż główne zakłócenia interferencyjne dowolnej anteny pochodzą z dwóch sąsiednich komórek, a nie z sześciu jak na fig.1 A. Należy zaznaczyć, że zakłócenia interferencyjne dowolnej anteny w sieci 50 pochodzą nie tylko z dwóch najbliższych komórek, ale również z komórek bardziej odległych. Na przykład, zakłócenia interferencyjne sygnałów nośnych anteny komórki 54 pracującej w paśmie F3, pochodzą głównie z jednostek komunikacyjnych znajdujących się w komórkach 58 i 62, oraz w mniejszym stopniu z jednostek komunikacyjnych znajdujących się w dalszych komórkach. Wynika to z faktu, że wszystkie anteny opisywanych komórek 54, 58, 62, pracujące w tym samym paśmie F3, są ustawione w tych samych kierunkach. Stosunek C/I dla sieci komunikacyjnej 50 wynosi 19,1 db. Jeżeli współczynnik ponownego wykorzystania dla tej sieci wynosi 7, to jest wykorzystującej 27 pasm częstotliwości (to znaczy w każdej komórce wykorzystuje się po trzy pasma ze współczynnikiem ponownego wykorzystania równym siedem), wtedy stosunek C/I wyniesie 23,4dB. Przedstawiona na fig.2 komórkowa sieć komunikacyjna 100 według wynalazku obejmuje swym zasięgiem określony obszar 102, podzielony na dużą, dowolną liczbę komórek 104,106 i 108 (na fig 2 przedstawiono tylko dwadzieścia takich komórek). Siecią komunikacyjną 100 może być dowolna sieć komunikacyjna, na przykład sieć z wielodostępem z podziałem czasu (TDMA), której wszystkie stacje bazowe są ze sobą zsynchronizowane w celu zminimalizowania zakłóceń interferencyjnych. Praca z podziałem czasowym (zwielokrotnianie czasowe) jest standardowym sposobem przesyłania kilku sygnałów przez jeden układ transmisyjny na zasadzie przydzielania poszczególnym sygnałom różnych odcinków czasu. Każda z komórek 104,106 i 108 jest wyposażona w stację bazową 114, 116 i 118 umieszczoną w przybliżeniu w swym środku, natomiast każda z tych stacji jest wyposażona w trzy anteny kierunkowe, z których każda jest zorientowana w innym kierunku, w stronę różnych jednostek komunikacyjnych. Kąt działania każdej z trzech anten kierunkowych jednej stacji bazowej (na przykład stacji 114) wynosi 120, obejmując tym samym trzy różne sektory każdej komórki, na przykład sektory 120, 122 i 124 komórki 104. Każda antena jednej stacji bazowej pracuje korzystnie w innej grupie (paśmie) z zakresu przydzielonego tej sieci częstotliwości. Tak więc trzy anteny każdej stacji bazowej pracują w trzech różnych grupach częstotliwości F 1, F2 i F3, pokrywających odpowiednio trzy różne sektory każdej komórki sieci. W ogólności, każda stacja bazowa sieci 100 może być wyposażona w różną od trzech liczbę anten kierunkowych, z których każda pokrywa określony sektor komórki, a suma kątów ich działania winna być równa kątowi pełnemu (360 ). Istotną cechą sieci według wynalazku jest to, że kierunki ustawienia anten pracujących w tej samej grupie częstotliwości przynajmniej w dwu sąsiadujących ze sobą komórek, są różne. Tak więc sektory przyległych do siebie komórek pokrywanych przez anteny pracujące w tej samej grupie częstotliwości, są zorientowane w innych kierunkach w stronę różnych anten kierunkowych jednostek komunikacyjnych znajdujących się w tych sektorach, a nie w tych samych kierunkach jak w przypadku znanej sieci 50 według fig. 1B. Na przykład, sektor 124 komórki 104 pokryty przez grupę częstotliwości F3 znajduje się powyżej stacji bazowej 114, natomiast sektor 126 sąsiedniej komórki 106 pokryty przez tę samą grupę częstotliwości F3 - z lewej strony stacji bazowej 116. Kolejnym sektorom każdej z komórek 104, 106, 108 są przyporządkowane anteny kierunkowe pracujące w różnych

8 179 339 grupach częstotliwości F1 i F2 i F3 z przydzielonego sieci zakresu częstotliwości w tym samym porządku kołowym w tej samej kolejności, odpowiadającej ruchowi obrotowemu w tym samym kierunku. Jest przy tym oczywiste, że chociaż kierunki działania anten pracujących w tej samej grupie w dwu sąsiednich komórkach są różne, to kierunki działania anten komórek odległych od siebie, a pracujących w tej samej grupie częstotliwości, mogą być takie same. Działanie sieci według fig. 2 jest zilustrowane na fig. 3. Dla uproszczenia opisano komunikację między kilkoma komórkami sieci 100, w których znajdują się jednostki komunikacyjne komunikujące się z jedną z anten kierunkowych każdej stacji bazowej, z wykorzystaniem grupy częstotliwości F3. Jednostka komunikacyjna 212 znajdująca się w komórce 104 komunikuje się z anteną kierunkową pokrywająca sektor 124, jednostka komunikacyjna 214 komórki 204 - z anteną kierunkową pokrywającą sektor 224, natomiast jednostka komunikacyjna 216 komórki 206 - z anteną kierunkową pokrywającą sektor 236. Oczywiście każda antena kierunkowa każdej stacji bazowej może komunikować się z wieloma jednostkami komunikacyjnymi znajdującymi się w obszarze jej działania. Szczególną cechą sieci komunikacyjnej według wynalazku jest to, że zakłócenia interferencyjne dochodzące do dowolnej anteny danej komórki nie pochodzą z sąsiednich komórek, lecz z dalszych. Na przykład, zakłócenia interferencyjne docierające do anteny kierunkowej komórki 104 pracującej w grupie częstotliwości F3 i zorientowanej w kierunku 232, pochodzą wyłącznie z sektorów komórek zorientowanych w tym samym kierunku, to jest z anteny komórki 204, również pracującej w grupie częstotliwości F3 i zorientowanej w kierunku 234. Taki układ ponownego wykorzystania pasma częstotliwości przeciwdziała zakłóceniom interferencyjnym między użytkownikami, komunikującymi się za pomocą anten kierunkowych w dwóch sąsiednich komórkach, pracujących w tej samej grupie częstotliwości. Na przykład, jednostka komunikacyjna 216 komórki 206 i jednostka komunikacyjna 242 komórki 106 są zorientowane zgodnie z kierunkami 236 i 246 anten kierunkowych tych komórek, przez co nie wywołują zakłóceń interferencyjnych anten kierunkowych komórek 104 i 204, pracujących w tej samej grupie częstotliwości F3. Dzięki przyporządkowaniu grup częstotliwości kolejnym sektorom każdej komórki według schematu opisanego powyżej i zastosowaniu odpowiednio zorientowanych anten kierunkowych uzyskano nieoczekiwaną poprawę stosunku natężeń sygnał/szum C/I. Na przykład, dla sieci 100 według wynalazku uzyskano stosunek C/I równy aż 28,6dB, co jest wartością znacznie większą w porównaniu z wartością 16,1 db dla podobnej znanej sieci 50 według fig. 1B. W przypadku zastosowania w sieci 100 dwudziestu jeden grup częstotliwości, z których każde trzy grupy są ekwiwalentne pod względem szerokości jednej z siedmiu grup częstotliwości F 1 - F7 znanej sieci 10 według fig. 1A, możliwe jest przyłączenie znacznie większej liczby użytkowników sieci przypadających na jednostkę powierzchni. Na fig. 4 przedstawiona jest komunikacja w obrębie jednej komórki sieci 100 według wynalazku. Komórka 300 sieci 100 jest wyposażona w stację bazową 302 i w trzy anteny kierunkowe 304, 306 i 308, każda o kącie działania a równym 120. Komórka 300 obejmuje ponadto wiele stacji lokalnych 310 (z których tylko jedna jest uwidoczniona na rysunku), połączonych z jednej strony z końcówkami abonenckimi, stanowiącymi na przykład aparaty telefoniczne 312, 314 i 316, z drugiej zaś - z lokalnymi antenami kierunkowymi, z których każda jest skierowana w kierunku jednej anteny kierunkowej stacji bazowej (na przykład, lokalna antena kierunkowa 318 stacji lokalnej 310 jest skierowana w kierunku anteny kierunkowej 308 stacji bazowej 302). Stacja lokalna 310 z aparatami telefonicznymi 312, 314 i 316 pracuje w konwencjonalnej przewodowej sieci telefonicznej, natomiast stacja bazowa 302 - w sieci komórkowej. W celu zminimalizowania zakłóceń interferencyjnych lokalnej anteny kierunkowej 318 z innymi lokalnymi antenami kierunkowymi, jej kąt działania β jest mniejszy od 120, i znajduje się korzystnie w zakresie od 30 do 60. Zastosowanie anteny kierunkowej

179 339 9 w charakterze lokalnej anteny kierunkowej 318 umożliwia zwiększenie jej zasięgu, a więc możliwe jest zwiększenie liczby komórek pokrywających większy obszar działania komórkowej sieci komunikacyjnej. Na fig. 5 przedstawiona jest komunikacja miedzy jedną komórką sieci, a telefonem komórkowym w poruszającym się pojeździe. Komórka 400 sieci jest wyposażona w stację bazową 402, oraz w trzy anteny kierunkowe 404, 406 i 408, współpracujące z telefonami komórkowymi zainstalowanymi w pojazdach samochodowych (na rysunku przedstawiony jest jeden poruszający się pojazd 410, wyposażony w telefon komórkowy i w antenę 412). Antena 412 jest przymocowana do pojazdu 410 za pomocą odpowiedniego mechanizmu obrotowego, korzystnie żyroskopowego, co zapewnia tej antenie ustalenie odpowiedniej orientacji, zawsze w kierunku anteny stacji bazowej 402 niezależnie od położenia pojazdu 410. Jeżeli pojazd 410 zmienia swe położenie zgodnie z kierunkiem 414, wtedy jego obrotowa antena 412 również zmienia swą orientację, aby być przez cały czas skierowaną w kierunku anteny 408 stacji bazowej 402. Opisana powyżej komórkowa sieć komunikacyjna według wynalazku może być odpowiednio zmodyfikowana. Na przykład, każdej stacji bazowej może być przydzielonych sześć anten kierunkowych, natomiast w zakresie przydzielonych sieci 100 częstotliwości może być wykorzystany dowolny współczynnik ponownego wykorzystania pasma. Struktura sieci komunikacyjnej według wynalazku może być ponadto wykorzystana do dowolnego rodzaju komunikacji w zakresie sieci komórkowej, na przykład w sieci telekomunikacyjnej, lub telefonicznej.

179 339 FIG. 1A PRIOR ART FIG. 1B PRIOR ART FIG.2

179 339 FIG.3

179 339 FIG.4 FIG.5 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.