Interferenz und Koexistenz in zellularen Netzen

Interference and coexistence in cellular nets

  • Der Trend zur Verfügbarkeit mehrerer Mobilfunknetze im gleichen Versorgungsgebiet nicht nur unterschiedlicher Operatoren, sondern auch unterschiedlicher Mobilfunkstandards in möglicherweise unterschiedlichen Hierarchieebenen führt zu einer Vielzahl von Koexistenzszenarien, in denen Intersystem- und Interoperator-MAI die einzelnen Mobilfunknetze beeinträchtigen können. In der vorliegenden Arbeit wird ein systematischer Zugang zur Koexistenzproblematik durch die Klassifizierung der MAI erarbeitet. Eine MAI-Art kann dabei mehreren MAI-Klassen angehören. Durch die Einteilung in Klassen wird angestrebt, zum einen die eine MAI-Art beeinflussenden Effekte anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen besser verstehen zu können. Zum anderen dient die Einteilung der MAI in Klassen zum Abschätzen der Gefährlichkeit einer MAI-Art, über die sich Aussagen machen lassen anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen. Der Begriff Gefährlichkeit einer MAI-Art schließt neben der mittleren Leistung auch weitere Eigenschaften wie Varianz oder Ursache der MAI ein. Einfache Schlimmstfall-Abschätzungen, wie sie in der Literatur gebräuchlich sind, können leicht zu Fehleinschätzungen der Gefährlichkeit einer MAI-Art führen. Durch die Kenntnis der zugehörigen MAI-Klassen einer MAI-Art wird die Gefahr solcher Fehleinschätzungen erkennbar. Neben den Schlimmstfall-Abschätzungen unter Berücksichtigung der MAI-Klassen werden in der vorliegenden Arbeit auch Simulationen durchgeführt, anhand derer die Abschätzungen verifiziert werden. Dazu werden Werkzeuge in Form von mathematischen Modellen zum Berechnen der Leistung der verschiedenen MAI-Arten unter Einbeziehen der verschiedenen betrachteten Verfahren zum Mindern von MAI erarbeitet. Dabei wird auch ein Konzept zum Vermindern der erforderlichen Rechenleistung vorgestellt. Anhand der Untersuchung der Koexistenz der beispielhaften Mobilfunksysteme WCDMA und TD-CDMA wird gezeigt, daß sich das Auftreten extrem hoher Intersystem- bzw. Interoperator-MAI durch geeignete Wahl der Systemparameter wie Zellradien und Antennenhöhen, sowie durch Verfahren zum Mindern von MAI wie effizienten Leistungsregelungsverfahren und dynamische Kanalzuweisung meist vermeiden läßt. Es ist jedoch essentiell, daß die Koexistenzproblematik bereits in der Phase der Funknetzplanung adäquat berücksichtigt wird. Dabei ist eine Kooperation der beteiligten Operatoren meist nicht notwendig, lediglich besonders kritische Fälle wie Kollokation von BSen verschiedener TDD-Mobilfunknetze z.B. nach dem 3G-Teilstandard TD-CDMA müssen von den Operatoren einvernehmlich vermieden werden. Da bei der Koexistenz von Mobilfunknetzen in Makrozellen aufgrund ihres hohen Zellradius besonders hohe Interoperator-MAI für den Fall der Gleichstrecken-MAI auftreten kann, wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Konzept zum Vermindern dieser MAI basierend auf Antennentechniken vorgestellt. Das Konzept zeigt ein vielverspechendes Potential zum Mindern der Interoperator-MAI.
  • In the future more and more mobile radio networks will be active in the same geographic domain. These networks will be operated by different operators; they may rely on different standards and work on different hierarchical levels. Such situations result in a large number of different coexistence scenarios, in which the individual mobile radio networks may be hampered by intersystem and interoperator MAI. In this thesis a systematic access to the issue of coexistence is elaborated by resorting to a classification of MAI. It is shown that a certain type of MAI may belong to different MAI classes. By introducing MAI classes we follow the goal to better understand the effects constituting the different types of MAI. Said classification can also serve to assess the criticality of the different MAI types. The conception criticality of an MAI type relies for instance on the average MAI power, its variance and its origin. In literature, simple worst case MAI assessments are usual. Unfortunately, such assessments may lead to totally improper results concerning the criticality of an MAI type. By taking into account to which MAI class an MAI type of interest belongs, the risk of such mistakes can be reduced. In addition to worst case MAI assessments, simulation results are presented in the thesis with a view to verify these assessments. As a prerequisite for such simulations, simulation tools in the form of mathematical models are elaborated, which allow the calculation of the power of the different MAI types under inclusion of different approaches to reducing MAI. Basically, the simulations require a large computational effort. In oder to reduce this effort, a concept to enhance the computational efficiency is presented in the thesis. As an example of the MAI investigations performed by the author, the coexistence of mobile radio networks following the 3G standards WCDMA and TD-CDMA is investigated. This investigation shows that extremely high intersystem and interoperator MAI can be avoided by a suitable choice of system parameters as for instance the cell radius and the antenna height above ground level, and by specific MAI combatting schemes like efficient power control and dynamic channel allocation. However, it is essential that the coexistence issue is already taken into account in the phase of radio network planning. The author found that, when performing this planning, a cooperation between the different operators of the scenario is not required with the exception of some very critical cases. As an example of such a critical case which should be avoided, we mention the collocation of BSs of different TDD-networks using the 3G standard TD-CDMA. In the case of mobile radio networks coexisting in macro cells, due to the large cell radii, very high interoperator MAI may occur between same direction radio links. To mitigate this critical MAI problem, a novel MAI reduction scheme based on antenna pattern design is proposed in the thesis. It is shown that this scheme has a high potential to mitigate interoperator MAI in said situations.

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Metadaten
Author:Stefan Heilmann
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-18678
ISBN:3-936890-4-82-X
Advisor:Paul Walter Baier
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2005
Year of Publication:2005
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2005/07/22
Tag:Interferenzklassifizierung; Nachbarkanalinterferenz
classification of interference; coexistence; mobile radio; other-channel interference
GND-Keyword:Funkdienst; Interferenz; Koexistenz; Mobilfunk; Zellulares Mobilfunksystem
Source:Forschungsberichte Mobilkommunikation; Bd. 20
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $