DE19580718C2 - Übergabeverfahren in einem zellularen Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übergabeverfahren in einem zellularen Kommunikationssystem, wie dieses für Mobiltelefone benutzt wird.

Zellulare Kommunikationssysteme sind bekannt. Da die Teilnehmerdurchdringung in analogen zellularen Systemen fortwährend ansteigt, besteht ein Bedürfnis nach einer höheren Kapazität. Eine Zellteilung, um die Zellabdeckung zu vermindern, während die Wiedernutzung von Radiokanälen erhöht wird, gestattet es pro Flächeneinheit mehr Teilnehmer zu bedienen. Wenn Zellen in ihrer Größe auf den Mikrozellbereich reduziert werden (das heißt auf einen Zellradius von 100-500 Meter), so wird die Fähigkeit des Übergangs von einer Zelle auf eine andere Zelle kompliziert durch die Fähigkeit des Systems die Notwendigkeit des Übergebens rechtzeitig zu erkennen und zu bestimmten, wohin übergeben werden soll. Um unnötige Rufausfälle, verursacht durch die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs oder den Straßeneckeneffekt zu vermeiden, muß die Übergabeerkennung und die Ausführung innerhalb von 2-3 Sekunden erfolgen. Aktuelle analoge Systeme erfordern bis zu 8-10 Sekunden (oder länger), um die Notwendigkeit einer Übergabe zu erkennen, ein passendes Ziel mit Stärkenmessungsanforderungen (HOMRs) zu finden und dann die Übergabe auszuführen.

Ein Verfahren dem entgegenzuwirken wurde zellenassistierte Übergabe (CAHO) genannt, das aus der US 5,203,010 A bekannt ist. Das CAHO-Verfahren wird ausgelöst, wenn der Quellenzellabtastempfänger erkennt, daß das Aufbausignal unter einen Schwellenwert gefallen ist. Ein HOMR wird zusammen mit dem gemessenen Signalpegel und einem vorhergesagten Signalpegel zu den Nachbarzellen gesandt. Die Nachbarzelle(n) messen dann den mobilen Signalpegel und antworten, wenn er annehmbar ist. Wenn er nicht annehmbar ist, werden die Nachbarzellen dieses Fahrzeug während eines festgelegten Zeitfensters abtasten, um zu sehen, ob das gemessene Signal im Hinblick auf den vorhergesagten Signalpegel annehmbar wird. Wenn dies der Fall ist, antwortet die Zielzelle der Quelle, indem sie anzeigt, daß sie nun bereit ist, die Übergabe zu akzeptieren. Dann wird eine letzte Signalpegelmessung durch die Quellzelle durchgeführt, um zu gewährleisten, daß die Zielsignalpegelmessung noch besser ist als die Quellsignalpegelmessung. Da dieses Verfahren zu einer Reduzierung der HOMRs führt, die nicht sofort Erfolg haben, verbessert es die gesamte Reaktionszeit für das Erkennen und die Durchführung einer Übergabe nicht.

Ein anderes Problem kann auftreten, wenn ein beweglicher Körper Signalisierkanäle in seiner Leerlaufmodusabtastung abtastet und auf eine Zelle einrastet, die sich in einer sehr großen Distanz vom Fahrzeug befindet. Das kann auftreten, wenn sich das Fahrzeug in einer erhobenen Position relativ zum umgebenden Gebiet befindet, und somit eine Ausbreitungslinie mit dem entfernten Ort verursacht wird. Wenn ein Ruf eingerichtet wird, und das Fahrzeug sich von dieser erhobenen Position wegbewegt, wird der Ruf typischerweise unterbrochen, da die Nachbarzellen das Fahrzeug nicht lokalisieren können. Wenn das Fahrzeug in der erhobenen Position verbleibt, kann es für die erneuten Nutzer der Frequenz einen wesentlichen Störer darstellen.

Aus der DE 195 10 256 A1 ist ein Übergabeverfahren in einer multizellularen Umgebung bekannt, bei dem im Mobilfunkgerät die Empfangssignalparameter der bedienenden Zelle und der ihr benachbarten Zellen gemessen und mit einem Schwellenwert verglichen werden. Falls die Empfangssignalparameter eine vorgegebene Zeit über dem Schwellenwert liegen, löst das Mobilfunkgerät das Übergabeverfahren in eine andere Zelle aus.

Aus der US 51 75 867 A ist ein Übergabeverfahren in einer multizellularen Umgebung bekannt, bei dem die der bedienenden Zelle benachbarten Zellen die Empfangssignalparameter des Mobilfunkgerätes messen und mit einem Schwellenwert vergleichen. Falls in einer Zelle der Empfangssignalparameter größer als der Schwellenwert ist, wird das Übergabeverfahren durch diese benachbarte Zelle ausgelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Übergabeverfahren so zu optimieren, daß immer dann eine Übergabe schnell und sicher stattfindet, wenn diese aufgrund einer besseren Übertragungsqualität zwischen einem Mobilfunkgerät und einer gegenüber der jeweils bedienenden Zelle anderen Zelle möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine idealisierte geographische Anordnung eines zellularen Funktelefonsystems;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bedienenden Mikrozelle und einer benachbarten Mikrozelle gemäß der Erfindung;

Fig. 3A bis 3C zeigen zusammen das Übergabeverfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein mikrozellulares System 10 mit einer Vielzahl von Mikrozellen gezeigt, die allgemein mit 12 bezeichnet sind und die beispielsweise auf Lichtmasten befestigt sind. In Fig. 2 sind eine bedienende Mikrozelle und eine be­ nachbarte Mikrozelle mit gleichen Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Elemente gezeigt. Jede Mikrozelle 12 enthält einen Signalisierkanal 14, einen Abtastempfänger 16 und bis zu zehn Verkehrskanäle 18. Jede Mikrozelle umfaßt ferner einen Prozessor und einen Speicher 22. In der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist jede der Mikrozellen mit beispielsweise einer Kommunikationsverbindung 24 verbunden. Es sei angemerkt, daß jedes geeignete Signalisierprotokoll verwendet werden kann, um die Mikrozellen 12 zu verbinden. Beispielsweise kann jede Mikrozelle 12 mit den anderen Mikrozelten 12 durch eine Kommunikationsverbindung 24 verbunden sein, die ein LAPD Protokoll unterstützt. Nach Aktivierung des mikrozellularen Systems 10 wird jede Mikrozelle 12 mit einer Liste von Verkehrskanalfrequenzen benachbarter Mikrozellen initialisiert, wobei der Farbkode verwendet wird, um jede der Verkehrskanalfrequenzen dieser Nachbarzellen zu identifizieren, genauso wie eine Adresse der Mikrozelle, die die Verkehrskanalfrequenz und den damit verbundenen Farbkode bedient. Die Adresse wird verwendet, beispielsweise für LAPD-Kommunikationen mit den Quellenmikrozellen über mindestens eine der Kommunikationsverbindungen 24. Die Information, die übermittelt wird, hängt ab von der Verwendung der Verkehrskanäle in den benachbarten Mikrozellen 12 und wird nachfolgend beschrieben.

Die folgende Beschreibung erfolgt mit den Begriffen eines analogen, zellularen Systems, wobei es jedoch für einen Fachmann klar ist, daß sie in gleicher Weise auf Zeitschlitze, wie in einem TDMA-System oder kodierte Signale, wie in CDMA- Systemen anwendbar ist. Im Gegensatz zu traditionellen analogen Systemen empfängt der Abtastempfänger der nicht bedienenden Mikrozelle (Nachbar) keine HOMRs (Anforderungen für Signalstärkenmessungen) von der bedienenden Mikrozelle. Stattdessen werden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B die benachbarten Abtastempfänger initialisiert, um kontinuierlich ein Kanalmaß einer Liste von Verkehrskanälen, die in der bedienenden Mikrozelle vorhanden sind, in periodischen Raten (beispielsweise ein Mal pro Sekunde) zu überwachen, un­ abhängig davon, ob sie in Benutzung sind oder nicht (100). Wenn ein Verkehrskanal in einer bedienenden Mikrozelle benutzt wird, beginnt der benachbarte Abtastempfänger signifikante Änderungen des Kanalmaßes zu messen. Wenn das Kanalmaß über einen festgelegten Schwellenwert 102 und 104 steigt, überprüft der benachbarte Abtastempfänger, ob der Farbkode zur gemessenen Frequenz 106 paßt, und wenn er paßt, beginnt die benachbarte Mikrozelle Messungen (mit der periodischen Meßrate) an die bedienende Mikrozelle 108 zu übertragen. Es sollte klar sein, daß Kanalmaße die empfangene Kanalstärke (RSSI), Träger zu Interferenz und Rauschen und der­ gleichen umfaßt.

Die bedienende Mikrozelle erwartet normalerweise Kanalmaßmessungen zu empfangen, die sich auf aktive Verkehrskanäle 120 beziehen. Wenn sie das erste Kanalmaß von der benachbarten Mikrozellen 122 empfängt, tritt die bedienende Mikrozelle in einen Modus, in dem sie auf den periodischen Empfang von Kanalmaßen von der Nachbarmikrozelle n wartet. Die bedienende Mikrozelle mißt die Kanalmaße für ihre aktiven Verkehrskanäle 124. Die bedienende Mikrozelle empfängt dann Kanalmaße von einer oder mehreren benachbarten Mikrozellen 126, 128, während sie die Aufbaukanalmaße des Fahrzeugs betrachtet, das bedient. Diese Information wird in periodischen Kanalmaßaufzeichnungen 130 gesammelt, die verwendet werden können, um Leistungsplanentscheidungen 132 (oder Notfallentscheidungen, wenn die Verkehrskanalqualität der bedienenden Mikrozelle auf nicht akzeptierbare Pegel gesunken ist) durchzuführen, in derselben Art, wie das TDMA-Systeme heutzutage tun, siehe beispielsweise GSM Empfehlung 5.08. Die bedienende Mikrozelle entscheidet dann, ob die Nachbarzelle n eine bessere Verkehrskanalqualität 134 aufweist und initiiert eine Übergabe an die Nachbarzelle n, wenn dies der Fall ist (136). Es kann auch zusätzliche Information übermittelt werden, um die Übergabeentscheidung zu unterstützen. Diese zusätzliche Information kann vom Teilnehmerziel kommen oder sie kann von abgemagerten Mikrozellen kommen, die nur Abtastempfänger aufweisen. Im letzteren Fall kann die zusätzliche Meßinformation verwendet werden, um die Position des Fahrzeugs während Störungen besser zu ermitteln.

Wenn ein erwartetes periodisches Kanalmaß nicht empfangen wird (138), so extrapoliert die bedienende Mikrozelle für eine Zeit X das fehlende Kanalmaß 140, basierend auf vorher empfangenen Kanalmaßen für diesen Verkehrskanal. Wenn die Zeit X abläuft, ohne daß weitere erwartete periodische Kanalmaße von der benachbarten Mikrozelle n empfangen wurden, so wird die benachbarte Mikrozelle n nicht mehr als Übergabeziel 142 betrachtet.

Die benachbarten Mikrozellen liefern weiter periodische Kanalmaße an die bedienende Mikrozelle, bis deren Abtastempfänger eine Frequenz unterhalb eines festgesetzten Schwellenwerts mißt. Die Farbkodeüberprüfung braucht nicht während jedes Meßintervalls durchgeführt werden, aber sie muß periodisch überprüft werden. Das führt zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Kanalmaße und erhöht die Kapazität des Abtastempfängers.

Es ist möglich, daß Kanalmaße zu einer Mikrozelle geliefert werden, die gerade kein Fahrzeug auf dieser Frequenz 144 bedient (das heißt, festgelegt durch die Wiederverwendung der Frequenz und des Farbkodes). Jede Mikrozelle kann mit zusätzlicher Adreßinformation von Nachbarzellen, die diese Frequenz und den Farbkode verwenden, initialisiert werden. Die messende benachbarte Mikrozelle kann dann die Kanalmaßinformation zur korrekt bedienenden Mikrozelle 146 leiten, wenn sie über ihren Fehler informiert wurde. Diese Möglichkeit ist tatsäch­ lich sehr nützlich beim Lösen eines typischen Problems in analogen Systemen, in denen Fahrzeuge auf Signalisierkanäle einrasten, die sich in sehr großer Entfernung von ihrer aktuellen Position befinden, und wobei ein Ruf mit dem entfernten Ort aufgestellt wird. Wenn der bedienenden Mikrozelle diese Situation klar gemacht werden kann, so kann das Fahrzeug möglicherweise an eine messende Nachbarmikrozelle übergeben werden, um eine mögliche Unterbrechung oder Störung zu vermeiden.

Bezieht man sich wiederum auf Fig. 3A, so werden bei einer alternativen Ausführungsform mehrere Schwellenwerte eingeführt. Der erste Schwellenwert, der "Abschalt"-Schwellenwert genannt wird, wird verwendet, um den Abbruch des Sendens von Kanalmaßen für einen bedienenden Mikrozellenverkehrskanal 102 einzuleiten. Der zweite Schwellenwert, der "Anschalt"-Schwellenwert genannt wird, wird verwendet, um die Übertragung von Kanalmaßen für einen bedienenden Mikrozellenverkehrskanal 104 zu beginnen. Weiterhin wird der Abschaltschwellenwert verwendet, um die Übertragung von Kanalmaßen für den bedienenden Mikrozellenverkehrskanal zu initiieren, wenn die Kanalmaße den Abschaltschwellenwert für eine Zeitdauer von n Zeiteinheiten, beispielsweise 4 Sekunden, überschreiten. In ähnlicher Weise wird der Anschaltschwellenwert verwendet, um die Übertragung von Kanalmaßen für bedienende Mikrozellenverkehrskanäle zu initiieren, wenn die Kanalmaße den Anschaltschwellenwert für eine Zeitdauern von m Zeiteinheiten, beispielsweise 2 Sekunden überschreiten. Ein Fachmann wird erkennen, daß zusätzliche Schwellenwerte verwendet werden können, um die Übertragung von Kanalmaßen zu einer bedienenden Mikrozelle zu steuern.

Um die Übertragungsbelastung weiter zu senken, bestimmt die Nachbarmikrozelle, ob ein Kanalmaß vorher gesendet wurde (110). Wenn dem so ist, so stellt sie weiterhin fest, ob das aktuelle Kanalmaß sich vom vorher gesendeten Kanalmaß um mehr als X dB, beispielsweise 3 dB unterscheidet (112).

Der Abtastempfänger in der bedienenden Mikrozelle wird dennoch verwendet, um die Verkehrskanäle, die sie bedient, zu überwachen. Diese Kanalmaße sind notwendig für eine Aufbauleistungssteuerung als auch für Leistungsplanungs- und Notfallübergabeentscheidungen.

Claims (10)

1. Übergabeverfahren in einem zellullaren Kommunikationsystem, das die folgenden Schritte umfaßt:

• a) periodisches Abtasten (100) von Verkehrskanälen einer bedienenden Zelle von einer Nachbarzelle aus, um ein Kanalmaß für jeden Verkehrskanal zu bestimmen;
• b) Validisieren (106), der Identität der bedienenden Zelle für jedes Kanalmaß, das einen Schwellenwert (102, 104) überschreitet,
• c) periodisches Übertragen (108) von Kanalmaßen jedes Verkehrskanals, die einen Schwellenwert überschreiten, von der benachbarten Zelle an die bedienende Zelle; und
• d) Auswählen (Fig. 3C) einer neuen bedienenden Zelle, basierend auf den übertragenen Kanalmaßen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert mindestens einen ersten (102) und mindestens einen zweiten (104) Schwellenwert umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin den Schritt der Bestimmung, ob das Kanalmaß den ersten Schwellenwert (102) für mehr als n Zeiteinheiten überschreitet, umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, das weiterhin den Schritt der Bestimmung, ob das Kanalmaß mindestens den zweiten Schwellenwert (104) für mehr als m Zeiteinheiten überschreitet, umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Kanalmaße eines aus der Gruppe: empfangene Signalstärke sowie Träger zu Interferenz und Rauschen umfassen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Schritt der periodischen Übertragung von Kanalmaßen weiterhin folgendes umfaßt: Senden (108) der Kanalmaße zur bedienenden Zelle, wenn die Kanalmaße sich um mehr als einen vorbestimmten Betrag geändert haben (112).

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, das weiterhin den Schritt der Bestimmung (124) eines Kanalmaßes nur eines aktiven Verkehrskanals einer bedienenden Zelle umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei der Schritt der periodischen Übertragung des Kanalmaßes weiterhin eine Extrapolation (140) eines Kanalmaßes umfaßt, wenn das Kanalmaß nicht zur bedienenden Zelle während X Zeiteinheiten seit der Übertragung eines vorangegangen Kanalmaßes übertragen wurde (138).

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei der Schritt der Auswahl einer bedienenden Zelle weiterhin eine eine bestimmte Verkehrskanalqualität feststellende Leistungsplanauswertung (132) umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, das weiterhin den Schritt der Bestimmung (144), ob ein empfangenes Kanalmaß einem aktiven Verkehrskanal der momentan bedienenden Zelle entspricht, umfaßt, und das Weiterleiten (146) des empfangenen Kanalmaßes an eine passende momentan bedienende Mikrozelle, wenn das empfangene Kanalmaß nicht einem aktiven Verkehrskanal der momentan bedienenden Zelle entspricht.