DE19983085B3

DE19983085B3 - Zellenauswahl in Mobilfunksystemen

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Publication number: DE19983085B3
Application number: DE19983085T
Authority: DE
Inventors: Häkan Gunnar Olofsson; Peter Schramm; Frank Müller
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: US20010046879A1; AU3633099A; ES2181569B1; GB0024558D0; ES2181569A1; US6542742B2; BR9909304A; CN1304624A; GB2352139B; SE9801172D0; GB2352139A; WO1999051052A1; DE19983085T1; CA2326637A1

Abstract

Verfahren für eine Zellenauswahl in einem zellularen Mobilkommunikationssystem mit einer Vielzahl von Zellen, jede mit wenigstens einer Basisstation, und einer Mobilstation zum Kommunizieren mit dem Mobilsystem unter Verwendung eines von mehreren wählbaren Luftschnittstellen-Moden, das durch die wenigstens eine Basisstation und die Mobilstation unterstützt wird, über eine Luftschnittstellenverbindung zu einer der wenigstens einen Basisstation, umfassend die folgenden Schritte: Messen der Qualität der Verbindung zwischen der Mobilstation und den Basisstationen; wobei das Verfahren ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen der Mehrzahl von wählbaren Luftschnittstellen-Moden der Basisstationen und der Mobilstation; Abschätzen eines Dienstqualitätswerts für jeden Luftschnittstellen-Modus zwischen der Mobilstation und den Basisstationen basierend auf der gemessenen Qualität der Verbindung; und Wählen der Zelle mit der Basisstation, die die höchste abgeschätzte Dienstqualität aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Problem der Zellenauswahl, z. B. für ein Zellen-Handover (Zellen-Übergabe), in Mobiltelekommunikationssystemen und insbesondere das Problem einer Auswahl der optimalen Zelle unter Zellen mit verschiedenen Möglichkeiten aufgrund von verschiedenen Luftschnittstellen-Moden.
In 1 ist eine Ansicht eines typischen mobilen Systems mit vielen Zellen und einer Anzahl von Mobilstationen (”MS”) gezeigt. Jede von diesen Zellen weist eine zugehörige Basisstation (”BS”) auf, die für eine Funkkommunikation über der Luftschnittstelle zu Mobilstationen in dieser Zelle verantwortlich ist. Für eine gegebene MS zu einer gegebenen Zeit gibt es gewöhnlicherweise eine bedienende Zelle, die die Zelle mit der Basisstation ist, von der die MS gerade einen Dienst empfängt, so dass die MS eine Kommunikation über die bedienende Basisstation empfangen und senden kann.
Es ist ein Charakteristikum von modernen zellularen Systemen, dass es möglich ist, einen Anruf von einer Basisstation an eine andere umzuschalten, während die Mobilstation sich von einer Zelle an eine andere Zelle innerhalb des Mobilkommunikationssystems bewegt. Dies wird als Handover oder Handoff (Übergabe oder Herüberreichung) bezeichnet. In Mobilkommunikationssystemen verwendet der Handover-Prozess Messungen, die von der Mobilstation, der bedienenden Basisstation und/oder von umgebenden Basisstationen durchgeführt werden, wobei diese Messungen in dem Handover-Entscheidungsfindungsprozess verwendet werden. Diese Messungen können von der Qualität der Verbindungen, oder Strecken, zwischen der MS und der Basisstation oder den umgebenden Basisstationen entnommen werden. ”Link quality” (Verbindungsqualität-)Messungen umfassen z. B. die Rohbitfehlerrate (”BER”) und die empfangene Signalstärke der verschiedenen Verbindungen zwischen der MS und ihrer bedienenden Basisstation oder zwischen der MS und den umgebenden Basisstationen.
Zum Beispiel überwacht eine mobile Station in dem Mobilkommunikationssystem, welches als GSM (”Global System for Mobile Communications”) bekannt ist, die Verbindungsqualität (z. B. eine Roh-BER-Abschätzung und eine empfangen Signalstärke) des Signals (des abwärts gerichteten oder Downlink-Signals), welches von der Basisstation der bedienenden Zelle empfangen wird, sowie die Verbindungsqualität im Hinblick auf einen Empfangspegel, d. h. die empfangen Signalstärke, des Downlink-Signals von den Basisstationen in Zellen, die zu der bedienenden Zelle benachbart sind. Zusätzlich überwacht die Basisstation der Zelle die Qualität des Signals (Uplink-Signal), welches von der Basisstation für jede mobile Station empfangen wird, die von dieser Basisstation bedient wird.
Ein Handover tritt dann entweder auf, wenn die Messung der MS/BS anzeigt, dass die Verbindungsqualität in der gegenwärtig bedienenden Zelle niedrig ist und eine bessere Qualität auf einer benachbarten Zelle erreicht werden kann, oder eine benachbarte Zelle eine Kommunikation mit niedrigeren Sendepegeln erlaubt.
Das Problem einer Übergabe in heutigen Systemen kann dadurch zusammengefasst werden, dass die Strategie darin besteht, die Mobilstation mit der ”besten” Zelle verbunden zu halten. Das Problem einer Auswahl der ”besten” Zelle ist in heutigen Systemen im Vergleich mit den neuen Systemen, die über die nächsten Jahre entwickelt werden sollen, einfach. Diese zukünftigen Systeme werden auf verschiedene Funkschnittstellen-Moden (z. B. mit einer unterschiedlichen Kodierung und unterschiedlichen Modulations-Verfahren) gestützt sein.
Ein Beispiel von Entwicklungen in diesen zukünftigen Systemen ist die allmähliche Einführung von mehreren Modulations- und Kodierungs-Verfahren in existierenden Systemen wie z. B. GSM. Eine Modulation ist im wesentlichen die Funktion, die die Charakteristiken des elektromagnetischen Felds (z. B. Amplitude und Frequenz) auf einen Satz von Regeln und die zu übertragenden Daten (die die Übertragung ”modulieren”) aufprägt. Für den Fall des heutigen GSM ist es die Phase des elektromagnetischen Felds, die die Information führt. Gewöhnlicherweise wird die Modulation und die Demodulation einerseits und die Aussendung und der Empfang andererseits unterschieden. Der erste Prozess transformiert digitale Daten aus und in ein erstes frequenzmoduliertes Signal, und das zweite Paar von Prozessen transformiert dieses Niederfrequenzmodulierte Signal in und aus dem elektromagnetischen Feld.
In gegenwärtigen GSM Systemen handelt es sich bei den verwendeten Modulationsverfahren um ein Gauss'sches Minimumumtasten (Gaussian Minimum Shift Keying, ”GMSK”). GMSK stellt einen Kompromiss zwischen einer relativ hohen Spektrumeffizienz und einer vernünftigen Demodulationskomplexität bereit. In dem heutigen IS-136 ist das Modulationsverfahren eine π/4-Verschiebungs-Differentiell-Quarternär-Phasenumtastung (π/4-Shift Differential Quaternary Phase-Shift Keying, DQPSK).
Bei der Entwicklung von Zellularsystemen der zweiten Generation wie GSM und D-AMPS sind vorgeschlagene Änderungen an dem Modulations-Verfahren durchgeführt worden, um höhere Bitraten innerhalb des gleichen Spektrum bereitzustellen. Es gibt mehrere vorgeschlagene Verfahren. Eines von diesen ist eine differentiell-kodierte binäre kontinuierliche Phasenmodulation (Differentially-encoded Binary Continuous Phase Modulation, ”DBCPM”). Dies ist eine Familie von Modulationstypen, wobei ein Beispiel davon ein π/4-DBCPM ist, mit dem Vorteil einer höheren Leistungsverstärkereffizienz. Ein anderes vorgeschlagenes Verfahren ist eine Quarternär-Versatz-Quadratur-Amplitudenmodulation (Quaternary-Offset-Quadrature-Amplitude Modulation (”Q-O-QAM”), was auch als Versatz-16QAM bekannt ist.
Ein Hauptunterschied zwischen diesen verschiedenen Modulationsverfahren besteht darin, dass sie Benutzer mit verschiedenen Datenraten versehen. Das Ziel der Weiterentwicklung dieser Systeme besteht darin, eine Benutzerbitrate zu erhöhen. Das Ergebnis ist, dass die Systeme verschiedene Modulationsverfahren verwenden werden, oft in benachbarten Zellen, um verschiedenen Benutzern mehrere Optionen für die Frage, welche Datenrate sie benutzen werden, bereitstellen. Zusätzlich erfordern sich unterscheidende Datenraten oft sich unterscheidende Kanalkodierungs-Verfahren. Ferner können mehrere Kodierungsverfahren für eine Modulation verwendet werden. Infolgedessen wird es eine Vielzahl von Kodierungs- und Modulationsverfahren geben, die verschiedene Datenraten bereitstellen.
Gegenwärtige Handover-Algorithmen bauen diese Verbindung zwischen einer Basisstation und einer mobilen Station, die die höchste Verbindungsqualität bereitstellt, auf. Es existieren jedoch in der Tat zahlreiche Variationen dieses Basis-Verfahrens, wobei zusätzliche Kriterien verwendet werden, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, wie in der WO-9702761 ”Method for Determining Handover in a Multicellular Communication System” dargestellt ist, oder wie eine Störung in anderen Zellen, wie in der WO-9528808 ”Handover-Verfahren und Anordnung” dargestellt. Jedoch adressieren keine der existierenden Verfahren das Problem, welches in entwickelten zellularen Systemen existieren wird, z. B. das Problem einer Auswahl der besten Zelle für ein Handover zwischen Zellen mit verschiedenen Luftschnittstellen-Moden (z. B. mit unterschiedlichen Modulations- und Kodierungs-Verfahren (Schemata).
Die DE 36 09 395 A1 beschreibt ein Mobilkommunikationssystem, bei dem für eine Verbindung zwischen Basisstation und Mobilstation mehrere unterschiedliche Modulationpegel verwendet werden können.
Die US 5,371,780 beschreibt mehrere Kriterien, die von einer Mobilstation zur Auswahl einer Zelle beim Einschalten der Station bzw. bei einem Handover verwendet werden können. Die Druckschrift beschreibt dabei insbesondere auch, dass bei dem Handover geprüft werden muss, ob bestimmte Kommunikationsresourcen in der neuen Zelle von der neuen Basisstation bereitgestellt werden können.
Die der vorliegende Erfindung zugrundeliegende Aufgabe betrifft allgemein das Problem einer Zellenauswahl, z. B. für ein Zellen-Handover, in mobilen Telekommunikationssystemen und insbesondere die Probleme, die voranstehend diskutiert wurden. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 21.
Die Vorgehensweisen zum Lösen dieser Probleme gemäß der vorliegenden Erfindung sind nachstehend zusammengefasst.
Wie sich oben ersehen lässt, gibt es ein gegenwärtiges Problem, weil gegenwärtige Handover-Verfahren die Möglichkeiten von verschiedenen Zellen im Hinblick auf unterschiedliche Luftschnittstellen-Moden nicht berücksichtigen, wenn entschieden wird, auf welche Zelle ein Handover auszuführen ist. Es sei auch drauf hingewiesen, dass die allgemeinen Probleme einer Auswahl der besten Zelle während eines Handovers auch auf andere Situationen zutreffen, bei denen eine Zellenauswahl auftritt, z. B. während des Aufbaus eines Anrufs oder wenn die mobilen Stationen kontinuierlich Zellen während eines Ruhemodus wählen.
In gegenwärtigen Mobilkommunikationssystemen ist diese Zellenauswahl nicht ein Problem, weil gegenwärtige Systeme typischerweise nur ein Modulations-Verfahren und ein Kodierungs-Verfahren zusätzlich zu einer typischen Verwendung von nur einem Träger und einem Schlitz verwenden. Im Vergleich werden gerade neue Systeme vorgeschlagen und entwickelt, z. B.
Weiterentwicklungen des GSM. In diesen weiterentwickelten Systemen werden gleichzeitig verschiedene Systeme und verschiedene Zellen existieren, jedes mit verschiedenen Modulations- und/oder Kodierungs-Verfahren, um für verschiedne Benutzer verschiedene Datenraten bereitzustellen. Gegenwärtige Zellenauswahlverfahren sind nicht optimal dafür ausgelegt, die ”beste” Zelle für ein Handover in diesen weiterentwickelten Systemen zu wählen.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausführen der besten Zelle von dem Standpunkt des Benutzers aus, d. h. im Hinblick auf eine Maximierung der Dienstqualität (Quality of Service, ”QoS”) bereitzustellen. Die maximale QoS kann im Hinblick auf z. B., eine höhere Daten/Bit-Rate oder einen höheren Durchsatz, gegeben sein. Dieses neue Verfahren zum Wählen der besten Zelle wird durch Erweitern des bekannten Algorithmus für eine Zellenauswahl und ein Handover und dann Anwenden von zusätzlichen Kriterien, die die Möglichkeiten der Mobilstationen und der Basisstationen berücksichtigen, die mögliche Kandidaten sind, durchgeführt. Vorzugsweise wird eine erreichbare Datenrate (für ”transparente” Dienste) oder ein Durchsatz (für ”nicht-transparente” Dienste) für die verschiedenen Zellenkandidaten auf Grundlage ihrer empfangene Signalstärke oder einer C/I-Abschätzung, ihrer verschiedenen Möglichkeiten, einer Multischlitz-Verfügbarkeit, etc. vorhergesagt und die Zelle wird gewählt, für die die vorhergesagte Datenrate oder der Durchsatz maximal ist.
Für die Vorhersage der Datenrate und des Durchsatzes sollten die verschiedenen Robustheitsgrade der Luftschnittstellen-Moden gegenüber einem Rauschen und einer Störung berücksichtigt werden. Dies kann für nicht-transparente Dienste inherent durch eine Abschätzung der Dienstqualität (Quality of Service) im Hinblick auf einen Durchsatz durchgeführt werden. Für transparente Dienste ist die Dienstqualität, wie mit der Bitrate und der erforderlichen Bitfehlerrate gegeben, ein geeignetes Kriterium. Eine Strategie für den letzteren Fall besteht darin, die ”nächstliegende”, z. B. von der empfangenen Signalstärke auf dem Aussende-Kanal (Broadcast-Kanal) gemessen, Zelle zu wählen, die die erforderte QoS bereitstellt.
Durch Anwenden des erweiterten Zellenauswahlalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Datenrate oder ein Durchsatz auf den gleichen Verbindungen auf Kosten einer höheren Störung erhöht werden. Somit besteht eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, Systemmaße, wie z. B. eine Last und einen abgeschätzten Störungsgrad, zu berücksichtigen. Dies kann nützlich sein, um den Betreiber in die Lage zu versetzen, derartige Fernverbindungen mit hohen Datenraten nur dann zu erlauben, wenn eine Auswirkung auf das System gering ist. Dies würde wahr sein, wenn z. B. die Systemlast gering ist.
Obwohl diese Erfindung vorzugsweise im Rahmen von GSM Systemen diskutiert worden ist, sollte es für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung genauso auf andere Typen von Systemen wie beispielsweise ein weiterentwickeltes IS-136 anwendbar ist.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit näheren Einzelheiten unter Bezugnahme. auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die nur als Beispiel angeführt werden und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Zeichnung eines zellularen Mobilkommunikationssystems;
2a ein Diagramm einer Mobilstation und von Handover-Kandidaten in dem in 1 gezeigten System;
2b einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Datenrate und der Signalenergie für einen gegebenen Störungspegel zeigt;
3a und 3b ein Flussdiagramm, welches die Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt;
4a und 4b ein Flussdiagramm, welches die Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung für nicht-transparente Dienste darstellt; und
5a und 5b ein Flussdiagramm, welches die Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung für transparente Dienste darstellt.
Aus der 2a lässt sich eine nähere Ansicht von einigen wenigen Zellen, z. B. 210, 220, in einem mobilen System 200 mit zahlreichen Zellen und zugehörigen Basisstationen entnehmen. Ferner ist eine Mobilstation (”MS”) gezeigt, obwohl die vorliegende Erfindung natürlich nicht auf Systeme mit der Anzahl von hier gezeigten Zellen oder zur Verwendung nur mit einer MS beschränkt ist. Die MS bereitet sich hier für ein Handover auf mehrere mögliche Kandidaten für ein Handover vor. Obwohl das hier dargestellte Verfahren spezifisch für eine Handover-Prozedur dargestellt ist, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung eines für eine allgemeine ”Zellenauswahl”, die gleichermaßen auf z. B. das Problem einer anfänglichen Zellenauswahl während eines Anrufaufbaus oder eine Zellenauswahl, die von den Mobilstationen während z. B. eines Ruhemodus ausgeführt wird, anwendbar ist.
Für Illustrationszwecke sind hier zwei geeignete Kandidaten gezeigt, entweder die erste Zelle 210 oder die zweite Zelle 220. Die Verantwortung für Kommunikationen auf der Luftschnittstelle 215 in der ersten Zelle 210 wird von der ersten Basisstation BS1 übernommen. Die Verantwortung für Kommunikationen auf der Luftschnittstelle 225 in der zweiten Zelle 220 wird von der zweiten Basisstation BS2 übernommen.
Es sei hier angenommen, dass die MS mehrere Luftschnittstellen-Moden (z. B. Verfahren S1, S2 und S3) unterstützt, die auf unterschiedliche Kodierungs- und Modulations-Verfahren gestützt sind. Diese Verfahren stellen verschiedene Datenraten bereit. Jedoch ist die Signalenergie, die zum Bereitstellen einer gegebenen Verbindungsqualität benötigt wird und eingegebener Störungspegel für jede dieser Verfahren unterschiedlich.
Wie in 2a dargestellt unterstützt die erste Basisstation BS1 auch diese drei Luftschnittstellen-Verfahren S1, S2 und S3. Im Gegensatz dazu unterstützt die zweite Basisstation BS2 nur ein Verfahren 51, wobei die geringste Datenrate bereitgestellt wird. Es sollte jedoch hervorgehoben werden, dass die Erfindung nicht auf Basisstationen mit dieser speziellen Anzahl von Verfahren beschränkt ist. Zum Beispiel ist in den vorgeschlagenen Standards für GSM geplant, dass Basisstationen bis zu 8 verschiedene Verfahren unterstützen können müssen.
Das nachstehend beschriebene allgemeine Verfahren wird in sämtlichen Fällen arbeiten, z. B. wenn (1) die MS S1-3 unterstützt und die BS1 S1-3 unterstützt (wie in der 2a gezeigt) oder (2) die MS S1-2 unterstützt, und BS1 S1-3 unterstützt oder (3) die MS S1-3 unterstützt und die BS1 S1-2 unterstützt oder (4) die gegenwärtige Standard Handover-Situation, bei der sowohl die MS als auch die BS1 S1 unterstützen. Das gegenwärtige Verfahren dient der gleichen Idee, unabhängig davon, wie viele Verfahren das MS und die BSs unterstützen. Im allgemeinen werden sämtliche mögliche Verbindungen für eine maximale QoS oder einen maximalen Durchsatz erlaubt, und die Verbindung, die sie bereitstellt, wird gewählt werden.
In 2b ist eine typische Beziehung zwischen der Signalenergie, die benötigt wird, um z. B. eine gewünschte Bitfehlerrate für einen gegebenen Störungs-(und Rausch-)Pegel zu erhalten, und einer bereitgestellten Datenrate auf der Luftschnittstelle (einschließlich einer Vorwärtsfehlerkorrektur) gezeigt. Es kann ersichtlich sein, dass die erforderte Signalleistung sich typischerweise erhöht, wenn die Datenrate zunimmt. Infolgedessen stellen die Luftschnittstellen-Moden S1, S2 und S3 verschiedene Datenraten bereit, aber andererseits sind sie gegenüber einer Störung (und Rauschen) unterschiedlich empfänglich. Abschätzungen darüber, welche Handover-Auswahl am besten ist, sollten diese Empfindlichkeit berücksichtigen, wenn entschieden wird, welches Verfahren die beste Datenrate bereitstellt. Bei Betrachtung wiederum der 2a, wenn hier angenommen wird, dass die Qualität der Verbindung 225 von der BS2 zu der MS höher als diejenige von der BS1 zu der MS ist, werden dann die Standardalgorithmen für eine Zellenauswahl und ein Handover zu einer Verkehrsverbindung zwischen der MS und der BS2 führen, obwohl ein Durchsatz dadurch erhöht werden kann, dass einer Verkehrsverbindung zwischen der MS und der BS1 ermöglicht wird, wenn ein Verfahren mit höheren Datenraten verwendet werden kann.
Wenn jedoch angenommen wird, dass die MS den Zellenauswahlalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung anwendet, lässt sich ein anderes Ergebnis erreichen. Gemäß dem neuen Algorithmus werden die Verbindungen MS-BS1 215 und MS-BS2 225 nur für eine maximale Verbindungsqualität überprüft, aber die Möglichkeiten von beiden Basisstationen BS1 und BS2, sowie der MS werden auch berücksichtigt. In dieser Hinsicht genauso wie zuvor kann eine Verbindungsqualität durch ein oder mehrere Maße, wie z. B. der empfangene Signalpegel auf dem Broadcast-Kanal, das Träger-zu-Störungs-Verhältnis (”C/I”), die Roh-BER-Abschätzung, gegeben sein. Hierbei kann es erscheinen, dass eine Verbindung zu der BS1 eine höhere Datenrate oder einen höheren Durchsatz als eine Verbindung zu BS2 bereitstellen wird. In diesem Fall wird die Zelle 210 mit BS1 von dem Auswahlalgorithmus der vorliegenden Erfindung gewählt, der gewöhnlicherweise von einer Steuereinheit auf der Netzseite ausgeführt wird, z. B. der Basisstations-Steuereinrichtung (”BSC”) in einem GSM System.
Die Anwendung des vorliegenden Algorithmus ändert sich in Abhängigkeit von dem Typ des Dienstes, der in einem ”transparenten” Dienst oder einem ”nicht-transparenten” Dienst gerade bereitgestellt wird. Eine kurze Erläuterung von diesen wird in der angegebnen Reihenfolge durchgeführt. Es ist bekannt, dass für einen gegebenen Rausch- und Störungspegel und gegebene Kanalbedingungen die Charakteristiken einer Übertragung, wenn eine Fehlerkorrektur bereitgestellt wird, ein Kompromiss zwischen dem Durchsatz von Daten, der Übertragungsverzögerung und der verbleibenden Fehlerrate ist. In modernen System wie GSM passt kein einzelner Kompromiss auf sämtliche der verschiedenen Typen von Diensten (z. B. Sprache gegenüber Daten). Von den Möglichkeiten ist eine kurze Verzögerung trotz einer relativ hohen Fehlerrate in einigen Fällen besser, wohingegen (z. B. Fax) eine lange Verzögerung toleriert werden kann, um eine bessere Übertragungsqualität zu erreichen.
Deshalb sind mehrere Typen von Verbindungen in GSM vorgesehen. Für diese Dienste, für die die Übertragung ”transparent” ist (z. B. Sprache), stellt das System eine Verbindung mit einer konstanten Bitrate bereit. Für die ”nicht-transparenten” Dienste (z. B. Fax) gibt es keine kontinuierliche Verbindung. Die Information wird in Paketen gesendet, die erneut gesendet werden, wenn Fehler auftreten, was zu einer niedrigeren ”effektiven Bitrate”, die als ”Durchsatz” bezeichnet wird, führt.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Vorhersage einer Datenrate und eines Durchsatzes in einem Handover-Entscheidungsfindungsprozess. Um dies durchzuführen werden verschiedene Grade einer Robustheit der Luftschnittstellen-Moden gegenüber dem Rauschen und der Störung berücksichtigt. Für nicht-transparente Dienste wird dies durch Abschätzen des Durchsatzes durchgeführt. Für transparente Dienste ist die Dienstqualität (Quality of Service, ”QoS”), die z. B. durch die Bitrate und die erforderliche Bitfehlerrate gegeben ist, das geeignetste Kriterium. Die QoS kann auch für nicht-transparente Dienste definiert werden und ist dann gleich zu dem Durchsatz. Diese allgemeine Definition von QoS wird insbesondere in der folgenden allgemeinen Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet.
In 3a ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Ausführungsform des Algorithmus gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Ausführungsform ist unabhängig von dem Dienst beschrieben und kann für nicht-transparente sowie für transparente Dienste verwendet werden. Der erste Schritt 310 ist der Algorithmus zum Bestimmen, durch eine Überwachung, der Möglichkeiten der BS-Kandidaten. Diese Möglichkeiten umfassen z. B. unterstützte Kodierungs-Verfahren, unterstützte Modulations-Verfahren, eine Mehrträger-Möglichkeit und eine Mehrschlitz-Möglichkeit. Diese Bestimmung wird kontinuierlich durchgeführt und wird typischerweise in z. B. der Basisstations-Steuereinrichtung BSC ausgeführt. Zusätzlich müssen die Möglichkeiten der MS auch in dem ersten Schritt 310 überprüft werden. Dies liegt daran, dass die MS nicht notwendigerweise sämtliche Verfahren, die für jeden BS-Kandidaten verfügbar sind, unterstützen wird. Nur die Möglichkeiten von Verbindungen auf einer BS, die von der MS unterstützt werden, müssen berücksichtigt werden.
Der zweite Schritt 320 des Algorithmus besteht darin, die Verbindungsqualität der BS-Kandidaten zu messen. Die Verbindungsqualität kann durch eine oder mehrere einer Vielzahl von möglichen Maßnahmen gegeben werden, einschließlich, aber ohne darauf begrenzt zu sein (1) einer empfangenen Signalstärke auf dem Broadcast-Kanal BCH, (2) einer Träger-zu-Störung (”C/I”) Abschätzung für den BCH oder den Verkehrskanal, und (3) einer Roh-BER-Abschätzung auf einem Verkehrskanal.
Der dritte Schritt 330 des Algorithmus besteht darin, einen Wert der Dienstqualität (”QoS”) für jede mögliche Verbindung mit jeder Kandidatenbasisstation abzuschätzen. Diese Abschätzungsprozedur kann gemäss der geeigneten Algorithmen ausgeführt werden, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Die Absicht besteht darin, die verfügbare Information für jede Zelle zu verwenden, z. B. eine empfangene Signalstärke kombiniert mit Zellenmöglichkeiten, um die beste QoS für jede Zelle abzuschätzen.
Der abschließende Schritt 340 des Algorithmus besteht darin, die BS von der Liste von Handover-Kandidaten zu wählen, zu der eine Verbindung die beste QoS bereitstellt. Ein Handover wird dann auf diese Zelle, die die beste QoS ausführt, durchgeführt.
3b zeigt eine optionale Erweiterung dieses letzten Schritts. Die ersten drei Schritte 310, 320 und 330 in 3a weisen entsprechende äquivalente Schritte 315, 325 und 335 in der in 3b gezeigten Ausführungsform auf. In 3b kann die abschließende Abschätzungsprozedur 345 zum Auswählen der Basisstation mit der besten QoS zusätzlich Kriterien wie eine Last und einen Störungspegel berücksichtigen, wie nachstehend beschrieben ist. In dem Algorithmus, so wie er in 3a dargestellt ist, wird explizit kein Systemkriterium verwendet. Anstelle davon können diese Werte inherent durch ein Abschätzung der besten QoS auf den verschiedenen Verbindungen berücksichtigt werden. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass Systemparameter wie eine Last auch explizit in 3b verwendet werden können.
Diese weiteren Kriterien, die in 3b verwendet werden, sind diejenigen, die sich von einem Systemstandpunkt her eignen, z. B. zur Vermeidung einer signifikanten Erhöhung einer durchschnittlichen Ausfallwahrscheinlichkeit oder eines Störungspegels. Ein derartiges Systemkriterium kann die Last auf den Kandidaten-Basisstationen sein. Diese Information ist in der Steuereinheit, z. B. der BSC, verfügbar, die den Zellenwählalgorithmus ausführt. Eine einfache Implementierung besteht darin, die Verbindung, z. B. MS-BS1 nur dann zu erlauben, wenn die Last auf BS1 unter einem vordefinierten Schwellwert ist. Dies kann durch den prozentualen Anteil von verwendeten Verkehrskanälen definiert werden. Mit diesem zusätzlichen Kriterium kann eine Einwirkung auf die Gesamtstörung vermieden werden.
Der Netzbetreiber kann sich auf die Parameter dieses erweiterten Zellenalgorithmus individuell anpassen. Z. B. kann es möglich sein, MSs aufzuweisen, die eine höhere Priorität. für Verbindungen mit hoher Datenrate als andere MSs aufweisen. Dies kann durch Verwendung von verschiedenen Schwellwerten für die zugelassene Last für die Auswahl von Zellen, die höhere Datenraten bereitstellen, implementiert werden.
Jedoch kann das Systemkriterium ”Last” nicht ausreichend sein, wenn z. B. die Erhöhung einer Störung am entscheidendsten ist, und eine Last nur eine grobe Abschätzung diese Werts ist. In diesem Fall ist das geeignete Systemkriterium für eine Zellenauswahl die Abschätzung einer Erhöhung einer Störung durch Wählen der Verbindung MS-BS1 mit höheren Datenraten.
Zusätzlich ist ersichtlich, dass Kriterien kombiniert werden können, um mehrere Aspekte zu berücksichtigen. Ein Beispiel für ein kombiniertes Kriterium kann durch eine Kombination der Datenrate, die auf den einzelnen Verbindungen bereitgestellt wird, und der Last auf der einzelnen BS definiert werden. Q = a·(bereitgestellte-Daten-Rate) – b·(Last-auf-BS) wird berechnet, wobei a und b positive Konstanten sind. Hierbei wird die Basisstation mit einem maximalen Wert Q > 0 gewählt werden.
In 4a ist ein Flussdiagramm gezeigt, welches eine Ausführungsform des Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall von nicht-transparenten Diensten darstellt. Der erste Schritt 410 in dem Algorithmus besteht darin, durch Überwachen die Möglichkeiten oder Fähigkeiten der BS-Kandidaten zu überwachen. Diese Möglichkeiten umfassen z. B. unterstützte Kodierungs-Verfahren, unterstützte Modulations-Verfahren, eine Mehrträger-Möglichkeit und eine Mehrschlitz-Möglichkeit. Diese Bestimmung wird kontinuierlich durchgeführt und wird typischerweise in z. B. der Basisstations-Steuereinrichtung BSC ausgeführt. Zusätzlich müssen die Möglichkeiten der MS ebenfalls überprüft werden. Dies liegt daran, dass die MS nicht notwendigerweise sämtliche Verfahren unterstützt, die für jeden BS-Kandidaten verfügbar sind. Nur die Möglichkeiten von Verbindungen auf einer BS, die von der MS unterstützt werden, müssen berücksichtigt werden.
Der zweite Schritt 420 des Algorithmus besteht darin, die Verbindungsqualitäten der BS-Kandidaten zu messen. Die Verbindungsqualität kann durch eine oder mehrere einer Vielzahl von verschiedenen Maßnahmen gegeben werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, (1) einer empfangenen Signalstärke auf dem Broadcast-Kanal BCH, (2) einer Träger-zu-Störungs-(”C/I”)Abschätzung für den BCH oder den Verkehrskanal und (3) einer Roh-BER-Abschätzung auf dem Verkehrskanal.
Der dritte Schritt 430 des Algorithmus besteht darin, den Durchsatz für sämtliche BSs abzuschätzen. Dies kann mit dem Verfahren in den 3a und 3b verglichen werden. Die beste QoS in dem allgemeinen Verfahren der 3a und 3b wird der höchste Datendurchsatz, wenn nicht-transparente Dienste bereitgestellt werden, wie in den 4a, 4b. Diese Abschätzungsprozedur des Durchsatzes kann gemäß der geeigneten Algorithmen ausgeführt werden, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Das Ziel besteht darin, die verfügbare Information für jede Zelle, z. B. eine empfangene Signalstärke kombiniert mit Zellenmöglichkeiten, zu verwenden, um den maximalen Durchsatz für jede Zelle abzuschätzen.
Der abschließende Schritt 440 des Algorithmus besteht darin, die BS von der Liste von Handover-Kandidaten, für die eine Verbindung einen maximalen Durchsatz bereitstellt, zu wählen. Ein Handover wird dann auf diejenige Zelle ausgeführt, die den maximalen Durchsatz bereitstellt.
4b zeigt eine optionale Erweiterung dieses letzten Schritts. Die ersten drei Schritte 410, 420 und 430 in 4a weisen entsprechende Äquivalentschritte 415, 425 und 435 in der in 4b gezeigten Ausführungsform auf. In 4b kann die abschließende Auswahlprozedur 445 zum Auswählen der BS mit der besten QoS zusätzlich Systemkriterien wie eine Last und einen Störungspegel berücksichtigen, wie weiter in Verbindung mit der 3b beschrieben wird. In dem Algorithmus wie in 4a dargestellt wird explizit kein Systemkriterium verwendet. Anstelle davon können diese Werte inhärent durch Abschätzung eines erreichbaren Durchsatzes auf den verschiedenen Verbindungen berücksichtigt werden. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass Systemparameter wie die Last ebenfalls explizit wie in 4b verwendet werden können.
In 5a ist ein Flussdiagramm gezeigt, welches eine Ausführungsform des Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall von transparenten Diensten darstellt. Der erste Schritt 510 in dem Algorithmus besteht darin, durch eine Überwachung die Möglichkeiten der BS-Kandidaten zu bestimmen. Diese Möglichkeiten umfassen z. B. unterstützte Kodierungs-Verfahren, unterstützte Modulationsverfahren, eine Mehrträger-Möglichkeit und eine Mehrschlitz-Möglichkeit. Diese Bestimmung wird kontinuierlich ausgeführt und wird typischerweise in z. B. der Basisstation-Steuereinrichtung BSC ausgeführt. Zusätzlich müssen auch die Möglichkeiten der MS überprüft werden. Dies liegt daran, dass die MS nicht, notwendigerweise sämtliche Verfahren unterstützen kann, die für jeden BS-Kandidaten verfügbar sind. Nur die Möglichkeiten von Verbindungen auf einer BS, die von der MS unterstützt werden, müssen berücksichtigt werden.
Der zweite Schritt 520 des Algorithmus besteht darin, die Verbindungsqualitäten der BS-Kandidaten, wie voranstehend diskutiert, zu messen. Die Verbindungsqualität kann durch eine oder mehrere einer Vielzahl von möglichen Maßen gegeben werden, einschließlich, aber nicht drauf beschränkt, (1) einer empfangenen Signalstärke auf dem Broadcast-Kanal BCH, (2) einer Träger-zu-Störungs(”C/I”)Abschätzung für den BCH oder Verkehrskanal, und (3) einer Roh-BER-Abschätzung auf einem Verkehrskanal. Das Träger-zu-Störungs-Verhältnis, C/I, stellt eine bessere Abschätzung der Verbindungsqualität bereit.
Der dritte Schritt 530 des Algorithmus in 5a zeigt einen Unterschied bei der Anwendung der Erfindung auf transparente Dienste im Gegensatz zu dem allgemeinen Verfahren der 3a, 3b mit nicht-transparenten Diensten in den 4a, 4b. Der dritte Schritt des Algorithmus besteht darin, die Dienstqualität (QoS) z. B. im Hinblick auf eine Bitrate und eine benötigte Bitfehlerrate für sämtliche BS-Kandidaten abzuschätzen. Diejenigen BSs, die eine ausreichende QoS für den angeforderten Dienst bereitstellen, werden dann vorgewählt.
Für den Fall von transparenten Diensten unter Verwendung einer festen Quellenrate ist eine hohe QoS äquivalent zu einer niedrigen BER mit einer ausreichenden Datenrate, wie in den 5a, 5b gezeigt. Andere Ausführungsformen für den Fall von transparenten Diensten unter Verwendung einer adaptiven Quellenrate würden eine hohe QoS als äquivalent zu einer ausreichenden BER mit einer hohen Datenrate auswerten. In Ausführungsformen für Sprachdienste würde eine hohe QoS als äquivalent zu einer hohen Sprachqualität ausgewertet werden. Dies würde in der Situation verwendet werden, bei der mehrere Sprach-Kodierer (Codecs) verwendet werden würden, was der Fall bei der adaptiven Multirate (”AMR”) in GSM ist.
Der abschließende Schritt 540 des Algorithmus besteht darin, die eine BS von der Liste von Kandidaten-BSs mit einer maximalen Verbindungsqualität, z. B. gemessen durch die empfangene BCH Signalstärke, aus denjenigen BSs zu wählen, die ein ausreichendes QoS bereitstellten, wie in 5a gezeigt. Ein Handover wird dann auf diejenige Zelle, die die ausreichende QoS bereitstellt, ausgeführt.
Die 5b illustriert eine optionale Erweiterung für diesen letzten Schritt. Die ersten drei Schritte 510, 520 und 530 in 5a weisen entsprechende äquivalente Schritte 515, 525 und 535 in der Ausführungsform, die in 5b gezeigt ist, auf. In 5b kann die abschließende Wählprozedur 545 zum Auswählen der BS mit einer ausreichenden QoS zusätzlich Kriterien wie eine Last und einen Störungsgrad berücksichtigen, wie ferner voranstehend in Verbindung mit 3b beschrieben wurde. Tatsächlich besteht der abschließende Schritt 545 des Algorithmus in 5b aus einem gleichzeitigen Überprüfen, welche BS zwei Voraussetzungen erfüllt: eine maximale Verbindungsqualität und angewendete Systemkriterien.

Claims

Verfahren für eine Zellenauswahl in einem zellularen Mobilkommunikationssystem mit einer Vielzahl von Zellen, jede mit wenigstens einer Basisstation, und einer Mobilstation zum Kommunizieren mit dem Mobilsystem unter Verwendung eines von mehreren wählbaren Luftschnittstellen-Moden, das durch die wenigstens eine Basisstation und die Mobilstation unterstützt wird, über eine Luftschnittstellenverbindung zu einer der wenigstens einen Basisstation, umfassend die folgenden Schritte: Messen der Qualität der Verbindung zwischen der Mobilstation und den Basisstationen; wobei das Verfahren ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen der Mehrzahl von wählbaren Luftschnittstellen-Moden der Basisstationen und der Mobilstation; Abschätzen eines Dienstqualitätswerts für jeden Luftschnittstellen-Modus zwischen der Mobilstation und den Basisstationen basierend auf der gemessenen Qualität der Verbindung; und Wählen der Zelle mit der Basisstation, die die höchste abgeschätzte Dienstqualität aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: jedes Luftschnittstellen-Verfahren auf ein anderes Kodierungs- und Modulationsverfahren gestützt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Kommunikationsmöglichkeiten der Basisstationen und der Mobilstation im Hinblick auf die Möglichkeiten der Luftschnittstellen-Verfahren gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Möglichkeiten der Basisstationen und der Mobilstation im Hinblick auf eine Mehrschlitz-Verfügbarkeit auf den Verbindungen zu den Basisstationen gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Möglichkeiten der Basisstationen und der Mobilstation im Hinblick auf die Mehrträger-Verfügbarkeit auf den Verbindungen zu den Basisstationen gemessen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die höchste Dienstqualität äquivalent ist zu dem höchsten Datendurchsatz auf der Verbindung ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die höchste Dienstqualität äquivalent zu einer Kombination der niedrigsten Bitfehlerrate und einer ausreichenden Datenrate ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die höchste Dienstqualität äquivalent zu einer Kombination der ausreichenden Bitfehlerrate und der höchsten Datenrate ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die höchste Dienstqualität äquivalent zu der höchsten Sprachqualität ist.
Verfahren nach den obigen Ansprüchen, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: Testen nach einem gegebenen Systemkriterium.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Systemkriterium der Test ist, wenn eine Last unter einem gegebenen Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: das Systemkriterium ein Test ist, um nachzusehen, ob die Erhöhung im Störungspegel unter einem gegebenen Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: das Systemkriterium der Test ist, ob ein Systemkriteriumanzeiger auf Grundlage einer Kombination einer Last, eines Störungspegels und einer erwünschten Datenrate unter einem gegebenen Schwellwert ist.
Verfahren nach den obigen Ansprüchen, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation gegenwärtig auf das Mobilsystem von einer ersten Basisstation zugreift und die Zellenauswahl für den Zweck einer Implementierung eines Handovers für die Mobilstation auf eine zweite Basisstation ausgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–13, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation einen Zugriff auf das Mobilsystem vorbereitet und die Zellenauswahl für den Zweck einer Auswahl der besten Zelle, durch die auf das System zuzugreifen ist, ausgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–13, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Zellenauswahl ausgeführt wird, während die Mobilstation in einem Ruhemodus ist.
Verfahren nach den obigen Ansprüchen, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation und die Basisstation alle eine gleiche Anzahl von Luftschnittstellen-Verfahren unterstützen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–16, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation und wenigstens eine der Basisstationen eine gleiche Anzahl von Luftschnittstellen-Verfahren unterstützt und wenigstens eine Basisstation weniger Luftschnittstellen-Verfahren als die Mobilstation unterstützt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–16, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation und wenigstens eine der Basisstationen eine gleiche Anzahl von Luftschnittstellen-Verfahren unterstützt und wenigstens eine Basisstation mehr Luftschnittstellen-Verfahren als die Mobilstation unterstützt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–16, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die Mobilstation, wenigstens eine der Basisstationen und eine zweite der Basisstationen jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Luftschnittstellen-Verfahren unterstützt.
System für eine Zellenauswahl in einem zellularen Mobilkommunikationssystem mit einer Vielzahl von Zellen, jede mit wenigstens einer Basisstation, und einer Mobilstation zum Kommunizieren mit dem Mobilsystem unter Verwendung eines von mehreren wählbaren Luftschnittstellen-Moden, das durch die wenigstens eine Basisstation und die Mobilstation unterstützt wird, über eine Luftschnittstellenverbindung zu einer der wenigstens einen Basisstation, umfassend: eine Einrichtung zum Messen der Qualität der Verbindung zwischen der Mobilstation und den Basisstationen; gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Mehrzahl von wählbaren Luftschnittstellen-Moden der Basisstationen und der Mobilstationen; eine Einrichtung zum Abschätzen eines Dienstqualitätswerts für jeden Luftschnittstellen-Modus zwischen der Mobilstation und den Basisstationen basierend auf der gemessenen Qualität der Verbindung; und eine Einrichtung zum Auswählen der Zelle mit der Basisstation, die die höchste abgeschätzte Dienstqualität aufweist.
System für eine Zellenauswahl nach Anspruch 21, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Testen nach einem gegebenen Systemkriterium.