DE69903691T2

DE69903691T2 - Bestimmung des Weiterreichens in einem Mobilkommunikationssystem

Info

Publication number: DE69903691T2
Application number: DE69903691T
Authority: DE
Inventors: Javier Escamilla; Pedro Escribano; Javier Munoz Vidal
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: US6389285B1; DE69903691D1; EP0966173B1; EP0966173A1; GB2338624A; GB9812993D0

Description

Diese Erfindung betrifft mobile KommunikafcionsSysteme und insbesondere ein Mittel zur Bestimmung eines Handover in einem derartigen System.
Ein spezieller Typ eines mobilen Kommunikationssystems ist ein zellulares Funktelefonsystem. Zellulare Funktelefonsysteme weisen im Allgemeinen eine an das öffentliche leitungsvermittelnde Telefonnetz PSTN ("public switched telephone network") gekoppelte Schaltsteuereinheit und eine Mehrzahl von Basisstationen auf. Eine oder mehrere Mobilstationen kommunizieren mit einer Basisstation, die einen Anruf zwischen der Mobilstation und dem PSTN ermöglicht. Die über ein Trägersignal erfolgende Kommunikationsverbindung von der Basisstation zu einer Mobilstation wird mit "Downiink" bezeichnet. Demgegenüber wird die Kommunikationsverbindung von einer Mobilstation zu der Basisstation mit "Uplink" bezeichnet.
Ein spezieller Typ eines zellularen Funktelefonsystems ist das GSM-System (Global System for Mobile Communications), dessen Beschreibung in dem Buch "The GSM System for Mobile Communications" von M. Mouly und M. Pautet gefunden werden
GSM-Netze weisen im Allgemeinen Mobilservice- Schaltzentren, Basisstationen und Mobilstationen auf. Jede Basisstation aus der Mehrzahl von Basisstationen definiert zur Bildung von Überdeckungsbereichen im Allgemeinen eine geographische Region oder "Zelle" in unmittelbarer Nähe zu der Basisstation.
Sowie sich die Mobilstation von einer Zelle zur nächsten bewegt, wird die Kommunikationsverbindung von ihrer gegenwärtigen Basisstation an eine benachbarte Basisstation übergeben, wobei ein Verfahren verwendet wird, das als Handover oder Handoff bekannt ist. Die Notwendigkeit einer Übergabe wird normalerweise auf der Grundlage eines oder mehrerer Kriterien bestimmt. Herkömmlich verwendete Kriterien sind ein an der Basisstation empfangenes Signalstärken-Merkmal (RSSI) der Mobilstation, die Entfernung der gegenwärtigen Basisstation zu der Mobilstation und von dieser weg, wie sie durch die zeitliche Weglänge der Hin- und Rücksignale bestimmt ist, sowie eine Bit-Fehlerrate BER ("bit error rate").
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, durch die ein Handover initiiert werden kann. Zunächst können Verfahren zum Initiieren eines Handover Messungen in der Uplink- und Downiink-Verbindung zwischen der Mobilstation und der Basisstation vollziehen und ein Handover initiieren, wenn empfangene Signalstärken, empfangene Qualitätsstärken oder Werte betreffend die abgelaufene Zeit (auf der Grundlage der zeitlichen Weglänge der Wege) Schwellenwerte separat übersteigen. Die Verfahren zum Initiieren eines Handover können alternativ Messungen einer empfangenen Signalstärke mit einer empfangenen Qualität vergleichen, um abzuleiten, ob eine schlechte Qualität das Ergebnis einer Interferenz sein kann. Überdies können die Verfahren zum Initiieren eines Handover zusätzlich Messungen aus einer Anzahl von benachbarten Zellen vollziehen und ein Handover auf der Grundlage der relativen Signalstärke zwischen dem von der aktiven Zelle empfangenen Signal und dem der Nachbarzellen initiieren.
Ein Merkmal, das alle diese bekannten Verfahren teilen, ist, dass sie nur in Betracht ziehen, ob oder ob nicht ein feststehender Schwellenwert überschritten wurde, wobei sie nicht miteinbeziehen, in welchem Maß der Schwellenwert überschritten worden ist. Da Schwellenwertniveaus zum Auslösen eines Handover normalerweise auf eine Grundeinstellung pro Zelle (bei jeder Basisstation) gesetzt sind, kann es im schlimmst anzunehmenden Fall Situationen geben, in denen Handover ausgelöst werden, bevor sie notwendig sind. Das führt zu dem nachteiligen Effekt einer Herabsetzung der Kapazität einer Ruf-Handhabung einer Zelle und erhöht das Risiko eines "ping pong" Effekts bei dem Handover, bei dem ein Ruf zwischen Zellen in unnötiger Weise wiederholt hin- und hergereicht wird. Demgegenüber dauert das Triggerverfahren in anderen Situationen zu lang, wobei der Ruf verloren geht, bevor ein Handover erfolgen kann.
Ein anderer Nachteil bei bekannten Verfahren ist die Komplexität des Handover. Beispielsweise müssen vier Parameter in einer Datenbasis an der Basisstation gesetzt sein, um ein Handover auf der Grundlage einer Qualitätsmessung zu bewerkstelligen. Diese Parameter sind hreqave (die Anzahl der empfangenen, zu mittelnden Qualitätsmessungen), hreqt (Puffergröße), "n" und "p", wobei "p" die Anzahl von "n" aufeinanderfolgenden Durchschnittswerten ist, die einen gesetzten Schwellenwert überschreiten müssen, um ein Handover auszulösen.
Die DE-A-35 08 900 zeigt eine Anordnung zur Bestimmung eines Handover in einem mobilen Kommunikationssystem auf der Grundlage eines Vergleichs von Feldstärkemessungen mit einem Schwellenwert und einem Berechnen einer kumulativen Summe vorgegebener Werte, wenn die Messungen den Schwellenwert überschreiten. Wenn die kumulative Summe eine bestimmte Zählrate erreicht, ist eine Bedingung zur Übergabe erfüllt.
Diese Erfindung zielt darauf ab, ein Mittel zum Triggern eines Handover bereitzustellen, bei der die obigen Nachteile abgeschwächt sind.
In einem ersten Aspekt besteht die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Handover in einem mobilen Kommunikationssystem und weist ein Vergleichermittel und einen Summierer zum Vergleichen einer kumulativen Summe von Werten auf, die sich auf Parameter von Schwellenwert-Kommunikationssignalen beziehen, gekennzeichnet durch:
- eine Mittlungseinheit zur Aufnahme von Messungen eines Kommunikationssignal-Parameters und zum Berechnen eines Durchschnitts aus diesen Messungen;
- einen ersten Vergleicher zum Vergleichen aufeinanderfolgender Durchschnittswerte mit einem ersten Schwellenwert;
- einen Summierer zum Berechnen einer kumulativen Summe von Beträgen, um die aufeinanderfolgende Durchschnittswerte den ersten Schwellwert überschreiten, und zum Zurücksetzen der kumulativen Summe, wenn ein berechneter Durchschnittswert gleich oder kleiner dem ersten Schwellenwert ist;
- und einen zweiten Vergleicher zum Detektieren, wenn die kumulative Summe einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wodurch ein Übergabe-Triggersignal erzeugt wird.
Die Vorrichtung kann in einer Basisstation oder in einer Mobilstation miteinbezogen sein.
In einem zweiten Aspekt besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Bestimmen eines Handover in einem mobilen Kommunikationssystem, das die Schritte eines Vergleichens einer kumulativen Summe von Werten aufweist, die sich auf Parameter eines schwellenwertgesetzten Kommunikationssignals beziehen, gekennzeichnet durch:
Aufnehmen von Messungen eines Kommunikationssignalparameters und Berechnen von Durchschnittswerten aus diesen Messungen;
Vergleichen von aufeinanderfolgenden Durchschnittswerten mit einem ersten Schwellenwert;
Berechnen einer kumulativen Summe aus Beträgen, durch die aufeinanderfolgende Durchschnittswerte den ersten Schwellenwert überschreiten, und Zurücksetzen der kumulativen Summe, wenn ein berechneter Durchschnittswert gleich oder kleiner dem ersten Schwellenwert ist, und
Bestimmen, ob die kumulative Summe einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wodurch eine Erzeugung eines Handover-Triggersignals ermöglicht ist.
Die Signalparameter können beispielsweise ein Qualitätsmaß, eine Interferenzstärke, eine empfangene FF-Stärke oder Messungen in Bezug auf die Distanz zwischen der Basisstation und der Mobilstation, d. h. die abgelaufene Zeit, umfassen.
Der Summierer kann einen Gewichtungsfaktor auf die den ersten Schwellenwert überschreitenden Durchschnittswerte in Abhängigkeit des verwendeten Parameter-Typs aufrechnen.
Die Erfindung ist z. B. auf Makrozellen-, Mikrozellen- und Pikozellen-Konfigurationen anwendbar.
Überdies ist sie nicht einzig auf die Verwendung mit dem GSM-Zellularsystem begrenzt.
Die Erfindung bezieht daher folglich die Variationen in der empfangenen Signalstärke mit ein, womit eigenadaptive Handover ermöglicht sind. Handover können so schnell oder so langsam wie nötig gesteuert sein.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Einfachheit, weil Handover-Parameter vielmehr durch eine Netzstärke als durch eine Zellenstärke definiert sein können. Überdies muß nur ein gemessener Parameter für das gesamte Netz zusammen mit "hreqave", d. h. der Anzahl der zu mittelnden Messwerte, verwendet werden, wodurch die Komplexität mit den bekannten Systemen reduziert ist.
Insbesondere können bei Handover auf der Grundlage von Qualitätsmessungen Mikrozellen (d. h. "lower layer cells") mehrere Anrufe unterstützen, weil die relevanten Parameter nicht auf den "worst case" angepasst sein müssen. Statt dessen werden Handover n in Abhängigkeit des Maßes eines Qualitätsabfalls ausgelöst, d. h. je schlechter die Qualität ist, desto schneller ist das Handover. Dadurch ist die Rate der verlorenen Anrufe reduziert.
Einige Ausführungen der Erfindung werden nun auf rein exemplarische Weise mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Handover-Vorrichtung ist, wie sie in einem zellularen Mobil-Telefonnetz einbezogen ist; und
Fig. 2 und 3 Graphen sind, die eine Arbeitsweise zweier verschiedener Ausführungsformen darstellen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kommuniziert eine Mobilstation 1 mit einer Basisstation 2 in der bekannten Weise. Insbesondere weisen die Uplink-Signale 3 eine Messung der Signalqualität RXQUAL auf, und eine Signalstärke RXLEV wird ausgehend von der Mobilstation 1 über eine Downiink- Verbindung 4 von der Basis Station 2 empfangen.
Die Basisstation 2 weist zusätzlich zu ihren gewöhnlichen Bestandteilen gemäß der Erfindung eine Handover- Vorrichtung 5 auf. Die Vorrichtung 5 umfasst eine Mittlungseinheit 6 zum Mitteln aufeinanderfolgender Messwerte von einer der oben erwähnten Messungen.
Der Ausgang der Mittlungseinheit 6 ist an dem Eingang eines ersten Vergleichers 7 angeschlossen, um die Durchschnittswerte aufeinanderfolgender Messwerte mit einem ersten gespeicherten Schwellenwert 8 zu vergleichen. Der Ausgang des ersten Vergleichers 7 ist an dem Eingang eines Summierers 9 angeschlossen, der die den ersten Schwellenwert überschreitenden Durchschnittswerte auf summiert. Der Ausgang des Summierers 9 ist an einem Eingang eines zweiten Vergleichers 10 angeschlossen, der feststellt, wenn die Ausgabe des Summierers 9 einen zweiten gespeicherten Schwellenwert 11 überschreitet.
Die Ausgabe des zweiten Vergleichers 10 an einer Leitung 12 wird zum Triggern eines Handover verwendet.
Die Vorrichtung aus Fig. 1 arbeitet wie folgt. Sobald einer der gemittelten Messwerte den ersten Schwellenwert 8 überschreitet, wird erfindungsgemäß mit einem Aufsummiervorgang mit der Differenz zwischen dem gemittelten Messwert und diesem Schwellenwert begonnen. Falls der darauffolgende gemittelte Messwert auch über dem ersten Schwellenwert liegt, wird seine Differenz zu dem ersten Schwellenwert auf die vorangehende Differenz auf summiert. Falls diese gleich oder kleiner dem Schwellenwert ist, wird die kumulative Summe zurückgesetzt, wobei der Summiervorgang nicht wieder gestartet wird, bis ein weiterer Messwert ankommt, der über dem ersten Schwellenwert liegt. Dann wird die Summe aus der Differenz zwischen dem gemittelten Messwert und dem ersten Schwellenwert wieder aufgenommen.
Wenn mehrere aufeinanderfolgende Messwerte ankommen, die über dem ersten Schwellenwert liegen, nimmt die kumulative Summe zu, wobei ein Handover ausgelöst wird, wenn die kumulative Summe einen vordefinierten zweiten Schwellenwert 11 überschreitet. Je größer die Beträge der Messwerte sind, umso größer sind die Differenzen zu dem ersten Schwellenwert und um so schneller wird das Triggersignal erzeugt, weil die kumulative Summe ebenso schneller ansteigt.
In einem ersten Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform basiert ein Handover auf RXQUAL-Messungen, wobei hreqave auf 2 gesetzt ist (d. h. die Anzahl der zu mittelnden, aufeinanderfolgenden Messwerte). Der erste Schwellenwert ist auf 3 und der zweite auf 7 gesetzt.
Immer wenn die gemittelten RXQUAL-Werte die 3 überschreiten, wird die Differenz zwischen dem gemittelten Wert und dem Schwellenwert (3) auf die kumulative Summe aufaddiert. Wenn die kumulative Summe den zweiten Schwellenwert (d. h. 7) überschreitet, wird das Handover ausgelöst. Der Entscheidungsprozeß ist wie folgt:
- FOR (jede Mittlung);
- IF (gemittelte Qualität - erster Schwellenwert > 0);
- THEN kumulative Summe = kumulative Summe + (gemittelte Qualität - erster Schwellenwert);
- ELSE kumulative Summe = 0;
- IF (kumulative Summe > zweiter Schwellenwert);
- THEN Handover-Aktion auslösen.
Die obere Hälfte des Graphen aus Fig. 2 zeigt gemittelte Messwerte RXQUAL (von 1 bis 23) über die Zeit auf getragen, die Werte im Bereich von RXQUAL = 0 bis 7 annehmen. Der erste Schwellenwert ist bei RXQUAL = 3 gesetzt.
Die untere Hälfte des Graphen aus Fig. 2 zeigt kumulative Summenwerte mit dem beim Wert 7 gesetzten zweiten Schwellenwert.
Bei beispielhafter Betrachtung überschreitet keiner der gemittelten von 1 bis 5 benannten Messwerte den ersten Schwellenwert von 3. Damit bleibt die kumulative Summe gleich 0.
Die gemittelten Messwerte 6, 7 und 8 überschreiten jedoch alle den ersten Schwellenwert mit 1. Dadurch ist beim Erreichen des achten gemittelten Messwerts die kumulative Summe gleich 3. Der gemittelte Messwert mit Nummer 9 liegt unterhalb des ersten Schwellenwerts, womit die kumulative Summe an diesem Punkt auf 0 zurückgesetzt wird. (Beachte, dass der Punkt auf den zurückgesetzt wird willkürlich ist und nach Wunsch auf einen von 0 unterschiedlichen Wert gesetzt sein kann.)
Bei Betrachtung der gemittelten Messwerte 20, 21, 22 und 23 liegen diese alle oberhalb des ersten Schwellenwerts. Die kumulative Summe steigt nun mit der Zeit, wobei beim Empfang der Messwertnummer 23 und dessen Verarbeitung die Summe den zweiten Schwellenwert von 7 überschreitet, womit ein Handover ausgelöst wird.
Im Vergleich dieses Verfahrens mit bekannten Systemen, die typischerweise für "p" aus "n" aufeinanderfolgenden gemittelten Messwerten warten würden, die gleich einem RXQUAL Schwellenwert sind oder diesen übersteigen, bevor ein Handover ausgelöst wird, besteht das Problem bei diesen bekannten Anordnungen darin, dass ein Anruf untergehen kann (d. h. verloren geht), bevor die Übergabe tatsächlich ausgelöst ist. Die Verwendung des für eine kumulative Summe in der vorliegenden Erfindung angewendeten zweiten Schwellenwerts ermöglicht ein schnelles Handover in Situationen, in denen sich das Signal schnell verschlechtert. Dadurch ist das Risiko eines untergehenden Anrufs weitaus geringer.
In einem zweiten Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform basiert ein Handover auf RXLEV-Messungen. In diesem Fall werden Übergaben augelöst, wenn eingehende gemittelte RXLEV-Messwerte unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts sind.
Der Entscheidungsprozess ist wie folgt:
- FOR (jede Mittlung);
- IF (Mittelwert - erster Schwellenwert < 0);
- THEN kumulative Summe = kumulative Summe + (erster Schwellenwert - Mittelwert);
- ELSE kumulative Summe = 0;
- IF (kumulative Summe > zweiter Schwellenwert);
- THEN Handover-Aktion auslösen.
In Fig. 3 zeigt die obere Hälfte des Graphen die gemittelten RXLEV über die Zeit auf getragen und den bei 20 gesetzten ersten Schwellenwert. Wenn die in der unteren Hälfte des Graphen gezeigte kumulative Summe den zweiten Schwellenwert (von 10) überschreitet, wird ein Handover (bei Punkt A) ausgelöst.
In beiden Ausführungen ist die Anzahl der in Betracht gezogenen Messwerte (hreqave) zum Berechnen der gemittelten Messwerte willkürlich und kann nach Wunsch gewählt werden, um verschiedene Verbindungsbedingungen in Betracht zu ziehen (wie beispielsweise Fehleffekte aufgrund eines "fading").

Claims

1. Vorrichtung (5) zum Bestimmen eines Handover in einem mobilen Kommunikationssystem, mit Vergleichermitteln (7, 10) und einem Summierer (9) zum Vergleichen einer kumulativen Summe von Werten, die sich auf schwellenwertbegrenzte Parameter eines Kommunikationssignals beziehen, gekennzeichnet durch

eine Mittlungseinheit (6) zur Aufnahme von Messungen eines Parameters eines Kommunikationssignals und zur Berechnung von Durchschnittswerten dieser Messungen;

einen ersten Vergleicher (7) zum Vergleichen aufeinanderfolgender Durchschnittswerte mit einem ersten Schwellenwert;

einen Summierer (9) zum Berechnen einer kumulativen Summe von Beträgen, um die aufeinanderfolgende Durchschnittswerte den ersten Schwellenwert überschreiten, und zum Zurücksetzen der kumulativen Summe, wenn ein berechneter Durchschnittswert gleich oder kleiner dem ersten Schwellenwert ist;

und einen zweiten Vergleicher (10) zum Detektieren, wann die kumulative Summe einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wodurch ein Triggersignal für eine Übergabe erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Signalparameter eine Signalqualitätsmessung umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Signalparameter eine Signalstärkemessung umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Signalparameter eine Interferenzmessung umfasst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Signalparameter eine Messung bezüglich der Distanz zwischen der Vorrichtung (2) und einem Fernüberträger (1) umfasst.

6. Verfahren zum Bestimmen eines Handover in einem mobilen Kommunikationssystem mit den Schritten eines Vergleichens einer kumulativen Summe von Werten bezogen auf schwellenwertbegrenzte Parameter eines Kommunikationssignals, gekennzeichnet durch:

Aufnehmen von Messungen eines Kommunikationssignalparameters und Berechnen von Durchschnittswerten dieser Messungen;

Vergleichen von aufeinanderfolgenden Durchschnittswerten mit einem ersten Schwellenwert;

Berechnen einer kumulativen Summe aus Beträgen, durch die die aufeinanderfolgenden Durchschnittswerte den ersten Schwellenwert überschreiten, und Zurücksetzen der kumulativen Summe, wenn ein berechneter Durchschnittswert gleich oder kleiner dem ersten Schwellenwert ist; und

Bestimmen, wenn die kumulative Summe einen zweiten Schwellenwert überschreitet, wodurch die Erzeugung eines Übergabe-Triggersignals ermöglicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das überdies den weiteren Schritt einer Anwendung eines Gewichtungsfaktors auf die den ersten Schwellenwert überschreitenden Durchschnittswerte aufweist.