CH682867A5 - DECT radio hand-over for cellular mobile network - reserving free second protocol control unit and data interface, simultaneously transmitting data over the paths and breaking first path protocol - Google Patents
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Abstract
Description
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Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen eines Handovers gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for performing a handover according to the preamble of claim 1.
Stand der Technik State of the art
In einem zellularen Mobilfunknetz kann es vorkommen, dass die Qualität der Funkverbindung zwischen dem mobilen Teil (z.B. einem portablen Telefon) und dem fest installierten Netz (Basisstation) abnimmt. Die zwei wichtigsten Gründe für eine solche Verschlechterung sind folgende: In a cellular mobile radio network, the quality of the radio connection between the mobile part (e.g. a portable telephone) and the permanently installed network (base station) may decrease. The two main reasons for such deterioration are as follows:
1. Die Funkverbindung unterliegt starken Interferenzen und Schwunderscheinungen, die orts- oder zeitabhängig zu schweren Beeinträchtigungen oder gar zur Unterbrechung der Funkverbindung führen können. Die Interferenzen sind typischerweise bedingt durch das Vorhandensein anderer Quellen elektromagnetischer Energie, wie z.B. anderer Benutzer, oder durch allgemeines Rauschen. Die Schwunderscheinungen rühren primär von der Bewegung des mobilen Teils in einer von Abschat-tungseffekten und Mehrwegausbreitung betroffenen Empfangsumgebung her. 1. The radio connection is subject to strong interference and fading phenomena that, depending on the location or time, can lead to serious impairments or even to the interruption of the radio connection. The interference is typically due to the presence of other sources of electromagnetic energy, e.g. other user, or by general noise. The fading phenomena result primarily from the movement of the mobile part in a reception environment affected by shadowing effects and multipath propagation.
2. Der portable Teil entfernt sich aus dem Versorgungsbereich derjenigen Basisstation, mit der er seine Funkverbindung aufrechterhält. 2. The portable part moves away from the coverage area of the base station with which it maintains its radio connection.
Um zu vermeiden, dass ein Abbruch der Verbindung eintritt, kann das System den Versuch unternehmen, die bisherige Verbindung durch eine neue zu ersetzen. Je nach Ursache des Qualitätsverlusts ergeben sich entsprechend die beiden unten genannten Möglichkeiten: To avoid that the connection is lost, the system can attempt to replace the previous connection with a new one. Depending on the cause of the loss of quality, there are two options below:
1. Bei starken Interferenzen oder Schwunderscheinungen kann versucht werden, eine bessere Übertragungsqualität durch Umleitung der bestehenden Verbindung auf einen neuen physikalischen Kanal zu erreichen. Zu diesem Zweck müssen physikalische Parameter wie z.B. die Frequenz, auf der gesendet wird, oder die Zeitabschnitte, während derer die Sendeanlagen aktiv sein dürfen, oder beides, geändert werden. Unter der Voraussetzung, dass der Versorgungsbereich der momentan aktiven Basisstation nicht verlassen worden ist, werden nur die genannten physikalischen Parameter, nicht aber die Basisstation selbst gewechselt. 1. In the event of strong interference or fading, an attempt can be made to achieve a better transmission quality by redirecting the existing connection to a new physical channel. For this purpose, physical parameters such as the frequency on which transmission is carried out, or the periods during which the transmission systems are allowed to be active, or both, are changed. Provided that the coverage area of the currently active base station has not been left, only the physical parameters mentioned are changed, but not the base station itself.
2. Wenn dagegen der Versorgungsbereich der bisher benutzten Basisstation verlassen wird, versucht man, die bestehende Funkverbindung über eine neue Basisstation mit einem anderen Versorgungsbereich umzuleiten. In der Regel wird dies auch eine Veränderung der physikalischen Parameter der Funkverbindung zur Folge haben. 2. If, on the other hand, the coverage area of the base station previously used is left, an attempt is made to redirect the existing radio connection via a new base station to another coverage area. As a rule, this will also result in a change in the physical parameters of the radio connection.
Der unter Punkt 1 erläuterte Vorgang wird allgemein als «intra-cell handover», derjenige unter Punkt 2 als «inter-cell handover» bezeichnet. The procedure explained under point 1 is generally referred to as "intra-cell handover", that under point 2 as "inter-cell handover".
Ein System mit den eingangs genannten Merkmalen ist z.B. aus der unter der Abkürzung «DECT» allgemein bekannten Norm für schnurlose Telefoniesysteme (cordless téléphoné systems) bekannt. In Anlehnung an die OSl-Protokollarchitektur wurden vier Protokollebenen definiert. Diese heis-sen (von unten nach oben): Physical Layer (PH), Medium Access Control Layer (MAC), Data Link Control Layer (DLC) sowie Network Layer (NW). Zusätzlich existiert noch eine sogenannte Management Entity (ME), die auch während einer Verbindung nicht mit einer gegenüberliegenden Funktionseinheit korrespondiert, sondern all die Aufgaben übernimmt, die nur eine Seite der Verbindung einer Station mit der Gegenseite betreffen. Sie kann mit jeder der vier obengenannten Protokollebenen Meldungen austauschen und bietet Dienste an wie z.B. die Überwachung der Verbindungsqualität, die Entscheidung, wann und auf welcher Ebene eventuell ein Handover durchgeführt werden soll, sowie die Ermittlung der qualitativ besten Funkkanäle oder der am besten empfangenen Basisstation. A system with the features mentioned above is e.g. known from the standard for cordless téléphoné systems known as "DECT". Four protocol levels were defined based on the OSI protocol architecture. These are (from bottom to top): Physical Layer (PH), Medium Access Control Layer (MAC), Data Link Control Layer (DLC) and Network Layer (NW). In addition, there is a so-called Management Entity (ME), which does not correspond to an opposite functional unit even during a connection, but does all the tasks that only affect one side of a station's connection to the opposite side. It can exchange messages with each of the four protocol levels mentioned above and offers services such as monitoring the connection quality, deciding when and at what level a handover should be carried out, and determining the best quality radio channels or the best received base station.
Der Wechsel von einem physikalischen Kanal auf den anderen wird auf der Ebene des MAC vollzogen und entspricht Fall 1. Wird jedoch auch die Zelle gewechselt (Fall 2), so betrifft das Handover die beiden Protokollebenen DLC und MAC. Soll hingegen sogar der Wechsel von einem DECT-Sy-stem in das andere erfolgen, so wird dies auch zu einer Angelegenheit der Netzwerkebene (NW). Je höher also die Umleitung der Verbindung in der Systemhierarchie zu liegen kommt, desto höher sind auch die Protokollebenen, die von den notwendigen Vorgängen betroffen werden. The change from one physical channel to the other is carried out at the MAC level and corresponds to case 1. However, if the cell is also changed (case 2), the handover affects the two protocol levels DLC and MAC. If, on the other hand, the switch from one DECT system to the other is to take place, this also becomes a matter of the network level (NW). In other words, the higher the redirection of the connection in the system hierarchy, the higher the protocol levels that are affected by the necessary processes.
Dabei wird ein Mobilfunksystem mit mehreren Basisstationen und mindestens einer mobilen Station zu Grunde gelegt. Jede dieser Stationen hat eine bestimmte Zahl von hierarchisch übereinander angeordneten Protokollsteuerblöcken, die jeweils einer bestimmten Protokollebene zugeordnet sind. Falls ein Protokollsteuerblock innerhalb einer Protokollebene mehrere logische Verbindungen führt, besteht dieser auch aus mehreren Protokollsteuereinheiten, von denen jede einzelne jeweils nur für eine logische Verbindung zuständig sein kann. Jeder Protokollsteuerblock hat also mindestens eine Protokollsteuereinheit und ist mit jedem benachbarten Protokollsteuerblock über mindestens eine gemeinsame Datenschnittstelle verbunden. Hierarchisch gleichrangige Protokollsteuerblöcke der verschiedenen Stationen können durch Benutzung der Dienste jeweils hierarchisch untergeordneter Protokollsteuerblöcke miteinander kommunizieren, indem sie eine virtuelle Datenverbindung aufbauen, aufrechterhalten und abbrechen. Der Datenübermittlungspfad verläuft dabei über die hierarchisch untergeordneten, jeweils durch Datenschnittstellen verbundenen Protokollsteuerblöcke hinweg bis hin zum hierarchisch gleichrangigen Protokollsteuerblock der anderen Station, wobei lediglich die in der Hierarchie niedrigsten Protokoilsteuerblöcke durch ein physikalisches Medium für die Datenübertragung miteinander verbunden sind. Ein derartiger Ablauf findet beispielsweise bei der Kommunikation zwischen der mobilen und einer bestimmten Basisstation statt. A mobile radio system with several base stations and at least one mobile station is used as a basis. Each of these stations has a specific number of protocol control blocks arranged hierarchically one above the other, each of which is assigned to a specific protocol level. If a protocol control block has several logical connections within a protocol level, it also consists of several protocol control units, each of which can only be responsible for one logical connection. Each protocol control block therefore has at least one protocol control unit and is connected to each neighboring protocol control block via at least one common data interface. Protocol control blocks of different hierarchy of the different stations can communicate with one another by using the services of hierarchically subordinate protocol control blocks by establishing, maintaining and terminating a virtual data connection. The data transmission path runs through the hierarchically subordinate protocol control blocks, each connected via data interfaces, to the hierarchically equivalent protocol control block of the other station, with only the lowest protocol control blocks in the hierarchy being connected to one another by a physical medium for data transmission. Such a sequence takes place, for example, in the communication between the mobile and a specific base station.
Ein Handover, das bei der nächsthöheren Protokollebene keine Degradation des angebotenen Dienstes bewirkt, wird als nahtlos bezeichnet («seamless handover»). Es ist klar, dass alle Protokollebenen PEi bis PEn gemeinsam zu einer nahtlo- A handover that does not cause a degradation of the service offered at the next higher protocol level is referred to as seamless (“seamless handover”). It is clear that all protocol levels PEi to PEn together form a seamless
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sen Ablösung der alten Verbindung durch die neue fähig sein müssen, damit die Ebene PEn+i als Benutzer der Dienste von PEn keine Beeinträchtigung derselben erfährt. The old connection must be able to be replaced by the new one so that the level PEn + i as user of the services of PEn is not affected.
In der heutigen Praxis ist eine durchgehend nahtlose Implementation des Handovers noch nicht realisiert. Beispielsweise wird beim DECT-System nicht erwartet, dass das DLC-Handover nahtlos erfolgt. Die Normen lassen es jedoch zu, eine derartige un-terbruchslose Umleitung der Verbindung zu implementieren. In today's practice, a seamless implementation of the handover has not yet been implemented. For example, the DECT system is not expected to perform the DLC handover seamlessly. However, the standards allow such a continuous redirection of the connection to be implemented.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Durchführen eines nahtlosen Handovers in einem Mobilfunksystem der eingangs genannten Art anzugeben. The object of the invention is to provide a method for performing a seamless handover in a mobile radio system of the type mentioned at the outset.
Gemäss der Erfindung besteht die Lösung darin, dass unter Verwendung von mindestens zwei unabhängigen Protokollsteuereinheiten pro Protokollsteuerblock im Hinblick auf ein nahtloses Handover folgende Schritte durchgeführt werden: According to the invention, the solution is that the following steps are carried out using at least two independent protocol control units per protocol control block with regard to a seamless handover:
a) beim Vorliegen eines Handover-Befehls auf einer bestimmten Protokollebene PEn wird von derselben Ebene PEn ein zweiter Datenübermittlungspfad vorbestimmt, indem auf der Ebene PEn sowie auf allen untergeordneten Protokollebenen PEn-i bis hinab zu PEi je eine freie zweite Protokollsteuereinheit und eine freie entsprechende Datenschnittstelle reserviert werden; a) if there is a handover command on a specific protocol level PEn, a second data transmission path is predetermined by the same level PEn, by a free second protocol control unit and a free corresponding data interface each on the level PEn and on all subordinate protocol levels PEn-i down to PEi be reserved;
b) Die Protokollsteuereinheiten des zweiten vorbestimmten Datenübermittlungspfades werden in einem eigenständigen, von den Protokollsteuereinheiten des ersten, bestehenden Datenübermittlungspfades unabhängigen Betriebszustand (Initialzustand) versetzt: daraufhin werden die über den ersten Datenübermittlungspfad gehenden Daten zugleich auch über den zweiten Datenübermittlungspfad geschickt; b) The protocol control units of the second predetermined data transmission path are set to an independent operating state (initial state) which is independent of the protocol control units of the first existing data transmission path: thereupon the data going via the first data transmission path are simultaneously also sent via the second data transmission path;
c) erst wenn die Daten über den zweiten Datenübermittlungspfad sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in einer allenfalls bestehenden Rückwärtsrichtung erfolgreich übermittelt worden sind, wird der erste Datenübermittlungspfad aufgelöst. c) the first data transmission path is only resolved when the data have been successfully transmitted via the second data transmission path both in the forward direction and in any reverse direction that may exist.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass ein zweiter, vollständig unabhängiger Kanal parallel initialisiert und in Betrieb genommen wird. Die Protokollsteuereinheiten, die als endliche Automaten beschreibbar sind, werden also nicht auf den Zustand zwangsinitialisiert, der von der entsprechenden Protokollsteuereinheit des ersten Datenübermittlungspfades eingenommen wird. The essence of the invention is that a second, completely independent channel is initialized in parallel and put into operation. The protocol control units, which can be described as finite automata, are therefore not forcibly initialized to the state which is assumed by the corresponding protocol control unit of the first data transmission path.
Gemäss der Erfindung wird ein Handover-Befehl auf einer bestimmten Protokollebene PEn ausgelöst und in hierarchisch absteigender Reihenfolge über die verschiedenen Protokollebenen an die unterste weitergeleitet, wo dann der betreffende Protokollsteuerblock mit dem Aufbau des zweiten, parallelen Datenpfades zu einem gegenüberliegenden Protokollsteuerblock beginnt. Dadurch ergibt sich eine saubere und transparente Befehlsabfolge. According to the invention, a handover command is triggered at a specific protocol level PEn and forwarded in a hierarchically descending order across the various protocol levels to the lowest level, where the protocol control block in question then begins to set up the second, parallel data path to an opposite protocol control block. This results in a clean and transparent command sequence.
Um in jedem Fall möglichst alle Fehler erfassen zu können, wird ein Handover-Befehl durch eine mit allen Protokollsteuerblöcken einer Station in Verbindung stehenden Stationskontrolleinheit immer beim obersten Protokollsteuerblock ausgelöst, und zwar unabhängig davon, welche der vorhandenen Protokollsteuerblöcke eine ungenügende Übertragungsqualität gemeldet hat. In order to be able to record all errors as far as possible, a handover command is always triggered by a station control unit connected to all protocol control blocks of a station at the top protocol control block, regardless of which of the existing protocol control blocks has reported insufficient transmission quality.
Eine Vereinfachung und Beschleunigung des nahtlosen Handovers lässt sich dadurch realisieren, dass die Stufe des Handovers entsprechend den im Einzelfall vorliegenden Gegebenheiten reduziert wird. Zu diesem Zweck wird jeder virtuellen Verbindung zweier Protokollsteuereinheiten innerhalb der Protokollsteuerblöcke gegenüberliegender Stationen auf einer bestimmten Protokollebene eine eindeutige Verbindungskennung zugeordnet. Beim Aufbau des zweiten Datenübermittlungspfades in hierarchisch aufsteigender Reihenfolge kann mit Hilfe der Verbindungskennung überprüft werden, ob im gegenwärtigen Protokollsteuerblock bereits eine Protokollsteuereinheit mit der Übermittlung der Daten über den ersten Datenübermittlungspfad betraut ist. Falls dies zutrifft, wird eine Reduktion der Stufe des Handovers auf diejenige der nächstunteren Protokollebene durchgeführt, indem die vorreservierten Protokollsteuereinheiten auf der gegenwärtigen und auf allen übergeordneten Protokollebenen wieder freigegeben werden. The seamless handover can be simplified and accelerated by reducing the level of the handover in accordance with the circumstances in the individual case. For this purpose, a unique connection identifier is assigned to each virtual connection between two protocol control units within the protocol control blocks of opposite stations on a specific protocol level. When setting up the second data transmission path in a hierarchically ascending order, the connection identifier can be used to check whether a protocol control unit in the current protocol control block is already entrusted with the transmission of the data via the first data transmission path. If this is the case, the level of the handover is reduced to that of the next lower protocol level by releasing the pre-reserved protocol control units at the current and at all higher-level protocol levels.
Eine grosse Systemflexibilität ergibt sich dann, wenn jeder Protokollsteuerblock sowohl zum benachbarten oberen als auch zum benachbarten unteren Protokollsteuerblock mehrere, den Protokollsteuereinheiten des Protokollsteuerblocks frei zuteilbare Datenschnittstellen verwenden kann. A great system flexibility results when each protocol control block can use several data interfaces that can be freely assigned to the protocol control units of the protocol control block, both to the adjacent upper and to the adjacent lower protocol control block.
Besonders gut eignet sich das erfindungsgemäs-se Handover für ein System gemäss DECT-Norm, innerhalb derer mindestens vier Protokollebenen vorgesehen sind. The handover according to the invention is particularly well suited for a system according to the DECT standard, within which at least four protocol levels are provided.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich ohne erfinderisches Zutun in einer Mobilfunkanlage mit mehreren Basisstationen und mindestens einer Mobilfunkstation durch geeignete Programmierung der Steuerschaltungen implementieren. The method according to the invention can be implemented in a mobile radio system with several base stations and at least one mobile radio station by suitable programming of the control circuits without inventive intervention.
Aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen ergeben sich weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Further preferred embodiments of the invention result from the following description and the drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained below using exemplary embodiments and in connection with the drawings. Show it:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines zellularen Mobilfunksystems; Fig. 1 is a schematic representation of a cellular mobile radio system;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der hierarchischen Struktur der Protokollebenen (Protokollsteuerblöcke der Mobilfunkstation und des ortsfesten Teils) des Mobilfunksystems; und 2 shows a schematic representation of the hierarchical structure of the protocol levels (protocol control blocks of the mobile radio station and of the fixed part) of the mobile radio system; and
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Datenübermittlungspfade während eines Handovers. 3 shows a schematic representation of the data transmission paths during a handover.
In den verschiedenen Figuren sind grundsätzlich gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the various figures, the same parts are basically provided with the same reference symbols.
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Wege zur Ausführung der Erfindung Ways of Carrying Out the Invention
Fig. 1 zeigt das der Erfindung zu Grunde liegende zellulare Mobilfunknetz. Das zu versorgende Gebiet (sei es nun ein Landesteil, ein Stadtteil oder nur ein Gebäudeteil) wird aufgeteilt in einzelne Zellen. Jede Zelle wird von einer Basisstation versorgt. Die einzelnen Basisstationen 1.1-1.7 haben über eine Netzkontrollstation 3 Zugang zu einer äusseren Kommunikationsinfrastruktur, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist. Abhängig von den jeweiligen örtlichen Verhältnissen können Zwischenstationen 2.1, 2.2 vorgesehen sein, die jeweils mehrere Basisstationen 1.1-1.4 resp. 1.5-1.7 mit der gemeinsamen Netzkontrollstation 3 verbinden. 1 shows the cellular mobile radio network on which the invention is based. The area to be supplied (be it a part of the country, a district or just a part of a building) is divided into individual cells. Each cell is served by a base station. The individual base stations 1.1-1.7 have access to an external communication infrastructure via a network control station 3, which is not shown in FIG. 1. Depending on the respective local conditions, intermediate stations 2.1, 2.2 can be provided, each of which has a plurality of base stations 1.1-1.4 or. Connect 1.5-1.7 to the common network control station 3.
Der soeben beschriebene ortsfeste Teil des Mobilfunksystems kann mit einer mobilen Station 5 eine Funkverbindung aufnehmen. Dem Aufbau, Unterhalt und Abbruch dieser Verbindung kann eine Protokollarchitektur dienen, wie sie z.B. aus der bereits erwähnten DECT-Norm bekannt ist. Der ortsfeste Teil des zugrunde gelegten zellularen Mobilfunknetzes soll dabei einem mobilen Endgerät (Station 4) drahtlosen Zugang zu einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) Kommunikationsinfrastruktur ermöglichen. Die Antenneneinrichtungen der Basisstationen 1.1-1.7 werden in geeigneter Weise angeordnet, um die Funkversorgung des vom Mobilfunksystem abzudeckenden Gebiets möglichst lückenlos zu gewährleisten. Es ist klar, dass dann die einfachheitshalber wabenförmig gezeichneten Zellen den Versorgungsbereichen der einzelnen Basisstationen entsprechen, wobei deren Grenzen in Wirklichkeit aufgrund der baulichen oder landschaftlichen Umgebung nicht exakt dem in Fig. 1 gezeigten hexagonalen Muster folgen. The stationary part of the mobile radio system just described can establish a radio connection with a mobile station 5. A protocol architecture can be used to establish, maintain and terminate this connection, e.g. is known from the already mentioned DECT standard. The fixed part of the underlying cellular mobile radio network is intended to enable a mobile terminal (station 4) to have wireless access to a communication infrastructure (not shown in FIG. 1). The antenna devices of the base stations 1.1-1.7 are arranged in a suitable manner in order to ensure the radio coverage of the area to be covered by the mobile radio system as completely as possible. It is clear that the cells, drawn for the sake of simplicity, then correspond to the coverage areas of the individual base stations, the boundaries of which, in reality, do not exactly follow the hexagonal pattern shown in FIG. 1 due to the structural or landscape environment.
Wenn die mobile Station 4 im Raum bewegt wird, dann können Interferenzen, die vor allem von anderen mobilen Stationen herrühren, dazu führen, dass die Qualität der Verbindung empfindlich verschlechtert wird. Ebenso kann sich die Station von einer Zelle in eine andere bewegen, so dass sie über eine andere Basisstation versorgt werden muss. Im folgenden wird nun erläutert, wie gemäss der Erfindung der Kanal gewechselt werden kann, ohne dass die Datenübermittlung zu irgendeinem Zeitpunkt unterbrochen werden muss. Ein solcher für den Benützer nicht spürbarer Wechsel des Übertragungskanals wird als nahtlos bezeichnet. If the mobile station 4 is moved in space, then interferences, which come primarily from other mobile stations, can lead to the quality of the connection being deteriorated appreciably. The station can also move from one cell to another, so that it has to be supplied via another base station. In the following it will now be explained how the channel can be changed according to the invention without the data transmission having to be interrupted at any time. Such a change in the transmission channel that is not noticeable to the user is referred to as seamless.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der hierarchischen Struktur, die dem erfindungsgemäs-sen Verfahren zugrunde gelegt ist. Die mobile Station 4 (z.B. ein schnurloses Telefon) kann mittels der verschiedenen Basisstationen 1.1-1.7 mit der Netzkontrollstation 3 in Verbindung treten. Sowohl die mobile Station 4 als auch der ortsfeste Teil des Mobilfunksystems sind in hierarchisch übereinander angeordnete Protokollebenen PE1-PE3 aufgeteilt. In der mobilen Station 4 ist für jede dieser Protokollebenen PE1-PE3 ein Protokollsteuerblock PSB11-PSB31 vorgesehen. Beim ortsfesten Teil der Anlage ist jede Basisstation 1.1-1.7 mit einem eigenen Protokollsteuerblock PSB12-PSB18 ausgestattet. Wie in Fig. 1 gezeigt, können z.B. mehrere Basisstationen 1.1-1.4 resp. 1.5-1.7 an verschiedenen 2 shows a schematic illustration of the hierarchical structure on which the method according to the invention is based. The mobile station 4 (e.g. a cordless telephone) can connect to the network control station 3 using the various base stations 1.1-1.7. Both the mobile station 4 and the fixed part of the mobile radio system are divided into protocol levels PE1-PE3 which are arranged hierarchically one above the other. A protocol control block PSB11-PSB31 is provided in the mobile station 4 for each of these protocol levels PE1-PE3. In the stationary part of the system, each base station 1.1-1.7 is equipped with its own protocol control block PSB12-PSB18. As shown in Fig. 1, e.g. several base stations 1.1-1.4 resp. 1.5-1.7 at different
Zwischenstationen 2.1 resp. 2.2 angeschlossen sein. Den Zwischenstationen 2.1 und 2.2 ist ebenfalls ein Protokollsteuerblock PSB22 resp. PSB23 zugeordnet. Den Protokollsteuerblöcken PSB22, PSB23 ist ein Protokollsteuerblock PSB32 der Netzkontrollstation 3 übergeordnet. Je nach den an die Funktionsweise und Leistungsfähigkeit des zellularen Mobilfunknetzes gestellten Anforderungen kann jede der Protokollebenen PE1-PE3 in weitere Ebenen unterteilt sein. Dies wird in der Praxis häufig vorgenommen, um eine klarere funktionale Gliederung des Systems zu erreichen. Für die Erläuterung der Erfindung ist dies jedoch ohne Belang. Intermediate stations 2.1 respectively. 2.2 be connected. The intermediate stations 2.1 and 2.2 is also a protocol control block PSB22 and. Assigned to PSB23. A protocol control block PSB32 of the network control station 3 is superior to the protocol control blocks PSB22, PSB23. Depending on the requirements placed on the functionality and performance of the cellular mobile radio network, each of the protocol levels PE1-PE3 can be divided into further levels. In practice, this is often done in order to achieve a clearer functional structure of the system. However, this is irrelevant for the explanation of the invention.
Gemäss der Erfindung haben die mobile Station 4 und der feste Teil der Anlage die gleiche hierarchische Struktur. Jedem Protokollsteuerblock der mobilen Station kann somit ein entsprechender Block im festen Teil der Anlage zugeordnet werden. Die hierarchisch gleichrangigen Protokollsteuerblök-ke werden wie bereits erwähnt zu Protokollebenen PE1-PE3 zusammengefasst. Die Protokollsteuerblöcke der einzelnen Ebenen und ihre Schnittstellen zu den unter- bzw. übergeordneten Protokollsteuerblöcken sind ferner so ausgebildet, dass die auf gleicher hierarchischer Stufe liegenden Protokollsteuerblöcke virtuell miteinander kommunizieren können. Die Protokollsteuerblöcke (PSB21, PSB22, PSB23 etc.) einer bestimmten Ebene (PE2 etc.) brauchen die Zahl der untergeordneten Protokollebenen also nicht zu kennen. Durch die Benützung der Dienste, die von den untergeordneten Protokollsteuerblöcken angeboten werden, wird eine virtuelle Verbindung unterhalten, die den Charakter einer direkten (möglicherweise von Übertragungsfehlern behafteten) Verbindung zur Gegenseite hat. According to the invention, the mobile station 4 and the fixed part of the system have the same hierarchical structure. A corresponding block in the fixed part of the system can thus be assigned to each protocol control block of the mobile station. As already mentioned, the hierarchically equivalent protocol control blocks are combined to protocol levels PE1-PE3. The protocol control blocks of the individual levels and their interfaces to the subordinate or superordinate protocol control blocks are also designed such that the protocol control blocks located on the same hierarchical level can communicate virtually with one another. The protocol control blocks (PSB21, PSB22, PSB23 etc.) of a certain level (PE2 etc.) do not need to know the number of subordinate protocol levels. By using the services offered by the subordinate protocol control blocks, a virtual connection is maintained, which has the character of a direct connection (possibly with transmission errors) to the opposite side.
Die Datenübermittlung lässt sich wie folgt veranschaulichen: Die digitalen Daten (z.B. ein digitalisiertes Sprachsignal) werden von der Datenquelle (in Fig. 2 nicht gezeigt) an den obersten Protokollsteuerblock PSB31 der mobilen Station abgegeben. Von hier wandern sie durch die hierarchische Struktur hinunter zum untersten Protokollsteuerblock PSB11. Dieser steuert in der Praxis die Hardware des mobilen Senders (Modulator, Verstärker etc.), so dass nun die physikalische Übermittlung zu einer Basisstation der ortsfesten Anlage erfolgen kann. The data transmission can be illustrated as follows: The digital data (e.g. a digitized voice signal) is delivered from the data source (not shown in Fig. 2) to the top protocol control block PSB31 of the mobile station. From here they migrate down through the hierarchical structure to the lowest protocol control block PSB11. In practice, this controls the hardware of the mobile transmitter (modulator, amplifier, etc.) so that the physical transmission to a base station of the fixed system can now take place.
Wenn angenommen wird, dass die Basisstation 1.1 die am nächsten liegende ist (vgl. Fig. 1), dann werden die Daten vom Protokollsteuerblock PSB12 empfangen. Von hier wandern die Daten durch die Hierarchie PSB22, PSB32 nach oben, wo sie von einer Datensenke (Telefonzentrale oder dergleichen) abgeholt werden können. (Die Telefonzentrale vermittelt ihrerseits die Daten an einen zweiten Gesprächsteilnehmer.) If it is assumed that the base station 1.1 is the closest (see FIG. 1), then the data is received by the protocol control block PSB12. From here, the data moves up through the hierarchy PSB22, PSB32, where it can be picked up by a data sink (telephone exchange or the like). (The switchboard in turn transmits the data to a second call participant.)
Jedem Protokollsteuerblock ist eine spezifische Funktion zugeordnet. Entsprechend seiner Funktion führt der Protokollsteuerblock eine bestimmte Fehlererkennung und -korrektur durch. Wenn z.B. der Protokollsteuerblock PSB21 einen Fehler erkennt, dann kann er seinen Partner PSB22 auffordern, eine gewisse Zahl von Bits zu wiederholen. Es ist klar, dass auf einer bestimmten Protokollebene nur ganz bestimmte Fehler überhaupt erkannt werden A specific function is assigned to each protocol control block. Depending on its function, the protocol control block carries out a specific error detection and correction. If e.g. the protocol control block PSB21 detects an error, then it can request its partner PSB22 to repeat a certain number of bits. It is clear that only certain errors are recognized at a certain protocol level
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können. So ist es z.B. möglich, dass auf der untersten Protokollebene PEi keine Fehler erkannt werden, während die unmittelbar darüber angeordnete Protokollebene PE2 ständig Fehler detektiert. Dies braucht aber von der dritten Protokollebene PE3 unter Umständen gar nicht bemerkt zu werden, falls die virtuell miteinander kommunizierenden Protokollsteuerblöcke auf Ebene PE2 imstande sind, die auftretenden Fehler zu korrigieren. can. So it is e.g. it is possible that no errors are detected on the lowest protocol level PEi, while the protocol level PE2 located directly above continuously detects errors. However, this may not need to be noticed by the third protocol level PE3 if the protocol control blocks communicating virtually with one another at level PE2 are able to correct the errors that occur.
Im folgenden werden die grundsätzliche Funktionsweise und das Zusammenspiel der Protokollsteuerblöcke bei einem erfindungsgemässen Handover an einem Beispiel erläutert. Über die konkrete Funktionsweise der Protokolle auf den verschiedenen Ebenen wird dabei nur sehr wenig vorausgesetzt. Es ist deshalb nicht nötig, auf die Einzelheiten zur Fehlererkennung oder Fehlerbehebung einzugehen. In the following, the basic functioning and the interaction of the protocol control blocks in a handover according to the invention are explained using an example. Very little is assumed about the concrete functioning of the protocols at the different levels. It is therefore not necessary to go into the details of error detection or correction.
Bei der Erfindung wird ganz prinzipiell davon ausgegangen, dass zunächst eine neue Verbindung hergestellt wird, die den Anforderungen an die Übertragungsqualität gerecht wird, während der Da-tenfluss immer noch über die bestehende Verbindung transportiert wird, die man abbrechen möchte. Ist der (parallel zur alten Verbindung erfolgende) Verbindungsaufbau erfolgreich abgeschlossen, wird der Datenstrom auf den neuen (logischen) Kanal gelenkt und die alte Verbindung abgebrochen. Im folgenden wird beschrieben, wie auf der soeben geschilderten Grundlage in wirksamer Weise ein nahtloses Handover implementiert werden kann. In principle, the invention assumes that a new connection is first established that meets the requirements for the transmission quality, while the data flow is still transported over the existing connection that is to be terminated. If the connection establishment (parallel to the old connection) has been successfully completed, the data stream is directed to the new (logical) channel and the old connection is terminated. The following describes how a seamless handover can be effectively implemented on the basis just described.
Fig. 3 veranschaulicht die Durchführung des nahtlosen Handovers. Auf jeder Protokollebene sind mehrere Protokollsteuereinheiten vorgesehen, wobei jeder Protokollsteuerblock PSB11, PSB21 etc. über mindestens zwei Protokollsteuereinheiten PSE111, PSE112 resp. PSE211, PSE212 verfügen kann. Um die Daten an den über- resp. untergeordneten jeweiligen Protokollsteuerblock weitergeben zu können, sind Datenschnittstellen DS11, DS12, DS21, DS22 etc. vorgesehen. Jeder Protokollsteuerblock PSB11 weist mehrere Datenschnittstellen DS11, DS12 resp. DS21, DS22 in jeder Richtung auf. Die Protokollsteuereinheiten sind den Datenschnittstellen frei zuteilbar. 3 illustrates the implementation of the seamless handover. Several protocol control units are provided on each protocol level, with each protocol control block PSB11, PSB21 etc. via at least two protocol control units PSE111, PSE112 and. PSE211, PSE212 can have. In order to transfer the data to the To be able to pass on subordinate respective protocol control blocks, data interfaces DS11, DS12, DS21, DS22 etc. are provided. Each protocol control block PSB11 has several data interfaces DS11, DS12 and. DS21, DS22 in any direction. The protocol control units can be freely assigned to the data interfaces.
Alle Protokollsteuerblöcke PSB11, PSB21, PSB31 der mobilen Station 4 stehen in Verbindung mit einer Stationskontrolleinheit SKE. Diese übernimmt Überwachungsfunktionen, die alle Protokollebenen betreffen. All protocol control blocks PSB11, PSB21, PSB31 of the mobile station 4 are connected to a station control unit SKE. This takes over monitoring functions that affect all protocol levels.
Der feste Teil der Anlage ist in entsprechender Weise aufgebaut. In Fig. 3 werden der Einfachheit halber nur zwei Basisstationen und eine Zwischenstation gezeigt (vgl. Protokollsteuerblöcke PSB12 und PSB13 bzw. PSB22). Die Stationskontrolleinheiten der Basisstationen sind analog zu derjenigen der mobilen Station ausgebildet und werden der Einfachheit halber nicht in der Figur dargestellt. The fixed part of the system is constructed in a corresponding manner. In FIG. 3, only two base stations and one intermediate station are shown for the sake of simplicity (see protocol control blocks PSB12 and PSB13 and PSB22). The station control units of the base stations are designed analogously to those of the mobile station and are not shown in the figure for the sake of simplicity.
Eine Protokollsteuereinheit ist charakterisiert durch die Menge der verschiedenen Zustände {Zj}, die sie annehmen kann, durch die Menge der eintreffenden Ereignisse {Ej} sowie die Menge der abgehenden Aktionen {Ai<}. Befindet sich die Protokollsteuereinheit zum diskreten Zeitpunkt tm in einem Zustand Z(m), und trifft zu diesem Zeitpunkt ein bestimmtes Ereignis E(m) ein, so wird abhängig von Z(m) und E(m) die abgehende Aktion A(m) bestimmt und ausgeführt. Sodann wird in Abhängigkeit von Z(m) und E(m) der Zustand E(m+I) angenommen. Zu einem späteren Zeitpunkt tm+i wird der gesamte Vorgang in derselben Weise wiederholt. Eine Protokollsteuereinheit lässt sich demzufolge als endlicher Automat modellieren. A protocol control unit is characterized by the set of different states {Zj} it can assume, the set of incoming events {Ej} and the set of outgoing actions {Ai <}. If the protocol control unit is in a state Z (m) at the discrete time tm and a certain event E (m) arrives at this time, the outgoing action A (m) becomes dependent on Z (m) and E (m) determined and executed. The state E (m + I) is then assumed as a function of Z (m) and E (m). At a later time tm + i, the entire process is repeated in the same way. A protocol control unit can therefore be modeled as a finite state machine.
Die Protokollsteuereinheiten desselben Protokollsteuerblocks (im Falle von PSB11 wären dies PSE111 und PSE112) arbeiten alle nach derselben Vorschrift und unterscheiden sich lediglich im Zustand, den sie zu einem bestimmten Zeitpunkt einnehmen. The protocol control units of the same protocol control block (in the case of PSB11 this would be PSE111 and PSE112) all operate according to the same regulation and differ only in the state which they assume at a certain point in time.
Im folgenden wird nun angenommen, dass ein erster Datenpfad, den es zu ersetzen gilt, durch folgende Kette von Datenübermittlungsschnittstellen und Protokollsteuereinheiten gebildet wird: In the following it is now assumed that a first data path, which has to be replaced, is formed by the following chain of data transmission interfaces and protocol control units:
DS41 - PSE311 - DS31 - PSE212 - DS22 -PSE112 - DS12 - DS14 - PSE122 - DS24 -PSE222 - DS33 - PSE321 - DS43. DS41 - PSE311 - DS31 - PSE212 - DS22 -PSE112 - DS12 - DS14 - PSE122 - DS24 -PSE222 - DS33 - PSE321 - DS43.
Von der Stationskontrolleinheit SKE wird nun gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Handover auf der obersten Protokollebene im Protokollsteuerblock PSB31 ausgelöst. Dieser Protokollsteuerblock PSB31 auf Ebene PE3 stellt nebst der bereits mit dem ersten Datenpfad betrauten Protokollsteuereinheit PSE311 eine weitere Protokollsteuereinheit PSE312 bereit. Anschliessend greift der Protokollsteuerblock PSB auf Ebene PEn (hier n = 3) über die noch freie Datenschnittstelle DS32 auf die Dienste der unmittelbar untergeordneten Protokollebene PEn-i (hier n-l = 2) zurück und weist den ihm direkt untergeordneten Protokollsteuerblock PSB21 an, einen zweiten Datenpfad bereitzustellen. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the station control unit SKE now triggers a handover on the top protocol level in the protocol control block PSB31. In addition to the protocol control unit PSE311 which has already been entrusted with the first data path, this protocol control block PSB31 at level PE3 provides a further protocol control unit PSE312. The protocol control block PSB at level PEn (here n = 3) then uses the services of the immediately subordinate protocol level PEn-i (here nl = 2) via the still free data interface DS32 and instructs the protocol control block PSB21 which is directly subordinate to it, a second data path to provide.
Damit aber die auf derselben Protokollebene PEn liegenden Protokollsteuerblöcke PSB31 und PSB32 miteinander in Verbindung treten können, müssen vorgängig alle untergeordneten Protokollebenen einen Datenpfad vorreserviert haben. Deshalb muss der Befehl zur Einleitung des Handovers jeweils an die nächstuntere Protokollebene weitergeleitet werden. Der Handover-Befehl wird also sukzessive von oben nach unten weitergegeben. Auf jeder Ebene werden freie Protokollsteuereinheiten und Datenschnittstellen reserviert. Im vorliegenden Fall sieht der zweite Datenübermittlungspfad wie folgt aus: However, in order that the protocol control blocks PSB31 and PSB32 located on the same protocol level PEn can communicate with each other, all subordinate protocol levels must have previously reserved a data path. Therefore, the command to initiate the handover must be forwarded to the next lower protocol level. The handover command is therefore passed on successively from top to bottom. Free protocol control units and data interfaces are reserved at each level. In the present case, the second data transmission path looks as follows:
DS41 - PSE312 - DS32 - PSE211 - DS21 -PSE111 - DS11 - DS15 - PSE131 - DS25 -PSE223 - DS36 - PSE323 - DS43. DS41 - PSE312 - DS32 - PSE211 - DS21 -PSE111 - DS11 - DS15 - PSE131 - DS25 -PSE223 - DS36 - PSE323 - DS43.
Wenn der zweite Datenübermittlungspfad auf diese Weise vorbereitet worden ist, werden die über den ersten Datenübermittlungspfad übermittelten Daten parallel auch über den zweiten Pfad geschickt. Zunächst erfolgt die parallele Übermittlung aber nur in einer Richtung, d.h. z.B. von der mobilen Station zur Basisstation. Erst wenn diese Datenübermittlung fehlerfrei funktioniert, werden die Daten auch in umgekehrter Richtung (im vorliegenden Beispiel von der Basisstation zur mobilen Station) über den zweiten Datenpfad gesendet. Die Protokollsteuereinheiten des neuen, zweiten Datenpfades wurden vor Beginn der Datenübertragung in If the second data transmission path has been prepared in this way, the data transmitted via the first data transmission path are also sent in parallel via the second path. Initially, however, the parallel transmission only takes place in one direction, i.e. e.g. from the mobile station to the base station. Only when this data transmission works correctly, are the data also sent in the opposite direction (in the present example from the base station to the mobile station) via the second data path. The protocol control units of the new, second data path were in before the data transmission
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den Initialzustand versetzt und führen ihre Zu-standsübergänge unabhängig von den Vorgängen auf dem ersten Datenpfad durch. set the initial state and carry out their state transitions independently of the processes on the first data path.
Nachdem der korrekte Empfang der Daten in beiden Richtungen auf dem zweiten Datenpfad sichergestellt ist, darf der Verbindungsabbruch der alten Verbindung eingeleitet werden. Infolgedessen werden die Protokollsteuereinheiten des ersten Datenübermittlungspfades freigestellt. Der Datenstrom fliesst damit nur noch über den zweiten Datenpfad. After the correct reception of the data in both directions on the second data path is ensured, the connection termination of the old connection may be initiated. As a result, the protocol control units of the first data transmission path are released. The data stream therefore only flows via the second data path.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Handover zwar auf der obersten Protokollebene initiiert, wenn möglich aber auf eine niedrigere Stufe reduziert, um den Verbindungsaufbau zu beschleunigen. Dies lässt sich am Beispiel des DECT-Systems erläutern. Dort geht man nämlich davon aus, dass bei einer Verschlechterung der Kanalqualität, die lediglich aufgrund starker Interferenzen auftritt, ein Handover auf MAC-Ebene ausgelöst werden soli. Hat der mobile Benützer jedoch den Versorgungsbereich einer Fixstation verlassen, wäre ein Handover auf DLC-Ebene notwendig. Es leuchtet ein, dass im ersten Moment nicht immer bekannt sein kann, ob es sich um den ersten oder den zweiten Fall handelt. In beiden Situationen wird deshalb das Handover zunächst auf DLC-Ebene eingeleitet. According to a preferred embodiment of the invention, the handover is initiated at the highest protocol level, but if possible reduced to a lower level in order to speed up the connection establishment. This can be explained using the example of the DECT system. There it is assumed that if the channel quality deteriorates, which only occurs due to strong interference, a handover at the MAC level should be triggered. However, if the mobile user has left the service area of a fixed station, a handover at the DLC level would be necessary. It is obvious that it cannot always be known at first whether it is the first or the second case. In both situations, the handover is therefore initiated at the DLC level.
Im folgenden wird anhand der Fig. 3 erläutert, wie diese Reduktion der Stufe des Handovers durchgeführt werden kann. Voraussetzung dafür ist, dass jede virtuelle Verbindung zweier Protokollsteuereinheiten innerhalb zweier Protokollsteuerblöcke gegenüberliegender Stationen auf derselben Protokollebene eine eindeutige Kennung (z.B. Kennziffer) hat. Anhand dieser Kennung kann z.B. der Protokollsteuerblock PSB22 feststellen, dass zwar die Datenpfade (Datenschnittstellen DS24 und DS25) von verschiedenen Basisstationen mit den Proto-koilsteuerblöcken PSB12 und PSB13 kommen, dass es aber nichts bringt, wenn der zweite Pfad auch auf der höheren Protokollebene (PE3) über zwei verschiedene Protokollsteuereinheiten läuft. Wenn nämlich im selben Protokollsteuerblock zwei verschiedene Pfade parallel geführt werden, dann kann allein dadurch keine Verbesserung der Übermittlungsqualität erreicht werden. Der Protokollsteuerblock PSB22 kann somit der nächsthöheren Protokollebene signalisieren, dass die Stufe des Handovers reduziert werden kann. Im vorliegenden Fall brauchen die Protokollsteuereinheiten PSE312 und PSE323 somit gar nicht in den Datenpfad einbezogen zu werden. Sie können sogleich, d.h. vor der Übermittlung irgendwelcher Daten, freigestellt werden. Auf der dritten Protokollebene (PSB31, PSB32) sind beim reduzierten Handover somit die beiden Datenpfade identisch. Erst innerhalb der Protokollebene PE2 (PSB21 resp. PSB22) verzweigen sie sich. The way in which this reduction in the level of the handover can be carried out is explained below with reference to FIG. 3. The prerequisite for this is that each virtual connection between two protocol control units within two protocol control blocks of opposite stations on the same protocol level has a unique identifier (e.g. code number). Using this identifier, e.g. the protocol control block PSB22 determine that the data paths (data interfaces DS24 and DS25) come from different base stations with the protocol control blocks PSB12 and PSB13, but that it does not help if the second path also at the higher protocol level (PE3) via two different protocol control units running. If two different paths are run in parallel in the same protocol control block, this alone cannot improve the quality of the transmission. The protocol control block PSB22 can thus signal the next higher protocol level that the level of the handover can be reduced. In the present case, the protocol control units PSE312 and PSE323 do not need to be included in the data path. You can immediately, i.e. be exempted before any data is transmitted. On the third protocol level (PSB31, PSB32), the two data paths are identical in the reduced handover. They only branch within the protocol level PE2 (PSB21 or PSB22).
Im Beispiel der Fig. 3 wird also auf der Protokollebene PE3 der virtuellen Verbindung zwischen den auf gleicher Ebene liegenden (benachbarten) Proto-koiisteuerblöcken PSB31 und PSB32 eine Kennzahl zugeordnet. Im Verlauf des Handovers wird auch der neuen virtuellen Verbindung eine entsprechende Kennzahl zugeordnet. Da auf der Protokollebene In the example in FIG. 3, a code number is thus assigned at protocol level PE3 to the virtual connection between the (neighboring) protocol control blocks PSB31 and PSB32 located on the same level. In the course of the handover, a corresponding key figure is also assigned to the new virtual connection. Because at the log level
PE3 aber beide Pfade über die Protokollsteuerblök-ke PSB31 und PSB32 laufen, haben beide Verbindungen auch dieselbe Kennzahl. Aufgrund dieser Tatsache kann auf der Ebene PE3 die Möglichkeit zur Reduktion der Stufe des Handovers erkannt werden, worauf die entsprechenden Massnahmen durchgeführt werden. PE3 but both paths run via the protocol control blocks PSB31 and PSB32, both connections also have the same code. Due to this fact, the possibility of reducing the level of the handover can be recognized at level PE3, whereupon the corresponding measures are carried out.
Es ist leicht einzusehen, dass sich dieses an einem Beispiel dargestellte Vorgehen auf den allgemeinen Fall anwenden lässt, wo ein Handover auf Ebene PEn ausgelöst, aber letztlich nur auf Ebene PEn-k durchgeführt wird. Alle Protokollsteuereinheiten auf den Ebenen PEn bis hinunter zu PEn-k+i, die im Laufe des Vorgangs aufgebaut (vorreserviert) worden sind, werden von unten nach oben wieder freigegeben. Die parallele Datenübermittlung erfolgt nur über den reduzierten Datenpfad. It is easy to see that this procedure, illustrated using an example, can be applied to the general case where a handover is triggered at the PEn level, but is ultimately only carried out at the PEn-k level. All protocol control units on the levels PEn down to PEn-k + i that have been set up (pre-reserved) in the course of the process are released again from bottom to top. The parallel data transmission takes place only via the reduced data path.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Erfindung ein allgemeines Verfahren zum Durchführen eines nahtlosen Handovers angibt. In summary, it can be said that the invention provides a general method for performing a seamless handover.
Claims (7)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |