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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes,
welches durch eine Vielzahl von Zellen gebildet ist, wobei jeweils
mehrere Zellen zu einem Lokalisierungsgebiet zusammengefasst werden,
mittels dessen in das Mobilfunknetz eingebuchte Mobilfunkendgeräte
in diesem Lokalisierungsgebiet lokalisierbar und adressierbar sind,
indem zum Aufbau einer Verbindung zu einem Mobilfunkendgerät
ein Rundruf von allen Zellen dieses Lokalisierungsgebietes an das
Mobilfunkendgerät erfolgt.
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Stand
der Technik ist in heutigen zellularen Mobilfunknetzen, beispielsweise
nach GSM, UMTS oder EPS Standard [www.3gpp.org] eine
Gruppierung von geografisch zusammenhängenden Zellen zu
so genannten Location Areas/Routing Areas/Tracking Areas (nachfolgend
schließt der Begriff „Location Areas” Routing
Areas und tracking Areas ein), d. h. Lokalisierungsgebieten, die
für das Paging eines Mobilfunkendgerätes durch
das Mobilfunksystem genutzt werden. Ein Paging (Rundruf durch alle
Zellen des Lokalisierungsgebietes) wird hierbei immer in allen zu
einer Location Area gehörenden Zellen durchgeführt.
Bei Wechsel von einer Location Area in eine andere führt
das Mobilfunkendgerät eine so genannte Loaction Area Update
Prozedur durch. Zum Zwecke eines Verbindungsaufbaus (Mobile Terminated Call)
wird das Mobilfunkendgerät vom Mobilfunksystem in der aktuellen
Location Area gepaged, d. h. dass ein derartiger Rundruf dann erfolgt,
wenn eine Verbindung zu dem Mobilfunkendgerät aufgebaut werden
soll.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren ist es, dass diese Vorgehensweise der
Gruppierung von Zellen nach ihrer geografischen Nähe eine
sehr starre und unflexible Zellgruppierung darstellt, die eine sehr
hohe Signalisierungslast insbesondere durch Paging-Prozeduren zur
Folge hat. Auch gestattet diese Art der Location Areas keine Berücksichtigung weiterer
Kriterien von Zelleigenschaften. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass die Zuordnung einer Zelle zu einem bestimmten Lokalisierungsgebiet
(Location Area) statisch ist und die Zelle nur einer einzigen Gruppe
zugeordnet werden kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der Eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, welches die erwähnten Nachteile überwindet und
eine höhere Flexibilität gestattet und die Signalisierungslast
innerhalb des Mobilfunknetzes reduziert.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes, welches durch eine
Vielzahl von Zellen gebildet ist, wobei jeweils mehrere Zellen zu
einem Lokalisierungsgebiet zusammengefasst werden, mittels dessen
in das Mobilfunknetz eingebuchte Mobilfunkendgeräte in
diesem Lokalisierungsgebiet lokalisierbar und adressierbar sind,
indem zum Aufbau einer Verbindung zu einem Mobilfunkendgerät
ein Rundruf von allen Zellen dieses Lokalisierungsgebietes an das
Mobilfunkendgerät erfolgt, ist es, dass mehrere Gruppen
von Lokalisierungsgebieten geschaffen werden, wobei jede Zelle einer
oder mehrerer Gruppen zugeordnet wird und eine Zelle verschiedenen
Gruppen zugeordnet sein kann, und eine Adressierung der Zelle aufgrund
der Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gruppe erfolgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren schlägt insbesondere
eine mehrfach-hierarchische Adressierung von Zellen eines Mobilfunksystems
oder Gruppen von Zellen eines zellularen Mobilfunksystems zum Zwecke
der Optimierung der Signalisierungslast vor. Als wesentliche Verbesserung
zum Stand der Technik erlaubt das erfindungsgemäße
Verfahren die Gruppierung von Zellen eines zellularen Mobilfunksystems
nach nicht geografischen Kriterien bei gleichzeitig gesteigerter
Effizienz der Adressierung und Signalisierung. Vorteilhafte Ausführung
ist die Verwendung von mehrfach hierarchischer Adressierung bei
Verwendung von einer großen Anzahl kleiner Mobilfunkzellen
(Femto-Zellen/Home-NB/Home-eNB/CSG-Zellen).
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Vorzugsweise
erfolgt die Bildung der Gruppen nach festlegbaren Kriterien, insbesondere
danach, welche Zellen ein geografisch zusammenhängendes
und/oder geografisch abgegrenztes Gebiet und/oder eine Gruppe von
Zellen für eine geschlossene Teilnehmergruppe und/oder
eine logisch verknüpfte Gruppe von Zellen bilden.
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Hierdurch
können verschiedenste Kriterien zur sinnvollen Bildung
von Gruppen berücksichtigt werden.
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Vorzugsweise überdecken
die Lokalisierungsgebiete verschiedener Gruppen sich räumlich, wobei
die Gruppen hierarchisch geordnet sind und eine Adressierung in
Abhängigkeit der Hierarchieebene erfolgt.
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Dadurch
dass sich mehrere Lokalisierungsgebiete verschiedener Gruppen überlagern
können, kann eine Zelle gleichzeitig verschiedenen Gruppen zugeordnet
sein, wobei eine eindeutige Adressierung der Zelle dadurch gewährleistet
ist, dass die Adressierung in Abhängigkeit der Hierarchieebene
erfolgt. Durch die mögliche Überlagerung mehrerer
Lokalisierungsgebiete (Location Areas) wird eine größere Flexibilität
im Betrieb des zellularen Mobilfunknetzes ermöglicht, als
dies bei der starren Zuordnung nach dem bisherigen Stand der Technik
der Fall ist.
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Bevorzugt
werden mehrere Hierarchieebenen von Gruppen eingerichtet, wobei
jede Hierarchieebene eine Mehrzahl von Gruppen umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst eine Gruppe eine Mehrzahl von Untergruppen.
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Vorzugsweise
weist jede Zelle zu jeder Gruppenzugehörigkeit eine Adresse
auf, wobei die Adresse aus mehreren Segmenten gebildet ist, die
die Zugehörigkeit der Zelle zu einer bestimmten Hierarchieebene
und/oder zu einer bestimmten Gruppe und/oder zu einem bestimmten
Lokalisierungsgebiet kennzeichnen.
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Durch
die Erfindung werden folglich Funkzellen in einem zellularen Kommunikationsnetz
durch ein mehrfach-hierarchisches System adressiert. Als vorteilhafte
Weiterbildung ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren durch die hierarchische Adressierung die geografisch selektive
Kontaktierung von Mobilfunkteilnehmern bei verbesserter Ressourcenausnutzung
im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass bei dem Verfahren eine mehrdimensionale
hierarchische Adressierung ermöglicht ist. Diese mehrdimensionale
Adressierung ermöglicht eine Gruppierung von Zellen nach
ihren verschiedenen Eigenschaften wie der Typ der Zelle und/oder
die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Gruppe und/oder die
geographische Nähe der Zellen zueinander.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass verschiedene Dimensionen durch verschiedene
Prozesse berücksichtigt werden können, um gleichzeitig
eine gesteigerte Effizienz von diesen Prozessen in einem Mobilfunk-System
zu ermöglichen. Beispielsweise ist für das „Paging” eines
Mobilfunkendgerätes in zellularen Mobilfunknetzen die geographische
Position von zum Paging verwendeten Zellen ein wichtiges Kriterium.
Typischerweise werden die Zellen nach ihrer geographische Nähe
zueinander zu so genannten „Location-Areas”/”Rounting
Area”/”Tracking Areas” gruppiert und
hiermit sowohl die Mobility-Management Update Prozeduren wie auch
die Paging-Prozeduren optimiert. Das Mobilfunknetz kann die lokale Position
von Mobilfunkendgeräten im so genannten „Idle
Mode” nicht nach einzelnen Zellen, sondern nur nach bestimmten
geographischen Bereichen verfolgen um hiermit Location-Update Signalisierungs-
und auch Paging-Aufkommen im Mobilfunksystem zu optimieren. Dieses
Verfahren ist heute Stand der Technik und wir in allen heutigen
zellularen Mobilfunksystemen verwendet (für GSM siehe [3GPP
TS 04.08] oder [3GPP TS 03.60], für UMTS [3GPP TS 24.008] oder
[3GPP TS 23.0609].
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In
diesen Referenzen werden auch Verfahren beschrieben, welche es ermöglichen,
einzelnen Mobilfunkendgeräten den Zugang zu einer Location Area/Routing
Area/Tracking Area durch ein so genanntes „Location/Routing/Tracking
Area Update Reject” zu verwehren. Die vom Mobilfunkendgerät durchzuführenden
Schritte nach der Abweisung (wie das Sperren sämtlicher
Zellen einer Location Area) sind in diesen Schriften auch beschrieben
und werden heute in zellularen Mobilfunknetzen teilweise zum geografisch
selektiven Sperren von Teilbereichen des Mobilfunknetzes verwendet.
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Jedoch
kann für andere Anwendungen auch eine Adressierung von
Zellen nach anderen Zusammengehörigkeitskriterien von Nutzen
sein als geographische Zusammengehörigkeit. Beispielsweise kann
die Entscheidung für die Zulassung von Endgeräten
zu Zellen anhand einer logischen aber nicht geographischen Gruppierung
der Zellen getroffen werden. In dem Fall soll die Adressierung der
Zellen die logische Zusammengehörigkeit berücksichtigen. Hierbei
muss die Adressierung keine geografische Zusammengehörigkeit
sondern eine logische Zusammengehörigkeit der Zellen berücksichtigen.
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In
diesem Zusammenhang ermöglicht eine Gruppierung und Adressierung
von Zellen durch mehrfach hierarchische Ebenen die gleichzeitige Steigerung
von Effizienz und Flexibilität von verschiedenen Funktionen
in einem zellularen Mobilfunk-System.
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Der
Nutzen und mögliche Anwendungen verschiedener Ebenen in
der Adressierung ist in folgenden Ausführungsbeispielen
detaillierter erläutert:
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Szenario 1
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In
zellularen Mobilfunknetzen, beispielsweise nach dem GSM-Standard oder UMTS
Standard, ist im so genannten „idle mode” dem
Mobilfunknetz lediglich die Position von Mobilfunkendgeräten
auf Location Area Ebene bekannt. Bei der Location Area handelt es
sich um ein Lokalisierungsgebiet, welches dadurch gebildet ist,
dass mehrere Zellen des zellularen Mobilfunknetzes zu einem solchen
Gebiet, nämlich der Location Area, zusammengefasst sind. Ist
ein Mobilfunkendgerät in das Mobilfunknetz eingebucht,
so ist nicht stets die tatsächliche Position des Mobilfunkendgerätes
in einer bestimmten Funkzelle des Netzes bekannt, sondern lediglich
die Anwesenheit des Mobilfunkendgerätes in einem solchen
Lokalisierungsgebiet.
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Ein
Rundruf, d. h. ein Paging eines Mobilfunkendgerätes zwecks
Aufbaus einer Verbindung zu diesem Mobilfunkendgerät wird
demzufolge in allen Zellen durchgeführt, die zu dieser
Loaction Area gehören. Eine Location Area besteht aus Zellen,
die üblicherweise geographisch nah zu einander positioniert
sind und ein zusammenhängendes Gebiet darstellen bzw. eine
geschlossene geographische Region versorgen. Ein Mobilfunkendgerät
vollzieht eine Location Area Update Prozedur immer dann, wenn sich
die Location Area der aktuellen Zelle geändert hat. Dieses
wird dem Mobilfunkendgerät durch die Abstrahlung einer
Location Area Identität bekannt gegeben, d. h. durch Übermittlung
der Identifikation des Lokalisierungsgebietes. Solange das Mobilfunknetz
die genaue Position der Zellen kennt, ist diese Gruppierung relativ
einfach. Wenn aber beispielsweise ein Home Access Point zum Einsatz
kommt, wobei der Access Point an einem beliebigen geographischen
Ort in Betrieb genommen werden kann, ist die Zuordnung dieser Zellen
nur nach Ort, d. h. nach der geografischen Position nicht möglich.
Es muss daher auch möglich sein, beim Paging diese Home-Zellen (Home
Access Point) einzeln adressieren zu können. Bei einem
solchen Home Access Point handelt es sich quasi um eine private
Ergänzung des bestehenden Mobilfunknetzes, deren Nutzung
jedoch nur dem Eigentümer des Home Access Point offen steht,
d. h. nicht Bestandteil des öffentlichen Mobilfunknetzes zur
freien Nutzung wird.
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Szenario 2
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In
diesem Szenario wird ein Gebäude von mehreren Home-Zellen
abgedeckt. Diese Home-Zellen sind nur einer geschlossenen Teilnehmergruppe (Closed
Subscriber Group, CSG) zugänglich und werden deshalb auch
als CSG-Zellen bezeichnet. Ein Mobilfunkendgerät, welches
sich in diesem Gebäude befindet, soll in all diesen Zellen
gepaged werden, d. h. erreichbar sein. In diesem Fall muss sowohl
der Zellentyp (CSG-Zelle), die logische Gruppierung (CSG) als auch
der Ort berücksichtigt werden, um die Zusammengehörigkeit
der Zellen zu bestimmen. Diese Szenario zeigt auch den Bedarf für eine
neue Dimension in der Adressierung von Zellen eines Mobilfunknetzes.
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Szenario 3
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In
der Gruppierung kann auch die Anzahl der Zellen, die einen bestimmten
Zusammenhang bilden, berücksichtigt werden. Beispielsweise
kann eine Indoor-Mobilfunkabdeckung in einer Wohnung durch ein oder
zwei Home-Zellen (Home Access Point) gewährleistet werden,
d. h. eine hausinterne Erweiterung des Mobilfunknetzes durch die
Home-Zellen.
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Dahingegen
würde ein Einkaufzentrum für eine hausinterne
Netzabdeckung, d. h. eine Indoor-Flächendeckung mehrere
Home-Zellen (z. B. 10) brauchen.
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Wenn
das Mobilfunkendgerät sich in der Wohnung befindet, soll
es lediglich in den 2 Home-Zellen aus obigem Beispiel gepaged werden, während
das Mobilfunkendgerät im Einkaufzentrum in allen 10 dort
befindlichen Zellen gesucht wird. Daher ist die unterschiedliche
Gruppierung in diesen Fällen wichtig für eine
optimale und effiziente Paging-Leistung.
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Szenario 4
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Eine
weitere Dimension kann die Unterscheidung von Zellen leisten, die
logisch zusammen gehören, aber keine geographische Einheit
bilden. Eine Fastfood- oder Einzelhandelskette, die in mehreren Städten
einzelne Shops unterhalten, sind Beispiele dafür. Für
dieses Szenario können wir annehmen, dass jeder dieser
Shops durch eine Home-Zelle versorgt wird. Wenn ein Kunde bzw. ein
Mobilfunkendgerät die Erlaubnis hat, die Home-Zellen dieser
Ladenkette zu benutzen, muss es gewährleistet werden, dass
dieses Mobilfunkendgerät in jeder Home-Zelle dieser Kette
zugelassen werden kann, d. h. in jeder Home-Zelle dieser Zellgruppe.
Dafür wird eine Adressierung benötigt, die diese
Zusammengehörigkeit von Zellen berücksichtigt.
Demgegenüber wäre aber das Paging sehr ineffizient,
wenn dafür das Mobilfunkendgerät in jeder Stadt
in jedem Shop dieser Kette gesucht werden müsste. Daher
es ist wichtig, in der Adressierung mehrere Dimensionen zu haben.
Eine Dimension könnte die logische Zusammengehörigkeit
von Zellen, die andere Dimension die geographische Zusammengehörigkeit
bestimmen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt
und wird nachfolgend erläutert. Es zeigt:
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1 Eine
schematische Darstellung mehrfach hierarchischer Adressierung von
Mobilfunkzellen
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1 zeigt
ein Beispiel einer mehrfach-hierarchischen Adressierung von Mobilfunkzellen,
bestehend aus mehreren Gruppen in jeder hierarchischen Ebene. Jede
Adresse besteht aus einem oder mehreren Segmenten.
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In
die Adressierung in erster Ebene werden Zellen in verschiedene Gruppen
1, 2, 3, N verteilt. In jeder Gruppe 1, 2, 3, ..., N besteht die
Adresse aus mehreren Segmenten X, Y, Z bzw. X, W, V bzw. X, P, R.
Diese Segmente X, Y, Z, W, V, P, R werden, einzeln oder zusammen
genommen, für verschiedene Funktionen berücksichtigt,
wie z. B. ein automatischer Rundruf (Paging) aller Zellen der Gruppe
1, 2, 3, ..., N, der dann erfolgt, wenn zu einem in den Zellen der
Gruppe 1, 2, 3, ..., N eingebuchten Mobilfunkendgerät eine
Verbindung aufgebaut werden soll, oder zur Identifikation einzelner
Zellen, oder Zutrittserlaubnis von Mobilfunkendgeräten
(admission control). Jede Gruppe 1, 2, 3, ..., N kann weitere Untergruppen
N.1, N.2, N.3 besitzen, und diese Untergruppen N.1, N.2, N.3 können
weiterhin durch verschiedene Funktionen im Netz berücksichtigt
werden.
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In 1 kennzeichnet
das erste Segment X des Adressfelds die erste hierarchische Ebene.
Je nach Anzahl der Bits in Segment X kann die erste Ebene beliebig
viele Gruppen bilden. Z. B. wenn Segment X aus 1 Bit besteht, wird
es in der ersten Ebene nur 2 Gruppen geben: erste Gruppe mit 0 als
erstes Bit im Adressfeld und zweite Gruppe mit 1 als erstes Bit
im Adressfeld. Das erste Segment X des Adressfelds kennzeichnet
so die Gruppierung nach der ersten Eigenschaft, z. B. nach Typ der
Zelle. Beispiele dafür sind die Gruppierung von „Offenen
Zellen mit bekannte Positionen”, „Zellen die geographisch
zusammen positioniert sind und zu einer CSG gehören, die
aus mehreren Zellen besteht” oder „Zellen die
zu einer CSG gehören die aus mehreren Zellen besteht, die
aber geographisch zusammen oder getrennt sein können”.
CSG bezeichnet eine so genannte Closed Subscriber Group, d. h. eine
geschlossene Benutzergruppe. Bei CSG-Zellen handelt es sich also
um solche Zellen innerhalb eines Mobilfunknetzes, welche nicht offen
sind für jedermann, sondern nur von Mitgliedern der geschlossenen
Benutzergruppe genutzt werden können.
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In
Gruppe 1 kann weiterhin das nächste Segment Y beispielsweise
die Gruppierung von zugehörigen Zellen nach ihrer Position
angeben. Das heißt, für Gruppe 1 kann das Segment
X + Y in ähnlicher Weise benutzt werden wie der Location
Area Code in heutigen UMTS-Netzen.
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Die
Anzahl der Zellen in jeder geographischen Gruppe wird mit der Anzahl
der Bits im Segment Z bestimmt. Mit X + Y + Z Bits kann demnach jede
einzelne Zelle in dieser Gruppe 1 adressiert werden. Dies ist in 1 schematisch
dargestellt.
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Gruppe
2 kann beispielsweise die Zellen adressieren, die geographisch zueinander
nah sind und zu einer CSG gehören, die aus mehreren Zellen besteht.
In diesem Fall würde Segment X + W diese Gruppe 2 bestimmen
und die Gruppierung von Zellen nach CSG-Zugehörigkeit und
geographischer Nähe bilden. In Gruppe 2 wird die Anzahl
der Zellen in der Gruppe mit der Anzahl der Bits in Segment V bestimmt.
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Gruppe
N kann beispielsweise die Zellen adressieren, die zu einer CSG gehören,
die aus mehreren Zellen besteht, die aber geographisch zusammen
oder getrennt seien können. In diesem Fall kann Gruppe
N weiterhin derart in Untergruppen N.1, N.2, N.3 aufgeteilt werden,
dass jede Untergruppe N.1, N.2, N.3 die geographische Zusammengehörigkeit dazu
gehörender Zellen kennzeichnet. Die Untergruppierung in
weiteren Ebenen funktioniert in gleicher Weise wie in Ebene 2. Während
Segment P einer Ebene-1-Adresse die CSG-Zugehörigkeit von Zellen
zeigt, zeigt Segment B von Ebene-2 die geographische Nähe
dazu gehörender Zellen. Die Anzahl der Untergruppen N.1,
N.2, N.3 in Ebene-2 wird dabei durch die Anzahl der Bits in Segment
A bestimmt. Die Anzahl der Zellen in jeder Untergruppe in Ebene-2
wird durch die Anzahl der Bits in Segment C bestimmt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren schlägt insbesondere
die mehrfach hierarchische Adressierung von Mobilfunkzellen vor,
indem jede Adresse aus verschiedenen Segmenten X, Y, Z, W, V, P,
R, A, B, C besteht. Jedes Segment kann weiter in Untergruppen unterteilt
werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt
somit die Adressierung der Mobilfunkzellen durch ein mehrfach-hierarchisches
Adressierungssystem. Dieses Adressierungssystem kann aus mehreren
Gruppen in jeder Hierarchieebene bestehen, und eine Gruppe in jeder Ebene
kann aus weiteren Untergruppen bestehen. Eine Zelle kann in mehreren
Hierarchieebenen jeweils einer Gruppe angehören und in
Abhängigkeit der Ebene adressiert werden.
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Jede
Adresse besteht aus verschiedenen Segmenten. Jedes Segment kann
aus einer unterschiedlichen Anzahl Bits bestehen und in jeder Gruppe
kann jedes Segment für verschiedene Zwecke benutzt werden.
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Jedes
Segment in einer Adresse kann in weitere Untergruppen geteilt werden,
in welcher jede Adresse wieder aus verschiedenen Segmenten besteht.
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Die
Adressierung von Zellen, beispielsweise Femtozellen/Home-NB/Home-eNB/CSG-Zellen
in einem zellularen Mobilfunksystem, erfolgt insbesondere mittels
mehrfach-hierarchischer Adressierung zum Zwecke der logischen Verknüpfung
von Instanzen zu Gruppen.
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Dies
ermöglicht insbesondere eine Optimierung der Signalisierungslast
(Update/Paging) in einem zellularen Mobilfunksystem durch Verwendung von
mehrfach-hierarchischer Adressierung.
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Es
besteht die Möglichkeit der Aufteilung von Zellen zu Gruppen
mit nicht geografischem Zusammenhang durch mehrfach-hierarchische
Adressierung.
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Alternativ
oder kumulativ besteht die Möglichkeit der Aufteilung von
Zellen zu Gruppen mit teil-geografischem und anderweitig logischem
Zusammenhang durch eine mehrfach-hierarchische Adressierung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - EPS Standard
[www.3gpp.org] [0002]
- - GSM-Standard [0022]
- - UMTS Standard [0022]