DE19962264A1 - Verfahren zur Rahmensynchronisation zwischen einem Endgerät und einer Basisstation bei einer Verbindungsweiterschaltung in einem Funk-Kommunikationssytem - Google Patents

Abstract

Es wird vorgeschlagen, einem Endgerät mit einer Verbindung zu einer ersten Sender-/Empfängerstation auf ein Signal, das zuvor vom Endgerät über einen Kanal für zufällige Zugriffe ausgesendet wurde, von einer zweiten Sender-/Empfängerstation eine aktuelle Rahmennummer mitzuteilen. Die Synchronisation der Rahmennummer wird damit hergestellt, so daß die mobile Station zur zweiten Sender-/Empfängerstation wechseln kann, ohne auf deren Organisationskanal zeitaufwendig und unter Unterbrechung der Verbindung zur ersten Sender-/Empfängerstation nach der Rahmennummer suchen zu müssen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation der Rahmennummer zwischen einem mobilen Endgerät und einem zwei­ ten Mobilfunknetz bei einer Verbindungsweiterschaltung (Hand­ over) sowie ein Funk-Kommunikationssystem zum Umsetzen des Verfahrens.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Station (Basissta­ tion bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnitt­ stelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommu­ nication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

In fast allen Mobilfunksystemen werden die Übertragungsrahmen mit einer Nummer gekennzeichnet. Dies dient u. a. zum Defi­ nieren von Multirahmen, zum Verschlüsseln, zum Interleaving und zum Markieren bestimmter Zeitpunkte. Diese sogenannte Rahmennummer wird in der Regel von einer Basisstation oder dem zugeordneten Netzwerk festgelegt und über Informations- bzw. Broadcast-Kanäle zu allen oder auch nur zu einzelnen mo­ bilen Endgeräten bzw. Stationen übertragen. Diese Station(en) dekodieren die empfangene Information und können über die darin enthaltene Rahmennummer (RN) die Synchronisation mit der Rahmennumerierung im Netzwerk herstellen.

Problematisch ist dies jedoch beim Handover. Zum Beispiel kann eine mobile Station, die sich z. B. im GSM-Netz befin­ det, Messungen auf beispielsweise den Broadcastkanälen von Zellen eines UTRA-TDD Systems (TDD: Time Division Duplex) durchführen. Zunächst wird dabei nur die Empfangsleistung der Nachbarzellen gemessen, um festzustellen, ob der Empfang von Signalen aus der Nachbarzelle besser als der Empfang von Si­ gnalen aus der eigenen Zelle ist. Dabei wird keine Informa­ tion auf den Organisationskanälen (BCCH - Broadcast Control Channel) dekodiert, da die Zeit in der Regel nicht ausreicht, einen kompletten Zeitschlitz der Nachbarzelle zu lesen. Au­ ßerdem wird die Rahmennummer auf den Broadcastkanälen nur sehr selten ausgesendet. Eine mobile Station müßte den Broadcastkanal deshalb über einen langen Zeitraum dekodieren, um die Rahmennummer lesen zu können.

Stellen die mobile Station oder das Netz später fest, daß die Nachbarzelle einen besseren Empfang bietet, so wird mit einem Übergabe-Kommando eine Übergabe (Handover) eingeleitet. Dazu wird über das Netz eine Anfrage an die Nachbarzelle gesendet. Die Nachbarzelle sendet im positiven Fall eine Übergabe-An­ forderung (handover CMD 1) über das Netz zum GSM-System und dieses wiederum über die Luftschnittstelle zur mobilen Sta­ tion. Bevor jedoch die mobile Station zur neuen Zelle wech­ seln kann, werden noch zwei Informationen benötigt, nämlich die relative Empfangszeit (timing advance) und die Rahmennum­ mer, um eine genaue Synchronisation mit dem weiteren System zu gewährleisten.

Um die relative Empfangszeit zu bestimmen, muß die mobile Station eine Anforderung (RA burst - Random Access burst) in einem speziellen Format über einen Kanal für zufällige bzw. unkoordinierte Zugriffe (RACH - Random Access Channel) an die Basisstation der Nachbarzelle senden, die für die weitere Kommunikation die neue Zelle werden soll. Diese Basisstation mißt den Empfangszeitpunkt dieser Anforderung und sendet über das GSM-Netz, in dem die mobile Station sich noch befindet, und die GSM-Luftschnittstelle ein entsprechendes Kommando an die mobile Station, mit der diese die spätere Übertragung in der neuen Zelle so steuern kann, daß ihre Signale zeitsyn­ chron mit den Signalen anderer mobiler Stationen in der Ba­ sisstation der neuen Zelle eintreffen.

Die Rahmennummer ist bis zu diesem Zeitpunkt jedoch noch nicht bekannt und das Lesen der Broadcastkanäle der Nachbar­ zelle ist sehr zeitintensiv.

In der Praxis kann die mobile Station die GSM-Verbindung im­ mer wieder für kurze Zeiträume unterbrechen, um den Broadcastkanal der Nachbarzelle zu dekodieren und die Rahmen­ nummer zu lesen. Dies ist jedoch ebenfalls sehr zeitintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Rahmensynchronisation zwischen einem mobilen Endgerät und einer Sender-/Empfängerstation, insbesondere ei­ ner Basisstation bei einer Übergabe (Handover) sowie ein Funk-Kommunikationssystem zum Umsetzen des Verfahrens bereit­ zustellen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Rahmensynchronisa­ tion mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Funk-Kommunikati­ onssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie das Endge­ rät nach Anspruch 17 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Das Endgerät weiß durch die Mitteilung, welche Rahmennummer der Rahmen hatte, in dem sie die Zugriffsanforderung an die zweite, neue Sender-/Empfängerstation gesendet hatte. Die Synchronisation der Rahmennummer ist damit hergestellt und kann auf einfache Art und Weise aufrechterhalten werden, so daß das Endgerät zur neuen Sender-/Empfängerstation wechseln kann, ohne auf deren Organisationskanal zeitaufwendig und un­ ter Unterbrechung der Verbindung zur alten Sender-/Empfängerstation nach der Rahmennummer suchen zu müssen. Das Endgerät muß vorteilhaft gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik nicht mehr langwierig die Rahmennummer der neuen Zelle in deren Organisationskanal lesen, sondern erhält diese insbesondere ohne Zusatzaufwand über das Netz.

Bei dem einleitend beschriebenen Verfahren der Verbindungs­ weiterschaltung von einem GSM-Netz zu einem UMTS-Netz muß die Verbindung der mobilen Station im GSM-Netz somit vorteilhaf­ terweise nur ein einziges Mal kurz unterbrochen werden, um die Zugriffsanforderung senden zu können.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Mobilfunksystems,

Fig. 2 eine Struktur der Funkschnittstelle eines TDD-Über­ tragungsverfahrens, und

Fig. 3 einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Durchführen eines Handovers.

Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines bekannten Funk-Kommunikationssystems besteht aus einer Viel­ zahl von Netzelementen, insbesondere von Mobilvermittlungs­ stellen MSC, Einrichtungen RNM und Basisstationen BS. Die Mo­ bilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind stellen den Zugang zu einem Festnetz PSTN her. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest ei­ ner Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressour­ cen verbunden. Jede dieser Einrichtungen RNM ermöglicht wie­ derum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu Teilnehmerstationen, z. B. mobilen Statio­ nen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle Z gebildet. Bei einer Sektorisierung oder bei hier­ archischen Zellstrukturen werden pro Basisstation BS auch mehrere Funkzellen Z versorgt.

In Fig. 1 sind beispielhaft bestehende Verbindungen V1, V2, V3 zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisierungs­ informationen zwischen mobilen Stationen MS und einer Basis­ station BS und eine Anforderung zur Ressourcenzuteilung oder eine kurze Bestätigungsmeldung in einem Zugriffskanal RACH durch eine weitere mobile Station MS dargestellt. Weiterhin ist ein Organisationskanal BCCH dargestellt, der zur Übertra­ gung von Nutz- und Signalisierungsinformationen mit einer de­ finierten Sendeleistung von jeder der Basisstationen (BS) für alle mobilen Stationen MS bereitgestellt wird.

Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.

Die Rahmenstruktur einer TDD-Funkübertragung (TDD: Time Divi­ sion Duplex) ist aus Fig. 2 ersichtlich. Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbereichs, beispielsweise der Bandbreite B = 1,6 MHz, findet gemäß einer TDMA-Komponente (Time Divi­ sion Multiple Access) eine Aufteilung in mehrere Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze ts0 bis ts15 pro Rahmen fr statt. Mehrere Rahmen fr bilden einen Mul­ tirahmen usw. Somit entsteht eine Kanalstruktur mit Trans­ portkanälen TrCH. Es kann dabei auch vorgesehen sein, daß die Zeitschlitze ts eines Rahmens fr nicht nur von einer Basis­ station BS genutzt werden, sondern jeder Zeitschlitz ts eines Rahmens fr einer von mehreren benachbarten Basisstation BS zugeteilt ist. In jedem Fall wird ein Teil der Zeitschlitze ts jeweils in Abwärtsrichtung DL und ein Teil der Zeit­ schlitze in Aufwärtsrichtung UL benutzt.

Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht das Frequenz­ band für die Aufwärtsrichtung UL (Uplink) dem Frequenzband für die Abwärtsrichtung DL (Downlink). Gleiches wiederholt sich für weitere Trägerfrequenzen. Durch die variable Zutei­ lung der Zeitschlitze ts für Auf- oder Abwärtsrichtung UL, DL können vielfältige asymmetrische Ressourcenzuteilungen und durch die beliebige Zuteilung der Zeitschlitze ts auf die Ba­ sisstationen BS eine lastabhängige Anpassung der einer Basis­ station BS zugeteilten funktechnischen Ressourcen vorgenommen werden.

Die Zuteilung der Zeitschlitze ts erfolgt in der Einrichtung RNC zur Zuteilung von funktechnischen Ressourcen, wobei im Falle benachbarter Basisstationen BS und einer Zeitclusterung ein Zeitschlitz ts nur einer Basisstation BS zugeteilt ist. Die einer Basisstation BS zugeteilten Zeitschlitze ts werden dieser durch die Einrichtung RNC signalisiert.

Innerhalb der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Die Daten sind ver­ bindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Spreizkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbin­ dungen durch diese CDMA-Komponente (CDMA: Code Division Mul­ tiple Access) separierbar sind. Die CDMA-Komponente schafft eine variable Kapazitätserweiterung der Funkschnittstelle durch Einstellung von Spreizfaktoren bzw. Vergabe einer va­ riablen Anzahl von Spreizkodes. Es sind kurze Schutzzeiten - die Differenz der Funkblocklänge zur Länge eines Zeitschlit­ zes ts - vorgesehen, die als Toleranz für die Zeitsynchroni­ sation dienen. Innerhalb der Funkblöcke werden Mittambeln m übertragen, die in die Daten tragenden Signalanteile einge­ bettet sind oder allein gesendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines nachfolgend beschriebenen Über­ gabeverfahrens ist in Fig. 3 skizziert, wobei durchgezogene Linien Vorgänge in der alten Zelle Z und gestrichelte Linien Vorgänge in der neuen Zelle ZN darstellen. Dabei kann die neue Zelle ZN auch einem zweiten, ähnlich aufgebauten Mobil­ funksystem zugeordnet sein, das z. B. über Festnetzkanäle mit dem ersten verbunden ist.

Bei einem einzuleitenden Übergabe- bzw. Handover-Verfahren sendet die mobile Station MS die zufällige Zugriffsanforde­ rung RA an die neue Zelle ZN und speichert dabei oder darauf­ hin den Zeitpunkt ZP ab, zu dem sie gesendet hat, und der ihr von der Basisstation BS der alten Zelle Z signalisiert wird. Danach nimmt sie den Verkehr mit der alten Basisstation BS über die alte Verbindung V3 wieder auf.

Die Basisstation BSN der neuen Zelle ZN meldet in einem wei­ teren Schritt die Rahmennummer RN von dem Rahmen, mit der sie die Zugriffsanforderung RA empfangen hat, zusammen mit der relativen Empfangszeit und evtl. anderen Meldungen in einer zweiten Übergabeanweisung bzw. einem Handover-command CMD2 an die mobile Station MS. Die Zusendung der zweiten Übergabean­ weisung kann direkt von der neuen Basisstation BSN oder von dieser aus über das GSM-Netz und die alte Basisstation BS an die mobile Station MS erfolgen. Die Übertragung der Rahmen­ nummer RN zur mobilen Station MS ist z. B. über eine UTRA-BTS (BTS: Basisstation), ein UTRA-Kernnetz (UTRA core network), ein GSM-Kernnetz (GSM core network) oder die GSM-BTS möglich. Die mobile Station MS weiß dadurch, welche Rahmennummer RN der Rahmen hatte, in dem sie die Zugriffsanforderung RA an die Basisstation BSN gesendet hatte.

Die Synchronisation der Rahmennummer RN ist damit hergestellt und kann durch einfaches Weiterzählen aufrechterhalten wer­ den, so daß die mobile Station MS in einem folgenden Schritt zur neuen Basisstation BSN wechseln kann, ohne auf deren Or­ ganisationskanal BCCH zeitaufwendig und unter Unterbrechung der Verbindung zur alten Basisstation BS nach der Rahmennum­ mer RN suchen zu müssen. Über die neue Basisstation BSN setzt die mobile Station MS dann die Kommunikation in der neu ein­ gerichteten Verbindung V4 fort.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren muß die Verbindung des Endgerätes, zumeist einer mobilen Station MS, im GSM-Netz somit vorteilhafterweise nur ein einziges Mal kurz unterbro­ chen werden, um die Zugriffsanforderung RA senden zu können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens errechnet das Endgerät MS die Differenz der Rahmennummern der Verbin­ dung V3 und der Zelle ZN und überträgt diese Differenz zu ei­ nem Netzelement. Dort wird diese Differenz zwischengespei­ chert und bei Bedarf an andere Endgeräte gesendet, die ebenso einen Handover von Zelle Z nach Zelle ZN vorbereiten. Auf diese Weise kennen diese Endgeräte bereits vorab die Rahmen­ nummer in der Zelle ZN.

Claims (17)

1. Übergabeverfahren in einem Funk-Kommunikationssystem, bei dem eine Verbindung (V3) eines Endgerätes (MS) über eine Funkschnittstelle zu einer ersten Sender-/Empfängerstation (BS) während des Übergabeverfahrens zu einer zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) übergeben wird, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Endgerät (MS) eine aktuelle Rahmennummer (RN) der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) nach einem Aussen­ den eines Signals durch das Endgerät (MS) zu der zweiten Sen­ der-/Empfängerstation (BSN) signalisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Signal von dem Endgerät (MS) über einen Kanal für zufäl­ lige Zugriffe (RACH) der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) zu dieser gesendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als das Signal von dem Endgerät (MS) eine zufällige Zugriffs­ anforderung (RA) an die zweite Sender-/Empfängerstation (BS) gesendet wird.

4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem dem Endgerät (MS) von der ersten Sender-/Empfängerstation (BS) ein Zeitpunkt (ZP) für die Aussendung des Signals (RA) zu der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) signalisiert wird.

5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem das Endgerät (MS) während oder nach dem Senden des Signals (RA) den Sende-Zeitpunkt (ZP) des Signals (RA) abspeichert.

6. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem das Endgerät (MS) nach dem Senden des Signals (RA) die Kommu­ nikation über die Verbindung (V3) mit der ersten Sender-/Empfängerstation (BS) wieder bis zur Übergabe aufnimmt.

7. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem dem Endgerät (MS) nach dem Senden des Signals (RA) von der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) die Rahmennummer (RN) eines Zeitrahmens (fr), in dem das Signal (RA) von der zwei­ ten Sender-/Empfängerstation (BSN) empfangen wurde, oder eine zur Bestimmung der Rahmennummer (RN) erforderliche Informa­ tion signalisiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Mitteilung der Rahmennummer (RN) von der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) an das Endgerät (MS) direkt, über eine UTRA-Sender-/Empfängerstation (BSN), ein UTRA-Kernnetz, ein GSM-Kernnetz und/oder eine GSM-Sender-/Empfängerstation (BS) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem dem Endgerät (MS) die Rahmennummer (RN) von der zweiten Sen­ der-/Empfängerstation (BSN) zusammen mit einer Übergabeanwei­ sung (CMD2) und/oder anderen Informationen über die erste Sender-/Empfängerstation (BS) signalisiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Endgerät (MS) nach dem Empfang und/oder der Bestimmung der Rahmennummer (RN) die Synchronisation und den Aufbau der Kommunikationsverbindung (V4) mit der zweiten Sender-/Emp­ fängerstation (BSN) durchführt.

11. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem von dem Endgerät (MS) eine Differenz der Rahmennummern (RN) in den Zellen (Z) und (ZN) der beiden Sender-/Empfänger­ stationen (BS, BSN) errechnet und diese Differenz zu min­ destens einem Netzelement des Funk-Kommunikationssystems signalisiert wird.

12. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem von einem Netzelement des Funk-Kommunikationssystems eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt (ZP) und der Rahmennummer (RN) errechnet.

13. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die ermittelte Differenz (DIF) in einem Netzelement minde­ stens eines weiteren Funk-Kommunikationssystems gespeichert wird und an andere Endgeräte (MS) übermittelbar ist.

14. Funk-Kommunikationssystem, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit

• - zumindest einem Endgerät (MS) und
• - einer Vielzahl von Sender-/Empfängerstationen (BS, BSN) und
• - einer Einrichtung zum sender-/empfängerstationsseitigen Be­ stimmen der aktuellen Rahmennummer (RN) einer zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN), falls zumindest eines von Endgeräten (MS) von einer bestehenden Funkverbindung (V3) mit einer er­ sten Sender-/Empfängerstation (BS) zu einer Verbindung (V4) mit der zweiten Sender-/Empfängerstation (BSN) wechseln soll.

15. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 14, das zumindest eine Einrichtung zum Übermitteln der bestimmten Rahmennummer (RN) an das Endgerät (MS) aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bzw. Funk- Kommunikationssystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Sender-/Empfängerstationen Basisstationen (BS) sind.

17. Endgerät für ein Kommunikationssystem nach Anspruch 14 oder 15 und/oder zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.