DE4101909C2 - Zellulares Funksystem und Übergabeverfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zellulares Funksystem und insbesondere auf Übergabeverfahren zur Verwendung mit dem zellularen Funksystem zu seinem Betrieb.

Die Übergabe ist eine Technik, die es ermöglicht, Gespräche oder Verbindungen in einem Nachrichtenübertragungsnetzwerk mit handgehaltenen oder ortsbeweglichen Geräten aufrechtzuerhalten, während sich ein Handgerät oder eine Mobilstation zwischen Funkzellen bewegt. Nachdem ein Gespräch oder eine Verbindung hergestellt wurde, wird die Qualität der Funkverbindung durch das Handgerät und die zugehörige Zellen-Basisstation überwacht. Zusätzlich werden weitere Kanäle von der gleichen Zelle und von benachbarten Zellen als mögliche Funkstrecken überwacht, zu denen eine Übergabe erfolgen kann. Entsprechend vordefinierter Kriterien, wird das Gespräch zu einer anderen Basisstation umgeschaltet, während sich die Mobilstation oder das Handgerät bewegt, oder wenn sich die Ausbreitungsbedingungen ändern, so daß eine Funkverbindung guter Qualität aufrechterhalten wird. Wenn dies nicht durchgeführt wird, so kann sich die Gesprächs­ qualität schwerwiegend verschlechtern oder das Gespräch kann vollständig abgebrochen werden. Sowohl das Netzwerk als-auch das Handgerät oder die Mobilstation können die Intelligenz enthal­ ten, die erforderlich ist, die Entscheidungen auszuführen, wann, ob und zu welcher Zelle die Funkverbindung umgeschaltet werden sollte.

Diese Art der Übergabe ist gut bekannt und wird weitgehend bei üblichen Zellularsystemen verwendet. Diese Art der Übergabe führt jedoch zu Problemen bei Nachrichtenübertragungsnetzwerken für ortsbewegliche oder handgehaltene Geräte, wenn die Handgeräte oder die ortsbeweglichen Geräte sich mit einer erheblichen Geschwindigkeit durch Bereiche bewegen, die durch kleine Zellen überdeckt sind, wie zum Beispiel durch in Sektoren unterteilte Zellen oder Mikrozellen. Weil die Zellen klein sind, ist die Verweilzeit in einer Zelle kurz und die Zeit, die benötigt wird, um eine Übergabe einzuleiten und durchzuführen, kann zu lang sein. Dies führt zu einer schlechten Gesprächsqualität und abgebrochenen Gesprächen.

In der EP 0 369 535 wurde weiterhin ein Funksystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem eine Basisstation den Be­ trieb mit einem ortsbeweglichen Gerät über einen ersten Kanal abwickelt und gleichzeitig Basisstationen benachbarter Zellen veranlaßt, für dieses ortsbewegliche Gerät einen jeweiligen Kanal zu reservieren, so daß die Übergabe schneller abgewickelt werden kann. Auch hierbei ist jedoch eine Übergabe erforderlich, und weiterhin muß sowohl für die Zelle, in der sich das ortsbe­ wegliche Gerät befindet, als auch für die benachbarten Zellen ein jeweiliger Kanal belegt werden, was insbesondere bei hoher Verkehrsdichte nicht ohne weiteres möglich ist.

Aus der DE 35 39 698 A1 ist ein Verfahren zur Informations­ übertragung über Funk bekannt. Die Informationsübertragung ist für ortsfeste und bewegliche Teilnehmerstationen im Groß­ raum eines Funknetzes vorgesehen, das aus mehreren Funkkonzen­ tratoren in einer gegenseitigen räumlichen Anordnung nach Art eines Zellularsystems mit sich überlappenden Funkbereichen besteht. Hierfür wird ein Verfahren angegeben, durch das bei gleicher Kanalzahl eine höhere Teilnehmerdichte mit geringerem Aufwand möglich ist. Dazu ist vorgesehen, daß die Funkbereiche als Kleinstzonen ausgebildet sind, von denen eine Kernzone und diese mehrfach ringförmig umschließende Zellen einen Bereich ohne Kanalwiederholung bilden. Für die Weiter­ reichsfunktion zur Weiterleitung eines beweglichen Teilnehmers von einem Funkbereich zu einem benachbarten Funkbereich ist ein eigener netzeinheitlicher Signalisierungskanal vorgesehen, der in jedem Funkkonzentrator einen eigenen Empfänger oder Sender-Empfänger hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zellulares Funksystem und ein Übergabeverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Probleme beseitigt sind und eine ein wandfreie Übergabe der Handgeräte oder der Mobilstationen von einer Zelle (einschließlich von Mikrozellen oder Sektoren) zur anderen möglich ist, ohne daß schlechte Gesprächsqualitäten und abgebrochene Gespräche auftreten.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des zellularen Funksystems durch die im Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Übergabeverfahrens durch die im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein zellulares Funksystem geschaffen, das eine Vielzahl von Zellen einschließt, die jeweils einen zugeordneten Kanal für den Betrieb mit stationären oder sich langsam bewegenden ortsbeweglichen Geräten verwenden, wobei dieses zellulare Funksystem dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Anzahl von benachbarten Zellen eine Gruppe von Zellen bildet und daß im Fall eines Gesprächs, das von einem ortsbeweglichen Gerät ausgeht, das sich in dieser Gruppe von Zellen relativ schnell bewegt, diesem Gerät ein allen Zellen der Gruppe gemeinsamer, von den zugehörigen Kanälen der Sektoren oder Mikrozellen verschiedener Kanal zugeordnet wird, wodurch die Übergabe zwischen den Zellen dieser Gruppe erleichtert wird.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Übergabeverfahren zur Verwendung mit einem Funksystem, das eine Mehrzahl von Zellen einschließt, die jeweils einen zugeordneten Kanal für den Betrieb mit stationären oder sich langsam bewegenden ortsbeweglichen Geräten verwenden, geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Anzahl von benachbarten Zellen eine Gruppe von Zellen bildet, und daß zur Erleichterung der Übergabe zwischen den Zellen einer Gruppe im Fall eines Gespräches, das von sich in der Gruppe relativ schnell bewegenden Geräten ausgeht, ein allen Zellen der Gruppe gemeinsamer, von den zugehörigen Kanälen der Sektoren oder Mikrozellen verschiedener Kanal zugeordnet wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Funksystems bzw. des Übergabeverfahrens können die zur Verfügung stehenden Kanäle durch die Unterscheidung zwischen stationären oder praktisch stationären Geräten und sich relativ schnell bewegenden Geräten optimal ausgenutzt werden, und Übergabeprobleme entfallen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a und 1b zwei Beispiele einer Unterteilung von Zellen in Sektoren,

Fig. 2 eine Anordnung von in Sektoren unterteilten Zellen und eine Übergabe innerhalb einer Gruppe von in Sektoren unterteilten Zellen,

Fig. 3 eine Anordnung von in Sektoren unterteilten Zellen und eine Übergabe zwischen einer Gruppe von in Sektoren unterteilten Zellen und einer anderen,

Fig. 4 eine Anordnung von aneinander angrenzenden Mikrozellen.

Bei manchen Anwendungen ergeben sich Vorteile, insbesondere hinsichtlich reduzierter Störungen, wenn eine Zelle, die typischerweise einen Radius von 1 bis 10 km aufweist, sektorförmig in eine Gruppe von kleineren Zellen unterteilt wird, und zwar mit Hilfe einer Richtantenne. Die Fig. 1a und 1b zeigen Beispiele einer Sektorunterteilung von 120° und 60°. Die Mehrfach-Richtantenne 1 dient in jedem Fall normalerweise dazu, einen jeweiligen Kanal für jeden Sektor 2 der Zelle zu schaffen. Wenn die Sektoren klein sind, kann sich bei Handgeräten oder Mobiltelefonen, die sich mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegen, eine schlechte Gesprächsqualität und abgebrochene Gespräche ergeben.

Üblicherweise verwenden in Sektoren unterteilte Zellen einander ausschließende Kanalsätze zur Verringerung von Störungen, das heißt, jeder Sektor einer Zelle weist einen jeweiligen Kanal des Satzes auf, und jede benachbarte in Sektoren unterteilte Zelle weist einen hiervon abweichenden Kanalsatz auf. Wenn sich ein Handgerät 3 (Fig. 2) von einem Zellensektor 4 zu einem anderen Sektor 5 der gleichen Zelle 6 (Gruppe von Sektoren) bewegt, so muß eine Zelle zu einem neuen Kanal übergeben werden, der von der Basisstation 7 in dem benachbarten Sektor 5 geliefert wird, was zu einer Forderung nach einer sehr schnellen Übergabe führt.

Dies kann in der folgenden Weise vermieden werden. Wenn die Bewegung des Handgerätes 3 festgestellt wird, beispielsweise durch Bitfehlerraten (BER) oder durch eine niedrige Feldstärke, so wird ein gemeinsamer ′übergeordneter′ Kanal diesem Handgerät in allen den benachbarten nahegelegene Zellensektoren zugeordnet, das heißt der Gruppe von Sektoren 4, 5, 8, 9, 10, 11, die die in Sektoren unterteilte Zelle 6 bilden, die ihrerseits einen relativ großen Bereich überdeckt. Die Basisstation-Antennen der Zellensektoren der Gruppe senden alle auf dem Handgeräte-Kanal gleichzeitig in einer synchronen oder quasi-synchronen Weise. Dies ermöglicht es dem Handgerät, sich zwischen Zellensektoren innerhalb der gleichen Gruppe zu bewegen, ohne daß eine Übergabe in expliziter Weise erfolgt, und ohne daß das Handgerät Kanäle umschalten muß, weil der Betriebskanal für das Handgerät in benachbarten Zellensektoren der gleiche ist.

Obwohl ein einziger virtueller Kanal allen Zellensektoren innerhalb einer Gruppe zugeordnet ist, ist es nicht wesentlich, daß dieser Kanal der gleiche körperliche Kanal ist. So könnten die Kanäle auf unterschiedlichen Frequenzen oder Zeitschlitzen (in einem TDMA-Rahmen) liegen. Weil die Kanalfrequenz in jedem Zellensektor vorher zugeordnet wurde und von vornherein bekannt ist, kann die Übergabe zu diesem Zellensektor schneller erfolgen, als bei einer üblichen Übergabe. Unter diesen oder ähnlichen Umständen ist es nicht erforderlich, daß mehr als eine Basisstation zu einer Zeit sendet.

Wenn sich das Handgerät 3 aus einer Zelle 6 (Gruppe von Zellensektoren) heraus (Fig. 3) und in eine andere Zelle 12 bewegt, so wird eine Übergabe in der normalen Weise auf den neuen Sektorkanal oder einen neuen ′übergeordneten′ Kanal durchgeführt, wenn sich die Bewegung fortsetzt.

Ein weiteres Verfahren der Erzielung einer kontinuierlichen Funküberdeckung besteht in der Verwendung einer Gruppe oder Anordnung, die eine große Anzahl von sich überlappenden Mikrozellen 13 (Fig. 4) umfaßt, die typischerweise einen Radius von 200 m aufweisen. Der Hauptvorteil hiervon besteht darin, daß die abgestrahlte Leistung von dem Handgerät niedrig ist, weil alle Funkpfade kurz sind, was zu einer längeren Batterielebensdauer führt. Wie im vorstehenden Fall ergeben sich jedoch Probleme hinsichtlich der sehr schnellen Durchführung einer Übergabe für ein Handgerät, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt. Dieses Problem kann jedoch in ähnlicher Weise gelöst werden, wie dies weiter oben für in Sektoren unterteilte Zellen beschrieben wurde.

Aus Gründen der Störungsverringerung verwenden benachbarte Mikrozellen normalerweise unterschiedliche Kanäle, wie dies durch ein Kanalzuordnungsschema festgelegt ist. Wenn jedoch eine Bewegung eines Handgerätes festgestellt wird (beispielsweise durch marginale BER-Werte, eine niedrige Feldstärke oder durch Verzögerungsmessungen), so wird diesem Handgerät ein gemeinsamer ′übergeordneter Kanal′ in allen Mikrozellen innerhalb einer Gruppe von benachbarten oder nahegelegenen Zellen zugeordnet, das heißt einer Teilgruppe der Gruppe. Der straffierte Bereich der Fig. 4 zeigt eine derartige Teilgruppe, das heißt eine Gruppe 14 von neun Mikrozellen. Die Übergabetechnik innerhalb und zwischen Gruppen ist dann genau die gleiche wie für in Sektoren unterteilte Zellen.

Alternativ kann ein Bereich durch Makrozellen überdeckt sein, die jeweils eine darunterliegende Anordnung von nicht aneinander angrenzenden oder überlappenden Mikrozellen aufweisen, wobei jede derartige Makrozelle und ihre zugehörigen Mikrozellen eine einzige Zweischicht-Zelle bilden. Diese ′Überlagerungs′-Lösung deckt eine Bewegung einer Mobilstation durch eine Gruppe von Zellen ab; wenn diese Mobilstation jedoch stationär wird, so kann ein Rückfall auf den individuellen Steuerkanal in der Zellenbetriebsart erfolgen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß im Fall eines Bereiches, der durch in Sektoren unterteilte Zellen oder durch überlappende Mikrozellen überdeckt ist, Gespräche von sich bewegenden Handgeräten einem gemeinsamen Kanal über eine Anzahl von Zellen zugeordnet werden, die eine Gruppe von Zellen bilden, so daß eine Übergabe zwischen Zellen der Gruppe sehr schnell erfolgen kann. Wenn sich das Handgerät zwischen unterschiedlichen Gruppen von Zellen bewegt, so erfolgt die Übergabe zwischen den Zellen in der normalen Weise. Der gemeinsame Kanal kann durch die gleichzeitige Aussendung von vielen Basisstationen oder Basisstationsantennen innerhalb einer Gruppe von Zellen für überlappende Mikrozellen bzw. in Sektoren unterteilte Zellen erfolgen, wobei diese Aussendung in einer synchronen oder quasi-synchronen Betriebsart erfolgen kann.

Claims (17)

1. Zellulares Funksystem zum Betrieb über einen Bereich, der von einer Vielzahl von Zellen (6, 12; 14) überdeckt ist, die jeweils in Sektoren oder Mikrozellen (4, 5, 8-11; 13) unterteilt sind, wobei in jedem Sektor oder jeder Mikrozelle ein Gespräch einem ortsbeweglichen Gerät (3) zugeordnet werden kann und wobei jedem Sektor oder jeder Mikrozelle ein zugehöriger Kanal zugeteilt ist, der anwendbar ist, wenn sich das ortsbewegliche Gerät im wesentlichen stationär innerhalb dieses Sektors oder dieser Mikrozelle befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von benachbarten Sektoren oder Mikrozellen eine Gruppe bildet, und daß das System Einrichtungen zur Überwachung der Bewegung eines ortsbeweglichen Gerätes in der Gruppe (6; 14) und zur Zuteilung eines dieser Gruppe gemeinsamen, von den zugehörigen Kanälen der Sektoren oder Mikrozellen verschiedenen Kanals an das Gerät in Abhängigkeit von der Feststellung der Bewegung einschließt, so daß das ortsbewegliche Gerät (3) sich zwischen den die Gruppe bildenden Sektoren oder Mikrozellen ohne eine Kanalumschaltung bewegen kann.

2. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen aneinan­ der angrenzende Sektoren (2; 4, 5, 8-11) umfassen, so daß die Gruppe von Sektoren eine in Sektoren unterteilte Zelle bildet (Fig 1a, 1b; Fig. 2).

3. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine Makrozelle mit einer darunterliegenden Schicht von nicht aneinander angrenzenden oder überlappenden Mikrozellen bildet, wobei die Makrozelle und die Mikrozellen zusammen eine einzige Zweischichten-Zelle bilden.

4. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen überlappende Mikrozellen (13) umfassen, die in einer Anordnung angeordnet sind, und daß die Gruppen (14) von Zellen eine Anzahl von Mikrozellen (13) in einer Teil-Anordnung umfassen.

5. Zellulares Funksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das ortsbewegliche Gerät (3) die Gruppe (6) von Zellen verläßt, in eine andere dieser Gruppen (12) eintritt und sich darin bewegt, während ein Gespräch fortdauert, eine Übergabe auf den jeweiligen gemeinsamen Kanal für die Gruppe (12), in die das ortsbewegliche Gerät eintritt, durchgeführt wird (Fig. 3).

6. Zellulares Funksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsbewegliche Gerät (3) ein Handgerät ist.

7. Zellulares Funksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Gerätes (3) durch Bitfehlerraten-, Feldstärken- oder Verzögerungsmessungen festgestellt wird.

8. Zellulares Funksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Kanal für die gleichzeitige Nachrichtenübertragung einer Anzahl von Zellen-Basisstationen verwendet wird.

9. Zellulares Funksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenübertragungen von den Basisstationen synchron oder quasi-synchron sind.

10. Übergabeverfahren zum Betrieb mit einem zellularen Funksystem über einen Bereich, der von einer Vielzahl von Zellen (6, 12; 14) überdeckt ist, die jeweils in Sektoren oder Mikrozellen (4, 5, 8-11; 13) unterteilt sind, wobei in jedem Sektor oder jeder Mikrozelle ein Gespräch einem orts­ beweglichen Gerät (3) zugeordnet werden kann, wobei jedem Sektor oder jeder Mikrozelle ein zugehöriger Kanal zugeteilt ist, der anwendbar ist, wenn sich das ortsbewegliche Gerät im wesent­ lichen stationär innerhalb dieses Sektors oder dieser Mikrozelle befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von benachbarten Sektoren oder Mikrozellen eine Gruppe bildet, daß das innerhalb einer derartigen Gruppe befindliche ortsbeweg­ liche Gerät (3) überwacht wird, um eine Bewegung dieses Gerätes festzustellen, und daß bei Feststellung einer Bewegung dem orts­ beweglichen Gerät ein der Gruppe gemeinsamer, von den zuge­ hörigen Kanälen der Sektoren oder Mikrozellen verschiedener Kanal zugeordnet wird, so daß eine Bewegung des Gerätes zwischen den die Gruppe bildenden Sektoren oder Mikrozellen ohne Kanalumschaltung möglich ist.

11. Übergabeverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des ortsbeweglichen Gerätes (39) durch Bitfehlerraten-, Feldstärke- oder Verzögerungsmessungen festgestellt wird.

12. Übergabeverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen Sektoren umfassen, und daß die Gruppe von Zellen eine in Sektoren unterteilte Zelle bildet.

13. Übergabeverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen eine Makrozelle mit einer darunterliegenden Schicht von nicht aneinander angrenzenden oder überlappenden Mikrozellen bilden, wobei die Makrozelle und die Mikrozelle zusammen eine einzige Zweischicht-Zelle bilden.

14. Übergabeverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen überlappende Mikrozellen (13) bilden, die in einer Anordnung angeordnet sind, und daß die Gruppe (14) von Zellen eine Anzahl dieser Mikrozellen (13) in einer Teilanordnung umfaßt.

15. Übergabeverfahren nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulare Funksystem ein öffentliches bewegliches Landfunkdienst-Netz ist, und daß das ortsbewegliche Gerät ein Handgerät ist.

16. Übergabeverfahren nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Kanal für die gleichzeitige Nachrichtenübertragung einer Anzahl von Zellen-Basisstationen verwendet wird.

17. Übergabeverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendungen von der Basisstation synchron oder quasi-synchron sind.