DE4414428C2 - Verfahren zur Steuerung des Handovers von Mobilstationen in einem zellular aufgebauten Mobilfunknetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Handovers von Mobilstationen in einem zellular aufgebauten Mobilfunknetz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits aus der Firmenschrift "D 900 Mobilfunksystem", technische Beschreibung, Network Survey TED-NET (A30808-X3232-Y100-1-18), 1991, Seiten 67, 68, 83 bis 88 der Firma Siemens bekannt.

Das dort beschriebene zellular aufgebaute Mobilfunksystem besteht aus mehreren räumlich verteilten und jeweils einer oder mehreren Zellen zugeordneten ortsfesten Basisstatio­ nen. Innerhalb dieses Netzes bewegen sich Mobilstationen, die über Funk an das Netz angekoppelt sind, wobei die Mobilstationen ihren Funkverkehr jeweils über eine der Basisstationen des Netzes abwickeln und beim Durchqueren der einzelnen Zellen des Netzes bei der Abwicklung ihres Funkverkehrs im Handoververfahren von Basisstation zu Ba­ sisstation weitergereicht werden.

Ein Beispiel für ein solches Mobilfunknetz ist das derzeit vor allem entlang der Autobahnen in Deutschland instal­ lierte D1- oder D2-Netz. In diesem Beispielsfall fährt ein mit einem Mobiltelefon ausgerüstetes Kraftfahrzeug (Mobil­ station) auf der Autobahn. Wird von diesem Kraftfahrzeug aus ein längeres Telefonat geführt, durchquert das Kraft­ fahrzeug in dieser Zeit in der Regel mehrere dieser Netz­ zellen. Die Funkverbindung wird dabei in regelmäßigen Ab­ ständen auf ihre Qualität überprüft. Insbesondere beim Übergang von einer Zelle zur anderen (aber auch nach dem Einschalten des Mobilfunkgerätes) ist die optimal für die Funkverbindung geeignete Basisstation auszuwählen. Dies geschieht in den bekannten Netzen z. B. in der zuständigen Basisstations-Kontrolleinheit ("Basisstationcontroller" (BSC)) nach Feldstärkekriterien, welche in der Mobilsta­ tion gewonnen werden und über die Basisstationen der Ba­ sisstations-Kontrolleinheit mitgeteilt werden. Wird dabei festgestellt, daß die Funkverbindung über eine andere Ba­ sisstation eine höhere Qualität hat, wird von der zustän­ digen Basisstations-Kontrolleinheit des Netzes die Funk­ verbindung auf die Basisstation mit der jeweils besseren Verbindungsqualität umgeschaltet. Diesen Vorgang der Ba­ sisstations-"Umschaltung", der einhergeht mit einem ent­ sprechenden Funkkanalwechsel (die Funkkanäle (Frequenz­ kanäle) für die einzelnen Basisstationen im Netz sind der­ gestalt festgelegt, daß benachbarten Zellen unterschied­ liche Funkkanäle zugeteilt sind), wird "Handover" genannt.

Bei dieser Art der Steuerung des Handovers allein auf der Basis von Feldstärkekriterien kann es vor allen im Bereich der Zell-Grenzen geschehen, daß das durchgeführte Handover zu einer anderen Basisstation bei der nächsten Überprüfung wieder korrigiert werden muß. Ein wesentlicher Grund hier­ für liegt in der Abschattung der Funkwellen z. B. durch Gebäude oder das Gelände, die vor allem in den Zell-Grenz­ bereichen dazu führt, daß innerhalb einer Zelle lokal be­ nachbarte Basisstationen eine höhere Funkverbindungsquali­ tät aufweisen können als die dieser Zelle an sich zuge­ ordnete Basisstation. Befindet sich die Mobilstation bei der Überprüfung der Funkverbindungsqualität gerade in ei­ nem solchen Gebiet, würde die Basisstations-Kontrollein­ heit bei diesem bedeutenden Verfahren die Funkverbindung auf die entsprechende benachbarte Basisstation umlegen und anschließend, sobald die Mobilstation diesen Bereich wie­ der verlassen hat, wieder auf die dieser Zelle zugeordnete Basisstation zurücklegen. Mit zunehmender Zahl von aktiven Mobilstationen und - damit verbunden - von Handovervorgän­ gen würde hierbei ein immer größerer Teil der Kapazität des Mobilfunknetzes für die Abwicklung dieser Hand­ overvorgänge benötigt, der damit nicht mehr für die Ab­ wicklung des eigentlichen Nachrichtenverkehrs zwischen den Mobilstationen und dem Netz zur Verfügung stehen. Entspre­ chend würde sich die Wartezeit (Besetztzeit) des Systems erhöhen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren an­ zugeben, mit dem die Zahl der Handovervorgänge möglichst gering gehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergege­ ben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zahl der Handovervorgänge auf ein Minimum beschränkt wer­ den, indem ein Handover erst bei Übertritt der Mobilsta­ tion in eine benachbarte Zelle durchgeführt wird.

Mit der reduzierten Zahl der Handovervorgänge verbunden ist eine Reduktion der hierfür vorzuhaltenden Kapazität des Mobilfunknetzes, sodaß bei gleicher Kapazität und Teilnehmerzahl die Wartezeit entsprechend reduziert wird.

Insbesondere werden mit der erfindungsgemäßen Steuerung des Handovers mit Peilhilfe

• a) die Meldeleitungen von und zu den übergeordneten Steuer- und Kontrolleinheiten des Netzes spürbar ent­ lastet,
• b) werden bei Prozeßleitungen der einzelnen Mobilfunk­ vermittlungsstellen ("Mobile Services Switching Cen­ tre" (MSC)) in geringerem Umfang mit derartigen Steuerungsvorgängen belastet, was letztendlich auch zu einer Erhöhung der MSC-internen Reserven führt),
• c) werden die Funkkanäle der einzelnen Basisstationen optimal genutzt,
• d) wird die verfügbare Kapazität (= Anzahl der zu ver­ waltenden aktiven Mobilstationen) sowohl der Steuer/Kontroll- als auch der Sprechkanäle des Mo­ bilfunknetzes erhöht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

In dem Ausführungsbeispiel sei ein Mobilfunknetz gegeben, das - z. B. nach dem an sich bekannten ETSI-GSM-Standard (beispielsweise das D1-Netz der Deutschen Bundespost) - zellular aufgebaut ist mit mehreren räumlich verteilten und jeweils einer oder mehreren Zellen zugeordneten Basis­ stationen, in dem sich ein oder mehrere (aktive) Mobilsta­ tionen bewegen.

Die Frequenzkanäle für die Basisstationen in einem solchen Netz sind festgelegt. Mit zunehmender Teilnehmerzahl ist die Nutzung dieser verfügbaren Frequenzkanäle zu optimie­ ren, um die Wartezeit (Besetztzeit) des Systems zu mini­ mieren.

Bei Übergang von einer Funkzelle zur anderen sowie bei dem Erst-Aufbau einer Verbindung wird dabei die optimal für die Funkverbindung geeignete Basisstation gewählt.

Derzeit geschieht die Auswahl - wie zuvor beschrieben - in der BSC bzw. MSC nach Feldstärkekriterien, welche in der Mobilstation gewonnen und der BTS mitgeteilt werden. Dabei ist in der Regel nicht sicher, ob diese Auswahl in den nächsten Minuten bereits wieder geändert werden muß, weil der Teilnehmer mobil ist und die kurz vorher getroffene Auswahl der Basisstation schon wieder korrigiert werden muß, weil sich die Feldstärkebedingungen geändert haben.

Die auch denkbare Steuerung des Handovers via Laufzeitmes­ sung ("Timing Advance") allein ist nicht praktikabel, da hierzu mindestens drei Basisstationen synchronisiert wer­ den müssen. Mit nur zwei Basisstationen bleiben prinzipi­ ell noch zwei Schnittpunkte der konzentrischen Laufzeit­ kreise, mit der Folge, daß eine eindeutige Standortbestim­ mung nicht möglich ist. Erschwerend kommt hinzu, daß bei den bisher bekannten Systemen die Ergebnisse der Laufleit­ messungen (die "Timing Advance"-Einstellung) außer in den Mobilstationen selbst sonst nirgends im System gebildet und gespeichert werden.

Demgegenüber wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Handover durchgeführt aufgrund von Lauf­ zeitmessungen und Peilungen, die von einer Basisstation aus gesteuert werden. Hierbei kann in der Peilstation die Information über den "Timing-Advance" aus dem Steuerdialog der Basisstation mit der zu ortenden Mobilstation durch "Abhören" auf recht einfache Art berechnet werden. Denkbar ist aber auch, daß die Peilstation oder die Basisstation die Information über den "Timing-Advance" von der Mobil­ station abruft. In einer vorteilhaften Ausbildung dieser Methode kann die Laufzeit dadurch gewonnen werden, daß die "Timing-Advance"-Einstellung der Mobilstation von der zu­ ständigen Basisstation abgefragt wird und danach aus die­ ser Information (Zahlenwert, welcher in halben Bitschrit­ ten die Sendezeit der Mobilstation vorrückt) über die Bit­ schrittdauer die eigentliche Laufzeit berechnet wird.

In dem Ausführungsbeispiel sei die bewegte Mobilstation beispielsweise in einer ersten Funkzelle A erfaßt und führe ein längeres Gespräch. Die Zelle A sei weniger dicht besiedelt als die benachbarte Zelle B. Die Mobilstation bewege sich auf die benachbarte Zelle B zu.

Im Übergangsbereich von Zelle A nach Zelle B wird an ver­ schiedenen Stellen häufig eine Abschattung der Funkwelle durch Gebäude oder durch das Gelände vorliegen. In dem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung ("das Bewegungspro­ fil") dieser Mobilstation durch Peilverfolgung erfaßt und die - nach dem Stand der Technik in großer Zahl durch­ zuführenden - Handover-Manöver dementsprechend reduziert, wenn z. B. die Fortbewegung/das Bewegungsprofil der Mobil­ station eindeutig in Richtung der benachbarten Zelle B weist. In diesem Fall wird nämlich die BSC nicht - wie bisher - den zugeteilten "uplink" TCH-Kanal der der Zelle A zugeordneten Basisstation ändern. Vielmehr wird der für die Basisstationen der Zellen A und B zuständige MSC-Com­ puter den Wechsel der Mobilstation von der Basisstation der Zelle A zur Basisstation der Zelle B im Übergangsbe­ reich nur einmal vornehmen und danach die Basisstation der Zelle B für die Mobilstation zuständig behalten. Beim Übergang von Zelle A nach Zelle B mag zwar u. U. noch eine kurze Zeit das statistische Fading (infolge von Echo-Ef­ fekten) andauern. Allein die Fortbewegung der Mobilstation sorgt dafür, daß dieser Zwischenzustand schon nach sehr kurzer Zeit überwunden ist.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das Ausfüh­ rungsbeispiel beschränkt ist, sondern sinngemäß auf andere übertragar ist.

So ist z. B. denkbar, die Grenzen der Übergabezonen für Handover-Vorgänge dem jeweiligen Aufkommen an aktiven Mo­ bilstationen anzupassen (kleine Übergabezonen bei hohem Verkehrsaufkommen (= große Zahl aktiver Mobilstationen) und umgekehrt).

Ferner ist es möglich, daß anhand der Abfolge der ermit­ telten Standorte der Mobilstation ein Bewegungsprofil der Mobilstation erstellt wird, anhand dessen der bei der nächsten Peilung mit größter Wahrscheinlichkeit erwartbare Standort der Mobilstation vorab geschätzt wird, und daß, sofern dieser geschätzte Standort in einer benachbarten Zelle liegt, im Anschluß an die Schätzung das Handover vorbereitet oder eingeleitet oder durchgeführt wird.

Auch ist es denkbar, daß der Zeitpunkt der Durchführung des Handovers anhand des Bewegungsprofils und weiterer Zu­ satzinformationen bestimmt wird.

Besonders zweckmäßig ist es hierbei, daß als Zusatzinfor­ mationen die anhand des Bewegungsprofils geschätzte Ge­ schwindigkeit und Bewegungsrichtung der Mobilstation und/oder geographische Zusatzinformationen verwendet wer­ den.

Schließlich ist es möglich, daß als geographische Zusatz­ informationen Informationen über den Verlauf des Fahrweges verwendet werden, auf dem sich die Mobilstation zum Zeit­ punkt der letzten Peilung gerade befindet, sowie der in Bewegungsrichtung mit diesem Fahrweg verbundenen weiteren Fahrwegen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung des Handovers von Mobilstatio­ nen in einem zellular aufgebauten Mobilfunknetz, mit meh­ reren räumlich verteilten und jeweils einer oder mehreren Zellen zugeordneten ortsfesten Basisstationen und minde­ stens einer Mobilstation, welche Mobilstation sich inner­ halb des Mobilfunknetzes bewegt und über Funk an das Mo­ bilfunknetz angekoppelt ist, wobei die Mobilstation ihren Funkverkehr jeweils über eine der Basisstationen abwickelt und beim Durchqueren der einzelnen Zellen des Mobilfunk­ netzes zur Abwicklung des Funkverkehrs im Handoverver­ fahren von Basisstation zu Basisstation weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Standort der Mobilstation fortlaufend durch zeitlich aufeinander­ folgende Peilungen ermittelt wird, und daß das Handover in der Form durchgeführt wird, daß die Mobilstation, solange sie ihren Standort innerhalb einer der Zellen hat, ihren Funkverkehr über die dieser Zelle zugeordnete Basissta­ tion abwickelt, und, sobald sie ihren Standort in eine be­ nachbarte Zelle verlegt, ihren Funkverkehr über die dieser benachbarten Zelle zugeordnete Basisstation abwickelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Abfolge der ermittelten Standorte der Mobilsta­ tion ein Bewegungsprofil der Mobilstation erstellt wird, daß anhand des erstellten Bewegungsprofils der bei der nächsten Peilung mit größter Wahrscheinlichkeit zu erwartende Standort der Mobilstation vorab geschätzt wird und daß, sofern dieser geschätzte Standort in einer benachbarten Zelle liegt, im Anschluß an die Schätzung das Handover vorbereitet oder eingeleitet oder durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Durchführung des Handovers anhand des Bewegungsprofils und weiterer Zusatzinformationen bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzinformationen die anhand des Bewegungsprofils geschätzte Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Mo­ bilstation und/oder geographische Zusatzinformationen ver­ wendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als geographische Zusatzinformationen Informationen über den Verlauf des Fahrweges verwendet werden, auf dem sich die Mobilstation zum Zeitpunkt der letzten Peilung gerade befindet, sowie der in Bewegungsrichtung mit diesem Fahr­ weg verbundenen weiteren Fahrwegen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Standortes der Mobilstation innerhalb einer Zelle die Entfernung der zu ortenden Mobilstation von der dieser Zelle zugeordneten Basisstation durch mindestens eine Laufzeitmessung und der Azimutwinkel durch mindestens eine Peilung von dieser Ba­ sisstation aus bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Laufzeit die in der zu ortenden Mobil­ station gespeicherte Information über den Timing-Advance von der zuständigen Basisstation abgefragt wird und danach aus dieser Information, die in Form eines Zahlenwertes vorliegt, welcher in halben Bitschritten die Sendezeit der Mobilstation vorrückt, über die Bitschrittdauer die Lauf­ zeit berechnet wird.