DE4414428C2 - Verfahren zur Steuerung des Handovers von Mobilstationen in einem zellular aufgebauten Mobilfunknetz - Google Patents
Verfahren zur Steuerung des Handovers von Mobilstationen in einem zellular aufgebauten MobilfunknetzInfo
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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.
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DE102016124519A1 (de) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Deutsche Telekom Ag | Verfahren und System für einen Zellwechsel einer Mobilfunkverbindung |
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Non-Patent Citations (1)
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Technische Beschreibung : "D900 Mobilfunksystem", Firma Siemens AG, München, Network Survey TED-NET (A30808-X3232-Y100-1-18), 1991, Seiten 67,68,83, bis 88 * |
Also Published As
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