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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem
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Beschreibung des Standes
der Technik
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In
digitalen Systemen für
die mobile Kommunikation werden Sprachsignale mittels eines Sprachkodierers
kodiert, um die Datenübertragungsrate zwecks
Einsparen von Bandbreiten zu reduzieren. Bei einem normalen Anruf,
der von einer Mobilstation ausgeht und in einer Mobilstation endet,
einem sogenannten Anruf zwischen Mobilfunkteilnehmern, wird das
Sprachsignal gewöhnlich
zweimal kodiert und dekodiert. Diese Situation wird im folgenden
erläutert,
unabhängig
davon, wo ein Anruf beginnt und endet. Im folgenden wird das Attribut „lokal" für sämtliche
Arten von Netzknoten verwendet, z.B. eine Mobilstation, eine Basisstation,
einen Transkoder etc., die bei einem Handover involviert sind, während den anderen
nicht von dem Handover berührten
Knoten das Attribut „entfernt" zugewiesen wird.
In einer lokalen Mobilstation wird das Sprachsignal zum ersten Mal
kodiert, bevor das kodierte Signal über die Luft an eine erste
Basisstation gesendet wird, die hier als lokale Basisstation mit
Bezug auf die lokale Mobilstation bezeichnet wird. Ein erster Transkoder,
der aufgrund seiner Zuordnung zu der lokalen Basisstation als lokaler
Transkoder bezeichnet wird, dekodiert das Kodiersignal, welches
er von der lokalen Basisstation in einem sogenannten a-law/μ-law-Signal
empfängt, das
gewöhnlich
in festen Kommunikationsnetzen verwendet wird. Das dekodierte Signal
wird im Festnetz an eine zweite Basisstation geleitet – die entfernte
Basisstation, welche sich in der Nähe der entfernten Mobilstation
befindet. Bevor die entfernte Basisstation das Signal übertragen
kann, wird das Signal nochmals in einem zweiten Transkoder – dem entfernten
Transkoder – kodiert.
Das kodierte Signal wird von der entfernten Basisstation ausgegeben
und in der entfernten Mobilstation dekodiert. Der Sprachsignalfluß in der
entgegengesetzten Richtung wird symmetrisch abgewickelt.
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Da
gemäß dieser
Konfiguration zwei Kodierer-/Dekodiererpaare angeordnet sind (der
erste Sprachkodierer der lokalen Mobilstation und der Dekodierer
des lokalen Transkoders werden als ein erstes Paar bezeichnet, und
der Sprachkodierer des entfernten Transkoders sowie der Sprachdekodierer
der entfernten Mobilstation als ein zweites Paar), wird diese Konfiguration
als ein Sprachcodec-Tandem bezeichnet. Der wesentliche Nachteil
einer Tandem-Konfiguration liegt in der Verschlechterung der Sprachqualität, die durch
das zweifache Transkodieren hervorgerufen wird. Diese Verschlechterung macht
sich gewöhnlich
noch mehr bemerkbar, wenn der Betrieb der Sprachcodecs bei niedrigen Übertragungsraten
stattfindet.
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Bei
Verwendung derselben Sprachcodec-Typen durch die lokalen und entfernten
Mobilstationen ist es möglich,
die von der lokalen Mobilstation empfangenen Sprachrahmen an die
entfernte Mobilstation zu übertragen,
ohne daß die
Transkodierfunktionen sowohl im lokalen als auch im entfernten Transkoder
aktiviert werden müssen.
Da dann nur noch ein Kodierer- und Dekodiererpaar involviert ist
(d.h. der Kodierer in der lokalen Mobilstation und der Dekodierer
in der entfernten Mobilstation), wird diese Konfiguration als tandemloser
Betrieb (Tandem Free Operation – TFO)
bezeichnet. In modernen Netzwerken wie dem UMTS ist es sogar möglich, die
gesamte Transkoder-Hardware wegzulassen. Dies wird dann als ein
transkodierungsloser Betrieb (Transcoder Free Operation – TrFO)
bezeichnet. Durch diesen TFO wird das komprimierte Sprachsignal
statt dessen über
das Festnetz übertragen,
z.B. als das gewöhnliche
a-law/μ-law-Signal.
Neben der Verbesserung der Sprachqualität durch Vermeidung von Zweifach-Transkodierung
werden gleichzeitig Kosten gespart, da das komprimierte Sprachsignal
weniger Bandbreite im Festnetz benötigt und Strom gespart wird,
da das Transkodieren umgangen wird. Sämtliche notwendigen Verfahren
zum Verhandeln, Aufbauen und Beibehalten einer Verbindung im tandemlosen
Betrieb (TFO Connection) werden für Codec-Typen ohne Konfigurationsparameter
standardisiert (z.B. in GSM 08.62 für GSM_FR, GSM_HR und GSM_EFR)
bzw. werden für
komplexere Codec-Typen (z.B. die adaptive Multi-Code-Rate (AMR))
durch die 3. Generation des Partnerschaft-Projekts standardisiert.
Es steht bereits eine technische Spezifikation zur Verfügung (3G
TS 28.062 V.1.0.0; 3rd Generation Partnership
Project; Technical Specification Group Services & Systems Aspects; In-band Tandem Free
Operation (TFO) of Speech Codecs; Stage 3 – Service Description, Ausgabe
2000).
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Probleme bei
bestehenden Technologien
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Bewegt
sich eine Mobilstation, so ist es möglich, daß sie die Funkzelle verläßt, die
von der Basisstation versorgt wird, der die Mobilstation ursprünglich zugeordnet
war. Die Mobilstation muß dann
einer benachbarten Basisstation zugeordnet werden. Dies wird gewöhnlich als
ein Handover der Mobilstation bezeichnet. In GSM-Systemen wird die Funktionalität einer
Basisstation an Basisstationssteuerungen (Base Station Controller – BSC) und
Basis-Sende-/Empfangsstationen (Base Transceiver Stations – BTS) verteilt,
wobei eine Basisstationssteuerung normalerweise zum Steuern einer
Vielzahl an Basis-Sende-/Empfangsstationen angepaßt ist.
Das Handover einer Mobilstation von einer BTS, von der sie ursprünglich versorgt
wurde und die deshalb im folgenden als „alte BTS" bezeichnet wird, an eine neue BTS wird
von der BSC der alten BTS initiiert. Wie allgemein bekannt ist,
sammelt die BSC von jedem Mobilendgerät Informationen über Parameter
betreffend die Empfangsqualität
in bezug auf die momentan versorgende BTS und die benachbarten BTS's.
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Werden
sowohl die alte als auch die neue Basisstation von derselben BSC
gesteuert, so nennt man diese Art von Handover ein Intra-BSC-Handover.
Wird die alte BTS von einer anderen BSC gesteuert als die neue BTS,
so wird diese Art von Handover als Inter-BSC-Handover bezeichnet.
Das Handover findet mittels zweier Maßnahmen statt: Die Funkverbindung
der lokalen Mobilstation muß von der
alten BTS auf die neue BTS umgeschaltet werden, und die Verbindung
zwischen den entfernten Knoten und der alten BTS muß zur neuen
BTS umgeleitet werden. Zum Umleiten des Anrufes zwischen entfernten
Knoten und der BTS im Fall eines Intra-BSC-Handover wird ein Schalter
innerhalb der lokalen BSC verwendet. Im Fall eines Inter-BSC-Handover muß ein Schalter
verwendet werden, mit dem sowohl die alte als auch die neue BSC
verbunden werden.
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Wird
eine lokale TRAU auf fester Basis einer entsprechenden BSC zugeordnet,
so wird ein Intra-BSC-Handover einen bestehenden tandemlosen Anruf
nicht oder nur marginal beeinflussen. In Situationen, in denen ein
Anruf durch eine andere neue TRAU geleitet wird, und nicht durch
die alte TRAU, die vor dem Handover verwendet wurde, wird gewöhnlich bewirkt,
daß ein
tandemloser Anruf während
des Handover zu einem Tandem-Anruf wird, da sich die neue TRAU noch
nicht im TFO-Modus be findet. Nach dem Handover wird der tandemlose
Anruf durch Eingliedern der neuen TRAU wieder aufgebaut.
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Da
das Umschalten von tandemlosem Betrieb in Tandem-Betrieb mit einer
merkbaren Signalverschlechterung einhergeht, können die Anwender von Mobilstationen
durch plötzliche
Schwankungen in der Sprachqualität
irritiert werden.
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Ein
weiteres Problem bei jedem Handover besteht darin, daß das Handover
auf der Funkschnittstelle früher
ausgeführt
wird als das Handover in dem entsprechenden Schalter. Erst wenn
die neue BTS zuverlässig
festgestellt hat, daß die
Mobilstation nunmehr eine Übertragung
an die neue BTS vornimmt, kann diese neue BTS eine Meldung „Handover
vollständig" an die BSC senden,
die dann die Verbindung im entsprechenden Schalter der lokalen Knoten schaltet
und den Handover-Vorgang beendet. Während dieser Übergangszeit
empfangen die entfernten Knoten das Sprachsignal vom alten Transkoder,
der keine gültigen
Parameter mehr empfängt,
während der
neue Transkoder über
gültige
Parameter verfügt, jedoch
noch nicht durchgeschaltet ist. Ähnliches
trifft bei der umgekehrten Richtung zu. Aus diesem Grund entsteht
eine merkbare Lücke
innerhalb der Sprachsignale in beiden Richtungen.
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In
der US-A-5 860 606 wird das Einsetzen einer Handover-Vorrichtung
in einem Kommunikationspfad zwischen Knoten während eines Handover-Vorganges
beschrieben, wobei die Kommunikationsknoten über das Einsetzen der Vorrichtung
informiert werden und der Vorrichtung Informationen über Handover-bezogene
Parameter zur Verfügung
stellen. Die Handover-Vorrichtung hat hier die Funktion einer Brücke.
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Da
die Handover-Vorrichtung ferner die Informationen nicht selbst abrufen
kann, sind Implementierungsänderungen
in den Knoten sowie im Netz erforderlich.
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Aufgabe der
Erfindung
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen tandemlosen Betrieb in
sämtlichen
unterschiedlichen Handover-Typen aufrechtzuerhalten. Ein weiteres
Ziel der Erfindung besteht in der Minimierung der Handover-Lücke.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Mittels
einer TFO-Handover-Vorrichtung, welche kurz vor dem Handover in
den Pfad eingesetzt und kurz nach dem Handover entfernt wird, können der
alte und der neue Transkoder mit dem entfernten Transkoder verbunden
werden, so daß keine Unterbrechung
des Sprachsignals auftritt, während das
Handover vollzogen wird. Bei Abwärtsrichtung kann
dies sehr einfach dadurch erreicht werden, daß die von dem entfernten Transkoder
empfangenen Sprachsignale auch an den alten und den neuen Transkoder
verteilt werden. In der Aufwärtsrichtung werden
die Sprachsignale des alten und neuen Transkoder alternativ aufgenommen.
Welches aufgenommen wird, entscheidet die Handover-Vorrichtung durch
Bewerten der Nachrichten und Parameter, welche durch die Handover-Vorrichtung
passieren. Der Fluß an
TFO-Rahmen und TFO-Nachrichten wird beibehalten, so daß die tandemlose
Verbindung während
des Handover ohne eine bemerkenswerte Sprachlücke aufrechterhalten bleibt.
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Der
Vorteil der Handover-Vorrichtung liegt darin, daß die Handover-Vorrichtung
so ausgestaltet ist, daß sie
mit dem entfernten Transkoder und den lokalen Transkodern derart
zusammenwirkt, daß sie nicht
bemerken, daß etwas
eingesetzt wurde. Deshalb ist keine Aktualisierung des Transkoders
bzw. der BTS oder der BSC-Software erforderlich, um die Handover-Vorrichtung
anzuwenden. Dies stellt einen großen Vorteil bei bereits installierten
Systemen wie dem GSM-System dar, da keinerlei Modifikationen der
installierten Komponenten notwendig sind. Das Ändern laufender Systeme birgt
stets die Gefahr, daß unerwartete
Fehlersituationen auftreten. Ferner muß die BSC über keinerlei Kenntnis verfügen, ob
der TFO läuft
oder nicht.
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Da
die Handover-Vorrichtung von der alten BSC nur eingesetzt wird,
wenn ein Handover erwartet wird, kann das Einsetzen als Auslöser für die Handover-Vorrichtung
verwendet werden, damit diese den Vorgang startet. In diesem Fall
ist es nicht not wendig, daß die
alte BSC eine ausdrückliche
Nachricht zum Ankündigen
eines Handover sendet. Dadurch wird eine einfache und unveränderte Abwicklung
innerhalb der alten und der neuen Basisstationssteuerungen (BSC)
und Basis-Sende-/Empfangsstationen
(BTS) gewährleistet.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren sowie mittels Beispiele
weiter erläutert
werden. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagram eines Kommunikationssystems mit einer darin angeordneten
Handover-Vorrichtung zur Vermeidung von Verlust eines tandemlosen
Betriebes sowie der Sprachlücke
während
eines Handover;
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2a den
geschalteten Pfad, bevor das Handover stattfindet;
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2b den
geschalteten Pfad, wenn das Handover initiiert wird;
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2c den
geschalteten Pfad, wenn das Handover beendet ist;
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3 ein
Blockdiagram der Handover-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Protokoll-Flußdiagramm,
welches des Nachrichtenfluß während eines
Handover zwischen den bestimmten Systemvorrichtungen darstellt.
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Ausführungsform
gemäß der Erfindung
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Die
Erfindung ist auf sämtliche
Arten von Handover in einem Kommunikationssystem anwendbar. Da der
eigentliche Nutzen der Erfindung im Aufrechterhalten eines tandemlosen
Betriebes besteht, wenn eine lokale TRAU während eines Handover geändert wird,
wird im folgenden Beispiel eines Inter-BSC-Handover die vorliegende
Situation anhand der typischen Situation bei einer Änderung
der TRAU's erklärt.
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1 zeigt
ein Blockdiagram eines mobilen Kommunikationssystems zum Austauschen
von Sprachsignalen zwischen einem ersten Teilnehmer und einem zweiten
Teilnehmer. Das Kommunikationssystem wird in vereinfachter Form
dargestellt und zeigt einen Routing-Mechanismus für Anrufe
zwischen Teilnehmereinheiten innerhalb des Kommunikationssystems.
Obgleich es sich bei den beiden in 1 gezeigten
Teilnehmereinheiten um mobile Endgeräte handelt, kann eine Teilnehmereinheit auch
ein fest installiertes Endgerät
sein. Aus Gründen
der Vereinfachung folgt das Kommunikationssystem dem Beispiel des
bekannten GSM-Systems. Ein Fachmann weiß, daß Teile des Systems oder das System
als Ganzes ein System sein kann, das nicht mit dem GSM übereinstimmt,
aber beispielsweise mit einem System für W-CDMA-Verfahren.
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In
dem in der 1 gezeigten Beispiel tauschen
zwei mobile Endgeräte
Sprachsignale aus. Bei dem im folgenden beschriebenen Handover-Szenarium
wird bei dem ersten mobilen Endgerät 1 ein Handover angenommen.
Im folgenden wird dieses Endgerät
als das lokale Mobilendgerät 1 bezeichnet.
Das zweite Endgerät
wird im folgenden als das entfernte Mobilendgerät 14 bezeichnet. Bei
beiden Mobilendgeräten 1, 14 werden
zu übertragende
Sprachsignale mittels eines Sprachcodecs (nicht dargestellt) kodiert,
um so die Datenübertragungsrate
des Sprachsignals zu reduzieren. Das lokale Endgerät 1 überträgt das kodierte
Sprachsignal über
einen Aufwärtsfunkkanal 2 an
eine Basis-Sende-/Empfangsstation (Base Transceiver Station – BTS) 3.
Mit Bezug auf das im folgenden erläuterte Handover wird diese
Basis-Sende-/Empfangsstation
im folgenden als „alte Basis-Sende-/Empfangsstation" bzw. als „alte BTS" bezeichnet. Die
alte BTS wird über
eine Kommunikationsleitung 4, z.B. eine PCM-Leitung, mit
einer Basisstationssteuerung (Base Station Controller – BSC) 5 verbunden.
Mit Bezug auf das Handover-Szenarium wird diese Basisstationssteuerung
im folgenden als „alte
Basisstationssteuerung" bzw. „alte BSC" bezeichnet. Eine
Basisstationssteuerung kann eine bzw. mehr als eine Basis-Sende-/Empfangsstation steuern.
Die alte BSC wird mit einer ersten Transkoder- und Übertragungsgeschwindigkeitsanpassungseinheit
(Transcoder and Rate Adaptation Unit – TRAU) verknüpft, die
im folgenden als „alte
TRAU" bezeichnet
wird. Neben der Fähigkeit,
sprachkodierte Daten in gewöhnliche
a-law/μ-law-Signale
zu transkodieren, ist eine moderne TRAU mit einem adaptiven Multi-Rate-(AMR)-Codec-Typ
ebenfalls in der Lage, die Code-Rate unterschiedlicher Sprachkodiermodi
anzupassen. Über
einen Schalter 7 werden die Ausgangssignale der alten TRAU 6 in
ein Kommunikationsnetz 9, welches im folgenden als Kernnetz
(Core Net – CR)
bezeichnet wird, an eine entfernte TRAU 10 geleitet. Die
entfernte TRAU 10 ist mit einer entfernten BSC 11 verbunden.
Die entfernte BSC 11 leitet die sprachkodierten Daten an
eine entfernte BTS 12 weiter, die das entfernte Mobilendgerät 14 versorgt.
Die sprachkodierten Daten werden über einen Abwärtsfunkkanal 13 von
der entfernten BTS 12 an das entfernte Mobilendgerät 14 übertragen.
In dem Mobilendgerät 14 werden
die sprachkodierten Daten dekodiert und als Analogsignal ausgegeben. Das
Spracheingangssignal des entfernten Mobilendgerätes 14 wird im Mobilendgerät 14 kodiert
und umgekehrt an das lokale Endgerät 1 geleitet.
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Zur
besseren Übersichtlichkeit
wird das Kommunikationssystem lediglich mit eingeschränkter Infrastruktur
und eingeschränkter
Teilnehmereinrichtung beschrieben und dargestellt, wobei es selbstverständlich ist,
daß das
System eine Vielzahl an Teilnehmern, Basis-Sende-/Empfangsstationen,
TRAU's etc. umfaßt. Bei
einigen Implementierungen können beispielsweise
zusätzlich
Schalter verwendet werden, um TRAU's unterschiedlichen Kommunikationsleitungen
frei zuzuordnen, etc.
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Der
hier interessierende Fall ist der, daß das lokale Endgerät 1 und
das entfernte Endgerät 14 übereinkommen
könnten,
einen Kodiertyp zu verwenden, den sie gemeinsam aufweisen, und falls
sie sich auf einen AMR-Codectyp geeinigt haben, haben sie sich ebenso
auf eine gemeinsame Konfiguration oder eine TFO-kompatible Konfiguration
geeinigt. In diesem Fall werden die alte TRAU 6 und die
entfernte TRAU 10 in einen transparenten Modus gesetzt,
d.h. daß beide
TRAU's keinerlei
Transkodierung anwenden. Dies bezeichnet man als tandemlosen Betrieb.
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Ist
das lokale Mobilendgerät 1 in
Bewegung, kann es vorkommen, daß es
das ihm zugeordnete Versorgungsgebiet der alten BTS 3 verläßt und in
das Versorgungsgebiet einer anderen BTS eintritt, die im folgenden
als neue BTS bezeichnet wird. Zum Zweck des Schaltens eines Anrufes
von der alten BTS 3 an die neue BTS 15, was gewöhnlich als
Handover bekannt ist, wird die neue BTS über eine neue BSC 16 und
eine neue TRAU 17 mit dem Schalter 7 verbunden.
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Die
Vorrichtung zum fortwährenden
Aufrechterhalten eines tandemlosen Betriebes, und insbesondere während eines
Handover gemäß der Erfindung,
wird als TFO-Handover-Support-Vorrichtung oder,
der besseren Übersicht
halber, lediglich als Handover-Vorrichtung 8 bezeichnet.
Die Handover-Vorrichtung 8 ist vorzugsweise mit dem Schalter 7 verbunden,
mit dem die alte und die neue TRAU 17 verbunden sind. Selbstverständlich kann
die Handover-Vorrichtung 8 als Integralfunktion des Schalters 7 oder
als externes Bauteil durch seinen eigenen dedizierten Schalter eingebunden
sein, oder es kann einen Teil eines TRAU-Pools bilden.
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In
der 2 werden unterschiedliche Schaltungszustände des
Schalters 7 sowie das Einsetzen und Entfernen der Handover-Vorrichtung 8 in
den verschieden Phasen des Handover gezeigt. Solange kein Handover
erforderlich ist, wird die alte TRAU 6 durch den Schalter 7 direkt
mit dem Kommunikationsnetz (CN) 9 (2a) verbunden.
Wird ein Handover erwartet, wird die Handover-Vorrichtung 8 in
dem Kommunikationspfad der alten TRAU 6, der neuen TRAU 17 sowie
in den Pfad zum entfernten Teilnehmer (2b) eingesetzt.
Die Handover-Vorrichtung gemäß der Erfindung
stellt zwei Endgeräte
A, B zum Verbinden der TRAU'S
auf der lokalen Seite bereit, d.h. die alte TRAU 6 und
die neue TRAU 17. Ein drittes Endgerät C ist zum Verbinden der Handover-Vorrichtung 8 mit
der entfernten TRAU vorgesehen. Nachdem das Handover beendet ist,
wird die Handover-Vorrichtung 8 derart entfernt, daß der Schalter 7 lediglich
die neue TRAU 17 mit dem Kommunikationsnetz (CN) 9 verbindet
(2c). Aufgrund der Transparenz der Handover-Vorrichtung 8 kann
diese fortwährend
verbunden sein, ohne Schaden zu nehmen oder zu verursachen. Allerdings
ist das eine Kostenfrage. Da die Handover-Vorrichtung nur für eine begrenzte
Zeit notwendig ist, z.B. 1 Sekunde, kann seine Funktionsvielfalt
für Handover
anderer Teilnehmer in einem Zeitmultiplexverfahren verwendet werden.
Kommt ein Handover beispielsweise ungefähr alle 10 Sekunden vor, und
beträgt
die Dauer des Handover ungefähr
1 Sekunde, kann eine Handover-Vorrichtung 8 bis zu ungefähr 10 Handover
bewerkstelligen. Deshalb kann die an einem Schalter 7 vorgesehene
Anzahl an Handover-Vorrichtungen 8 so gewählt werden,
daß sie
10% der Teilnehmerkapazität
dieses Schalters 7 entspricht. Die beispielhaften Werte
dienen lediglich der Veranschaulichung und können in der Praxis variieren.
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3 zeigt
das grundlegende Konstruktionsprinzip der Handover-Vorrichtung 8.
Die Handover-Vorrichtung 8 sieht das erste sowie ein zweites Endgerät A, B zum
Verbinden der alten und der neuen TRAU 6, 17 vor.
Das dritte Endgerät
ist zum Verbinden, z.B. über
ein Kommunikationsnetz (CN) etc., der entfernten TRAU vorgesehen.
Zum besseren Verständnis
des Prinzips der Handover-Vorrichtung 8 sind die alte TRAU 6,
die neue TRAU 17 sowie die entfernte TRAU 10 so
dargestellt, daß sie
direkt mit der Handover-Vorrichtung 8 verbunden sind, ohne Darstellung
des zwischengeschalteten Schalters 7 und des zwischengeschalteten
Kommunikationsnetzes (CN) 9. Bis jetzt waren die bidirektionalen
Kommunikationspfade als einzelne Linien dargestellt, da die Kommunikationsrichtung
ohne Bedeutung war. Für
die Handover-Vorrichtung 8 ist die Richtung der Kommunikation
entscheidend. Deshalb wird nunmehr zwischen den kodierten Sprachsignalen,
die vom lokalen Endgerät 1 kommen
und zum entfernten Endgerät 14 gehen
(im folgenden als Aufwärtssprachsignale
bezeichnet, da diese Signale von dem lokalen Endgerät in Aufwärtsrichtung
an dessen BTS gesendet werden), und den kodierten Sprachsignalen,
die von dem entfernten Endgerät 14 kommen und
zum lokalen Endgerät 1 gehen
(passenderweise im folgenden als Abwärtssprachsignal bezeichnet), unterschieden.
Die beim Abwärtseingangsendgerät Cin der Handover-Vorrichtung 8 ankommenden
Abwärtssprachsignale
werden nur an beide Abwärtsausgangsendgeräte Aout, Bout der Handover-Vorrichtung 8 verteilt.
Die bei den Aufwärtseingangsendgeräten Ain und Bin der Handover-Vorrichtung
ankommenden Aufwärtssprachsignale
werden mit einem internen Schalter 81 der Handover-Vorrichtung 8 verbunden.
Der Ausgang dieses internen Schalters 81 wird mit dem Aufwärtsausgangsendgerät Cout der Handover-Vorrichtung 8 verbunden.
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Eine
Steuereinheit 82 der Handover-Vorrichtung 8 steuert
den internen Schalter 81. Zum Entscheiden des Schaltzustandes
des internen Schalters 81 bewertet die Steuereinheit 82 die
Inband-Nachrichten sämtlicher
Ausgangssignale. Da die Sprachsignale potentiell verzögert sind
und einige der Inband-Nachrichten in bestimmten Fällen durch
die Handover-Vorrichtung 8 neu erzeugt, modifiziert oder
beendet werden, muß auch
jedes Signal vor dessen Ausgang zu den Ausgangsendgeräten Aout, Bout, Cout durch die Steuereinheit 82 geschleift werden.
Der besseren Übersicht
halber sind diese Linien im Blockdiagram gemäß 3 nicht
dargestellt. Die Handover- Vorrichtung 8 könnte beispielsweise mittels
eines digitalen Signalprozessors oder mittels spezieller ASIC-Vorrichtungen
implementiert werden.
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Der
Nachrichtenfluß während eines
Handover sowie die Rolle der Handover-Vorrichtung 8 werden am besten
durch ein in der 4 gezeigtes Protokoll-Flußdiagramm
verständlich
gemacht. Was die Handover-Vorrichtung 8 angeht, so gibt
es keinen Unterschied zwischen einem Inter-BSC-Handover oder einem
Intra-BSC-Handover.
Die Knoten einer BSC (im Fall eines Intra-BSC-Handover) sowie die Knoten
einer alten BSC und einer neuen BSC (im Fall eines Inter-BSC-Handover)
sind zu einem einzigen Knoten 20 gemäß 4 zusammengefaßt worden.
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Die
individuellen Netzknoten werden durch empfangene Nachrichten in
bestimmte Zustände
gesetzt. Diese Zustände
sind gleichfalls in der 4 dargestellt. In einem bestimmten
Zustand verursachen bestimmte Nachrichten bestimmte Reaktionen, z.B.
das Setzen der Vorrichtung in einen anderen Zustand und/oder das
Veranlassen der Vorrichtung, eine bestimmte Nachricht zu versenden
oder auf eine bestimmte Nachricht zu warten. Als Ausgangspunkt wird
angenommen, daß ein
tandemloser Betrieb zwischen der alten BTS 3, der alten
TRAU 6, der entfernten TRAU 17 und der entfernten
BTS besteht (in 4 nicht dargestellt, da die
von der entfernten BTS gesendeten bzw. empfangenen Nachrichten nicht Gegenstand
dieser Erfindung sind. Für
die anderen Knoten werden dieselben Bezugszeichen wie in den vorangegangenen
Figuren verwendet). Dies bedeutet, daß die alte TRAU 6 und
die entfernte TRAU 10 sich im Zustand des „Betriebes" 22, 23 befinden
und TFO-Rahmen in beiden Richtungen austauschen. Die alte BTS 3 befindet
sich aufgrund des bestehenden TFO-Betriebes im Zustand „TFO-YES" 21. Die neue
BTS 14, die bisher für
das Handover noch nicht aktiviert worden ist, befindet sich im Zustand „TFO_Disabled" 24. Dasselbe
gilt für
die neue TRAU 17, die sich im Zustand „Not Active" 25 befindet.
Weiterhin wird angenommen, daß die
neue BTS und die neue TRAU 17 mit den Konfigurationsparametern
initiiert werden und synchronisiert sowie in Betrieb sind, bevor
das Handover stattfindet.
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Die
Handover-Vorrichtung wird eingesetzt, wenn der Bedarf eines Handovers
offensichtlich wird und die neue BTS 14 und die neue TRAU
zugeordnet sind. Will die BSC 20 ein Handover einleiten,
so kann sie eine optionale „vorläufige Handover- Benachrichtigungs-„Nachricht 27 an
die alte BTS 3 senden. Da in dieser Ausführungsform
von der „vorläufigen Handover-Benachrichtigungs-„Nachricht 27 kein
Gebrauch gemacht wird, ist es unnötig, daß die Handover-Vorrichtung
bereits vom Schalter 7 eingesetzt wird, da seitens der
Handover-Vorrichtung 8 keine Reaktion auf diese beabsichtigte
Nachricht erfolgt. Wird die Handover-Vorrichtung durch den Schalter 7 eingesetzt,
kann sie diesen Zustand durch Analysieren der TFO-Rahmen, die sie
von der entfernten TRAU 10 bzw. der alten TRAU 6 empfängt, feststellen.
Die Handover-Vorrichtung 8 versetzt sich selbst in einen „Start"-Zustand 26.
In diesem Zustand leitet sie – sofern
ausdrücklich
nichts anderes gesagt wird – sämtliche
TFO-Rahmen, die
sie von der entfernten TRAU 10 empfängt, an die alte TRAU 6 und
sämtliche
TFO-Rahmen, die sie von der alten TRAU 6 empfangen hat,
an die entfernte TRAU 10. Sämtliche empfangenen TFO-Rahmen
werden zum Extrahieren eingebundener Nachrichten analysiert. Wie
im folgenden ausführlich
beschrieben ist, werden als Reaktion auf bestimmte Nachrichten neue
Nachrichten vor dem Weiterleiten der TFO-Rahmen erstellt und eingebunden.
Wie bereits erläutert,
sind die Reaktionen der Handover-Vorrichtung vorzugsweise derart,
daß anderen
Knoten keinen Unterschied erkennen, ob eine Handover-Vorrichtung
eingesetzt ist oder nicht.
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Das
Einsetzen der Handover-Vorrichtung 8 verursacht eine geringe
Verzerrung des TFO-Rahmenaustauschs zwischen der alten TRAU 6 und
der entfernten TRAU 17, weil die Signalverzögerung durch
die Handover-Vorrichtung 8 nicht ganz 0 beträgt (sie
befindet sich in der Reihenfolge einiger 1..3*125 μs Intervalle
oder PCM-Abtastwerte),
und weil das Schalten selbst einige geringfügige Fehler innerhalb der TFO-Parameter
verursacht. Beide TRAU's 6, 17 stellen
diese Fehler aufgrund der vorgesehenen Mechanismen zur Fehlerfeststellung
fest und führen
rasch eine Resynchronisation durch. Da die zur Verfügung stehende „Fehler-Aufdeckung" diese geringfügige Verzerrung überbrückt, wird
keine merkbare Auswirkung verursacht.
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Alternativ
kann die Handover-Vorrichtung auch derart aufgebaut sein, daß in der
Handover-Vorrichtung 8 eine zusätzliche Signalverzögerung von zwei
TFO-Rahmen (320*125 μs
Intervalle oder PCT-Abtastwerte) abzüglich der Handover-Vorrichtungsverzögerung 8 (ca.
40 ms) erreicht wird. Dadurch gehen nur zwei TFO-Rahmen in beiden Richtungen verloren,
jedoch die Synchronisation bleibt intakt. Dies ist möglich, da
die Wiederholung der TFO-Rahmen genau alle 20 ms stattfindet, und die Geschwindigkeitssteuerinformation
(Rate Control Information – CMR)
sowie die Codec-Modus-Anzeige (CMI) alle 40 ms.
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Als
nächstes
sendet die BSC 20 eine Nachricht „Konfigurations_Anforderung
(neu)" an die neue TRAU
und die neue BTS 14. Durch diese Nachricht „Konfigurations_Anforderung" wird die neue TRAU 17 vom
Zustand „Not
Active" 25 in
den Zustand „Wakeup" 30 gesetzt.
Im Zustand „Wakeup" 30 sendet die
neue TRAU 17 eine „DL_Acknowledge"-Nachricht 31 an
die neue BTS 14. Hierdurch wird die neue BTS 14 vom
Zustand „TFO_NO" 29 in den
Zustand „TFO_MAYBE" gesetzt. In diesem
Zustand werden die neue BTS 14 und die neue TRAU 17 synchronisiert
und für
den Betrieb vorbereitet, bevor das Handover stattfindet.
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Die
Handover-Vorrichtung 8 startet ihre Aktivitäten durch
Senden von „PCM_Idle"-Mustern 32 an die neue TRAU 17.
Hierdurch wird die neue TRAU 17 im Zustand „Wakeup" 30 gehalten
und der spätere Austausch
von „TFO_DUP"-Nachrichten 40 beschleunigt.
Gleichzeitig sendet die Handover-Vorrichtung 8 eine „Konfigurations_Anforderung (leer)"(Configuration_Request
(empty)) 33 ohne Konfigurationsparameter an die entfernte
TRAU 10, die durch Zurücksenden
einer „Konfiguration_Bestätigung (entfernt)" (Configuration_Acknowledge
(distant)) 34 mit den entfernten Konfigurationsparametern
reagiert. Hierdurch kennt die Handover-Vorrichtung 8 bereits
die Konfiguration auf einer Seite der TFO-Verbindung. Sie kann mit
der Durchführung
der Geschwindigkeitssteuerung zur alten TRAU 6 und zur
entfernten TRAU 10 beginnen, um so die Codec-Modi in beiden Richtungen
in einen robusten Modus zu bringen.
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Bei
einer optimalen Implementierung wird dieser „Configuration_Request (empty)" genau innerhalb
der Zeit gesendet, während
der die ersten beiden TFO-Rahmen ohnehin verlorengehen, so daß dadurch
kein zusätzlicher
Sprachrahmen verlorengeht. Anderenfalls muß ein Sprachrahmen gestohlen werden,
oder die Konfigurationsparameter müssen in einen normalen TFO
eingesetzt werden.
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Die
Handover-Vorrichtung 8 beendet daraufhin das PCM_Idle-Muster
zur neuen TRAU, sendet jedoch einige 100..150 PCM-Abtastwerte mit
niedriger Amplitude 35. Dies bringt die neue TRAU 17 in den
Zustand „First
Try" 36.
Die Handover- Vorrichtung 8 beginnt
dann mit dem Senden von Sequenzen dreier TFO-Rahmen, die sich aus
zwei „Configuration_Request
(distant)" 39,
160 PCM-Abtastwerten mit niedriger Amplitude und einer eingebundenen „TFO Synchronization_Lost"-Nachricht 41 zusammensetzen,
an die neue TRAU 17. Durch die „TFO_Synchronization_Lost"-Nachricht 41 simuliert die
Handover-Vorrichtung 8 die Situation, in der die entfernte
TRAU von der alten TRAU beschädigte TFO_Rahmen
und anschließend
keine TFO-Rahmen mehr empfängt,
da die neu TRAU keine TFO-Rahmen
sendet. Dies ist die typische Situation, in der die entfernte TRAU
einen als „Sync
Lost" bezeichneten
Zustand eingeht. In diesem Zustand beendet die entfernte TRAU normalerweise
das Versenden von TFO-Rahmen. Durch Empfangen dieser Nachrichten
bewertet die neue TRAU 17 diese Ereignisfolge als die gewöhnliche
Antwort einer entfernten TRAU auf ein Handover.
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Gemäß einer
optimalen Implementierung findet dieses Versenden der „Configuration_Request (distant) 39 sowie
sämtlicher
folgender TFO-Rahmen und TFO-Nachrichten
genau in dem korrekten Zeitablauf statt, in dem die neue TRAU 17 die
TFO-Rahmen und TFO-Nachrichten von der entfernten TRAU nach Entfernen
der Handover-Vorrichtung 8 sieht. Die neue TRAU 17 kann
deshalb bereits jetzt eine Synchronisation vornehmen, und auch die
neue BTS 14 kann sich vorbereiten, bevor das Handover stattfindet.
Aufgrund der eingesetzten Verzögerung
von ca. 40 ms hat die Handover-Vorrichtung 8 genügend Zeit,
um diesen Zeitablauf nach Erhalt der Configuration_Acknowledge (distant)-Nachricht 34 vorzubereiten.
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Die
neue TRAU 17 kann diese entfernte Konfiguration bereits
in dem Zustand „First
Try" 36 interpretieren
und entscheiden, ob ein TFO möglich
ist oder nicht. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß die Fortdauer
des TFO möglich
ist. Deshalb geht die neue TRAU 17 in den Zustand „Fast Try" 38 über und
beginnt mit dem Senden einer „TFO_DUP"-Nachricht 40 an
die Handover-Vorrichtung 8 sowie einer „TFO_Soon"-Nachricht 42 and
die neue BTS 14. Durch die „TFO_Soon"-Nachricht 42 wird die neue
BTS in den Zustand „TFO_MAYBE" 43 gesetzt.
Die neue TRAU 17 führt
auch eine Geschwindigkeitssteuerung gegenüber der neuen BTS 14 durch,
so daß sämtliche
Sprachparameter in Aufwärtsrichtung
von Anfang an auf der entfernten Seite passen. Diese Geschwindigkeitssteuerung
ist der besseren Übersicht
halber sowie zwecks der Konzentration auf die TFO-Abwicklung in
der 4 nicht abgebildet. Die neue TRAU wartet anschließend auf weitere
neu gestartete TFO-Rahmen von der entfernten TRAU. Der Übergang
von „First
Try" in „Fast Try" leitet die Übertragung
der „TFO_DUP"-Nachrichten durch
die neue TRAU ein. Die TFO-DUP wiederum löst bei der entfernten TRAU
den Neustart zum Senden von TFO-Rahmen aus.
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Nach
Empfang der „TFO-DUP"-Nachricht 40 von
der Handover-Vorrichtung 8 erkennt diese, daß the neue
TRAU 17 die „Configuration_Request
(distant)"-Nachricht 39 verstanden
hat und in einem Zustand „Fast
Connect" 44 wartet.
Die Handover-Vorrichtung 8 macht
Kopien der TFO-Rahmen 45, die sie von der entfernten TRAU 10 empfängt, und
sendet diese kopierten TFO-Rahmen 46 nicht nur zu der alten
TRAU 6 (wie sie es die ganze Zeit über getan hat), sondern als
TFO-Rahmen 47 nun auch zur neuen TRAU 17. Diese
neue TRAU 17 geht deshalb in den Zustand „Operation" 48 über und
sendet eine „TFO_ON"-Nachricht 49 an
die neue BTS 14. Als Reaktion auf den Erhalt einer „TFO_ON"-Nachricht 49 wird
die neue BTS 14 in den Zustand „TFO_YES" 50 gesetzt. Höchstwahrscheinlich
geschieht dies lange bevor das Handover auf der Luftschnittstelle
stattfindet.
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Die
Handover-Vorrichtung 8 sendet weiterhin Kopien 46, 47 der
entfernten TFO-Rahmen 45 an
beide lokale TRAU's 6, 17 und
empfängt
TFO-Rahmen von beiden TRAU's.
Bis zu diesem Zeitpunkt werden die TFO-Rahmen 55 von der
alten TRAU 6 normalerweise mit „Speech_Good" gekennzeichnet,
und die TFO-Rahmen 53 von der neuen TRAU 17 mit „Speech_Bad", da die alte BTS 3 weiterhin
die Parameter vom Mobilendgerät 1 und
die neue BTS 14 nichts Nützliches empfängt. Später, wenn
das Handover auf der Luftschnittstelle ausgeführt wurde 55, wird
sich die Situation ändern:
Für eine
kurze Zeit, während
keine der lokalen TRAU's 6, 17 „Speech_Good" senden. Die neue
TRAU 17 beginnt dann mit dem Senden „Speech_Good", während die alte
TRAU 6 kontinuierlich „Speech_Bad" sendet. Dies ist
das Zeichen für
die Handover-Vorrichtung 8, das das Handover von der lokalen
BTS 3, 14 durchgeführt wurde. Sofern möglich, wählt die
Handover-Vorrichtung 8 die TFO-Rahmen mit „Speech_Good" aus und sendet diese
an die entfernte TRAU 10, und zwar in dem von der alten
TRAU 6 vorgegebenen Zeitablauf, der für die entfernte TRAU 10 angemessen
ist.
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Nachdem
sich die Handover-Vorrichtung 8 ausreichend versichert
hat, daß das
Handover erfolgreich durchgeführt
wurde, führt
die Handover-Vorrichtung 8 eine Zeit- und Phasensynchronisation
gegenüber
der entfernten TRAU 10 durch: Sie beendet das Senden von
TFO-Rahmen zur entfernten TRAU 10 für 1..2 TFO-Rahmen, sie fügt innerhalb
der LSB's des Bitstroms
die notwendige Anzahl von „1" Bits ein und beginnt
anschließend
mit dem Senden der TFO-Rahmen von der neuen TRAU 17 in
der korrekten Phase bzw. dem korrekten Zeitablauf gegenüber der
entfernten TRAU 10, genauso, wie es zu einem späteren Zeitpunkt
sein wird, wenn die Handover-Vorrichtung 8 aus
dem Pfad entfernt wird. Hierdurch kann die entfernte TRAU 10 den
Zeitablauf gegenüber
dem neuen TFO-Rahmen ohne Synchronisationsverlust synchronisieren.
Die 1..2 nicht versandten TFO-Rahmen werden durch die Fehler-Aufdeckung entdeckt
und werden von dem Mobilfunkteilnehmer nicht besonders wahrgenommen.
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Die
letzte Tätigkeit
der Handover-Vorrichtung 8 besteht im Versenden einer „Configuration_Request
(distan)t"-Nachricht
mit dem Parameter „Hand-overHand-over_Complete" zu der neuen TRAU 17 und
einer „Configuration_Request (new)"-Nachricht mit dem Parameter „Hand-overHand-over_Complete" zu der entfernten
TRAU 10. Diese Nachrichten lösen wiederum Verzögerungsmaßnahmen
auf beiden Seiten aus.
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In
der Zwischenzeit sollte sich auch die neue BTS 14 ausreichend
versichert haben, daß das
Handover erfolgreich war, und sollte die „Hand-over Complete"-Nachricht 67 an
ihre lokale BSC 20 gesendet haben. Die lokale BSC 20 beendet
sodann den Handover-Vorgang, entfernt die Handover-Vorrichtung 8 aus
dem Pfad und verbindet die neue TRAU 17 und die entfernte
TRAU 10 direkt über
den Schalter 7.
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Das
vorangegangene Beispiel erläuterte
die Anwendung der Erfindung in einem Inter-BSC-Handover. Für einen
Fachmann ist es ohne weiteres klar, daß – abgesehen von der Tatsache,
daß die
alte BSC und die neue BSC identisch sind – überwiegend derselbe Nachrichtenfluß bei einem
Intra-BSC-Handover mit sich ändernden
TRAU's stattfindet.
Da die Handover-Vorrichtung 8 ein Passieren von Nachrichten
in transparenter Form zuläßt bzw.
nur Nachrichten verwendet, die in einer Form modifiziert worden sind,
die mit standardisierten Nachrichten übereinstimmt, konnte der Einsatz der
Handover-Vorrichtung 8 gemäß der Erfindung weder von den
TRAU's noch von
anderen Knoten festgestellt werden. Deshalb bietet die Handover-Vorrichtung
auch bei einem Intra-Handover mit sich ändernden TRAU's dieselben Vorzüge. Ferner
muß nochmals
erwähnt
werden, daß die
Erfindung nicht auf spezifische Ausführungsformen oder Beispiele,
die in der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, beschränkt ist.
Das bedeutet, daß aufgrund
der in der Beschreibung enthaltenen Lehre verschiedenartige Modifikationen
und Variationen der Erfindung ausgeführt werden können, z.B.
die Verwendung der Erfindung in einem anderen System für mobile
Kommunikation wie dem kommenden W-CDMA-System. Obgleich die TRAU's als zwischen der
BSC und dem Schalter 7 befindlich gezeigt sind, ist die
vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur begrenzt und zieht
deshalb die Positionierung der TRAU's sowie der Handover-Vorrichtung an
anderen Stellen innerhalb der dargestellten Infrastruktur in Betracht.