DE60110356T2

DE60110356T2 - Sendeempfangsstation und Verfahren für dessen Benutzung bei zellularer Funkkommunikation

Info

Publication number: DE60110356T2
Application number: DE60110356T
Authority: DE
Inventors: David Bar-On; Mark Goldstein
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: EP1215930A2; EP1215930B1; ATE294489T1; DE60110356D1; EP1215930A3; GB0030687D0; GB2370449A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transceiverstation und ein Verfahren zur Benutzung derselben bei zellularen Funkkommunikationen. Insbesondere ist die Transceiverstation betreibbar, um auszuwählen, von welcher aus einer Mehrzahl von Kandidaten-Basistransceiverstationen, die Kommunikationszellen definieren, eine Mobilstation bedient wird. Die Transceiverstation kann die Mobilstation sein.
Hintergrund der Erfindung
TETRA ("TETRA = TErrestrial Trunked Radio"/terrestrischer Bündelfunk) ist eine neue Reihe von Standards, die durch das Institut für europäische Telekommunikationsstandards (ETSI) definiert sind, für Mehrzweckfunkkommunikationssysteme, der in Europa angenommen wurden und von einer wachsenden Anzahl von Systembetreibern in der ganzen Welt angenommen werden. Derartige Betreiber sind hauptsächlich Organisationen der öffentlichen Sicherheit, wie etwa die Polizei, militärische Organisationen und Gewerbeunternehmen, die Kommunikationsdienste basierend auf zellularen Systemen an private Unternehmen vermieten.
Ähnlich anderen zellularen Systemen weist ein auf TETRA basierendes System typischerweise ein Netz aus über das Abdeckungsgebiet verteilten Basistransceiverstationen und eine Mehrzahl von Mobileinheiten auf. Die Mobileinheiten werden im Stand der Technik auch als Mobilstationen (MS), Teilnehmerstationen oder Funkgeräte bezeichnet. In dieser Beschreibung bezieht der Ausdruck "Mobilstation" oder "MS" mobile und tragbare Funkkommunikationseinheiten, Funktelefone und ähnliches ein. Die Mobilstation kann sich in Bewegung befinden, da sich ihr Anwender in Bewegung befindet. Die Mobilstation kann beispielsweise von dem Anwender oder durch ein Fahrzeug, in dem oder mit dem der Anwender fährt, transportiert werden.
Eine Mobilstation besitzt, wenn sie eingeschaltet ist, zu jedem Zeitpunkt eine Zwei-Wege-Kommunikationsverbindung mit einer Basistransceiverstation. Diese Basisstation wird als die bedienende Station bezeichnet. Dies ist die Station, über die Kommunikationen mit anderen Einheiten einschließlich anderer Mobilstationen, die innerhalb des Systems arbeiten, laufen. Zum gleichen Zeitpunkt können Messungen und/oder Berechnungen unter Berücksichtigung verschiedener benachbarter Basisstationen durchgeführt werden. Diese Messungen und/oder Berechnungen werden durchgeführt, um eine geordnete Liste von bevorzugten Kandidaten-Basisstationen zu führen, welche die bedienende Station der Mobilstation werden, wenn sich die Bedingungen ändern, z.B. als Ergebnis eines Standortwechsels der Mobilstation. Dieser Wechsel ist im Stand der Technik als Übergabe ("handoff", "handover") bekannt. Wenn das zellulare Kommunkationessystem Kommunikationen für die Mobilstation nicht an eine neu bedienende Basisstation übergibt, gehen Anrufe an und von der Mobilstation aufgrund eines Rückgangs in der Stärke oder der Qualität der Kommunikationssignale verloren oder werden beendet.
Es sind im Stand der Technik Systeme bekannt, bei denen Übergabeentscheidungen durch die Systeminfrastruktur getroffen werden, d. h. feste Einheiten innerhalb des Sys tems, wie etwa einem Systemcontroller, der sich in Kommunikation mit den Basisstationen des Systems befindet. Beispiele für Systeme, bei denen systemgesteuerte Übergaben stattfinden, sind zum Beispiel in GB-A-2262688, GB-A-2308955 und GB-A-2273424 beschrieben.
Es sind im Stand der Technik auch Systeme bekannt, bei denen Übergabeentscheidungen von der Mobilstation selbst getroffen werden. Insbesondere ist es bekannt, die Auswahl einer Basisstation als bedienende Station durch eine Mobilstation unter Verwendung einer Messung der Stärke und/oder der Qualität von Signalen von einer Basisstation durchzuführen und dass eine Mobilstation die Basisstationen als mögliche bedienende Basisstationen entsprechend einordnet.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch erkannt, dass diese Herangehensweise basierend auf Messungen der Signalstärke und/oder Signalqualität durch die Mobilstation nicht optimal ist, da es zu übermäßigem oder redundantem Wiederauswählen und leider auch zu einer Reduzierung in der Zuverlässigkeit von Kommunikationen als Ergebnis eines derartigen unnötigen Wiederauswählens führen kann.
US-A-5,551,058 beschreibt ein Übergabeverfahren, in dem eine Mobilstation (Teilnehmereinheit) eine Analyse des Standorts, der Nachbarschaft und der erwarteten Dauer des Aufenthalts in Kandidaten-Zielzellen durchführt, indem sie den Wechsel des Abstands oder des Bereichs zwischen der Mobilstation und den Transceivern, die mit jeder der Zielzellen verbunden sind, misst. Der Standort jedes der Transceiver wird an die Mobilstation in einer Steuerkanalübertragung von den Transceivern gesendet.
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transceiverstation, die vorzugsweise eine Mobilstation sein kann, die auf eine neuartige und verbesserte Art und Weise betreibbar ist, um Entscheidungen darüber zu treffen, welche Basisstation ihre bedienende Basisstation sein soll.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem ersten Aspekt eine Mobilfunktransceiverstation zur Verwendung in einem zellularen Funkkommunikationssystem zur Verfügung gestellt, das eine Kommunikation zwischen der Mobilstation und einer bedienenden aus einer Mehrzahl von Basistransceiverstationen zur Verfügung stellt, wobei jede eine Zelle des Systems definiert, wobei die Mobilstation so betrieben werden kann, dass sie die Berechnungen bezüglich Kandidaten der Basistransceiverstationen durchführt, um auszuwählen, welcher der Kandidaten die bedienende Bassistransceiverstation für die Mobilstation sein soll, wobei die Berechnungen ein Berechnen einer Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs zwischen der Mobilstation und jeder Kandidaten-Basistransceiverstation und ein Schätzen einer Zeit umfassen, welche die Mobilstation in der Zelle sein wird, die durch die Kandidaten-Basistransceiverstation definiert wird, wobei die Mobilstation dadurch gekennzeichnet ist, dass sie so betrieben werden kann, dass sie aus aktiven Messungen unter Verwendung von Signalen von den Kandidaten-Basistransceiverstationen Informationen über entsprechende Standorte von derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen ableitet und eine Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zu derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet und die Zeit in den Zellen unter Verwendung von Informationen über die Bewegungsrichtung sowie von Informationen über die Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs schätzt.
Die Transceiverstation gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Mobilstation, d.h. die Mobilstation, deren bedienende Basisstation ausgewählt werden muss. Dies wird dem Durchführen eines Auswahlverfahrens in einer Basistransceiverstation bevorzugt, da es einen großen Anteil des Berechnens durch einen festen Transceiver des Systems ermöglicht und auch Signalgebung zu den und von den einzelnen Mobilstationen vermieden werden kann.
Die Mobilstation kann die jeweiligen Entfernungen durch das Aufzeichnen der Standorte der Basistransceiverstationen einschließlich der Kandidaten-Stationen berechnen. Der Standort jeder der Basistransceiverstationen kann in einem Speicher der Mobilstation gespeichert werden. Die Information wird von der Mobilstation aus tatsächlichen Messungen abgeleitet, die von der Mobilstation unter Verwendung von Signalen von jeder der Basistransceiverstationen durchgeführt, die von der Mobilstation empfangen werden.
Die Mobilstation kann so betrieben werden, dass sie ihren eigenen Standort misst und dadurch ihren Abstand von jeder der Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet. Zum Beispiel kann die Mobilstation ein für eine globale Standortermittlung geeignetes Gerät enthalten und kann betrieben werden, dass sie ihren eigenen Standort durch Signale misst, die durch das Gerät zur globalen Standortermittlung bereitgestellt werden. Alternativ kann die Mobilstation so betrieben werden, dass sie ihren eigenen Standort durch das Messen der Ankunftszeit oder der Zeitdiffe renz zwischen der Ankunft von Signalen von Basistransceiverstationen misst. Ein Verfahren zum Bestimmen des Standorts der Mobilstation in einer Mobilstation auf diese Weise wird in der mitanhängigen UK-Patentanmeldung des Anmelders mit der Seriennummer GB-A-2368240 ( GB 0025762.6 ) beschrieben.
Die geschätzte Zeitdauer für jede Kandidaten-Basistransceiverstation kann von der Mobilstation mit dem Wissen um die Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zu den Basistransceiverstationen und dem um die Bewegungsgeschwindigkeit der Mobilstation berechnet werden. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann von der Mobilstation aus der Rate, mit der sich der Standort der Mobilstation ändert, berechnet werden, wobei der Standort wie oben beschrieben bestimmt wird.
Die Transceiverstation kann damit als die bedienende Basisstation die eine der Kandidaten-Stationen wählen, die die Zelle definieren, in der die Mobilstation gemäß der Schätzung am längsten verweilt.
Die Mobilstation kann so betrieben werden, dass sie die Stärke und/oder die Qualität der Signale von den Basistransceiverstationen misst. Derartige Messungen können durch Verfahren durchgeführt werden, die an sich bekannt sind. Die Mobilstation kann dadurch eine Liste der Kandidaten-Basistransceiverstationen aus den Messinformationen über die Signalstärke und/oder Signalqualität erzeugen. Beispielsweise kann die Mobilstation die Basistransceiverstationen gemäß den Stärke- und/oder Qualitätsmessungen der Signale ordnen, die von diesen durch die Mobilstation empfangen werden und eine Anzahl der an höchster Stelle eingeordneten Stationen als die Kandidaten-Basis transceiverstationen auflisten. Zum Beispiel können die X% der an höchster Stelle eingeordneten der geordneten Basistransceiverstationen als Kandidaten-Basistransceiverstationen ausgewählt werden, wobei z.B. X eine vorgegebene Zahl zwischen 5 bis 50 in Abhängigkeit von der Anzahl an Basisstationen und der Anzahl an Mobilstationen in dem System ist.
Nach dem Erzeugen einer Liste der Kandidaten-Basistransceiverstationen auf diese Art und Weise kann die Mobilstation die Kandidaten-Basistransceiverstation dazu auswählen, als bedienende Station zu agieren, indem sie Informationen über die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit der Mobilstation verwendet, die wie oben beschrieben erhalten werden. Die Auswahl kann sowohl eine Bewertung oder eine Einordnung der Basistransceiverstationen, die vorher gemäß Informationen über die Signalstärke und/oder -qualität erhalten wurden als auch eine Bewertung und/oder eine Einordnung gemäß Informationen über die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit (in eine geschätzte Zeitdauer in einer gegebenen Zelle umgerechnet) in Betracht ziehen. Beispiele für derartige Kombinationen werden später beschrieben.
Die Mobilstation gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann so betrieben werden, dass sie die Berechnungen wiederholt durchführt, wobei die Basisstation, die ausgewählt wurde, als die bedienende Basisstation zu agieren, wiederholt neu beurteilt wird. Die Mobilstation kann wiederholt die benötigten Messungen wiederholt durchführen, um der Transceiverstation das Durchführen der Berechnungen zu ermöglichen.
Die Mobilstation gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann weiterhin so betrieben werden, dass sie ihre bedienen de Basistransceiverstation von einer Station auf eine andere schaltet auf der Basis der Auswahl (selbst durchgeführt oder durch eine andere feste Transceiverstation) aus den Kandidaten-Stationen der anderen Basistransceiverstationen, wobei Funkkommunikationen zwischen der Mobilstation und der ausgewählten anderen Basistransceiverstation als bedienende Station durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Betrieb in einem zellularen Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt, das eine Funkkommunikation zwischen Mobilstationen und Basistransceiverstationen zur Verfügung stellt, wobei die Mobilstationen so betrieben werden können, dass sie Berechnungen in Bezug auf Kandidaten der Basistransceiverstationen durchzuführen, um auszuwählen, welcher der Kandidaten die bedienende Basistransceiverstation für die Mobilstation sein soll, wobei die Berechnungen ein Berechnen einer Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs zwischen der Mobilstation und jeder Kandidaten-Basistransceiverstation ändert und ein Schätzen einer Zeit umfassen, welche die Mobilstation in der Zelle sein wird, die durch die Kandidaten-Basistransceiverstation definiert wird, wobei das System mindestens eine Mobilstation umfasst, die eine Mobilstation gemäß Anspruch 1 ist, und wobei mindestens eine Mobilstation gemäß Anspruch 1 aus tatsächlichen Messungen unter Verwendung von Signalen von den Kandidaten-Basistransceiverstationen Informationen über entsprechende Standorte von derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen ableitet und eine Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zu derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet und die Zeit in den Zellen unter Verwendung von Informationen über die Be wegungsrichtung sowie von Informationen über die Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs schätzt.
Die Erfindung ermöglicht es, die Auswahl einer bedienenden Basistransceiverstation für eine gegebenen Mobilstation in einem zellularen System basierend auf Informationen durchzuführen, die von der Mobilstation bezüglich des Standorts der Basistransceiverstationen und der Bewegungsrichtung der Mobilstation abgeleitet werden, um die Zeitdauer zu schätzen, welche die Mobilstation in einer gegebenen Zelle des Systems sein wird. Diese neuartige Herangehensweise reduziert in vorteilhafter Weise die Anzahl an Übergaben und die Anzahl an darauffolgenden möglichen Unterbrechungen, welche die Mobilstation erfahren könnte, wenn sie sich durch unterschiedliche Zellen des Systems bewegt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt anhand von Beispielen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines terrestrischen zellularen Kommunikationssystems, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Aufbau und den Betrieb einer die Erfindung darstellenden Mobilstation veranschaulicht, wie sie in dem in 1 veranschaulichten System verwendet wird;
3 ist ein schematisches Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben des zellularen Kommunikationssys tems der 1 veranschaulicht, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Der Begriff "Kandidaten-Zellen" ("candidate cells") bezieht sich hier im Folgenden auf eine Mehrzahl von Zellen, aus denen die Mobilstation oder MS eine Zielzelle auswählt, die durch eine gegebene Basistransceiverstation oder BTS definiert wird, um es zu ermöglichen, eine Kommunikationssitzung mit einer hohen Zuverlässigkeit und einer hohen Signalqualität abzuhalten. Der Begriff "Übergabe" ("handoff") bezieht sich hierbei auf das Umschalten der Kommunikationsverbindung zwischen einer MS und einer augenblicklichen BTS auf eine andere ausgewählte BTS. Der Begriff "Ferneinheit" ("remote unit") bezieht sich hierbei auf eine Funk- oder eine Festnetztelefoneinheit, die mit der MS über das zellulare System kommuniziert. Eine Ferneinheit kann Teil eines öffentlichen leitungsvermittelnden Telefonnetzes ("public switched telefone network"), des gleichen zellularen Kommunikationsnetzwerks, mit dem die Mobileinheit verbunden ist oder eines anderen Netzwerks sein, das mit diesem Netzwerk verbunden sein kann.
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, die eine schematische Veranschaulichung eines terrestrischen zellularen Kommunikationssystems ist, auf das im Allgemeinen mit 10 Bezug genommen wird, das aufgebaut und in Betrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Das System 10 umfasst ein Gateway 26, eine Mehrzahl von Basistransceiverstationen 18, 20 und 22 und eine Mehrzahl von Mobilstationen, wie etwa eine Mobilstation 28. Die Mobilstation 28 wird von einem sich bewegenden Fahrzeug 24 transportiert. Die Basisstationen 18, 20 und 22 definieren jeweils Kommunikatonsdienstzellen 12, 14 und 16.
Das Gateway 26 ist ein Router, der eine Schnittstelle zwischen einer konventionellen Datenaustauschinfrastruktur wie etwa einem öffentlichen leitungsvermittelnden Telefonnetz und einem zellularen Kommunikationssystem oder zwischen zwei zellularen Kommunikationssystemen bildet. Er kann ebenfalls als Systemcontroller für das Netzwerk dienen, wie abgebildet. Er befindet sich in Kommunikation mit den Basisstationen 18, 20 und 22. Die Basisstationen 18, 20 und 22 sind über eine Funkkommunikation oder über eine drahtgebundene Leitung mit dem Gateway 26 verbunden. Die Mobilstation 28 ist eine Einheit, die ihren eigenen Signalprozessor aufweist, der die Kommunikationssitzung zwischen ihr selbst und einer Ferneinheit (nicht abgebildet) über eine oder mehrere Basisstationen verwaltet. Jede der Basisstationen 18, 20 und 22 umfasst einen oder mehrere feste Transceiver, die über eine Funkkommunikation mit jeder der Mobilstationen in der Zelle, die sie bedienen, verbunden werden können. Die Basisstationen 18, 20 und 22 sind über eine Funkkommunikation oder über eine drahtgebundene Leitung mit dem Gateway 26 verbunden.
Das Fahrzeug 24 bewegt sich auf der Erdoberfläche. Jede der Zellen 12, 14 und 16 definiert eine Region, innerhalb der die Mobilstationen 28 eine Kommunikationsverbindung jeweils mit jeder der Basisstationen 18, 20 und 22 aufbauen kann. Eine derartige Kommunikationsverbindung wird über einen ausgewählten Kommunikationskanal speziell für einen gegebenen Transceiver der Basisstation auf eine bekannte Art und Weise zur Verfügung gestellt.
Sowie sich das Fahrzeug 24 bewegt, kann die Mobilstation 28 von einer Zelle zu einer anderen übertragen. Wenn sich die Mobilstation 28 anfänglich mit dem zellularen Kommunikationssystem 10 verbindet, wählt die Mobilstation 28 eine Zielzelle wie etwa die Zelle 12, um eine Kommunikation mit einer Ferneinheit (nicht abgebildet) aufzubauen. Dieser Vorgang ist als "Bestimmung der zu wartenden Zelle" ("servicing cell determination") bekannt.
Wenn die Mobilstation 28 durch die Zellen 12, 14, 16 und möglichen anderen (nicht abgebildet) wandert, sucht sie nach Kandidaten-Zellen, um eine kontinuierliche Kommunikation mit der Ferneinheit aufrechtzuerhalten, auch nach dem Trennen von der anfänglichen Zielzelle. Jede der Zellen 12, 14 und 16 ist vorgegeben und einige Gebiete können in Überlappungen zwischen diesen Zellen liegen. Die Mobilstation 28 auf dem Fahrzeug 24 bewegt sich innerhalb der Zelle 12 in eine Richtung, die in 1 durch den Pfeil 30 bezeichnet wird. Schließlich erreicht die Mobilstation 28 die Grenze der Zelle 12. Die Mobilstation 28 bestimmt, dass sie die Grenze der Zelle 12 erreicht hat, indem sie eine Veränderung in einem oder mehreren einer Mehrzahl von Parametern ermittelt. Derartige Parameter können die Qualität des Signals, das die Mobilstation 28 von der Basisstation 18 empfängt, die Entfernung der Mobilstation 28 von dem Zentrum der Zelle 12 (wenn eine globale Standortbestimmungseinrichtung ("GPS") oder eine Triangulation verwendet wird) und ähnliches enthalten. Wenn die Mobilstation 28 die Grenze der Zelle 12 erreicht, muss sie den Anruf an eine neue Basisstation übergeben, wie etwa der Basisstation 20 oder 22 (oder eine beliebige andere geeignete BTS, nicht in 1 abgebildet).
Jede der Basisstationen 18, 20 und 22 überträgt Systemsteuerinformationen an die Mobilstation 28 über einen Steuerkanal. Es wird vermerkt, dass die Steuerinformationen den Zellidentifikationscode, physikalische Koordinaten der Basisstation, die Kommunikationsabdeckung, andere topographische Informationen, die Verfügbarkeit und ähnliches enthalten kann. Jeder Steuerkanal ist für jede der Zellen 12, 14 und 16 reserviert. Gemäß dem in 1 abgebildeten Beispiel empfängt die Mobilstation 28 Steuerinformationen von der Basisstation 18 über eine Funkverbindung 32. Die Steuerinformationen enthalten Eigenschaften der verfügbaren Kommunikationskanäle sowie die Zeit und das augenblickliche Datum. Die Mobilstation 28 kann ihren augenblicklichen Standort relativ zu den Basisstationen 18, 20 und 22 bestimmen. Dies kann durch das Messen ihres eigenen Standorts unter Verwendung einer globalen Standortbestimmungseinrichtung (nicht abgebildet), die in die Mobilstation integriert ist oder durch das Messen ihres eigenen augenblicklichen Abstandes von jeder der Basisstationen 18, 20 und 22 und durch das Berechnen der Position über Triangulation auf eine Weise, wie in der mitanhängigen Anmeldung Nummer GB 0025762 beschrieben, durchgeführt werden. Die Mobilstation 28 kann auch ihre eigene Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung relativ zu den Basisstationen 18, 20 und 22 aus einer Aufzeichnung der Standorte der Basisstationen 28 und 22 und aus der Veränderung ihrer eigenen Standorte mit der Zeit bestimmen.
Die Mobilstation 28 bestimmt die wahrscheinliche Zeit T_n, dass das Fahrzeug 24 und damit die Mobilstation 28 in nerhalb des Überdeckungsgebiets der n-ten Zelle verbleibt, gemäß der geschätzten Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung des Fahrzeugs 24 und der Mobilstation 28. Beim Bestimmen von T_n nimmt die Mobilstation 28 an, dass die Überdeckungsgebiete der Zellen 12, 14 und 16 ungefähr gleich sind. Entsprechend dem in 1 abgebildeten Beispiel besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Mobilstation 28 länger in der Zelle 14 verbleibt als in der Zelle 16, da die Mobilstation 28 sich in Richtung 30 auf die Basisstation 20 zubewegt. Die Mobilstation 28 bestimmt weiterhin den Rang jeder der Zellen 12, 14 und 16. Der Rang kann eine vorgegebene Funktion unterschiedlicher Parameter wie etwa T_n, der Stärke und/oder der Qualität des Signals, das von der Basisstation jeder Zelle empfangen wird und ähnliches sein. Die Zelle mit dem höchsten Rang kann für eine Übergabe ausgewählt werden. Beispielsweise kann, wenn das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis in der Zelle 16 um 10% größer ist als das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis in Zelle 14, aber T₁₄ doppelt so groß ist wie T₁₆, die Mobileinheit 24 zur Zelle 14 schalten, da der Rang der Zelle 14 höher ist als der Rang der Zelle 16. Ein Verfahren zum Einordnen, um eine Übergabe an eine Kandidaten-Zelle zur Verfügung zu stellen, wird detailliert im Folgenden beschrieben.
Alternativ kann die Mobilstation 28 über eine Funkverbindung gleichzeitig mit mehr als einer Basisstation, wie etwa den Basisstationen 18 und 22, über zwei unterschiedliche Kanäle verbunden werden, wie beispielsweise in IS-95. Wenn beispielsweise die Mobilstation 28 die Verbindung mit der Basisstation 22 verliert, kann die Mobilstation 28 dann die Steuerinformationen von der Basisstation 18 empfangen, wobei sie eine andere Basisstation für eine Übergabe wählen kann, wie etwa die Basisstation 20.
Es wird jetzt Bezug genommen auf 2, die eine detaillierte schematische Veranschaulichung der in dem System eingesetzten Mobilstation 28 darstellt, wie in 1 abgebildet.
Die Mobilstation 28 enthält eine kinetische Einheit 200, eine Signalqualitätseinheit 208, einen Controller 210 und eine Steuerungstransceiverschnittstelle 212. Die kinetische Einheit 200 kann eine Standorteinheit 202, eine Bewegungsrichtungseinheit 206 und eine kinetische Schnittstelle 204 enthalten. Der Controller 210 enthält einen Listenerzeuger 214, eine Zelleneinordnungseinheit 216, eine Endlisteneinordnungseinheit 218 und eine Controllerschnittstelle 220.
Die kinetische Einheit 200 bestimmt den Standort, die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit der Mobilstation 28. Der Controller 210 bestimmt den Rang einer Mehrzahl von Zellen, die Basisstationen enthalten. Die Signalqualitätseinheit 208 bestimmt die Qualität des Kommunikationssignals, das die Mobilstation 28 empfängt (d. h. des Vorwärtssprachkanals). Die kinetische Einheit 200 ist mit dem Controller 210 verbunden. Die Steuerungstransceiverschnittstelle 212 ist mit der Signalqualitätseinheit 208, dem Controller 210 und über eine Funkkommunikation mit der Basisstation verbunden.
Die kinetische Schnittstelle 208 empfängt ein Signal 224 von der Transceiverschnittstelle 212. Die Standorteinheit 202 bestimmt den augenblicklichen Standort der Mobilstation 28 relativ zu nahe gelegenen Basisstationen auf einen der vorher beschriebenen Wege. Die Standorteinheit 202 sendet Daten in Bezug auf den Standort der Mobilstation 28 an die kinetische Schnittstelle 204. Die kinetische Schnittstelle 204 verarbeitet die Daten und sendet sie an den Controller 210. Die Bewegungsrichtungseinheit 206 sendet Daten in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Mobilstation 28 an die kinetische Schnittstelle 204. Die kinetische Schnittstelle 204 verarbeitet die Daten und sendet sie an den Controller 210. Die Signalqualitätseinheit 208 bestimmt die Qualität des Signals, das die Mobilstation 28 empfängt (d. h. des Vorwärtssprachkanals) gemäß der Information, die die Signalqualitätseinheit 208 von der Transceiverschnittstelle 212 empfängt. Die Signalqualitätseinheit 208 sendet Daten in Bezug auf die Qualität des Signals der Mobilstation 28 an den Controller 210.
Der Listenerzeuger 214 erzeugt eine Liste der Kandidaten-Zellen gemäß Daten, die er von der kinetischen Einheit 200 empfängt. Die Zelleneinordnungseinheit 216 bestimmt den Rang jeder Kandidaten-Zelle und die Zeit, welche die Mobilstation in dem Überdeckungsgebiet jeder Kandidaten-Zelle verbleibt gemäß Daten, die sie von der kinetischen Einheit 200 und der Signalqualitätseinheit 208 empfängt. Die Endlisteneinordnungseinheit 218 bestimmt den endgültigen Rang jeder Kandidaten-Zelle gemäß der Zeit, welche die Zelleinordnungseinheit 216 für die Mobilstation 28 bestimmt und auch entsprechend den Daten, welche die kinetische Einheit 200 und die Signalqualitätseinheit 208 zur Verfügung stellen. Die Endlisteneinordnungseinheit 208 stellt der Mobilstation 28 die Ränge der Kandidaten-Zellen zur Verfügung. Die Mobilstation 28 wählt dann die Kandidaten-Zelle mit dem höchsten Rang aus und übergibt durch ein bekanntes Umschaltungsverfahren an die ausgewählte Zelle. Die Kommunikatio nen werden an die Basisstation der ausgewählten Zelle gesendet, in der die Übergabe stattfindet.
Obwohl der Aufbau der Mobilstation 28 in 2 veranschaulicht wurde und mit den Begriffen von unterschiedlichen Einheiten, welche die unterschiedlichen Betriebsfunktionen ausführen, die bei der Durchführung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benötigt werden, beschrieben wurde, können die Einheiten in der Praxis in einem oder in mehreren Signalprozessoren, z.B. digitalen Signalprozessoren, kombiniert werden, was dem Fachmann auf dem Gebiet des Designs von Mobilstationen klar sein dürfte. Die unterschiedlichen Betriebsfunktionen kann man durch eine geeignete Vor-Programmierung des Signalprozessors/der Signalprozessoren erhalten.
Es wird jetzt Bezug genommen auf 3, die eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben der Mobilstation 28 darstellt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet. Im Schritt 100 wird der Rang jeder der Zellen gemäß dem Qualitäts- und dem Stärkegrad eines Signals bestimmt, das von der Mobilstation 28 von der Basisstation der Zelle empfangen wurde, und das auf eine Weise gemessen wurde, die an sich im Stand der Technik bekannt ist. In Bezug auf 1 bestimmt die Mobilstation 28 den Rang der Zellen 14, 16 und anderer. Die Mobilstation 28 weist ein Attribut A_m der m-ten Zelle (m = 1, 2, ... M) zu, was die m-te Zelle relativ zu den anderen Zellen einordnet. Das Attribut A_m kann ein tatsächlicher Wert eines Signalniveaus, ein tatsächlicher Wert einer Signalqualität, z.B. gemessen auf eine bekannte Weise gemäß der Anzahl von Fehlern pro Zeiteinheit, die in dem empfangenen Signal detektiert werden, oder ein Bewertungswert sein, der aus gemessen Signalstärkewerten und Signalqualitätswerten berechnet wird, z.B. Vorgeben einer Anzahl innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (beispielsweise von 0–100). Demzufolge weist die Kandidaten-Zelle 14 ein Attribut A₁₄ und die Kandidaten-Zelle 16 ein Attribut A₁₆ und so weiter auf. Die Attribute A_m können als Rangliste gespeichert werden. Alternativ kann jedes Attribut A_m in Schritt 102 einem Eintrag in einer Liste der möglichen Zellen hinzugefügt werden, die als Kandidaten-Zellen ausgewählt werden.
Im Schritt 102 wird eine Liste der Kandidaten-Zellen erzeugt. Unter Bezugnahme auf 1 erzeugt die Mobilstation 28 eine Liste der Kandidaten-Zellen gemäß dem Ergebnis des Schritts 100. Die Liste der Kandidaten-Zellen enthält die Zellen 14 und 16, da die Mobilstation 28 sich in Zelle 16 befindet und sich in Richtung Zelle 14 bewegt und Signale mit vernünftiger Stärke und Qualität von den Basisstationen dieser Zellen empfängt. Jeder Eintrag in der Liste enthält Identifikationscodes der Zellen 14 und 16 und anderer und eine Einordnung und/oder Bewertung jeder Zelle, wahlweise zusammen mit anderen Informationen, die diese Zellen betreffen, z.B. dem Standort der Basisstationen 20 und 22, des Abstands der Mobilstation 28 von jeder der Basisstationen 20 und 22 und ähnlichem. Die Liste der Kandidaten-Zellen wird in einer Speichereinheit (nicht abgebildet) in dem Controller 210 (2) gespeichert.
In einem Schritt 104 werden die kinetischen Eigenschaften der Mobilstation 28 unter Bezug auf die Kandidaten-Zellen bestimmt. Unter Bezugnahme auf 1 bestimmt die Mobilstation 28, dass sie sich in Zelle 12 befindet und sich in Richtung 30 mit einer Geschwindigkeit V bewegt. Der Standort, die Richtung der Bewegung und die Geschwindigkeit der Mobilstation 28 können gemäß den Verfahren, auf die früher Bezug genommen wurde, bestimmt werden.
In einem Schritt 106 wird der Rang jeder der Kandidaten-Zellen gemäß der kinetischen Eigenschaften der Mobileinheit, die in Schritt 104 bestimmt wurden, bestimmt. Die Mobilstation 28 bestimmt die Rangordnung jeder der Kandidaten-Zellen 14 und 16 und (möglicherweise anderer) gemäß der geschätzten Zeitdauer, welche die Mobilstation 28 berechnet, wird sie sich in jeder der Kandidaten-Zellen, wie von den kinetischen Eigenschaften, die in Schritt 104 bestimmt wurden, bestimmt, aufhalten. Die kinetische Rangordnung K_m der m-ten Kandidaten-Zellen ist eine Funktion der geschätzten Zeitdauer der Mobilstation 28 in der Zelle. Beispielsweise kann eine derartige Funktion folgende Form aufweisen: Km = c1·(180 – Dm)·log(c2·Sm)/log(c3·Lm) (1)wobei: L_m den Abstand der Mobilstation vom Zellzentrum darstellt; S_m die Geschwindigkeit der Mobilstation relativ zum Zellzentrum darstellt; D_m die Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zum Zellzentrum (Grad – 0–180) darstellt und c1, c2, c3 konstante Faktoren sind. Die Basisstation jeder Zelle wird als das Zentrum der Zelle angenommen.
Die sich ergebende Einordnungsliste kann als Einordnungsliste gespeichert werden. In dem in 1 gezeigten Beispiel bewegt sich die Mobilstation 28 in Richtung 30 von der Basisstation 18 in Richtung der Basisstation 20. Demzufolge ist die Einordnung K₁₄ der Kandidaten-Zelle 14 höher als die Einordnung K₁₆ der Kandidaten-Zelle 16.
In einem Schritt 108 wird die Endzelleneinordnungsliste bestimmt. Unter Bezug auf 1 bestimmt die Mobilstation 28 die Endeinordnung der Kandidaten-Zellen 14 und 16 (und möglicherweise anderer). Die Endeinordnung F_m der m-ten Kandidaten-Zellen kann eine vorgegebene Funktion des Attributs A_m und des kinetischen Rangs K_m der m-ten Kandidaten-Zelle sein. Beispielsweise kann eine derartige Funktion folgende Form haben: Fm = Am·log(Km) (2)
Vorzugsweise ist der Wert des kinetischen Rangs K_m im Bereich von 10–20, sodass das Attribut A_m der dominierende Parameter in Gleichung 1 ist. Die Mobilstation 28 bestimmt dann die Endeinordnungen F₁₄ und F₁₆ der Kandidaten-Zellen 14 und 16.
Im Schritt 110 wird eine Zielzelle ausgewählt. Unter Bezug auf 1 wählt die Mobilstation 28 die m-te Kandidaten-Zelle mit dem höchsten Endrang F_m unter den M Kandidaten-Zellen als die Zielzelle aus. Das Attribut A₁₄ und der kinetische Rang K₁₄ der Kandidaten-Zelle 14 sind normalerweise größer als das Attribut A₁₆ und der kinetische Rang K₁₄ der Kandidaten-Zelle 16. Demzufolge ist normalerweise F₁₄ > F₁₆ und demzufolge übergibt die Mobilstation 28 an die Zelle 14 auf eine bekannte Art und Weise. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Übergabe an die Zelle 16 basierend lediglich auf der Einordnung in den Schritten 100 und 102 stattfinden könnte, was schließlich zu der unerwünschten Anforderung einer weiteren Übergabe von der Zelle 16 zu der Zelle 14 führt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die in 3 veranschaulichten Berechnungen durch eine feste Einheit innerhalb des Systems 10 durchgeführt werden, z.B. dem Gateway 26. Derartige Berechnungen können separat für eine Mehrzahl von Mobilsystemen, die in dem System arbeiten, durchgeführt werden, z. B. für alle Mobilstationen. Diese Ausführungsform sendet die Mobilstation 28 an das Gateway 26 über seine bestehende bedienende Basisstation 28 Signale, die die Ergebnisse der Messungen anzeigen, die durch die Mobilstation 28 durchgeführt wurden, worauf vorhergehend hingewiesen wurde, z. B. in Bezug auf Positionswechsel und einer empfangenen Signalstärke und/oder -qualität. Das Gateway 26 sendet schließlich an die Mobilstation 28 ein Steuersignal, das die Identität der Basisstation anzeigt, die von dem Gateway 26 als neue bedienende Station ausgewählt wurde und die Mobilstation 28 schaltet auf den Empfang dieses Steuersignals hin seine Verbindung an die neu ausgewählte Basistransceiverstation als bedienende Station.

Claims

Mobilstation (28) zur Verwendung in einem zellularen Funkkommunikationssystem, das eine Kommunikation zwischen der Mobilstation und einer bedienenden aus einer Mehrzahl von Basistransceiverstationen zur Verfügung stellt, wobei jede eine Zelle des Systems definiert, wobei die Mobilstation so betrieben werden kann, dass sie Berechnungen in Bezug auf Kandidaten der Basistransceiverstationen (22, 20) durchführt, um auszuwählen, welcher der Kandidaten die bedienende Basistransceiverstation für die Mobilstation sein soll, wobei die Berechnungen ein Berechnen einer Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs zwischen der Mobilstation und jeder Kandidaten-Basistransceiverstation und ein Schätzen einer Zeit umfassen, welche die Mobilstation in der Zelle (14, 16) sein wird, die durch die Kandidaten-Basistransceiverstation definiert wird, wobei die Mobilstation dadurch gekennzeichnet ist, dass sie so betrieben werden kann, dass sie aus aktiven Messungen unter Verwendung von Signalen von den Kandidaten-Basistransceiverstationen Informationen über entsprechende Standorte von derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen ableitet und eine Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zu derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet und die Zeit in den Zellen unter Verwendung von Informationen über die Bewegungsrichtung sowie von Informationen über die Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs schätzt.
Mobilstation nach Anspruch 1, die so betrieben werden kann, dass sie über eine Schätzung des Abstands der Mobilstation von jeder der Kandidaten-Basistransceiverstationen verfügt und dass sie aus Veränderungen in den entsprechenden Entfernungsschätzungen die entsprechenden Bewegungsrichtungen berechnet.
Mobilstation nach Anspruch 1 oder 2, die so betrieben werden kann, dass sie einen Standort der Basistransceiverstationen einschließlich der Kandidaten-Stationen speichert.
Mobilstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, die so betrieben werden kann, dass sie ihren eigenen Standort misst und ihren Abstand von jeder der Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet.
Mobilstation nach Anspruch 4, die eine globale Standortermittlungseinrichtung (202) umfasst und die so betrieben werden kann, dass sie ihren eigenen Standort durch Signale berechnet, die von der globalen Standortermittlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Mobilstation nach Anspruch 4, die so betrieben werden kann, dass sie ihre eigene Position durch Messen einer Ankunftszeit oder einer Zeitdifferenz der Ankunft von Signalen von Basistransceiverstationen berechnet.
Mobilstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin so betrieben werden kann, dass sie die Stärke und/oder die Qualität von Signalen misst, die sie von Basistransceiverstationen empfängt.
Mobilstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die so betrieben werden kann, dass sie eine Liste der Kandidaten-Basistransceiverstationen aus Signalstärke- und/oder Qualitätsmessungen von Signalen erzeugt, die von der Mobilstation empfangen werden.
Mobilstation nach Anspruch 8, die so betrieben werden kann, dass sie die Basistransceiverstationen gemäß den Signalstärke- und/oder Qualitätsmessungen einordnet und eine Anzahl der am höchsten eingeordneten Stationen als die Kandidaten-Stationen auflistet.
Mobilstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die so betrieben werden kann, dass sie die Berechnungen wiederholt ausführt, wobei die Basistransceiverstation, die ausgewählt wurde, um als die bedienende Station für die Mobilstation zu agieren, wiederholt neu beurteilt wird.
Verfahren zum Betrieb in einem zellularen Kommunikationssystem, das eine Funkkommunikation zwischen Mobilstationen und Basistransceiverstationen zur Verfügung stellt, wobei die Mobilstationen so betrieben werden können, dass sie Berechnungen in Bezug auf Kandidaten der Basistransceiverstationen (22, 20) durchführen, um auszuwählen, welcher der Kandidaten die bedienende Basistransceiverstation für die Mobilstation sein soll, wobei die Berechnungen ein Berechnen einer Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs zwischen der Mobilstation und jeder Kandidaten-Basistransceiverstation und ein Schätzen einer Zeit umfassen, welche die Mobilstation in der Zelle (14, 16) sein wird, die durch die Kandidaten-Basistransceiverstation definiert wird, wobei das System mindestens eine Mobilstation umfasst, welche eine Mobilstation gemäß Anspruch 1 ist, und wobei die zumindest eine Mobilstation gemäß Anspruch 1 aus aktiven Messungen unter Verwendung von Signalen von den Kandidaten-Basistransceiverstationen Informationen über entsprechende Standorte von derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen ableitet und eine Bewegungsrichtung der Mobilstation relativ zu derartigen Kandidaten-Basistransceiverstationen berechnet und die Zeit in den Zellen unter Verwendung von Informationen über die Bewegungsrichtung sowie von Informationen über die Rate der Veränderung des Abstands oder des Bereichs schätzt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das System gemäß den TETRA-Kommunikationsprotokollprozeduren arbeitet.