DE69127625T2

DE69127625T2 - Standorterfassung und gesprächsumlegung in mobilen funksystemen

Info

Publication number: DE69127625T2
Application number: DE69127625T
Authority: DE
Inventors: Si Chia
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2011-07-26
Also published as: JPH06501347A; EP0540611A1; GB9016277D0; GB2263608A; DE69127625D1; CA2087842A1; GB9302388D0; AU8230191A; US5394158A; GB2263608B; ES2107467T3; WO1992002105A1; EP0540611B1; CA2087842C; JP3007148B2; ATE158131T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestimmung des Orts einer beweglichen Einheit in einem beweglichen und insbesondere zellularen Funksystem
Ein zellulares bewegliches Funksystem weist mehrere Zellen auf, von denen jede eine Basisstation hat, die mehrere Kammunikationskanäle unterhält, wobei ein Benutzeranruf auf einem beliebigen Kanal geführt werden kann, bis sich der Anrufer aus dem Bereich herausbegibt. Dann wird die Verantwortlichkeit für das Unterhalten des Anrufs an eine der umgebenden Zellen übergeben. Die Kapazität einer Zelle ist durch die Anzahl der verfügbaren Kanäle begrenzt. In weniger dicht bevölkerten, beispielsweise ländlichen Gegenden, ist die Zellengröße, die sich größtenteils durch die Anrufdichte bestimmt, vergleichsweise groß. Andererseits ist in einer Gegend mit hoher Dichte von Mobilfunkbenutzern, beispielsweise dem Geschäftsbezirk einer großen Stadt, die Anrufdichte wesentlich höher, so daß die Zellengröße vergleichsweise deutlich kleiner ist.
In jedem zellularen Funksystem sind die drei Phasen einer Übergabe (a) Entscheiden, welche Zelle die mobile Station aufnehmen wird, (b) Entscheiden, an welchem Punkt die Übergabe stattfinden soll, und (c) Umschalten des beweglichen Benutzers von einer Basisstation zur anderen.
In Situationen mit hoher Verkehrsdichte wurde vorgeschlagen, über eine herkömmliche Zelle (eine Makrozelle) ein Netzwerk kleinerer Zellen (Mikrozellen) zu legen, die durch Sender niedrigerer Leistung gebildet werden. Mikrozellen haben typischerweise lediglich einen Bereich von 200 oder 500 Metern und stellen oft nur eine belebte Straße oder einen Teil einer Straße dar, in der eine hohe Anrufdichte erwartet wird.
Mikrozellen bestehen typischerweise aus einer Gruppe von Basisstationen, die längs einer belebten Straße 200-500 Meter beabstandet angeordnet sind. Im Bereich zwischen solch einer Mikrozelle und einer Makrozelle, also am Ende einer Straße oder beim Einbiegen in eine andere Straße oder zwischen zwei Mikrozellen ist eine Übergabe erforderlich.
Zur Zeit gibt es zumindest zwei Verfahren, mittels derer die Übergabe begonnen wird. Sie sind im Artikel "A handoff control process for microcellular systems" von T. Kanai und Y. Furuya, "Proceedings of 38th IEEE Vehicular Technology Conference", 1988, S. 170-175, beschrieben.
Das erste beruht auf Signalstärkenmessung. Die Basisstation überwacht den Pegel des empfangenen Signals. Wenn das Signal unter eine gegebene Schwelle fällt (oder unter den Pegel der Zielbasisstation - im Falle daß relative Signalstärkenmessung verwendet wird), informiert die Basisstation ein zentrales Mobilschaltzentrum (MSC), daß eine Übergabe an eine benachbarte Zelle bevorsteht.
Das MSC weist dann jede umgebende Basisstation an, den Signalpegel zu messen, den sie von der gleichen mobilen Einheit empfangen. Alternativ hierzu berichtet die mobile Einheit fortwährend den Pegel des empfangenen Signals an die Basisstation. Die hierdurch erzielten Ergebnisse werden dann untersucht, und das MSC legt fest, welche Basisstation den Anruf zugewiesen bekommt. Über die alte Basisstation wird die mobile Einheit dann dazu veranlaßt, zu den in der neuen Basisstation errichteten neuen Kanal umzuwechseln.
In der französischen Patentanmeldung FR 2 621 435 (Setsys) ist ein System beschrieben, in dem die Veränderungen der Signalstärke über die Zeit mit bekannten Profilen verglichen werden, um den Ort einer mobilen Einheit zu identifizieren.
Das andere Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunkts, wann eine Übergabe stattfinden soll, besteht darin, eine relative Abstandsmessung aufgrund der Signalverzögerung vorzunehmen. In einem bekannten System gibt es beispielsweise einen Zeitaufteilungs-Mehrfachzugriff-Steuerungskanal (TDMA). Die Basisstation überträgt im Zeitschlitz 0 Daten an eine mobile Einheit und empfängt Daten von der mobilen Einheit als Antwort etwas später, beispielsweise im Zeitschlitz 3. Die anfragenden Daten, die von der Basisstation gesandt wurden, werden von der beweglichen Einheit nach einer kurzen Verzögerung dt empfangen. Die mobile Einheit wird dann im Zeitschlitz 3 an die Basisstation senden, was abermals aufgrund der Ausbreitungszeit eine geringe Verzögerung erfährt. Die Basisstation rechnet mit zu empfangenden Daten genau 3 Schlitze später als die Übertragung der anfragenden Daten an die mobile Einheit. Aufgrund der aufgetretenen Verzögerung wird es 2 x dt später als erwartet empfangen. Durch genaues Messen der Differenz zwischen erwartetem und tatsächlichem Empfang der angefragten Antwort kann der Abstand der mobilen Einheit von der Basisstation bestimmt werden, da er proportional ist zur halben Gesamtverzögerung.
In der Praxis ist die Abstandsmessung in einem herkömmlichen zellularen TDMA-System zwischen einer mobilen Einheit und der sie bedienenden Basisstation durch Ungenauigkeiten belastet, sie beruhen hauptsächlich auf dem Fehlen eines direkten Signalwegs. Ein an einer mobilen Einheit anlangendes empfangenes Signal hat üblicherweise Mehrfachreflexionen erfahren, die die Verzögerung verlängert haben. Dies begrenzt die Nützlichkeit von Verzögerungsmessungen in herkömmlichen zellularen Funksystemen.
In einem gemischten zellularen System mit sowohl Makrozellen als auch Mikrozellen ist es wünschenswert, daß Mikrozellen so viel Verkehr wie möglich aufnehmen. Wenn eine durch eine Makrozelle bediente mobile Einheit den Versorgungsbereich einer Mikrozelle betritt, kann es durchaus sein, daß der Signalpegel für die Makrozellenbasisstation für ausreichende Kommunikation ausreichend hoch bleibt. Für das System ist es jedoch effizienter, Anrufe, die von der Makrozelle bedient werden, an eine Mikrozelle abzutreten, wann immer dies möglich ist. Es kann deshalb schwierig sein zu entscheiden, wann ein Übergabevorgang angestoßen werden soll, wenn lediglich auf das Kriterium des Pegels des empfangenen Signals geschaut wird. Außerdem kann es Situationen geben, in denen es besser wäre, die Kommunikationsverbindung der mobilen Einheit mit der Makrozelle beizubehalten, ohne einen Übergabevorgang anzustoßen. Beispielsweise ist es nicht notwendig, eine Übergabe vorzunehmen, wenn eine mobile Einheit durch eine Mikrozelle für lediglich eine geringe Zeitdauer reist.
Wenn sich eine mobile Einheit einer Mikrozellenbasisstation nähert, nimmt der Signalpegel zu. Der Anmelder hat festgestellt, daß dann, wenn sich die mobile Einheit der Basisstation längs eines direkten Wegs nähert, es zu jedem Augenblick eine charakteristische Kombination von Verzögerungs (Abstands-)messung und gemessenem Signalpegel gibt, die dazu verwendet werden kann festzulegen, längs welchen Wegs sich die mobile Einheit bewegt. Für eine gegebene Abstandsmessung zeigt jeder Weg, also jede Straße, einen unterschiedlichen Dämpfungspegel des gleichen Signals. Die Kombination von Abstands- und Signalpegelmessung erlaubt es damit der Basisstation, den Weg zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ortbestimmungssystem für ein mobiles Funknetzwerk anzugeben, das dazu in der Lage ist, mit Hilfe gespeicherter Informationen bezüglich Signalkennwerten und geschätztem Abstand den Ort einer mobilen Einheit innerhalb einer Mikrozelle zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird angegeben ein System zur Bestimmung des Orts einer beweglichen Einheit in einem zellularen Funknetz, das mehrere Basisstationen hat, die jeweils für eine Zelle Funkversorgung erlauben und dazu in der Lage sind, mit mobilen Einheiten innerhalb der Zelle zu kommunizieren, mit einer Einrichtung zum Messen von Kennwerten eines Funksignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulare Funknetzwerk Mikrozellen aufweist und das System aufweist:
eine Einrichtung zum Speichern bezüglich jedes von einem oder mehreren Orten eines entsprechenden Ordnungspaars von gemessenem Abstand und gemessenem Signalkennwert, der mit dem Ort verknüpft ist;
eine Einrichtung zum Bestimmen eines gegenwärtigen Abstands einer mobilen Einheit von einer Basisstation und zum Bilden eines gegenwärtigen Ordnungspaars für die mobile Einheit aus dem momentanen Abstand der mobilen Einheit und dem momentanen Kennwert des Radiosignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wird; und
eine Einrichtung zum Vergleichen des bzw. jeden gespeicherten Ordnungspaars mit dem momentanen Ordnungspaar der mobilen Einheit, so daß der momentane Ort der mobilen Einheit identifiziert werden kann.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung des Orts einer mobilen Einheit in einem zellularen Funknetzwerk mit mehreren Basisstationen, von denen jede die Funkversorgung in einer bestimmten Zelle bewirkt und dazu in der Lage ist, mit mobilen Einheiten innerhalb der jeweiligen Zelle zu kommunizieren, indem Kennwerte eines zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragenen Funksignals gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulare Funknetzwerk Mikrozellen aufweist, und daß das Verfahren aufweist:
Speichern für jeden von einem oder mehreren Orten eines entsprechenden Ordnungspaars von gemessenem Abstand und einem gemessenen Signalkennwert, der mit dem Ort verknüpft ist;
Bilden eines momentanen Ordnungspaars für eine mobile Einheit, indem ein momentaner Abstand einer mobilen Einheit von einer Basisstation sowie ein momentaner Kennwert des zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragenen Funksignals bestimmt werden; und
Vergleichen des oder eines jeden gespeicherten Ordnungspaars mit dem momentanen Ordnungspaar der mobilen Einheit, so daß der momentane Ort der mobilen Einheit identifiziert werden kann.
Die Ortsbestimmung verwendet damit die gespeicherte Signalkennwertinformation, den gemessenen Empfangssignalkennwert und den abgeschätzten Abstand zur Bestimmung des Orts einer mobilen Einheit innerhalb einer Zelle.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist die Erfindung insbesondere zur Ortsbestimmung in einer Mikrozelle geeignet.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Basisstation für ein Mobilfunknetzwerk, die eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Signals aufweist, eine Steuerungseinrichtung zum Steuern von Anrufen zu und von den mobilen Einheiten; und mit einer Einrichtung zum Messen eines Kennwerts eines Funksignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Abstands der mobilen Einheit von der Basisstation; eine Einrichtung zum Speichern eines Satzes von Signalkennwerten und Abständen von zumindest einem möglichen Weg der mobilen Einheit im Bereich um die Basisstation herum, wobei jeder Bestandteil des Satzes mit einem Ort auf dem Weg verknüpft ist; eine Einrichtung zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Bestandteils des Satzes von Signalkennwerten im empfangenen Signal; und eine Einrichtung zum Kombinieren der Abstandsinformation mit dem Vorhandensein des Bestandteils, um den Ort der mobilen Einheit auf einem bestimmten Weg auf der Grundlage der gespeicherten Information zu identifizieren; und eine Einrichtung zum Veranlassen einer Übergabe von der Basisstation zu einer anderen Basisstation auf der Grundlage der Ortsbestimmung.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Übergabebestimmungssystem für ein zellulares Funknetz vorgesehen, wobei das System ein Ortsbestimmungssystem nach der Erfindung zur Bestimmung des Orts einer mobilen Einheit innerhalb der Zelle aufweist. Die Erfindung betrifft ebenso ein zellulares Funksystem, das das obige Übergabesystem aufweist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weisen verwirklicht werden, eine wird nun beispielhaft bezugnehmend auf die beilegenden Zeichnungen beschrieben, es zeigen:
Figuren 1(a) und (b) Graphen von Signalpegelprofilen zweier sich kreuzender Straßen;
Figur 2 ein Graph eines Signalpegelprofils einer Straße, die eine Mikrozellengrenze kreuzt; und
Figur 3 die Karte der Straßen, deren Profile in Figur 2 gezeigt sind; und
Figur 4 ein Blockdiagramm der wesentlichen Teile eines Basisstationempfängers der Erfindung.
In Mikrozellen eines zellularen Funksystemnetzwerks tritt sehr oft der Fall auf, daß die direkte Sichtlinie oder der vorherrschende Signalweg zwischen einer Mikrozellenbasisstation und einer mobilen Einheit beispielsweise längs einer geraden Straße existiert. Die Ausbreitungsverzögerung hin und zurück für einen Abstand von 100 Metern zwischen Basisstation und mobiler Einheit beträgt etwa 0,3 Mikrosekunden. Dies ist etwa 1/10 einer Bitdauer, die typischerweise 3,69 Mikrosekunden beträgt. Für Basisstationempfänger ist es möglich, Verzögerungen dieser Größe aufzulösen. Ein typischer 900-MHz-Zellularempfänger in einer Basisstation eines zellularen Netzes für Senden und Empfangen hoher Bitratendaten kann mit Übertragungsraten von zumindest 1-2 Mbit/s gefahren werden.
Wenn, wie oben erläutert, beispielsweise eine durch eine Makrozelle bediente mobile Einheit den Abdeckbereich einer Mikrozelle unter der Makrozelle betritt, kann es sein, daß der Signalpegel von der Makrozellenbasisstation ausreichend leistungsfähig für angemessene Kommunikation bleibt. Es ist jedoch wünschenswert, so viel Verkehr wie möglich in Mikrozellen zu halten. Für eine Basisstation ist es deshalb schwierig, lediglich aufgrund der empfangenen Signalkriterien den Beginn eines Übergabevorgangs zu entscheiden. Außerdem gibt es Situationen, in denen es besser wäre, eine Kommunikationsverbindung zwischen der Makrozelle und der mobilen Einheit beizubehalten.
In Figur 3 ist eine Mikrozellenbasisstation 10 längs einer geraden Hauptstraße 12 aufgestellt. Die umgebenden Straßen 14, die die Hauptstraße 12 gitterartig kreuzen, werden durch eine größere Makrozelle abgedeckt.
Es hat sich herausgestellt, daß Signalpegelprofile eines Signals, das von der Basisstation der Mikrozelle längs der Hauptstraße 12 an die mobile Einheit übertragen wird, deutlich unterschiedlich ist vom Signalpegelprofil eines Signals, das von mobilen Einheiten empfangen wird, die sich längs Seitenstraßen bewegen, die die Mikrozelle kreuzen.
Der Unterschied zwischen den Signalprofilen der Mikrozellen-Hauptstraße 12 und der Straßen 14 in der Makrozelle ist in Figur 1 dargestellt, in der Figur 1(a) das Mikrozellensignalprofil längs Oxford Street in London zeigt und Figur 1(b) das Signalprofil für Signale, die durch eine mobile Einheit empfangen werden, die sich längs Regent Street bewegt, in der die Mikrozellenbasisstation in der durch Pfeil A in der Zeichnung gezeigten Position installiert ist.
In dieser besonderen Anordnung ist die Basisstation etwa 10 Meter südlich von Oxford Circus in der Regent Street angeordnet. Die Basisstationsantenne ist ein Yagi-Gitter, das 6 Meter über dem Boden angebracht ist und einen Leistungspegel von 16 dbm bei 900 MHz aussendet. Aus den zwei Graphen sieht man, daß die durchschnittlichen Signalpegel längs Regent Street merklich höher sind als diejenigen längs Oxford Street für gleiche Abstände von der Mikrozellenbasisstation.
Figur 2 zeigt die Signalpegelprofile für eine weitere Gruppe von Straßen in London, nämlich für eine Mikrozellenbasisstation in der Harley Street, in der der Ort der Mikrozellenbasisstation durch Pfeil A angedeutet ist. Es bestätigen sich die obigen Ausführungen. Außerdem wird aus einem Vergleich der Profile für diese Straßen ersichtlich, daß sie alle deutlich unterschiedlich zueinander sind. Die Unterschiede ergeben sich hauptsächlich aufgrund von Wegverlusten von der Mikrozellenbasisstation zu den Einmündungen und von Verlusten aufgrund von Beugung um Gebäudeecken herum. Solche Brechungsverluste wurden in einer Höhe von etwa 20 dB pro Straßenecke festgestellt.
Die typische Kennlinie des Signalprofils, das von einer mobilen Einheit in einer bestimmten Straße empfangen wird, ermöglicht die Bestimmung des Orts der Einheit in der Straße. Die Ordnungspaare von Abstand und Signalstärke für unterschiedliche Profile von relevanten möglichen Wegen, also Straßen (oder Teilen von Straßen), die durch Mikrozellen abgedeckt werden, werden in digitaler Form in Nachschlagetabellen in der Basisstation für die Mikrozelle oder die Makrozelle gespeichert.
Zur Bestimmung des Orts einer mobilen Einheit als Punkt auf einer Straße benötigt die Basisstation Informationen über den Abstand der mobilen Einheit von der Basisstation und der Signalstärke, die von der mobilen Einheit empfangen wird. Sie kann dann diese Information mit den verschiedenen Profilen in der Nachschlagetabelle vergleichen und gegebenenfalls Übereinstimmung feststellen. Das Ordnungspaar aus Abstand und Signalstärke stimmen für ein entsprechendes Straßenprofil überein.
Zur Abstandsbestimmung nimmt die Basisstation eine Ausbreitungsverzögerungsüberprüfung vor, indem die Zeitvoreilung überwacht wird, die für die Ausbreitungsverzögerung benötigt wird.
Zur Signalstärkenbestimmung wird von der mobilen Einheit eine Anzeige über die Stärke des empfangenen Signals an die Basisstation gesendet. Dies kann Teil eines routinemäßig gesandten Informationspakets sein, das von der mobilen Einheit ausgesandt wird, oder es kann als Antwort auf eine spezielle Anfrage von der Basisstation erfolgen.
In Figur 4 benötigt die Basisstation eine Datenspeichereinheit oder zumindest Zugang zu einer Datenspeichereinheit 16, um Ordnungspaardaten von Wegen in ihrem Abdeckbereich zu speichern. Die Daten haben die Form von Ordnungspaaren von Signalstärke und Abstand (also Zeitvoreilung). Die mobile Einheit berichtet die Signalpegelmessung, und die Zeitvoreilung wird in der Basisstation berechnet. Die Information wird mit den gespeicherten Ordnungspaaren mittels einer Vergleichslogik 18 mit der gespeicherten Information verglichen, um den Ort der mobilen Einheit innerhalb der Mikrozelle zu bestimmen und dann, wenn die Übergabekritenen erfüllt sind (wobei angenommen wird, daß die mobile Einheit derzeit durch die Basisstation bedient wird) wird die Übergabeabfolge durch eine Steuerung 20 für die Übergabebeginnausgabe in Abhängigkeit von der vorgenommenen Ortsbestimmung begonnen.
Wenn sich die mobile Einheit einem mikrozellularen Netzwerk nähert, also wenn sie noch innerhalb des makrozellularen Netzwerks ist, wird die mobile Einheit kurzzeitig auf den Steuerungskanal der möglichen Zielmikrozellenbasisstation abgestimmt. Die Synchronisation mit dem in Rede stehenden TDMA-Steuerungskanal ist kein Problem, da die Mikrozellen in jedem Fall von einer Mutter-Makrozellenbasisstationssteuerung mit einem zugehörigen bestimmten Makrozellenabdeckbereich abhängen. Damit arbeiten alle Mikrozellenbasisstationen in einem bestimmten Makrozellenabdeckbereich synchron zueinander.
Das von der Basisstation empfangene Funksignal wird von einer Empfangsantenne 22 an einen herkömmlichen Funkfrequenzempfänger-Eingangs- und Signaldemodulator 24 gegeben. Anhand dieses Signals wird die notwendige Messung für die Stärke des empfangenen Signals und die Berechnung für die Zeitvoreilung in herkömmlicher Weise durch eine Signalstärken- und Verzögerungsmeßvorrichtung 26 vorgenommen.
Das Ergebnis der Messungen der Stärke des empfangenen Signals und des Zeitvorschubs werden in der Vergleichslogik mit den gespeicherten Ordnungspaaren verglichen.
Auf der Grundlage des Vergleichs ist die Vergleichslogik 18 dann auch in der Lage festzustellen, ob die bestimmten Kriterien für den Beginn einer Übergabe erfüllt sind. Wenn sie erfüllt sind, wird der Übergabevorgang durch die Ausgabesteuerung 20 begonnen. Der Beginn umfaßt das Belegen eines zugeordneten Steuerungskanals mit hoher Priorität durch die Basisstation und das Übertragen der Einzelheiten betreffend die Zielmikrozelle, zu der hin die Übergabe vorgenommen werden soll, an die mobile Einheit. Gleichzeitig wird Anfangsinformation auch an die Zielmikrozellenbasisstation zur Vorbereitung der Übergabe gesandt.
Wenn damit eine mobile Einheit sich längs eines direkten Wegs der Mikrozelle nähert, gibt es zu jedem Augenblick eine charakteristische Kombination von Verzögerung und durchschnittlichem Signalpegel. Wenn die Basisstation zur Erkennung dieser bestimmten Kombination programmiert ist, wird die Übergabe von der Makrozelle zur Mikrozelle augenblicklich begonnen. Wenn andererseits die mobile Einheit sich der Mikrozelle von einer Seitenstraße nähert, ergibt sich für die gleiche Signalverzögerung von der Mikrozellenbasisstation ein merklich geringerer Signalpegel. Der Unterschied beträgt typischerweise etwa 20 dB oder mehr. Wenn die Mikrozellenbasisstation dazu programmiert ist, diese Kombination von Verzögerung und durchschnittlichem Signalpegel zu ignorieren, kann die mobile Einheit die die Mikrozelle bildende Straße überqueren, ohne daß kurzzeitig an die Mikrozelle übergeben wird. Ganz allgemein hängen die Übergabekriterien von der Natur der möglichen Übergabe selbst ab. Da es der Zweck des Systems ist, von einer Makrozelle an eine Mikrozelle zu übergeben, wann immer dies sinnvoll ist, um die Effizienz des Systems beizubehalten, wird diese Richtung der Übergabe eher vorgenommen als umgekehrt.
Wenn jedoch die mobile Einheit von einer Seitenstraße in die Hauptstraße einbiegt, wird sie von der nächsten Mikrozelle in der Hauptstraße, auf die sie sich zubewegt, erfaßt. Wenn sie sich der nächsten Mikrozellenbasisstation nähert, kann eine Übergabe vorgenommen werden, um diese mobile Einheit an die Mikrozelle zu übertragen.
Natürlich gibt es Situationen, in denen die Wahrscheinlichkeit hoch ist, daß das Einbiegen von einer Seitenstraße in die Hauptstraße, die die Mikrozelle bildet, stattfindet. In diesem Fall können die Kennwerte der Seitenstraße in die Mikrozellenbasisstation programmiert werden, um eine Übergabe zu beginnen.
Für ein gutes Ergebnis ist die Anordnung der Mikrozellenbasisstation wichtig. Insbesondere sollte der Startpunkt (also der Ort der Basisstation) einer Mikrozelle zwischen zwei Querstraßen liegen und nicht direkt an einer Kreuzung. Dies ist in Figur 3 gezeigt. Durch diese Positionierung ist es möglich, Zweideutigkeiten betreffend eine mobile Einheit, die die Mikrozelle kreuzt und für die die gleiche Verzögerung und Signalpegel gemessen würden wie für eine sich längs der Hauptstraße, die die Mikrozelle trägt, bewegende mobile Einheit, zu eliminieren.
Damit die Übergabe zwischen einer Mikrozelle und einer Makrozelle so sanft und wirksam wie möglich stattfindet, ist es wünschenswert, daß die Mikrozellenbasisstation und die Makrozellenbasisstation zueinander synchronisiert sind, so daß es minimale Verzögerung gibt bis zum Gewinnen der nötigen Synchronisation zwischen den beiden, um die Übergabe, die unterschiedliche Schichten des zellularen Systems betrifft, zu vollenden. Unterschiedliche Schichten bedeuten hierbei unterschiedliche Arten von Zellen, also Mikrozellen und Makrozellen. Dies ist eine vergleichsweise einfache Angelegenheit, da Mikrozellenbasisstationen in den meisten Fällen unter direkter Aufsicht durch eine Makrozellenbasisstation stehen, wenngleich sie unabhängig voneinander betrieben werden. Wenn die Messung von Ort und Bewegungsrichtung längs des Mikrozellenwegs bestimmt werden, kann, falls angemessen, die Übergabe augenblicklich begonnen werden.
Ein weiterer Aspekt ist die Reservierung eines mit Priorität versehenen Übergabekanals an einer Makrozellenbasisstation, um die schnelle Übergabe von einer Mikrozelle an die Makrozelle aufgrund eines Übergabefehlers von Mikrozelle zu Mikrozelle zu ermöglichen. Dies läuft auf einen Standby- Kanal hinaus, der für solch einen Fall in Reserve gehalten wird.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die äußere Grenze der über einer Mikrozelle liegenden Makrozelle mit der Grenze einer Mikrozelle zusammenfällt. Dies vermeidet Zweideutigkeiten, die andernfalls dann vorliegen könnten, wenn eine Mikrozelle über Makrozellengrenzen liegt und eine Fläche festlegt, deren Grenze nicht mit der Makrozellengrenze übereinstimmt.
Das System kann direkt für die Übergabe zwischen einer Mikrozelle und einer Makrozelle verwendet werden. Genauso ist das System jedoch anwendbar für eine Übergabe von Mikrozelle zu Mikrozelle.
In einer Mikrozellen-zu-Mikrozellen-Situation ist die Übergabe von einer Mikrozellenbasisstation zur nächsten absehbar, und geeignete Information wird von einer Mikrozellenbasisstation zu einer anderen geliefert, bevor sich für eine mobile Einheit eine kritische Grenzbedingung ergibt. Indem Steuerungsinformation vor einer Übergabe vorab gesendet wird, kann der tatsächliche Übergabevorgang mit minimaler Verzögerung durchgeführt werden.
Das Übergabesystem ist als Ergänzung zu existierenden Mikrozellensystemen entworfen und benötigt keine zusätzliche Eingabe von den mobilen Einheiten des zellularen Systems. Für die mobilen Einheiten sind damit keine Veränderungen notwendig, und die Systementwicklung erfolgt vollständig innerhalb der Makrozellen- und Mikrozellenverwaltung. Es ist jedoch auch möglich, eine intelligente mobile Einheit zu verwenden, die dazu in der Lage ist, die Basisstation abzufragen, d.h. also, daß die Basisstation Informationen an die mobile Einheit überträgt, die die Erfordernisse für die Übergabe bestimmen, und die die Basisstation entsprechend informiert. Die Basisstation ist dann in der Lage, die Information zu bearbeiten, wenn sie an sie übertragen wird.
Wenn für die Übergabebestimmung höhere Zuverlässigkeit benötigt wird, beispielsweise dann, wenn Daten übertragen werden, können zusätzliche Übergabekriterien eingeführt werden. Ein Beispiel hierfür ist es, für sich langsam bewegende mobile Einheiten von Fußgängern Sorge zu tragen. Dies kann erfolgen, indem erkannt wird, daß die mobile Einheit eine Mikrozellenbasisstation für eine bestimmte überaus lang dauernde Zeitdauer erfaßt hat, während sie sich längs eines Gehwegs unter der Steuerung einer Makrozelle bewegt. In diesem Fall kann die Übergabe sinnvollerweise durchgeführt werden, während die mobile Einheit die Hauptstraße überquert, die von der Mikrozelle bedient wird.

Claims

1. System zur Bestimmung des Orts einer beweglichen Einheit in einem zellularen Funknetz, das mehrere Basisstationen (10) hat, die jeweils für eine Zelle Funkversorgung erlauben und dazu in der Lage sind, mit mobilen Einheiten innerhalb der Zelle zu kommunizieren, mit einer Einrichtung zum Messen von Kennwerten eines Funksignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wurde, dadurch gekennzeichnet, daß

das zellulare Funknetzwerk Mikrozellen aufweist und daß das System aufweist:

eine Einrichtung (16) zum Speichern bezüglich jedes von einem oder mehreren Orten eines entsprechenden Ordnungspaars von gemessenem Abstand und gemessenem Signalkennwert, der mit dem Ort verknüpft ist;

eine Einrichtung (26) zum Bestimmen eines gegenwärtigen Abstands einer mobilen Einheit von einer Basisstation und zum Bilden eines gegenwärtigen Ordnungspaars für die mobile Einheit aus dem momentanen Abstand der mobilen Einheit und dem momentanen Kennwert des Radiosignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wird; und

eine Einrichtung (18) zum Vergleichen des bzw. jeden gespeicherten Ordnungspaars mit dem momentanen Ordnungspaar der mobilen Einheit, so daß der momentane Ort der mobilen Einheit identifiziert werden kann.

2. System nach Anspruch 1, bei dem der Signalkennwert die Signalleistung ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Speichereinrichtung (16) einen Satz von Signalleistungsprofilen für jeden von mehreren möglichen Wegen einer mobilen Einheit speichert.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Abstandbestimmungseinrichtung (26) eine Einrichtung aufweist zum Analysieren der Ausbreitungsverzögerung eines zu überprüfenden Signals, das zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation übertragen wird.

5. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Speichereinrichtung (16), die Meßeinrichtung für den Signalkennwert, die Ordnungspaarbildungseinrichtung (26) und die Vergleichseinrichtung (18) mit der Basisstation (10) verknüpft sind und das durch die Kennwertmeßeinrichtung empfangene Signal von der mobilen Einheit her empfangen wird.

6. System nach Anspruch 5, soweit er sich auf Anspruch 4 bezieht, bei dem das zu überprüfende Signal von der mobilen Einheit an die Basisstation (10) auf ein Initiationssignal hin übertragen wird, dasvon der Basisstation (10) an die mobile Einheit übertragen wurde.

7. Ein Übergabebestimmungssystem für ein zellulares Funknetzwerk, das ein Ortsbestimmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

8. System nach Anspruch 7, das eine Einrichtung zum Ausführen einer vorab festgelegten Übergabe auf der Grundlage eines bestimmten Ergebnisses der Ortsbestimmung zwischen Zellen aufweist.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, das eine Einrichtung zum Verhindern einer Übergabe auf der Grundlage eines bestimmten Ergebnisses der Ortsbestimmung aufweist, wenn sich die mobile Einheit in eine andere Zelle begeben hat.

10. Zellulares Funksystem, das ein Übergabebestimmungssystem nach Anspruch 7, 8 oder 9 aufweist.

11. Basisstation (10) für ein Mobilfunknetzwerk, die eine Empfangseinrichtung (24) zum Empfangen eines Signals aufweist, eine Steuerungseinrichtung (20) zum Steuern von Anrufen zu und von den mobilen Einheiten; und mit einer Einrichtung zum Messen eines Kennwerts eines Funksignals, das zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragen wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26) zur Bestimmung des Abstands der mobilen Einheit von der Basisstation; eine Einrichtung (16) zum Speichern eines Satzes von Signalkennwerten und Abständen von zumindest einem möglichen Weg der mobilen Einheit im Bereich um die Basisstation herum, wobei jeder Bestandteil des Satzes mit einem Ort auf dem Weg verknüpft ist; eine Einrichtung (18) zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Bestandteils des Satzes von Signalkennwerten im empfangenen Signal; und eine Einrichtung zum Kombinieren der Abstandsinformation mit dem Vorhandensein des Bestandteils, um den Ort der mobilen Einheit auf einem bestimmten Weg auf der Grundlage der gespeicherten Information zu identifizieren; und eine Einrichtung (20) zum Veranlassen einer Übergabe von der Basisstation zu einer anderen Basisstation auf der Grundlage der Ortsbestimmung.

12. Basisstation nach Anspruch 11, bei der die Abstandsbestimmungseinrichtung (26) eine Einrichtung aufweist zum Analysieren der Ausbreitungsverzögerung eines zu überprüfenden Signals, das zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation (10) übertragen wird.

13. Basisstation nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Einrichtung (16) zum Speichern des Satzes von Signalkennwerten dazu ausgelegt ist, Signalleistungswerte zu speichern, die ein Signalleistungsprofil des Wegs bilden.

14. Verfahren zum Bestimmen des Orts einer mobilen Einheit in einem zellularen Funknetzwerk mit mehreren Basisstationen (10), von denen jede die Funkversorgung in einer bestimmten Zelle bewirkt und dazu in der Lage ist, mit mobilen Einheiten innerhalb der jeweiligen Zelle zu kommunizieren, indem Kennwerte eines zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragenen Funksignals gemessen werden; dadurch gekennzeichnet, daß das zellulare Funknetzwerk Mikrozellen aufweist und daß das Verfahren aufweist:

Speichern für jeden von einem oder mehreren Orten eines entsprechenden Ordnungspaars von gemessenem Abstand und einem gemessenen Signalkennwert, der mit dem Ort verknüpft ist;

Bilden eines momentanen Ordnungspaars für eine mobile Einheit, indem ein momentaner Abstand einer mobilen Einheit von einer Basisstation (10) sowie ein momentaner Kennwert des zwischen einer mobilen Einheit und einer Basisstation übertragenen Funksignals bestimmt wird; und

Vergleichen des oder eines jeden gespeicherten Ordnungspaars mit dem momentanen Ordnungspaar der mobilen Einheit, so daß der momentane Ort der mobilen Einheit identifiziert werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Signalkennwert die Signalleistung ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, mit dem Speichern eines Satzes von Signalleistungsprofilen als Signalkennwertsatz für jeden von mehreren möglichen Wegen einer mobilen Einheit.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der Abstand der mobilen Einheit bestimmt wird, indem die Ausbreitungsverzögerung eines zu überprüfenden Signals analysiert wird, das zwischen der mobilen Einheit und der Basisstation (10) übertragen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das empfangene Signal von der mobilen Einheit an die Basisstation (10) übertragen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, soweit er sich auf Anspruch 17 bezieht, bei dem das zu überprüfende Signal von der mobilen Einheit an die Basisstation (10) übertragen wird, sobald ein Initiationssignal von der Basisstation (10) an die mobile Einheit übertragen wurde.