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Das Gebiet der Erfindung ist das
der Übertragung
von Zeitinformationen an Mobilgeräte, die sich in einem zellularen
Funktelefonnetz wie z. B. einem GSM-(Groupe Special Mobile) – Netz bewegen, wenn
diese Mobilgeräte
von einer Zelle in eine andere übergehen.
Diese Mobilgeräte
bestehen z. B. aus Funktelefonen, die in Fahrzeugen mitgeführt werden, und
die Zeitinformationen müssen
es einem Mobilgerät,
das von einer Zelle in eine andere übergeht, ermöglichen,
das Senden von digitalen Informationen, die es senden soll, zeitlich
vorzuziehen, um synchron mit der Sender-Empfängerstation der neuen Zelle
zu sein. In der GSM-Terminologie wird eine solche Prozedur üblicherweise
als "Handover" bezeichnet, und dieser
Ausdruck wird im folgenden verwendet.
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Die nachfolgende Beschreibung verwendet die üblicherweise
in der GSM-Terminologie verwendeten Begriffe. Für mehr Informationen wird auf
die Veröffentlichung "Digital Mobile Communication
Seminar" des zu
diesem Thema vom 16. bis 18. Oktober 1990 in Nizza abgehaltenen
Seminars verwiesen.
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Die 1 stellt
die Struktur eines zellularen Funktelefonnetzes wie etwa eines Netzes
vom GSM-Typ dar.
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Ein Mobilgerät, mit MS bezeichnet, z. B.
ein Funktelefon, bewegt sich in einer Zelle C1, die durch die geographische
Abdeckung einer Sender-Empfänger-Basisstation
als BTS1 bezeichnet, gebildet ist. Andere Zellen C2, C3 umfassen
jeweils eine Sender-Empfänger-Basisstation
BTS2, BTS3. Jede dieser Stationen BTS1 bis BTS3 bildet einen der
Bestandteile des GSM-Netzes und umfaßt einen oder mehrere Sender-Empfänger, jeweils
einer Antenne und Verarbeitungseinrichtungen zugeordnet. Die geographischen
Abdeckungen überlappen
teilweise. Die Stationen BTS1 bis BTS3 werden von einem Basisstationscontroller
als BSC bezeichnet, verwaltet. Der Controller BSC hat insbesondere
die Funktion, die Frequenzkanäle
der BTS-Stationen zu verwalten. Ein einer bestimmten Zahl von BTS-Stationen
zugeordneter Controller BSC bildet ein Basisstationssystem (BSS).
Andere Controller können
ebenfalls vorgesehen sein, wobei jeder eine vorgegebene Zahl von
BTS-Stationen steuert und jeweils mit einer Vermittlungszentrale,
mit MSC bezeichnet, verbunden ist, die die Oberstruktur eines GSM-Netzes
ist. Eine gegebene MSC kann somit den Betrieb von mehreren BSS-Systemen
steuern, die ein öffentliches
Mobilfunknetz, üblicherweise
als PLMN bezeichnet, bilden.
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Der Betrieb eines solchen Netzes
ist wie folgt: Das Mobilgerät
MS sendet digitale Datenzüge in
Form von Paketen zur Station BTS1 so lange, wie es sich in der Zelle
C1 befindet, und die Station BTS1 sendet diese Züge weiter zum Controller BSC,
der sie seinerseits über
die Vermittlung MSC an ihren Empfänger überträgt. Der Empfänger kann
durch eine andere Mobilstation oder eine ortsfeste Station gebildet
sein.
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Jedes Datenpaket, das z. B. Sprachdaten darstellt,
wird in einem Zeitintervall von 577 μs Dauer übertragen, wobei acht aufeinander
folgende Zeitintervalle einen Rahmen bilden. Acht Mobilstationen MS
können
somit auf dem gleichen Funkkanal, d. h. mit der gleichen Trägerfrequenz,
durch den Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (englisch TDMA) kommunizieren. Üblicherweise
sind zwei bis vier Kanäle
jeder BTS-Station zugewiesen, und somit sind 16 bis 32 Funkkanäle zum Senden
(wie auch zum Empfangen) in jeder Zelle verfügbar.
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Eines der Probleme des GSM-Systems
ist die Synchronisierung der einem Mobilgerät MS zugewiesenen Zeitintervalle
in Bezug zum an der BTS-Station angesiedelten Systemtakt. Es ist
nämlich
notwendig, die Ausbreitungszeit der Funkwellen zwischen einem Mobilgerät MS und
seiner Basisstation BTS zu berücksichtigen,
weil die Mobilgeräte
und die BTS-Station, vor. der sie abhängig sind, jeweils einen eigenen
internen Bittakt haben. Da ein Zeitintervall 577 μs dauert
und eine Funkwelle 300 m in 1 μs
zurücklegt
(3 × 108 m/s), muß die Zeitbasis des Mobilgeräts MS diesen
Zeitversatz von 1 μs
pro 300 m Abstand zwischen dem Mobilgerät und seiner BTS-Station berücksichtigen,
um nicht Daten während
des einem anderen Mobilgerät
MS zugewiesenen Zeitintervalls zu senden.
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2 ist
ein korrelatives Zeitdiagramm von von der Station BTS1 und dem Mobilgerät MS gesendeten
Signalen und zeigt, wie der Zeitversatz dem Mobilgerät mitgeteilt
wird.
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Die Station BTS1, die die Zelle verwaltet,
in der sich das Mobilgerät
MS befindet, sendet regelmäßig zu mit
T0, T1, T2 T3 und T4 bezeichneten Zeitpunkten auf einem Synchronisationskanal
SCH (Synchronisation CHannel), der zu einem als BCCH (Broadcast
Common CHannel) bezeichneten spezifischen gemeinsamen Kanal gehört, der
allgemein dazu dient, Sychronisationsinformationen an die Mobilgeräte zu übertragen,
ein Taktsignal H0, H1,
H2, H3 H4. Dieses Signal wird verwendet, wenn das
Mobilgerät MS
an eine Zelle des GSM-Netzes angeschlossen werden soll, z. B. bei
seinem Einschalten oder, wie nachfolgend genauer erläutert wird,
im Fall eines Handovers.
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Das Mobilgerät schließt sich das erste Mal an das
Netz an, nachdem es angeschaltet worden ist, es kann das Taktsignal
erst ab dem mit MSON, bezeichneten Zeitpunkt,
an dem es angeschaltet worden ist, empfangen.
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Da sich das Mobilgerät MS im
allgemeinen nicht am Fuß der
Basisstation BTS1 befindet, ist das erste Taktsignal, das es nach
dem Zeitpunkt MSON, empfängt, hier das Signal H1, um eine mit τ bezeichnete Zeit in Bezug auf
den Zeitpunkt T, seiner Sendung durch die Basisstation BTS1 verschoben.
Das Signal H1 wird also von dem Mobilgerät zum Zeitpunkt
T1 + τ empfangen.
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Zu diesem Zeitpunkt sendet das Mobilgerät MS, das
sich an die Station BTS1 anschließen möchte, an diese auf einem Signalisierungskanal
eine als Random Access bezeichnete Zugriffsmeldung, die aus einem
Access Burst besteht. Im Fall eines Handovers wird diese Meldung
Handover Access genannt und mit HA bezeichnet.
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Jeder Handover Access hat eine Dauer,
die kleiner ist als die eines Bursts, der ein normales Signal bildet
(Normal Burst genannt), der z. B. Sprachdaten enthält, so daß er mit
den von einem anderen Mobilgerät
in einem anderen Zeitintervall gesendeten Signalen nicht interferieren
kann.
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Beim Empfangen dieses Signals (Zeit
T1 + TA) kann die Station BTS1 die Zeit
TA (für
Timing Advance oder Zeitvorsprung) bestimmen, die diesen Empfang
vom Senden des Taktsignals H1 trennt. Diese
Zeit TA entspricht dem Zweifachen der Übertragungszeit eines Signals
zwischen dem Mobilgerät MS
und der Station BTS1, d. h. zweimal der Zeit τ. Die Station BTS1 sendet dann
auf einem AGCH (Access Grant CHannel) genannten Signalisierungskanal
eine Meldung an das Mobilgerät
MS, um ihm anzugeben, daß es
seine Signale mit einem Zeitvorsprung von TA in Bezug auf sein Taktsignal
senden soll: Das Mobilgerät
kann dann normale Signale ohne Gefahr der Überlappung mit den von anderen
Mobilgeräten
gesendeten senden. Dadurch ist sichergestellt, daß die von
den verschiedenen Mobilgeräten auf
einem gegebenen Übertragungskanal
gesendeten Signale nacheinander an der Station BTS1 ankommen.
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Dadurch ist sichergestellt, daß die von
den verschiedenen Mobilgeräten
auf einem gegebener. Übertragungskanal
gesendeten Signale nacheinander an der gleichen BTS-Station ankommen,
ohne daß es
zu einer Überlappung
dieser Signale kommt. Es ist jedoch notwendig, häufig eine Synchronisationsoperation
der Mobilgeräte
MS durchzuführen, weil
ihr Abstand von der BTS-Station,
an die sie angeschlossen sind, sich ändern kann.
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Ein bekanntes Problem ist, den Übergang des
Mobilgeräts
MS von einer Zelle in eine andere zu verwalten. In 1 empfängt das Mobilgerät MS nicht
nur Signale von BTS1, sondern auch von BTS2 und von BTS3, und wenn
die Leistung der von BTS1 empfangenen Signale kleiner als die der
z. B. von BTS2 empfangenen Signale wird, schließt der BSC das Mobilgerät MS an
die Station BTS2 an, die die weitere Übertragung sicherstellen wird.
Diese Situation ist typisch, wenn das Mobilgerät MS sich von BTS1 entfernt
und sich BTS2 nähert.
Dann ist es notwendig, die Zeitvorsprungs- bzw. Laufzeitinformation TA
zu verändern,
damit das Mobilgerät
sich mit der Station BTS2 der neuen Zelle C2 synchronisiert.
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Es sind drei Typen von Handover bekannt, die
es erlauben, eine solche Synchronisation zu gewährleisten: Der synchrone Handover,
der pseudo-synchrone Handover und der asynchrone Handover, je nachdem,
ob die Basisstationen synchronisiert sind, einen internen Takt mit
gleicher Frequenz und bekannter Phasenverschiebung haben, oder ihre Takte
asynchron sind und die Phasenverschiebung zwischen diesen Takten
unbekannt ist.
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Der synchrone Handover besteht darin,
die Takte der verschiedenen BTS-Stationen eines gegebenen GSM-Systems
so zu steuern, daß ihre
Taktsignale synchron sind. Wenn dann ein Mobilgerät von einer
Zelle in eine andere übergeht,
ist es nicht notwendig, ihm eine neue Zeitvorsprungsinformation
zu liefern, weil diese unmittelbar von der abgeleitet wird, die es
zuvor benutzt hat. Diese Lösung
setzt jedoch für
ihre allgemeine Anwendung voraus, daß alle BTS-Stationen synchronisiert
sind, und ihre Anwendung ist daher kostspielig.
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Um diesen Nachteil zu lindern, wird
der pseudo-synchrone Handover benutzt, der es erlaubt, ein Mobilgerät auf den
Takt der Station der neuen Zelle zu synchronisieren und dabei den
existierenden Zeitversatz zwischen den Takten der alten und der neuen
Station zu berücksichtigen.
Dieser Typ von Handover ist z. B. in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0
398 773 von Matra Communication, veröffentlicht am 22. November
1990, beschrieben. Diese Lösung
hat den Nachteil, daß sie
kompliziert anzuwenden ist und eine Lernphase für das BSS-System erfordert.
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Der asynchrone Handover ist am häufigsten anzutreffen
und am einfachsten anzuwenden. Sein Prinzip ist in 3 dargestellt. Es wird der Fall angenommen,
wo das Mobilgerät
MS die Zelle C1 verläßt, um in
die Zelle C2 einzutreten. Acht aufeinander folgende Übertragungsschritte
sind hier notwendig.
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Der Schritt 1 ist der, während dem
das Mobilgerät
MS an die Station BTS1 eine Meldung MEAS REP sendet, die einer Zellenwechselanforderung vergleichbar
ist und Ergebnisse von Messungen enthält, die von dem Controller
BSC verwendet werden, um einen Handover auszulösen. Diese Messergebnisse geben
z. B. an, daß das
Mobilgerät
die periodisch von der Station BTS2 gesendeten Signale besser empfängt als
die von der Station BTS1 gesendeten. Diese Meldung wird alle 0,5
s zur Station BTS1 von dem Mobilgerät MS gesendet. In Schritt 2 überträgt die Station
BTS1 diese Information (Meldung MEAS RES) an den Controller BSC,
der beurteilt, ob ein Handover notwendig ist. Die Entscheidungskriterien
sind insbesondere die Qualität
und die Leistung der empfangenen Signale. Andere Typen von Informationen
sind auf dem Niveau des MSC oder des BSC verfügbar, um zu entscheiden, ob
ein Handover ausgeführt
werden soll. Wir nehmen hier an, daß dieser Fall tatsächlich vorliegt.
In Schritt 3 aktiviert der Controller BSC einen Kanal der Station
BTS2 (Meldung CHAN ACT) und diese bestätigt die Zuweisung (Meldung
CHAN ACT ACK). In Schritt 4 schickt der Controller BSC einen Handover
Befehl (Meldung HANDOVER CMD) an die Station BTS1, die ihn sofort
in transparenter Weise an das Mobilgerät MS weiter überträgt. Dann
beginnt die Handoverprozedur auf dem Niveau des Mobilgeräts MS (Schritt
5), das aufeinanderfolgende Meldungen HA (HANDOVER ACCESS) an BTS2
mit einem Zeitvorsprung von 0 schickt, d. h., ohne den Abstand zu
berücksichtigen.
Dieser Schritt ist zuvor in 2 dargestellt
worden. Die neue Zeitvorsprungsinformation, die das Mobilgerät MS verwenden
muß, ist
ihm nämlich
nicht bekannt, und erst die Station BTS2 liefert sie ihm, nachdem
sie sie berechnet hat (Meldung PHYS INFO, die unter anderem die
Angabe TA enthält).
In Schritt 6 sendet das Mobilgerät
MS eine Verbindungsmeldung SABM an die Station BTS2 unter Berücksichtigung
der neuen Synchronisation. Die Station BTS2 informiert darüber den
Controller BSC (Meldung ESTABLISH INDICATION) und signalisiert dem Mobilgerät MS (Meldung
UA), daß es
verstanden worden ist. In Schritt 7 sendet das Mobilgerät MS eine
Meldung Handover COMPLT an die Station BTS2, um sie zu informieren,
daß die
Handoverprozedur abgeschlossen ist, und diese Station überträgt diese
Meldung unmittelbar weiter an den Controller BSC. Der Controller
BSC informiert darüber
die Vermittlungszentrale MSC (Meldung HANDOVER PERFORMED). In Schritt
8 wendet sich der Controller BSC an die Station BTS1 (Meldung RF
CHAN REL). um das zuvor dem Mobilgerät MS zugeteilte Zeitintervall
verfügbar
zu machen, und diese antwortet ihm (Meldung RF CHAN REL ACK).
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In diesem Stadium führt das
Mobilgerät
MS einen Dialog mit der Station BTS2, die ihm ein Zeitintervall
in einem von einem gegebenen Träger
beförderten
Rahmen sowie eine Zeitvorsprungsinformation TA zugeteilt hat.
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Der Hauptnachteil des asynchronen
Handovers ist, daß das
Senden der Zeitvorsprungs- bzw. Laufzeitinformation TA an das Mobilgerät lange
dauert und ca. 40 ms erfordert, zu denen ca. 10 ms Zeit zur Berechnung
von TA hinzukommen, und das Mobilgerät während dieser Zeit nicht weiter
Daten senden kann. Außerdem
ist die Sendung der HA-Signale durch das GSM vorgegeben und erfordert
5 ms pro Signal. Andere Verzögerungen
tragen dazu bei, den Handover zu verzögern, und es ist häufig, daß die Kommunikation
länger
als 100 ms unterbrochen ist. Es gibt Sprachextrapolationsprogramme,
die es erlauben, eine Übertragungsunterbrechung
zu maskieren, doch sind diese nur während einer subjektiven Zeit
wirksam, die vom Ohr des Gesprächsteilnehmers
abhängen.
Man ist sich im allgemeinen einig, daß oberhalb von 80 ms die Kommunikationsunterbrechung
für einen
Gesprächsteilnehmer
mit gutem Gehör
hörbar
ist, während
ein Gesprächsteilnehmer, der
der Qualität
der an ihn übertragenen
Sprachsignale keine besondere Aufmerksamkeit schenkt, vor Ablauf
von 200 ms nicht merken muß,
daß das
was er hört,
nicht das ist, was ihn erreichen sollte (weil die Signale von dem
Sprachextrapolationsprogramm erzeugt werden).
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Das gleiche gilt für den Benutzer
des Mobilgeräts,
der Audiodaten nicht empfangen kann, während sein Mobilgerät in einer
Handover Phase ist. Dieser Nachteil manifestiert sich insbesondere
in städtischer
Umgebung, wo die Zellen klein sind und wo zahlreiche Zellen während eines
Gesprächs durchquert
werden können.
Daraus ergibt sich eine Unannehmlichkeit bei der Verwendung eines
solchen Systems.
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Die folgende Erfindung hat insbesondere das
Ziel, diese Nachteile zu lindern.
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Genauer gesagt ist eines der Ziele
der Erfindung, ein Handover Verfahren anzugeben, das auf ein zellulares
Funktelefonnetz anwendbar ist, wo die Basisstationen nicht synchronisiert
sind, z. B. ein Netz vom asynchronen Typ, das am preiswertesten und
verbreitetsten ist, und daß es
erlaubt, die Zeit zu reduzieren, während der bei der Durchführung eines Handovers
die Kommunikation effektiv unterbrochen ist.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist,
ein Mobilgerät,
einen Stationscontroller sowie ein Informationsaustauschsystem anzugeben,
die es erlauben, die Zeit der Sprachunterbrechung während der Durchführung eines
Handovers zu verringern.
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Diese Ziele sowie andere, die nachfolgend deutlich
werden, werden erreicht mit Hilfe eines Verfahrens zum Austausch
von Informationen zwischen insbesondere einem Mobilgerät, wenigstens
zwei Sender-Empfänger-Stationen
und wenigstens einem Stationscontroller, enthalten in einem zellularen Funktelefonnetz,
wo die Informationsaustäusche
zwischen dem Mobilgerät
und den Stationen vom Typ mit Vielfachzugriff im Zeitmultiplex sind,
wobei das Verfahren darin beruht, dem Mobilgerät eine Laufzeit bzw. Zeitvorsprunginformation
von vorgegebenem Wert zu liefern, wenn dieses von einer ersten Zelle, die
der geographischen Abdeckung einer ersten der Stationen entspricht,
in eine zweite Zelle übergeht, die
der geographischen Abdeckung einer zweiten der Stationen entspricht.
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Es gibt somit keine Zeit zum Berechnen
dieser Zeitvorsprunginformation.
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Vorteilhafterweiser beruht das Verfahren auch
darin, von der ersten Station an das Mobilgerät einen Zellenwechselbefehl
als Antwort auf eine von dem Mobilgerät formulierte Zellenwechselanforderung
zu übertragen,
wobei die Laufzeitinformation von vorgegebenem Wert an das Mobilgerät von der ersten
Station zur gleichen Zeit wie der Zellenwechselbefehl übertragen
wird. Das Ergebnis dieses Handoververfahrens ist, daß es für die zweite
Zelle nicht notwendig ist, an das Mobilgerät eine Laufzeitmessung TA zu übertragen,
bevor der Sprachweg etabliert wird.
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Die Laufzeitinformation wird vorzugsweise vom
Controller der ersten Station gesendet, von dieser ersten Station
empfangen und von dieser ersten Station transparent an das Mobilgerät weiterübertragen.
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Der Zellenwechselbefehl kann an die
erste Station von dem Controller dieser ersten Station übertragen
werden, wobei die Laufzeitinformation von vorgegebenem Wert dann
transparent von der ersten Station an das Mobilgerät zur gleichen
Zeit wie der Zellenwechselbefehl übertragen wird.
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Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise
in einem zellularen Funktelefonnetz eingesetzt, wo die Stationen
untereinander asynchron sind.
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Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung entspricht
die Laufzeitinformation der Zeit der Übertragung eines Funksignals
zwischen der zweiten Station und einem Mobilgerät, das sich auf dem Radius maximaler
Größe der zweiten
Zelle befindet.
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Bei einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung
ist die Laufzeitinformation gleich
wobei TA
M,
der maximalen Laufzeit bzw. dem maximalen Zeitvorsprung der Mobilgeräte, wenn
sie sich an die zweite Station anschließen, und TA
m der
minimalen Laufzeit dieser Mobilgeräte bzw. dem minimalen Zeitvorsprung
entspricht.
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Dieses Verfahren kann für eine interne
oder externe Handoverprozedur angewendet werden.
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Das zellulare Funktelefonnetz kann
vom GSM-Typ sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Mobilgerät, das vorgesehen
ist, um durch Vielfachzugriff im Zeitmultiplex mit Sender-Empfänger-Stationen
eines zellularen Funktelefonnetzes zu kommunizieren, wobei das Mobilgerät Mittel
zum Extrahieren einer Laufzeit- bzw. Zeitvorsprunginformation von
vorgegebenem Wert umfaßt,
die in einer Meldung enthalten ist, die von einer der Stationen
an es übertragen
wird, wenn es von einer ersten Zelle, die der geographischen Abdeckung
einer ersten der Stationen entspricht, in eine zweite Zelle übergeht,
die der geographischen Abdeckung einer zweiten der Stationen entspricht,
wobei dieser Befehl ein Zellenwechselbefehl ist, der an es durch
die erste Station übertragen
wird.
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Die Erfindung betrifft auch einen
Controller für
Sender-Empfänger-Stationen
eines zellularen Funktelefonnetzes, wobei dieser Controller eine
Tabelle umfaßt,
in der eine vorgegebene Laufzeitinformation jeder Station zugewiesen
ist, und wobei der Controller, wenn das Mobilgerät von einer ersten Zelle, die
der geographischen Abdeckung einer ersten der Stationen entspricht,
in eine zweite Zelle übergeht,
die der geographischen Abdeckung einer zweiten der Stationen entspricht,
einen Zellenwechselbefehl an die erste Station überträgt, wobei dieser Zellenwechselbefehl
die der zweiten Station zugewiesene Laufzeitinformation umfaßt.
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Die Erfindung betrifft auch ein System
zum Austausch von Informationen zwischen insbesondere einem Mobilgerät, wenigstens
zwei Sender-Empfänger-Stationen
und wenigstens einem Stationscontroller, enthalten in einem zellularen Funktelefonnetz, wo
die Informationsaustäusche
zwischen dem Mobilgerät
und den Stationen vom Typ mit Vielfachzugriff im Zeitmultiplex sind,
wobei das Mobilgerät
Mittel zum Extrahieren einer Laufzeitinformation von vorgegebenem
Wert aufweist, die in einer Meldung enthalten ist, die von einer
der Stationen übertragen
wird, wenn es von einer ersten Zelle, die der geographischen Abdeckung
einer ersten der Stationen entspricht, in eine zweite Zelle übergeht,
die der geographischen Abdeckung einer zweiten der Stationen entspricht.
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Diese Meldung ist vorteilhafterweise
ein Zellenwechselbefehl, der als Antwort auf eine von dem Mobilgerät formulierte
Zellenwechselanforderung gesendet wird, wobei die Laufzeitinformation
von vorgegebenem Wert an das Mobilgerät von der ersten Station gleichzeitig
mit diesem Zellenwechselbefehl übertragen
wird.
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Der in einem solchen System verwendete Controller
umfaßt
vorzugsweise eine Tabelle, in der eine vorgegebene Laufzeitinformation
jeder Station zugewiesen ist, und wenn das Mobilgerät von einer ersten
Zelle, die der geographischen Abdeckung einer ersten der Stationen
entspricht, in eine zweite Zelle übergeht, die der geographischen
Abdeckung einer zweiten der Stationen entspricht, überträgt der Controller
einen Zellenwechselbefehl an die erste Station, wobei dieser Zellenwechselbefehl
die der zweiten Station zugewiesene Laufzeitinformation umfaßt.
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Andere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausgestaltung, die zur Erläuterung, nicht zur Beschränkung angegeben wird,
und den beigefügten
Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 die
Struktur eines Netzes vom GSM-Typ;
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2 ein
korrelatives Zeitdiagramm von zwischen einer Station und einem Mobilgerät ausgetauschten
Signalen;
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3 zeigt
eine Handoverprozedur, die von einem Mobilgerät verlangt wird, das sich an
die Station einer Zelle anschließen möchte;
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4 zeigt
eine interne Handoverprozedur gemäß der Erfindung;
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5 zeigt
eine externe Handoverprozedur gemäß der Erfindung,
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6 zeigt
eine vereinfachte Struktur eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten
Mobilgeräts;
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7 zeigt
eine Tabelle, in der eine Laufzeitinformation von vorgegebenem Wert
jeder Station zugewiesen ist.
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Wenn ein Mobilgerät einen Handover ausführen soll
(Meldung HANDOVER CMD), entspricht gemäß der Erfindung der Wert der
Laufzeitinformation, die an es übertragen
wird, dem Abstand, der es von der Station trennt, die es am Besten
empfängt (Station
BTS2). Dieser Wert wird an es von der Station BTS1 übertragen,
mit der das Mobilgerät
gerade kommuniziert.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Handoverprozedur.
Dieser Handover ist intern, denn die Stationen werden von einem
gleichen Controller gesteuert.
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Bei dieser Prozedur sind die Schritte
1 bis 3 identisch mit denen aus 3,
das heißt,
daß das Mobilgerät MS Meßergebnisse
an den Controller BSC schickt, der entscheidet, ob eine Handoverprozedur
ausgelöst
werden soll. Dieser Controller nimmt anschließend eine Aktivierung eines
Kanals der BTS2 vor, und diese Station bestätigt die Zuteilung des Kanals.
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Während
dessen schickt in Schritt 4 der Controller BSC einen spezifischen
Befehl an die Station BTS1, die weiterhin mit dem Mobilgerät MS kommuniziert,
wobei dieser spezifische Befehl das bekannte HANDOVER CMD ist, zu
dem eine Laufzeitinformation TA von vorgegebenem Wert hinzugefügt ist.
Die vollständige
Information ist im Folgenden als "HANDOVER CMD (TA-BTS2)" bezeichnet und bedeutet, daß dem Mobilgerät MS befohlen
wird, sich an die Station BTS2 mit dem zugeordneten Zeitvorsprung TA
anzuschließen.
Die Station BTS1 überträgt transparent
diesen Befehl HANDOVER CMD (TA-BTS2) an das Mobilgerät MS, das
dann über
die Zeitverzögerung
informiert wird, um die es das Senden seiner Daten vorziehen soll.
In Schritt 5 sendet das Mobilgerät
MS wenigstens eine Meldung HANDOVER ACCESS an die Station BTS2 (hier
werden vier aufeinanderfolgende Meldungen gesendet, um die Verbindung
zuverlässiger
zu machen, wie im Fall des synchronen Handover), damit diese das
effektive TA mißt,
das bei der nächsten
SACCH-Meldung dem Mobilgerät
mitgeteilt wird, ohne mit der Sprachübertragung zu interferieren.
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Das bislang im Stand der Technik
verwendete Signal HANDOVER CMD enthält Bits, die für das Senden
der Laufzeitinformation TA verfügbar
sind.
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Die Schritte 6 bis 8 sind identisch
mit den zuvor mit Bezug auf 3 beschriebenen.
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Der Controller BSC umfaßt eine
Tabelle (7), in der
eine Laufzeitinformation von vorgegebenem Wert jeder Station BTS
zugewiesen ist. Wenn ein beliebiges Mobilgerät ihm angibt, daß es die
Synchronisationssignale einer zweiten gegebenen Station oder auch
einer Station einer Zielzelle mit einer größeren Leistung empfängt als
die der ersten Station, mit der es kommuniziert, ist der Controller
BSC in der Lage, ihm den Wert von TA zu liefern, der dieser zweiten
Station entspricht.
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Dieser Wert von TA entspricht z.
B. der Zeit, die ein Funksignal (das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet),
das von einem an der Grenze der Zielzelle befindlichen Mobilgerät gesendet
wird, braucht, um die Zielstation zu erreichen. Jede Station kennt nämlich den
maximalen Radius ihrer Zelle (in 1 für die Zelle
C2 mit R2 bezeichnet), die abhängig
vom Verkehr dieser Zelle ist. Dieser Wert von TA kann auch die an
jeder Station BTS verfügbare
Schutzabstandszeit berücksichtigen,
wie nachfolgend beschrieben wird.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf
die Handoverprozedur anwendbar, die ausgeführt wird, wenn das Mobilgerät MS versucht,
in Kommunikation mit der Station BTS einer Zelle von geringer Größe zu treten.
Gemäß der GSM-Norm
muß nämlich ein
Mobilgerät
mit einer BTS-Station korrespondieren können, wenn die Mehrwegeausbreitung der
Signale, die es sendet, kleiner als 16 μs ist. Dieser Wert entspricht
der maximalen Verzögerung
eines von dem Mobilgerät
an die Station gesendeten Signals in Bezug auf die Zeit, wo dieses
Signal theoretisch die Station BTS erreichen sollte, und es ist notwendig,
auf dem Niveau der Station BTS dieses Signal korrekt empfangen zu
können,
egal, ob es eine Verzögerung
aufweist, die bis zu diesem Wert betragen kann. Erhebliche Mehrwegeausbreitungen finden
insbesondere in gebirgigen Gegenden statt, sind aber in städtischer
Umgebung so gut wie nicht vorhanden, insbesondere, wenn das Gelände flach ist.
Die Gebäude
führen
nämlich
zu wenig Mehrwegeausbreitung und haben mehr die Tendenz, das Signal
abzuschwächen
oder Interferenzen zu erzeugen. Wenn die Mehrwegeausbreitung schwach
ist, z. B. in der Größenordnung
von 6 μs,
verfügt
die Station über
eine Schutzabstandszeit von 10 μs,
die es dem Mobilgerät
erlaubt, seine Daten nicht zu dem exakten Zeitpunkt zu senden, die
ihm mit Hilfe der Laufzeitinformation TA angezeigt worden ist. Infolgedessen kann
ein relativ großer
Fehler an der von der Station BTS an das Mobilgerät übertragenen
TA hingenommen werden, wenn die Mehrwegeausbreitung gering ist,
das heißt
in städtischer
Umgebung, wo die Zellen geringe Größe haben.
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Dieser Fehler kann leicht berechnet
werden, wenn die maximale Mehrwegeausbreitung bekannt ist, die an
jeder Station BTS auftreten kann. Wenn als Beispiel eine Station
BTS genommen wird, die eine maximale Mehrwegeausbreitung von 6 μs mißt, bleibt eine
Schutzabstandszeit von 10 μs,
die es ermöglicht,
einen Abstandsfehler zuzulassen. Dieser Abstandsfehler entspricht
der Differenz zwischen der effektiven Entfernung des Mobilgeräts, das
sich an die Station anschließen
will, und der Entfernung, die dem diesem Mobilgerät zugewiesenen
TA entspricht. 10 μs
entsprechen jedoch einem Abstand von 3000 m, und wenn man annimmt,
daß die
Kandidatenzelle einen Radius von 1500 m hat, entspricht die dem
Mobilgerät
von seiner Station BTS zugewiesene Laufzeit diesem Abstand von 1500
m. Da im schlechtesten denkbaren Fall einer Konfiguration das Mobilgerät, das die
Durchführung
eines Handovers verlangt, sich am Fuß der Station BTS befinden
kann, mit der es gerade kommuniziert (es ist nämlich möglich, daß ein Mobilgerät sich nahe
an einer Station befindet, aufgrund einer Maskierung oder einer
lokalen Störung
aber nicht mit ihr kommunizieren kann, so daß es notwendig wird, einen
erfolgreichen Handover zu einer anderen Zelle durchzuführen), ist
der Abstandsfehler 1500 m (Fehler von 10 μs bei TA), ist aber transparent
für die
Station BTS, die dennoch aufgrund der Schutzabstandszeit das Signal
des Mobilgeräts
korrekt empfängt.
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Allgemein ist der bei TA zulässige Fehler (16-Tmt)
wobei Tmt der maximalen von der zweiten Station gemessenen Mehrwegeausbreitungszeit
entspricht.
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In der vorhergehenden Konfiguration
ist das Handoververfahren gemäß der Erfindung
anwendbar auf jede Zelle, deren am weitesten von der Station BTS
entfernte Grenze 1500 m entfernt ist (bei einer Mehrwegeausbreitung
von 6 μs),
wenn eine von einem in unmittelbarer Nähe einer anderen Station BTS
befindlichen Mobilgerät
verlangte Handoverprozedur ausgeführt werden können soll.
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Z. B. entspricht bei einer Mehrwegeausbreitung
von 6 μs
die Ungenauigkeit von TA einem Abstand von 1500 m. In einem städtischen
Netz, wenn die Zellen maximal 1500 m Radius haben, wird ein Handover
erfolgreich in einem Radius von 3000 m um die Zielstation ausgeführt, denn:
- – wenn
das Mobilgerät
1500 m von der Zielstation entfernt ist, entspricht das gelieferte
TA exakt der Position des Mobilgeräts,
- – wenn
das Mobilgerät
in unmittelbarer Nähe
der Zielstation ist, beträgt
der Fehler am gelieferten TA 10 μs
Vorsprung, wobei dieser Fehler aufgrund der Schutzabstandszeit ohne
Einfluß auf
die von dem Mobilgerät
gesendeten Daten ist,
- – wenn
das Mobilgerät
3000 m von der Zielstation entfernt ist, beträgt der Fehler ebenfalls 10 μs Verzögerung,
und ist ebenfalls ohne Einfluß auf
die gesendeten Signale.
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Die Erfindung ist auch anwendbar
für Zielzellen
von beträchtlicher
Größe, wenn
die Mehrwegeausbreitung gering ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
entspricht die Laufzeitinformation TA dem maximalen Radius der Zielzelle.
Wenn die Zellen einen Radius kleiner oder gleich dem Fehler von
TA (abhängig
von der Mehrwegeausbreitung) haben, ist es für ein Mobilgerät möglich, einen
Handover erfolgreich durchzuführen,
egal ob es sich in unmittelbarer Nähe der Zielstation oder in
einem Abstand befindet, der dem Zweifachen des aufgetretenen Fehlers
entspricht.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung
der Erfindung ist der Wert der Laufzeitinformation das Ergebnis
einer Berechnung, die die effektive Konfiguration der Zielzelle
berücksichtigt.
Es ist nämlich
möglich,
die Laufzeit jedes Mobilgeräts
zu messen, das sich an die Station einer Zelle anschließt, und
so eine minimale Laufzeit sowie eine maximale Laufzeit der Mobilgeräte zu bestimmen.
Eine statistische Berechnung kann auch anhand der gemessenen Laufzeiten durchgeführt werden.
In dem so TAm als minimale Laufzeit der
Mobilgeräte,
wenn sie sich an die neue Station anschließen, und TAM als
maximale Laufzeit dieser Mobilgeräte definiert wird, wird die
Laufzeit TA, die jedem Mobilgerät,
das sich an die Station dieser Zelle anschließen möchte, Teich:
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Nachdem diese Ausdrücke definiert
sind, kann man davon ausgehen, daß die Erfindung anwendbar ist,
wenn folgende Beziehung eingehalten ist: TAM – TAm < 2 × (16 – Tmt).
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
nur auf eine im gleichen BSS durchgeführten Handover (interner Handover),
sondern auch auf Handovers zwischen verschiedenen BSS (externer
Handover) anwendbar, wie in 5 dargestellt.
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In Schritt 1 sendet der Controller
BSC1 an die Vermittlungszentrale MSC eine Meldung HO REQ, die angibt,
daß das
Mobilgerät
MS mit der Station BTS2 in Kommunikation treten möchte. In
Schritt 2 sendet die MSC diese Anforderung an den BSC2 (Meldung
HO REQUEST), der eine Zuteilung eines Kanals von BTS2 vornimmt,
(Meldung CHAN ACT). Die Station BTS2 antwortet mit einer Meldung
CHAN ACT ACK und BSC2 überträgt eine
Meldung HO REQ ACK an die Vermittlungszentrale MSC. In Schritt 3
erzeugt die Vermittlungszentrale einen für BSC1 bestimmten Handover
Befehl (Meldung HO CMD). In Schritt 4 sendet BSC1, der der Controller der
Station ist, mit der das Mobilgerät MS kommuniziert, die zuvor
definierte Meldung HANDOVER CMD (TA-BTS2) an MS. Das Mobilgerät MS unterbricht seine
laufende Kommunikation und erzeugt z. B. vier aufeinanderfolgende
HO ACCESS (Schritt 5). Die Station BTS2 erfaßt die erste Meldung HO ACCESS 1
und schickt einen Befehl HO DETECTION an BSC2, der ihn an MSC weiter überträgt. Die
weitere Prozedur (Schritte 7 und 8) ist identisch mit der aus 4.
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Die Schritte 4 und 5 der Erfindung
entsprechen denen eines synchronen Handovers, der keine Lieferung
der Laufzeit TA durch die Ziel-BTS umfaßt. Man erkennt somit, daß die erfindungsgemäße Handoverprozedur
es erlaubt, einen genauso effizienten Handover wie einen synchronen
Handover durchzuführen,
allerdings in einem GSM-Übertragungsnetz, wo
die Stationen BTS asynchron sind. Es werden die gleichen Leistungen
wie beim synchronen Handover erreicht, doch die Kosten sind stark
verringert, weil es nicht notwendig ist, das Netz zu synchronisieren.
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6 zeigt
eine vereinfachte Struktur eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten
Mobilgeräts.
Das Mobilgerät
MS umfaßt
Sende-Empfangsmittel 60, Mittel 61 zum Extrahieren
von Synchronisation und Mittel 62 zum Extrahieren der Laufzeitinformation.
Die Sende-Empfangsmittel 60 sind an eine Antenne 63 angeschlossen
und umfassen insbesondere einen Modulator und einen Demodulator,
wobei die Mittel 61 die Taktwiedergewinnung (von der Basisstation
gesendete Zeittakte) sowie die Steuerung der verschiedenen Funktionen
am Mobilgerät
gewährleisten.
Die Mittel 62 extrahieren die Laufzeitinformation aus dem
empfangenen Signal (HANDOVER CMD) und steuern die Mittel 60 so,
daß diese die
Sendung der Sprachdaten in dem dem Mobilgerät zugewiesenen Zeitfenster
gewährleisten.
Die Mittel 61 und 62 sind im wesentlichen durch
Software gebildet.
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7 zeigt
eine Tabelle 70, in der eine Laufzeitinformation von vorgegebenem
Wert jeder möglichen
Zielstation zugewiesen ist. Diese Tabelle ist vorteilhafterweise
auf dem Niveau des Controllers der Zielstation im Fall eines externen
Handover und im Controller der gegenwärtigen Station im Fall eines
internen Handover enthalten. Die Kommunikationen laufen allerdings über den
Controller der Station, mit der das Mobilgerät sich im Dialog befindet.
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In der dargestellten Figur umfaßt die Tabelle vordefinierte
Laufzeitinformationen TA-BTS1 bis TA-BTSn, die n Möglichen
an diesen Controller angeschlossenen Zielstationen entsprechen.
wenn die Zielstation z. B. BTS3 ist, ist der Wert der Laufzeitinformation,
die dem Mobilgerät
mitgeteilt wird, TA-BTS3.
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Der Hauptvorteil der Erfindung ist,
daß sie keine
Berechnung des Werts der Laufzeit erfordert, weil dieser vorgegeben
ist. Andererseits kann die Sendung dieses Werts in einer existierenden
Meldung vorgenommen werden und belegt somit keine signifikante Zeit
bei der laufenden Kommunikation.
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Es ist auch festzustellen, daß es möglich ist, an
das Mobilgerät
eine Information zu übertragen, der
zufolge die Zielzelle eine Größe hat,
die einem vordefinierten Laufzeitwert entspricht, der von dem Mobilgerät gespeichert
wird. Diese Information kann an das Mobilgerät zur gleichen Zeit wie der
Zellenwechselbefehl übertragen
werden, und dieses kann dann als Laufzeit diesen vorgegebenen Wert
nehmen, um die Sendung seiner Signale vorzuziehen. Diese Betriebsweise
ist allerdings nur zulässig,
wenn die Größe der Zielzelle
im wesentlichen dem von dem Mobilgerät gespeicherten Laufzeitwert
entspricht. Andernfalls wird der Laufzeitwert, den das Mobilgerät verwenden
soll, gleichzeitig mit dem Zellenwechselbefehl übertragen.