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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungssteuerungs-Verfahren
und eine Anordnung für
eine Übergabe
in einem Mobilkommunikations-System.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist ein Merkmal eines modernen Mobilkommunikations-Systems, dass
eine Mobilstation roamen und von einer Zelle zu einer anderen innerhalb
des Mobilkommunikations-Systems verbinden darf. Falls eine Mobilstation
kein laufendes Gespräch aufweist,
ergibt die Zellenüberschneidung
nur ein Registrieren einer neuen Zelle. Falls eine Mobilstation
MS ein Gespräch
während
der Zellenüberschneidung
abwickelt, muss das Gespräch
auch an die neue Zelle über
einen Weg vermittelt werden, der so wenig Störung wie möglich auf das Gespräch verursacht.
Der Zellenüberschneidungs-Prozess
während eines
laufenden Gesprächs
wird eine Übergabe
genannt. Eine Übergabe
kann auch innerhalb einer Zelle von einem Verkehrskanal zu einem
anderen durchgeführt
werden. Damit es dem Mobilkommunikations-System möglich ist, einen Bedarf für eine Übergabe
zu erfassen und um eine passende Zielzelle für die Übergabe auszuwählen, sind
verschiedene Arten von Messungen notwendig, um die Verbindungsqualität und Feldstärkeniveaus
der benachbarten Zellen zu bestimmen. Eine Übergabe von der dienenden Zelle
an die benachbarte Zelle kann beispielsweise (1) als Messergebnisse
der Mobilstation/Basisstation auftreten, welche ein geringes Signalniveau
und/oder -Qualität
in der vorliegenden dienenden Zelle anzeigen, und wobei ein besseres
Signalniveau in der benachbarten Zelle erreicht werden kann oder
(2) eine benachbarte Zelle eine Kommunikation bei niedrigen Übertragungs-Leistungsniveaus
erlaubt. Letzteres kann in Fällen
auftreten, wo sich eine Mobilstation in einem Grenzbereich zwischen
Zellen befindet.
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In
Funknetzwerken ist es das Ziel, unnötige Hochleistungsniveaus und
somit Interferenz anderswo im Netzwerk zu verhindern.
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Die Übertragungsleistung
einer Mobilstation wird üblicherweise
von dem festen Netzwerk durch einen Leistungssteuerungs-Algorithmus
gesteuert. Die Mobilstation misst das Empfangsniveau (Feldstärke) und
die Qualität
des Downlink-Signals, welches von der Basisstation der dienenden
Zelle empfangen wird, und die Basisstation der dienenden Zelle ihrerseits
misst das Empfangsniveau (Feldstärke) und
die Qualität
des Uplink-Signals, welches von der Mobilstation empfangen wird.
Aufgrund dieser Messergebnisse und den vorhergegebenen Leistungssteuerungs-Parametern,
bestimmt der Leistungssteuerungs-Algorithmus
ein passendes Übertragungsleistungs-Niveau,
von welchem die Mobilstation dann in einem Leistungssteuerungs-Befehl
informiert wird. Während
einem Gespräch
ist die Leistungssteuerung kontinuierlich.
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Mobilkommunikations-Systeme
dieser Art weisen jedoch ein Problem bezüglich des Zustand nach der Übergabe
(Post-handover situation) auf. Der Übergabe folgend benötigt es
eine Weile, bevor eine adäquate
Zahl von Messergebnissen von der Mobilstation und der Basisstation
der neuen Zelle erhalten werden kann und bevor der Leistungsteuerungs-Algorithmus es erlaubt,
eine optimale Anpassung an die übertragenden
Leistungsniveaus der Basisstation und der Mobilstation durchzuführen. Aus diesem
Grund wird der Mobilstation, der Übergabe folgend, befohlen,
die höchste
ihr erlaubte Übertragungsleistung
in der neuen Zelle zu verwenden. Die höchste erlaubte Übertragungsleistung
garantiert eine adäquate
Verbindungsqualität
sogar zu jenen Mobilstationen, die sich in dem Zellgrenzbereich
befinden, wenn die Übergabe
durchgeführt
wird. Falls jedoch die Mobilstation näher ist als die Übergabe ausgeführt wird,
könnte
die höchste
erlaubte Übertragungsleistung
unnötig
hoch sein. Obwohl die Leistungssteuerung rasch die Übertragungsleistung
der Mobilstation auf ein passendes Niveau verringert, können die
Nach-Übergabe-Funkfrequenz-Leistungsspitzen
(post-handover radio frequency power peaks) Uplink-Störung in
dem Funknetzwerk verursachen. Darüber hinaus verringern überbewertete Leistungsniveaus
unnötig
die Batterielebensdauer in der batteriebetriebenen Mobilstation.
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Ein
anderer Typ von Funksystem wird in der
EP 0255628 offenbart, wobei die Übergabe-Entscheidung auf
Messungen beruht, welche von Basisseiten auf einem gebräuchlichen
Kanal durchgeführt werden.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungssteuerungs-Verfahren
zum Verringern der vorhergehend erwähnten Probleme.
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Dies
wird durch ein Leistungssteuerungs-Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht.
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Die
Erfindung bezieht sich weiter auf ein Leistungssteuerungs-System
gemäß Anspruch
6.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungs-Leistungsniveau
zu optimieren, welches die Mobilstation in jeder Zielzelle, der Übergabe
folgend, verwendet, so dass das Übertragungsleistungs-Niveau
der Mobilstation geringer ist, falls Messungen vor der Übergabe
zeigen, dass Uplink-Signalbedingungen in der Zielzelle gut sind. Vor
der Übergabe
kann die Mobilstation jedoch nur das Downlink-Signalniveau der Zielzelle,
die benachbarte Zelle zu der Zeit messen, und somit weist das feste
Netzwerk nicht irgend eine Art gemessener Vorschuss-Information über die
Uplink-Signalbedingungen in der Zielzelle auf. Die vorliegende Erfindung verwendet
jedoch die Tatsache, dass zellulare Netzwerke derart entworfen sind,
dass es einen Leistungsausgleich zwischen den Downlink- und Uplink-Richtungen
gibt. Somit kann angenommen werden, dass das Niveau des Zellen-Downlink-Signals
das Niveau des Uplink-Signals bei dem Zellendienstbereich annähert. Somit
bedeutet ein hohes Uplink-Signalniveau ein hohes Downlink-Signalniveau.
Da die Mobilstationen den Sendesteuerungskanal der benachbarten
Zellen messen, auf welchem die maximale Übertragungsleistung verwendet
wird, kann angenommen werden, dass das hohe Niveau des Downlink-Signals
der Zielzelle, welches vor der Übergabe
gemessen wird, bedeutet, dass das passende Übertragungsleistungsniveau
der Mobilstation, welches der Übergabe
folgt, niedriger als das maximale Übertragungsleistungsniveau
ist, welches die Mobilstation in der Zielzelle verwenden darf. Somit kann
das Übertragungsleistungsniveau, welches
die Mobilstation der Übergabe
folgend verwendet, gemäß der Erfindung
optimiert werden, indem das Niveau des Downlink-Signals der Zielzelle
in Betracht gezogen wird, welches Niveau vor der Übergabe
gemessen wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, ist der Zielzelle zusätzlich ein optimales
Niveau für
das Uplink-Signal zugewiesen, welches die Mobilstation sofort, der Übergabe
folgend, erreichen soll. Weil das optimale Niveau des Uplink-Signals,
so weit die Verbindung betroffen ist, adäquat ist, bedeutet ein gemessenes
Downlink-Signalniveau, welches höher
als dieses ist, eine Leistungsspanne, die verwendet werden kann,
um die Übertragungsleistung
der Mobilstation zu reduzieren. Gemäß der Erfindung, der Übergabe
folgend, wird ein Übertragungsleistungsniveau,
welches niedriger als die maximale Übertragungsleistung ist, verwendet,
dessen niedrigere Übertragungsleistung
durch Subtrahieren des Unterschiedes zwischen dem gemessenen Niveau
des Downlink-Signals der Zielzelle und dem optimalen Niveau des
Uplink-Signals der Zielzelle von dem höchsten Übertragungsleistungsniveau
der Zielzelle bestimmt wird. Das Verfahren verringert beträchtlich
das Übertragungsleistungsniveau der
Mobilstation in Fällen,
wo das gemessene Downlink-Niveau der Zielzelle viel größer als
das optimale Niveau des Uplink-Signals ist, mit anderen Worten,
in Fällen,
wo die Mobilstation in der Nähe
der Basisstation der Zielzelle ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Im
Folgenden wird die Erfindung genauer durch Darstellen der Ausführungsformen
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen
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1 einen
Teil eines Mobilkommunikations-Systems darstellt, bei welchem die
Erfindung verwendet werden kann,
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2 ein
Diagramm ist, welches die Übertragungsleistungs-Steuerung
nach dem Stand der Technik darstellt,
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3 ein
Diagramm ist und 4 ein Flussdiagramm ist, welches
die Übertragungsleistungssteuerung
gemäß der Erfindung
darstellt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung kann auf irgendein zellulares oder Bündel-Mobilkommunikations-System
(trunked mobile communication system), wie das Pan-Europäische Mobilkommunikations-System
GSM, DCS 1800 (Digitales Kommunikationssystem), PCN (Persönliches
Kommunikations-Netzwerk), UMC (Universale Mobilkommunikation), UMTS
(Universelles Mobiltelekommunikations-System), FPLMTS (Zukünftiges Öffentliches-Mobiltelekommunikationssystem,
Future Public Land Mobile Telecommunication System), etc.
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1 stellt
als ein Beispiel ein Mobilkommunikations-System des GSM-Typs dar.
Das GSM (Globales System für
Mobilkommunikationen) ist ein Pan-Europäisches Mobilkommunikationssystem, welches
universeller Standard werden wird. Die 1 stellt
sehr kurz die Grundelemente des GSM-Systems dar, ohne weiter auf
das System einzugehen. Für
eine nähere
Beschreibung des GSM-Systems, wird auf die GSM-Empfehlungen und „The GSM
System for Mobile Communications",
M. Mouly & M.
Pautet, Palaiseau, France, 1992, ISBN: 2-9507190-0-7 verwiesen.
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Das
GSM-System ist ein zellulares Funksystem. Ein Mobildienst-Vermittlungszentrum
MSC wickelt das Verbinden einlangender und abgehender Gespräche ab.
Es führt
Funktionen aus, die ähnlich zu
jenen eines Austausches eines öffentlichen
geschalteten Telefonnetzwerkes (PSTN) sind. Zusätzlich zu diesen, führt es auch
Funktionen aus, die nur für
Mobilkommunikationen charakteristisch sind, wie Teilnehmer-Standortmanagement
in Kooperation mit Teilnehmerregistern des Netzwerkes. Wie Teilnehmerregister,
beinhaltet das GSM-System mindestens das Home-Standortregister HLR
und das Besucher-Standortregister
VLR, die in 1 nicht dargestellt sind. Genauere
Information des Standortes des Teilnehmers, gewöhnlich die Genauigkeit des
Standortbereichs, wird in dem Besucherstandort-Register gespeichert,
wobei es typischerweise ein VLR für jedes Mobildienst-Vermittlungszentrum
MSC gibt, während
das HLR weiß,
welchen VLR-Bereich die Mobilstation MS besucht. Die Mobilstationen
MS sind mit dem Zentrum MSC durch Basisstations-Systeme verbunden.
Das Basisstations-System besteht aus einer Basisstations-Steuerung BSC und
Basisstationen BTS, d.h. fixe Transceiver der Mobilstationen MS kommunizieren
mit dem festen Netzwerk über
eine Funkverbindung. Die Aufgaben einer Basisstations-Steuerung
BSC beinhalten unter anderem Übergaben
in Fällen,
in welchen die Übergabe
innerhalb der Basisstation ausgeführt wird oder zwischen zwei Basisstationen,
welche durch die gleiche BSC gesteuert werden. 1 zeigt
nur aus Gründen
der Klarheit ein Basisstationssystem in welchem neun Basisstationen
BTS1–BTS9
mit einer Basisstations-Steuerung
verbunden sind, wobei der Funkabdeckbereich der Basisstationen die
entsprechenden Funkzellen C1–C9
bildet.
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Entscheidungen über Übergaben
während laufender
Gespräche
werden durch eine Basisstations-Steuerung BSC auf der Basis unterschiedlicher Übergabeparameter,
die jeder Zelle zugeteilt sind, durchgeführt und auf der Basis von Messergebnissen,
die von einer Mobilstation MS und Basisstationen BTS berichtet werden.
Eine Übergabe
wird normalerweise auf der Basis von Kriterien des Funkweges ausgeführt, sie
kann aber genauso aufgrund anderer Gründe durchgeführt werden,
beispielsweise einem Lastverbund (load sharing).
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In Übereinstimmung
mit den technischen GSM-Empfehlungen zeichnet (misst) beispielsweise eine
Mobilstation MS das Niveau und die Qualität des Downlink-Signals der
dienenden Zelle und das Niveau des Downlink-Signals der benachbarten
Zellen der dienenden Zelle auf. Die Basisstation BTS zeichnet (misst)
das Niveau und die Qualität
des Uplink-Signals auf, welches von jeder Mobilstation MS empfangen
wird, welche durch die Basisstation BTS bedient wird. Alle Messergebnisse
werden an die Basisstationssteuerung übertragen. Andererseits können alle
Entscheidungen über
eine Übergabe
bei einem Mobildienst-Vermittlungszentrum MSC durchgeführt werden,
zu welchem alle Messergebnisse in einem derartigen Fall übertragen
werden. Ein MSC steuert auch mindestens jene Übergänge, die sich von dem Bereich
der eine Basisstations-Steuerung zu dem Bereich der anderen ergeben.
Falls eine Mobilstation MS in einem Funknetzwerk roamt, wird eine Übergabe
von dem Verkehrskanal der dienenden Zelle zu dem Verkehrskanal der
benachbarten Zelle normalerweise entweder (1) als die gemittelten
Messergebnisse der Mobilstation MS ausgeführt und/oder die Basisstation
BTS zeigt ein Niedrigsignal-Niveau an und/oder die Qualität von der
gegenwärtigen
dienenden Zelle, und wobei ein besseres Signalniveau von einer benachbarten
Zelle erhalten werden kann und/oder (2), da eine benachbarte Zelle
eine Kommunikation bei niedrigeren Übertragungsniveaus erlaubt,
mit anderen Worten, da die Mobilstation MS sich in einem Grenzbereich
zwischen Zellen befindet. In Funknetzwerken, ist das Ziel, unnötig hohe
Leistungsniveaus und somit Interferenzen anderweitig im Netzwerk
zu vermeiden.
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Die
Basisstations-Steuerung BSC wählt
gemäß dem Systemübergabe-Algorithmus
und auf der Basis der berichteten Messergebnissen eine Zelle aus
den benachbarten Zellen als die Zielzelle für die Übergabe aus. Die Auswahl kann
am leichtesten durch Wählen
einer benachbarten Zelle implementiert werden, die die besten Funkwegqualitäten, d.h. das
höchste
Signalniveau, aufweist.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die genaue Implementierung einer Übergabe
für die
vorliegende Erfindung nicht notwendig ist. Die Leistungssteuerung
der Erfindung kann in praktisch allen Netzwerk-gesteuerten Übergabeprozeduren
eingefügt werden.
Somit ist es nicht notwendig, eine Übergabe genauer in dieser Anwendung
zu beschreiben.
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Die Übertragungsleistung
einer Mobilstation wird üblicherweise
von einem festen Netzwerk durch einen speziellen Leistungssteuerungs-Algorithmus gesteuert.
Die Mobilstation misst das Empfangsniveau (Feldstärke) und
die Qualität
des Downlinksignals, welches von der Basisstation der dienenden Zelle
empfangen wird, und die Basisstation der dienenden Zelle misst ihrerseits
das Empfangsniveau (Feldstärke)
und die Qualität
des Uplink-Signals, welches von der Mobilstation empfangen wird.
Auf der Basis dieser Messergebnisse und den vorliegenden Leistungssteuerungsparametern,
bestimmt der Leistungssteuerungsalgorithmus ein passendes Übertragungsleistungsniveau
von welchem die Mobilstation dann in einem Leistungssteuerungsbefehl
informiert wird. Während
eines Gesprächs
ist die Leistungssteuerung kontinuierlich.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die genaue Implementierung einer normalen
Leistungssteuerung hingegen für
die vorliegende Erfindung nicht notwendig ist. Die Leistungssteuerung
der Erfindung kann praktisch in alle Leistungssteuerungsalgorithmen
eingeführt
werden. Somit ist es nicht notwendig, die normale Leistungssteuerung
irgendwie genauer zu beschreiben.
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Der
Graph von 2 stellt eine Situation nach
dem Stand der Technik dar, in welcher eine Mobilstation eine Übergabe
HO von einer Basisstation BTS1 an eine Basisstation BTS2 am Standpunkt
HO durchführt
und in welcher einer Mobilstation befohlen wird, die maximale Übertragungsleistung
MS-TXPWR-MAX(n) der Basisstation BTS2 als ihre anfängliche Übertragungsleistung
MS-TXPWR(n) zu verwenden. Das ergibt eine plötzliche Funkfrequenz-Leistungsspitze
(RF power peak) bevor der Leistungssteuerungsalgorithmus die Mobilstation
MS zur Leistungsübertragung
an ein passendes Niveau anpasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die anfängliche Übertragungsleistung
MS_TXPWR(n) der Mobilstation in der Zielzelle, der Übergabe
folgend, anstatt an die maximalen Übertragungsleistung MS_TXPWR_MAX(n)
der Zielzelle, an einen Wert angepasst, welcher durch Verwenden
der Messung bestimmt wird, welche die Mobilstation MS vor der Übergabe
betreffend die Empfangsniveaus (Feldstärken) der Downlinksignale der
benachbarten Zellen ausgeführt
hat, welche Messung auch das Empfangsniveau des Downlink-Signals
der Zielzelle für die Übergabe
bereitstellt. Da zellulare Netzwerke gewöhnlich auf derartige Weise
ausgeführt
sind, dass es eine Leistungsbilanz zwischen den Downlink- und Uplink-Richtungen
gibt, kann angenommen werden, dass das Niveau des Downlink-Signals
der Zelle das Niveau des Uplink-Signals des Zellendienst-Bereichs approximiert.
Somit gibt ein hohes Downlink-Signalniveau an, dass die Mobilstation
MS relativ nahe zu der Basisstation der Zelle ist und somit auch
ein hohes Uplinksignal-Niveau aufweist, falls die maximale Übertragungsleistung
verwendet wird. Somit kann das Übertragungsleistungs-Niveau
MS-TXPWR(n) der Mobilstation MS, der Übergabe folgend, gemäß der Erfindung
optimiert werden, indem das Niveau des Downlink-Signals RX_LEV_NCELL(n)
der Zielzelle beachtet wird, deren Niveau vor der Übergabe gemessen wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, ist den Zellen ein optimales Niveau MsOptLevel für das Uplink-Signal
zugewiesen, welches Niveau passend für die Verbindung ist und welches
die Mobilstation sofort, der Übergabe
folgend, erreichen soll. Das optimale Niveau für das Uplink-Signal wird vorteilhaft
jeder Zelle getrennt zugewiesen. Da das optimale Niveau des Uplink-Signals
der Zelle adäquat
für die
Verbindung ist, zeigt jedes gemessene Niveau für das Downlink-Signal, welches
höher als das
optimale Niveau für
das Uplink-Signal ist, eine Leistungsspanne an, die verwendet werden
kann, um die Übertragungsleistung
der Mobilstation zu verringern. Gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung, wird die optimale anfängliche Übertragungsleistung MS_TXPWR(n)
für die
Mobilstation auf folgende Weise berechnet: MS_TXPWR(n)
= MS_TXPWR_MAX(n) – MAX(0, (RXLEV_NCELL(n) – MsOptLevel))in
welcher MS-TXPWR_MAX(n) die maximale Übertragungsleistung darstellt,
die die Mobilstation MS in der Zielzelle (n) verwenden darf. Die
maximale Übertragungsleistung
kann beispielsweise innerhalb des Bereichs 13 dBm–43 dBm
liegen. RXLEV_NCELL(n) stellt das Downlink-Signalniveau der Zielzelle
(n) dar, welches Niveau der Mobilstation MS vor der Übergabe
Messungen betreffend die benachbarten Zellen durchführt. Das
Niveau des Downlink-Signals liegt typischerweise im Bereich –110 dBm
... –47
dBm. Die Funktion MAX gewährleistet,
dass nur positive (≥ 0) Unterschiede
zwischen dem gemessenen Niveau des Downlink-Signals und dem optimalen
Niveau des Uplink-Signals in Betracht gezogen werden.
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Die
Graph von 3 stellt eine Situation der Erfindung
dar, in welcher eine Mobilstation MS eine Übergabe HO von der Basisstation
BTS1 an die Basisstation BTS2 des Standortes HO ausführt. Die Übergabe
und die Leistungssteuerungen werden üblicherweise von einer Basisstationsteuerung
BSC ausgeführt,
deren Ablauf durch das Flussdiagramm von 4 dargestellt
ist. Da die Mobilstation MS sich in der Zelle der gegenwärtigen Basisstation BTS1
befindet, führt
sie Messungen in Übereinstimmung
mit dem Übergabe-Algorithmus
durch, welcher durch das System, das Niveau betreffend, verwendet
wird, möglicherweise
genauso die Qualität
des Downlink-Signals der dienenden Zelle und dem Empfangsniveau
der Downlink-Signale der benachbarten Zellen. Zusätzlich kann
die Basisstation BTS1 das Niveau und die Qualität des Uplink-Signals der Mobilstation
MS messen. Auf der Basis dieser Messungen, wird eine Entscheidung
bei einer Übergabe
gemäß den Kriterien
des Übergabe-Algorithmus
gemacht und die Zielzelle für
die Übergabe
wird gewählt,
in diesem Fall die Zelle der Basisstation BTS2 (Block 40).
Anschließend
sucht die Basisstationssteuerung von ihrer Datenbasis die maximale Übertragungsleistung
MS-TXPWR_MAX(n)
der Zielzelle n, und das optimale Niveau MsOptLevel(n) des Uplink-Signals.
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Zusätzlich auf
der Basis von Messungen, die die Mobilstation MS betreffend die
benachbarten Zellen ausgeführt
hat, erhält
die Basisstations-Steuerung BSC das Empfangsniveau RXLEV-NCELL(n) des
Downlink-Signals der Zielzelle vor der Übergabe (Block 41).
Anschließend,
gemäß der vorhergehenden
Gleichung (Block 42), bestimmt die Basisstationssteuerung
BSC ein optimales Leistungsniveau MS-TXPWR(n) für die Mobilstation MS in der
Zielzelle. Wie aus 3 gesehen werden kann, ist das
gemessene Signalniveau RXLEV_NCELL(n) größer als das optimale Niveau
MsOptLevel(n) des Uplink-Signals, in dessen Fall, der Unterschied
in Signalniveaus Δ zwischen
dem gemessenen Signalniveau und dem optimalen Niveau des Uplink-Signals
verwendet werden kann, um die Übertragungsleistung
der Mobilstation zu verringern. Da die Übergabe HO durchgeführt wird,
wird die optimierte anfängliche
Ausgabeleistung MS_TXPWR(n) für
die Mobilstation MS angepasst (Block 43), niedriger als
die maximale Übertragungsleistung
MS_TXPWR_MAX(n) der Zielzelle zu dem Ausmaß des Unterschied in Signalniveaus Δ, wie aus 3 gesehen
werden kann. Dem folgend, wird der normale Leistungssteuerungs-Algorithmus gestartet (Block 44).
Wie in 3 dargestellt, können für die vorliegende Erfindung
unnötige
Funkfrequenz-Leistungsspitzen (RF power peaks) in einer Übergabe vermieden
werden.
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Die
Zeichnungen und deren Beschreibung sind nur beabsichtigt, um die
vorliegende Erfindung darzustellen. Das Verfahren und die Anordnung
der Erfindung wird in den beigefügten
Ansprüchen
definiert.