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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein mobiles Kommunikationsnetz (insbesondere aber nicht
ausschließlich
auf das GSM- [Global System for Mobile communication] Netz), umfassend
eine Gruppe von Zellen, die einem Simulcast-Träger zugeordnet sind und auf
ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Netzes.
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Hintergrund
der Erfindung
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In einem zellularen Mobilkommunikationssystem
kommuniziert jede der Mobilstationen mit einer typischerweise, festen
Basisstation. Kommunikation von der Mobilstation zu der Basisstation
ist als Aufwärtsverbindung
bekannt, und Kommunikation von der Basisstation zu der Mobilstation
ist als Abwärtsverbindung
bekannt. Das gesamte Abdeckungsgebiet des Systems ist in einer Anzahl
separater Zellen einge teilt, von denen jede von einer einzelnen
Basisstation abgedeckt wird. Die Zellen sind typischerweise geographisch
verschieden mit überlappenden
Abdeckungsgebieten benachbarter Zellen. Wenn sich eine Mobilstation
aus dem Abdeckungsbereich einer Zelle in den Abdeckungsbereich einer
anderen Zelle bewegt, wird die Kommunikationsverbindung von einer
Verbindung zwischen der Mobilstation und der Basisstation der ersten
Zelle übergehen
zu einer Verbindung zwischen der Mobilstation und der Basisstation
der zweiten Zelle. Dies ist als "Handover" bekannt.
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Speziell können einige Zellen vollständig innerhalb
des Abdeckungsbereichs anderer, größerer Zellen liegen. Diese
sind als hierarchische Zellen bekannt, und ein Beispiel dafür sind die
so genannten Mikrozellen, die verwendet werden, um in Gegenden hohen
Verkehrs eine hohe Verkehrskapazität zur Verfügung zu stellen. Typischerweise
sind die Mikrozellen klein und eine große Anzahl von Zellen kann in einem
begrenzten Gebiet eingesetzt werden. Eine Mobilstation, die sich
in eine Mikrozelle hineinbewegt, kann von der darüber liegenden,
als Makrozelle bekannten Zelle weitergereicht werden. Dies setzt Ressourcen
bei der Makrozelle frei, und die hierarchische Zelle stellt somit
die Möglichkeit
eines großen Abdeckungsbereiches
kombiniert mit einer hohen Verkehrskapazität zur Verfügung.
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Alle Basisstationen sind über ein
Festnetz miteinander verbunden. Dieses Festnetz umfasst Kommunikationsleitungen,
Schalter, Schnittstellen zu anderen Kommunikationsnetzen, verschiedene Steuereinheiten,
die für
den Betrieb des Netzes erforderlich sind, und die Basisstationen
selbst. Ein Anruf von einer Mobilstation wird über dieses Netz zu dem für diesen
Anruf spezifischen Ziel geleitet. Wenn es sich um eine Anrufverbindung
zwischen zwei Mobilstationen desselben Kommunikationssystems handelt,
wird der Anruf über
das Netz zu der Basisstation der Zelle geleitet, in der sich die
andere Mobilstation gerade aufhält.
Daher wird über
das Netz eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitszellen aufgebaut.
Wenn es sich alternativ, um eine Anrufverbindung zwischen der Mobilstation
und einem Telefon handelt, das mit dem öffentlichen Telefonnetz (PSTN: Public
Switched Telephone Network) verbunden ist, wird der Anruf von der
Arbeitsbasisstation zu einer Schnittstelle zwischen dem zellularen
Mobilkommunikationssystem und dem PSTN geleitet. Er wird dann von
der Schnittstelle über
das PSTN zu dem Telefon geleitet.
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Ein Simulcast-System ist eines, bei
dem alle Zellen innerhalb eines Gebiets zu allen Zeiten ein identisches
Signal bei derselben Frequenz senden. Dieses Rundsendesignal enthält Steuerinformationen
und wird verwendet als eine Bake zur Bestimmung der relativen Signalstärke. Außerdem kann jede
Zelle in dem Simulcast-System eine zweite Frequenz senden, auf der
der Verkehr geleitet werden kann. Die zweite Frequenz ist von Zelle
zu Zelle unterschiedlich, obwohl sie mehrfach verwendet werden kann,
wenn ein ausreichender Abstand gegeben ist, um Interferenzen abzuschwächen. Da
es für
ein Mobilgerät
wahrscheinlich ist, dass es während
der Dauer des Anrufes innerhalb dieses Simulcast-Systems bleibt und der Simulcast-Träger effektiv
eine einzelne größere Schirmzelle
erzeugt, werden sehr wenige Intercell-Handovers (zwischen Simulcast-Zellen
und externen Zellen) erforderlich sein. Folglich wird die Mehrzahl
der Handovers vom intrazellularen Typ (zwischen den Simulcast-Zellen) sein. Da
es eine einzige Schirmzellenidentifikation gibt, kann das mobile
Gerät die
kleineren Zielzellen unter dieser Schirmzelle nicht identifizieren:
das heißt,
der Handover-Prozeß kann
nicht von dem Mobilgerät
unterstützt
werden, das heißt
sich darauf stützen,
dass das Mobilgerät
zwischen den Übertragungsträgern differenziert.
Statt dass die Mobilgeräte
die Zellen identifizieren, identifizieren die Zellen die Zielmobilgeräte, indem
sie Messungen der Stärke
des benachbarten Aufwärtsverkehrs
durchführen.
Je stärker
die Nachbarmessung ist, im Vergleich zu Messungen, die von anderen
Zellen durchgeführt
werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass das betrachtete Mobilgerät in diese
Zelle weitergeleitet wird.
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Die Zellen können beispielsweise Mikrozellen
oder Picozellen sein. Picozellen werden im Allgemeinen innerhalb
von Gebäuden
verwendet (wo die Funkausbreitung durch interne Abteilungen oder
externe Wände
in den 900 MHz- oder 1800 MHz-Bändern
beispielsweise durch Metallstrukturen stark abgeschwächt wird)
und Mikrozellen werden im Allgemeinen in etwas größeren Regionen
wie etwa beispielsweise Stadtzentren verwendet.
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Um Messungen mit der Mobilstationen
in den umgebenden Simulcast-Zellen durchzuführen, stimmen die Basisstationen
die Frequenzen der Verkehrsträger
in diesen Zellen neu ab. Da die Frequenzen jedoch mehrfach verwendet
werden, messen die Basisstationen eine kombinierte Signalstärke von
der erwünschten
Basisstation und allen demselben Zeitkanal zugeordneten Mobilstationen
in Zellen, die dieselben Verkehrsträger-Frequenz verwenden. Das kann
zu ungenauen Messungen und verschlechterter Handoverleistung führen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es,
einen derartigen Nachteil zu überwinden
oder zu mildern.
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Allgemeiner gesprochen stellt die
Erfindung eine zusätzliche
Flexibilität
in einem Mobilfunknetz zur Verfügung
und ermöglicht
es, mehr Informationen über
den Zustand des Netzes zu erhalten, wie noch ersichtlich werden
wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird
ein Mobilkommunikationsnetz zur Verfügung gestellt, umfassend eine
Gruppe von Zellen (2) mit einem gemeinsamen Simulcast-Träger, der
Signalisierungsinformation trägt,
wenigstens einer ersten Zelle, die einem ersten Verkehrsträger zugeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilkommunikationsnetz weiter
umfasst: wenigstens eine erste Mobilstation (4, 4')
die so eingerichtet ist, dass sie infolge eines Steuersignals intermittierend
einen intrazellularen Handover an den gemeinsamen Simulcast-Träger durchführt, Mittel
zur Erzeugung des Steuersignals als Reaktion auf ein Taktgebersignal
oder als Reaktion auf eine Messung der Empfangssignalstärke oder
-qualität
einer Funkübertragung
von der ersten Mobilstation (4, 4'), die unter
einen gegebenen Schwellenwert fällt,
und Mittel zum Durchführen
von Messungen der Funkumgebung, wenn die Mobilstation (4, 4')
den gemeinsamen Simulcast-Träger
verwendet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt der
intrazellulare Handover von dem ersten Verkehrsträger zu dem
gemeinsamen Simulcast-Träger.
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Gemäß einem anderen Merkmal der
Erfindung sind eine oder mehrere Basisstationen derart eingerichtet,
dass sie eine Empfangssignalstärke und/oder
-qualität
eines Signals messen, das von der Mobilstation auf dem gemeinsamen
Simulcast-Träger
gesendet wird, und es wird als Reaktion auf die Messung ein Handover
bestimmt.
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Bei einer Ausführungsform ist das mobile Kommunikationsnetz
ein GSM-Netz.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird eine Basisstation (1, 1') zur Verfügung gestellt, die
in einem Kommunikationssystem arbeitet, das eine Gruppe von Zellen
(2) mit einem gemeinsamen Simulcast-Träger aufweist, welcher Signalisierungsinformation
trägt und
wobei wenigstens eine erste Zelle einem ersten Signalträger zugeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation (1, 1') umfasst:
Mittel zum Anweisen einer Mobilstation (4, 4')
als Reaktion auf ein Steuersignal intermittierend einen intrazellularen
Handover an den gemeinsamen Simulcast-Träger durchzuführen, Mittel
zur Erzeugung des Steuersignals als Reaktion auf ein Taktgebersignal
oder als Reaktion auf eine Messung der Empfangssignalstärke oder
-qualität
einer Funkübertragung
von der Mobilstation (4, 4'), die unter einen gegebenen
Schwellwert fällt,
und Mittel zum Durchführen
von Messungen der Radioumgebung, wenn die Mobilstation (4, 4')
den gemeinsamen Simulcast-Träger
verwendet.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilkommunikationsnetzes
zur Verfügung
gestellt mit einer Gruppe von Zellen (2) mit einem gemeinsamen
Simulcast-Träger,
der Signalisierungsinformation trägt und wobei wenigstens eine
erste Zelle einem ersten Verkehrsträger zugeordnet ist, wobei das
Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte umfasst:
intermittierende Durchführung
eines intrazellularen Handovers einer ersten Mobilstation (4, 4')
an den gemeinsamen Simulcast- Sender
als Reaktion auf ein Steuersignal, Erzeugen des Steuersignals als Reaktion
auf ein Taktgebersignal oder als Reaktion auf eine Messung der Empfangssignalstärke oder -qualität einer
Radioübertragung
von der ersten Mobilstation (4, 4'), die unter
einen gegebenen Schwellenwert fällt,
und Durchführen
von Messungen der Radioumgebung wen die Mobilstation (4, 4')
den gemeinsamen Simulcast-Träger
verwendet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Unten wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform
lediglich beispielhaft beschrieben, wobei
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l ein
schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen GSM-Mobilkommunikationsnetzes
ist, das einen Simulcast-BOCH-Träger
einsetzt, der sich über
eine Gruppe von Picozellen oder Mikrozellen erstreckt;
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2 ein
Zeitkanal-Frequenz-Diagramm einer Basisstation in dem Netz von 1 ist.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Es wird Bezug genommen auf 1. Das dargestellte GSM-Netz
umfasst eine Gruppe von Picozellenzentralen 1, die die
entsprechenden Picozellen 2 definieren, wobei jede Picozelle 2 die
Abdeckung eines entsprechenden Rundsendeträgersignals präsentiert,
das jeder Picozellenzentrale zugeordnet ist. Jeder der Picozellenzentralen
ist ein Verkehrsträger
zugeordnet, wobei jeder Verkehrsträger eine Frequenz hat, die
sich wenigstens von derjenigen der nächstbenachbarten Picozelle
unterscheidet.
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Von jeder Picozellenzentrale 1 wird
ein weiterer Simulcast-Träger
ausgesendet und erstreckt sich über
alle Picozellen, wie dies bei 11 dargestellt ist.
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Die oben genannte Gruppe von Picozellen weist
Schnittstellen mit in diesem Fall zwei Makrozellen 3 auf,
die durch Träger
definiert sind, die von Basis-Sende/Empfangsstationen 8 ausgesendet
werden, welche ihrerseits über
feste Kommunikationsverbindungen mit einer gemeinsamen Basisstationssteuereinheit 9 und
darüber
mit dem Rest des Netzes verbunden sind. Bei einer Variante könnten die
Picozellen 2 Mikrozellen sein, und eine Schirmzelle könnte über den
Picozellen oder Mikrozellen liegen.
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Beim Betrieb wird ein Steuersignal,
das beispielsweise von einem Taktgeber 10 erzeugt und über die
festen Kommunikationsverbindungen ausgesendet wird oder alternativ
als Reaktion auf die Erkennung einer Funksignalstärke und/oder
-qualität unterhalb
eines vorbestimmten Schwellenwertes erzeugt wird, an eine Mobilstation 4 gesendet
und (wie durch das Funksignal 5 angedeutet) weist das Steuersignal
die Mobilstation an, einen intrazellularen Handover zu einer Aufwärtsverbindungs-Trägerfrequenz
und einem dem Simulcast-Träger entsprechenden
Zeitkanal durchzuführen.
Solch ein Signal 5 könnte
auch von einer Picozellenzentrale 1' an eine Mobilstation 4' wie
dargestellt durchgeführt
werden, wobei der Frequenzwechsel durch den Pfeil 7 repräsentiert
wird.
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Die Struktur des Signals 5 soll
nun detaillierter unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden, bevor die Antwort
der Mobilstationen 4 und 4' beschrieben wird.
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2 zeigt
die Frequenz-Zeitkanalverteilung der verschiedenen, von einer Basissendeempfangsstation
(BTS:Base Transeiver Station) 8 an deren zugeordnete Makrozelle
oder von einer Picozellenzentrale 1 an deren zugeordnete
Picozelle gesendeten Signale. Die Gruppe von Frequenzen (oder genauer gesagt
Frequenzbändern)
f1 bis f5, die für eine gegebene
(Makro- oder Pico-) Zelle wird zur Vermeidung von Interferenzen
typischerweise keine Frequenzen beinhalten, die gleich den von den
benachbarten Zellen verwendeten sind. In anderer Hinsicht sind die Frequenz-Zeitkanal-Verteilungen der
entsprechenden Makrozellen und Picozellen ähnlich.
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Der Träger wird in Kanal SL übermittelt,
der dem Zeitkanal 0 und der Frequenz f5,
der Bakenfrequenz, entspricht. Der Träger umfasst die FCCH-, SCH-,
BOCH-, PCH- und AGCH-Kanäle, die
entsprechende Typen von Steuer- und Informationsdaten zu den Mobilstationen
innerhalb der Zelle tragen, wie dies in den GSM-Spezifikationen
definiert ist. Um sicherzustellen, dass die leistungsstärkste Übertragung
auf der Bakenfrequenz liegt (um dieser zu ermöglichen, von den Mobilstationen
innerhalb der Zelle identifiziert zu werden, um diese in die Lage
zu versetzen, auf die oben genannten Steuer- und Informationsdaten
zuzugreifen), werden alle nicht auf Frequenz f5 verwendeten
Kanäle
mit Dummy-Bursts aufgefüllt.
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Die oben genannte Frequenz-Zeitkanalstruktur
ist in GSM-Mobilkommunikationsnetzen üblich. Es sei nun angenommen,
das eine Anrufverbindung zu oder von einer Mobilstation innerhalb
der interessierenden Zelle aufgebaut wurde. Die Mobilstation wird
unter Verwendung eines Zeitkanals TS1 auf der Verkehrsträgerfrequenz
der entsprechenden Picozelle kommunizieren. Das Signal 5 wird über einen Steuerkanal
in den Zeitkanal SL, beispielsweise auf dem FACCH (Fast Associated
Control Channel), zu einer Mobilstation getragen werden. Das Signal 5 wird
in der Mobilstation zu einem Umschalten auf einen Zeitkanal TS2
auf der BCCH-Frequenz führen.
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Nachdem der intrazellulare Handover
einer Mobilstation auf einen neuen Verkehrskanal auf dem BCCH-Träger beschrieben
wurde, soll nun unter Bezugnahme auf 1 die
sich ergebene Operation weiter beschrieben werden. Hierfür gibt es
eine Anzahl von Möglichkeiten.
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Erstens soll beachtet werden, das
der zuvor von der Picozellenzentrale 1' zur Verkehrsübertragung
an das Mobilgerät
innerhalb der Picozelle verwendete Zeitkanal TS1 nicht länger verwendet
wird, da diese Funktion von der für die Simulcast-Übertragung
verantwortlichen Funkeinheit übernommen wurde.
Das der Picozellenzentrale 1' zugeordnete (nicht dargestellte)
Sende/Empfangsgerät
kann entsprechend während
dieses Zeitkanals wieder auf einer andere Frequenz abgestimmt und
dazu verwendet werden, um beispielsweise Interferenzmessungen oder
Messungen von Mobilstationssignalstärken und/oder -qualitäten auf
dieser Frequenz durchzuführen.
Beispielsweise kann eine Mobilstation, die in einem Zeitkanal TS3
auf der Verkehrsfrequenz f1 der benachbarten
Picozelle kommuniziert, gemessen werden, indem während des Zeitkanals 6 die
Empfangsfrequenz f2 nach f1 geändert wird.
Alternativ kann der Empfänger
damit fortfahren, auf derselben Frequenz f2 zu
empfangen und daher die Interferenzstärke in Abwesenheit der Mobilstation
messen. Diese Information kann dann zurück zu einer Basisstationssteuereinheit 9 gesendet
werden und weiter zu einem geeigneten Teil des Festnetzes, der die
Frequenzzuordnung zwischen den Zellen oder Picozellen steuert. Einem ähnlichen
Vorgehen könnte
eine Basis-Sende/Empfangsstation 8 folgen, die einer Makrozelle 3 (oder
einer Mikrozelle (nicht dargestellt)) zugeordnet ist.
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Zweitens können alle Picozellenempfangsgeräte innerhalb
der Abdeckung 11 des Simulcast-BOCH derart eingerichtet
sein, dass sie die Signalstärke
von der Mobilstation messen, da sie alle die BOCH-Trägerfrequenz
f5 gemeinsam haben. Diese Information kann
dann verwendet werden, um diejenige benachbarte Picozelle 2 für einen
interzellularen Handover, wenn sich die Mobilstation dieser Picozelle
nähert,
auszuwählen,
die die höchste
Leistung und/oder Signalqualität
empfängt.
Dies ist eine wünschenswerte
Fähigkeit,
da das herkömmliche
Verfahren zur Auswahl von Zellen für interzellularen Handover,
einschließlich
Messungen der Abwärtsverbindung
durch Mobilstationen, deren Ergebnisse an die Basis-Sende/Empfangsstationen übertragen
werden, infolge zweier in nicht benachbarten Picozellen aber innerhalb
des Simulcast-Abdeckungsgebietes 11 auf derselben Frequenz
sendender Mobilstationen zu Uneindeutigkeit führen kann. Schwierigkeiten können ebenfalls
entstehen, wenn sich die Mobilstationen schnell bewegen, beispielsweise
in Zügen.
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Vorzugsweise wird die Mobilstation
im Anschluss an die Messungen zu einem Verkehrsträger zurückkehren.
Dieser Verkehrsträger
kann jedoch derjenige einer anderen Picozelle sein, wenn die Messungen
anzeigen, dass dies zu einer besseren Leistung führen würde.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung
wird Signal 5 von einem Taktgeber erzeugt, der beispielsweise
periodisch eine neue Messung veranlasst. Der Taktgeber kann zentral
in dem Netz positioniert sein und kann zur Übertragung an die Mobilstationen über das
Festnetz an die geeigneten Picozellenzentralen verteilt werden.
Alternativ kann der Vorgang als Reaktion auf Messungen der aktuellen
Funkübertragung
angestoßen
werden. Informationen über
Interferenzstärken
und mögliche Übertragungsqualität von benachbarten
Basisstationen ist von höchster Wichtigkeit,
wenn die aktuelle Übertragungsqualität unbefriedigend
ist und ein Handover zur Qualitätssteigerung
erforderlich ist. Wenn beispielsweise eine Mobilstation mit der
aktuellen Arbeitspicozelle eine unbefriedigende Qualität zeigt,
kann sie zu einem Handover an den BOCH-Träger angewiesen werden, wo alle
Picozellen in der Lage sein werden, Messungen der Signalstärke von
der Mobilstation durchzuführen.
Ein Handover zu einer gegebenen Picozellenzentrale kann dann 'als
Reaktion auf diese Messungen bestimmt werden, vorzugsweise durch
Auswahl derjenigen Picozelle, die von der Mobilstation die höchste Signalstärke empfängt.
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Der Messvorgang kann daher als Reaktion auf
eine Messung der Signalstärke
oder -qualität
der aktuellen Übertragung
angestoßen
werden. Vorzugsweise wird der Messprozess angestoßen, wenn
die Signalstärke
oder -qualität
unter einen gegebenen Schwellenwert fällt.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung
werden die Messungen für
eine Anzahl von Mobilstationen wiederholt, wodurch Informationen über die
Verteilung der Mobilgeräte
innerhalb des Netzes aufgebaut werden.
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Bei einer Variante der oben beschriebenen Ausführungsform
wird die Mobilstation zeitweise einem Kanal des Simulcast-Trägers zugeordnet,
wenn sie eine Anrufverbindung veranlasst. Messungen der Aufwärtsverbindung, ähnlich den
oben beschriebenen, werden dann bei den Picozellenzentralen (oder bei
den den Mikrozellen zugeordneten Basis-Sende/Empfangsstationen)
durchgeführt,
und eine geeignete Picozelle oder Mikrozelle wird der Mobilstation
auf Grundlage solcher Messungen zugeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt der intrazellulare Handover daher nicht von einem anderen
Verkehrsträger
sondern vielmehr von einem nicht aktiven Zustand.
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Obwohl eine Ausführungsform der Erfindung im
Zusammenhang mit einem zellularen GSM-Mobilkommunikationsnetz beschrieben
wurde, sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf ein
derartiges Netz beschränkt
ist, sondern das sie ebenso auf andere zellulare Mobilnetze, wie
etwa das NADC-Netz in den USA und das PDC-Netz in Japan anwendbar
ist.