FI116355B - Kanavanvaihdon hallintajärjestelmä solukkoverkkoa varten - Google Patents

Description

116355

Kanavanvaihdon hallintajärjestelmä solukkoverkkoa varten Tämä keksintö liittyy yleisesti solukkoverkkoihin ja erityisesti tukiasemasta toiseen tapahtuvan viestiliikenteen 5 kanavanvaihdon hallitsemiseen matkaviestimen avulla tällaisessa verkossa.

Tyypillisessä solukkoverkossa alue, jolla palvelua tarjotaan, on jaettu useisiin pienempiin, soluiksi kutsuttuihin 10 alueisiin, joista kutakin palvellaan sen omalta tukiasemalta käsin. Kussakin solussa on sen oma antenni tai omat antennit käyttäjäasemalle, normaalisti matkaviestimelle, lähettämistä ja käyttäjäasemalta vastaanottamista varten. Käyttäjäaseman poistuessa tietyn puhelun siirtävän solun 15 peittämältä alueelta, puhelu vaihdetaan johonkin useista naapurisoluista.

Kanavanvaihtomenettely voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen. Ensin tunnistetaan, että kanavanvaihtoa voidaan tarvita, 20 toiseksi tunnistetaan sopiva tukiasema kanavanvaihtoehdok-: kaaksi ja lopuksi vaihdetaan puhelu tukiasemalta toiselle.

·· Tavallisesti ratkaisu sen suhteen, tarvitaanko kanavan- vaihtoa, tehdään tarkkailemalla signaalinlaatua, vertaa-:·. 25 maila tätä laatua ennalta määrättyihin kynnyksiin sekä '· ·_ aloittamalla kanavanvaihto, jos tarkkailtu laatu on alle ennalta määrätyn kynnyksen. Menettelyssä voidaan ottaa lukuun myös tehdyt naapurisolujen signaalinlaadun mittaukset, ja kanavanvaihto voidaan aloittaa palvelevasta solus-30 ta ja naapurisoluista vastaanotettujen signaalien suhteellisen tason perusteella.

·.·. Kanavanvaihtoa tyypillisessä GSM-protokollan (GSM, Global

System for Mobile Communications) mukaan toimivassa ver-35 kossa hallitsevat yleiset periaatteet on esitetty julkai- 116355 2 sussa nimeltä "European digital cellular communications system (Phase 2): Radio subsystem link control", GSM 05.08 versio 4.9.0, päivätty 15. huhtikuuta 1994, julkaisija European Telecommunications Standards Institute (ETSI).

5

Palvelun omistajan käytettävissä olevien kanavien, ts. taajuuksien, lukumäärä määrää solun kapasiteetin. Koska tämä lukumäärä on rajoitettu, solualueita voidaan pienentää kapasiteetin suurentamiseksi, koska tämä sallii käy-10 tettävissä olevien taajuuksien jälleenkäyttämisen ilman verkkoon aiheutuvia sietämättömiä häiriöitä. Siten maaseutualueilla, joilla liikennetiheys on vähäinen, solut pyrkivät olemaan suuria, kun taas kaupunkialueilla liikenne-tiheys pyrkii olemaan suurempi, mikä edellyttää pienempien 15 solujen käyttämistä.

On ehdotettu, että tällaisilla suuren liikennetiheyden alueilla käytettäisiin monitasoista solukkorakennetta, joka käsittää makrosoluiksi määriteltyjen tavanomaisten 20 solujen päällyskerroksen yhdessä pienempien, mikrosoluiksi : ' : määriteltyjen solujen aluskerroksen kanssa, jotka mik- ·· rosolut palvelevat pieniä alueita kuten kerrostaloja tai kortteleita tietyllä alueella. Vielä pienempien, piko- :soluiksi määriteltyjen solujen lisäkerrosta voidaan lisäk-25 si käyttää yksittäisten rakennusten tai rakennuksen ker- ’· rosten palvelemiseksi.

Tällaisessa hierarkkiseksi verkoksi kutsutussa verkossa joukko tekijöitä, kuten matkaviestimen liikkuminen solus-30 sa, tekevät edellä mainitun, tavanomaisten tekniikkojen mukaisen kanavanvaihdon käsittelyn epätyydyttäväksi. Eri-tyisesti jos matkaviestin liikkuu sellaisella nopeudella, että se pysyy alemman kerroksen solussa hyvin lyhyen ajan, tarvittavien kanavanvaihtojen lukumäärä tulee hallitsemat-"· 35 toman suureksi. Lisäksi nopeasti liikkuvien matkaviestimi- 3 116355 en yhteydessä voi esiintyä ongelmia sopivien kanavanvaih-toehdokkaiden tunnistamisessa, koska ehdolla olevien asemien tunnuskoodien päivitystä ei pystytä suorittamaan riittävän nopeasti. Tästä syntyy siten hierarkkisten jär-5 jestelmien tarve parannetun kanavanvaihdon hallintajärjestelmän aikaansaamiseksi.

Tämä keksintö käyttää hyväksi sitä asianlaitaa, että solukkoverkot tyypillisesti käyttävät tavallisesti matka-10 viestimen keräämiä tietoja, jotka yksilöivät sellaiset naapuriasemat, joilla on suurin potentiaalinen kyky muodostaa luotettava yhteys tiettyyn matkaviestimeen. Nämä tiedot päivitetään säännöllisesti. Esimerkiksi GSM-verkos-sa tukiasema antaa kulloinkin palveltavalle matkaviesti-15 melle luettelon muista naapuritukiasemista (BA list; BA-luettelon), ja matkaviestimen käsketään tarkkailla sitä ja antaa tukiasemalle jaksollisia signaalinlaaturaportteja.

Tämän keksinnön mukaan on saatu aikaan kanavanvaihdon hal-20 lintajärjestelmä hierarkkista solukkoverkkoa varten, jossa • on useita tukiasemia, jotka kaikki pystyvät keräämään pal- *: velualueellaan sijaitsevilta matkaviestimiltä tietoja, ·; jotka yksilöivät mahdolliset tukiasemaehdokkaat kanavan- !'·; vaihtoa varten kulloisenkin potentiaalisen signaalinlaadun 25 perusteella, joka hallintajärjestelmä käsittää nopeuden-mittausvälineet täten tunnistettujen mahdollisten ehdo-kasasemien vaihtumisnopeuden mittaamiseksi, vertailuväli-neet tämän nopeuden vertaamiseksi ennalta määrättyyn kynnysarvoon sekä kanavanvaihdon ohjausvälineet, jotka rea-30 goivat mainittujen vertailuvälineiden antamaan ohjaukseen yhteyden ylläpitämiseksi matkaviestimen ja hierarkiassa ylemmällä tasolla olevan tukiaseman välillä tai kanavanvaihdon alemmalle tasolle sallimiseksi vertailun perusteella.

35 4 116555 GSM-protokollan mukaan toimivassa verkossa kunkin matkaviestimen edellytetään ilmoittavan kuuden parhaan potentiaalisen kanavanvaihtoehdokkaan tunnukset ja lähettävän tukiaseman tunnuskoodin (BSIC, base station identification 5 code) tukiasemalle kunkin tällaisen ehdokkaan osalta. Tällaisessa järjestelmässä ilmoitettuja tunnuksia voidaan jatkuvasti tarkoituksenmukaisesti tarkkailla tukiasemassa, ja jos solun tunnuksen vaihdosten lukumäärä mikrosoluiksi luokitelluilla soluilla on ennalta määrättyä kynnystä pie-10 nempi, kanavanvaihdon ohjausvälineet voivat vaihtaa matkaviestimen hierarkiassa alemmalle tasolle.

Tämän keksinnön suorittava kanavanvaihdon hallintajärjestelmä sisällytetään tyypillisesti verkon osan muodostavaan 15 tukiasemaan.

Lisäksi on saatu aikaan menetelmä kanavanvaihdon hallitsemiseksi hierarkkisessa solukkoverkossa, jossa on useita tukiasemia, joista jokainen pystyy keräämään palvelualu-20 eellaan sijaitsevilta matkaviestimiltä tietoja, jotka yk- j '.· silöivät mahdolliset ehdolla olevat tukiasemat kanavan- ·: vaihtoa varten kulloisenkin potentiaalisen signaalinlaadun -·· perusteella, joka menetelmä käsittää täten tunnistettujen {*· mahdollisten tukiasemaehdokkaiden vaihtumisnopeuden mit- 25 taamisen, tämän nopeuden vertaamisen ennalta määrättyyn kynnysarvoon sekä yhteyden ylläpitämisen matkaviestimen ja hierarkiassa ylemmällä tasolla olevan tukiaseman välillä tai kanavanvaihdon sallimisen alemmalle tasolle vertailun perusteella.

30

Jotta keksintö tulisi hyvin ymmärretyksi, sen parhaana ,· pidetty suoritusmuoto on seuraavassa selitetty oheisiin piirustuksiin viitaten.

116355 5

Kuvio 1 esittää hierarkkisen solukkoverkon yksinkertaistettua muotoa.

Kuvio 2 on vuokaavio, joka esittää esillä olevan keksinnön 5 toteutusta GSM-solukkoverkossa.

Kuviossa 1 on esitetty kaksi tavanomaista solukkoverkon solua, makrosolu 1 ja makrosolu 2. Makrosoluun 1 on muodostettu mikrosolujen aluskerros, joka edustaa tyypilli-10 sesti pienempitehoisia tukiasemia, joiden antennit sijaitsevat esimerkiksi rakennusten keskimääräistä harjakorkeutta alempana. Mikrosoluissa olevat numerot edustavat vastaavien tukiasemien käyttämiä taajuuksia; esimerkissä esitetyt kuusitoista mikrosolua käyttävät neljää yhteistä 15 taajuutta. Koska näiden mikrosolujen ulottuvuus on tyypil lisesti kaksisataa - viisisataa metriä, käytettävä teho voidaan pitää hyvin pienellä tasolla sillä ehdolla, että läpitunkeutuvuus saavuttaa rakennuksissa tietyt arvot. Jos liikennetiheys on erityisen suuri, voidaan vielä käyttää 20 jopa pienemmän tehon omaavien pienempien, yksittäisiä ra- • *, kennuksia tai vieläpä rakennuksen kerroksia palvelevien, t pikosoluiksi kutsuttujen solujen alempaa tasoa. Koska ·.·· kadun varrella olevat rakennukset tai yksittäisten raken- • » * * *'·’ nusten seinät ja väliseinät rajoittavat tehokkaasti radio- r. 25 aaltojen etenemistä, niin on selvää, että mahdollisesti ,,· häiritsevien asemien välisiä etäisyyksiä voidaan tässä tilanteessa usein pienentää. Kun solun koko tulee pienemmäksi, matkaviestimen liikkumisen vaikutukset solussa suurenevat voimakkaasti.

30

Lisäksi koska solun peittoalueet ovat hierarkkisessa järjestelmässä enemmän limittäin kuin ei-hierarkkisessa järjestelmässä, niin usein voi esiintyä sellainen tilanne, '** jossa makrosolulla voi olla samoja taajuuksia käyttäviä i » > •; 35 mikrosolu- tai pikosolunaapureita. Tässä tilanteessa naa- 116355 6 purit voidaan erottaa toisistaan vain koodattujen tunnusten kuten esimerkiksi edellä mainittujen GSM-järjestelmässä käytettyjen BSIC-koodien avulla.

5 Kuvio 2 esittää tämän keksinnön erästä suoritusmuotoa GSM-protokollan toteuttavan hierarkkisen järjestelmän tukiasemassa. Tällainen tukiasema käsittää suorittimen, joka toimii ohjelmamoduulien ohjaamana GSM-protokollan vaatimien signaalinkäsittelytoimintojen ja kanavanvaihdon ohjaus-10 toimintojen suorittamiseksi. Vaikka tähän keksintöön liittyvien, jäljempänä selitettyjen toimintojen suorittamiseksi voidaan käyttää erillisiä käsittelyvälineitä, niin olemassaolevassa suorittimessa on normaalisti käytettävissä riittävä kapasiteetti. Parhaana pidetyssä suoritusmuodossa 15 on käytetty lisäohjelmamoduuleja, jotka ohjaavat olemassaolevaa suoritinta suorittamaan kuvion 2 yhteydessä selitetyt vaiheet.

GSM-järjestelmässä kunkin matkaviestimen edellytetään 20 tarkkailevan useita kantotaajuuksia, jotka tätä matka-• viestinyksikköä kulloinkin palvelevan tukiaseman lähettämä 'j informaatio määrää. Tämä informaatio sisältää taajuusluet- ·· telon (BA list; BA-luettelon), mutta kuten edellä kuvion 1 yhteydessä esitetystä hierarkkisen järjestelmän selityk-25 sestä ymmärretään, taajuusluettelo yksin ei määrää yksi- » · ,V selitteisesti, mitä solua matkaviestin kulloinkin tark- kailee. Näin ollen matkaviestimen käsketään dekoodata solun tunnuskoodi (BSIC) kunkin tarkkailtavan signaalin tapauksessa ja tarkistaa, että se on yksikköä kulloinkin 30 palvelevan tukiaseman lähettämän naapuriluettelon mukainen. Alkudekoodauksen jälkeen päivitysväleillä, jotka GSM-v protokollan mukaan eivät voi ylittää kymmentä sekuntia, .,· matkaviestimen vaaditaan dekoodaavan tarkkailemiensa solu- ,·>· jen tunnuskoodit tarkistaakseen, että nämä solut vielä 35 ovat lähetetyssä naapuriluettelossa. Lisäksi matkaviesti- 7 116355 men vaaditaan GSM-protokollan mukaan ilmoittavan tarkkailtavista taajuuksista kuusi voimakkainta yhdessä niiden tunnuskoodien kanssa jaksollisen päivityksen tapahtuessa.

5 Kuviossa 2 edellä selitetty tarkkailuprosessi tapahtuu vaiheessa (1). Keksinnön mukaan vaiheessa (2) määritetään BSIC-tunnusten vaihdosten lukumäärä mittausaikavälillä T. Esillä olevassa suoritusmuodossa BSIC-näytteisiin on liitetty painotukset näytteen ajoituksen mukaan ja näyttei-10 siin sovelletaan progressiivista keskiarvoittamisproses- sia, joka ottaa painotukset huomioon niin sanotulla 'vuotava sanko' ('leaky bucket') -periaatteella. Tämä prosessi kehittää aikavälin T yli keskiarvon, jota päivitetään, kun uusia näytteitä otetaan ja kun vanhoja näytteitä painote-15 taan pois prosessista.

Vaiheessa (3) tehdään vertailu vaiheessa (2) saadun keskiarvon ja ennalta määrätyn kynnysarvon välillä. Jos keskiarvo on mainittua ennalta määrättyä kynnystä suurempi, 20 tarkkailuprosessia jatketaan lisäaikavälin T ajan. Jos # taas keskiarvo on mainittua ennalta määrättyä kynnystä • pienempi, kanavanvaihto aloitetaan vaiheessa (4). Tällöin >j vaiheessa (5) tehdään käytettävissä olevan mikrosolun :v kanavanvaihtoehdokkaiden potentiaalisen suorituskyvyn ar- * · 25 viointi signaalinvoimakkuuden perusteella, jonka esimer kiksi GSM-parametri Rxlev ilmaisee. Luotettavan ratkaisun aikaansaamiseksi tämä arvo otetaan ennalta määrätyn mittausten lukumäärän n yli, ja tehdään kanavanvaihtoehdok-kaan valinta. Olettaen että tämä ehdokas on käytettävissä 30 kanavanvaihtoa varten, prosessi päättyy vaiheessa (6).

Kynnysluku ja mittausvälit voidaan asettaa erilaisten liikenneolosuhteiden ottamiseksi huomioon. Ne asetetaan kuitenkin normaalisti hyväksyttävän kanavanvaihtoaktivi-35 teettitason ylläpitämiseksi sellaisten käyttäjäasemien i * tapauksessa, jotka liikkuvat verkossa verkko-operaattorin asettamien sääntöjen mukaan.

116355 e

Jotta kanavanvaihtoehdokkaat saataisiin määritetyksi suu-5 remmalla tarkkuusasteella, voidaan käyttää rekistereitä, joihin tallennetaan tieto siitä, miten pitkän ajan kukin mahdollinen ehdokas on antanut tarkoituksenmukaiset suoritusarvot, jonka ajan mittana on esimerkiksi niiden päivitysvälien T lukumäärä n, joiden yli tällaiset suoritusar-10 vot on mitattu.

Vaikka kuvion 2 vaiheen (5) yhteydessä on selitetty sig-naalinvoimakkuuteen perustuva menetelmä, niin on selvää, että on mahdollista ottaa lukuun muita parametreja kuten 15 esimerkiksi signaalinlaatu ilmaistuna siirron bittivirhei-den lukumääränä (GSM:ssä järjestelmäparametri rxqual).

» * • · • I «» * * * • i i * I « • » t · ' ‘ > t • I t t · » » * r »

Claims (5)

116355

1. Kanavanvaihdon hallintajärjestelmä hierarkkista solukkoverkkoa varten, jossa on useita tukiasemia, jotka 5 kaikki pystyvät keräämään palvelualueellaan sijaitsevilta matkaviestimiltä tietoja, jotka yksilöivät kanavanvaihtoa varten mahdolliset tukiasemaehdokkaat kulloisenkin potentiaalisen signaalinlaadun perusteella, tunnettu siitä, että se käsittää nopeudenmittausvälineet (2) täten 10 tunnistettujen mahdollisten tukiasemien vaihtumisnopeuden mittaamiseksi, vertailuvälineet (3) tämän nopeuden vertaamiseksi ennalta määrättyyn kynnykseen sekä kanavanvaihdon ohjausvälineet (4, 5), jotka reagoivat mainittujen vertai-luvälineiden antamaan ohjaukseen viestiyhteyden ylläpitä-15 miseksi matkaviestimen ja hierarkiassa korkeammalla tasol la olevan tukiaseman välillä tai kanavanvaihdon sallimiseksi alemmalle tasolle vertailun perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, GSM- 20 protokollan mukaan toimivaa solukkoverkkoa varten, tunnettu siitä, että mainitut nopeudenmittausvälineet on sovitettu mittaamaan tukiasemien tunnuskoodien *;· (BSIC, base station identity codes) vaihtumisnopeus matka- *;· viestimen palvelevalle tukiasemalle tekemissä ilmoituksis- 25 sa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, • * · tunnettu siitä, että mainitut mittausvälineet käsittävät progressiivisesti keskiarvottavan suorittimen, * » · ! 30 joka on sovitettu toimimaan 'vuotava sanko' ('leaky buck- et') -periaatteella. » 4 * » ·

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut nopeudenmittausväli-. ’*·’ 35 neet on sovitettu tunnistamaan tukiasema, joka on pysynyt > 116355 ίο ehdokkaana pitemmän ajan kuin muut ehdokkaat, ja että mainitut kanavanvaihdon ohjausvälineet (5) reagoivat mainittujen nopeudenmittausvälineiden antamaan ohjaukseen tällaisen ehdokkaan valitsemiseksi kanavanvaihtoa varten. 5

5. Tukiasema hierarkkista solukkoverkkoa varten, tunnettu siitä, että se käsittää minkä tahansa edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukaisen kanavanvaihdon hallintajärjestelmän. » » · i * - ' » < · ♦ • I · t I I I I > · * t ) t * 116355