SE468696B - Foerfarande att utfoera handover i ett mobilradiosystem med celler i flera skikt - Google Patents

Description

468 6 nsnocönnnsn rön urvnmznzsnn Två slag eller typer av handover utnyttjas i mobilradiosystem.

Den ena typen, íntercell handover, avser handover från en cell till en annan cell och är beskriven nedan. Den andra typen, intracell handover, avser handover mellan olika kanaler tillhö- rande samma basstation. Denna handovertyp kommer ej att vidare behandlas i denna patentansökan.

Kriteriet för att en íntercell handover skall utföras är i första hand att utbredningsdâmpningen mellan mobilstation och betj änande basstation överstiger utbredningsdämpningen mellan mobilstation och mottagande basstation. Utbredningsdâmpningen kan uppskattas antingen genom att omgivande basstationer mäter mottagen signalstyrka från mobilstationen eller genom att mobilstationen mäter mottagen signalstyrka från omgivande basstationer.

Olika metoder för mätvärdeinsamling och handoverbeslutsfattande kan användas: NCHO (Network controlled handover) där mobilen är helt passiv, HAHO (Mobile assisted handover) där mobilen mäter upp mottagna signalstyrkor mm och rapporterar detta till det fasta nätet (mobiltelefonvâxel etc) där sedan handoverbeslut fattas eller HCHO (mobile controlled handover) där mobilen både mäter upp mottagna signalstyrkor mm och fattar handoverbeslut.

Dessa förfaranden förutsätter att det finns en mottagande basstation identifierad, vars signalstyrka kan mätas och till vilken handover kan ske efter det att beslutet fattats. Detta erbjuder vanligtvis inga problem i normala cellstrukturer och i normalt befolkade områden.

Situationer kan emellertid uppkomma i tättbebyggda områden med mikrocellstruktur, där ingen lämplig handoverkandidat (mottagande basstation) kan identifieras. Detta kan t ex bero på att mobilen rör sig pä en gata och plötsligt svänger runt ett gatuhörn.

Handover till en mottagande basstation som befinner sig på den nya gatan kan inte utföras förrän erforderliga mätningar enligt 3 468 696 ovan har utförts vilket kräver viss tid. Eftersom den ursprung- liga kommunikationslänken försämras nästan omedelbart från det att mobilen svängt runt gathörnet kan samtalet förloras innan handoverbeslutet har gjorts. Denna plötsliga förändring av radioförbindelsen i samband med handover utgör således problem för tättbebyggda områden med mikroceller.

Föreliggande metod avser att lösa ovannämnda problem i det fall att en paraplycell finns till förfogande för de mikroceller som täcker det omrâde där förändringar kan uppstå som ger plötslig försämring av mottagningsförhållandena så att någon bestämd handoverkandidat ej kan identifieras.

Enligt den föreslagna metoden utförs handover till den.basstation som täcker en cell vilken befinner sig i ett högre cellskikt än det som mobilen befinner sig i.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar där ' figur 1 visar en förenklad skiss över två basstationer och en mobilstation: figur 2 visar schematiskt tre olika cellskikt; figur 3 visar en gatubild med tre microceller och en paraplycell; figur 4 visar ett signalstyrkediagram; figur 5 visar ett flödesschema vid ett fall av handover enligt föreliggande uppfinning: figur 6 visar ett flödesschema vid ett annat fall av handover enligt uppfinningen. urrönnzssrommn Figur 1 visar schematiskt en.mobilstation MS och två basstationer BS1 respektive BS2 i ett cellulârt mobiltelefonsystem. Systemet kan vara FDMA, dvs varje radiofrekvens motsvarar en radiokanal av ett antal radiokanaler inom en cell som betjänas av en basstation 4 6 8 696 BS1 och BS2. Mobiltelefonsystemet kan även vara av typ TDMA eller CDMA, där i det förra fallet en radiokanal motsvaras av en viss bärfrekvens och en viss tidlucka (eller delar av vissa tidluc- kor). I CDMA motsvaras en viss radiokanal av en viss bärfrekvens och en (eller flera) tidluckor, men bârfrekvensernas värden och tidluckornas positioner inom en ram varierar för var och en av radiokanalerna enligt en för kanalen speciell kod.

Mobilstationen MS antas kommunicera med basstationen BS1 över en viss radiokanal men antas avlägsna sig mer och mer från denna basstation samtidigt som mobilstationen närmar sig basstationen BS2. Då signalstyrkan från MS sjunkit under ett visst värde vilket mäts av BS1 under pågående kommunikation meddelar basstationen BS1 att handover till en annan basstation bör ske.

Mobiltelefonvâxeln jämför signalstyrkan från MS mottagen i BS2 och finner att basstationen BS2 är lämplig varför handover till denna sker. Detta handoverförfarande gäller för'nuvarande analoga system (FDMA).

I de kommande digitala mobiltelefonsystemen av typ TDMA, exempelvis det paneuropeiska systemet GSM sker handover enligt följande principer: l. SSBS2 > SSBS1 + Hysteres 2' SSBS1 < fixt värde . I 1" 3. Qualgsl < fixt varde ned anken 4. SSMS < fix varde upplânken . Qual < fixt värde MS Normalt används i GSM endast villkoret 1. Övriga villkor är alarmvillkor och används endast i undantagsfall. Om kriteriet 1 inte fungerar, dvs man kan ej finna någon ny basstation BS2 på grundval av detta kriterium, kan i stället något/några av kriterierna 2-5 utnyttjas för att initiera handover.

Basstationerna BS1 och BS2 i figur 1 betjänar var sin cell. Dessa båda celler är normalt makroceller med upp till flera km radie.

I ett mobiltelefonsystem kan cellerna vara organiserade i en f; 468 696 flerlagers cellstruktur enligt figur 2. I det översta lagret MAC är makrocellerna (de normala cellerna) organiserade i vissa cellstrukturer på känt sätt och med vissa återupprepningsavstánd för de i systemet ingående kanalernas frekvenser. På liknande sätt men oberoende av skiktet MAC är mikrocellskiktet MIC organi- serade och planerade liksom skiktet PIC av pikoceller. Mer än ett skikt täcker en viss geografisk area. De små cellerna dvs mikro- och pikocellerna är anordnade för att åstadkomma hög kapacitet, medan makro- eller paraplycellerna tillhandahåller bred yttäck- ning och förbättrade handoveregenskaper.

För att närmare belysa problemställningen hänvisas till figur 3 och diagrammet i figur 4.

Figur 3 visar en del av ett gatunät i en stad med hög abonnenttäthet. Basstationen BS1 betjänar en mikrocell Cl som bl a omfattar husblocken B1-B4 och tillhörande gator. Bassta- tionen BS2 betjänar en annan mikrocell C2 som bl a omfattar husblocken B5-B8 och tillhörande gator. Basstationen.BS3 betjänar en tredje mikrocell C3 som kan omfatta husblocken B4 och B7 jämte tillhörande gator. Mikrocellerna Cl-C3 har en gemensam täckande paraplycell PC som betjänas av en basstation BS.

Då en MS rör sig i riktning enligt pilen i figur 3 ökar utbred- ningsdämpningen till BS1 respektive minskar till BS2. Uppmätt signalstyrka :i de olika basstationerna (NCHO) alternativt i mobilstationen (MAHO,MCHO) kan se ut som i diagrammet enligt figur 4 väg d (väg d svarar mot det fall då MS'en rör sig rakt mot BS2, väg dl gäller från gatukorsningen mot BS3).

Det antas nu att mobilen närmar sig gatukorset vid blocken B2, B4, B5, B7 och vill svänga till höger ned mot basstation BS3.

Signalstyrkan i punkten 1. framgår av diagrammet enligt figur 4 (t=t1). Fram till punkt 2 då svängen sker avtar signalstyrkan från BS1 och ökar från BS2. Samtidigt har signalstyrkan från BS3 språngvis ökat, se BS3 (d). Efter svängen i punkten 3 har signalstyrkan från basstationerna BS1 och BS2 språngvis minskat, se BS1 (dl), BS2 (dl) i figur 4. 46 0\ uD Cm O Antag vidare att signalstyrkan från basstationerna BS1, BS2 och BS3 har uppmätts exempelvis av mobilen MS (MAHO) i tidpunkterna tl, tz, t3, t4 och ts. Därvid fås a) 4 bra mätvärden och 1 dåligt på BS1 b) 4 bra mätvärden (dock sämre än i a) och 1 dåligt på BS2 c) 2 dåliga och 3 bra mätvärden på BS3 Resultaten a)-c) ger felaktig information till mobilen MS och därmed också till mobiltelefonvâxeln där handoverbeslutet fattas, eftersom i detta fall BS3 uppenbarligen är den bästa bassta- tionen.

Som följd av resultaten a)-c) utförs ingen handover baserat på kriterium 1. I stället fås, eventuellt efter en kort fördröjning, alarm enligt något/några av kriterierna 2 och 3 i MS eller 4 och i BS. Denna information är fördröjd och på grund av att ingen lämplig handoverkandidat är identifierad föreligger risk att förbindelsen.bryts och nedkopplas i stället för att handover till BS3 utförs.

Enligt det föreslagna förfarandet görs handover till den basstation BS som betjänar paraplycellen PC till de tre mikro- cellerna Cl-C3. Basstationen BS för denna.paraplycell är placerad så att signalstyrkan från denna är tillräcklig att nå mobiler på praktiskt taget alla ställen inom dess tâckningsområde. Om således i en mikrocell en allt svagare signalstyrka uppmätts från den betjänande basstationen (B81) eller av mobilen själv (HAHO) och dessutom kvalitén eller signalstyrkan enligt kriterierna 2-5 ovan försämras på den aktuella kanalen dras slutsatsen (i MSC) att det inte har varit möjligt att välja en lämplig mottagande basstation (BS2 eller BS3). - Denna slutsats utnyttjar mobiltelefonväxeln MSC så att den fattar beslut om handoverkommando till paraplycellens basstation BS.

Basstationen BS kan alltid identifieras, dess signaler' har tillräcklig uteffekt och dess antenn (eller antenner) är placerade så att god täckning fås över stort omrâde. Handoverkom- 468 696 mando skickas antingen från den gamla basstationen BS1, ev med förhöjd uteffekt för att säkerställa att det mottas korrekt i mobilen eller från den nya basstationen BS (s k frequency violation) .

Figur 5 visar ett flödesschema över metoden enligt föreliggande uppfinning vid handover från en mikrocell till en paraplycell.

Vid "start" befinner sig mobilstationen MS enligt figur 3 någonstans på gatan före punkten 1, och i mikrocellen Cl, block 1. Mobilstationen MS kan mäta signalstyrkan för angränsande basstationer BS2, BS3 och sänder resultatet av dessa mätningar till basstationen BS1 som i sin tur sänder till mobiltelefon- växeln, block 2 i figur 5. Mätningarna enligt block 2 kan göras kontinuerligt av mobilstationen (GSM). Efter ett visst antal mätvärden från en viss basstation bildas ett mätmedelvärde för denna basstation och pä samma sätt mâtmedelvärdena för övriga basstationer, jämför diagrammet enligt figur 4.

Efter det att medelvárden enligt ovan bildats kan mobiltelefon- växeln avgöra om handover skall utföras. Detta görs genom jämförelse av mâtmedelvärdena kontinuerligt enligt ruta 3 i figur 5.

Om basstationen i någon annan mikrocell har högre signalstyrka enligt kriterium 1 ovan görs handover till denna basstation på känt sätt. Detta fall motsvarar "Ja" från rutan 3 i figur 5.

Om jämförelsen enligt ruta 3 visade att någon annan basstation ej var starkare än den aktuella, "Nej ", kan tvâ fall uppstå: a) mobilstationen MS har god kommunikation med den aktuella basstationen (BS1) och något larmkriterium har ej utlösts i mobiltelefonvâxeln. Detta fall är det normala och motsvaras i figur 5 av "Nej" frán fràgeruta 6. b) mobilstationen börjar få dålig kommunikation med den aktuella basstationen (BS1) och någon annan mikrocells basstation år ej '30 O\ CD Ü\ QD bättre. Detta fall kan motsvaras av det som ovan beskrivits i samband med figur 4 punkterna 2, 23 och larmkriterium enligt kriterierna 2-5 löses ut, "Ja" från ruta 6 i figur 5. Mobil- telefonväxeln beordrar därvid mobilen MS att handover från BS1 till paraplycellens basstation BS skall utföras. Detta hand- overkommando sänds över basstationen B81 till mobilen MS med normal eller förhöjd effekt. Det är som ovan nämnts även möjligt att sända handoverkommandot via den nya basstationen BS i paraplycellen PC s k frequency violation, se USA-patentansökan nr 604522.

Handover görs till paraplycellen PC enligt ruta 7.

Figur 6 visar ett flödesschema över handover enligt föreliggande uppfinning då en mobilstation befinner sig i en paraplycell PC, exempelvis efter det att mobilstationen någon tidpunkt tidigare gjort handover från en mikrocell (figur 5) till denna paraply- cell, ruta 1. Mobilstationen mäter därvid kontinuerligt sig- nalstyrkan från basstationerna B81, B82, BS3 i mikrocellerna Cl-C3.

Flödesschemat enligt figur 6 avser att visa ett fall vid an- vändning av förfarandet enligt uppfinningen, nämligen då mobilstationens hastighet i paraplycellen avgör om handover skall utföras eller ej. Enligt ruta 2 avgörs således om mobilstationen rör sig långsamt, dvs har en hastighet v < vo där vo bestämd hastighet. Mobilens hastighet kan bestämmas i den aktuella basstationen ur dess Dopplerspektrum. är en viss Enligt ruta 2, figur 6 bestäms således om mobilen rör sig långsamt eller ej. Om mobilen inte rör sig långsamt “Nej", skall den lämpligen vara kvar i paraplycellen eftersom a) förbindelsen kan bli dålig i en mikrocell enligt figur 4, och om mobilen rör sig snabbt kan den snabbt hamna i detta läge: b) mobilen snabbt kan komma ur en mikrocell, även om fallet enligt figur 4 ej inträffar, och den således måste göra handover till en annan mikrocell. 9 468 696 Ovanstående fall undviks om mobilen är kvar i paraplycellen.

Om däremot mobilen rör sig långsamt (eller inte alls), "Ja", är det lämpligt att handover görs till en mikrocell med högsta uppmätta signalstyrka, block 3 i figur 6, eftersom sä hög trafikkapacitet som möjligt bör upprätthållas i paraplycellen.

Denna cell skall förutom sin roll av paraplycell även vara en makrocell och betjäna detta lager av celler.

I vissa fall kan paraplycellen bestå av flera mikroceller där var och en betj änas av en antenn från en gemensam basstation och där en för alla antennerna gemensam signal över en viss kanal utsänds mot en viss mobilstation (s k simulcast). En sådan paraplycell kan sägas täcka ett visst antal mikroceller nämligen de som ingår i cellen och således tillhör cellskiktet MAC (figur 2). Förfaran- det enligt uppfinningen är avsett att täcka även detta fall.

Förfarandet har enligt ovan beskrivits i samband med fast kanaltilldelning i respektive cellskikt. Detta är endast ett exempel och förfarandet kan även tillämpas på cellskikt där kanalerna är dynamiskt tilldelade.

Claims (4)

468 696 ' 1° 10 15 20 25 30 PATBNTKRÄV

1. Förfarande att utföra handover i ett mobilradiosystem med fasta basstationer (BS,BS1-BS3) och mobilstationer (MS), vilket innehåller radioceller i ett första skikt (MAC) och ett andra skikt (MIC) av radioceller där en cell i det först skiktet täcker ett visst antal celler i det andra skiktet, varvid en mobil station förflyttar sig i en första cell (C1) i nämnda andra skikt av celler och mot en andra angränsande cell (C3) i samma skikt av celler och är beredd att enligt vissa kriterier utföra handover till nämnda andra angränsande cell, k ä n n e t e c k n a t av att a) man gör ett första försök att utföra handover av mobil- stationen från den första cellen (Cl) till den andra cellen (C3) i det andra skiktet (MIC) enligt nämnda kriterier och konstaterar om dessa kriterier är uppfyllda eller ej, och b) i det fall att nämnda handoverkriterier ej är uppfyllda, ut- förs handover av nämnda mobilstation från den första cellen (Cl) i nämnda andra skikt (MIC) till den cell i nämnda första skikt, som täcker åtminstone den första och den andra cellen (Cl resp C3) i det andra skiktet (MIC).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k â n n e t e c k n a t av att handover från en cell (Cl) i det andra skiktet (MIC) utförs till en cell (PC) i det första skiktet (MAC) genom att ett handoverkommando utsänds från basstationen i cellen (Cl) i det andra skiktet (MIC) till mobilstationen (MS) med förhöjd uteffekt.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att handover från en cell (Cl) i det andra skiktet (MIC) till en cell (PC) i det första skiktet (MAC) utförs genom att ett handoverkommando utsänds från basstationen (BS) i cellen (PC) i det första skiktet (MAC). 'x I) 10 468 696 1.1

4. Förfarande att utföra handover i ett mobilradiosystem med fasta basstationer (BS,BS1-BS3) och mobilstationer (MS), vilket innehåller radioceller i ett första skikt (MAC) och ett andra skikt (MIC) av radioceller där en cell i det först skiktet täcker en visst antal celler i det andra skiktet, varvid en mobilstation (MS) förflyttar sig med en viss hastighet (v) i en cell (PC) i nämnda första skikt av celler, k ä n n e t e c k n a t av att i det fall att den mobila stationens hastighet (v) âr mindre än en viss hastighet (vo) görs handover från nämnda cell (PC) i det första skiktet till en cell (Cl) i det andra skiktet.