DE4101908C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf zellulare Funksysteme und insbesondere auf Übergabetechniken zur Verwendung mit Nachrichtenübertragungsnetzwerken, die Funkzellen umfassen.

Die Übergabe ist eine Technik, die es ermöglicht, Verbindungen oder Gespräche in einem Nachrichtenübertragungsnetzwerk mit schnurlosen Telefonen oder Mobilstationen aufrechtzuerhalten, wenn das Handgerät oder die Mobilstation sich zwischen Funkzellen bewegt. Nachdem eine Verbindung aufgebaut wurde, wird die Qualität der Funkverbindung durch das Handgerät und durch die zugehörige Zellen-Basisstation überwacht. Zusätzlich werden andere Kanäle von der gleichen Zelle und von benachbarten Zellen ebenfalls als mögliche Verbindungen überwacht, zu denen eine Übergabe erfolgen kann. Gemäß vordefinierter Kriterien wird eine Verbindung oder ein Gespräch zu einer anderen Basisstation umgeschaltet, wenn sich das Mobilgerät oder das Handgerät bewegt, oder wenn sich die Ausbreitungsbedingungen ändern, damit eine Funkverbindung mit guter Qualität aufrechterhalten wird, wie dies in der US 43 98 063 und der GB 15 64 053 beschrieben ist. Wenn dies nicht durchgeführt wird, so kann sich die Gesprächsqualität in schwerwiegender Weise verschlechtern oder das Gespräch oder die Verbindung kann vollständig unterbrochen werden. Das Netzwerk oder das Handgerät oder Mobilgerät können die Intelligenz aufweisen, um Entscheidungen zur ermöglichen, wann, ob und zu welcher Zelle die Funkverbindung umgeschaltet werden sollte.

Aus der Literaturstelle Ballard, Issenmann, "Digital Cellular Mobile-Radio System ECR900" in "European Transactions on Telecommunications and related Technics", Heft 1, Vol. 1-N. 1, Januar/Februar 1990, Seiten 17 bis 30, ist weiterhin ein zellulares Funksystem bekannt, bei dem eine Anzahl von Zellen in einem Positionsbestimmungsbereich angeordnet ist, der die Gesamtfläche der Zellen überdeckt und dazu dient, festzustellen, in welchem Bereich sich ein Fahrzeug befindet, in dem ein Fahrzeug die Position in einem bestimmten Positionsbestimmungsbereich feststellt und diese Information an das Gesamtsystem weiterleitet. Die Übergabe einer Mobilstation erfolgt jedoch auch hier von einer der Zellen zur anderen.

Auch hierbei ergeben sich Probleme, wenn die Handgeräte oder Mobilstationen sich mit einer erheblichen Geschwindigkeit durch Bereiche bewegen, die durch kleine Zellen überdeckt sind, wie z. B. in Sektoren unterteilte Zellen oder Mikrozellen. Weil die Zellen klein sind, ist die Zeit, über die ein Handgerät oder eine Mobilstation in einer Zelle verweilt, kurz, und die Zeit, die benötigt wird, um eine Übergabe von einer Zelle zur anderen einzuleiten und durchzuführen, kann zu lang sein. Dies führt zu einer schlechten Gesprächsqualität und abgebrochenen Gesprächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zellulares Funksystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem diese Probleme beseitigt sind und eine einwandfreie Übergabe der Handgeräte oder der Mobilstationen von einer Zelle zur anderen möglich ist, ohne daß eine schlechte Gesprächsqualität und abgebrochene Gespräche auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein zellulares Funksystem mit einer zweischichtigen Zellenstruktur geschaffen, das aus Makrozellen besteht, die Mikrozellen überlagert sind, wobei die Übergabe zwischen den Zellen ausschließlich über die Makrozellenschicht erfolgt.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Übergabetechnik zur Verwendung mit zellularen Funksystemen geschaffen, die eine zweischichtige Zellenstruktur aufweisen, die Makrozellen umfaßt, die Mikrozellen überlagert, wobei diese Übergabe zwischen den Zellen ausschließlich über die Makrozellen-Schicht erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Zellenstruktur, die aus Makrozellen und Mikrozellen besteht,

Fig. 2 die Gegebenheiten, die zu einem schnellen Signalverlust führen können,

Fig. 3 ein Beispiel einer Folge von Übergaben für eine bestimmte Verbindung oder ein bestimmtes Gespräch gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine Zellenstruktur, die für persönliche Nachrichtenübertragungsnetzwerke mit hoher Gesprächs- oder Verkehrsdichte (PCN) geeignet ist, besteht aus einer kontinuierlichen Schicht von Makrozellen 1 (Fig. 1), die einen Radius von 1 km oder mehr aufweisen können und denen Mikrozellen 2 unterlagert sind, beispielsweise mit einem Radius von 200 m, wobei diese Mikrozellen selektiv in Bereichen mit sehr hoher Gesprächsdichte verteilt sind. Die Mikrozellen selbst berühren sich nicht notwendigerweise, um eine kontinuierliche Überdeckung zu erzielen, sondern sie liegen innerhalb der Schirmüberdeckung der Makrozellen. Weil Mikrozellen allgemein mit niedrigen Leistungspegeln betrieben werden, können die Kanalfrequenzen in kurzen räumlichen Intervallen erneut benutzt werden, was einen ausgezeichneten spektralen Wirkungsgrad ergibt.

Eine Übergabe zwischen Mikrozellen 2 und Makrozellen 1 kann für eine niedrige Geschwindigkeit aufweisende Teilnehmer (beispielsweise zu Fuß gehende Teilnehmer) unter Verwendung relativ üblicher Übergabeverfahren durchgeführt werden. Wenn jedoch Gespräche oder Verbindungen von eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Mobilstationen durch Mikrozellen verarbeitet werden, so ist die Zeit, über die man sich in jeder Mikrozelle aufhält, so kurz, daß das System die erforderlichen Übergabevorgänge nicht schnell genug ausführen kann, so daß das Gespräch abgebrochen wird. Um dies zu vermeiden, sollten sich schnell bewegende Handgeräte von den Makrozellen behandelt werden, während sich langsam bewegende Handgeräte von den Mikrozellen behandelt werden, wenn die Handgeräte sich in Mikrozellen-Überdeckungsbereichen befinden. Dies setzt jedoch gewisse Maßnahmen zur Feststellung der Geschwindigkeit des Handgerätes voraus. Dies kann indirekt durch eine neuartige Übergabetechnik durchgeführt werden, deren zwei grundlegende Ziele darin bestehen, einerseits ein Gespräch oder eine Verbindung selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn sich das Handgerät oder die Mobilstation mit hoher Geschwindigkeit durch Makrozellen und Mikrozellen bewegt, und andererseits hohe Gesprächsdichtewerte in Mikrozellen aufrechtzuerhalten, um einen guten spektralen Wirkungsgrad zu erzielen.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß Mikrozellen innerhalb der Schirmüberdeckung einer Makrozelle liegen. Die Übergabetechnik ist wie folgt: Bei einem Handgerät, das ein Gespräch über eine Mikrozellen-Basisstation ausführt und das sich zur Mikrozellen-Grenze hinbewegt, erfolgt die Übergabe sehr schnell zur Makrozelle. Dies ist erforderlich, weil die Überdeckung von der Mikrozelle sehr schnell verlorengehen kann, beispielsweise dann, wenn man sich um eine Ecke in den Schatten eines Gebäudes bewegt. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Mikrozellen-Basisstation 3 an der Wand eines Gebäudes 4 an sich kreuzenden Straßen erzeugt eine Mikrozelle 5. Ein Fahrzeug 6, das das Handgerät trägt und an der Kreuzung links abbiegt, kann die Mikrozelle sehr schnell verlassen, was dazu führt, daß das Gespräch unterbrochen wird, wenn nicht eine Übergabe auf die darüberliegende Makrozelle sehr schnell durchgeführt wird. Nachdem das Gespräch zur Makrozelle übergeben wurde, besteht eine Option zur Unterstützung eines Handgerätes oder von Mobilstationen, die sich mit hoher Gechwindigkeit bewegen, darin, das Gespräch kontinuierlich durch die Makrozellen- Basisstation abzuwickeln. Wenn jedoch eine Übergabe ausschließlich aufwärts von der Mikrozelle zur Makrozelle erfolgen würde, so würde die Gesprächsdichte in den Mikrozellen verringert und dies würde dem Zweck der Verwendung von Mikrozellen in Bereichen mit hoher Gesprächsdichte wiedersprechen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird eine Übergabe nach unten hin von der Makrozelle zur Mikrozelle durchgeführt, wenn sich das Handgerät eine ausreichend lange Zeitperiode, beispielsweise mehrere Sekunden, in einer vorgegebenen Mikrozelle befunden hat, das heißt mit einer niedrigen Zeitkonstante.

Eine Ausführungsform der Technik für die Übergabe wird im folgenden anhand der Fig. 3 beschrieben, die eine Folge von Übergaben für die Dauer eines bestimmten Gesprächs oder einer Verbindung zeigt. Fig. 3 zeigt eine geschäftige Straße 10, die teilweise durch Mikrozellen-Basisstationen 14, 15 und 16 zugeordnete Mikrozellen 11, 12 bzw. 13 und vollständig durch eine Makrozelle überdeckt ist, die einer Makrozellen- Basisstation 17 zugeordnet ist. Eine Person mit einem Handgerät 18, die sich in der Mikrozelle 11 befindet, stellt ein Gespräch her, das über die Funkstrecke 21 zu der Basisstation 14 hergestellt wird, die am nächsten liegt. Die Person steigt dann in ein Taxi 19 ein und das Gespräch wird weiter von der Basisstation 14 (Funkstrecke 22) abgewickelt. Wenn sich das Taxi der Grenze der Mikrozelle 11 nähert, wird das Gespräch sehr schnell zu der überdeckenden Makrozelle übergeben (Funkstrecke 23) um eine Verschlechterung der Gesprächsqualität zu vermeiden. Das Gespräch wird nicht an die nächste Mikrozelle 12 übergeben, weil das Handgerät in dieser Zelle nur über eine unzureichende Zeit verbleibt. Während sich das Taxi durch andere Mikrozellen 12 und 13 und einen Bereich 20 bewegt, der lediglich durch die Makrozelle überdeckt ist, wird das Gespräch immer noch weiter von der Makrozellen-Basisstation 17 abgewickelt (Funkstrecken 23, 24, 25). Dies tritt ein, weil das Handgerät 18 nicht lange genug in einer bestimmten Mikrozelle verbleibt, damit das Gespräch zu dieser Mikrozelle abgegeben wird. Schließlich stoppt das Taxi in der Mikrozelle 13 und die Person steigt aus. Wenn das System festgestellt hat, daß das Handgerät 18 in der Mikrozelle 13 über eine vorgegebene Zeitperiode verblieben ist, beispielsweise mehrere Sekunden, so wird das Gespräch zur Mikrozelle 13 übergeben (Funkstrecke 26). Unter der Annahme, daß die Person in der Mikrozelle 13 verbleibt, wird die Funkstrecke 26 aufrechterhalten, bis das Gespräch beendet wird.

Die Notwendigkeit einer Übergabe kann durch die Überwachung verschiedener unterschiedlicher Parameter festgestellt werden, wie im Fall einer üblichen Zellular-Funkübergabe. Die einfachsten Parameter sind die absolute Feldstärke, die relative Feldstärke und die Bit-Fehlerrate BER (für digitale Systeme). Digitale Systeme ermöglichen es weiterhin, die Verzögerung oder Entfernung von der Basisstation als Anzeige für eine Übergabe zu verwenden. Weitere Faktoren können in Betracht gezogen werden. Beispielsweise würde die Änderungsgeschwindigkeit der Entfernung von der Basisstation anzeigen, ob sich eine Mobilstation schnell bewegt oder nicht. Ein derartiges Maß würde eine frühzeitige Anzeige der Notwendigkeit der Übergabe von einer Mikrozelle zu einer Makrozelle geben. Wie dies üblich ist, kann die tatsächliche Übergabeentscheidung entweder in dem Handgerät oder von dem Netzwerk vorgenommen werden.

Zusammenfassend wird eine Übergabetechnik für ein mobiles PCN- System vorgeschlagen, bei dem eine zweischichtige Zellenstruktur vorgesehen ist, die aus aneinander angrenzenden überlappenden Makrozellen besteht, die über Mikrozellen liegen. Eine Übergabe erfolgt lediglich über die Makrozelle, das heißt Mikrozelle zu Makrozelle, Makrozelle zur Makrozelle oder Makrozelle zu Mikrozelle. Eine Übergabe von einer Mikrozelle zu einer anderen Mikrozelle erfolgt nicht. Wenn die Qualität eines von einer Mikrozelle abgewickelten Gesprächs sich unter vorherbestimmte Kriterien verschlechtert, beispielsweise auf der Grundlage von BER-, Feldstärke- und/oder Entfernungsmessungen, so wird das Gespräch sehr schnell an die Makrozelle übergeben (Zeitkonstante von einer Sekunde oder weniger). Ein Gespräch wird lediglich dann von einer Makrozelle zu einer Mikrozelle übergeben, wenn die Funkstrecke von dem Handgerät zu der speziellen Mikrozellen- Basisstation eine ausreichende Qualität für mehr als eine vorgegebenen Dauer aufweist (mehrere Sekunden oder mehr), das heißt wenn das Handgerät in der Mikrozelle für eine erhebliche Periode verweilt hat.

In diesem Zusammenhang wird auf die parallele DE 41 01 909 A1 verwiesen, die sich auf andere Übergabetechniken bezieht.

Claims (9)

1. Zellulares Funksystem, gekennzeichnet durch eine Zweischichten-Zellenstruktur, die Makrozellen (1) umfaßt, die Mikrozellen (2) überlagern, wobei die Übergabe eines ortsbeweglichen Teilnehmers zwischen Zellen nur über die Makrozellen-Schicht (1) erfolgt.

2. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Qualität eines von einer der genannten Mikrozellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kriterien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makrozelle (1) übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilnehmer die Mikrozelle verläßt.

3. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem ortsbeweglichen Gerät aufgehendes Gespräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät zu der der darunterliegenden Mikrozelle zugeordneten Basistation (3) eine Qualität aufweist, die vorgegebene Kriterien für mehr als eine vorgegebenen Zeit übersteigt.

4. Zellulares Funksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Handgerät ist.

5. Zellulares Funksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kriterien für eine Gesprächsqualität einen oder mehrere der folgenden Parameter einschließen: Bitfehlerrate, Feldstärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der Entfernung.

6. Übergabeverfahren zur Verwendung mit Funksystemen, bei denen der von den Funksystemen überdeckte Bereich einzelne Zellen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweischichtige Zellenstruktur verrwendet wird, die Makrozellen (1) umfaßt, die Mikrozellen (2) überlagern und daß eine Übergabe eines ortsbeweglichen Teilnehmers zwischen Zellen lediglich über die Makrozellen-Schicht (1) durchgeführt wird.

7. Übergabeverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Qualität eines von einer der genannten Mikrozellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kriterien absinkt, das Gespräch zu der darüberliegenden Makrozelle (1) übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilnehmer die Mikrozelle verläßt.

8. Übergabeverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem ortsbeweglichen Gerät ausgehendes Gespräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät zu der der darunterliegenden Mikrozelle (1, 5) zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die vorgegebene Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit überschreitet.

9. Übergabeverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kriterien für die Zellenqualität ein oder mehrere der folgenden Kriterien einschließen: Bitfehlerrate, Feldstärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der Entfernung.