-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von
interzellulären
Weiterschaltungen von Gesprächen
in einem Zellularfunksystem des Typs GSM.
-
Sie
betrifft insbesondere die Inbetriebnahme von Zellularfunksystemen
in einer Stadtumgebung, wo die Verkehrsdichte eine Vermehrung der
Zellen erfordert und infolgedessen eine Verringerung ihrer Größe.
-
Bei
diesen Systemen wie den beispielsweise in den Schriften DE-A-4 414
428 und EP-A-0 589 278 beschriebenen findet die Funkversorgung eines
Gebiets durch Verwendung von auch Dachzellen genannten Makrozellen
statt, die jeweils eine gemeinsame Gruppe von Mikrozellen umfassen,
wobei jede Zelle eine Sende- und
Empfangs-Basisstation besitzt. Die Basisstation einer Dachzelle
ist im allgemeinen an einem in bezug auf die Erdoberfläche angehobenen
Punkt, beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet und seine Ausstrahlungsleistung
wird so definiert, daß sie
die Information in einer kreisförmigen
Zone in einem Umkreis von mehreren Kilometern ausstrahlen kann.
Auf andere Weise deckt jede Empfangs-/Empfangs-Basisstation einer
Mikrozelle eine Zone mit geringem Umkreis von einigen hundert Metern
ab und ihre Sende/Empfangsantennen befinden sich im allgemeinen
unterhalb der Höhe
des Dachs der Mietshäuser
beispielsweise auf öffentlichen
Lampenmasten.
-
Durch
die Dachzelle kann der überflüssige Verkehr,
der in einer Mikrozelle erscheint, absorbiert und Versorgungslöcher in
der Mikrozellenanordnung verwaltet werden. Die Mikrozellen erlauben
eine Verkehrssteigerung in einer gegebenen Zone und die Linderung
einer durch Hindernisse gehemmten Versorgung. Der Aufbau von kleindimensionierten
Mikrozellen bedeutet jedoch eine Komplexität der Behandlungen von Weiterschaltungen
von Gesprächen
zwischen Mikrozellen, da, je mehr die Größe von Mikrozellen verringert
wird, desto mehr wird es notwendig, immer häufig Weiterschaltungen zwischen
Zellen zu verwalten und dieses um so mehr bei hoher Fahrtgeschwindigkeit
der in dem so gebildeten zellularen Netz kommunizierenden Netz Mobilgeräte. Durch
dieses Problem können
Blockierungen des multizellularen Netzes entstehen, das eine beträchtliche
Zeit aufwendet, um die Signalisierungszeichen zu verwalten, die
jede Weiterschaltung begleiten. Es wird besonders in den GSM-Mobilfunknetzen
angetroffen, in denen kein Unterschied zwischen kommunizierenden
Mobilgeräten
gemacht wird, angesehen von ihrer Leistungsklasse, was eine Verfolgung
von kommunizierenden Mobilgeräten
schwierig macht, um die Entlastung der Kommunikationen von schnellen
Mobilgeräten in
der Dachzelle zu erlauben.
-
Es
ist das Ziel der Erfindung, die obenangeführten Nachteile zu mindern.
-
Dahingehend
hat die Erfindung als Aufgabe ein Verfahren zur Handhabung des interzellulären Weiterreichens
von Gesprächen
von Mobilstationen in einem Zellularfunksystem mit einer bestimmten
Anzahl von Mikrozellen innerhalb von Dachzellen jeweils mit einer
Basisstation, um den Transport der Gespräche zu erlauben, dadurch gekennzeichnet,
daß es
folgendes umfaßt:
wenn die Mobilstation unter der Kontrolle einer Basisstation einer
Mikrozelle ist, Zählen
der Anzahl von Weiterschaltungen Ho, die von der Mobilstation während eines
bestimmten Beobachtungszeitraums To zwischen Mikrozellen bewirkt
worden sind, zum Berechnen einer Weiterschaltungsrate Ho/To zum
Bewirken des Weiterreichens der Gespräche zu der Dachstation, wenn die
Weiterschaltungsrate höher
als ein bestimmter Schwellwert ist, zum Aufrechterhalten des Weiterreichens der
Gespräche
zu der Basisstation der Mikrozelle, wenn die Weiterschaltungsrate
geringer als der bestimmte Schwellwert ist, und daß es folgendes
umfaßt:
wenn die Mobilstation unter der Steuerung einer Dachzelle ist, Messen
durch Winkelmessung einer virtuellen Fahrtgeschwindigkeit der Mobilstation
in bezug auf die Basisstation der Dachzelle, um ein Weiterreichen
der Gespräche
zu einer Basisstation einer Mikrozelle zu bewirken, wenn die von
der Winkelmessung gemessene Geschwindigkeit unter einem bestimmten
Schwellwert liegt.
-
Andere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine zellulare Netzstruktur
gemäß der Erfindung;
-
2 und 3 funktionelle Organisationsschemen eines
GSM-Netzes;
-
4 ein GSM-Netz mit einem
erfindungsgemäßen Winkelmesser
in einer Dachzelle;
-
5 eine Ausführungsform
eines mit einer Basisstation einer Dachzelle verbundenen Winkelmessers
zur Erkennung des Einfallwinkels von durch die Mobilstationen abgegebenen
Nachrichtenbursts;
-
6 eine Darstellung einer
Ausbreitung einer Mehrwege-Funkwelle zwischen einer Mobilstation
und einer Basisstation;
-
7 einen Algorithmus in der
Form eines Organigramms zur Zuordnung der Verwaltung von Übertragungen
von Gesprächen
der Mobilstationen zu den Mikrozellen oder Dachstation.
-
Die
in 1 dargestellte Struktur
des Zellularnetzes umfaßt
mindestens eine Dach-Makrozelle 1 und eine bestimmte Anzahl
von Mikrozellen 2, die gemeinsam innerhalb der Makrozelle 1 angeordnet
sind.
-
Die
Mikrozellen wie auch die Dach-Makrozelle umfassen in ihrer Mitte
angeordnet eine mit BTS bezeichnete Basisstation zur Abstrahlung
von Funkwellen, deren Sendeleistung und Strahlungsdiagramm die Gebietszonen
begrenzen, die von den Mikrozellen 2 bzw. der Dachzelle 1 belegt
werden. In einem GSM-Netz definiert diese Struktur ein zellulares
Kommunikationsnetz, das die Herstellung von Digitalkommunikationen zwischen
den Mobilgeräten,
die sich in dem von den verschiedenen Zellen 1 und 2 des
Netzes belegten Gebiet befinden, und den Teilnehmern des öffentlichen
Wählnetzes
erlaubt. Die Herstellung der Kommunikationen ist dank einer Reihe
von Funktionen sichergestellt, die im gesamten Mobilfunknetz erforderlich
sind, nämlich
Anwahl, uber mittlung der Gespräche
zu den Mobilbenutzern, Weiterschalten der Gespräche zwischen Zellen, wenn die
Mobilgeräte
das von einer Zelle belegte Gebiet verlassen, um in das Gebiet einer
Nachbarzelle einzutreten, usw. Diese Funktionen sind herkömmlicherweise
in Funktionseinheiten gruppiert, die in 2 dargestellt sind und die Mobilstationen
MS, ein Funk-Teilsystem BSS und ein Verwaltungs- und Vermittlungsteilsystem
NSS umfassen.
-
Die
Mobilstation MS ermöglicht
dem Benutzer den Zugriff zu den angebotenen Kommunikationsdiensten.
Für jedes
Funk-Teilsystem BSS werden die Kommunikationen in dem gesamten von
einer Zelle begrenzten Gebiet sichergestellt. Funktionsmäßig umfaßt dieses
System eine Steuerfunktion, die von einer Basisstationssteuerung
BSC geliefert wird, und eine Funkübertragungsfunktion, die von
den Basis-Funkstationen
BTS jeder Zelle unterstützt
wird. Diese letzteren verwalten die Funkverbindungen mit den Mobilstationen
MS. Die Beziehungen zwischen einer Basisstation BTS und einer Basisstationssteuerung
BSC sind von standardisierten Schnittstellenschaltungen definiert,
die mit „Abis" bezeichnet werden.
Die Basisstationssteuerungen BSC sind über mit A bezeichnete Schnittstellen
an den Rest des GSM-Netzes angekoppelt.
-
Das
Verwaltungs- und Vermittlungs-Teilsystem NSS umfaßt drei
Elemente, eine Mobilvermittlungsstelle MSC zum Vermitteln der Gespräche zu den
Mobilgeräten
in einer Zelle, eine Datenbank HLR zum Registrieren der permanenten
Parameter eines Teilnehmers und des Standortes seiner Mobilstation,
eine Datenbank VLR, wo ein genauerer Standort der Mobilstationen
in der Rufzone registriert ist.
-
Eine
typische Konfiguration zum Dialog zwischen den Stationen MS, BTS
und BSC sind in der 3 dargestellt.
In dieser Konfiguration kommunizieren die Stationen MS über die
vorher angezeigten Schnittstellen, indem sie standardisierte Protokolle
benutzen. Das GSM-Netz der 3 wird
gemäß der Erfindung
an ein Netz mit Mikrozellen, die von Dach-Makrozellen umgeben sind, angepaßt, indem
es in der in der 4 dargestellten
Weise in der Basisstation BTS jeder Dachzelle eine Winkelmeßstation
GS enthält,
die über
an oberhalb der Gebäude
angeordnete Antennen verfügt.
Von der Basisstationssteuerung BSC wird diese veranlaßt, über eine
neue Schnittstelle „Ater" den Verkehr im Inneren
der Dachzelle zu verwalten. Die Steuerung BSC steht in Beziehung
mit den Basisstationen BTS der Mikrozellen über die standardisierte Schnittstelle „Abis". Die Basisstationen
BTS der Mikrozellen sind wie die in der 3 für
die Verwaltung der Mobilstationen MS verantwortlich, die sich in
ihrer Zelle befinden, immer unter der Bedingung, daß sie eine
geringere Geschwindigkeit als ein bestimmter Schwellwert aufweisen.
Die Mobilstationen mit höherer
Geschwindigkeit werden direkt von der Basisstation BTS der Dach-Makrozelle
verwaltet.
-
Die
Erkennung einer Fahrtgeschwindigkeit einer Mobilstation findet entweder
grob statt, indem in der Makrozelle mittels der Schnittstelle Abis
die Anzahl von Weiterschaltungen von Gesprächen zwischen Zellen gezählt wird,
wenn die Mobilstation das Gebiet einer Mikrozelle verläßt, um in
das Gebiet einer Nachbarzelle einzutreten, oder genauer, indem die
Geschwindigkeit durch eine goniometrische Anpeilung geschätzt wird, die
durch das Winkelmeßgerät der Dachstation
bewirkt wird. Ein Winkelmeßgerät zur Ausführung dieser
Anpeilung kann das Funkgoniometer sein, das die unter der Bezeichnung
TRC 2966 bekannten und von der Anmelderin im Handel erhältliche
Antenne benutzt. Dieses Funkgoniometer umfaßt in der in 5 dargestellten Weise eine Mehrwegeempfangsbaugruppe 3,
die über,
mit einem Wegeeichgenerator 10 verbundenen Schaltvorverstärker 9 an
ein Antennennetzwerk 4 angekoppelt ist. Die Mehrwegeempfangsbaugruppe 3 ist
mit der Station BTS synchronisiert, um durch Ausnutzung des besten
Signal/Rauschverhältnisses
die Winkelortung der Mobilstationen MS zu ermöglichen. Die Baugruppe 3 empfängt von
der Station BTS
-
- – einen
Synchronisationstakt, der ihr das Öffnen von Empfangsfenstern
erlaubt, in denen sich die Bursts von von den Mobilstationen erwarteten
Signalen befinden müssen;
- – einen
Frequenzbefehl zum Positionieren der Mehrwegeempfänger auf
die Frequenzen der Mobilstationen;
- – eine
Anzeige zum Signalisieren jedes erwarteten Bursttyps;
- – und
einen Code zum Anzeigen der Folgenummer, die im Falle eines Verkehrsbursts
zu suchen ist.
-
Auf
dieser Grundlage bewirkt ein nicht dargestellter und zur Empfangsbaugruppe 3 gehörender Prozessor
eine Synchronisationssuche in den Bursts von gesuchten Mobilstationen,
um dann eine Winkelmessung an diesen Bursts auszuführen, um
für jede
gesuchte Mobilstation den Einfallwinkel der Bursts der entsprechenden
Signale zu bestimmen, die Station BTS kombiniert diese Information
mit der Entfernung, die sie von der Dach-Basisstation trennt, um ihre Fahrtgeschwindigkeit
zu bestimmen.
-
Die
Synchronisationssuche findet auf bekannte Weise statt, indem die
Bezugsfolge jedes gesuchten „Bursts" mit dem empfangenen
Signal nach einer Perspektive korreliert, die der Empfangsungewißheit der GSM-Bursts
entspricht, die typischerweise 8,25 Symbole beträgt. Diese Suche findet herkömmlicherweise
in vier Stufen statt. Die erste Stufe besteht aus der Schätzung der
Korrelationsmatrix der empfangenen Signale an den N Antennen des
Netzwerks 4. Wenn man den Vektor der komplexen Einhüllenden
der an den N Antennen empfangenen Signale mit x(t) bezeichnet, schreibt
sich die Korrelationsmatrix Rx wie folgt: Rx =
E[x(t).x(t)+] (1)wobei E ein
Symbol zum Beschreiben des mathematischen Erwartungswertes ist und
x(t)+ den konjugierten transponierten Vektor
von x(t) bezeichnet.
-
Die
zweite Stufe besteht aus der Schätzung
eines Korrelationsvektors Vxd(p) eines komplexen Signals d, das
die Bezugsfolge des Bursts der empfangenen Signale mit jedem Vektor
X der komplexen Einhüllenden
der an den N Antennen des Netzwerks 4 empfangenen Signale
gemäß der folgenden
Beziehung darstellt: Vxd(p)
= Σx (n+p).d(n) (2)wobei p die
verschiedenen möglichen
Synchronisationsstellen darstellt.
-
Die
Schätzung
der Synchronisationsstelle findet in einer dritten Stufe statt,
indem ein Vektor V wie folgt berechnet wird: V = Vxd* . RX –1 .
Vxd (3)wobei
Vxd der konjugierte Vektor von Vxd ist.
-
Die
vierte Stufe schließlich
besteht aus der Suche nach dem Maximalwert der Schätzung der
Synchronisierung, der die Empfangswege am genauesten nach dem günstigsten
Signal-Rausch-Verhältnis
positioniert.
-
Der
Einfallwinkel der Bursts von Signalen kann durch verschiedene Verfahren
bestimmt werden, und insbesondere durch Verwendung des unter der
Bezeichnung MUSIC bekannten Algorithmus, die die englische Abkürzung von
Multiple Signal Classification ist. Eine Beschreibung dieses Algorithmus
ist besonders aus dem Artikel von R.O. SCHMIDT mit dem Titel „Multiple
Emitter Location and Signal parameter estimation system" ersichtlich, der
in der IEEE-Zeitschrift von März
1986 veröffentlicht
wurde.
-
Der
Algorithmus besteht aus einer Berechnung einer Korrelationsmatrix
Rxx der an die N Antennen des Winkelmeßgeräts angelegten Signale, einer
Diagonalisierung und Zerlegung in eigentliche Vektoren der Matrix
Rxx und dann einer Erkennung der eigentlichen Mindestwerte zur Bestimmung
des Einfallwinkels der Wellen an dem Netzwerk von Antennen.
-
Die
Bestimmung der Entfernung wird durch eine Bestimmung der Ausbreitungszeit
der Funkwelle zwischen der Mobilstation und der Basisstation der
Dach-Makrozelle
bewirkt.
-
Der
Zugriff zum GSM-Netz beruht auf dem Grundsatz einer Zeitmultiplexierung
TDMA. Dafür
teilt die Basisstation BTS, die Zeitgeberin ist, jeder Mobilstation
ein Zeitfenster zu, währenddem
die abgefragte Mobilstation aufgefordert wird, zu antworten. Der
Beginn des Fensters wird als der Ankunftszeitpunkt der Antwort der
Mobilstation erachtet, wenn sich diese in einem Abstand Null von
der Basisstation befindet.
-
Wenn
die Mobilstation von der Basisstation entfernt ist, kommt die Antwort
von der Mobilstation zu einem späteren
Zeitpunkt an, der in bezug auf den Anfang des Fensters verschoben
ist. Diese Verschiebung bestimmt die Entfernung, die die Mobilstation
MS von der Basisstation BTS trennt. Dieses Verfahren, das im GSM-Standard mit „Timing
advance" bezeichnet
wird, dient dazu, der Mobilstation MS die gemessene Zeitverschiebung
zu senden, um die Ausstrahlung der Folge von Informationsbit der
Dauer dieser Verschiebung vorauszusehen, damit die von ihr übertragenen
Informationen vollständig
innerhalb des Zeitfensters empfangen werden können, das ihr von der Basisstation
zugeteilt wird.
-
Um
beispielsweise diese Messungen in einem Rhythmus von zwei Messungen
pro Sekunde zu bewirken, kann die Zeitverschiebung durch das Verfahren „Timing
advance" Fahrtgeschwindigkeiten
von Mobilstationen bis zu 500 km/h zu kompensieren.
-
Unter
Berücksichtigung
der Tatsache, daß die
Synchronisation in einer Stadtumgebung über eine Ausbreitungsbahn der
Funkwellen durch Reflexionen an den Fassaden von Mietshäusern erhalten
werden kann, bestimmt die Basisstationssteuerung BSC in diesem Fall
eine in
6 dargestellte
virtuelle Entfernung DV, die von der Zeitverschiebung TA ausgedrückt als
Anzahl von Symbolen durch die folgende Beziehung definiert wird:
wobei
im GSM-Standard die Dauer
eines Modulationssymbols GMSM darstellt.
-
Ein
virtueller Standort der Mobilstation wird in bezug auf die Basisstation
der Dach-Makrozelle bestimmt, indem die virtuelle Entfernung mit
dem virtuellen Einfallswinkel der Funkwelle durch folgende Beziehungen
kombiniert wird: XV
= DV cos (AV) (5) YV = DV sin (AV) (6)wobei AV
den virtuellen Azimut der Mobilstation bezeichnet, der durch Ausführung des
obenbeschriebenen Algorithmus MUSIC bestimmt wird.
-
Diese
kartesischen Positionselemente sind jedem Mobilgerät zugeordnet.
-
Sie
werden verwendet und kombiniert, um daraus ihre virtuelle Fahrtgeschwindigkeiten
abzuleiten.
-
Wie
schon angedeutet, kann die genaue Position des Mobilgeräts in bezug
auf die Basisstation der Dach-Makrozelle
aufgrund der Gegenwart von mehrfachen Reflektoren in der Standumgebung,
die Mehrwegeübertragungen
hervorrufen, nicht mit Genauigkeit bestimmt werden. Unter diesen
Bedingungen scheint nur die Entfernung der Bewegung des Mobilgeräts zwischen
zwei Messungen ausreichend zu sein. Um diese Strecke zu erhalten,
besteht der benutzte Algorithmus daraus, zwei aufeinanderfolgende
virtuelle Positionen desselben Mobilgeräts XV
1,
XV
2 bzw. YV
1 und
YV
2 zum Berechnen seiner virtuellen Fahrtgeschwindigkeit
(VDV) durch folgende Beziehung zu nehmen:
wobei
TI die Integrationszeit ist, die der zwei Entfernungsmessungen desselben
Mobilgeräts
trennenden Dauer entspricht.
-
Diese
Operation wird in der Basisstation der Dach-Makrozelle durch die von der Winkelmessung
gelieferten virtuellen Azimutinformation realisiert.
-
Die
Information der virtuellen Fahrtgeschwindigkeit wird zu der Basisstationssteuerung
der Makrozelle mittels einer Schnittstelle „Ater" übertragen,
die dieselben Eigenschaften wie die standardisierte Schnittstelle „Abis" darstellt.
-
Die
Verwaltung der Weiterschaltungen zwischen Mikrozelle und Dachzelle
wird dann als Funktion der berechneten virtuellen Fahrtgeschwindigkeiten
bestimmt. Diese Verwaltung findet entsprechend den Stufen 11 bis 18 des
Organigramms der 7 statt.
Bei der Ankunft einer Nachricht von einer kommunizierenden Mobilstation,
dargestellt in Stufe 9, findet auf Stufe 10 eine
Prüfung
statt, um zu bestimmen, ob die Mobilstation MS der Kontrolle einer
Basisstation einer Mikrozelle oder einer Basisstation einer Dachzelle
unterliegt. Im ersteren Fall wird auf Stufe 13 die Anzahl
von Weiterschaltungen oder „Handovers" Ho zwischen Mikrozellen überprüft, die
vor kurzem von der Mobilstation ausgeführt wurden. Wenn das während der
Beobachtungszeit To erhaltene Verhältnis Ho/To größer als
ein Parameter mit Höchstwert
maxHo ist, verlangt die Basisstationssteuerung BSC der Dachzelle,
daß die
Weiterschaltung zu der Basisstation der Dachzelle ausgeführt wird.
Im entgegengesetzten Fall wird die Mobilstation weiterhin durch
die Basis-Mikrostationen verwaltet.
-
Im
zweiten Fall wird auf Stufe 15 überprüft, daß die gemessene virtuelle Fahrtgeschwindigkeit
nicht höher
als ein bestimmter Schwellwert ist.
-
Wenn
die Geschwindigkeit relativ gering ist, wird der Mobilstation erlaubt,
eine Weiterschaltung zu einer Mikrostation BTS zu bewirken, wenn
sie diese auf Stufe 16 verlangt.
im GSM-Standard die Dauer eines Modulationssymbols GMSM darstellt.
