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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Übergabevorgang bei einem zellularen
Kommunikationssystem, das zumindest eine Basisstation für jede Zelle
aufweist, wobei die Basisstation durch eine Basisstationssteuereinrichtung
gesteuert wird, die eine oder mehr Basisstationen steuert und wobei
die Basisstationssteuereinrichtung mit den unter ihrer Steuerung
befindlichen Basisstationen ein Basisstationssystem ausbildet.
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Die
Erfindung ist besonders gut auf zellulare Kommunikationssysteme
gemäß der CDMA-Technik anwendbar.
Ein CDMA-System (Codemultiplex) ist ein Multiplexverfahren, das
auf der Spreizspektrumtechnologie basiert, und dessen Anwendung
bei zellularen Kommunikationssystemen in jüngster Zeit zusammen mit den
früheren
FDMR- (Frequenzmultiplex) und TDMA-Technologien (Zeitmultiplex)
initiiert wurde. Die CDMA-Technologie bietet mehrere Vorteile gegenüber den
früheren
Verfahren, wie etwa bezüglich
der spektralen Effizienz, der einfachen Frequenzplanung und der
Verkehrskapazität.
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Bei
einem CDMA-Verfahren wird das Schmalbanddatensignal des Nutzers
durch einen Spreizcode mit einer sehr viel weiteren Bandbreite auf
ein relativ breites Verkehrskanalband multipliziert. Bei den bekannten
experimentellen zellularen Netzwerksystemen beinhalten die auf Verkehrskanälen verwendeten
Bandbreiten beispielsweise 1,25 MHz, 10 MHz und 25 MHz, Bei dem
Multiplikationsvorgang spreizt sich das Datensignal auf das gesamte
verwendete Band auf. Alle Nutzer übertragen gleichzeitig unter
Verwendung desselben Frequenzbandes, dass heißt Verkehrkanals. Ein separater Spreizcode
wird für
jede Verbindung zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmerendgeräteausrüstung verwendet,
und die Signale der Nutzer können voneinander
auf der Basis des Spreizcodes jeder Verbindung identifiziert werden.
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Bei
einem CDMA-System übertragen
dann alle Nutzer auf demselben relativ breiten Frequenzband. Der
Verkehrskanal des Benutzers wird durch einen Spreizcode ausgebildet,
der für
die Verbindung charakteristisch ist, und auf dessen Grundlage die Übertragung
des Nutzers von den Übertragungen anderer
Verbindungen identifiziert wird, wie vorstehend beschrieben ist.
Da sich üblicherweise
eine beträchtliche
Anzahl von Spreizcodes in der Verwendung befindet, weist das CDMA-System
keine definitive Kapazitätsgrenze
wie die FDMA- und die TDMA-Systeme
auf. Das CDMA-System ist ein sogenanntes interferenzbeschränktes System,
bei dem die Anzahl von Nutzern durch den Interferenzpegel beschränkt ist,
den ein Nutzer einem anderen verursachen darf. Da die Spreizcodes
der Nutzer bei den in Verwendung befindlichen Systemen bezüglich der durch
die benachbarte Zelle verwendeten Spreizcodes nicht völlig unkorreliert
sind, verursachen insbesondere gleichzeitige Nutzer zu einem gewissen Grad
eine Interferenz beieinander. Diese von einem Nutzer bei einem anderen
verursachte Art von Interferenz wird als Mehrnutzerinterferenz bezeichnet. Wenn
die Anzahl von Nutzern steigt, erhöht sich folglich der Interferenzpegel,
den sie einander verursachen, und wenn die Anzahl von Nutzern ein
bestimmtes Niveau erreicht, erhöht
sich die Interferenz derart, dass die Qualität der Verbindungen beschädigt wird. Bei
dem System ist es möglich,
einen nicht zu überschreitenden
Interferenzpegel zu bestimmen, und somit eine Grenze für die Anzahl
von gleichzeitigen Nutzern einzustellen, das heißt für die Kapazität des Systems.
Ein temporäres Überschreiten
der Anzahl kann jedoch erlaubt werden, was bedeutet, dass ein Teil
der Verbindungsqualität
zugunsten der Kapazität geopfert
wird.
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Bei
einer typischen Mobilstationsumgebung reisen die Signale zwischen
einer Basisstation und einer Mobilstation durch mehrere verschiedene
Pfade zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung.
Diese Multipfadausbreitung wird hauptsächlich durch von den umgebenden
Oberflächen
reflektierte Signale verursacht. Durch verschiedene Pfade gereiste
Signale kommen bei der Empfangseinrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten
aufgrund von verschiedenen Verzögerungen
bei der Ausbreitungszeit an. Das CDMA-Verfahren unterscheidet sich
von den konventionellen FDMA- und TDMA-Verfahren dahingehend, dass
bei dem CDMA-Verfahren die Multipfadausbreitung beim Signalempfang
verwendet werden kann. Als eine CDMA-Empfängerlösung wird
allgemein eine sogenannte RAKE-Empfangseinrichtung
verwendet, die aus einer oder mehr RAKE-Verzweigungen besteht. Jede Verzweigung
ist eine unabhängige
Empfangseinheit, deren Funktion es ist, eine empfangene Signalkomponente
zusammenzusetzen und zu demodulieren. Jede RAKE-Verzweigung kann
zur Synchronisierung in eine Signalkomponente gesteuert werden,
die entlang einem eigenen Pfad gereist ist, und bei einer konventionellen
CDMA-Empfangseinrichtung werden die Signale der empfangenen Verzweigungen vorteilhaft
kombiniert und somit ein Signal einer guten Qualität erhalten.
Es ist möglich,
dass die durch die Verzweigungen einer CDMA-Mobilstationsempfangseinrichtung empfangenen
Signalkomponenten durch eine oder mehr Basisstationen übertragen
worden sind. Im letztgenannten Fall steht eine sogenannte Macro-Diversity
in Frage, dass heißt
ein Diversity-Modus, durch den die Qualität einer Verbindung zwischen
einer Mobilstation und einer Basisstation verbessert werden kann.
Bei zellularen CDMA-Kommunikationsnetzwerken
wird eine Macro-Diversity, die auch sanfte Übergabe genannt wird, verwendet,
um den Betrieb der Leistungssteuerung an den Basisstationsgrenzbereichen
sicherzustellen, und um eine nahtlose Übergabe zu ermöglichen.
Somit kommuniziert eine Macro-Diversity verwendende Mobilstation
gleichzeitig mit zwei oder mehr Basisstationen. Alle Verbindungen übertragen
dieselben Informationen. Als Beispiel eines Macro-Diversity verwendenden
zellularen Kommunikationssystems sei die Veröffentlichung EIA/TIA Interim
Standard: Mobil Station-Base Station Compatibility Standard for
Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, TAI/EIA/IS-95,
Juli 1993 genannt.
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Somit
kann bei einer Macro-Diversity-Situation die Endgeräteausrüstung durch
verschiedene Basisstationen übertragene
Signale kombinieren. Auf der Seite der Basisstation werden durch
zwei separate Basisstationen von der Endgeräteausrüstung empfangene Signale am
ersten möglichen
Punkt kombiniert, der in den meisten Fällen die Basisstationsteuereinrichtung
ist, in dessen Bereich sich die Basisstationen befinden. Falls die
Basisstation, mit denen die Endgeräteausrüstung gekoppelt ist, sich unter
der Steuerung von verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen
befinden, wird die praktische Implementierung einer sanften Übergabe
beträchtlich
verkompliziert, weil bei einem derartigen Fall die Verbindung in
einem Mobildienstvermittlungszentrum ausgeführt werden muss.
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Ältere zellulare
Kommunikationssysteme wie etwa GSM, NMT und AMPS verwenden eine
sogenannte harte Übergabe,
wobei der Basisstationswechsel ausgeführt wird, indem zunächst die
Verbindung zu der alten Basisstation abgebrochen wird, und dann
eine Verbindung zu einer neuen Basisstation aufgebaut wird. Bei
einem derartigen Fall ist dann die Endgeräteausrüstung lediglich mit einer Basisstation
gleichzeitig gekoppelt. Die Technologie der harten Übergabe
ist einfacher zu implementieren als eine sanfte Übergabe. Bis jetzt wurde die
harte Übergabe
nicht auf CDMA-Systeme angewendet, weil sie eine Instabilität bei der
Leistungssteuerung verursacht. Da das System interferenzbeschränkt ist,
ist eine genaue Leistungssteuerung eine Voraussetzung für den Betrieb
eines CDMA-Systems.
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Die
Druckschrift WO 9306683 offenbart Übergabeabläufe bei einem System mit sowohl
analogen als auch digitalen Abdeckungsbereichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung
sowohl einer sanften als auch einer harten Übergabe besonders bei einem zellularen
CDMA-Kommunikationssystem
zu ermöglichen,
so dass die Vorteile beider Verfahren erhalten werden.
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Dies
wird durch ein Verfahren von der eingangs beschriebenen Art erzielt,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich an der Grenze von zwei oder
mehr Basisstationssystemen die Dienstbereiche der Basisstation unter
verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen zumindest teilweise überlappen,
und dass, wenn sich eine Endgeräteausrüstung von
einem Basisstationssystem zu einem anderen bewegt, der Übergabevorgang
so ausgeführt
wird, dass wenn sich die Endgeräteausrüstung in
eine von zwei oder mehr Basisstationen bediente Zellen bewegt, die
zu den Bereichen von verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen
gehören,
die Endgeräteausrüstung einen
sanften Übergabevorgang
von der alten Zelle auf die neue Zelle ausführt, und wenn sie sich weiter
zu der Zellengrenze hinbewegt, sie einen harten Übergabevorgang von der Basisstation des
alten Basisstationssystems zu der Basisstation des neuen Basisstationssystems
ausführt,
wobei der Dienstbereich dieser Basisstation zumindest teilweise
mit dem der vorherigen Basisstation überlappt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein zellulares Kommunikationssystem, das
in jeder Zelle zumindest eine Basisstation aufweist, die von einer
Basisstationssteuereinrichtung gesteuert wird, die eine oder mehr
Basisstationen steuert, und wobei die Basisstationssteuereinrichtung
zusammen mit den Basisstationen unter ihrer Steuerung ein Basisstationssystem ausbildet.
Für ein
erfindungsgemäßes zellulares Kommunikationssystem
ist es kennzeichnend, dass sich am Grenzbereich von zwei oder mehr
Basisstationssystemen die Dienstbereiche von Basisstationen unter
der Steuerung von verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen
zumindest teilweise überlappen,
und dass, wenn sich eine Endgerätausrüstung des
Systems in eine von zwei oder mehr Basisstationen bediente Zellen
bewegt, die zu Bereichen von verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen
gehören,
die Endgerätausrüstung angeordnet ist,
um einen sanften Übergabevorgang
von der alten Zelle auf die neue Zelle auszuführen, und wenn sie sich weiter
zu der Zellengrenze bewegt, die Endgerätausrüstung des Systems angeordnet ist,
um einen harten Übergabevorgang
von der Basisstation des alten Basisstationssystems auf die neue
Basisstation des neuen Basisstationssystems auszuführen, wobei sich
der Dienstbereich dieser Basisstation zumindest teilweise mit dem
der vorherigen Basisstation überlappt.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren bleibt
die Leistungssteuerung des Netzwerks stabil, selbst wenn eine harte Übergabe
verwendet wird, und die Komplexität einer sanften Übergabe
an der Grenze zwischen zwei Basisstationssteuereinrichtungen kann
vermieden werden.
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Erfindungsgemäß kann die
Verwendung eines sanften Übergabevorgangs
und eines harten Übergabevorgangs
kombiniert werden, so dass, falls eine Teilnehmerendgerätausrüstung sich
innerhalb eines Basisstationssystems befindet, sie von einer Basisstation
zu einer anderen durch einen sanften Übergabevorgang übergeben
wird, und der Basisstationswechsel zum Bereich der neuen Basisstationssteuereinrichtung
durch einen harten Übergabevorgang
ausgeführt
wird. Bei einer erfindungsgemäßen Implementierung,
bei der sich die Dienstbereiche der Basisstationen, die an der Grenze
von Basisstationssteuereinrichtungen liegen, überlappen, werden die Probleme
vermieden, die der harte Übergabevorgang
vormals bei der Leistungssteuerung des Systems verursacht hat.
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Nachstehend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zur beispielhaften Darstellung der Struktur eines
zellularen Kommunikationssystems,
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2 eine
beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen zellularen Kommunikationssystems,
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die 3a bis 3c beispielhafte
Darstellungen einer Basisstationskonfiguration, und
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4 die
Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine typische Struktur eines zellularen Kommunikationssystems. Der
durch das System abgedeckte Bereich wird typischerweise in Basisstationssysteme
BSS unterteilt, von denen jedes aus einer Basisstationssteuereinrichtung
BSC und an die Basisstationssteuereinrichtung BSC gekoppelte Basisstationen
BTS besteht, wobei die Basisstationen die Teilnehmerendgerätausrüstungen
MS in ihrem Dienstbereich bedienen. Die Basisstationssteuereinrichtungen
sind wiederum typischerweise mit Mobildienstvermittlungszentren
MSC gekoppelt, von denen Anrufe an das Festnetz und andere Mobildienstvermittlungszentren
weitergeleitet werden.
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Bei
einem typischen einen sanften Übergabevorgang
verwendenden System sind die Steuerfunktionen des Basisstationssystems
BSS in einer Basisstationssteuereinrichtung BSC konzentriert. Eine
Basisstation BTS handhabt die Betriebsvorgänge der physikalischen Schicht,
wie etwa das Senden und Empfangen des Signals über den Funkpfad, und ist im
großen
Ausmaß im
Hinblick auf die Signalisierung zwischen der Endgerätausrüstung und
der höher
Ebene des Systems eine transparente Komponente. Typische Funktionen
einer Basisstationssteuereinrichtung beinhalten beispielsweise das
Steuern von Funkressourcen innerhalb des Basisstationssystem BSS,
das Verbinden von Signalen zwischen Basisstationen BTS und dem Rest
des Netzwerks, das Steuern der Macro-Diversity, und das Ausbalancieren
der Leistungssteuerung im gesamten BSS-Bereich.
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Die
Struktur eines zellularen Kommunikationssystems ist in 2 dargestellt.
Die Figur zeigt eine Anzahl von Zellen innerhalb des Systems, wobei jede
Zelle durch eine Basisstation bedient wird. Der Bereich des Systems
in der Figur ist in vier Basisstationssysteme A, B, C und D gemäß der Markierung
in der Figur aufgeteilt. Bei einem erfindungsgemäßen zellularen Kommunikationssystem
werden die im Grenzbereich zwischen den Basisstationssystemen angeordneten
Zellen durch zwei Basisstationen bedient, die zu Bereichen von verschiedenen
Basisstationssteuereinrichtungen gehören. In der Figur sind diese
Zellen durch zwei Buchstaben markiert, beispielsweise AB, wobei
diese Zelle somit durch Basisstationen unter der Steuerung der Basisstationssysteme
A und B bedient werden.
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Die
Betriebsweisen der beiden Basisstationen sind voneinander unabhängig, aber
weil ihr Abdeckungsbereich und ihre Ausbreitungsbedingungen identisch
sind, behindern sich ihre Betriebsvorgänge untereinander nicht. Beide
Basisstationen steuern die Sendeleistungspegel jener Endgeräteausrüstungen,
mit denen sie gekoppelt sind, unabhängig. Beide Basisstationen
arbeiten zudem auf demselben Frequenzbereich, aber sie verwenden
verschiedene Spreizcodes. Aufgrund des identischen Abdeckungsbereichs
ist der Interferenzpegel für
beide Basisstationen identisch, und daher sind die Leistungssteuerungsfunktionen
wie bei einer Situation ausbalanciert, bei der eine Zelle durch
eine Basisstation bedient wird. Es sei jedoch angemerkt, dass die
kombinierte Kapazität
der Basisstationen dieselbe ist, wie im Falle einer Zelle mit einer
Basisstation, weil die Zellengesamtinterferenz, welche die Kapazität der Zelle
beschränkt,
in beiden Fällen
gleich ist.
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Überlappende
Zelle umfassen üblicherweise zwei
Basisstationen, aber an den Ecken von Basisstationssystemen kann
es nötig
sein, eine Kombination von beispielsweise drei oder sogar noch mehr Basisstationen
zu verwenden. Im Beispiel von 2 umfasst
die am Knoten von vier Basisstationssystemen angeordnete zentrale
Zelle Basisstationen unter der Steuerung von vier Basisstationssteuereinrichtungen
A, B, C und D.
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Bei
dem Beispiel von 2 gibt es Zellen mit einer Tiefe
von einer Zelle, aber an der Grenze von BSS-Bereichen ist es außerdem möglich, überlappende Zellen in einer
Tiefe von zwei Zellen zu verwenden. Die Netzwerkplanung muss so
ausgeführt werden,
dass keine Situation auftritt, bei der eine Endgerätausrüstung in
einer Situation einer sanften Übergabe
mit Basisstationen von verschiedenen Basisstationssystemen kommt.
Eine Situation wie diese kann stets blockiert werden, falls es genug
Tiefe bei der Überlappung
von Zellen gibt.
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Denselben
geographischen Bereich bedienende Basisstationen können auf
mehrere verschiedene Weisen implementiert werden, von denen einige
in den 3a bis 3c dargestellt
sind. 3a zeigt ein Beispiel, bei dem
Basisstationen als Einheiten 30, 31 völlig unabhängig voneinander
implementiert worden sind, und wobei beide separate Antennen 32, 33 aufweisen.
Die Antennen sollten nahe beieinander platziert sein, damit der
Funkpfad von beiden Zellen gleiche Ausbreitungsbedingungen zeigt. Jede
Basisstation ist mit einer eigenen Basisstationssteuereinrichtung 34, 35 verbunden.
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3b zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei die Basisstationsausrüstungen 30, 31 getrennt
sind, aber dieselbe Antenne 32 verwenden. Bei einem derartigen
Fall sind die Kosten einer Basisstation geringer, als bei dem vorstehend
angeführten
Ausführungsbeispiel,
weil die Kosten für
Antenne und Mast niedriger sind.
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3c stellt
ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen zellularen
Kommunikationssystems dar, wobei überlappende Basisstationsausrüstungen
durch Unterteilen einer physikalischen Basisstationsausrüstung 36 in zwei
logische Abschnitte 30, 31 implementiert sind, die
sich unter der Steuerung von verschiedenen Basisstationssteuereinrichtungen 34, 35 befinden
und dieselbe Antenne 32 verwenden. Somit verwenden die
Basisstationen 30, 31 dieselben physikalischen Ressourcen,
außer
dass die Ausrüstung
verschiedene Verbindungen für
zwei Basisstationssteuereinrichtungen aufweisen muss.
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Nachstehend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben. Die Figur
zeigt zwei Basisstationssteuereinrichtungen BSC1 und BSC2. Von den
Basisstationen unter der Steuerung der ersten Basisstationssteuereinrichtung
BSC1 sind die Basisstationen BTS11 bis BTS14 in der Figur gezeigt.
Von den Basisstationen unter der Steuerung der zweiten Basisstationssteuereinrichtung
BSC2 sind die Basisstationen BTS21 bis BTS25 in der Figur gezeigt.
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Die
Teilnehmerendgerätausrüstung MS
bewegt sich in dem BSC1-Bereich hin zum BSC2-Bereich. Während sich
die Endgerätausrüstung von
einer Zelle zur anderen bewegt, kümmert sich die Basisstationssteuereinrichtung
BSC1 um die Übergaben
und die Stabilität
der Leistungssteuerung. Die Übergaben
werden als sanfte Übergabevorgänge ausgeführt, so
dass eine Verbindung mit der neuen Basisstation aufgebaut wird,
bevor die alte Verbindung getrennt wird.
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Es
sei angenommen, dass eine Endgerätausrüstung MS
sich von der durch die Basisstation BTS12 bedienten Zelle 40 zu
der Zelle 41 bewegt, die sich an der Grenze zwischen den
beiden Basisstationssystemen befindet. Die Zelle wird von zwei überlappenden
Basisstationen bedient, BTS11 und BTS21. Die Basisstation BTS11
ist mit der Basisstationssteuereinrichtung BSC1 gekoppelt, und die
Basisstation BTS21 ist mit der Basisstationssteuereinrichtung BSC2
gekoppelt. Während
sich die Endgerätausrüstung in
die Zelle 41 bewegt, führt
sie, gesteuert durch die Basisstationssteuereinrichtung BSC1, einen
sanften Übergabevorgang
auf einen Verkehrskanal der Basisstation BTS11 aus.
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Es
sei ferner angenommen, dass sich die Endgerätausrüstung zu der Zelle 42 hin
bewegt, und schließlich
in deren Bereich kommt. Die Basisstation BTS22, welche die Zelle 42 bedient,
befindet sich unter der Steuerung der Basisstationssteuereinrichtung BSC2.
Bevor es möglich
ist, die Basisstation BTS22 für
den Übergabevorgang
zu aktivieren, muss zunächst
die Anrufsteuerung von der vorherigen Basisstationssteuereinrichtung
BSC1 auf die Basisstationssteuereinrichtung BSC2 geschaltet werden.
Dies geschieht durch einen harten Übergabevorgang. Die Endgerätausrüstung führt einen
harten Übergabevorgang
von der Basisstation BTS11 auf die Basisstation BTS21 aus, und folglich
findet der Basisstationssteuereinrichtungswechsel von BSC1 zu BSC2
statt. Bei einem harten Übergabevorgang ändert sich
der durch die Endgerätausrüstung verwendete
Spreizcode.
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Während der Übergabevorgang
aus dem Blickwinkel der Endgerätausrüstung in
derselben Zelle ausgeführt
wird, finden keine plötzlichen Änderungen
bei der Leistungssteuerung statt.
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Falls
die Endgerätausrüstung zu
dem Zeitpunkt, zu dem die Übergabe
ausgeführt
wird, gleichzeitig mit mehreren Basisstationen gekoppelt ist, die überlappende
Zellen bedienen, wird der harte Übergabevorgang
ebenfalls an diesen Basisstationen gleichzeitig ausgeführt. Eine
derartige Situation ist besonders bei Fällen möglich, wo es überlappende Basisstationen
in einer Tiefe von mehreren Zellen an den Grenzbereichen zwischen
Basisstationssystemen gibt.
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Somit
befindet sich die Endgerätausrüstung nunmehr
unter der Steuerung der Basisstationssteuereinrichtung BSC2, und
während
sie sich tiefer in die Zelle 42 bewegt, kann sie eine sanfte Übergabe
auf einen Kanal der Basisstation BTS22 auf normale Weise ausführen.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf Beispiele in den beiliegenden
Zeichnungen beschrieben ist, ist es offensichtlich, dass die Erfindung
nicht auf diese beschränkt
ist, sondern auf viele Weisen innerhalb der erfinderischen Idee
der beigeführten
Patentansprüche
variiert werden kann.