DE19649653A1 - Verfahren und Basisstationssystem zum Zuteilen funktechnischer Ressourcen bei einer Verbindungsaufbauanforderung für eine Mobilstation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuteilen funktech­ nischer Ressourcen bei einer Verbindungsaufbauanforderung für eine Mobilstation und ein derartig ausgestaltetes Basis­ stationssystem.

Ein solches Basisstationssystem ist beispielsweise Teil eines Mobil-Kommunikationssystem, wie dem aus J. Biala, "Mobilfunk und intelligente Netze", VIEWEG Verlag, Braunschweig/Wies­ baden, 1995, insbesondere Seiten 57 bis 92 bekannt ist.

Mobil-Kommunikationssysteme ermöglichen den Aufbau von Kom­ munikationsverbindungen zu mobilen Teilnehmern, indem Infor­ mationen über eine Funkschnittstelle übertragen werden. Sind mehrere Teilnehmer auf der gleichen Trägerfrequenz dieser Funkschnittstelle durch unterschiedliche Zeitlagen getrennt, liegt ein Zeitmultiplex-Mobil-Kommunikationssystem vor. Das Zeitmultiplexverfahren wird auch TDMA- (Time Division Multiple Access) Verfahren genannt. Zusätzlich oder alter­ nativ zum Zeitmultiplex können auf der Funkschnittstelle auch weitere Verfahren zum Separieren der Teilnehmer angewendet werden. Beim GSM (Global System for Mobile Communications) - Mo­ bilfunksystem wird zusätzlich zum Zeitmultiplex ein Frequenzmultiplex angeboten.

Ein Mobil-Kommunikationssystem enthält zumindest ein Basis­ stationssystem, das beispielsweise einen Basisstationscon­ troller enthält, der mit einer Mehrzahl von Basisstationen verbunden ist. Die Basisstationen versorgen jeweils einen Funkbereich und stellen damit funktechnische Ressourcen für Mobilstationen im Funkbereich der jeweiligen Basisstationen zur Verfügung. Die Funkbereiche benachbarter Basistationen überlappen sich dabei, so daß eine Übergabeprozedur für eine Kommunikationsverbindung für eine Mobilstation zwischen zwei Basisstationen möglich ist. Jede Basisstation kann dabei nur über einen begrenzten Vorrat von funktechnischen Ressourcen verfügen. Solche funktechnischen Ressourcen werden beispiels­ weise beim GSM-Mobilfunksystem durch Kanäle gebildet, die durch ihre Frequenz und den Zeitschlitz charakterisiert sind.

Beim GSM-Mobilfunksystem übernimmt z. B. der Basisstationscon­ troller die Funktionen einer Funkkanal-Vermittlungsein­ richtung innerhalb des Basisstationssystems und steuert die Basisstationen. Ein Basisstationscontroller realisiert insbesondere die Funktionen des Managements der Funkkanäle der Basisstationen und der Verwaltung und Ausführung von Übergabeprozeduren (Handover).

Eine Mobilstation, die sich im Funkbereich einer dem Basis­ stationssystem zugehörigen Basisstationen befindet und einer Kommunikationsbeziehung aufbauen will, sendet eine Verbin­ dungsaufbauanforderung an die nächstliegende Basisstation. Falls für diese Verbindungsaufbauanforderung momentan keine funktechnischen Ressourcen durch die Basisstation zur Ver­ fügung stellen können, wird die Verbindungsaufbauanforderung in einer Warteliste eingetragen und bei Freiwerden von funk­ technischen Ressourcen nach Auflösen anderer Kommunikations­ verbindungen eine spätere Zuteilung vorgenommen. Werden über eine lange Zeit keine funktechnischen Ressourcen frei, ver­ zögert sich der Verbindungsaufbau erheblich bzw. der Verbin­ dungsaufbau kommt nicht zustande.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, daß Verfahren zum Zuteilen funktechnischer Ressourcen bei einer Verbin­ dungsaufbauanforderung für eine Mobilstation zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 und das Basisstationssystem nach Patentanspruch 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein aus Basisstationscontroller und Basisstationen bestehen­ des Basisstationssystem ist derart ausgestaltet, daß bei einer Verbindungsaufbauanforderung von oder zu einer Mobil­ station zumindest ein Parameter bezüglich der Übertragungs­ verhältnisse für die Mobilstation bestimmt wird und der Para­ meter mit jeweils einem Schwellwert verglichen wird. Falls die Basisstation momentan keine funktechnischen Ressourcen für den Verbindungsaufbau zur Verfügung stellen kann, wird nach dem Vergleich falls der Parameter kleiner oder gleich dem Schwellwert ist die Verbindungsaufbauanforderung einer Warteliste für die Basisstation eingereiht. Falls der Para­ meter jedoch größer als der Schwellwert ist, findet eine Übergabeprozedur zu einer benachbarten Basisstation statt, ohne daß eine Einreihung in die Warteliste erfolgt.

Durch die Berücksichtigung der Übertragungsverhältnisse für die Mobilstation kann z. B. durch einen Basisstationscon­ troller eine intelligente Entscheidung über einen möglichst schnellen und mit geringem internen Systemaufwand verbundenen Verbindungsaufbau für die Mobilstation getroffen werden. Liegt der Parameter, beispielsweise die Signallaufzeit zwischen der Mobilstation und der Basisstation, die Radial­ geschwindigkeit der Mobilstation in Bezug auf die Basis­ station bzw. das Signalrauschverhältnis über einem Schwell­ wert, dann kann sofort eine Übergabeprozedur zu einem benach­ barten Funkbereich angeregt werden. Damit wird ein unnötiges Verzögern der Verbindungsaufbauanforderung bei der Basis­ station vermieden. Anhand des Parameters kann der Basissta­ tionscontroller abschätzen, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Mobilstation in Kürze durch die Basisstation versorgt werden kann. Aufgrund des Vergleiches kann der Basisstationscontroller die geeignete Basisstation für den Verbindungsaufbau auswählen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Parameter eine der Signallaufzeit zwischen der Mobil­ station und der Basisstation proportionale Größe verwendet. Die Signallaufzeit ist ein Maß für die Entfernung zwischen Basisstation und Mobilstation, so daß bei einer kleinen Ent­ fernung zwischen Basisstation und Mobilstation eine Ein­ reihung in die Warteliste günstiger ist, währenddessen bei einer großen Entfernung die Übergabe an eine benachbarte Basisstation eine bessere Entscheidung ist. Beim GSM-Mobil­ funksystem ist eine der Signallaufzeit proportionale Größe die sogenannte Vorhaltzeit (Timing Advance), die für eine Kommunikationsverbindung den Sendezeitpunkt innerhalb eines Zeitschlitzes bestimmt. Die Vorhaltzeit ist eine Größe, die beim GSM-Mobilfunksystem für alle Verbindungen und Verbin­ dungsaufbauanforderungen vom Basisstationscontroller ständig bestimmt und überwacht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich damit besonders leicht in bestehende Mobilfunk­ systeme implementieren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung, wird als Parameter eine der Geschwindigkeit der Mobilstation in Bezug auf die Basisstation proportionale Größe verwendet. Die Geschwindigkeit der Mobilstation ist eine Größe dafür, wie lange sich die Mobilstation im Funk­ bereich der Basisstation aufhalten wird. Das bedeutet, daß eine sich schnell bewegende Mobilstation den Funkbereich der Basisstation bald verlassen wird, so daß eine Übergabepro­ zedur zu benachbarten Funkbereichen günstiger ist. Eine der Radialgeschwindigkeit der Mobilstationen in Bezug auf die Basisstation proportionale Größe ist beispielsweise die Än­ derung der Vorhaltzeit zwischen zwei Meßzeitpunkten. Auch diese Weiterbildung läßt sich leicht in bestehende Mobil­ funksysteme implementieren. Es sind jedoch auch weitergehende Geschwindigkeitsschätzung (z. B. unter Einbeziehung mehrerer Basisstationen oder durch GPRS) für die Mobilstation einsetz­ bar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß als Parameter das Verhältnis von Nutzsignalen zu Störsignalen (Signal/Rausch-Verhältnis) zwischen der Mobil­ station und der Basisstation verwendet wird. Schlechte Über­ tragungsverhältnisse auf der Funkschnittstelle in Bezug auf eine Mobilstation sind durch ein geringes Signal/Rausch­ verhältnis charakterisiert. Im Falle solcher schlechter Übertragungsverhältnisse ist es schon vor dem Verbindungsauf­ bau vorteilhaft zu entscheiden, ob die Mobilstation durch die Basisstation versorgt werden kann. Bei schlechten Übertra­ gungsverhältnissen ist es günstiger, sofort die Mobilstation in einen benachbarten Funkbereich zu übergeben. Da auch das Signal/Rausch-Verhältnis eine Größe ist, die üblicherweise in Mobil-Kommunikationssystemen überwacht wird, läßt sich auch diese Lösung leicht in bestehende Systeme integrieren.

Die als Parameter vorgeschlagenen Größen können selbstver­ ständlich entsprechend weiterer Ausführungsformen der Erfin­ dung kombiniert werden. Weiterhin eignen sich alle Größen als Parameter im Sinne der Erfindung, die Aussagen über die Ver­ weildauer einer Mobilstation im Funkbereich einer Basissta­ tion und die bei Freiwerden von funktechnischen Ressourcen zu erwartenden Übertragungsverhältnisse ermöglichen.

Es ist vorteilhaft, daß durch ein Organisations- und War­ tungszentrum der zumindest eine Schwellwert einstellbar ist, wodurch für jeden Funkbereich individuelle Verhältnisse bezüglich der Entscheidung zwischen Warteliste und Über­ gabeprozedur berücksichtigt werden können. Auch die Auswahl oder die Kombination der Parameter kann durch das Organisa­ tions- und Wartungszentrum individuell eingestellt werden.

Die Erfindung soll im folgenden bezugnehmend auf zeichneri­ sche Darstellungen anhand von Ausführungsbeispielen näher er­ läutert werden.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Mobil-Kommunikationssystem,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Basisstationscontrollers,

Fig. 3 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorhaltzeit als Parameter,

Fig. 4 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorhaltzeit und der Änderung der Vorhaltzeit als Parameter,

Fig. 5 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorhaltzeit und dem Signal/Rausch-Verhältnis als Parameter.

Das in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Mobil-Kommunikations­ system ist ein bekanntes GSM-Mobilfunksystem, daß aus einem oder einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC besteht, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobil-Vermitt­ lungsstellen MSC mit jeweils zumindest einem Basisstations­ controller BSC verbunden. Jeder Basisstationscontroller BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basis­ station BS. Eine solche Basisstation BS ist eine Funkstation, die über eine Funkschnittstelle eine Nachrichtenverbindung zu Mobilstationen MS aufbauen kann.

Jede Basisstation BS realisiert einen Funkbereich. Nach Fig. 1 realisieren die Basisstationen beispielsweise jeweils einen vereinfacht als Sechseck dargestellten Funkbereich, wobei diese Funkbereiche als Zellen Z die Gesamtheit des Funknetzes abdecken. Zwischen den Zellen Z sind Überlappungen vorge­ sehen, so daß eine Mobilstation MS im Überlappungsbereich zu zumindest zwei Basisstationen BS eine Verbindung aufbauen kann. Ein Basisstationscontroller BSC und eine Anzahl von Basisstationen BS bilden ein Basisstationssystem BSS, für das nach Fig. 1 ein Operations- und Wartungszentrum OMC Funktionen zur Fehlerüberwachung, zum Netzmanagement und zur Konfigu­ ration der einzelnen Funkbereiche übernimmt.

Einzelheiten zur Ausgestaltung eines Basisstationssystems BSS sind der Siemens AG Produktschrift, "System Netzübersicht" GSM (TED-NET), A30808-X3232-Y104-1-18, 1995, insbesondere Seiten 65 bis 67 zu entnehmen.

Einen Teil des Basisstationssystems BSS bildet der Basissta­ tionscontroller BSC, der beispielhaft in Fig. 2 skizziert ist. Ein Basisstationscontroller BSC kann als einzelstehende Ein­ heit oder zusammen mit einer Basisstation BS oder anderen Baugruppen des Kommunikationsnetzes integriert sein. Der Basisstationscontroller BSC weist Verbindungen zu mehreren Basisstationen BS auf, von denen Meßwerte über die Übertra­ gungsbedingungen von oder zu Mobilstationen MS eintreffen. Solche Meßgrößen, die sich gegebenenfalls auch erst nach internen Umrechnungen ergeben, sind beispielsweise die Vor­ haltzeit ta oder das Signalrauschverhältnis C/I, die auch für eine Verbindungsaufbauanforderung von einer Mobilstation MS ermittelt werden.

Eine weitere Eingangsgröße des Basisstationscontrollers BSC ist der Schwellwert S, der als einzelner Wert oder in Form von Teilgrößen S1, S2, S3 von einem Operations- und Wartungs­ zentrum OMC für jede Basisstation BS übermittelt wird. Der Basisstationscontroller BSC enthält neben weiteren, für die Erfindung nicht bedeutsamen Komponenten eine Einrichtung PB zum Bestimmen eines Parameters P bezüglich der Übertragungs­ verhältnisse für die Mobilstation MS, eine Vergleichsein­ richtung VE zum Vergleichen des zumindest einen Parameters P mit jeweils einem Schwellwert S, eine Steuereinrichtung SE zur Steuerung des Basisstationscontrollers BSC und eine Speichereinrichtung SP, u. a. zur Aufnahme von Meßgrößen, des Parameters P, der Schwellwerte S und der Kennzeichnungen von Mobilstationen MS, die sich in der Warteliste befinden.

Die Einrichtungen PB, VE, SE, die zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind, können nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung auch außerhalb des Basisstationscontrollers BSC angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Funktion der geschild­ erten Baugruppen PB, VE, SE werden nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert. Durch die Einrichtung PB zum Be­ stimmen eines Parameters P wird die Vorhaltgröße ta(i) bezüg­ lich einer Verbindungsaufbauanforderung zu einer Mobilstation MS bestimmt. Es ist dabei gleichgültig, ob die Verbindung von oder zu der Mobilstation MS aufgebaut werden soll. Die Be­ stimmung der Vorhaltzeit TA erfolgt wiederholt, beispiels­ weise in zyklischen Abständen, wobei die Wiederholung durch den Index i gekennzeichnet ist.

Die Vorhaltzeit ta(i) wird mit dem Schwellwert S1 verglichen. Ist die Vorhaltzeit ta(i) größer dem Schwellwert S1, dann findet eine Übergabeprozedur (Directed Retry) zu einem be­ nachbarten Funkbereich statt. Der Ablauf einer solchen Übergabeprozedur und die Auswahl des benachbarten Funkbe­ reiches soll möglichst schnell und unbemerkt ablaufen, so daß geringe Verzögerungen beim Verbindungsaufbau entstehen. Die Übergabeprozedur wird überwiegend durch Prozeduren des Funk­ schnittstellenmanagements aufgebaut und kann in mehrere Phasen unterteilt sein.

Als Auswahlkriterium für einen benachbarten Funkbereich können netzseitige Messungen der benachbarten Basisstationen BS (Measurement Reporting/Radio Link Control) und die Vor­ haltzeiten ta für die jeweiligen Basisstationen BS verwendet werden. Dabei kann eine Liste bevorzugter Basisstationen BS, die jeweils verfügbaren funktechnischen Ressourcen und spe­ zielle Nachbarbeziehungen zwischen Funkbereichen berück­ sichtigt werden.

Ist die bestimmte Vorhaltzeit ta(i) kleiner als der Schwell­ wert S1, dann wird die Verbindungsaufbauanforderung in eine Warteliste (queue) eingetragen. Für die Warteliste (queue) kann ein Zeitschalter vorgesehen sein, so daß nach einer bestimmten Wartezeit der Verbindungsaufbau abgebrochen wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, nach einer erneuten Messung der Vorhaltzeit ta(i) den Vergleich zwischen Para­ meter P und Schwellwert S1 zu wiederholen.

Nach Fig. 4 findet zusätzlich zur Bestimmung der Vorhaltzeit ta(i) in der Einrichtung PB zur Bestimmung des Parameters P eine Bestimmung der Änderung dta der Vorhaltzeit durch Differenzbildung der Vorhaltzeiten ta(i) und ta(i-1) zu zwei verschiedenen Meßzeitpunkten statt. Die Differenz dta der Vorhaltzeiten ist ein Maß für die Radialgeschwindigkeit der Mobilstation MS bezüglich der entsprechenden Basisstation BS.

Im Gegensatz zum Verfahren nach Fig. 3 findet ein zusätzlicher Vergleich in der Vergleichseinrichtung VE statt, falls die Vorhaltzeit ta(i) kleiner als der erste Schwellwert S1 ist. In diesem Fall wird die Differenz dta der Vorhaltzeiten mit einem zweiten Schwellwert S2 verglichen. Ist die Differenz dta der Vorhaltzeiten größer als der Schwellwert S2 dann hat die Mobilstation MS eine hohe Radialgeschwindigkeit und eine Übergabeprozedur (directed retry) wird angeregt. Ist die Differenz dta der Vorhaltzeiten kleiner als der zweite Schwellwert S2, dann findet eine Einreihung in die Warteliste (queue) statt.

Nach einem dritten Ausführungsbeispiel wird nach dem Ver­ fahren gemäß Fig. 5 zusätzlich zur Bestimmung der Vorhaltzeit ta(i) das Signal/Rausch-Verhältnis C/I(i) bestimmt. Ähnlich wie in Fig. 4 findet ein zweiter Vergleich statt, wenn die Vorhaltzeit ta(i) kleiner als der erste Schwellwert S1 ist. Das bestimmte Signalrauschverhältnis C/I(i) wird mit einem dritten Schwellwert S3 verglichen. Ist das Signal/Rausch-Ver­ hältnis C/I(i) größer als der dritte Schwellwert S3, dann findet ein Eintrag in die Warteliste (queue) statt, währenddessen bei kleineren Signal/Rausch-Verhältnissen C/I(i) eine Übergabeprozedur angeregt wird.

Durch die sofortige Entscheidung zwischen Wartelisteneintrag und Übergabeprozedur wird vermieden, daß eine Mobilstation MS unnötig lange in der Warteliste (queue) gehalten wird. An­ dererseits wird nicht sofort eine Übergabeprozedur angeregt, wenn abzusehen ist, daß die Mobilstation MS durch die Basis­ station BS für die das Verfahren durchgeführt wird, sehr wohl bei Freiwerden von funktechnischen Ressourcen zu versorgen sein wird. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens liegt darin, daß eine einfache Implementation in bestehende Mobil-Kommunikationsnetze, beispielsweise in das GSM-Mobilfunknetz, möglich ist, ohne daß weitgehende schal­ tungstechnische Änderungen vorzunehmen sind.

Claims (7)

1. Verfahren zum Zuteilen funktechnischer Ressourcen bei einer Verbindungsaufbauanforderung für eine Mobilstation (MS), wobei

• - sich die Mobilstation (MS) im Funkbereich einer Basis­ station (BS) befindet, und
• - von der durch einen Basisstationscontroller (BSC) gesteu­ erten Basisstation (BS) momentan keine funktechnischen Res­ sourcen für einen Verbindungsaufbau für die Mobilstation (MS) zur Verfügung gestellt werden können,
  bei dem
• - zumindest ein Parameter (P) bezüglich der Übertragungs­ verhältnisse für die Mobilstation (MS) bestimmt wird,
• - der Parameter (P) mit einem Schwellwert (S) verglichen wird, und
  die Verbindungsaufbauanforderung nach dem Vergleich
• - falls der Parameter (P) kleiner oder gleich dem Schwellwert (S) ist; in eine Warteliste (Queue) für die Basisstation (BS) eingereiht wird, oder
• - falls der Parameter (P) größer dem Schwellwert (S) ist; ohne Einreihung in die Warteliste (Queue) für eine Über­ gabeprozedur (Directed Retry) zu einem benachbarten Funk­ bereich vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Parameter eine der Signallaufzeit zwischen der Mobilstation (MS) und der Basisstation (BS) proportionale Größe (ta) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Parameter (P) eine der Geschwindigkeit der Mobil­ station (MS) in Bezug auf die Basisstation (BS) proportionale Größe (dta) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem als Parameter (P) das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal (C/I) einer Übertragung zwischen der Mobilstation (MS) und der Basisstation (BS) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zur Entscheidung zwischen der Warteliste (Queue) und der Übergabeprozedur (Directed Retry) mehrere Vergleiche von Parametern (ta, dta, C/I) mit verschiedenen Schwellwerten (S1, S2, S3) durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem durch ein Organisations- und Wartungszentrum (OMC) der zumindest eine Schwellwert (S) einstellbar ist und/oder eine Auswahl eines oder mehrerer Parameter (ta, dta, C/I) getroffen wird.

7. Basisstationssystem (BSS) zum Zuteilen funktechnischer Ressourcen bei einer Verbindungsaufbauanforderung für eine Mobilstation (MS),
mit einem Basisstationscontroller (BSC) zur Steuerung zumin­ dest einer Basisstation (BS),

• - wobei sich die Mobilstation (MS) im Funkbereich der Basis­ station (BS) befindet,
  mit einer Einrichtung (PB) zum Bestimmen eines Parameters (P) bezüglich der Übertragungsverhältnisse für die Mobilstation (MS),
  mit einer Vergleichseinrichtung (VE) zum Vergleichen des zu­ mindest einen Parameters (P) mit jeweils einem Schwellwert (S),
  mit einer Steuereinrichtung (SE), die falls von der Basis­ station (BS) momentan keine funktechnischen Ressourcen für einen Verbindungsaufbau für die Mobilstation (MS) zur Ver­ fügung gestellt werden können:
  entweder
• - falls der Parameter (P) kleiner oder gleich dem Schwellwert (S) ist; die Verbindungsaufbauanforderung in eine Warte­ liste (Queue) einreiht oder
• - falls der Parameter (P) größer dem Schwellwert (S) ist; ohne Einreihung in die Warteliste (Queue) eine Übergabe­ prozedur (Directed Retry) zu einem benachbarten Funkbereich veranlaßt.