DE19736325B4

DE19736325B4 - Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunksystems

Info

Publication number: DE19736325B4
Application number: DE1997136325
Authority: DE
Inventors: Volkmar Scharf false Katz
Original assignee: Detecon Deutsche Telepost Consulting GmbH
Current assignee: Detecon Deutsche Telepost Consulting GmbH
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: US6119021A; DE19736325A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkzellen, welche jeweils durch eine oder mehrere Basisstationen versorgt werden, wobei jede Basisstation regelmäßig Systeminformationen aussendet, welche von sich im Versorgungsbereich der Basisstation befindlichen Mobilstationen empfangen und ausgewertet werden, und angeben, ob und welche Dienste von der jeweiligen Basisstation augenblicklich unterstützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Basisstationen ausgewählter Funkzellen eine zusätzliche Systeminformation aussenden, welche von entsprechend eingerichteten Mobilstationen empfangen werden kann, und die Mobilstation aus den erstgenannten und der zusätzlichen Systeminformation ermittelt, ob eine Zelle keine Dienste, ausschließlich die bisherigen Dienste, ausschließlich einen oder mehrere Zusatzdienste oder alle angebotenen Dienste unterstützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunksystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mobilfunkbetreiber und Systemhersteller arbeiten momentan an neuen Diensten für GSM, wobei einer davon z.B. der Datendienst General Packet Radio Service (GPRS) ist. Dabei ist vorgesehen, für die Verwirklichung dieser neuen Dienste die existierende GSM-Struktur zu nutzen. Das heißt, die Netzkapazität – der Service und das Angebot – wird zwischen dem neuen Dienst und den übrigen GSM-Diensten, z.B. Sprechverkehr, aufgeteilt. Die vorhandenen Frequenzen bzw. Funkkanäle werden im Prinzip von den neuen Diensten und bisherigen Diensten gemeinsam genutzt, es ist also z.B. Sprechverkehr und/oder GPRS möglich.
In verschiedenen Ländern existieren verschiedene Zellstrukturen des GSM und deshalb kann die Kapazität mancher Netze, um Zusatzdienste wie z.B. GPRS anzubieten, je nach vorhandener Netzstruktur limitiert sein.

Die DE 691 03 533 offenbart ein Verfahren zur Verteilung von Verkehrskanälen in einem Mobilfunksystem, wobei in den Basisstationen eine Liste von Verkehrskanälen gespeichert ist, die für Mobilfunkdienste in dem von der Basisstation versorgten geographischen Bereich zur Verfügung stehen. Die verfügbaren Verkehrskanäle werden den betreffenden Teilnehmergeräten von der Basisstation über einen Signalisierungskanal mitgeteilt.

Es wird dabei nicht unterschieden, welche Art von Mobilfunkdiensten zur Verfügung stehen und von welchen Basisstationen diese unterstützt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunksystems vorzuschlagen, um in Zusammenhang mit der Implementierung von Zusatzdiensten das verkehrslastabhängige Verhalten des Mobilfunknetzes zu verbessern und so den möglichen Datendurchsatz zu optimieren.

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

Die erreichbaren technischen Vorteile sind zumindest die folgenden:
Dadurch daß zwischen den jeweiligen Dienst unterstützenden und nicht-unterstützenden Basisstationen unterschieden wird, ergibt sich eine klare hierarchische Netzstruktur, die es erlaubt, den neuen Dienst als untergeordnete Struktur innerhalb der existierenden GSM-Netzstruktur zu verwalten.

Dadurch kann ein dynamisches, verkehrslastbezogenes Verhalten realisiert werden, was den möglichen Datendurchsatz erheblich erhöht.

Der Netzbetreiber ist nun in der Lage, sein Netz so zu konfigurieren, daß z.B. Abhängigkeit von der zu erwartenden Verkehrslast in einer bestimmten Zelle bzw. mit einer bestimmten Basisstation nur ein bestimmter Dienst unterstützt wird und andere GSM-Dienste nicht mehr.

Das hat natürlich den Vorteil, daß praktisch der Datendurchsatz der ausgewählten Basisstationen enorm ansteigt, weil kein anderer Dienst als der ausgewählte unterstützt wird und zum anderen, daß je nach Management des zusätzliche Dienstes eine Basisstationssteuerung (BSC) für die jeweilige Basisstation nicht mehr notwendig ist, da die Basisstation direkt an den entsprechenden Kontrollknoten des Zusatzdienstes angeschlossen werden kann.

Eine Änderung der existierenden Systemkomponenten und Hardware des GSM-Netzes ist zur Implementierung des neuen Verfahrens nicht notwendig. Es muß jedoch eine neue Interpretation stattfinden.

Allgemein basiert das erfindungsgemäße Verfahren auf der Möglichkeit unter GSM, daß ganz bestimmte Zellen für den Verkehr gesperrt werden können. Gesperrt heißt, daß wenn eine Mobilstation eingeschaltet wird, diese erkennt, welche Basisstation „frei" ist und welche zur Zeit nicht benutzbar ist.

Jede Basisstation sendet dazu regelmäßig eine Systeminformation über einen Broadcast Control Channel (BOCH) aus, welche von der Mobilstation empfangen und ausgewertet werden kann. Unter diesen Informationen sind z.B. die Parameter Cell_Bar Qualify und Cell_Bar Access, welche beschreiben, ob und mit welcher Priorität auf die jeweilige Basisstation zugegriffen werden kann.

Erfindungsgemäß kommt eine zusätzliche Information hinzu, nämlich ein Zusatzparameter, bezeichnet z.B. als GPRS_Supported, welcher anzeigt, ob die betreffende Basisstation einen bestimmten Zusatzdienst, z.B. den neuen GPRS Dienst unterstützt, oder nicht.

Diese oben genannten verschiedenen Informationen werden von der Mobilstation empfangen und ausgewertet und ergeben in Kombination eine Basisstations-Systeminformation, welche der Mobilstation angibt, ob die betreffende Basisstation gesperrt ist, GPRS unterstützt und/oder zusätzlich weitere Dienste unterstützt.

Das Zell_Bar-Kontrollfile, welches die Parameter Cell_Bar Qualify und Cell_Bar Access beinhaltet, bestimmt die Funktion der Zelle bzw. der die Zelle versorgenden Basisstation. Wenn z.B. die Basisstation durch Setzen des Parameters Cell_Bar Access gesperrt ist, und zusätzlich der Parameter Cell_Bar Qualify gesetzt ist, ist die Zelle eigentlich für den Zugriff der Mobilstationen gesperrt, kann aber im Prinzip, wenn keine andere „freie" Zelle vorhanden ist, als letzte Gelegenheit noch den Zugriff einer Mobilstation erlauben. Mit dem Cell_Bar Qualify-Parameter wird also gegenüber der Mobilstation eine niedrige Zugriffspriorität angezeigt. Das ist eine Zelle mit einer Lower-Priority-Access.

Der Parameter Cell_Bar Access drückt aus, ob eine Zelle offen ist oder gesperrt ist. Zum Beispiel gibt es Mobilstationen, welche GSM-Phase eins und GSM-Phase zwei unterstützen. Eine GSM-Phase-eins Mobilstation sieht im Prinzip nur den Parameter Cell_Bar Access, also Zelle offen: ja oder nein. Wenn es also nein ist dann kann die GSM-Phase-eins Mobilstation überhaupt nicht in dieser Zelle einbuchen. Die GSM-Phase-zwei Mobilstation, die sieht auch noch den Parameter Cell_Bar Qualify und erkennt zunächst anhand des Cell_Bar Access, daß die Zelle gesperrt ist, erkennt aber am gesetzten Parameter Cell_Bar Qualify, daß theoretisch auf diese Zelle zugegriffen werden kann. Zunächst hat die Mobilstation aber die anderen erreichbaren Zellen zu überprüfen, ob sie diese benutzen kann oder nicht, bevor eine Zelle mit „niederer" Priorität benutzt wird.

Erfindungsgemäß kann die Mobilstation nun auch den neuen Parameter GPRS_Supported auswerten. Ist nun z.B. die Zelle durch Setzen des Parameters Cell_Bar Access gesperrt und der Cell_Bar Qualify Parameter nicht gesetzt, der Parameter GPRS_Supported aber gesetzt, also logisch high, dann heißt das, die Zelle ist gesperrt. Aber das ist nur gültig für alle regulären Dienste, nicht aber für den Zusatzdienst GPRS. In dem Falle ist die Zelle eine GPRS-only Zelle, welche nur den Zusatzdienst GPRS unterstützt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterstützt nicht nur den beispielhaft genannten GPRS Dienst, sondern auch andere Dienste, die in Zukunft kommen werden.

Das heißt es wird eine hierarchische Netzstruktur in Form eines Mehrschichten-Netzwerkes geschaffen. Bisher kann GSM als ein einschichtiges Netz bezeichnet werden, welches den normalen GSM-Service unterstützt.

Erfindungsgemäß kommt nun eine zweite Schicht hinzu, die möglicherweise nur GPRS oder andere Zusatzdienste unterstützt.

Spätere Dienste werden einer dritten Schicht usw. zugeordnet, die dann andere zusätzliche Dienste unterstützen kann. Und die Mobilstation erkennt anhand der von der Basisstation ausgesendeten Systeminformation automatisch, welche Dienste bzw. welche Dienste-Schichten von der jeweiligen Zelle bzw. Basisstation unterstützt werden.

Für den Betrieb in einem solchen hierarchischen GSM-Netz sind Mobilstationen verschiedener Klassen vorgesehen.

Eine Mobilstation Klasse A ist eine Mobilstation, die parallel zwei Dienste, z.B. einen herkömmlichen Dienst und einen Zusatzdienst, unterstützt. Diese Mobilstationen besitzen zwei Transceiver und kann gleichzeitig einen Zusatzdienst und einen Standarddienst, z.B. eine Sprachverbindung, bedienen. Das heißt, wenn z.B. ein Laptop an eine Klasse A Mobilstation angeschlossen ist, kann eine Datenübertragung gemacht werden und gleichzeitig telefoniert werden.

Eine Mobilstation der Klasse B kann die Dienste sequentiell nutzen. Also entweder Sprechverkehr oder einen Zusatzdienst. Das heißt wenn die Mobilstation für einen Zusatzdienst, z.B. GPRS, genutzt wird, wird der Benutzer informiert – falls z.B. ein Gespräch anliegt – und dann kann der Teilnehmer entscheiden, ob er das Gespräch annimmt oder nicht. Wird das Gespräch angenommen, muß die GPRS Sitzung beenden werden.

Eine Mobilstation Klasse C ist eine „nur" GPRS-Mobilstation, welche nur den GPRS Dienst bzw. andere Zusatzdienste unterstützt.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Netzbetreiber einen neuen Dienst implementieren kann, und er die Kapazität des Netzes dynamisch zwischen den bisherigen Diensten und dem neuen Dienst aufteilt, indem die Funktionen der Basisstationen entsprechend vorgegeben werden. Zum Beispiel kann jede zweite Zelle nur den neuen Zusatzdienst unterstützen, während die anderen Zellen nach wie vor für die bisherigen Dienste zuständig sind. Das eröffnet die Möglichkeit das Mobilfunknetz dynamisch an das in Zusammenhang mit dem Zusatzdienst aufkommende oder zu erwartende Verkehrsaufkommen anzupassen.

Anhand von Zeichnungsfigur 1 und zweier Tabellen wird nun die Erfindung näher erläutert.
Es wird dabei von der Implementierung des bereits angesprochenen Zusatzdienstes General Packet Radio Service (GPRS) in einem GSM-Mobilfunknetz ausgegangen. GPRS ist ein Paketdatendienst welcher ermöglicht, jeden der 8 TDMA-Zeitschlitze einer GSM-Frequenz wiederum in bis zu 8 Kanäle aufzuteilen und auf diesen paketorientierte Daten zu übertragen.
Natürlich lassen sich nach demselben Prinzip auch andere Zusatzdienste einbinden. Lediglich die Bezeichnung des Zusatzparameters für den neuen Dienst wird sich dabei ändern.
Tabelle 1 veranschaulicht den augenblicklichen Stand der Technik, also der derzeitige Stand der Zellenauswahlparameter im wesentlichen bestehend aus zwei Bits: Cell_Bar Qualify und Cell_Bar Access.
Je nach Zustand der Bits, d.h. Bit gesetzt oder nicht, signalisiert die Zelle, daß Sie entweder für alle Dienste „offen" ist, für alle Dienste „gesperrt" ist, oder nur eingeschränkt, d.h. nur in Ausnahmefällen zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß wird nun den bisher zwei Parametern ein weiteres Bit, hier bezeichnet als GPRS_Supported, hinzugefügt. Dies ist aus Tabelle 2 ersichtlich. Die von der Basisstation periodisch ausgesendete Signalisierung über ihren Zustand enthält also den zusätzlichen Parameter GPRS_Supported, welchen die Mobilstationen, die den Zusatzdienst GPRS unterstützen, empfangen und auswerten können. Die Mobilstationen wissen anhand der bisherigen und zusätzlich empfangen Signalisierungsinformation, ob und welche Dienste die jeweilige Basisstation bzw. Funkzelle unterstützt und entscheiden, bei welcher Basisstation ein einbuchen möglich und sinnvoll ist.
Im folgenden werden die jeweiligen Bitkombinationen der einzelnen Zeilen der Tabelle 2 und deren Bedeutung erklärt.

(1): Status der Zelle ist normal. Die Zelle ist zugänglich für alle Dienste, nicht jedoch für GPRS
(2): Status der Zelle ist „gesperrt". Dies gilt für alle Dienste einschließlich GPRS.
(3): Status der Zelle ist normal. Die Zelle hat niedere Priorität für alle Dienste. GPRS wird nicht unterstützt.
(4): Status der Zelle ist normal. Die Zelle hat niedere Priorität für alle Dienste. GPRS wird nicht unterstützt.
(5): Status der Zelle ist normal. Die Zelle ist zugänglich für alle Dienste, einschließlich GPRS
(6): Status der Zelle ist „gesperrt". Dies gilt für alle Dienste, nicht jedoch für GPRS. GPRS ist zugänglich.
(7): Status der Zelle ist normal. Die Zelle hat niedere Priorität für alle Dienste, einschließlich GPRS.
(8): Status der Zelle ist normal. Die Zelle hat niedere Priorität für alle Dienste, einschließlich GPRS.

Der Netzbetreiber kann nun die Parameter gemäß den Auswahlmöglichkeiten (1)–(8) je nach gewünschter Funktion der Basisstation setzen.
1 zeigt schematisch die Struktur eines zellularen Mobilfunksystems, mit einer Vielzahl von hexagonalen Funkzellen Z. Jede Funkzelle Z wird z.B. von jeweils drei am Zellenrand angeordneten Basisstationen A, B, C versorgt.
Erfindungsgemäß unterstützt nun nicht jede Basisstation einer Zelle alle angebotenen GSM-Dienste. Beispielsweise unterstützt die Basisstation A nur den GPRS-Dienst, während die Basisstationen B und C ausschließlich die übrigen GSM-Dienste unterstützen.
Die von den Basisstationen B und C periodisch ausgesendete Systeminformation enthält daher keinen GPRS_Supported Parameter bzw. das GPRS_Parameter-Bit ist nicht gesetzt. Gemäß Tabelle 2 kann die von Basisstationen B und C ausgestrahlte Systeminformation folgendermaßen lauten: GPRS_Supported = L, Cell_Bar Qualify = 0, Cell_Bar Access = 0.
Basisstation A hingegen sendet den GPRS-Parameter aus bzw. das GPRS-Bit ist gesetzt. Die ausgesendete Systeminformation kann lauten: GPRS_Supported = H, Cell_Bar Qualify = 0, Cell_Bar Access = 1.
Eine sich im Versorgungsbereich der Basisstationen A, B und C befindliche Mobilstation M empfängt die Systeminformationen von beispielsweise den Basisstationen A und C und wird im Falle sie einen GPRS-Dienst nutzen will bei Basisstation A einbuchen, ansonsten bei Basisstation C.
Jedem Netzbetreiber steht es nun frei, abhängig vom dienstespezifischen Verkehrsaufkommen in den jeweiligen Zellen bzw. im gesamten Netz im Bedarfsfall in ganz bestimmten Zellen nur ganz bestimmte Dienste zuzulassen, um dadurch dynamisch das Zugriffsverhalten der Mobilstationen zu kontrollieren.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunksystems mit einer Vielzahl von Funkzellen, welche jeweils durch eine oder mehrere Basisstationen versorgt werden, wobei jede Basisstation regelmäßig Systeminformationen aussendet, welche von sich im Versorgungsbereich der Basisstation befindlichen Mobilstationen empfangen und ausgewertet werden, und angeben, ob und welche Dienste von der jeweiligen Basisstation augenblicklich unterstützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Basisstationen ausgewählter Funkzellen eine zusätzliche Systeminformation aussenden, welche von entsprechend eingerichteten Mobilstationen empfangen werden kann, und die Mobilstation aus den erstgenannten und der zusätzlichen Systeminformation ermittelt, ob eine Zelle keine Dienste, ausschließlich die bisherigen Dienste, ausschließlich einen oder mehrere Zusatzdienste oder alle angebotenen Dienste unterstützt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mobilfunknetz ein GSM-Mobilfunknetz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannten Systeminformationen die Parameter Cell_Bar Qualify und Cell_Bar Access umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Systeminformation ein beliebig zu bezeichnender Parameter (GPRS_Supported) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Basisstationen ausschließlich die bisherigen Dienste unterstützen, und bestimmte Basisstationen ausschließlich die Zusatzdienste.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ausschließlich den Zusatzdienst unterstützenden Basisstationen direkt von einem Zusatzdienst-Kontrollknoten gesteuert werden.