DE4101908C3 - Zellulares Funksystem - Google Patents
Zellulares FunksystemInfo
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- DE4101908C3 DE4101908C3 DE4101908A DE4101908A DE4101908C3 DE 4101908 C3 DE4101908 C3 DE 4101908C3 DE 4101908 A DE4101908 A DE 4101908A DE 4101908 A DE4101908 A DE 4101908A DE 4101908 C3 DE4101908 C3 DE 4101908C3
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
- H04W36/04—Reselecting a cell layer in multi-layered cells
Landscapes
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf zellulare Funksysteme
und insbesondere auf Übergabetechniken zur Verwen
dung mit Nachrichtenübertragungsnetzwerken, die
Funkzellen umfassen.
Die Übergabe ist eine Technik, die es ermöglicht, Ver
bindungen oder Gespräche in einem Nachrichtenüber
tragungsnetzwerk mit schnurlosen Telefonen oder Mo
bilstationen 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 er
folgen kann. Gemäß vordefinierter Kriterien wird eine
Verbindung oder ein Gespräch zu einer anderen Basiss
tation umgeschaltet, wenn sich das Mobilgerät oder das
Handgerät bewegt, oder wenn sich die Ausbreitungsbe
dingungen ändern, damit eine Funkverbindung mit gu
ter 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 Ge
sprächsqualität in schwerwiegender Weise verschlech
tern oder das Gespräch oder die Verbindung kann voll
ständig unterbrochen werden. Das Netzwerk oder das
Handgerät oder Mobilgerät können die Intelligenz auf
weisen, 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 Tech
nics", Heft 1, Vol. 1 - N. 1, Januar/Februar 1990, Seiten
17 bis 30, ist weiterhin ein zellulares Funksystem be
kannt, bei dem eine Anzahl von Zellen in einem Posi
tionsbestimmungsbereich angeordnet ist, der die Ge
samtfläche der Zellen überdeckt und dazu dient, festzu
stellen, in welchem Bereich sich ein Fahrzeug befindet,
in dem ein Fahrzeug die Position in einem bestimmten
Positionsbestimmungsbereich feststellt und diese Infor
mation an das Gesamtsystem weiterleitet. Die Oberga
be einer Mobilstation erfolgt jedoch auch hier von einer
der Zellen zur anderen.
Auch hierbei ergeben sich Probleme, wenn die Hand
geräte oder Mobilstationen sich mit einer erheblichen
Geschwindigkeit durch Bereiche bewegen, die durch
kleine Zellen überdeckt sind, wie z. B. in Sektoren unter
teilte Zellen oder Mikrozellen. Weil die Zellen klein
sind, ist die Zeit, über die ein Handgerät oder eine Mo
bilstation 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.
Aus der Literaturstelle A.R. Potter et al., Proc. International
Conference on Digital Land Mobile Radio Communications, 30. Juni
bis 3. Juli 1987 ist ein zellulares Funksystem der eingangs
genannten Art bekannt, das Makrozellen und Mikrozellen aufweist.
Dabei überlappen sich die Mikrozellen, um die Wahrscheinlichkeit
zu erhöhen, daß ein Teilnehmer von einer Mikrozelle zur anderen
Mikrozelle übergeben werden kann. Obwohl sich die Übergabe-
Steuereinheit dieses Funksystems auf der Makrozellenebene befin
det, wird das Gespräch eines Teilnehmers, der sich von einer
Mikrozelle zu der überlappenden nächsten Mikrozelle bewegt,
direkt von Mikrozelle
zu Mikrozelle weitergeschaltet. Damit ergeben sich bei sich
schnell bewegenden Teilnehmern häufige Übergabevorgänge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zellu
lares Funksystem und ein Übergabeverfahren zu schaf
fen, bei dem diese Probleme beseitigt sind und eine
einwandfreie Übergabe der Handgeräte oder der Mo
bilstationen von einer Zelle zur anderen möglich ist,
ohne daß eine schlechte Gesprächsqualität und abge
brochene Gespräche auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die im
Patentanspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale ge
löst.
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 Makrozel
lenschicht erfolgt.
Entsprechend
wird eine Übergabetechnik zur Verwendung mit
zellularen Funksystemen geschaffen, die eine zwei
schichtige Zellenstruktur aufweisen, die Makrozellen
umfaßt, die Mikrozellen überlagert, wobei diese Über
gabe zwischen den Zellen ausschließlich über die Ma
krozellen-Schicht erfolgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol
genden 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 Si
gnalveriust führen können,
Fig. 3 ein Beispiel einer Folge von Übergaben für
eine bestimmte Verbindung oder ein bestimmtes Ge
spräch gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Zellenstruktur, die für persönliche Nachrichten
übertragungsnetzwerke mit hoher Gesprächs- oder
Verkehrsdichte (PCN) geeignet ist, besteht aus einer
kontinuierlichen Schicht von Makrozellen 1 (Fig. 11 die
einen Radius von 1 km oder mehr aufweisen können
und denen Mikrozellen 2 unterlagert sind, beispielswei
se 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 Überdec
kung zu erzielen, sondern sie liegen innerhalb der
Schirmüberdeckung der Makrozellen. Weil Mikrozellen
allgemein mit niedrigen Leistungspegeln betrieben wer
den, können die Kanalfrequenzen in kurzen räumlichen
Intervallen erneut benutzt werden, was einen ausge
zeichneten spektralen Wirkungsgrad ergibt.
Eine Übergabe zwischen Mikrozellen 2 und Makro
zellen 1 kann für eine niedrige Geschwindigkeit aufwei
sende Teilnehmer (beispielsweise zu Fuß gehende Teil
nehmer) unter Verwendung relativ üblicher Übergabe
verfahren durchgeführt werden. Wenn jedoch Gesprä
che oder Verbindungen von eine hohe Geschwindigkeit
aufweisenden Mobilstationen durch Mikrozellen verar
beitet werden, so ist die Zeit, über die man sich in jeder
Mikrozelle aufhält, so kurz, daß das System die erfor
derlichen Übergabevorgänge nicht schnell genug aus
führen 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 Ver
bindung selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn sich das
Handgerät oder die Mobilstation mit hoher Geschwin
digkeit durch Makrozellen und Mikrozellen bewegt,
und andererseits hohe Gesprächsdichtewerte in Mikro
zellen aufrechtzuerhalten, um einen guten spektralen
Wirkungsgrad zu erzielen.
Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß Mikrozel
len innerhalb der Schirmüberdeckung einer Makrozelle
liegen. Die Übergabetechnik ist wie folgt: Bei einem
Handgerät, das ein Gespräch über eine Mikrozellen-Ba
sisstation ausführt und das sich zur Mikrozellen-Grenze
hinbewegt, erfolgt die Übergabe sehr schnell zur Ma
krozelle. Dies ist erforderlich, weil die Überdeckung von
der Mikrozelle sehr schnell verlorengehen kann, bei
spielsweise dann, wenn man sich um eine Ecke in den
Schatten eines Gebäudes bewegt. Dies ist in Fig. 2 dar
gestellt. 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 Mi
krozelle sehr schnell verlassen, was dazu führt, daß das
Gespräch unterbrochen wird, wenn nicht eine Überga
be auf die darüberliegende Makrozelle sehr schnell
durchgeführt wird. Nachdem das Gespräch zur Makro
zelle übergeben wurde, besteht eine Option zur Unter
stützung eines Handgerätes oder von Mobilstationen,
die sich mit hoher Gechwindigkeit bewegen, darin, das
Gespräch kontinuierlich durch die Makrozellen-Basiss
tation abzuwickeln. Wenn jedoch eine Übergabe aus
schließlich 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 widersprechen. 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, bei
spielsweise 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 bestimm
ten Gesprächs oder einer Verbindung zeigt. Fig. 3 zeigt
eine geschäftige Straße 10, die teilweise durch Mikro
zellen-Basisstationen 14, 15 und 16 zugeordnete Mikro
zellen 11, 12 bzw. 13 und vollständig durch eine Makro
zelle überdeckt ist, die einer Makrozellen-Basisstation
17 zugeordnet ist. Eine Person mit einem Handgerät 18,
die sich in der Mikrozelle 11 befindet, stellt ein Ge
spräch her, das über die Funkstrecke 21 zu der Basissta
tion 14 hergestellt wird, die am nächsten liegt. Die Per
son steigt dann in ein Taxi 19 ein und das Gespräch wird
weiter von der Basisstation 14 (Funkstrecke 22) abge
wickelt. Wenn sich das Taxi der Grenze der Mikrozelle
11 nähert, wird das Gespräch sehr schnell zu der über
deckenden Makrozelle übergeben (Funkstrecke 23) um
eine Verschlechterung der Gesprächsqualität zu ver
meiden. Das Gespräch wird nicht an die nächste Mikro
zelle 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 Makro
zelle überdeckt ist, wird das Gespräch immer noch wei
ter von der Makrozellen-Basisstation 17 abgewickelt
(Funkstrecken 23, 24, 25). Dies tritt ein, weil das Handge
rät 18 nicht lange genug in einer bestimmten Mikrozelle
verbleibt, damit das Gespräch zu dieser Mikrozelle ab
gegeben wird. Schließlich stoppt das Taxi in der Mikro
zelle 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 ver
bleibt, wird die Funkstrecke 26 aufrechterhalten, bis das
Gespräch beendet wird.
Die Notwendigkeit einer Übergabe kann durch die
Überwachung verschiedener unterschiedlicher Parame
ter festgestellt werden, wie im Fall einer üblichen Zellu
lar-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 Entfer
nung von der Basisstation als Anzeige für eine Überga
be zu verwenden. Weitere Faktoren können in Betracht
gezogen werden. Beispielsweise würde die Änderungs
geschwindigkeit der Entfernung von der Basisstation
anzeigen, ob sich eine Mobilstation schnell bewegt oder
nicht. Ein derartiges Maß würde eine frühzeitige Anzei
ge der Notwendigkeit der Übergabe von einer Mikro
zelle zu einer Makrozelle geben. Wie dies üblich ist,
kann die tatsächliche Übergabeentscheidung entweder
in dem Handgerät oder von dem Netzwerk vorgenom
men werden.
Zusammenfassend wird eine Übergabetechnik für ein
mobiles PCN-System vorgeschlagen, bei dem eine zwei
schichtige Zellenstruktur vorgesehen ist, die aus anein
ander angrenzenden überlappenden Makrozellen be
steht, die über Mikrozellen liegen. Eine Übergabe er
folgt lediglich über die Makrozelle, das heißt Mikrozelle
zu Makrozelle, Makrozelle zur Makrozelle oder Makro
zelle zu Mikrozelle. Eine Übergabe von einer Mikrozel
le zu einer anderen Mikrozelle erfolgt nicht. Wenn die
Qualität eines von einer Mikrozelle abgewickelten Ge
sprächs sich unter vorherbestimmte Kriterien ver
schlechtert, 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-Basissta
tion eine ausreichende Qualität für mehr als eine vorge
gebenen 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 Übergabe
techniken bezieht.
Claims (5)
1. Zellulares Funksystem mit einer Zweischichten-
Zellenstruktur, die Makrozellen (1) umfaßt, die Mikro
zellen (2) überlagern, mit Einrichtungen zur Übergabe
von Gesprächen ortsbeweglicher Teilnehmer zwischen
Zellen, und mit Einrichtungen zur Überwachung der Gesprächs
qualität während des Gesprächsverlaufs,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer Mikrozelle (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der Mikro zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kriterien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makrozelle übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilnehmer die Mikrozelle verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Ge spräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie genden Mikrozelle (2) zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer Mikrozelle (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der Mikro zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kriterien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makrozelle übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilnehmer die Mikrozelle verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Ge spräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie genden Mikrozelle (2) zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.
2. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gerät ein Handgerät ist.
3. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kriterien für die Gesprächsqualität einen oder mehrere
der folgenden Parameter einschließen: Bitfehlerrate, Feld
stärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der
Entfernung.
4. Übergabeverfahren zur Verwendung mit Funksystemen,
die eine Zweischichten-Zellenstruktur aufweisen, die Makro
zellen (1) umfaßt, die Mikrozellen (2) überlagern, und die
Einrichtungen zur Übergabe von Gesprächen ortsbeweglicher
Teilnehmer zwischen Zellen aufweisen, wobei das Verfahren
die Überwachung der Gesprächsqualität während der Gesprächs
dauer beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer der Mikrozellen (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der genannten Mikro zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kri terien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makro zelle (1) übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilneh mer die Mikrozelle (2) verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Gespräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie genden Mikrozelle zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer der Mikrozellen (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der genannten Mikro zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kri terien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makro zelle (1) übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilneh mer die Mikrozelle (2) verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Gespräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie genden Mikrozelle zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.
5. Übergabeverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kriterien für die Gesprächsqualität einen oder mehrere
der folgenden Parameter einschließen: Bitfehlerrate, Feld
stärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der
Entfernung.
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