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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft zellulare Telekommunikationssysteme. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein neues und verbessertes System zur Steuerung einer
weichen Weiterreichung zwischen einer Mobilstation und Basisstation,
die mit unterschiedlichen Mobilvermittlungsstellen innerhalb eines
zellularen Telekommunikationssystems verbunden sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung einer Codemultiplex- (CDMA: "Code Division Multiple Access") Modulation ist nur
eine von mehreren Methoden, die digitale Kommunikationen zwischen
einer Anzahl von Mobilteilnehmern ermöglichen, die einen gemeinsamen
Teil des Funkspektrums nutzen, wie es bei zellularen Telekommunikationssystemen
der Fall ist. Andere wohl bekannte Funkzugangsmethoden sind Zeitmultiplex (TDMA: "Time Division Multiple
Access") und Frequenzmulitplex
(FDMA: „Frequency
Division Multiple Access").
Das Konzept einer Steuerungsweiterreichung ist in der Tat auf alle
drei der erwähnten
Mehrfachzugangsmethoden anwendbar. Der Hintergrund der Erfindung
wird mit Hilfe eines zellularen CDMA-Telekommunikatinssystems veranschaulicht,
wobei jedoch verstanden werden sollte, dass die Erfindung nicht
auf CDMA beschränkt
ist. Eine beispielhafte Anwendung von CDMA auf zellulare Telekommunikationssysteme
wurde im Wesentlichen beschrieben in „On the System Design Aspects
of Code Division Multiple Access (CDMA) Applied to Digital Cellular
and Personal Communications Networks", Allen Salmasi und Klein S. Gilhousen,
vorgestellt auf der 41st IEEE Vehicular Technology Conference von 19.
bis 22. Mai 1991 in St. Louis, MO.
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In
der vorstehend erwähnten
Veröffentlichung
wird eine Direktsequenz-CDMA- (DS-CDMA oder im Folgenden kurz CDMA)
Methode beschrieben, bei der eine Anzahl von Teilnehmer-Mobilstationen (MSs)
mit Basisstationen (BSs, auch als Zellstandorte bezeichnet) in der
Uplink- bzw. Aufwärtsstrecken-
(Mobilstation zu Basisstation) und in der Downlink- bzw. Abwärtsstrecken-
(Basisstation zu Mobilstation) Richtung über CDMA-Funkspreizspektrumsignale kommuniziert.
Die Basisstationen wandeln diese CDMA-Funksignale, die von der MS
des Teilnehmers herstammen beziehungsweise an dieser enden, in eine
Form, die zur Verwendung in Zusammenhang mit einer terrestrischen
Telekommunikationsübertragungsvorrichtung
wie etwa den landläufig
eingesetzten Pulscodemodulations- (PCM) Leitungseinrichtungen geeignet
ist. Die Basisstationen geben diese Teilnehmersignale in der Uplink- und
Downlink-Richtung zur weiteren Verarbeitung außerdem an die Mobilvermittlungsstelle
(MSC, auch als Mobilvermittlung oder Mobiltelefonvermittlungsamt
(MTSO) bezeichnet) weiter.
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Die
vorstehend erwähnten
Teilnehmer-Kommunikationssignale umfassen digitalisierte Sprachsignale
und (auch als Signalisierung bezeichnete) Steuerungsinformationen.
Die MSC führt
auf den anderen erwähnten
Nebenflüssen
Multiplex- und Wandlungsoperationen durch und gibt das Sprachsignal
an einen anderen Teilnehmer weiter, z.B. innerhalb des öffentlichen
Telfonnetzes (PSTN: „Public
Switched Telephone Network").
Die MSC interpretiert bzw. übersetzt
auch, reagiert auf und erzeugt Signalisierungsinformationen, und
steuert so die gesamte Kommunikationsstrecke zwischen den Teilnehmern. Diese
Kommunikationsstrecken-Steuerungsfunktionen umfassen die Verwaltung
bzw. Handhabung allgemeiner rufbezogener Ereignisse wie etwa eines Rufaufbaus
oder -abbaus ebenso wie auf CDMA-Funkstrecken bezogene Ereignisse
wie etwa die Verschlechterung der CDMA-Funkstreckenqualität und eine
anschließende
Weiterreichungseinleitung.
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Wird
CDMA innerhalb der typischen mittleren bis großen Zellen von landgestützten Mobiltelekommunikationssystemen
eingesetzt, ist die durchschnittliche Zeitverzögerungsausdehnung der Mehrfachpfad-Funkausbreitungsumgebung üblicherweise
größer als
die Chipdauer des DS-CDMA-Signals. Dies zwingt CDMA dazu, in einer
asynchronen Betriebsart zu arbeiten, mit der Konsequenz, dass die Orthogonalität der Spreizspektrum-Mehrfachzugangsteilnehmersignale
mit Hilfe von orthogonalen Spreizcodes alleine nicht erreicht werden
kann. Daher leiden die Übertragungen
an einer vom System selbst hervorgerufenen Interferenz nicht nur
zwischen aus unterschiedlichen Zellen herammenden Signalen, sondern
zusätzlich
auch erheblich an denjenigen innerhalb einer einzelnen Zelle (CDMA-Intrazellen-Interferenz
genannt). Für
solche zellularen CDMR-System ist es daher ein wichtiges übergreifendes
Systementwurfsziel, jede übermäßige CDMA-Interferenz
zwischen den kommunizierenden Teilnehmern zu minimieren, und ergänzend so
viel Energie wie möglich
von einem gewünschten
CDMA-Teilnehmersignal einzufangen und einzusetzen. Diese Systementwurfsanforderung
ist, obwohl es sich dabei um eine auf jedes Mehrfachszugangsverfahren
innerhalb zellularer Telekommunikationssysteme anwendbare allgemeine
Anforderung handelt, für
FDMA- und TDMA- basierte
Systeme weniger zwingend, bei denen Intrazell-Interferenz durch die intrinsischen
Eigenschaften des jeweiligen Mehrfachzugangsverfahrens vermieden
wird und Interzell-Interferenz mit Hilfe von vorher geplanten zellularen Frequenzwiederverwendungsschemata
begrenzt wird. Daher arbeitet CDMA im Gegensatz zu FDMA oder TDMA
auf eine streng Interferenz-begrenzte Art und Weise. Im Folgenden
wird der Hintergrund der Erfindung für den Fall eines zellularen
CDMA-Telekommunikationssystems beispielhaft gezeigt.
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Für das vorstehend
referenzierte beispielhafte Ausführungsbeispiel
eines zellularen CDMA-Telekommunikationssystems
können
leicht mehrere Verfahren erkannt werden, die das vorstehend erwähnte CDMA-Systementwurfsziel
implementieren. Das beschriebene MS-Sendeleistungssteuerungsverfahren mit
geschlossenem Regelkreis hat zum Beispiel das Ziel, die empfangenen
Eigenschaften aller Uplink-CDMA-Signale innerhalb einer einzigen
BS gegenüber
dem Hintergrund sich schnell verändernder
Funkausbreitungskanäle,
die schnellen und langsamen Fadingprozessen unterliegen, abzugleichen bzw.
zu entzerren. Zu diesem Zweck misst die BS periodisch den empfangenen
Eb/No-Wert, der auf die Signalqualität hinweist, von jeder MS-CDMA-Uplinkkommunikation
und überträgt anschließend einen geeigneten
Leistungssteuerungsbefehl auf dem Downlink-Kommunikationskanal an die MS, die wiederum
die CDMA-Senderleistung
entsprechend einstellt. Idealerweise werden alle MS-CDMA-Uplinksignale
an der BS mit der gleichen Qualität und zusätzlich dazu mit minimaler (Feld-)Stärke empfangen,
die notwendig ist, um die Kommunikationsstrecke in Abhängigkeit
von einer vorbestimmten Qualitätsschwelle
beizubehalten.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des vorstehend erwähnten
Systementwurfsziels ist das Verfahren einer von einem Mobilgerät unterstützten weichen
Weiterreichung in Zusammenhang mit einer Signaldiversitykombination
während
einer aktiven CDMA-Kommunikation, das im Folgenden zusammengefasst
wird.
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Eine
von einem Mobilgerät
unterstützte
weiche Weiterreichung in Zusammenhang mit einer Signaldiversitykombination
umfasst das Verfahren zum Weitergeben von Teilnehmer-Kommunikationssignalen
auf dem Übertragungssegment
zwischen MS und MSC gleichzeitig über eine erste und eine zweite
BS in der Uplink- und der Downlink-Richtung und zum Durchführen eines
Signaldiversityempfangs an MS und MSC, um die Teilnehmersignalqualität zu verbessern.
Dieses Verfahren wird von der MSC aufgerufen, wenn sich eine ursprünglich mit
einer BS kommunizierende MS in die überlappenden Sendegebiete der
ersten BS und einer zweiten BS bewegt hat und die Verfügbarkeit
eines ausreichend starken Signals von dieser zweiten BS an die MSC
berichtet hat. Zu keinem Zeitpunkt während einer weichen Weiterreichung
in Zusammenhang mit einer Signaldiversitykombination unterbricht
die MS ihre Kommunikationen mit der MSC. Die MSC setzt typischerweise
eine Nach-Detektion/Decodierung, eine selektive Kombination der
digital codierten Sprachrahmen ein.
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Um
die Berichterstattungsunterstützung
der MS während
einer Einleitung einer weichen Weiterreichung zu ermöglichen,
können
alle BSs ein CDMA-Downlink-Referenzsignal übertragen,
das als Pilotsignal bezeichnet wird. MSs demodulieren beim Umherwandern
durch das Sendegebiet des zellularen CDMA-Telekommunikationssystems
während
einer anhaltenden Kommunikation mit einer ersten BS periodisch die
Pilotsignale der verschiedenen benachbarten BSs und leiten einen
entsprechenden Pilotsignal-Qualitätshinweis her. Dieser Hinweis
bestimmt eine gereihte Liste von Kandidaten-BSs zur Weiterreichung
und wird in Form einer Signalisierungsinformation an die MSC übertragen.
Es sollte verstanden werden, dass auch die erste BS fortlaufend
CDMA-Uplinksignal-Qualitätsstärkemessungen durchführen kann
und basierend auf diesen Beobachtungen auf einen Anforderungshinweis
einer weichen Weiterreichung an die MSC übergeben kann.
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Üblicherweise
wird eine weiche Weiterreichung in Zusammenhang mit einer Signaldiversitykombination
von der MSC eingeleitet, falls die MS berichtet, dass die Pilotsignalqualität einer
zweiten BS zusätzlich
zu derjenigen der ersten BS gemäß den vorbestimmten
Schwellen ausreichend gut ist, die der MS und der MSC verfügbar gemacht
wurden, und die zweite BS die erforderlichen Ressourcen für den weiche
Weiterreichungsübergang
erhalten kann. Anschließend
wird die MS von der MSC über
die erste BS mit Hilfe einer Signalisierung angewiesen, eine weiche
Weiterreichung einzuleiten und eine Signaldiversitykombination auf
dem Downlink zu beginnen.
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Außerdem leitet
die MSC das zusätzliche weitergeben
von Teilnehmersignalen über
die zweite BS ein und beginnt eine Diversitykombination des Teilnehmersignals
in der Uplink-Richtung. Beide beteiligten BSs rufen selbständig das
vorstehend erwähnte
Leistungssteuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis auf. Die
MS stellt ihre CDMA-Sendeleistung
auf das Minimum der beiden befohlenen Leistungspegel ein, um eine übermäßige CDMA-Interferenz
mit den anderen Kommunikationsstrecken zu reduzieren.
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Ist
die MS innerhalb des Gebiets der zweiten BS fest eingerichtet und
hat sich das von der ersten BS empfangene Pilotsignal gemäß den vorbestimmten
Schwellen, die der MS verfügbar
gemacht wurden, ausreichend abgeschwächt, wird sie diesen Zustand
schließlich
an die MSC berichten, die wiederum entscheidet, die weiche Weiterreichung
mit Signaldiversitykombination zu beenden, und anschließend nur
die zweite BS zum Beibehalten der CDMA-Kommunikationen verwendet
wird.
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Dieser
Prozess einer weichen Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
kann wiederholt werden, wenn sich die MS innerhalb des Dienstgebiets
des zellularen CDMA-Telekommunikationssystems bewegt und es die
gemessenen CDMA-Signalqualitätshinweise
nahe legen.
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Die
US-A-510501 offenbart eine herkömmliche
weiche Weiterreichung innerhalb einer Mobilvermittlung.
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Einige
der zeitgenössischen
zellularen TDMA-basierten Telekommunikationssysteme verwendet auch
die Unterstützung
der MS in Form von entsprechenden MS-Downlink-Signalqualitätsmessungen
als Trigger bzw. Auslöser
zum Anfordern einer Weiterreichung von einer ersten BS zu einer
zweiten BS, und zwar größtenteils
auf die gleiche Art und Weise wie vorstehend zusammengefasst. Diese
Systeme verwenden jedoch üblicherweise
ein Schema, das als harte Weiterreichung bezeichnet wird, bei dem
die MS als Antwort auf Anweisungen von der MSC die Kommunikation
mit der ersten BS unterbricht, sich auf den angezeigten TDMA-Funkkanal der
zweiten BS abstimmt, und die Uplink- und Downlink-Kommunikationen
dann wieder aufnimmt. Zu keinem Zeitpunkt kommuniziert die MS mit
mehr als einer BS gleichzeitig, und daher erfolgt keine entsprechende
Signaldiversitykombination weder in der MS noch in der MSC, wie
es für
das vorstehend beschriebene weiche Weiterreichungsverfahren der
Fall ist. Die EP-A-0421535
offenbart eine harte Intravermittlungs-Weiterreichung und eine harte Intervermittlungs-Weiterreichung bei
einem TDMA-System. Dieses harte Weiterreichungsschema ist auf eine ähnliche
Art und Weise auch auf CDMA anwendbar, aber sollte, wann immer möglich, aus
Gründen
der CDMA-Systemkapazität
vermieden werden, wie es im Folgenden erläutert wird.
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Im
Zusammenhang mit weichen und harten Weiterreichungen werden die
vorstehend erwähnten vorbestimmten
Schwellen, die in Zusammenhang mit den MS-Downlink-Signalqualitätsmessungen
für die Bestimmung
von Weiterreichungskandidaten-BSs verwendet werden, auch als Weiterreichungsmargen bzw.
-spannen bezeichnet. Die Verwendung dieser Weiterreichungsmargen
in Zusammenhang mit zeitlichen Mittelwertbildungsprozessen ist notwendig,
um häufige
Weiterreichungen (auch als Weiterreichungs-Ping-Pong-Effekt bekannt) zu vermeiden, wenn
sich die MS an der üblicherweise
unscharfen Grenze zwischen den Funksignalabdeckungsgebieten von
zwei benachbarten BSs bewegt. Solche häufigen Weiterreichungen würden die
Verarbeitungskapazität
der MSCs überlasten.
Zum Zweck einer Steuerung der weichen CDMA-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
kann die Weiterreichungsmarge im Gegensatz zum Fall einer harten
Weiterreichung, bei dem üblicherweise
6 bis 10 dB erforderlich sind, um den schädlichen Weiterreichungs-Ping-Pong-Effekt
zu verhindern, auf einen so geringen Wert wie 1 bis 3 dB gewählt werden.
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Mit
Bezug auf den vorstehend erwähnten
Interferenzbegrenzten Betrieb von CDMA sind kleine Weiterreichungsmargen
in der Tat eine wesentliche Anforderung für einen effizienten Betrieb
von CDMA. Die Verwendung einer harten CDMA-Weiterreichung in Zusammenhang
mit den erforderlichen großen Margen
für eine
harte Weiterreichung würde
die CDMA-Systemkapazität
wesentlich verringern. Bei einem zellularen CDMA-Telekommunikationssystem kann eine harte
Weiterreichung nur in Ausnahmesituationen toleriert werden, aber
nicht als eine normale Systembetriebsart. Daher ist eine weiche
Weiterreichung mit Signaldiversitykombination nahtlos über das
gesamte Dienstgebiet des CDMA-Systems bereitzustellen.
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Zellulare
CDMA-Telekommunikationssysteme gemäß dem Stand der Technik stellen
eine weiche Weiterreichung mit Signaldiversitykombination nur zwischen
BSs bereit, die mit ein und dergleichen MSC verbunden sind (was
als eine weiche Intra-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
bezeichnet wird). Ist die MS zwischen BSs weiterzureichen, die mit
unterschiedlichen MSCs verbunden sind, verwenden zellulare CDMA-Telekommunikationssysteme
gemäß dem Stand
der Technik stattdessen eine harte CDMA-Weiterreichung.
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In
der gleichzeitig anhängigen
Patentanmeldung der vorliegenden Anmelderin wird ein System und
ein Verfahren zur weichen Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
zwischen Basisstationen vorgestellt, die mit verschiedenen Mobilvermittlungen eines
zellularen Kommunikationssystems verbunden sind, was im Folgenden
als eine weiche Inter- bzw. Zwischenvermittlungs-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
bezeichnet wird. Der neue Ansatz ermöglicht daher eine nahtlose
weiche Weiterreichung über
das gesamte Systemdienstgebiet hinweg. Ein Nachteil besteht darin,
dass viele Zwischenvermittlungs-Verbindungen reserviert bleiben
und viele Vermittlungen beteiligt sind, während die Mobilstation innerhalb
des Systems umherwandert, wenn die Steuerung der Teilnehmerkommunikationen
und Diversitykombinationsfunktionen an der ersten Vermittlung verbleiben,
die an einer Reihe von aufeinander folgenden weichen Zwischenvermittlungs-Weiterreichungen
beteiligt ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung in Zusammenhang mit der weichen Weiterreichung,
ein Verfahren und ein System zum Weiterreichen der Kommunikationsstrecken-Steuerungsfunktionen
und der Diversitykombinationsfunktionen von einer ersten Vermittlung
zu einer zweiten Vermittlung bereitzustellen, ohne eine der aktiven
Funkkommunikationsstrecken zwischen der kommunizierenden Mobilstation und
den Basisstationen zu unterbrechen, und zwar mit dem Ziel, die Verwendung
terrestrischer Übertragungseinrichtungen
während
Zeiten einer weichen Zwischenvermittlungs-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
zu minimieren. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein neues
Weiterreichungsverfahren bereitzustellen, welches nur Systemsteuerungsfunktionen
und die terrestrischen Strecken zwischen Basisstationen und Mobilvermittlungen
beeinflusst, aber nicht die Funkstrecken zwischen Mobilstationen
und Basisstationen einer aktiven Teilnehmerkommunikation.
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Die
Erfindung betrifft ein Steuerungsweiterreichungsverfahren gemäß Anspruch
1.
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Der
Aspekt der Steuerungsweiterreichung zwischen steuernden und weitergebenden
Vermittlungen in Zusammenhang mit einer weichen Zwischenvermittlungs-Weiterreichung stellt
eine Optimierung der Verwendung einer Übertragung von Ressourcen bereit,
die bei der weichen Zwischenvermittlungs-Weiterreichung beteiligt
sind.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist ein zellulares Telekommunikationssystem
gemäß Anspruch
5.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der ausführlichen,
nachstehend dargelegten Beschreibung eher ersichtlich, wenn diese
in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet wird:
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1 zeigt eine schematische Übersicht
eines beispielhaften zellularen CDMA-Telekommunikationssystems gemäß der Erfindung;
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2 zeigt ein Blockschaltbild,
das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Mobilvermittlungsstelle zur Verwendung innerhalb eines zellularen
CDMA-Telekommunikationssystems
zeigt;
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3 zeigt ein Blockschaltbild,
das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Basisstation zur Verwendung innerhalb eines zellularen CDMA-Telekommunikationssystems
zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein beispielhaftes
Ausführungsbeispiel
eines zellularen CDMA-Telekommunikationssystems.
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2 zeigt ein beispielhaftes
Ausführungsbeispiel
einer bei einem zellularen CDMA-Telekommunikationssystem verwendeten
MSC, auf die sich die Erfindung bezieht.
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Digitale
Strecken (120, 122, 124, 126)
verbinden die Mobilvermittlung MSC mit dem öffentlichen Telefonnetz PSTN,
anderen Mobilvermittlungen MSC und Basisstation BS. Diese digitalen
Strecken transportieren die Teilnehmerinformationen wie etwa Sprache
und zusätzlich
Signalisierungsinformationen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung setzt voraus, dass die Signalisierungsinformationen
zusammen mit den Teilnehmerinformationen auf ein und dieselbe physikalische Übertragungseinrichtung
gemultiplext werden. T1-Übertragungseinrichtungen
zusammen mit Signalisierungssystem Nr. 7 können als ein beispielhaftes
Ausführungsbeispiel einer
derartigen Digitalstreckenanordnung dienen.
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Der
Teilnehmer-Informationsstrom wird mit Hilfe einer Digitalvermittlung
bzw. eines digitalen Koppelfelds 112 zwischen den erwähnten Instanzen geschaltet
bzw. vermittelt. Die entsprechenden Signalisierungsinformationen
werden von einer Paketvermittlung 114 übertragen, empfangen und weitergegeben.
Die Paketvermittlung 114 ist auch an einen MSC-Steuerungsprozessor 110 angeschlossen,
der sich als eine Signalisierungsinformationsquelle und -senke verhält. Der
MSC-Steuerungsprozessor 110 interpretiert bzw. übersetzt
und reagiert auf Signalisierungsnachrichten, die an ihn adressiert
sind, und kann auch Signalisierungsnachrichten an andere Instanzen
abrufen, wenn dies erforderlich ist. Der MSC-Steuerungsprozessor 110 steuert
auch die Verbindungsanordnungen innerhalb der Digitalvermittlung 112 gemäß dem Aufzustand.
Außerdem
weist der MSC-Steuerungsprozessor 110 während eines Rufaufbaus
und -abbaus eine Codeumsetzer- & Kombinator-Einrichtung 100 aus
einem entsprechenden Ressourcenvorrat (wobei gemäß der Figur nur eine dieser
Codeumsetzer- & Kombinator-Einrichtungen 100 gezeigt
ist) zu und gibt diese frei.
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Die
Codeumsetzer- & Kombinator-Einrichtung 100 wird
benötigt,
um zwischen der typischerweise gemäß dem μ-Gesetz codierten Sprache wie sie im
PSTN verwendet wird und der niederratigen digitalen Sprachcodierung
wie etwa CELP zu wandeln, die auf den Funkstrecken verwendet wird.
Zusätzlich zur
Codeumsetzungsfunktion implementiert die Codeumsetzer- & Kombinator-Einrichtung 100 auch
die Signaldiversitykombination in der Uplink-Richtung und eine Signalvervielfachung
in der Downlink-Richtung.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die digitale Sprache oder Daten aufweisenden
Teilnehmer-Kommunikationssignale, die
zusammen mit den diese Verbindung betreffenden Signalisierungsinformationen
gemultiplext sind, in einem digitalen, rahmenorientierten Format
transportiert, das für
die terrestrischen Übertragungsstrecken 124, 126 zwischen
den BSs und der MSC geeignet ist. Diese Rahmen werden anschließend als Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
bezeichnet. Zusätzlich
zu diesen Teilnehmerinformationen können die Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
auch von den BSs gelieferte Informationen enthalten, die für die Signalqualität relevant
sind, wie sie für
die Signaldiversitykombination innerhalb der MSC in der Uplink-Richtung
verwendet wird.
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Diese
Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen,
die auf den Leitungen 130, 132, 134 ankommen und
abgehen, werden für
die Uplink- und die Downlink-Richtung jeweils im Digitalspeicher 104 gepuffert bzw.
zwischengespeichert. Ein Digitalprozessor 102 liest und
schreibt diese Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
zyklisch aus dem und in den Digitalspeicher 104. In der
Uplink-Richtung wird ein Signalqualitätshinweis, der an die von Leitungen 130, 132 im Speicher 104 ankommenden
Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen angehängt ist,
inspiziert und der Prozessor 102 führt basierend auf diesen Hinweisen die
Diversityauswahl durch. In der Downlink-Richtung werden von Leitung 134 im
Speicher 104 ankommende Sprachabtastwerte vom Prozessor 102 codemäßig umgesetzt
und in Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
gepackt.
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Die
Codeumsetzer- & Kombinator-Einrichtung 100 extrahiert
bzw. fügt
die Teilnehmer-Signalisierungsinformationen mit Hilfe des Digitalprozessors 102 auch
aus bzw. in die Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
ein und bietet bzw. empfängt
diese Signalisierungsinformationen über eine Leitung 140 an/vom
MSC-Steuerungsprozessor 120. Dadurch empfängt der
MSC-Steuerungsprozess 110 MS-Signalisierungsinformationen wie etwa
Pilotsignal-Qualitätsmessberichte.
Daher besitzt der MSC-Steuerungsprozessor 110 die
erforderlichen Informationen zum Einleiten und Beenden von weichen
Inter-MSC- oder Intra-MSC-Weiterreichungen ebenso wie von Steuerungsweiterreichungen.
Außerdem
kann der MSC-Steuerungsprozessor 110 dadurch
die geeigneten Weiterreichungsbefehle über Leitungen 140, 130, 132 und
Strecken 124, 126 an die MS ebenso wie über die
digitale Paketvermittlung 114 und Strecke 122 an
andere MSCs herausgeben, falls dies erforderlich sein sollte.
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3 zeigt ein beispielhaftes
Ausführungsbeispiel
einer bei einem zellularen CDMA-Telekommunikationssystem verwendeten
BS, auf die sich die Erfindung bezieht.
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Block 200 zeigt
die zum Unterstützen
einer einzelnen CDMA-Kommunikation innerhalb einer BS erforderliche
Vorrichtung, die als CDMA-Kanaleinrichtung bezeichnet wird (wobei
nur eine gezeigt ist).
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In
der Uplink-Richtung werden die CDMA-Teilnehmer-Kommunikationssignale von der digitalen
CDMA-Funkstrecke 230 empfangen, vom CDMA-Demodulator 202 demoduliert,
vom Entschachtler & Decodierer 206 entschachtelt
und kanaldecodiert, in Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen gewandelt und
für die
terrestrische Übertragung
innerhalb eines Digitalspeichers 210 zwischengespeichert und
schließlich
auf der digitalen Strecke 232 in Richtung der MSC übertragen.
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In
der Downlink-Richtung werden die Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen von der MSC über eine
digitale Strecke 232 empfangen, im Digitalspeicher 210 zwischengespeichert
und in eine für
die BS geeignete Darstellung gewandelt, von einem Codierer & Verschachtler 208 kanalcodiert
und verschachtelt, vom CDMA-Modulator 204 CDMA-moduliert
und schließlich
auf der digitalen Funkstrecke 230 übertragen.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besitzt die BS eine Netzwerk-unabhängige Zeitsteuerungsquelle 220,
die ein Referenzsignal hoher Genauigkeit bereitstellt, wie es für einen
effizienten CDMA-Betrieb erforderlich ist und von der CDMA-Kanaleinrichtung 200 eingesetzt
wird. Eine derartige Zeitsteuerungsquelle kann z.B. aus dem GPS-Satellitensignal
hergeleitet werden und kann global jeder BS bereitgestellt werden,
wodurch ein Netzwerk gegenseitig synchronisierter BSs ermöglicht wird.
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Die
BS umfasst zusätzlich
einen BS-Steuerungsprozessor 222. Der BS-Steuerungsprozessor 222 empfängt und überträgt Signalisierungsinformationen
von und zu einer digitalen Strecke 232, die mit der MSC
verbunden ist. Der BS-Steuerungsprozessor 222 führt die
Ressourcenverwaltung der BS durch, wie etwa die Zuweisung und das
Freigeben der CDMA-Kanaleinrichtung für Teilnehmerverbindungen (Rufe).
Der BS-Steuerungsprozessor 222 reagiert daher auf CDMA-Kanalzuordnungsanforderungen,
die sich auf einen Rufaufbau beziehen, ebenso wie auf CDMA-Kanalzuordnungsanforderungen,
die sich auf Anforderungen einer weichen Weiterreichung von der
MSC beziehen.
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Ein
Digitalprozessor 212 führt
in Zusammenhang mit dem Pufferspeicher 210 das Packen und Entpacken
der BSinternen Darstellung des CDMA-Teilnehmer-Kommunikationssignals in und aus Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
in der Uplink- und Downlink-Richtung durch. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthalten die vorstehend erwähnten Codeumsetzer- & Kombinator-Rahmen
auch Informationen, die vom Entschachtler & Kanaldecodierer 206 geliefert
werden und dem Digitalprozessor 212 bereitgestellt werden, die
auf die Signalqualität
der CDMR-Funkrahmen hinweisen, wie sie von der Uplink-CDMA-Funkstrecke 230 empfangen
werden, und die für
die Signaldiversitykombination innerhalb der MSC in der Uplink-Richtung
verwendet werden.
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Zur
Stützung
der Beschreibung der Erfindung werden im Folgenden eine Steuerungsweiterreichung,
eine weiche, von einem Mobilgerät
unterstützte
Zwischenvermittlungs- (oder Inter-MSC-) Weiterreichung und Makrodiversity- Signalkombinationsmethoden
bei einem zellularen CDMA-Telekommunikationssystem
ausführlich
beschrieben.
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Einleitung
einer weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
(1).
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Im
Folgenden wird vorausgesetzt, dass eine MS 30 über eine
erste BS 24 kommuniziert, die mit einer ersten MSC 14 verbunden
ist, welche Zugang zum PSTN und anderen MSCs 10, 12 bereitstellt.
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Die
weiche Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination wird
eingeleitet, wenn sich die MS 30 vom Sendegebiet der versorgenden
BS 24, die mit der ersten MSC 14 verbunden ist,
zum Sendegebiet einer zweiten BS 22 bewegt, die mit einer
zweiten MSC 12 verbunden ist, und die MS-Pilotsignal-Qualitätsmessungen
darauf hinweisen, dass eine weiche Weiterreichung zur zweiten BS 22 angemessen
ist. Die MS signalisiert diesen Messhinweis über die erste BS 24 an
die erste MSC 14, einschließlich von dentifikationsinformationen
der zweiten BS 22.
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Die
erste MSC 14 erfasst wiederum aus zellularen Konfigurationsdaten,
dass eine BS 22 mit einer anderen MSC 12 verbunden
ist und leitet anschließend
eine Anforderung für
eine weiche Inter-MSC-Weiterreichung an diese zweite MSC 12 weiter.
Diese Weiterreichungsanforderung identifiziert den CDMA-Codekanal und die
-Frequenz, die MS 30 momentan verwendet, und zusätzlich die Identität bzw. Kennung
der Inter-MSC-Leitung 50, die von der MSC 14 für diese
Abwicklung reserviert wird.
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Die
MSC 12 leitet diese Weiterreichungsanforderung außerdem an
eine BS 22 weiter, nachdem eine geeignete Leitung 72 reserviert
und durchgeschaltet wurde. Die BS 22 analysiert die Weiterreichungsanforderung,
und falls die angeforderten Ressourcen verfügbar sind, weist sie einen
weiteren CDMA-Codekanal zu, der von der MS 30 für die Downlink-Verbindung 82 zu
verwenden ist, der an die MSC 12 und die MSC 14 zurücksignalisiert
wird. Die BS 22 wird auch die Downlink-Richtung von Verbindung 82 unter
Verwendung des neu zugeordneten CDMA-Codekanals aktivieren. Die
BS 22 wird weiterhin mit einem Demodulieren der CDMA-Uplink-Verbindung 82 unter
Verwendung der sich auf MS 30 beziehenden CDMA-Kontextinformationen
beginnen und anschließend
die Teilnehmer-Kommunikationssignale über die MSC 12 zur
Diversitykombination an die MSC 14 weitergeben. Die BS 22 kann
das erfolgreiche Beschaffen und Empfangen der CDMA-Uplink-Verbindung 82 über MSC 12 an
MSC 14 signalisieren.
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Die
MSC 14 wird über
BS 24 eine Weiterreichungsanforderung an MS 30 senden,
einschließlich der
Identität
bzw. Kennung des neu zugewiesenen CDMA-Codekanals. Die MSC 14 wird
auch eine Diversitysignalkombination der Teilnehmer-Kommunikationssignale
auf dem Uplink beginnen, sobald die Teilnehmer-Kommunikationssignale,
die den Abschnitten 84-74 bzw. 82-72-50 folgen,
in Synchronität empfangen
wurden.
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Die
MS 30 beginnt, nachdem sie die Weiterreichungsanforderung
empfangen hat, eine Signaldiversitykombination der ersten CDMA-Downlink-Verbindung 84 und
der zweiten, neu zugewiesenen Downlink-Verbindung 82. Die erfolgreiche
Einleitung der weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
wird von MS 30 dann an MSC 14 signalisiert.
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Beendigung
einer weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
(1).
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Die
weiche Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination wird
beendet, falls die MS das Sendegebiet von einer der beteiligten
BSs vollständig
verlässt
und tief in das Sendegebiet der anderen BS eindringt.
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Im
Folgenden wird vorausgesetzt, dass MS 30 tief in die von
BS 22 abgedeckte Zelle eingedrungen ist und sich das von
BS 24 kommende Pilotsignal daher bei der vorstehend beschriebenen
weichen Inter-MSC-Weiterreichungskonfiguration
unter eine vorbestimmte Schwelle abgeschwächt hat. Daher soll der Abschnitt 84-74 aus
der weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
entfernt werden.
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Die
MS 30 wird die MSC 14 über einen Pilotsignal-Qualitätsmessbericht
darüber
informieren, dass sich das von der BS 24 kommende Signal
unter eine vorbestimmte Schwelle abgeschwächt hat. Die MSC 14 entscheidet,
den Abschnitt 84-74 fallen zu lassen, und so die
weiche Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination zu
beenden. Zu diesem Zweck sendet die MSC 14 ein Weiterreichungsbeendigungssignal über BS 24 und
MSC 12 – BS 22 zu
MS 30. Die MS 30 wird die Downlink-Demodulationsdiversitykombination
des von der BS 24 kommenden Signals stoppen und von nun
an nur mit der BS 22 kommunizieren. Die MS 30 signalisiert über BS 22 und
MSC 12 die erfolgreiche Beendigung der weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit
Signaldiversitykombination zurück
an die MSC 14, die wiederum die BS 24 auffordert,
die CDMA-Funkstrecke 84 zu
beenden und die entsprechenden Ressourcen freizugeben. Die MSC 14 wird
auch die terrestrische Strecke 74 freigeben und die Uplink-Diversiykombination
beenden. Dies vervollständigt
die Beendigung der weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination.
Es sollte verstanden werden, dass die MSC 14 weiterhin
alle Steuerungs- und Signalisierungsfunktionen bezüglich der
Kombinationen mit der MS 30 betreut. Funktional wird der
Abschnitt 50-72-82 ähnlich behandelt wie eine direkte MSC-BS-Verbindung
(wie etwa über
BS 24); der einzige Unterschied sind die von der MSC 12 durchgeführten zusätzlich Weitergabefunktionen.
Die MSC 12 wird daher für
alle Steuerungs- und Signalisierungsfunktionen vollständig transparent
sein, die von der MSC 14, der BS 22 und der MSC 30 aufgerufen werden.
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Es
sollte verstanden werden, dass die vorstehend beschriebene weiche
Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination mehrere
Male während
einer anhaltenden Kombination angewandt werden kann. Es sollte auch
verstanden werden, dass mehr als zwei BSs während einer weichen Inter-MSC-Weiterreichung
mit Signaldiversitykombination beteiligt sein können. Es kann z.B. der Fall
gewesen sein, dass zusätzlich
zu BS 24 und BS 22 auch BS 20 über eine
Strecke 70 und eine zusätzliche
Leitung auf der Strecke 50 an der weichen Inter-MSC-Weiterreichung
mit Signaldiversitykombination beteiligt gewesen wäre. Auch
mehr als zwei MSCs können
an einer weichen Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination
beteiligt sein. Es kann z.B. der Fall gewesen sein, dass zusätzlich zu
BS 24 und BS 22 eine weitere (nicht gezeigte)
BS, die mit der MSC 10 verbunden ist, über eine Strecke 48 an
der weichen Inter- MSC-Weiterreichung
mit Signaldiversitykombination beteiligt gewesen wäre. Diesen
Szenarien ist gemeinsam, dass die MSC 14 immer alle Steuerungs-
und Signalisierungsfunktionen in Bezug auf die Kommunikationen mit
der MS 30 betreut und daher hinsichtlich aller CDMA-Funkressourcen
betreffender Funktionen als Anker bzw. Ausgangspunkt dient.
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Die
Erfindung umfasst einen neuen Typ von Weiterreichung, der in der
Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen weichen Inter-MSC-Weiterreichung
wie folgt eingesetzt werden sollte. Es wird angenommen, dass eine
weiche Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination wie
vorstehend beschrieben stattgefunden hat, und dass die MS 30 über die
BS 22, die steuernde MSC 14 und die weitergebende
MSC 12 kommuniziert. Es wird ferner angenommen, dass sich
die MS 30 in das Sendegebiet von BS 20 bewegt
und der zusätzliche
Abschnitt 80-70-50 gemäß der weichen
Inter-MSC-Weiterreichung mit Signaldiversitykombination zusätzlich zum
bereits bestehenden Abschnitt 82-72-50 zur
MSC 14 zurück
transportiert wird. Dies führt
jedoch dazu, dass für
diese Kombination zwei Inter-MSC-Leitungen auf der Strecke 50 zu
verwenden sind. Es wäre
bei dieser Situation vorteilhaft, falls das System die Steuerungs- und Signaldiversitykombinationsfunktionen
von MSC 14 zu MSC 12 weiterreichen könnte, so
dass alle Steuerungs- und Diversitykombinationsfunktionen näher an den
BSs 20, 22 erfolgen und dadurch nur eine Inter-MSC-Leitung
auf der Strecke 50 erforderlich wäre.
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Dieser
neue Typ von Weiterreichung, der im Folgenden als Steuerungsweiterreichung
bezeichnet wird, ist die Aufgabe der Erfindung. Die Steuerungsweiterreichung
beeinträchtigt
Funkstrecken nicht direkt, vielmehr wird die Netzwerksteuerungsweiterreichung
nur von den MSCs ausgeführt,
ohne eine direkte Beteiligung der MS, und kann viel später als
die letzte weiche Zwischenvermittlungs-Weiterreichung eingebunden
werden.
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Da
Schaltungs- und Leitungsneuanordnungen innerhalb des Netzwerks erfolgen,
kann es jedoch passieren, dass Signalisierungsinformationen zwischen
MS und der steuernden MS verloren gehen. Daher wird eine Rückstelloperation
der Signalisierungsstreckenschicht (Schicht 2 innerhalb des OSI-Modells)
der MS-MSC-Strecken erforderlich sein, um die Konsistenz bzw. Übereinstimmung
der Signalisierungsverbindungen wieder herzustellen. Eine solche
Rückstelloperation
beeinträchtigt
jedoch weder die physikalische Funkstreckenschicht (Schicht 1) noch
die Rufverarbeitung (Schicht 3). Als Folge kann der übliche CDMA-Leistungssteuerungsbetrieb
mit geschlossenem Regelkreis zwischen der MS und den unterstützenden
BSs ohne jede Unterbrechung durch die Steuerungsweiterreichung durchgeführt werden.
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Das
Steuerungsweiterreichungsverfahren wird für die folgende beispielhafte
Konfiguration (1) ausführlich beschrieben:
MSC 30 kommuniziert während
einer weichen Inter-MSC-Weiterreichung über BSs 20, 22 und
die weitergebende MSC 12 und wird von der MSC 14 gesteuert,
die auch die Diversitykombination durchführt. Daher sind für diese Abwicklung
auf der digitalen Strecke 50 momentan zwei Leitungen in
Verwendung. Es wird angenommen, dass sich die andere Seite innerhalb
des PSTN befindet und über
Strecke 44 mit der MSC 14 verbunden ist. Die Netzwerksteuerungsweiterreichung
soll von MSC 14 zu MSC 12 erfolgen.
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Aus
den von MS 30 ausgeführten
Pilotsignal-Qualitätsmessberichten
lernt die MSC 14 als Erstes, dass die MS 30 innerhalb
der Sendegebiete der BSs 20, 22, die Teil des
von der MSC 12 gesteuerten Systemgebiets sind, fest eingerichtet
ist. Daher wird von der MSC 14 eine Steuerungsweiterreichung
zur MSC 12 entschieden. Zu diesem Zweck wird die MSC 14 eine
zusätzliche,
dritte Leitung in Richtung der MSC 12 auf der digitalen
Strecke 50 reservieren. Die MSC 14 kann bereits
jetzt eine Brückenverbindung
in der Downlink-Richtung einrichten, die den vom PSTN kommenden
Abschnitt 44 mit beiden Leitungen der digitalen Strecke 50 verbindet,
die innerhalb dieser Abwicklung verwendet werden. Die MSC 14 kann
auch bereits jetzt den Uplink der neu zugewiesenen, dritten Leitung
der digitalen Strecke 50 zum PSTN-Abschnitt 44 verbinden. Daher
wird die Uplink-Richtung der Teilnehmerinformationen und der Signalisierung
zu diesem Zeitpunkt unterbrochen, wohingegen die Downlink-Übertragungen ununterbrochen
fortfahren. Durch die andauernde Steuerungsweiterreichung wird jedoch
keine der Funkstrecken 80, 82 beeinträchtigt.
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Als
Zweites wird die MSC 14 die Netzwerksteuerungsweiterreichung
in Richtung der MSC 12 durch Senden von geeigneten Signalisierungsinformationen
an die MSC 12 anfordern, die auch die neu zugewiesene,
dritte Leitung auf der Übertragungsstrecke 50 anzeigen.
Die MSC 12 wird wiederum die erforderlichen Ressourcen
zuweisen und aktivieren, die zum Verarbeiten und Steuern der anhaltenden Kommunikationen
erforderlich sind. Diese Ressourcen umfassen Einrichtungen zum Durchführen der Diversitykombination
der Uplink-Teilnehmer-Informationsrahmen,
eine Sprachcodeumsetzungseinrichtung für Sprachkommunikationen, MS-
und BS-Signalisierungsstreckenabschlüsse und
geeignete Steuerungsprozesse, sind aber nicht darauf beschränkt. Die
MSC 14 wird die Uplink- und die Downlink-Richtung der Strecken 70, 72 über die
Diversitykombinations- und Sprachumsetzungseinrichtungen auf die Uplinkbeziehungsweise
Downlink-Richtung der neu zugewiesenen, dritten Leitung von Strecke 50 umschalten.
Sobald diese Operation vervollständigt
ist, sind die bidirektionalen Kommunikationen der Teilnehmerinformationen
von MSC 30 mit dem PSTN vollständig wiederhergestellt.
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Außerdem kann
die Signalisierungsstrecke zu und von der MS 30 mit den
neu zugewiesenen Steuerungsprozessen innerhalb der MSC 12 verbunden
werden. Es ist zu diesem Zeitpunkt, dass die MSC 12 auf
Schicht 2 der MS-MSC-Strecken
einen Signalisierungsstrecken-Rückstellhinweis
an die MS 30 senden kann, um die Konsistenz bzw. Übereinstimmung
der Signalisierungsverbindungen wiederherzustellen. Die MS 30 wird
auf diese Rückstelloperation
durch Initialisieren ihres Signalisierungsstreckenkontexts zusammen
mit der MSC 12 antworten bzw. reagieren. Eine solche Rückstelloperation
beeinträchtigt
jedoch nicht die physikalische Funkstreckenschicht (Schicht 1).
Als Folge kann der übliche CDMA-Leistungssteuerungsbetrieb
mit geschlossenem Regelkreis zwischen der MS 30 und den
unterstützenden
BSs 20, 22 ohne jede Unterbrechung durch die Netzwerksteuerungsweiterreichung
durchgeführt
werden. Außerdem
wird die Signalisierung bezüglich
der Rufverarbeitung (Schicht 3) nicht beeinträchtigt.
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Zuletzt
wird die MSC 12 durch Senden eines geeigneten Signals zurück an die
MSC 14 der MSC 14 die erfolgreiche Vollendung
der Netzwerksteuerungsweiterreichung bestätigen. Die MSC 14 wird
die Ressourcen bezüglich
dieser Teilnehmerkommunikation freigeben, einschließlich aber
nicht ausschließlich
von Einrichtungen zum Durchführen
der Diversitykombination der Uplink-Teilnehmer-Informationsrahmen, einer
Sprachcodeumsetzungseinrichtung für Sprachkommunikationen, von
MS- und BS-Signalisierungsstreckenabschlüssen und
von geeigneten Steuerungsprozessen. Die MSC 14 wird auch
die erste und zweite Leitung auf der digitalen Strecke 50 freigeben.
Die MSC 14 ist daher nicht länger an einer Steuerung des
Rufs beteiligt. Die MSC 14 wird jedoch weiterhin als ein
Vermittlungspunkt bzw. -knoten zwischen den digitalen Strecken 50 und 44 dienen.
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Es
sollte auch verstanden werden, dass das Verfahren der Erfindung
leicht auf ein zellulares TDMA-Telekommunikationssystem
angewandt werden kann. Bei einem zellularen TDMA-Telekommunikationssystem
würden
Funkstrecken 80, 82, 84, 86 gemäß 1 als TDMA-Funkstrecken ausgestaltet sein,
bei denen zum Bereitstellen von Kommunikationskanälen für die Systemteilnehmer
mehrere Zeitschlitze verwendet werden. Während einer weichen Weiterreichung,
insbesondere während
einer weichen Zwischenvermittlungs-Weiterreichung mit Diversitykombination,
können
zwei (oder mehr) Zeitschlitze verwendet werden, um die gleichzeitigen Funkkanäle bereitzustellen,
die von den bei der Weiterreichung beteiligten MS und BSs verwendet
werden. Alle anderen erwähnten
Eigenschaften der Erfindung bleiben für zellulare TDMA-Telekommunikationssysteme
die gleichen.
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Die
vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist bereitgestellt,
um einem Fachmann zu ermöglichen,
die Erfindung durchzuführen
oder zu verwenden. Verschiedene Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen
werden für
den Fachmann leicht ersichtlich sein, und die hierin definierten
allgemeinen Prinzipien können
ohne den Einsatz der erfinderischen Fähigkeit auch auf andere Ausführungsbeispiele
angewandt werden. Daher ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung
auf die Ausführungsbeispiele
hierin beschränkt
ist, sondern mit dem breitesten Umfang übereinstimmt, der mit den hierin
als neue Merkmale offenbarten Prinzipien im Einklang steht.