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Diefur
vorliegende Erfindung bezieht sich auf in einem zellularen Kommunikationssystem
zum Handover eines zellularen Anrufs von einer ersten Funkzelle
zu einer zweiten Funkzelle verwendbare Verfahren.
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Zellulare
Kommunikationen mit dem CDMA-(Code Division Multiple Access)-Verfahren
verfügen über eine
10 bis 20 mal so große
Anruf-Verarbeitungskapazität
wie analoge zellulare Kommunikationssysteme. Siehe zum Beispiel "An Overview Of The
Application Of Code Division Multiple Access (CDMA) To Digital Cellular
Systems And Personal Cellular Networks," 21. Mai 1992, erhältlich von Qualcomm, Inc. – 10555
Sorrento Valley Road – San
Diego, CA. Ein CDMA-System überträgt/empfängt Sprache
oder Daten mit der relativ langsamen Geschwindigkeit von etwa 8
Kbps zu/von einer Mobileinheit über
ein Spreizspektrumsignal. (Es können
auch andere Geschwindigkeiten unterstützt werden, z. B. 16 Kbps,
aber die Geschwindigkeit ist immer noch niedriger als die leitungsgebundene
Standardgeschwindigkeit der Telefonindustrie von 64 Kbps). Ein Transceiver
am Funkzellenstandort sendet/empfängt das Spreizspektrumsignal
und übersetzt
es von/in CDMA-Datenpakete.
Ein Sprach-Handler übersetzt
die Datenpakete in einen und aus einem digitalen pulscodemodulierten
(PCM) 64 Kbps-Datenstrom, wie er bei genormten leitungsgebundenen
digitalen Vermittlungsvorgängen
verwendet wird (zellulare CDMA-Kommunikationen
werden ausführlicher
in Qualcomm, Inc., "The
Wideband Spread Spectrum Digital Cellular System Dual Mode Mobile
Station-Based Station Compatibility Standard," und Qualcomm, Inc., "CDMA Digital Common
Error Interface Standard, Überarbeitung
1.0, Oktober 1993 beschrieben). In den meisten CDMA-System-Konfigurationen befindet
sich der Sprach-Handler am Funkzellenstandort. Eine leitungsvermittelte
64-Kbps-Verbindung
wird dann zur Übertragung
und zum Empfang von CDMA-Datenpaketen über die bedienende Vermittlungsstelle
zwischen dem Funkzellenstandort und dem Fernsprechnetz (PSTN) hergestellt.
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Ein
mit diesem System verbundenes Problem ist, dass bei der Bewegung
des Mobiltelefons von Funkzelle zu Funkzelle die Leitungsverbindung zwischen
dem Funkzellenstandort und der Vermittlungsstelle abgebrochen und
am neuen Funkzellenstandort wieder aufgebaut werden muss. Das Abbrechen
und wieder Aufbauen einer Leitungsverbindung während der Bewegung eines Mobiltelefons
von Funkzelle zu Funkzelle ist im Stand der Technik als "hartes Handover" bekannt. Harte Handover
werden vom Benutzer als hörbares
Klicken und/oder Pausen im Betrieb bemerkt. Es ist in der Technik
wünschenswert, "weiche Handover" oder Handover von
Funkzelle zu Funkzelle und von Vermittlungsstelle zu Vermittlungsstelle
zu liefern, die für
den Nutzer nicht merkbar sind.
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Eine
Lösung
des Problems des harten Handovers bei CDMA-Systemen findet sich im US-Patent Nr.
5,184,347, das an AT&T
im Namen von Farwell et al. (hier "Farwell") ausgegeben wurde. Farwell stellt ein
System zur Verfügung,
das CDMA-Pakete von einem Funkzellenstandort zu einem Sprach-Handler liefert.
Jeder Funkzellenstandort ist mit einem Funkzellen-Zusammenschaltmodul
verbunden, der aus einer DS1-Schnittstelleneinheit,
einem lokalen Netzwerkbus und einem Paketverarbeitungsnetzwerk besteht.
Der Inhalt (Sprache oder Daten) des Spreizspektrum-Funksignals von
der mobilen Einheit wird zuerst am Funkzellenstandort paketiert.
Dann werden Pakete für
das Paketverarbeitungsnetzwerk adressiert und vom Funkzellenstandort über eine DS1-Verbindung
an die DS1-Schnittstelleneinheit übertragen.
Diese DS1-Schnittstelleneinheit
liefert die Pakete an den lokalen Netzwerkbus, der mit einem Paketverarbeitungselement
verbunden ist. Das Paketverarbeitungselement enthält eine
Tabelle zum Übersetzen
einer Paketverarbeitungselementadresse in eine Sprach-Handler-Adresse.
Das Paket wird dann zu einer Lichtleitfaser-Schnittstelle und über die Lichtleitfaser
zu einer Erweiterungs-Schnittstelle gesendet. Die Erweiterungs-Schnittstelle
bringt das Paket in ein anderes lokales Netzwerk. Das Paket wird dann
von einer Sprachverarbeitungseinheit vom lokalen Netzwerk aufgegriffen.
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Weiche
Handover werden in dem System des Farwell-Patents dadurch eingeleitet, dass das Mobiltelefon
feststellt, dass es sich im Bereich eines zweiten Funkzellenstandorts
befindet. Eine Handover-Anforderungsnachricht
wird vom Mobiltelefon an den Mobilfunkvermittlungskomplex geschickt,
wobei der zweite Funkzellenstandort als neuer Funkzellenstandort
angegeben wird. Dann wird über
den Vermittlungskomplex ein neuer Pfad an den Sprach-Handler aufgebaut,
indem zuerst eine Strecke vom neuen Funkzellenstandort zum vorhandenen
Sprach-Handler ausgewählt
und dann jedes Element entlang der Strecke über die neue Verbindung informiert
wird. Jedes Element bestückt
dann seine Nachschlagtabelle mit den geeigneten Anrufdaten, um den
Anruf zum nächsten
Element und schließlich zum
Sprach-Handler zu
leiten. Der Sprach-Handler empfängt
dann zwei fast identische Daten enthaltende Pakete und wählt dasjenige
mit der größeren Signalstärke aus
(die als Teil der Daten im Paket enthalten ist). So wird der gleiche
Sprach-Handler für
beide Funkzellen verwendet, und ein hartes Handover wird vermieden.
Dieses System weist eine komplexe Hardware auf und benötigt aufgrund
der für
das Bestücken
aller Nachschlagtabellen notwendigen Zeit eine gewisse Zeit, um
jeden Pfad durch das System auf- und abzubauen.
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Eine
zweite Lösung
des Problems der harten Handovers findet sich in der US Patentanmeldung 08/040,819
(Veröffentlichungsnr.
5438565) im Namen von Hemmady et al. (hier "Hemmady"). Hemmady liefert ein System zum Weiterleiten
von Paketen zwischen einem Funkzellenstandort-Transceiver und einer
PSTN-Zielschnittstelle über einen
Paketvermittlungsmechanismus mit automatische Routing. Pakete vom
Funkzellenstandort enthalten eine einzige Routing-Adresse der PSTN-Zielschnittstelle (Sprach-Handler), die sich
in einem Vermittlungsamt befindet. Die Pakete werden vom Empfänger am Funkzellenstandort
aufgebaut, einschließlich
des Inhalts des Spreizspektrum-Funksignals, und werden in einem
Paketkanal an eine Paketvermittlung in einem Host-Vermittlungssystem
gesendet. Ein Paket-Handler an der Paketvermittlungsstelle empfangt die
Pakete, demultiplexiert den Paketkanal und schickt die Pakete weiter
auf einen Paketbus. Die diesem Anruf zugeordnete PSTN-Zielschnittstelle
erkennt ihre eigene Adresse in den Paketen auf dem Paketbus und
verarbeitet die Pakete. Während
das Mobiltelefon sich von Funkzelle zu Funkzelle und von einer Funkzelle,
die mit einer Vermittlungsstelle verbunden ist, zu einer neuen Funkzelle
bewegt, die mit einer anderen Vermittlungsstelle verbunden ist,
wird der neue Funkzellenstandort über die Adresse der PSTN-Zielschnittstelle
informiert, die ursprünglich dem
Anruf zugeteilt war, und die neue Funkzelle verwendet ihre eigenen
Paketkanäle
zu ihrer Mobilfunkvermittlungsstelle (MTSO) und dann zur PSTN-Zielschnittstelle
unter Verwendung der gleichen Adresse. Während des Zeitraums, in dem
ein Mobiltelefon sich von einer Funkzelle zur anderen bewegt, empfängt die
PSTN-Zielschnittstelle Pakete von beiden Funkzellenstandorten und
wählt das
Paket mit der besten Qualität
aus. Dieses System erfordert keine leitungsvermittelten Verbindungen
oder Aktualisierungstabellen usw. aus der Offenbarung von Farwell.
Es erfordert aber eine teure Hardware zum Verarbeiten von Paketen
an jeder Vermittlungsstelle, über
die Pakete gesendet werden.
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Keines
dieser beiden Systeme widmet sich den Problemen, die mit Anrufen
von einem ersten CDMA-Mobiltelefonsystem
zu einem zweiten CDMA-Mobiltelefonsystem
verbunden sind, oder liefert ein weiches Handover zwischen mehreren
Mobiltelefonsystemen. Wie oben angegeben, werden digitale CDMA-Pakete
mit einer Geschwindigkeit von 8 Kbps gesendet. Wenn diese Pakete
an einer Vermittlungsstelle ankommen, werden sie vom Sprach-Handler in eine 64-Kbps-Geschwindigkeit
umgesetzt, damit sie von der Vermittlungsstelle verarbeitet werden
können.
Für einen
Mobiltelefon-zu-Mobiltelefon-Anruf müssen die 64-Kbps-Pakete wieder
in 8-Kbps-Pakete umgewandelt werden, um im CDMA-System übertragen
zu werden. Jede Übersetzung
von einem Format zu einem anderen verschlechtert die Qualität der codierten
Sprache oder anderer Signale im Paket.
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Die
EP-A-0426269 offenbart ein System für eine Mobilkommunikation,
das eine Anzahl von Benutzer unterstützenden Basisstationen aufweist.
Jeder Basisstation ist eine Schnittstelleneinheit zugeordnet, die
Sprachinformationen paketiert und eine Header-Information betreffend Nutzer- und Zieladressen
enthält.
Diese Schnittstelleneinheiten verfolgen die Bewegung der verschiedenen
Nutzer durch Weiterleiten von Steuerblöcken von Schnittstelleneinheit
zu Schnittstelleneinheit. Die Pakete werden über Routing-Blöcke
und Vermittlungssysteme weitergeleitet. In den Basisstation-Schnittstellen gespeicherte
Informationen ermöglichen
die Verarbeitung der Bewegung von einer Basisstation ohne Anrufverlust.
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Die
EP-A-0522772 offenbart Anordnungen zum Bereitstellen von weichen
Handovern an CDMA-Funkverbindungen.
Für den
Fall von Anrufen von Mobiltelefon zu Mobiltelefon werden Verbindungen über das
Fernsprechnetz hergestellt. Es sind Sprach-Handler erforderlich,
um zwischen CDMA-Signalen und Signalen (wie zum Beispiel 64 Kilobit PCM)
zu übersetzen,
die über
das Fernsprechnetz übertragen
werden können.
Solche Sprach-Handler sind auf beiden Seiten einer Verbindung von
Mobiltelefon zu Mobiltelefon erforderlich.
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Ein
Problem des Stands der Technik ist es, dass es kein System gibt,
welches ein weiches Handover für
einen Anruf von Mobiltelefon zu Mobiltelefon liefern kann, ohne
die Qualität
des Anrufs zu verschlechtern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
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Ein
technischer Fortschritt wird im Stand der Technik durch ein Verfahren
zum Bereitstellen eines weichen Handovers von Mobiltelefon zu Mobiltelefon erhalten,
bei dem ein erstes Mobiltelefon sich von einer ersten Funkzelle
zu einer zweiten Funkzelle bewegt, und das zweite Mobiltelefon sich
in einer dritten Funkzelle befindet. Das zellulare Kommunikationssystem
enthält
eine Datenbank, die Informationen betreffend alle Anrufe im System
enthält.
Das erste Mobiltelefon fordert ein Handover von der ersten Funkzelle
zur zweiten Funkzelle. Als Antwort sendet die Datenbank Anrufdaten
betreffend den Anruf an die zweite und die dritte Funkzelle. Danach
empfangen die erste und die zweite Funkzelle eine Funkübertragung
vom ersten Mobiltelefon, beide übersetzen
die Übertragungen
in elektronische Daten, paketieren die Daten, und senden die paketierten
Daten an die dritte Funkzelle. Nach Empfang einer neuen Zielinformation
von der Datenbank beginnt die dritte Funkzelle, paketierte Daten
vom zweiten Mobiltelefon an die erste und die zweite Funkzelle zu
senden.
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Zudem
kann das zweite Mobiltelefon sich auch von der dritten Funkzelle
zu einer vierten Funkzelle bewegen.
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Das
zweite Mobiltelefon fordert ein Handover von der dritten Funkzelle
zur vierten Funkzelle. Die Datenbank liefert Anrufdaten an die vierte
Funkzelle, welche die Identifikationen der ersten und der zweiten
Funkzelle enthalten. Die Datenbank liefert auch Anrufdaten an die
erste und zweite Funkzelle, welche die Identifikation der dritten
und der vierten Funkzelle enthalten. Die erste und die zweite Funkzelle übertragen
danach paketierte Daten an die dritte und die vierte Funkzelle,
und die dritte und die vierte Funkzelle senden paketierte Daten
an die erste und die zweite Funkzelle. Vorteilhafterweise wird eine
Signalstärkenanzeige
in den paketierten Daten codiert. Sobald die Signalstärkenanzeige
für eine
bestimmte Funkzelle unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt, wird
die Datenbank benachrichtigt, und diese Zelle wird aus den von den
Funkzellen gespeicherten Anrufdaten gelöscht.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung kann aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den Zeichnungen erhalten werden, in denen zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm mehrerer Mobiltelefonvermittlungssysteme, eines Fernsprechnetzes und
einer Paketvermittlung (in einem Fernsprechvermittlungsamt), wobei
die Paketvermittlung CDMA-Pakete an Sprach-Handler oder andere Funkzellenstandorte
gemäß einem
beispielhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung verteilt;
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2 ein
Blockdiagramm eines Fernsprechvermittlungsamts, das als ein Zielpunkt
dient;
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3 ein
Blockdiagramm eine Paketadressiersystems;
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4 eine
Darstellung eines Anrufs von Mobiltelefon zu Mobiltelefon; und
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5 ein
Flussdiagramm, das die Schritte eines weichen Handovers für einen
Anruf von Mobiltelefon zu Mobiltelefon beschreibt.
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Ausführliche Beschreibung
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Systems zur Bereitstellung eines weichen Handovers für Anrufe von
Mobiltelefon zu Mobiltelefon wird nachfolgend im Zusammenhang mit
einem Mobiltelefonvermittlungssystem und einem Fernsprechnetz beschrieben,
wie es in 1 dargestellt ist. 1 enthält als Beispiel zwei
zellulare CDMA-Bereiche 10 und 12. Diese CDMA-Bereiche
sind getrennt dargestellt, können
aber tatsächlich
Teil eines größeren zellularen
CDMA-Systems sein. Jede CDMA-Funkzelle
enthält
einen Funkzellenstandort, zum Beispiel die Funkzellenstandorte 14 bis 20.
Die Funkzellenstandorte 14–20 senden und empfangen
wie oben beschrieben CDMA-Funksignale über das Spreizspektrum von und
zu Mobiltelefonen innerhalb ihrer eigenen Funkzellen und paketieren
den Kommunikationsinhalt der Funksignale in elektronische Daten,
die dann paketiert werden. Jeder Funkzellenstandort 14–20 steht mit
einem Hauptanrufprozessor (ECP) 6 über Datenverbindungen (gestrichelt
dargestellt) in Verbindung. Der ECP 6 verfolgt die Anrufe
in seinem zugeordneten zellularen System, wie im Stand der Technik
bekannt und im The Bell System Technical Journal, Vol. 58, Nr. 1,
Januar 1979 beschrieben ist. Der ECP 6 ist mit einem ATM-Netzwerk verbunden
gezeigt, kann aber auch mit einem getrennten ECP-Netzwerk verbunden
sein.
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Die
Funkzellenstandorte 14–20 sind
mit einem Netzwerk 22 mit asynchronem Übertragungsmodus (ATM) verbunden.
Das ATM-Netzwerk 22 ist ein Beispiel für ein schnelles Paketnetzwerk.
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Wie
weiter unten in Verbindung mit 3 beschrieben
wird, enthalten die Funkzellenstandorte 14–20 eine
ATM-Schnittstelle,
die die CDMA-Datenpakete erneut paketiert und sie über das
ATM-Netzwerk 22 an ihre Zieladresse sendet. Das ATM-Netzwerk 22 ist
mit mehreren Quellen und Zieladressen von Paketverkehr, einschließlich Videosignalen
und Daten, sowie mit CDMA-Verkehr
von den Funkzellen 14–20 verbunden.
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Das
ATM-Netzwerk 22 ist auch mit mehreren Fernsprechvermittlungsämtern verbunden,
die durch die Vermittlungsstellen 24 und 26 dargestellt
sind. Die Vermittlungsstellen 24 und 26 können sowohl
für den
zellularen als auch für
den Festnetzverkehr dienen, wie weiter unten in Verbindung mit 2 beschrieben
wird. Die Vermittlungsstellen 24 und 26 sind mit
dem Fernsprechnetz 46 sowie mit dem ATM-Netzwerk 22 über Paketvermittlungseinheiten 28 bzw. 30 verbunden.
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Die
Paketvermittlungseinheiten (PSU) 28 und 30 enthalten
Paketzugriffs-Schnittstelleneinheiten (PAI) 32 bzw. 34 und
Sprach-Handler 36 bzw. 38. Die PAIs 32 und 34 und
die Sprach-Handler 36 und 38 sind mit Paketbusleitungen 40 bzw. 42 verbunden. Sprach-Handler
sind in der Technik als "Endpunkte" bekannt. Es können auch
andere Endpunkte, die ähnliche
(oder unterschiedliche) Funktionen ausüben, mit dem Paketbus verbunden
sein, sie sind aber aus Gründen
der Klarheit nicht dargestellt. Ein Paketbus und seine zugeordneten
Endpunkte werden eine "Paketgemeinschaft" genannt. Die PAI 32 sendet
und empfängt
ATM-Pakete zu und von einem ATM-Netzwerk 22 für Daten,
die von der Vermittlungsstelle 24 über das ATM-Netzwerk 22 übertragen
werden.
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Das
Mobiltelefon 44 startet einen Anruf in der Funkzelle 2 zu
einem terrestrischen Telefon im PSTN 46. In diesem Beispiel
gibt es einen oder mehrere Sprach-Handler, die mit dem Paketbus 40 in
der Paketvermittlungseinheit 28 verbunden sind. Ein CDMA-Anruf wird zwischen
dem Mobiltelefon 44 und dem Funkzellenstandort 14 hergestellt.
Der Sprach-Handler 36 (in diesem Beispiel an der Vermittlungsstelle 24,
die der endgültigen
PSTN-Zieladresse am nächsten
ist) wird dem Anruf zugeteilt, und dem Funkzellenstandort 14 wird
eine eindeutige zweiteilige Adresse gegeben, die den Sprach-Handler 36 beschreibt,
wie weiter unten in Verbindung mit 3 beschrieben
wird.
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Wenn
die CDMR-Signale am Funkzellenstandort 14 (oder anderen
Funkzellenstandorten wie 16) ankommen, werden sie paketiert,
und die zweiteilige Adresse des Sprach-Handlers wird hinzufügt. Die Pakete werden dann
mit Transportprotokolldaten für
die Übertragung
auf dem ATM-Netzwerk 22 eingekapselt (erneut paketiert).
Das ATM-Netzwerk 22 liest die Paketadresse und liefert
das Paket an die entsprechende Paketzugriffs-Schnittstelle, in diesem Beispiel
die PAI 32. Die PAI 32 empfängt das Paket vom ATM-Netzwerk 22 und
entfernt die Paketdaten aus den ATM-Nutzdaten. Die Paketdaten werden dann
auf den Bus 40 gebracht. Der Sprach-Handler 36 kontrolliert
den Bus 40 und sieht, dass das Paket für ihn bestimmt ist. Der Sprach-Handler 36 nimmt dann
das Paket vom Bus 40, übersetzt
die Daten in 64-Kbps-PCM und überträgt sie zum
Fernsprechnetz 46 zu einer terrestrisch gestützten Zieladresse.
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In 2 ist
die Vermittlungsstelle 24 ausführlicher dargestellt. In der
Darstellung ist die Vermittlungsstelle 24 ein ISDN-Telefonsystem
mit verteilter Steuerung, wie das im US-Patent 4,592,048, ausgegeben
an M. W. Beckner et al. am 27. Mai 1986, offenbarte System. Alternativ
kann die Vermittlungsstelle 24 eine digitale Vermittlungsstelle
mit verteilter Steuerung sein, wie z. B. eine 5ESS®-Vermittlungsstelle,
die von AT&T
hergestellt und im AT&T
Technical Journal, Vol. 64, Nr. 6, Juli/August 1985, Seiten 1303–1564 beschrieben
wird. Der Aufbau jeder Vermittlungsstelle 24 enthält ein Kommunikationsmodul 202 als
Hub, einen Vermittlungsmodul 204, weitere Vermittlungsmodule
(aus Gründen
der Klarheit nicht dargestellt) und einen Verwaltungsmodul 206,
der daraus hervorgeht. Der Vermittlungsmodul 204 schließt analoge
und/oder digitale Abonnentenleitungen über die Leitungseinheiten 208 und
analoge oder digitale Fernleitungen über die Fernleitungseinheiten 210 ab.
Die Fernleitungseinheit 210 liefert eine Kommunikation
mit dem Fernsprechnetz 46. Der Verwaltungsmodul 206 liefert
eine Koordination von funktionalen Komponenten einer Vermittlungs-
und Mensch-Maschine-Schnittstelle. Der Vermittlungsmodul 204 enthält eine
Zeitschlitz-Austauscheinheit (TSIU) 212 und eine Paketvermittlungseinheit 28.
Die TSIU 212 liefert einen Austausch von 64-Kbps-PCM für einen
freien 64-Kbps-Kanal unter den Einheiten im Vermittlungsmodul 204.
Der Vermittlungsmodul 204 kann auch andere Einheiten enthalten,
aber aus Gründen
der Klarheit wurden diese andere Einheiten nicht gezeigt.
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In
Fortsetzung des Beispiels der 1 kommen
Pakete von einem ATM-Netzwerk 22 an der PAI 32 an,
wo sie aus Nutzdaten der ATM-Funkzelle entfernt werden. Die Pakete
werden dann (wenn nötig) auf
die volle CDMA-Paketlänge
neu geordnet und auf den Paketbus 40 gesendet. Der Sprach-Handler 36 erkennt
dann die an ihn adressierte zweiteilige Adresse und entfernt das
Paket vom Paketbus 40. Der Sprach-Handler 36 verarbeitet
das CDMA-Datenpaket
in 64-Kbps-PCM und sendet die Daten zur Zeitschlitz-Austauscheinheit 212.
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Die
Paketvermittlungseinheit 28 unterstützt gleichzeitig eine Anzahl
von Sprach-Handlern, zum Beispiel einschließlich die Sprach-Handler 36, 214 und 216.
Der Sprach-Handler 216 ist mit einer Verbindung über die
TSIU 212 zur Leitungseinheit 208 und zum Telefon 218 versehen
gezeigt. Jede Verbindung von den Sprach-Handlern kann über die
TSIU 212 zu Leitungseinheiten wie 208 und zur
Fernleitungseinheit 210 erfolgen.
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Nochmals
kurz in Bezug auf 1 können weiche Handover durch
Verwendung dieses Systems auf einfache Weise erhalten werden. Um
das obige Beispiel fortzusetzen, ist das Mobiltelefon 44 über den
Funkzellenstandort 14 über
den ATM 22 mit der PAI 32 verbunden, die dann über den Sprach-Handler 36 Paketdaten
auf dem Paketbus 40 in ein Telefon bringt, das mit dem
Fernsprechnetz 46 verbunden ist.
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Wenn
das Mobiltelefon 44 sich in die Funkzelle 4 bewegt,
die vom Funkzellenstandort 16 bedient wird, fühlt es ein
Steuersignal, wie es im Stand der Technik bekannt ist, und fordert
ein Handover an. Der Hauptanrufprozessor (ECP) 6 wird benachrichtigt
und sendet Daten betreffend den Anruf an den Funkzellenstandort 16.
Alternativ kann der Funkzellenstandort 14 direkt mit dem
neuen Handover-Funkzellenstandort 16 kommunizieren,
und sendet den Anruf betreffende Daten an den Funkzellenstandort 16.
Diese Funkzellenstandort-zu-Funkzellenstandort-Kommunikation verwendet auch das ATM-Netzwerk 22.
Die Anrufdaten enthalten die Zieladressen der PAI 32 und
des Sprach-Handlers 36, so dass der Funkzellenstandort 16 die
Daten neu paketieren und die paketierten Daten über das ATM-Netzwerk 22 an die
PSAI 32 und schließlich
an den Sprach-Handler 36 senden kann. Der ECP informiert
auch den Sprach-Handler 36, dass er Daten an beide Funkzellenstandorte 14 und 16 senden
soll. Alternativ empfängt
der Sprach-Handler 36 eine "Hinzufüge"-Nachricht direkt vom Funkzellenstandort 16,
um den neuen Funkzellenstandort zur Zieladressenliste zu addieren
oder "hinzuzufügen", an welchem Punkt
er beginnt, Daten an beide Funkzellenstandorte 14 und 16 zu übertragen.
An diesem Punkt empfangen die Funkzellenstandorte 14 und 16 beide
ein Spreizspektrumssignal vom Mobiltelefon 44, paketieren
die Daten von dem Signal, paketieren die Daten erneut in ATM-Funkzellen
und senden solche ATM-Funkzellen auf
das ATM-Netzwerk 22. Die PAI 32 empfängt beide
Pakete, die identische (oder fast identische) Daten enthalten, entfernt
die Pakete von den ATM-Funkzellen
und sendet neu zusammengesetzte CDMA-Pakete auf den Bus 40.
Der Sprach-Handler 36 empfängt dann beide Pakete und entscheidet
unter Verwendung einer Signalstärkeanzeige,
die in den CDMA-Paketen codiert ist, welches Paket zu verarbeiten
und an das PSTN 46 zu senden ist.
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Vom
PSTN 46 kommende und beim Sprach-Handler 36 ankommende
Informationen werden in CDMA-Pakete paketiert, repliziert und an
beide Funkzellenstandorte 14 und 16 adressiert.
Diese Pakete werden auf den Bus 40 gebracht, von der PAI 32 empfangen
und in ATM-Funkzellen
neu paketiert und über
das ATM-Netzwerk 22 an die Funkzellenstandorte 14 und 16 gesendet.
Die Funkzellenstandorte 14 und 16 entpaketieren
die CDMA-Paketdaten, übersetzen
die CDMA-Paketdaten in ein Spreizspektrumsignal und übertragen
die Daten an das Mobiltelefon 44. Das Mobiltelefon 44 stellt
fest, welches Paket eine stärkere
Signalstärkenanzeige
enthält
und entpaketiert dieses Paket. Während
das Mobiltelefon 44 sich in die Funkzelle 4 bewegt,
fällt irgendwann die
Signalstärke
des Funkzellenstandorts 14 unter einen Schwellwert. Der
ECP 6 wird informiert und entfernt die Zieladresse 14 von
der Liste des Sprach-Handlers 36 und
entfernt die Anrufdaten aus dem Funkzellenstandort 14.
Alternativ entfernt der Funkzellenstandort 14, wenn die
Signalstärke
unter einen Schwellwert fällt,
die Anrufdaten und sendet auch eine Abschaltnachricht an den Sprach-Handler 36,
mit der er ihm mitteilt, auch die Zieladresse 14 zu entfernen.
Mit diesem System kann ein weiches Handover ohne Abbruch und Wiederaufbau
einer neuen Verbindung über
die Mobilfunkvermittlungsstelle MTSO 28 oder Übertragen
eines Anrufs von einer Vermittlungsstelle zur anderen erhalten werden.
Somit gibt es keine für
den Nutzer hörbaren
Klickgeräusche
oder Unterbrechungen.
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Außerdem kann
das Mobiltelefon 44 über Land
reisen. Die Funkzelle 2 kann zum Beispiel in New Jersey
und die Funkzelle 15 in Illinois sein. Im allgemeinen werden
weniger Vermittlungs-Ressourcen verwendet, wenn der den Anruf verarbeitende Sprach-Handler
der Zieladresse des Anrufs am nächsten
ist. Zum Beispiel kann der Sprach-Handler 36 an der PSU 28 ein
Abschnitt des gleichen Fernsprechamts des Zieltelefons sein. Während das
Mobiltelefon 44 sich zum Beispiel vom zellularen System 10 zum
zellularen System 12 bewegt, indem es sich in die Funkzelle 15 mit
dem Funkzellenstandort 20 bewegt, empfängt das Mobiltelefon 44 das
Steuersignal und startet ein Anruf-Handover wie oben beschrieben.
Der Funkzellenstandort 20 empfängt die Zielpaketinformation
von ECP 6 vom existierenden Funkzellenstandort 2.
Der Funkzellenstandort 20 beginnt dann, neu paketierte
Daten an das ATM 22 zu liefern, das Pakete über einen
städtischen
Bereich oder über
Land transportieren kann. Diese Pakete werden dann an die PAI 32 geliefert,
im Sprach-Handler 36 übersetzt,
und an das Zieltelefon im PSTN 46 wie oben beschrieben
geliefert. Somit kann dieses Beispiel der Erfindung für ein zellulares "Langstrecken"-Fernsprechnetz verwendet
werden, um reduzierte "Langstrecken"-Transportkosten
zu erhalten.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines Paketadressiersystems, wie es für die Ausführungsform
der 1 und 2 angewendet wird. Das Paket 100 enthält ein elektronisches
Datenpaket, wie es im CDMA-Funkzellenstandort
erzeugt wird. Das Paket 100 enthält eine Zieladresse 104 und
einen Datenabschnitt 101 für das Informationen enthaltende
CDMA-Paket. Die Zieladresse 104 weist zwei Felder auf, eine
Zielpaket-Vermittlungsnummer 106,
auch Paketgemeinschaft genannt, und eine Einheits-Nummer 107,
die einen Endpunkt innerhalb der Paketgemeinschaft bezeichnet. Diese
Adresse wird während des
Anrufaufbaus zugeteilt und durch das zellulare System verbreitet,
während
das Mobiltelefon 44 (1) sich
von Funkzelle zu Funkzelle bewegt, wie oben beschrieben.
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In
der Ausführungsform
der 1 fügt
der Funkzellenstandort 14 jedes Protokoll hinzu, das von der
Paketgemeinschaft gefordert wird, falls überhaupt, indem er das CDMA-Datenpaket 100 in
Paketdaten 105 umwandelt (3). In diesem
Beispiel ist das Paketvermittlungs-Nummerfeld 106 die Nummer der
Paketvermittlungsgemeinschaft 24; das Einheits-Nummernfeld 107 ist
für den
Endpunkt-Sprach-Handler 36 vorgesehen.
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Der
Funkzellenstandort 14 kapselt dann das Paket 105 in
eine oder mehrere ATM-Zellen 110 ein. Dies kann das Aufbrechen
der Daten in eine Vielzahl von Teilen je nach der Größe von ATM-Nutzdaten
beinhalten, wenn der Datenabschnitt 101 für eine ATM-Funkzelle 110 zu
lang ist, wie in diesem Beispiel. Der Funkzellenstandort 14 setzt
dann das Gemeinschaftsadressenfeld in den ATM-Funkzellen-Header 108 der ATM-Funkzelle 110.
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Nachdem
der Funkzellenstandort 14 ATM-Zellen 110 an das
ATM-Netzwerk 22 geliefert hat, liefert das ATM-Netzwerk 22 ATM-Zellen
an die PAI 32; die PAI 32 entfernt die ATM-Transportschicht, um
die Daten wieder in Paketen 105 zusammenzufassen und zum
Bus 40 zu senden. Der Sprach-Handler 36 erkennt
seine Zieladressen-Endpunktnummer
und seine Paketgemeinschaftsnummer und empfängt das Paket 105.
Auf diese Weise können
paketierte Daten über
ein verbindungsloses Transportsystem gesendet werden, ohne die ursprünglichen
Pakete zu verzögern.
Außerdem
muss keine Routing-Information in jedem das Paket verarbeitenden
Knoten gespeichert werden.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf 4 ein Beispiel
eines Anrufs von Mobiltelefon zu Mobiltelefon beschrieben. 4 zeigt
ein Mobiltelefon 400, das ein erstes zellulares System 402 über den
Pfad 404 durchquert. In diesem Beispiel ruft das Mobiltelefon 400 das
Mobiltelefon 406 an, das ein zweites zellulares System 408 über den
Pfad 410 durchquert. Alle Funkzellen in beiden zellularen
Systemen 402 und 408 sind mit dem ATM-Netzwerk 412 verbunden. Das
ATM-Netzwerk 412 ist
auch mit dem Hauptanrufprozessor(ECP)-Netzwerk 414 über die
gestrichelten Linien verbunden. Das ECP-Netzwerk 414 verfolgt die
Spur aller Anrufe in seinem zugeordneten zellularen Systemen 402 und 408,
wie im Stand der Technik bekannt und im Bell System Technical Journal,
Vol. 58, Nr. 1, Januar 1979 beschrieben, und kennt die ATM-Zieladresse
jedes Funkzellenstandorts. Das zellulare System 402 enthält mehrere
Funkzellen 416–424,
und das zellulare System 408 enthält die Funkzellen 428–438.
Innerhalb jeder Funkzelle 416–424 und 428–438 befindet
sich ein Funkzellenstandort 440–448 bzw. 450–460,
die in im Stand der Technik bekannter Weise Anrufe verarbeiten.
In jedem Funkzellenstandort befindet sich ein Rahmenwähler 462,
der, wie weiter unten ausführlicher
beschrieben, alle Anrufe für
Mobiltelefone verfolgt, die sich innerhalb des Funkbereichs dieses
Funkzellenstandorts befinden.
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Während das
Mobiltelefon 400 das zellulare System 402 über den
Pfad 404 durchquert, startet es einen Mobiltelefon-zu-Mobiltelefon-Anruf
zum Mobiltelefon 406, der in der Funkzelle 416 beginnt.
Der Funkzellenstandort 440 in der Funkzelle 416 berichtet
den Anruf dem ECP 414, der die Daten speichert, erkennt,
dass der Anruf an ein anderes Mobiltelefon gerichtet ist, und das
Mobiltelefon 406 in der Funkzelle 428 lokalisiert.
Die den Anruf betreffenden Daten werden an die Funkzellenstandorte 440 und 450 gesendet
und in den Rahmenwählern 462 gespeichert, die den
jeweiligen Funkzellenstandorten (in diesem Beispiel 440 und 450)
zugeteilt sind. Die Daten enthalten die ATM-Zieladresse des anderen
mit dem Anruf verbundenen Funkzellenstandorts. Wenn Signale vom
Mobiltelefon 400 am Funkzellenstandort 440 ankommen, werden
sie paketiert, und die eindeutige zweiteilige Adresse des Funkzellenstandorts 450 wird
hinzugefügt,
wie oben in Verbindung mit 3 beschrieben.
Die Pakete werden dann neu paketiert, in die Nutzdaten einer ATM-Funkzelle eingefügt, die ATM-Adresse
des Funkzellenstandorts 460 wird hinzugefügt, und
das Paket wird über
das ATM-Netzwerk 412 an den Funkzellenstandort 460 gesendet. Am
Funkzellenstandort 460 werden die Pakete aus der ATM-Funkzelle
entfernt, in das CDMA-Spreizspektrumsignal übersetzt und zum Mobiltelefon 406 übertragen.
In gleicher Weise werden CDMA-Signale vom Mobiltelefon 406 über das
Spreizspektrum am Funkzellenstandort 450 empfangen, ihre
Inhalte in elektronische Daten übersetzt,
in ATM-Zellen, denen die
ATM-Adresse des Funkzellenstandorts 440 gegeben wird, eingefügt und über das
ATM-Netzwerk 412 an den Funkzellenstandort 440 gesendet,
wo sie formatiert und in das CDMA-Spreizspektrumsignal übersetzt
und an das Mobiltelefon 400 übertragen werden. Auf diese
Weise wird das Untergeschwindigkeitssignal von 8 kHz des CDMA nicht
in das 64-kHz-PCM-Signal und in CDMA-Pakete rückübersetzt, wie oben in Verbindung
mit vermittelten Anrufen beschrieben, wodurch vielfältige Übersetzungen in
und von verschiedenen Formaten vermieden werden und somit die Signalqualität bei Verwendung
von weniger Netzwerk-Ressourcen
beibehalten wird.
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Nun
wird ein weiches Handover vom Mobiltelefon 400 beschrieben,
während
es sich von der Funkzelle 416 zur Funkzelle 418 bewegt.
Während das
Mobiltelefon 400 das zellulare System 402 über den
Pfad 404 durchquert, erreicht es irgendwann die Grenze
zwischen der Funkzelle 416 und der Funkzelle 418.
Wie im Stand der Technik bekannt (gemäß der oben erwähnten CDMA-Literaturangabe),
erkennt das Mobiltelefon 400 ein vom Funkzellenstandort 442 ausgegebenes
Steuersignal und überprüft seine
Signalstärke.
Wenn die Signalstärke
einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, sendet das Mobiltelefon 400 eine
Identifikationsnachricht an den Funkzellenstandort 442 und
fordert ein Handover an, wodurch eine Handover-Übergangsperiode beginnt. Der
Funkzellenstandort 442 empfängt die Anrufinformation betreffend
das Mobiltelefon 406 vom EPC 414 oder alternativ
vom Funkzellenstandort 440, wobei eine solche Anrufinformation
die ATM-Adresse des Ziel-Funkzellenstandorts
für das
Mobiltelefon 406 enthält,
der der Funkzellenstandort 450 ist. Der Funkzellenstandort 442 beginnt
dann mit dem Senden des Inhalts des CDMA-Spreizspektrumsignals vom
Mobiltelefon 400 zum Funkzellenstandort 450.
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Der
Funkzellenstandort 450 empfängt Übertragungen von ATM-Zellen
von beiden Funkzellenstandorten 440 und 442 am
Rahmenwähler 462.
Der Rahmenwähler 462 wählt dann
die Funkzelle mit dem stärksten
Signal (wobei die Signalstärke
vorher in dem CDMA-Signal codiert wurde, wie in den oben erwähnten Literaturangaben
beschrieben), bestimmt, welches Signal stärker ist, und liefert das Paket
an den Transmitter des Funkzellenstandorts 428 für die Übertragung
zum Mobiltelefon 406. Nach dem Empfang der ATM-Zieladresseninformation über den
neuen Funkzellenstandort 418 vom EPC 414 aktualisiert der
Rahmenwähler 462 im
Funkzellenstandort 450 seine eigene Zieladressenliste derart,
dass er Signaldaten vom Mobiltelefon 406 an beide Funkzellenstandorte 440 und 442 sendet.
Diese doppelte Zieladressensituation bleibt während des ganzen weichen Handover-Übergangs
erhalten. Wenn danach die Signalstärke vom Funkzellenstandort 440 unter einen
Schwellwert fällt,
beendet der Funkzellenstandort 440 das Senden von ATM-Signalen
an den Funkzellenstandort 450. Der Funkzellenstandort 450 wird
vom ECP 414 oder alternativ vom Funkzellenstandort 440 angewiesen,
den Funkzellenstandort 440 von seiner Zieladressenliste
zu löschen,
was die Handover-Übergangsperiode
beendet.
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Während ein
Handover für
das Mobiltelefon 400 zwischen den Funkzellen 416 und 418 auftritt, kann
das Mobiltelefon 406 sich in gleicher Weise der Grenze
zwischen der Funkzelle 428 und der Funkzelle 430 nähern. Das
Mobiltelefon 406 erkennt ein vom Funkzellenstandort 452 in
der Funkzelle 430 ausgegebenes Steuersignal, und wenn die
Signalstärke
einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, sendet das Mobiltelefon 406 eine
Identifikationsnachricht an den Funkzellenstandort 452 und
fordert ein Handover an. Der Funkzellenstandort 452 empfängt die
Anrufinformation betreffend das Mobiltelefon 400 vom ECP 414 oder
alternativ vom Funkzellenstandort 450, die die ATM-Adresse beider Zieladressen-Funkzellenstandorte
enthält,
die an diesem Punkt die Funkzellenstandorte 440 und 442 sind.
Die Tabellen der Funkzellenstandorte 440 und 442 werden
auch aktualisiert, um die ATM-Adresse
des Mobiltelefons 406 im Funkzellenstandort 430 hinzuzufügen, nachdem
Daten vom ECP 414 oder eine Hinzufügungsnachricht vom neuen Funkzellenstandort 452 empfangen
wurde. Die Funkzellenstandorte 440 und 428 beginnen nun,
ihre Pakete zu beiden Funkzellenstandorten 450 und 452 zu
senden. Schließlich
senden beide Funkzellenstandorte 450 und 452 Pakete
an die Funkzellenstandorte 440 und 442, und in
gleicher Weise senden die Funkzellen 440 und 442 Pakete
an die Funkzellenstandorte 450 und 452.
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In 5 wird
ein das weiche Handover-Szenario beschreibendes Flussdiagramm gezeigt.
Dieses Flussdiagramm beginnt im Kreis 500, nachdem der
Anruf ursprünglich
vollständig
aufgebaut wurde. In der Entscheidungsraute 510 wird festgestellt,
ob das Mobiltelefon sich in der Reichweite einer neuen Funkzelle
befindet. Wenn das Mobiltelefon sich nicht in der Reichweite einer
neuen Funkzelle befindet, geht die Verarbeitung zurück zur Entscheidungsraute 510.
Wenn in der Entscheidungsraute 510 bestimmt wird, dass
das Mobiltelefon sich in Reichweite der neuen Funkzelle befindet,
setzt sich die Verarbeitung im Feld 520 fort, wo der ECP
oder die erste Funkzelle benachrichtigt wird. Der ECP oder die erste
Funkzelle antwortet durch Senden der Anrufdaten, einschließlich der
ATM-Adresse, an den neuen Funkzellenstandort.
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Im
Feld 530 empfängt
die neue Funkzelle die Anrufdaten vom ECP oder der ersten Funkzelle,
einschließlich
der Zieladresse, im Feld 540 beginnen dann beide Funkzellen,
empfangene CDMA-Spreizspektrumsignale an die Zielfunkzelle (oder
Funkzellen, wenn das Ziel-Mobiltelefon
sich auch in einem weichen Handover-Übergang
befindet) zu übertragen.
Die Verarbeitung geht weiter zum Feld 550, wo die Zielfunkzelle
eine neue Quelladresse für
die neue Funkzelle zu ihrer Zieladressenliste hinzufügt als Reaktion
auf den Empfang von die Zieladresse der neuen Funkzelle enthaltenden
Anrufdaten vom ECP oder dem neuen Funkzellenstandort. Im Feld 560 sendet
dann die Zieladresse die von ihr von ihrem Mobiltelefon empfangenen
Signale an beide Quellen. Schließlich wird die alte Funkzelle
an der Quelle fallen gelassen, wie im Feld 570 gezeigt,
und im Feld 580 aus der Zieladressenliste gelöscht. Die
Verarbeitung kehrt dann zur Entscheidungsraute 510 zurück, wo Überprüfungen stattfinden,
um festzustellen, ob das Mobiltelefon sich in Reichweite einer neuen Funkzelle
befindet. Auf diese Weise können
weiche Handover ohne Abbruch und Wiederaufbau einer leitungsvermittelten
Verbindung zwischen Funkzellenstandorten (oder mit den Funkzellenstandorten
verbundenen Mobilfunkvermittlungsstellen (MTSO)) erhalten werden.
Vorteilhafterweise sind keine spürbaren
Unterbrechungen in den Kommunikationen zwischen dem Mobiltelefon 400 und
dem Mobiltelefon 406 vorhanden.
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Es
ist klar, dass die oben beschrieben Ausführungsform nur ein darstellendes
Prinzip der Erfindung ist, und dass viele Veränderungen von Fachleuten vorgenommen
werden können,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt,
solche Variationen in den Rahmen der Ansprüche einzuschließen.