ITMI20011629A1 - Procedimento per la gestione degli handover i reti di comunicazione mobile relativo sisteme e prodotto informatico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"Procedimento per la gestione degli handover in reti di comunicazione mobile, relativo sistema e prodotto informatico"

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione si riferisce alle reti di comunicazione mobile organizzate secondo una struttura cellulare.

Quando una stazione mobile coinvolta in una chiamata a commutazione di circuito si muove all’interno di una rete di questo tipo, è necessario assicurare la comunicazione anche durante le fasi in cui la stazione mobile lascia una determinata cella per attestarsi su una cella adiacente. La relativa procedura di gestione della mobilità, correntemente denominata “handover”, ha lo scopo di assicurare la qualità del servizio evitando indesiderate interruzioni.

La procedura di handover può essere controllata o dal Base Station Controller (BSC) ovvero dal Mobile Switching Center (MSC).

Al riguardo si apprezzerà che nell’ambito della presente descrizione - e, se del caso, nelle rivendicazioni che seguono - i principali moduli funzionali a cui si fa riferimento verranno prevalentemente individuati con la loro denominazione corrente in lingua inglese e/o con il corrispondente acronimo. Questa scelta è dettata dal fatto che tali denominazioni/acronimi sono quelli correntemente adottati dagli esperti del settore in tutto il mondo. La scelta di riferirsi alle denominazioni/acronimi in lingua inglese soddisfa quindi una essenziale esigenza di chiarezza e semplicità di descrizione.

Il cambio di canale in fase di handover può essere legato tanto alla stessa cella (handover intracella) quanto ad una cella diversa (handover intercelle).

Nel caso di un handover controllato da BSC, la qualità del segnale vocale risulta peggiore rispetto al caso di un handover gestito dalla MSC. Questa situazione -riscontrabile nei sistemi tradizionali - è dovuta ai modi diversi in cui viene gestita la transizione fra il canale “vecchio” ed il canale “nuovo”.

Di solito, nell’handover gestito da MSC viene utilizzata una connessione a ponte “a tre vie”, per cui il canale “vecchio” viene disimpegnato soltanto quando il canale “nuovo” opera in modo corretto. Questo modo di operare fa sì che gli utenti non avvertano una soluzione di continuità nel segnale vocale.

Nel caso di handover gestito a livello di BSC si adotta una soluzione molto più semplice. Sostanzialmente, il BSC è una matrice di connessione suscettibile di essere commutata secondo una procedura ben definita. Tale procedura prevede che - ad un certo istante di tempo - il canale vecchio venga di fatto interrotto per poi procedere - ad un istante di tempo successivo - all’instaurazione del canale “nuovo”.

Questa situazione dà origine ad una soluzione di continuità nel segnale vocale corrispondente ad un vero e proprio “buco” o “lacuna” (hole) in fase di handover.

Naturalmente, la transizione risulta tanto meno percettibile quanto piu essa è rapida: l'orecchio si comporta infatti come una sorta di filtro passa basso, per cui la sensibilità al fenomeno dipende almeno in una certa misura dalla percezione del singolo utente. Dall'altra parte è importante assicurare l'integrità delle parole durante la fase di handover.

Per una più generale illustrazione dei dettagli realizzativi ed implementativi della fase di handover in una rete di telefonia mobile si può utilmente far riferimento, ad esempio, alle specifiche tecniche dello standard GSM (GSM Technical Specifications). In ogni caso, tali specifici dettagli realizzativi ed implementativi non sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell'attuazione della presente invenzione.

Quanto qui rileva è il fatto che, quando si realizza un handover, è necessario attivare un nuovo canale sulla cella “bersaglio” (target celi). Il fatto di commutare su un nuovo canale significa attivare un trasmettitore ed un TRAU (ossia un’unità di transcodifica o Transcoding Unit) che devono essere pronti per gestire le trame di segnale vocale.

Arte nota

Nelle soluzioni tradizionali, il sottosistema di stazione base (o BSS) è configurato in modo tale da realizzare in parallelo la sincronizzazione fra TRAU e BTS nonché il trasferimento della stazione mobile verso il nuovo canale.

La procedura è attivata da taluni eventi scatenanti o “trigger”. In particolare, dopo la ricezione di un messaggio di HO Cmd (acronimo per HANDOVER COMMAND), nel caso di handover intercelle, o di un messaggio Ass Cmd (ASSIGNMENT COMMAND), nel caso di handover intracella, la matrice di commutazione viene posizionata su un nuovo collegamento mentre la stazione mobile cerca di accedere ai nuovo canale; in caso di successo, si deve aggiungere un ritardo aggiuntivo per lo scambio fra BTS e TRAU di trame TRAU sul nuovo canale.

L’effetto complessivo sulla chiamata è un buco (muting) nel segnale vocale di 500-600 millisecondi nel caso di un handover intercella normale coronato da successo per una chiamata di tipo full rate.

Nel caso in cui l'handover non sia coronato da successo, tenuto conto del fatto che la matrice di commutazione deve essere ricollocata nuovamente nella posizione “vecchia”, il risultato complessivo è l'aggiunta di un altro periodo analogo di muting: in questo caso, la soluzione di continuità nel segnale vocale si estende per valori doppi rispetto a quelli considerati in precedenza ed è chiaramente percepibile con effetto negativo.

SCOPO e sommario dell'Invenzione

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una soluzione in grado di superare gli inconvenienti delineati in precedenza.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un procedimento avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono. L’invenzione si riferisce anche al relativo sistema, nonché al relativo prodotto informatico, ossia al prodotto informatico direttamente caricabile nella memoria di un elaboratore e comprendente porzioni di codice software suscettibili di realizzare il procedimento secondo l'invenzione quando il prodotto viene fatto girare su tale elaboratore.

In sostanza, la soluzione secondo l’invenzione si basa sul riconoscimento del fatto che, dopo aver ricevuto i suddetti segnali che attivano l’handover, la stazione mobile impiega molto tempo per commutare su un nuovo canale, mentre il tempo necessario per il trasferimento dei frame TRAU sul nuovo canale risulta complessivamente più ridotto (100 millisecondi, ad esempio). Risulta pertanto vantaggioso mantenere la connessione sul vecchio canale aperta quanto più a lungo possibile prima di commutare verso la nuova: in questo modo, i frame di segnale vocale insistono sulla cella “vecchia” fino a quando il canale “nuovo” è perfettamente instaurato, sincronizzato e impegnato dalla stazione mobile. In sostanza, il posizionamento della matrice di commutazione sul canale “nuovo” viene ridefinito sulla base di nuovi eventi risultando in pratica ritardato.

Ritardando il riposizionamento della matrice è possibile ridurre l’intervallo di tempo durante il quale la stazione mobile non riceve alcun segnale valido dalla rete. Nel frattempo, il canale vecchio continua a portare dei frame di segnale vocale valido mentre, in parallelo, la stazione mobile procede a regolare il nuovo canale.

Ritardando il posizionamento della matrice di commutazione nel modo descritto è possibile, in condizioni normali, ridurre il buco di handover a valori di 150-250 millisecondi, arrivando, in una forma di attuazione dell'invenzione particolarmente preferita, ad eliminarlo del tutto.

Oltre a ciò, nel caso in cui l'handover non sia coronato da successo, la matrice di commutazione non viene mai spostata e, in questo caso, non si ha comunque alcun periodo muto o buco di handover.

Breve descrizione delle figure

L’invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la Figura 1 illustra, a puro titolo di riferimento, la tipica organizzazione di una rete cellulare GSM,

- la Figura 2, comprendente due parti indicate rispettivamente con 2a e 2b, illustra le modalità di svolgimento della procedura di handover in un sistema tradizionale (figura 2a) ed in un sistema operante secondo l'invenzione (figura 2b), - la Figura 3, comprendente due parti indicate rispettivamente con 3a e 3b, illustra, anche in questo caso facendo riferimento tanto ad un sistema tradizionale (figura 3a) quanto ad un sistema secondo l’invenzione (figura 3b),la situazione che si determina nel caso in cui la procedura di handover non sia coronata da successo; e - la Figura 4 si riferisce ad una forma perfezionata di attuazione dell'invenzione tale da eliminare il buco di handover.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione dell’Invenzione

Lo schema della figura 1 illustra in termini generali la struttura di una rete GSM. Tale struttura deve ritenersi del tutto nota e quindi tale da non richiedere una descrizione particolareggiata in questa sede.

Nel seguito ci si limiterà pertanto a fornire la sintetica illustrazione dei vari acronimi che sono stati utilizzati per indicare i rispettivi moduli funzionali:

DTE Data Terminai Equipment

MT Mobile Terminal

BSS Base Station Subsystem

BTS BSS Transmission Subsystem

BSC Base Station Controller

MSC Mobile Switching Center

VLR Visitor Location Register

HLR Home Location Register

GR GPRS Register

SGSN Supporting GPRS Service Node

GGSN Gateway GPRS Service Node

PDN Public Data N

etwork

Sempre nello stesso schema i riferimenti N e N’ indicano una rete pubblica PLMN gestita dallo stesso gestore della rete GSM e una rete PLMN esterna, cioè di un altro gestore.

Passando ad esaminare la figura 2 si osserverà che tanto la parte 2a (relativa alla tecnica nota) quanto la figura 2b (relativa all’invenzione) riproducono in funzione del tempo t (scala delle ascisse) l'andamento di tre segnali a, b, e c rispettivamente corrispondenti:

- alla presenza/assenza del segnale vocale VS sul collegamento (presente, in caso di segnale "alto”, ed assente, in caso di segnale “basso”),

- alla collocazione della stazione mobile (MS) sul canale “vecchio”, e

- alla collocazione delia stazione mobile sul canale “nuovo”.

Naturalmente, per canale vecchio e canale nuovo si intendono - rispettivamente: - il primo canale su cui la stazione mobile è attestata prima della procedura di handover, e

- il secondo canale su cui la stazione mobile è attestata dopo la procedura di handover.

In sostanza, facendo riferimento alla figura 2a, lo svolgimento della procedura di handover - sia essa intracella o interceda - viene attivata dalla stazione mobile ad un istante tO (istante in cui la stazione mobile MT avvia la procedura di handover) per poi protrarsi sino ad un istante t1 (istante in cui la stazione mobile termina la procedura di handover vera e propria passando dal canale “vecchio” al canale “nuovo”) e poi ancora ad un istante di tempo t2 (che è l'istante in cui viene conseguito l’esatto allineamento temporale fra BTS e TRAU).

Nelle soluzioni secondo la tecnica nota, la trasmissione dei segnale vocale VS viene di fatto interrotta per tutto l'intervallo di tempo compreso fra l'istante t0 e l'istante t2 (intervallo dalla durata complessiva di 500-600 millisecondi) dando orìgine al fenomeno noto come buco di handover o “speech gap”, indicato nelle figure con HH.

Nella soluzione secondo l’invenzione (soluzione a cui si riferisce la figura 2b), gli istanti di tempo t0, t1 e t2 conservano lo stesso significato.

La differenza importante (si osservino in primo luogo le parti b e c dei cronogrammi delle figure 2a e 2b) sta nel fatto che, nella soluzione secondo l’invenzione, la comunicazione vocale viene mantenuta - sfruttando il canale “vecchio” -sino all’istante t1. Di conseguenza il “buco di handover” HH viene di fatto limitato all’intervallo di separazione fra gii istanti t1 e t2, intervallo avente una durata dell'ordine di 150-250 millisecondi.

Le figure 3a e 3b illustrano, adottando lo stesso formalismo, quanto accade nel caso in cui la procedura di handover non sia coronata da successo; questo sempre riferendosi in modo comparato alla soluzione secondo la tecnica nota (figura 3a) ed alla soluzione secondo l’invenzione (figura 3b).

In sostanza, nelle soluzioni secondo la tecnica nota, all’istante t0 in cui la stazione mobile avvia la procedura di handover, la trasmissione del segnale vocale viene interrotta per essere ripresa solo all'istante t1 , ossia quando la stazione mobile termina la procedura di handover, riconoscendo che la stessa non ha avuto successo. Il risultato complessivo è, anche in questo caso, una soluzione di continuità HH nei segnale vocale VS della durata di 350-450 millisecondi.

Al contrario, adottando la soluzione secondo l’invenzione (figura 3b) la trasmissione del segnale vocale VS non viene interrotta durante l’intervallo compreso fra l'istante t0 e l'istante t1: la matrice di commutazione viene dunque mantenuta sul canale “vecchio” per tutto l’intervallo in questione.

Anche se la procedura di handover non è coronata da successo, non si hanno quindi soluzioni di continuità nella trasmissione del segnale vocale VS.

Analizzando in maggior dettaglio la possibile applicazione dell’invenzione ad un contesto GSM, gli eventi determinanti ai fini del riposizionamento della matrice di commutazione possono essere riassunti nei termini seguenti.

Handover intracella

L'evento significativo per il passaggio della matrice di commutazione viene spostato dalla spedizione del messaggio ASSIGNMENT COMMAND alla ricezione del messaggio ESTABLISH INDICATION.

In pratica, alla spedizione del messaggio ASSIGNMENT COMMAND la rete inizia la procedura di assegnazione del canale inviando un messaggio di ASSIGNMENT COMMAND verso la stazione mobile sul collegamento principale di segnalazione. Il messaggio ASSIGNMENT COMMAND contiene la descrizione della nuova configurazione (vedere lo standard GSM TS04.08).

Il messaggio ESTABLISH INDICATION viene inviato dal modulo BTS verso il modulo BSC per indicare l'avvenuta instaurazione di un collegamento sul radio link layer in un modo multitrama, attivato da una stazione mobile (vedere lo standard GSM TS08.58).

Dal momento che la commutazione della matrice viene effettuata alla ricezione del messaggio ESTABLISH INDICATION, in caso in cui l’handover non sia coronato da successo, non si rende necessaria una ricommutazione sul vecchio canale: questo in quanto la commutazione viene effettuata soltanto quando la stazione mobile si è collegata sul nuovo canale.

Handover intercelle

Il nuovo evento significativo viene spostato in questo caso dalla spedizione del messaggio HANDOVER COMMAND alla ricezione del messaggio HANDOVER DETECTION.

La rete inizia la procedura di handover inviando il messaggio HANDOVER COMMAND verso la stazione mobile sul DCCH principale (vedere lo standard GSM TS04.08).

Nel caso di un handover asincrono, il modulo BTS costruisce il messaggio PHYsical INFOrmation così come specificato nello standard GSM 04.08 ed invia il messaggio alla stazione mobile sul collegamento principale di segnalazione in un modo senza riconoscimento, avviando altresì un temporizzatore (T3105). Il messaggio di HANDOVER DETECTION viene inviato ai modulo BSC. Questa procedura viene utilizzata fra il modulo BTS bersaglio, ossia il modulo BTS di destinazione ed il modulo BSC quando una stazione mobile soggetta ad handover accede al nuovo modulo BTS. La procedura viene attivata dal modulo BTS all’atto della rivelazione di una stazione mobile su un canale attivato per l’handover (vedere lo standard GSM TS08.58).

Dal momento che la commutazione della matrice viene effettuata alla ricezione del messaggio HANDOVER DETECTION, qualora l’handover non sia coronato da successo, l'azione di riposizionamento della matrice sul canale vecchio deve essere realizzata solo se il modulo BSC ha già ricevuto il messaggio di HANDOVER DETECTION ed il messaggio di ESTABLISH INDICATION sul nuovo canale non è stato ancora ricevuto.

Per quanto riguarda la gestione dell'allineamento temporale, si sa che, quando si attiva un nuovo canale, è necessario un certo intervallo di tempo affinché tanto il modulo BTS quando il modulo TRAU si scambino le trame TRAU sul nuovo canale. Questo intervallo di tempo può essere breve, se il modulo TRAU non prevede alcuna funzione di allineamento temporale per il nuovo canale, ossia se, in senso stretto, rimane nelle condizioni di “Static Time Alignmenf, attendendo e confermando immediatamente la prima richiesta di allineamento temporale proveniente dal modulo BTS.

Nel caso peggiore, la prima trama TRAU viene scartata e viene riconosciuta la seconda, il che comporta un ritardo dell’ordine di 19.5 millisecondi.

Lo schema della figura 4 illustra un ulteriore perfezionamento dell’invenzione mirante non solo a ridurre, ma virtualmente ad eliminare del tutto la soluzione di continuità del segnale vocale in caso di handover.

In particolare, la soluzione illustrata nella figura 4 prevede che durante le procedure di handover (sia intracella, sia intercelle) controllate dal modulo BSC lo stesso modulo trasmetta il segnale vocale a partire dalla sua interfaccia Asub tanto verso il canale vecchio (blocco BTS1 o BTS “serving”), quanto verso il canale nuovo (blocco BTS2 o BTS “target").

All’atto della ricezione del messaggio CHANNEL ACTIVATION ACK per i canali attivati in fase di handover controllato dal modulo BSC, il BSC invia i dati a partire dalla finestra temporale (time slot) Asub oltre che al vecchio canale anche alla finestra temporale Abls collegata al nuovo canale.

Quando - alla ricezione del messaggio HANDOVER COMMAND - il terminale mobile MT commuta sul nuovo canale, I dati del collegamento downlink sono già disponibili. Se l'handover non è coronato da successo, il modulo BSC deve cancellare il collegamento Asub-Abis all'atto del disimpegno o svincolo del canale nuovo.

Il modulo BTSE tiene in conto questa strategia in fase di interlavoro TRAU. Il messaggio CHANNEL ACTIVATION ACK viene inviato dal modulo BTS verso il modulo BSC per confermare il fatto che l’attivazione del canale richiesto è stata completata in modo corretto (vedere anche lo standard GSM TS08.58).

Naturalmente, fermo restando II principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descrìtto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per gestire una procedura di handover in una rete di telecomunicazione mobile, detta procedura di handover essendo messa in atto da una stazione mobile (MT) in un primo (t0, t1 ) ed in un secondo intervallo di tempo (t1 , t2) in cui detta stazione mobile è attestata, rispettivamente, su un primo canale destinato ad essere abbandonato per effetto dell’operazione di handover e su un secondo canale destinato ad essere raggiunto per effetto dell’azione di handover, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di conservare la trasmissione del segnale vocale (VS) su detto primo canale durante detto primo intervallo di tempo (t0, t1 ).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di produrre una soluzione di continuità in detto segnale vocale (VS) esclusivamente durante detto secondo intervallo di tempo (t1 , t2).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di rilevare, al termine (t1) di detto primo intervallo (t0, t1), l’esito della procedura di handover e l’operazione di conservare detto segnale vocale (VS) attestato su detto primo canale quando l’operazione di handover non ha esito positivo.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, applicato ad un'operazione di handover intracella in una rete GSM, detta procedura di handover realizzandosi con l’invio di un messaggio di ASSIGNMENT COMMAND verso la stazione mobile (MS) per attivare la procedura di assegnazione di detto secondo canale e l’emissione di un messaggio di ESTABLISH INDICATION per indicare l’instaurazione di un collegamento radio link layer in un modo multitrama iniziato da una stazione mobile (MS), caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di trasferire la matrice di commutazione nell'istante di ricezione del messaggio ESTABLISH INDICATION.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, applicato ad una procedura di handover intercede in un sistema GSM, detta procedura di handover comportando l’emissione di un messaggio di HANDOVER COMMAND verso la stazione mobile (MS) e l’emissione di un messaggio di HANDOVER DETECTION verso il modulo BSC, caratterizzato dal fatto che detta procedura comporta il trasferimento della matrice di commutazione all'istante di ricezione del messaggio di HANDOVER DETECTION.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, applicato ad una procedura di handover attuata sotto il controllo di un modulo BSC in una rete GSM, detto modulo BSC comprendendo un'interfaccia Asub, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di trasmettere il segnale vocale (VS) a partire da detta interfaccia Asub tanto a detto primo quanto a detto secondo canale.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto modulo BSC invia i dati relativi a detto segnale vocale (VS) a partire dalla finestra temporale di detta interfaccia Asub tanto a detto primo canale quanto alla finestra temporale Abis di detto secondo canale.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che comprende l’operazione di rilevare l’esito di detta procedura di handover e l'operazione di cancellare il collegamento Asub-Abis allo svincolo di detto secondo canale.
9. 9. Sistema di telecomunicazione mobile configurato per operare con il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8.
10. 10. Prodotto informatico direttamente caricabile nella memoria di un elaboratore comprendente porzioni di codice software che realizzano il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8 quando il prodotto viene fatto girare su un elaboratore elettronico.