DE4101908C3 - Zellulares Funksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf zellulare Funksysteme und insbesondere auf Übergabetechniken zur Verwen­ dung mit Nachrichtenübertragungsnetzwerken, die Funkzellen umfassen.

Die Übergabe ist eine Technik, die es ermöglicht, Ver­ bindungen oder Gespräche in einem Nachrichtenüber­ tragungsnetzwerk mit schnurlosen Telefonen oder Mo­ bilstationen aufrechtzuerhalten, wenn das Handgerät oder die Mobilstation sich zwischen Funkzellen bewegt. Nachdem eine Verbindung aufgebaut wurde, wird die Qualität der Funkverbindung durch das Handgerät und durch die zugehörige Zellen-Basisstation überwacht. Zusätzlich werden andere Kanäle von der gleichen Zelle und von benachbarten Zellen ebenfalls als mögliche Verbindungen überwacht, zu denen eine Übergabe er­ folgen kann. Gemäß vordefinierter Kriterien wird eine Verbindung oder ein Gespräch zu einer anderen Basiss­ tation umgeschaltet, wenn sich das Mobilgerät oder das Handgerät bewegt, oder wenn sich die Ausbreitungsbe­ dingungen ändern, damit eine Funkverbindung mit gu­ ter Qualität aufrechterhalten wird, wie dies in der US 43 98 063 und der GB 15 64 053 beschrieben ist. Wenn dies nicht durchgeführt wird, so kann sich die Ge­ sprächsqualität in schwerwiegender Weise verschlech­ tern oder das Gespräch oder die Verbindung kann voll­ ständig unterbrochen werden. Das Netzwerk oder das Handgerät oder Mobilgerät können die Intelligenz auf­ weisen, um Entscheidungen zur ermöglichen, wann, ob und zu welcher Zelle die Funkverbindung umgeschaltet werden sollte.

Aus der Literaturstelle Ballard, Issenmann, "Digital Cellular Mobile-Radio System ECR900" in "European Transactions on Telecommunications and related Tech­ nics", Heft 1, Vol. 1 - N. 1, Januar/Februar 1990, Seiten 17 bis 30, ist weiterhin ein zellulares Funksystem be­ kannt, bei dem eine Anzahl von Zellen in einem Posi­ tionsbestimmungsbereich angeordnet ist, der die Ge­ samtfläche der Zellen überdeckt und dazu dient, festzu­ stellen, in welchem Bereich sich ein Fahrzeug befindet, in dem ein Fahrzeug die Position in einem bestimmten Positionsbestimmungsbereich feststellt und diese Infor­ mation an das Gesamtsystem weiterleitet. Die Oberga­ be einer Mobilstation erfolgt jedoch auch hier von einer der Zellen zur anderen.

Auch hierbei ergeben sich Probleme, wenn die Hand­ geräte oder Mobilstationen sich mit einer erheblichen Geschwindigkeit durch Bereiche bewegen, die durch kleine Zellen überdeckt sind, wie z. B. in Sektoren unter­ teilte Zellen oder Mikrozellen. Weil die Zellen klein sind, ist die Zeit, über die ein Handgerät oder eine Mo­ bilstation in einer Zelle verweilt, kurz, und die Zeit, die benötigt wird, um eine Übergabe von einer Zelle zur anderen einzuleiten und durchzuführen, kann zu lang sein. Dies führt zu einer schlechten Gesprächsqualität und abgebrochenen Gesprächen.

Aus der Literaturstelle A.R. Potter et al., Proc. International Conference on Digital Land Mobile Radio Communications, 30. Juni bis 3. Juli 1987 ist ein zellulares Funksystem der eingangs genannten Art bekannt, das Makrozellen und Mikrozellen aufweist. Dabei überlappen sich die Mikrozellen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß ein Teilnehmer von einer Mikrozelle zur anderen Mikrozelle übergeben werden kann. Obwohl sich die Übergabe- Steuereinheit dieses Funksystems auf der Makrozellenebene befin­ det, wird das Gespräch eines Teilnehmers, der sich von einer Mikrozelle zu der überlappenden nächsten Mikrozelle bewegt, direkt von Mikrozelle zu Mikrozelle weitergeschaltet. Damit ergeben sich bei sich schnell bewegenden Teilnehmern häufige Übergabevorgänge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zellu­ lares Funksystem und ein Übergabeverfahren zu schaf­ fen, bei dem diese Probleme beseitigt sind und eine einwandfreie Übergabe der Handgeräte oder der Mo­ bilstationen von einer Zelle zur anderen möglich ist, ohne daß eine schlechte Gesprächsqualität und abge­ brochene Gespräche auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale ge­ löst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein zellulares Funksystem mit einer zweischichtigen Zellenstruktur geschaffen, das aus Makrozellen besteht, die Mikrozellen überlagert sind, wobei die Übergabe zwischen den Zellen ausschließlich über die Makrozel­ lenschicht erfolgt.

Entsprechend wird eine Übergabetechnik zur Verwendung mit zellularen Funksystemen geschaffen, die eine zwei­ schichtige Zellenstruktur aufweisen, die Makrozellen umfaßt, die Mikrozellen überlagert, wobei diese Über­ gabe zwischen den Zellen ausschließlich über die Ma­ krozellen-Schicht erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol­ genden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Zellenstruktur, die aus Makrozellen und Mikrozellen besteht,

Fig. 2 die Gegebenheiten, die zu einem schnellen Si­ gnalveriust führen können,

Fig. 3 ein Beispiel einer Folge von Übergaben für eine bestimmte Verbindung oder ein bestimmtes Ge­ spräch gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine Zellenstruktur, die für persönliche Nachrichten­ übertragungsnetzwerke mit hoher Gesprächs- oder Verkehrsdichte (PCN) geeignet ist, besteht aus einer kontinuierlichen Schicht von Makrozellen 1 (Fig. 11 die einen Radius von 1 km oder mehr aufweisen können und denen Mikrozellen 2 unterlagert sind, beispielswei­ se mit einem Radius von 200 m, wobei diese Mikrozellen selektiv in Bereichen mit sehr hoher Gesprächsdichte verteilt sind. Die Mikrozellen selbst berühren sich nicht notwendigerweise, um eine kontinuierliche Überdec­ kung zu erzielen, sondern sie liegen innerhalb der Schirmüberdeckung der Makrozellen. Weil Mikrozellen allgemein mit niedrigen Leistungspegeln betrieben wer­ den, können die Kanalfrequenzen in kurzen räumlichen Intervallen erneut benutzt werden, was einen ausge­ zeichneten spektralen Wirkungsgrad ergibt.

Eine Übergabe zwischen Mikrozellen 2 und Makro­ zellen 1 kann für eine niedrige Geschwindigkeit aufwei­ sende Teilnehmer (beispielsweise zu Fuß gehende Teil­ nehmer) unter Verwendung relativ üblicher Übergabe­ verfahren durchgeführt werden. Wenn jedoch Gesprä­ che oder Verbindungen von eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Mobilstationen durch Mikrozellen verar­ beitet werden, so ist die Zeit, über die man sich in jeder Mikrozelle aufhält, so kurz, daß das System die erfor­ derlichen Übergabevorgänge nicht schnell genug aus­ führen kann, so daß das Gespräch abgebrochen wird. Um dies zu vermeiden, sollten sich schnell bewegende Handgeräte von den Makrozellen behandelt werden, während sich langsam bewegende Handgeräte von den Mikrozellen behandelt werden, wenn die Handgeräte sich in Mikrozellen-Überdeckungsbereichen befinden. Dies setzt jedoch gewisse Maßnahmen zur Feststellung der Geschwindigkeit des Handgerätes voraus. Dies kann indirekt durch eine neuartige Übergabetechnik durchgeführt werden, deren zwei grundlegende Ziele darin bestehen, einerseits ein Gespräch oder eine Ver­ bindung selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn sich das Handgerät oder die Mobilstation mit hoher Geschwin­ digkeit durch Makrozellen und Mikrozellen bewegt, und andererseits hohe Gesprächsdichtewerte in Mikro­ zellen aufrechtzuerhalten, um einen guten spektralen Wirkungsgrad zu erzielen.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß Mikrozel­ len innerhalb der Schirmüberdeckung einer Makrozelle liegen. Die Übergabetechnik ist wie folgt: Bei einem Handgerät, das ein Gespräch über eine Mikrozellen-Ba­ sisstation ausführt und das sich zur Mikrozellen-Grenze hinbewegt, erfolgt die Übergabe sehr schnell zur Ma­ krozelle. Dies ist erforderlich, weil die Überdeckung von der Mikrozelle sehr schnell verlorengehen kann, bei­ spielsweise dann, wenn man sich um eine Ecke in den Schatten eines Gebäudes bewegt. Dies ist in Fig. 2 dar­ gestellt. Eine Mikrozellen-Basisstation 3 an der Wand eines Gebäudes 4 an sich kreuzenden Straßen erzeugt eine Mikrozelle 5. Ein Fahrzeug 6, das das Handgerät trägt und an der Kreuzung links abbiegt, kann die Mi­ krozelle sehr schnell verlassen, was dazu führt, daß das Gespräch unterbrochen wird, wenn nicht eine Überga­ be auf die darüberliegende Makrozelle sehr schnell durchgeführt wird. Nachdem das Gespräch zur Makro­ zelle übergeben wurde, besteht eine Option zur Unter­ stützung eines Handgerätes oder von Mobilstationen, die sich mit hoher Gechwindigkeit bewegen, darin, das Gespräch kontinuierlich durch die Makrozellen-Basiss­ tation abzuwickeln. Wenn jedoch eine Übergabe aus­ schließlich aufwärts von der Mikrozelle zur Makrozelle erfolgen würde, so würde die Gesprächsdichte in den Mikrozellen verringert und dies würde dem Zweck der Verwendung von Mikrozellen in Bereichen mit hoher Gesprächsdichte widersprechen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird eine Übergabe nach unten hin von der Makrozelle zur Mikrozelle durchgeführt, wenn sich das Handgerät eine ausreichend lange Zeitperiode, bei­ spielsweise mehrere Sekunden, in einer vorgegebenen Mikrozelle befunden hat, das heißt mit einer niedrigen Zeitkonstante.

Eine Ausführungsform der Technik für die Übergabe wird im folgenden anhand der Fig. 3 beschrieben, die eine Folge von Übergaben für die Dauer eines bestimm­ ten Gesprächs oder einer Verbindung zeigt. Fig. 3 zeigt eine geschäftige Straße 10, die teilweise durch Mikro­ zellen-Basisstationen 14, 15 und 16 zugeordnete Mikro­ zellen 11, 12 bzw. 13 und vollständig durch eine Makro­ zelle überdeckt ist, die einer Makrozellen-Basisstation 17 zugeordnet ist. Eine Person mit einem Handgerät 18, die sich in der Mikrozelle 11 befindet, stellt ein Ge­ spräch her, das über die Funkstrecke 21 zu der Basissta­ tion 14 hergestellt wird, die am nächsten liegt. Die Per­ son steigt dann in ein Taxi 19 ein und das Gespräch wird weiter von der Basisstation 14 (Funkstrecke 22) abge­ wickelt. Wenn sich das Taxi der Grenze der Mikrozelle 11 nähert, wird das Gespräch sehr schnell zu der über­ deckenden Makrozelle übergeben (Funkstrecke 23) um eine Verschlechterung der Gesprächsqualität zu ver­ meiden. Das Gespräch wird nicht an die nächste Mikro­ zelle 12 übergeben, weil das Handgerät in dieser Zelle nur über eine unzureichende Zeit verbleibt. Während sich das Taxi durch andere Mikrozellen 12 und 13 und einen Bereich 20 bewegt, der lediglich durch die Makro­ zelle überdeckt ist, wird das Gespräch immer noch wei­ ter von der Makrozellen-Basisstation 17 abgewickelt (Funkstrecken 23, 24, 25). Dies tritt ein, weil das Handge­ rät 18 nicht lange genug in einer bestimmten Mikrozelle verbleibt, damit das Gespräch zu dieser Mikrozelle ab­ gegeben wird. Schließlich stoppt das Taxi in der Mikro­ zelle 13 und die Person steigt aus. Wenn das System festgestellt hat, daß das Handgerät 18 in der Mikrozelle 13 über eine vorgegebene Zeitperiode verblieben ist, beispielsweise mehrere Sekunden, so wird das Gespräch zur Mikrozelle 13 übergeben (Funkstrecke 26). Unter der Annahme, daß die Person in der Mikrozelle 13 ver­ bleibt, wird die Funkstrecke 26 aufrechterhalten, bis das Gespräch beendet wird.

Die Notwendigkeit einer Übergabe kann durch die Überwachung verschiedener unterschiedlicher Parame­ ter festgestellt werden, wie im Fall einer üblichen Zellu­ lar-Funkübergabe. Die einfachsten Parameter sind die absolute Feldstärke, die relative Feldstärke und die Bit- Fehlerrate BER (für digitale Systeme). Digitale Systeme ermöglichen es weiterhin, die Verzögerung oder Entfer­ nung von der Basisstation als Anzeige für eine Überga­ be zu verwenden. Weitere Faktoren können in Betracht gezogen werden. Beispielsweise würde die Änderungs­ geschwindigkeit der Entfernung von der Basisstation anzeigen, ob sich eine Mobilstation schnell bewegt oder nicht. Ein derartiges Maß würde eine frühzeitige Anzei­ ge der Notwendigkeit der Übergabe von einer Mikro­ zelle zu einer Makrozelle geben. Wie dies üblich ist, kann die tatsächliche Übergabeentscheidung entweder in dem Handgerät oder von dem Netzwerk vorgenom­ men werden.

Zusammenfassend wird eine Übergabetechnik für ein mobiles PCN-System vorgeschlagen, bei dem eine zwei­ schichtige Zellenstruktur vorgesehen ist, die aus anein­ ander angrenzenden überlappenden Makrozellen be­ steht, die über Mikrozellen liegen. Eine Übergabe er­ folgt lediglich über die Makrozelle, das heißt Mikrozelle zu Makrozelle, Makrozelle zur Makrozelle oder Makro­ zelle zu Mikrozelle. Eine Übergabe von einer Mikrozel­ le zu einer anderen Mikrozelle erfolgt nicht. Wenn die Qualität eines von einer Mikrozelle abgewickelten Ge­ sprächs sich unter vorherbestimmte Kriterien ver­ schlechtert, beispielsweise auf der Grundlage von BER-, Feldstärke- und/oder Entfernungsmessungen, so wird das Gespräch sehr schnell an die Makrozelle übergeben (Zeitkonstante von einer Sekunde oder weniger). Ein Gespräch wird lediglich dann von einer Makrozelle zu einer Mikrozelle übergeben, wenn die Funkstrecke von dem Handgerät zu der speziellen Mikrozellen-Basissta­ tion eine ausreichende Qualität für mehr als eine vorge­ gebenen Dauer aufweist (mehrere Sekunden oder mehr), das heißt wenn das Handgerät in der Mikrozelle für eine erhebliche Periode verweilt hat.

In diesem Zusammenhang wird auf die parallele DE 41 01 909 A1 verwiesen, die sich auf andere Übergabe­ techniken bezieht.

Claims (5)

1. Zellulares Funksystem mit einer Zweischichten- Zellenstruktur, die Makrozellen (1) umfaßt, die Mikro­ zellen (2) überlagern, mit Einrichtungen zur Übergabe von Gesprächen ortsbeweglicher Teilnehmer zwischen Zellen, und mit Einrichtungen zur Überwachung der Gesprächs­ qualität während des Gesprächsverlaufs, dadurch gekennzeichnet,
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer Mikrozelle (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der Mikro­ zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kriterien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makrozelle übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilnehmer die Mikrozelle verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Ge­ spräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie­ genden Mikrozelle (2) zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.

2. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Handgerät ist.

3. Zellulares Funksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kriterien für die Gesprächsqualität einen oder mehrere der folgenden Parameter einschließen: Bitfehlerrate, Feld­ stärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der Entfernung.

4. Übergabeverfahren zur Verwendung mit Funksystemen, die eine Zweischichten-Zellenstruktur aufweisen, die Makro­ zellen (1) umfaßt, die Mikrozellen (2) überlagern, und die Einrichtungen zur Übergabe von Gesprächen ortsbeweglicher Teilnehmer zwischen Zellen aufweisen, wobei das Verfahren die Überwachung der Gesprächsqualität während der Gesprächs­ dauer beinhaltet, dadurch gekennzeichnet,
daß alle Gesprächs-Übergaben innerhalb einer Makrozelle (1) ausschließlich aufwärts von einer der Mikrozellen (2) zu der Makrozelle (1) oder abwärts von der Makrozelle (1) zu einer Mikrozelle (2) erfolgen,
daß dann, wenn die Qualität eines von einer der genannten Mikro­ zellen (2) abgewickelten Gesprächs unter vorgegebene Kri­ terien absinkt, das Gespräch an die darüberliegende Makro­ zelle (1) übergeben wird, bevor der ortsbewegliche Teilneh­ mer die Mikrozelle (2) verläßt,
und daß ein von einem ortsbeweglichen Teilnehmer ausgehendes Gespräch lediglich dann von einer Makrozelle (1) an eine darunterliegende Mikrozelle (2) übergeben wird, wenn ein Funknachrichtenkanal von dem Gerät des ortsbeweglichen Teilnehmers zu der der darunterlie­ genden Mikrozelle zugeordneten Basisstation (3) eine Qualität aufweist, die die vorgegebenen Kriterien für mehr als eine vorgegebene Zeit übersteigt.

5. Übergabeverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kriterien für die Gesprächsqualität einen oder mehrere der folgenden Parameter einschließen: Bitfehlerrate, Feld­ stärke, Entfernungsmessung und Änderungsgeschwindigkeit der Entfernung.