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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Funktelekommunikationsnetz und
ein Verfahren zum Auswählen
von Basisstationsantennen zur Verbindung mit einem mobilen Benutzerendgerät in einem
Funktelekommunikationsnetz.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Bei
drahtlosen Telekommunikationsnetzen des Typs CDMA (code division
multiple access) findet Soft-Weiterreichung
weithin statt. Soft-Weiterreichung ist auch als Soft-Handoff bekannt.
Soft-Weiterreichung liegt vor, wenn ein mobiles Benutzerendgerät gleichzeitig
Funkverbindungen über
eine Anzahl verschiedener Zellen mit dem Netzwerk aufweist, wie zum
Beispiel mit mehreren Antennen einer Basisstation oder mehreren
Basisstationen. Das Ziel der Soft-Weiterreichung ist das Aufrechterhalten
einer Verbindung trotz Funk-Fading. Eine Art von CDMA-Netz ist ein
Netzwerk des Typs UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
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Die
gerade durch Funkverbindungen mit dem mobilen Benutzerendgerät verbundenen
Zellen sind als die aktive Menge bekannt. Das mobile Benutzerendgerät kommuniziert
unter Verwendung dieser Zellen. Außerdem wird das mobile Benutzerendgerät durch
das Netz angewiesen, auch Signalqualität zu/von bestimmten Nachbarzellen,
die sich nicht in der aktiven Menge befinden, zu überwachen.
Dies geschieht, um zu bestimmen, ob das Herstellen einer Funkverbindung
zu beliebigen dieser Nachbarzellen bei der Aufrechterhaltung der
Qualität
der Verbindung hilfreich sein würde.
Signalqualität
wird zum Beispiel als Signalstärke
ausgewertet. Die gerade auf diese weise untersuchte Menge von Nachbarzellen
ist als die überwachte
Menge bekannt.
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Weiterhin
detektiert das mobile Benutzerendgerät manchmal Signale von anderen
Zellen, die sich weder in der aktiven Menge noch in der überwachten
Menge befinden. Diese anderen Zellen sind als die detektierte Menge
bekannt. Der kollektive Ausdruck für die Zellen der überwachten
Menge und die Zellen der detektierten Menge ist gegebenenfalls die überwachte/detektierte
Menge.
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Wie
bei Soft-Weiterreichung wohlbekannt ist, wird, wenn die Signalqualität einer
Zelle aus der überwachten/detektierten
Menge ein vorbestimmtes Kriterium übersteigt, eine Funkverbindung
mit dieser Zelle hergestellt. Das Kriterium könnte zum Beispiel eine Schwelle
für Signalstärke oder
Signal/Rausch-Verhältnis oder
eine Kombination von beidem sein. Datensätze werden dann aktualisiert, daß die Zelle
sich der aktiven Menge angeschlossen hat. Als Folge kann eine andere
Zelle mit schlechterer Signalqualität von der aktiven Menge entfernt werden.
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Die
Funkverbindung zu jeder Zelle in der aktiven Menge besteht aus Steuerkanälen und
Datenkanälen
sowohl zu dem Netz (signalaufwärts)
als auch zu dem mobilen Benutzerendgerät (signalabwärts). Die
Steuerkanäle
führen
Leistungsregelbefehle zur Einstellung der Leistung von Übertragungen,
um so zu versuchen, Funk-Fading
zu kompensieren. Der Datenkanal führt Nutzdaten wie zum Beispiel
kodierte Sprache. Wenn keine Nutzdaten zu senden sind, wird die
Leistung vermindert.
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Beim
Einrichten einer Funkverbindung mit einer Zelle durch ein mobiles
Benutzerendgerät
tritt eine Zeitverzögerung
auf. Anders ausgedrückt,
besteht eine Zeitverzögerung
beim Transfer einer Zelle von der überwachten/detektierten Menge
in die aktive Menge. Die Verzögerung
ist hauptsächlich
auf die Zeit zurückzuführen, die
erforderlich ist, um Funksynchronisation der Steuerkanäle zwischen
dem mobilen Benutzerendgerät
und dem Netz über
die neue Zelle herzustellen. Die Verzögerung ist oft lang, was problematisch
ist, weil während
der Verzögerung
das mobile Benutzerendgerät
von der gewünschten Funkverbindung
mit dieser Zelle keinen Nutzen zieht. Je länger die Verzögerung ist,
desto wahrscheinlicher ist es außerdem, daß die Signalqualität der gewünschten
neuen Funkverbindung sich aufgrund von Funk-Fading so weit verschlechtert,
daß sich
herausstellt, daß die
gewünschte
neue Funkverbindung, wenn sie schließlich hergestellt ist, nicht
akzeptabel ist. Folglich kann die neue Funkverbindung sofort nach
ihrer Herstellung fallengelassen werden. Ferner wird das Netz als
Ganzes durch lange Verzögerungen
bei der Reaktion auf sich ändernde
Funkbedingungen träger.
Folglich wird es wahrscheinlicher, daß die Gesamtqualität der unter
Verwendung der mehreren Funkverbindungen durchgeführten Verbindung inakzeptabel
werden kann.
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Folglich
kann gesagt werden, daß es
bekannt ist, daß bei
solchen Systemen Probleme dabei bestehen, wie die Verzögerung beim
Transfer einer Zelle von der überwachten/detektierten
Menge zu der aktiven Menge zu minimieren ist.
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Das
US-Patent
US 5364760 wird
zum Stand der Technik gezählt
und betrifft Verfahren zum Erzielen des Softer-Weiterreichungsprozesses dergestalt, daß die Leistungsfähigkeit
eines Systems verbessert wird. Bei einer beschriebenen Ausführungsform
wird dies durch Anwenden von Schwellen zum Vergleich der Signalstärke eines
in einer Mobilstation empfangenen Pilotsignals erzielt.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Der
bzw. die Erfinder haben eine Möglichkeit gefunden,
diese Verzögerung
zu verringern, indem vorgesehen wird, daß sich Zellen in einer Menge
befinden können,
in der ein Steuerkanal hergestellt wurde, aber nicht ein entsprechender
Datenkanal.
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In
einem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Auswählen
von Antennen einer Basisstation zur Verbindung mit einem mobilen
Benutzerendgerät
in einem Funktelekommunikationsnetz, mit den folgenden Schritten.
Durchführen
von Testübertragungen
zwischen dem mobilen Benutzerendgerät und Basisstationsantennen
und Verarbeiten der empfangenen Testübertragungen, um eine jeweilige
Signalwegqualität
für jede
der Basisstationsantennen zu bestimmen; wobei, wenn die bestimmte
Signalwegqualität
eine erste vorbestimmte Schwelle übersteigt, aber kleiner als
eine zweite vorbestimmte Schwelle ist, die höher als die erste vorbestimmte
Schwelle ist, das mobile Benutzerendgerät durch Steuerkanäle, aber
nicht Datenkanäle mit
der entsprechenden Basisstationsantenne verbunden wird, um so zeitsynchronisiert
zu sein; und wobei wenn die bestimmte Signalwegqualität die zweite
vorbestimmte Schwelle übersteigt,
das mobile Benutzerendgerät
sowohl durch Steuerkanäle
als auch Datenkanäle
mit der entsprechenden Basisstationsantenne verbunden wird, um so
anrufverbunden zu sein.
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In
einem zweiten Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Funktelekommunikationsnetz
mit Basisstationen, wobei jede Basisstation mindestens eine Antenne
aufweist, wobei das Netz einen für
die Verbindung mit einem mobilen Benutzerendgerät zu verwendenden Selektor
von Basisstationsantennen umfaßt,
wobei das Netzwert folgendes umfaßt:
Einen Generator von
Testübertragungen
zwischen dem mobilen Benutzerendgerät und Basisstationsantennen
und einen Prozessor, der dafür
konfiguriert ist, die empfangenen Testübertragungen zu verarbeiten,
um eine jeweilige Signalwegqualität für jede der Basisstationsantennen
zu bestimmen;
wobei der Selektor dafür konfiguriert ist, Verbindungen so
zu steuern, daß,
wenn die bestimmte Signalwegqualität eine erste vorbestimmte Schwelle übersteigt,
aber kleiner als eine zweite vorbestimmte Schwelle ist, die höher als
die erste vorbestimmte Schwelle ist, das mobile Benutzerendgerät durch Steuerkanäle, aber
nicht Datenkanäle
mit der entsprechenden Basisstationsantenne verbunden wird, um so
zeitsynchronisiert zu sein; und wobei wenn die bestimmte Signalwegqualität die zweite
vorbestimmte Schwelle übersteigt,
das mobile Benutzerendgerät sowohl
durch Steuerkanäle
als auch Datenkanäle
mit der entsprechenden Basisstationsantenne verbunden wird, um so
anrufverbunden zu sein.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel mit Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Netzes des Typs UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System),
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2 ein
Diagramm, das darstellt, wie für ein
mobiles Benutzerendgerät
Zellen in verschiedene Mengen kategorisiert werden,
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3 ein
Diagramm, das darstellt, wie eine Zelle in die synchronisierte Menge
für ein
mobiles Benutzerendgerät
eintritt, indem Steuerkanäle
einer Funkverbindung mit dieser Zelle hergestellt wird (Bringen
des mobilen Benutzerendgeräts
und der Zelle in Funksynchronisation) und
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4 ein
Diagramm der Kriterien zum Verschieben einer Zelle in die synchronisierte
Menge und aus dieser heraus.
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Ausführliche Beschreibung
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Aus
einer Betrachtung eines bekannten Systems haben die Erfinder erkannt,
daß zwischen
der überwachten/detektierten
Menge und der aktiven Menge eine Zwischenmenge von Zellen geführt werden
kann. Diese als die synchronisierte Menge bekannte neue Menge enthält Zellen
mit Funkverbindungen in Form von hergestellten Steuerkanälen, nicht
aber von Datenkanälen.
Da Zellen in dieser Menge bereits zwischen Basisstation und mobilem Benutzerendgerät zeitsynchronisiert
sind, wird die Verzögerung
zwischen dem Zeitpunkt der Auswahl einer Zelle als für Weiterreichung
geeignet bis zum Transfer dieser Zelle in die aktive Menge stark
verringert.
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Das Netz
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Das
Netz ist ein terrestrisches Zugangsnetz (UTRAN) des Typs UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System), wobei es sich um eine Art von
Breitband-CDMA-Netz (code division multiple access) für die mobile
Telekommunikation handelt. Das UTRAN-Netz hat im Prinzip die in 1 gezeigte
Form. Der Einfachheit halber sind nur eine Funknetzsteuerung und
zwei Basisstationen für
das UTRAN-Netz 2 gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt, enthält das UTRAN-Netz 2 Basisstationen 4.
In der Figur ist jede der Basisstationen 4 gemäß der UMTS-Terminologie auch
als "Knoten B" bezeichnet. Eine
Zelle, die auch als Sektor bezeichnet wird, ist das von einer entsprechenden
Antenne einer Basistation versorgte Funkabdeckungsgebiet. Jede Basisstation
besitzt in der Regel drei Zellen 6, die durch eine von
drei Richtantennen 7 in einem gegenseitigen Winkel von
120 Grad Azimuth abgedeckt werden. Jede Funknetzsteuerung (RNC) 8 steuert
typischerweise mehrere Basisstationen 4 und daher eine Anzahl
von Zellen 6. Eine Basisstation 4 wird über eine
als IuB-Schnittstelle
bekannte jeweilige Schnittstelle 10 mit ihrer steuernden
Funknetzsteuerung (RNC) 8 verbunden.
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Bei
der Benutzung kommuniziert ein mobiles Benutzerendgerät 12 (das
in der UMTS-Terminologie häufig
als Benutzergerät
(UE) bezeichnet wird) über mindestens
eine Zelle 6 mindestens einer Basisstation 4 mit
einer versorgenden Funknetzsteuerung (RNC) 8. Auf diese
Weise kommuniziert das mobile Benutzerendgerät mit dem UTRAN-Netz 2.
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Mengen von
Zellen
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Wie
in 2 gezeigt und zuvor erwähnt sind für ein mobiles Benutzerendgerät 12 die
gerade per Funk verbundenen Zellen als die aktive Menge 22 bekannt.
Jede Funkverbindung mit jeder Zelle 24 in der aktiven Menge 22 besteht
aus Steuerkanälen
und Datenkanälen
sowohl zu dem Netz ("signalaufwärts") als auch zu dem
mobilen Benutzerendgerät 12 ("signalabwärts").
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Das
mobile Benutzerendgerät 12 wird
außerdem
von dem Netz angewiesen, Signalqualität zu/von bestimmten Nachbarzellen,
die sich nicht in der aktiven Menge befinden, zu überwachen.
Dadurch soll bestimmt werden, ob eine Funkverbindung zu beliebigen
dieser Nachbarzellen bei der Aufrechterhaltung der Qualität der Verbindung
hilfreich sein würde.
Ein Maß der
Signalqualität
ist Signalstärke. Die
auf diese Weise gerade untersuchte Menge von Nachbarzellen ist als
die überwachte
Menge bekannt. Ferner detektiert das mobile Benutzerendgerät manchmal
Signale von anderen Zellen, die sich weder in der aktiven Menge
noch in der überwachten Menge
befinden. Diese anderen Zellen sind als die detektierte Menge bekannt.
Die Menge von Zellen, die die Zellen der überwachten Menge und gegebenenfalls
Zellen der detektierten Menge enthält, ist als die überwachte/detektierte
Menge 26 bekannt.
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In
einem Speicher 9 in der Funknetzsteuerung 8 (siehe 1)
werden Listen gespeichert, welche Zellen sich gerade in jeder der
verschiedenen Menge für
jedes mobile Benutzerendgerät
befinden. Dies geschieht für
Referenzzwecke, so daß die
entsprechenden Zellen zum Beispiel zum Senden von Daten zu einem
mobilen Benutzerendgerät
verwendet werden. Für
jedes mobile Endgerät
besteht eine Liste für
die oben beschriebene synchronisierte Menge.
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Die synchronisierte
Menge
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Für jedes
mobile Benutzerendgerät
wird eine sogenannte synchronisierte Menge 28 von Zellen vorgesehen.
Eine synchronisierte Menge 28 enthält Zellen mit Funkverbindungen
in Form von Steuerkanälen,
nicht aber von Datenkanälen.
Das heißt,
daß die
Funksynchronisation zwischen einer Zelle und einem mobilen Benutzerendgerät hergestellt
ist, solange die Signalqualität
gut genug ist, aber nicht so gut, daß Datenkanäle in dieser Funkverbindung
herzustellen sind. Das Herstellen der Steuerkanäle reicht aus, um die Zelle
und das mobile Benutzerendgerät in
Funksynchronisation zu bringen. Die Steuerkanäle erfordern wenig Leistung
und Bandbreite.
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Zellen
in der synchronisierten Menge werden entweder aus der überwachten/detektierten
Menge transferiert, wenn sich die Signalqualität verbessert und Synchronisation
unternommen wird, oder aus der aktiven Menge transferiert, wenn
sich die Signalqualität
verschlechtert, aber Steuerkanäle
und daher Synchronisation aufrechterhalten wird, in der Hoffnung,
daß sich
die Signalqualität
bald verbessert.
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Jede
dieser Zellen der synchronisierten Menge ist somit bereit für einen
schnellen Transfer zu der aktiven Menge, wenn sich die Signalqualität zwischen
ihr und dem mobilen Benutzerendgerät weiter verbessert, so daß Daten über die
Funkverbindung zu übertragen
sind. Anders ausgedrückt,
wird die signifikante Zeitverzögerung
aufgrund der Funksynchronisation in der Phase des Transfers einer
Zelle in die aktive Menge, nämlich
der Verbindungsweiterreichung, beseitigt.
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Wie
in 3 gezeigt, wird die Funksynchronisation erzielt,
indem das Netz 2 das mobile Benutzerendgerät 12 über ein
Signalqualitätskriterium
informiert (Schritt a), durch das eine beliebige Zelle in der detektierten/überwachten
Menge 26 zu der synchronisierten Menge 28 transferiert
werden soll. Wenn das Kriterium für Signale zwischen dem mobilen
Benutzerendgerät 12 und
einer beliebigen solchen Zelle erfüllt ist, stellt die mobile
Einrichtung (Schritt b) einen Aufwärtsstrecken-Steuerkanal mit dieser
Zelle her. Die Zelle paßt
dann (Schritt c) ihren Empfänger
an und kommt in Aufwärtsstrecken-Funksynchronisation
mit dem mobilen Benutzerendgerät. Danach
wird der Abwärtsstrecken-Steuerkanal
hergestellt (Schritt d). Das mobile Benutzerendgerät 12 paßt dann
(Schritt e) seinen Empfänger
an, um in Abwärtsstrecken-Funksynchronisation
mit der Zelle zu kommen. Diese Zelle ist nun mit dem mobilen Benutzerendgerät synchronisiert.
Es wird eine Nachricht von dem mobilen Benutzerendgerät 12 über die
Zelle zu der Funknetzsteuerung 8 des Netzes gesendet (Schritt
f), die informiert, daß die
Zelle sich nun in der synchronisierten Menge 28 für dieses
mobile Benutzerendgerät 12 befindet.
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Die
Liste in der Funknetzsteuerung (RNC), welche Zellen sich in der
synchronisierten Menge für ein
mobiles Benutzerendgerät
befinden, wird somit auf dem neuesten Stand gehalten. Auf diese
Liste bezieht sich die RNC, um ein mobiles Benutzerendgerät anzuweisen,
mit dem Senden von Daten über Datenkanäle mit einer
in die aktive Menge transferierten Zelle zu beginnen.
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Auswahl von
Zellen für
die synchronisierte Menge
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Bestimmte
Arten von Ereignissen bewirken, daß eine Zelle zu der synchronisierten
Menge hinzugefügt
wird.
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Andere
Arten von Ereignissen bewirken, daß eine Zelle aus der synchronisierten
Menge gelöscht wird.
Der Transfer in die synchronisierte Menge und aus dieser heraus
hängt von
der gemessenen Stärke eines
Pilotsignals ab. Das Pilotpaket wird von einer Testsignalgeneratorstufe 13 der
Basisstation der Zelle zu dem mobilen Benutzerendgerät 12 gesendet, das
einen Prozessor 15 enthält,
der die Signalstärkenmessung
durchführt.
Das mobile Benutzerendgerät
meldet das Meßergebnis
der Basisstation in einem Meßbericht.
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Wenn
die Pilotsignalstärke
bis über
die Obergrenze für
die Pilotsignalstärke
für Zellen
in der detektierten/überwachten
Menge ansteigt, wird die Zelle dann unter der Kontrolle der Funknetzsteuerung 8, die
eine Zellenselektorstufe 11 (siehe 1) enthält, in die
synchronisierte Menge transferiert. Ähnlich wird, wenn die Pilotsignalstärke bis
unter die Untergrenze für
die Pilotsignalstärke
für Zellen
in der aktiven Menge absinkt, die Zelle dann in die synchronisierte
Menge transferiert. Wie in 4 gezeigt,
besteht folglich ein in 4 als R bezeichneter Bereich von
Pilotsignalstärkenwerten,
für die
eine Zelle in der synchronisierten Menge abgelegt wird.
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Wie
durch Punkt j in 4 angegeben folgt, daß, wenn
die Pilotsignalstärke
von unten in den Bereich R eintritt, die Zelle in die synchronisierte
Menge transferiert wird. Außerdem
wird, wie durch Punkt k in 4 angegeben,
die Zelle in die aktive Menge transferiert, wenn die Pilotsignalstärke den
Bereich R übersteigt.
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Eine
Zelle wird aus der detektierten/überwachten
Menge in die synchronisierte Menge transferiert, indem das Netz
Steuerkanäle
aufbaut. Eine Zelle wird in die detektierte/überwachte Menge transferiert,
indem das Netz die Steuerkanäle
freigibt.
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Eine
Zelle wird aus der synchronisierten Menge in die aktive Menge transferiert,
indem das Netz Datenkanäle
aufbaut; die Steuerkanäle
sind bereits aufgebaut worden. Eine Zelle wird aus der aktiven Menge
in die synchronisierte Menge transferiert, indem das Netz die Datenkanäle, nicht
aber die Steuerkanäle,
freigibt.
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Alternative
Implementierungen
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
werden für
Funkverbindungen mit Zellen in der synchronisierten Menge Steuerkanaldaten
in jedem Zeitschlitz gesendet.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
werden für
Zellen in der synchronisierten Menge Steuerkanalnachrichtendaten
nicht in jedem Zeitschlitz gesendet, sondern in einem bestimmten
längeren
Zeitintervall, das immer noch ausreicht, um Synchronisation der
Funkverbindung zwischen Netz und mobilem Benutzerendgerät aufrechtzuerhalten.
Die Verwendung dieses längeren
Zeitintervalls hat den Vorteil, in dem mobilen Benutzerendgerät gespeicherte Energie
langsamer aufzubrauchen. Dies wird häufig als Stromersparnis bezeichnet.
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Da
Steuerkanäle
bereits für
Zellen in der synchronisierten Menge hergestellt wurden, können Datenkanäle leicht
hergestellt werden. Anders ausgedrückt, ist der Transfer in die
aktive Menge relativ unkompliziert. Bei der beispielhaften Ausführungsform werden
Steuerinformationen von der mobilen Einrichtung über einen Steuerkanal zu der
Basisstation gesendet, wobei die Steuerinformationen angeben, wann
mit dem Senden von Daten signalabwärts begonnen werden soll, und
mit welcher Sendeleistung und Frequenzbandbreite.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
werden die Funkbetriebsmittel für
den Abwärtsstrecken-Datenkanal periodisch
durch Steuernachrichten, die über
die Steuerkanäle
zwischen dem mobilen Benutzerendgerät und der Basisstation gesendet werden
und diese Betriebsmittelzuteilungen anfordern und gewähren, vorhergesagt
und reserviert. Die Funkbetriebsmittel werden durch die zu verwendende
Sendeleistung und Frequenzbandbreite definiert. Wenn Daten zu senden
sind und die Signalqualität ausreicht,
um Datenkanäle
herzustellen, sendet die Basisstation einfach eine Anzeige, daß Daten
gesendet werden, und sendet die Daten dann. Die Anzeige kann ein
bestimmtes Bit in einer Abwärtsstrecken-Steuerkanalnachricht
sein. Als Alternative kann die Anzeige einfach gegeben werden, indem
einfach die Rate von Steuerkanalnachrichten von weniger als in jedem
Zeitschlitz in in jedem Zeitschlitz umgeändert wird.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
mißt das
mobile Benutzerendgerät
Signalstärke
eines Pilotsignals (Abwärtsstrecken-Pilot)
von einer Zelle in der synchronisierten Menge, um zu bestimmen,
ob diese Zelle aus der synchronisierten Menge zu entfernen oder
zu dieser hinzuzufügen
ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
mißt die
Basisstation Signalstärke
eines Pilotsignals (Aufwärtsstrecken-Pilot)
aus dem mobilen Benutzerendgerät,
um zu bestimmen, ob diese Zelle in die synchronisierte Menge hinzuzufügen oder
aus dieser zu entfernen ist. Als Alternative mißt die Basisstation Signalstärke von Übertragungen
auf dem Aufwärtsstrecken-Steuerkanal
einer Funkverbindung mit einer Zelle in der synchronisierten Menge
oder aktiven Menge, um zu bestimmen, ob diese Zelle zu der synchronisierten
Menge hinzuzufügen
oder aus dieser zu entfernen ist. Alternativ dazu mißt das mobile
Benutzerendgerät
Signalstärke
von Übertragungen
auf dem Abwärtsstrecken-Steuerkanal einer
Funkverbindung mit einer Zelle in der synchronisierten Menge oder
aktiven Menge, um zu bestimmen, ob diese Zelle zu der synchronisierten
Menge hinzuzufügen
oder aus dieser zu entfernen ist.