(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE03/002121

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE03/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO04/ (13) B1 (51) Int.Cl. H04W 36/14 ( ) H04W 36/32 ( ) G01S 5/14 ( ) (54) Sposób przeprowadzania między częstotliwościowego Handover i między systemowego Blind Handover przełączania kanału łączności radiowej w systemach telefonii komórkowej (30) Pierwszeństwo: , DE, (73) Uprawniony z patentu: T-Mobile Deutschland GmbH, Bonn, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 15/05 (72) Twórca(y) wynalazku: REINHOLD BRUECKEN, Koeln, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/14 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Zbigniew Kamiński

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób przeprowadzania między częstotliwościowego Handover i między systemowego Blind Handover przełączania kanału łączności radiowej w systemach telefonii komórkowej, bez wstępnego sprawdzania skuteczności przełączenia, tzw. Blind Handover, zwłaszcza w niejednorodnych strukturach sieciowych tworzonych przez uczestniczące w nich systemy telefonii komórkowej. Przełączanie kanału, czyli tzw. Blind Handover nie daje gwarancji dla pozytywnego przeprowadzenia tego przełączenia przy niejednorodności różnych struktur sieciowych współdziałających w różnych warstwach częstotliwości lub w różnych obszarach zasilania. Obowiązująca obecnie specyfikacja, np. opublikowana w 3GPP TS V5.1.0 ( ) 3rd Generation Partnership Project ; Technical Specification Group Core Network; Handover Procedures (Release 5), przewiduje, że np. w przypadku przełączania Handover pomiędzy warstwą sieci systemu telefonii UMTS i warstwą sieci systemu telefonii GSM istnieje możliwość skonfigurowania dla każdego pola wyznaczonego przez stację bazową systemu UMTS jednego kandydata dla Blind Handover. W takim przypadku zakłada się, że obszar zasilania pola komórkowego stacji bazowej docelowej pokrywa się z obszarem zasilania pola komórkowego stacji bazowej źródłowej, tzn. obszary zasilania danej komórki stacji bazowej UMTS i komórki stacji bazowej GSM w miejscu Handover pokrywają się. W innym przypadku powstaje sytuacja niejednoznaczna, skutkiem której może wystąpić błąd systemowy w Handover, a tym samym ryzyko utraty połączenia (Call Drop). W celu uniknięcia takich problemów stosować można w przypadku przełączania Handover również tak zwane podwójne telefony komórkowe, tzn. telefony komórkowe z dwoma oddzielnymi urządzeniami nadawczo-odbiorczymi, które mogą pracować jednocześnie na dwóch różnych częstotliwościach lub w dwóch różnych sieciach telefonii komórkowej, ale niedogodnością takiego rozwiązania jest znaczny wzrost kosztów produkcji takiego telefonu komórkowego. Przedmiotem międzynarodowej publikacji WO2000/28774 jest sposób międzysystemowego i międzyczęstotliwościowego przekazywania połączenia (Handover) w ramach sieci systemu CDMA, w którym mobilna stacja ruchoma zasilana jest sygnałami radiowymi z kilku stacji bazowych i za pomocą bazy danych w oparciu o lokalizację mobilnej stacji wybierana jest przynajmniej jedna stacja bazowa odpowiednia dla międzysystemowego lub międzyczęstotliwościowego przekazywania połączenia (Handover). Dane wybranej stacji bazowej wymagane dla przekazania połączenia (Handover) są przekazywane do mobilnej stacji i wówczas mobilna stacja może przeprowadzić przekazanie połączenia (Handover) do wybranej stacji bazowej. Mobilna stacja określa swoją lokalizację za pomocą wspomaganego satelitarnie systemu lokalizacyjnego GPS i/lub za pomocą pomiarów czasu przebiegu sygnałów radiowych i transmituje wyznaczone dane dotyczący lokalizacji do systemu telefonii komórkowej. Wadą takiego sposobu przeprowadzania przekazania połączenia (Handover) jest konieczność wyposażania mobilnych stacji w zintegrowany i sprzężony system lokalizacyjny GPS, co pociąga za sobą dodatkowe koszty i zwiększa rozmiary urządzeń. Przedmiotem europejskiego opisu zgłoszeniowego EP A1 jest radiowy system telekomunikacyjny, oraz sposób jego operowania. Zgodnie ze sposobem, między stacją bazową i każdą stacją ruchomą monitorowane są charakterystyki transmisji, po czym łączone są w grupy te stacje ruchome, które spełniają określone wstępnie pierwsze kryterium (na przykład wartość progowa mocy sygnału), następnie ustanawiane jest pierwsze połączenie komunikacyjne między stacją bazową i każdą ze stacji ruchomych w grupie, oraz monitorowany jest i sprawdzany parametr komórki (na przykład obciążenie sieci), czy spełnia on określone wstępnie drugie kryterium, po czym wysyłany jest sygnał przełączenia (sygnał handover u) o ile parametr komórki spełnia to drugie kryterium, a na końcu ustanawiane jest i obsługiwane drugie połączenie komunikacyjne w odpowiedzi na ten sygnał przełączenia. To drugie połączenie komunikacyjne może obejmować zmianę częstotliwości tej samej stacji bazowej, bądź przełączenie na inna stacją bazową. Sposób i system odnoszą się zarówno do sieci systemu UMTS jak i systemu GSM, na przykład możliwe jest przełączenie trwającego połączenia komunikacyjnego ze stacji bazowej w sieci systemu UMTS na stację bazową w sieci systemu GSM. Przedmiotem opisanego sposobu według wynalazku nie jest natomiast występująca podczas Handover wymiana sygnalizacji pomiędzy telefonem komórkowym abonenta i biorącymi udział w komunikacji węzłami sieci, jak np. ze stacjami bazowymi, kontrolerami RNC (Radio Network Controller) i centralami (UMSC), współuczestniczącymi w sieci telefonii komórkowej.

3 PL B1 3 Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu, który wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas sposobów i umożliwi przeprowadzenie przełączenia Blind Handover również pomiędzy różnymi warstwami systemów telefonii komórkowej, nawet wówczas, gdy nie tworzą one wspólnej struktury sieciowej. Zadanie to zrealizowano przez sposób przeprowadzania między częstotliwościowego Handover i między systemowego Blind Handover przełączania kanału łączności radiowej w systemach telefonii komórkowej, który charakteryzuje się tym, że stacja bazowa samoczynnie generuje sygnał przełączający kanał komunikacji tej stacji bazowej systemu UMTS na kanał stacji bazowej innego systemu komunikacji GSM przesyłając go do ruchomej stacji końcowej, przy czym przełączanie kanałów i wysyłanie sygnałów realizowane przez poszczególne inne stacje bazowe są synchronizowane za pomocą centralnego zegara połączonego radiowo z tymi stacjami, zaś sygnały odchyleń ramowych synchronizacji wyznaczone pomiędzy stacjami bazowymi, jako różnica wskazań zegarów tych stacji i centralnego zegara, przesyła się do pamięci w tych stacjach bazowych do dokładnej lokalizacji ruchomej stacji końcowej. Po otrzymaniu wygenerowanego w wybranej stacji bazowej sygnału przełączania kanałów łączności radiowej stacja końcowa korzystnie samoczynnie przestraja częstotliwość komunikacji na inny system GSM. Przełączenie kanałów łączności radiowej ruchomej stacji następuje korzystnie wtedy, gdy obszar zasilania przez sygnały jednej stacji bazowej nie pokrywa się z obszarem zasilania sygnałami innej stacji bazowej. Przełączenie kanałów łączności radiowej ruchomej stacji następuje korzystnie wtedy, gdy obszar zasilania przez sygnały jednej stacji bazowej przynajmniej częściowo pokrywa się z obszarem zasilania sygnałami innej stacji bazowej. Zgodnie z założeniem wynalazku ruchoma stacja końcowa przed przeprowadzeniem przełączenia Handover jest zasilana z kilku stacji bazowych, tzn. poza aktualnie wykorzystywaną stacją bazową może również odbierać sygnały radiowe jeszcze z kilku innych stacji bazowych. Dzięki rozwiązaniu według wynalazku ruchome stacje końcowe nie muszą być zaopatrzone w dodatkowy osprzęt, ponieważ określenie lokalizacji ruchomej stacji opiera się wyłącznie na pomiarach czasu przesyłu sygnałów radiowych. Zgodnie z wynalazkiem ruchoma stacja końcowa przeprowadza pomiar czasu przesyłu sygnałów odbieranych przez łącze radiowe ze stacji bazowych. Pomiar czasu przesyłu sygnałów musi być wymuszony na aparacie końcowym zależnie od warunków poziomu sygnałów. Zmierzone czasy przesyłu przekazuje się do jednej ze stacji bazowych. W sieci telefonii komórkowej określa się, w oparciu o dane pomiarowe, lokalizację ruchomej stacji końcowej. Następnie, przy wykorzystaniu bazy danych wybiera się w oparciu o wyznaczoną lokalizację co najmniej jedną odpowiednią stację bazową dla międzysystemowego lub międzyczęstotliwościowego Handover. Dane wybranej stacji, niezbędne dla tego przełączenia Handover, są przesyłane do ruchomej stacji końcowej. Na tej podstawie możliwe jest przełączenie Handover z ruchomej stacji końcowej do wybranej stacji bazowej. Sposób przełączania według wynalazku może być również wykorzystany do niezawodnego przeprowadzania Handover za pomocą bardziej zaawansowanego Blind Handover, zwanego dalej jako Blind Handover Advanced. Sposób według wynalazku zapewnia kilka ważnych korzyści, a mianowicie: - na dokonanie przełączenie Blind Handover według wynalazku nie traci się żadnego czasu, podczas gdy dla przełączania Handover w systemie UMTS w trybie kompresji (tzw. UMTS Compressed Mode) muszą być przeprowadzone odpowiednie pomiary, które zależnie od sytuacji i ilości kandydatów do przełączenia łączności radiowej wymagają kilka ogólnych profili zasilania GAP (General Access Profile). - w sposobie według wynalazku, uzyskuje się wzrost wydolności systemu, gdyż tryb kompresji (Compressed Mode) nie jest w ogóle wymagany, podczas gdy mechanizmy wywołane w trybie kompresji (Compressed Mode) powodują dodatkowe interferencje, skutkiem czego następuje redukcja wydolności systemu. - sposób według wynalazku umożliwia bez większych nakładów implementację innych usług występujących w sieci komórkowej, które wymagają informacji o lokalizacji abonenta. - sposób według wynalazku funkcjonuje ponadto zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynków bez stosowania dodatkowych urządzeń GPS.

4 4 PL B1 - stacje końcowe nie muszą być wyposażone w moduły GPS lub w podwójne systemy nadawczo-odbiorcze, co znacznie obniża koszty ich produkcji. Dla wyznaczenia informacji lokalizacyjnych stacja końcowa abonenta musi pomierzyć warunki sygnałowe we własnym polu komórkowym i w co najmniej jednym lub dwóch dalszych polach komórkowych. Prócz poziomu sygnałów mierzone są również czasy przesyłu sygnałów przez łącze radiowe. Jeżeli w aktualnie panujących warunkach pomiar poziomu sygnału w dostępnej komórce nie jest w zasadzie konieczny, to na stacji końcowej wymusza się przeprowadzenie takiego pomiaru. Odbywa to się np. w taki sposób, że do stacji końcowej, świadomie zostaną wprowadzone inne wartości progowe dla poziomu zasilania, które wymuszą pomiar lub też z góry ustawia się parametry sieci w taki sposób, że pomiar odbywa się obligatoryjnie. Wygenerowane w ten sposób informacje o czasach przesyłu sygnału są przesyłane do sieci. Aby wykorzystać te informacje podczas przełączania Blind Handover, należy najpierw poddać analizie warstwę, w której znajduje się potencjalna komórka, pod względem najlepiej dostępnej stacji bazowej, a więc najlepszego serwera (Best Server). Może się to odbywać w różny sposób. Po pierwsze przy zastosowaniu odpowiedniej metody można określić obszar zasilania z najlepszego serwera (Best Server), a po drugie może się to odbywać w oparciu o dysponowane wartości pomiarowe. Otrzymane w taki sposób najlepsze serwery (Best Server) można przydzielić do każdego punktu poligonowego. Współrzędne stacji końcowej są następnie porównywane z bankiem danych najlepszego serwera (Best Server), co umożliwia wybór najlepszej komórki docelowej. Taka komórka docelowa jest następnie przenoszona poleceniem Handover do stacji końcowej i w ten sposób przeprowadza się zaawansowane przełączenie kanału łączności radiowej tzw. Blind Handover Advanced. Sposób według wynalazku jest wyjaśniony w przykładowym rozwiązaniu na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przykładowy wycinek struktur pół komórkowych dwóch nakładających się i różnych sieci telefonii komórkowej, np. sieci systemów UMTS i GSM. Sieć systemu UMTS obejmuje dużą ilość pól komórek radiowych 10, 11, 12, 13, 14, które są zasilane sygnałami radiowymi przez dużą ilość zainstalowanych na stałe stacji bazowych 20, 23, 24. Podobnie sieć systemu GSM obejmuje dużą ilość pól komórek radiowych 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7, które są zasilane sygnałami radiowymi przez dużą ilość zainstalowanych na stałe stacji bazowych 20, 21 i 22. Sieci systemów UMTS i GSM mają przykładowo wspólną lokalizację dla stacji bazowej 20. Ruchoma stacja końcowa 30 znajduje się w polu wewnątrz komórki systemu UMTS 10 i jest np. zasilana sygnałami radiowymi ze stacji bazowej 24. Ruchoma stacja 30 ma zamiar przeprowadzić przełączenie systemowe Blind Handover do odpowiedniej innej komórki radiowej w sieci systemu GSM. Dlatego najpierw ustala się lokalizację tej ruchomej stacji końcowej 30 i za pomocą odpowiedniej aplikacji w tej stacji końcowej wymusza się pomiar poziomu i jakości sygnału pochodzącego ze stacji bazowej 24 oraz z sąsiadujących stacji bazowych innego systemu UMTS 20, 23. Stacja końcowa 30 musi w tym celu najpierw przeprowadzić jednoznaczną identyfikację odpowiednich wszystkich trzech stacji bazowych 20, 23, 24 i wyznaczyć dla nich czasy przesyłu sygnałów przez łącze radiowe. Informacje z sąsiednich komórek i z własnej komórki są przesyłane jako pakiet informacji do jednej ze stacji bazowych, np. 24. Na podstawie dwóch pomierzonych sąsiednich komórek i własnej komórki można obliczyć lokalizację stacji końcowej 30 w sieci UMTS. Sposób ten nie zależy od tego, czy stacja końcowa jest zlokalizowana wewnątrz czy na zewnątrz budynku. W celu ustalenia lokalizacji stacji końcowej abonenta bez znajomości informacji o kierunku, wymagane są co najmniej trzy stacje bazowe 20, 23, 24, których lokalizacja jest dokładnie znana. W oparciu o pomiar czasu przesyłu sygnału pomiędzy stacją końcową i każdą ze stacji bazowych, można wykreślić okręgi, które określą zakres odległości tej stacji od danej stacji bazowej. W środku każdego okręgu znajduje się stacja bazowa, a wspólny punkt przecięcia trzech okręgów wyznacza lokalizację stacji końcowej. Lokalizacje stacji bazowych stanowią w tym przypadku punkty odniesienia, przy czym współrzędne lokalizacji są do dyspozycji w banku danych lokalizacji użytkownika sieci. Teoretycznie te trzy okręgi mogą przecinać się w jednym punkcie. W rzeczywistych warunkach jest to jednak niemożliwe, gdyż zasada pomiaru czasu przesyłu sygnałów zależy od warunków rozprzestrzeniania się fal radiowych i prędkości przetwarzania sygnałów w mikroukładzie stacji końcowej (częstotliwość taktowania mikroukładu). Odcinki odległości dla każdego odstępu pomiarowego nie mogą być więc dowolnie małe.

5 PL B1 5 W praktyce oznacza to, że lokalizacja stacji końcowej jest określana pewną powierzchnią przecinania się okręgów, przy czym dokładność wyznaczania lokalizacji wzrasta wraz z liczbą mierzonych stacji bazowych. Przykładowo dla częstotliwości mikroukładu 3,84 MHz obliczony minimalny odstęp pomiarowy wynosi a = Prędkość światła C / Częstotliwość mikroukładu f BlT = 300E6 / 3.84E6 = 78 m Im nowocześniejsze stacje końcowe (aparaty końcowe) tym szybszy i dokładniejszy pomiar. Dokładność ta zależy również od odbiornika stacji końcowej. Odbiornik taki musi być zdolny, dla zapewnienia wyników z dokładnością do 10 m, do odczytu w odstępach czasowych mieszczących się w ramach częstotliwości mikroukładu. Wspólna powierzchnia przecinania się okręgów pól komórkowych podaje prawdopodobną lokalizację stacji końcowej. Ponieważ stacja końcowa nie posiada żadnych informacji o ramowej synchronizacji współdziałających ze sobą stacji bazowych, to wyznaczona lokalizacja stacji końcowej zostaje obarczona dodatkowymi błędami pomiarowymi. W celu uniknięcia takiej sytuacji stosuje się przeważnie dwie możliwości: - Stacje bazowe są synchronizowane przez centralny zegar lub zegar systemu GPS. - Na podstawie pomiarów przeprowadzanych przez stacje bazowe ustala się rozmiar asynchronizacji w stosunku do innych stacji bazowych i wyniki wprowadza się do macierzy. W oparciu o ustaloną lokalizację ruchomej stacji końcowej 30 i o bazę danych istniejącą w sieci telefonii komórkowej, zostaje wyznaczona komórka lub stacja bazowa sieci systemu GSM, najlepiej nadająca się do przeprowadzenia przełączenia Handover. Na fig. 1 jest to np. stacja bazowa systemu GSM 20, która między innymi obejmuje komórkę systemu GSM 1. Aby ruchoma stacja końcowa 30 mogła przeprowadzić przełączeni Handover również do odpowiedniej komórki docelowej stacji bazowej systemu GSM 1, po przeanalizowaniu swoich informacji lokalizacyjnych (wartości pomiarowych) musi otrzymać, informację o wytypowanej komórce docelowej lub odpowiedniej stacji bazowej 20. Odbywa się to bezpośrednio na skutek polecenia przełączenia Handover wysłanego do ruchomej stacji końcowej. Wynika z tego, że funkcjonalność odpowiedniego węzła sieci, np. RNC, musi być na tyle powiększona, aby z analizy danych pomiarowych otrzymać informację lokalizacyjną, z których przy wykorzystaniu banku danych serwera Best Server, wyznacza się najlepiej dostępną stację bazową dla komórki docelowej i przekazać ją do dyspozycji stacji końcowej i stacji bazowych biorących udział w przełączeniu Handover. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób przeprowadzania między częstotliwościowego Handover i międzysystemowego Blind Handover przełączania kanału łączności radiowej w systemach telefonii komórkowej, gdy ruchoma stacja końcowa zamierzająca przeprowadzić Handover znajduje się w zasięgu przynajmniej dwóch lub trzech stacji bazowych i rozpoczyna proces przełączania od wyznaczenia swej lokalizacji, przy czym w celu lokalizacji swego położenia ruchoma stacja końcowa dokonuje pomiaru odległości i mocy sygnałów docierających do niej przynajmniej z dwóch albo trzech otaczających ją stacji bazowych wysyłając wyniki pomiaru do wybranej stacji bazowej o najwyższej mocy sygnału zasilającego, po czym stacja bazowa przekształca otrzymane wyniki pomiarów w lokalizację ruchomej stacji końcowej, znamienny tym, że stacja bazowa (20) następnie samoczynnie generuje sygnał przełączający kanał komunikacji tej stacji bazowej systemu UMTS na kanał stacji bazowej (20) innego systemu komunikacji GSM przesyłając go do ruchomej stacji końcowej (30), przy czym przełączanie kanałów i wysyłanie sygnałów realizowane przez poszczególne stacje bazowe (23, 24) są synchronizowane za pomocą centralnego zegara połączonego radiowo z tymi stacjami, zaś sygnały odchyleń ramowych synchronizacji wyznaczone pomiędzy stacjami bazowymi (23, 24), jako różnica wskazań zegarów tych stacji i centralnego zegara, przesyła się do pamięci w tych stacjach bazowych do dokładnej lokalizacji ruchomej stacji końcowej (30). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po otrzymaniu wygenerowanego w wybranej stacji bazowej (20) sygnału przełączania kanałów łączności radiowej stacja końcowa (30) samoczynnie przestraja częstotliwość komunikacji na inny system GSM.

6 6 PL B1 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przełączenie kanałów łączności radiowej ruchomej stacji (30) następuje wtedy, gdy obszar zasilania przez sygnały stacji bazowej (24) nie pokrywa się z obszarem zasilania sygnałami stacji bazowej (20). 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że przełączenie kanałów łączności radiowej ruchomej stacji (30) następuje wtedy, gdy obszar zasilania przez sygnały stacji bazowej (24) przynajmniej częściowo pokrywa się z obszarem zasilania sygnałami stacji bazowej (20). Rysunek Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)