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Diese Erfindung bezieht sich auf Mobilfunk-Kommunikation und
insbesondere auf Systembauteile hiervon.
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In Europa gibt es derzeit eine Anzahl von unterschiedlichen
Mobilfunk-Kommunikationsnormen, die miteinander nicht kompatibel
sind, so daß ein Mobilfunk-Endgerät, das für ein System
ausgelegt ist, nicht mit einem anderen System verwendet werden
kann. Die Groupe Speciale Mobile (GSM) wurde gebildet, um eine
einzige Zellularnorm für Europa zu entwickeln. Ein Netz nach
dem GSM-System umfaßt grundlegend ein Basisstationssystem
(BSS), das ein Basisstations-Steuergerät (BSC) und eine oder
mehrere Basisstations-Tranceiver- oder Sendeempfänger-Stationen
(BTS), eine Funkvermittlungsstelle (MSC), eine Heimatdatei
(HLR) und eine Besucherdatei (VLR) einschließt. Jeder Teilnehmer
(Mobilstation MS) ist einem Heimatnetz und möglicherweise einer
MSC in diesem Netz zugeordnet, was dadurch erzielt wird, daß
ein Eintrag in die HLR gemacht wird. Jedesmal wenn eine
Mobilstation eingeschaltet wird und unter regelmäßigen
Zeitintervallen danach registriert sie sich mit dem System und gibt
ihren Positionsbereich (Gruppe von Zellen) an. Wenn sich die
Mobilstation nicht in ihrem Heimatbereich befindet, so werden
die Teilnehmerdaten der Besucherdatei der dann örtlichen
Funkvermittlungsstelle (MSC) hinzugefügt. In dem GSM-System führt
die MSC die Lenkung eines Gespräches zu seinem Ziel durch, wobei
jede Funkvermittlungsstelle mit anderen Funkvermittlungsstellen
verbunden ist und die Funkvermittlungsstellen Schnittstellen
zu PST-Netzen (öffentliches Fernsprechwählnetz, wie zum Beispiel
BT oder Mercury) und zu anderen Dienstanbietern sowie
Netzverwaltungs- und andere Funktionen aufweist.
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Eine allgemeine Beschreibung eines zellularen Funksystems wurde
von F J Calvert et al in der Veröffentlichung 'International
Conference on Communications, Denver Colorado, Band 3,
14. Juni 1981 auf den Seiten 57.5.1 bis 57.5.6 gegeben. Diese
Veröffentlichung beschreibt ein System, das so ausgelegt ist,
daß es derart in Schnittstellenverbindung mit einer
Teilnehmervermitllungsstelle steht, daß die Notwendigkeit eines
überlagerten Netzes, ausschließlich zugeordneter Vermittlungsstellen
und aufwendiger Bündelung entfallen kann.
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Netze für persönliche Kommunikation oder
Personalkommunikationsnetze (PCN), die der derzeit in Großbritannien entwickelt
werden, beruhen auf GSM-Normen, arbeiten jedoch bei 1.8 GHz
anstatt bei 900MHz, wie dies bei der grundlegenden GSM-Norm der
Fall ist. Die PCN-Systeme entstanden als Ergebnis der
Veröffentlichung des britischen Govemment's Department of Trade
and Industry mit dem Titel 'Phones on the Move', das
grundlegend auf eine Verbesserung der derzeitigen Mobilkommunikation
(Zellular-Funktelefone) gerichtet war. Die letzteren sind analog
und hinsichtlich ihrer Kapazität aufgrund des beschränkten
Wellenlängenbereiches eingeschränkt, der derzeit verfügbar ist.
Als Ergebnis der Tatsache, daß die britische Regierung einen
höheren Wellenlängenbereich freimachte, nominell 2GHz und
aufgrund der Verwendung digitaler Techniken, kann eine
verbesserte Kommumikation erzielt werden. PCN-Netze sind jedoch
nicht auf derartige Mobilfunk-Kommunikationen beschränkt,
sondern sind allgemein dazu bestimmt, eine Kommunikation zu und
von irgendwelchen üblichen Funk- und
Fest-Telekommunikationsnetzen zu unterstützen und somit ein einziges
Kommunikationsnetz mit einem universell verwendbaren persönlichen
Kommunikationsgerät zu schaffen, das heißt ein wirklich persönliches
ortsbewegliches Telefon, das zu allen Zeiten eine Kommunikation
ermöglicht. Weil die vorgeschlagenen PCN-Netze auf GSM-Normen
beruhren, können sie ähnliche Bauteile wie die vorstehend
erläuterten GSM-Netze aufweisen, oder sie können Varianten
einschliessen, die sowohl zu GSM- als auch zu PCN-Netzen
kompatibel sind.
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Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird ein
Mobilfunk-Kommunikationsnetz geschaffen, das zumindestens eine
Basis-Sendeempfängerstation (BTS) aufweist, die über eine erste
Schnittstelle mit einem ersten Basisstations-Steuergerät (BSC)
gekoppelt ist, wobei das erste Basisstations-Steuergerät mit
einer ersten Funkvermittlungsstelle (MSC) über eine zweite
Schnittstelle gekoppelt ist, wobei diese erste
Funkvermittlungsstelle (MSC) eine weitere Schnittstelle zur Verwendung bei der
Kopplung der ersten Funkvermittlungsstelle mit anderen
Funkvermittlungsstellen mit jeweiligen Basisstations-Steuergeräten
und Basis-Sendeempfänger-Stationen und eine Schnittstelle zur
Verwendung bei der Kopplung der Funkvermittlungsstelle (MSC)
mit anderen Netzwerken aufweist und wobei das erste
Basisstations-Steuergerät mit einem örtlichen PSTN- (öffentliches
Fernsprechwählen-) Netz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß für Gespräche zwischen Mobilfunkteilnehmern, die dem ersten
Basisstations-Steuergerät zugeordnet sind, und Mobilfunk-
Teilnehmern, die einer der anderen Funkvermittlungsstellen
zugeordnet sind, oder Teilnehmern, die den anderen Netzen
zugeordnet sind, die Gesprächsabwicklung durch zumindest die erste
Funkvermittlungsstelle erfolgt, und daß das erste Basisstations-
Steuergerät so ausgebildet ist, daß es direkt örtliche Gespräche
zwischen Mobilfunkteilnehmern, die dem ersten
Basisstations-Steuergerät zugeordnet sind, und dem örtlichen PSTN ohne
irgendeinen Wechsel auf die ersten und zweiten Schnittstellen
und ohne irgendeine Kommumikation mit der ersten
Funkvermittlungsstelle zur Gesprächsabwicklung abwickelt.
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Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung
wird ein Basisstations-Steuergerät (BSC) zur Einfügung zwischen
den A-bis- und A-Schnittstellen eines
Mobilfunk-Kommunikationsnetzes auf der Grundlage von GSM (Groupe Special Mobile)
geschaffen, wobei das Netzwerk ein Basisstationssystem unter
Einschluß des Basisstations-Steuergerätes und einer oder
mehreren Basisstations-Sendeempfänger-Stationen, eine
Funkvermittlungsstelle, eine Heimatdatei und eine Besucherdatei
einschließt, wobei die A-Schnittstelle zur Verbindung des
Basisstations-Steuergerätes (BSC) mit der
Funkvermittlungsstelle
(MSC) im Betrieb des Basisstations-Steuergerätes
bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisstations-
Steuergerät (BSC) einem örtlichen PSTN- (öffentlichen
Fernsprechwähl-) Netz zugeordnet ist und zur diekten Abwicklung
örtlicher Gespräche zwischen diesem Basisstations-Steuergerät
zugeordnetem Mobilfunkteilnehmern und dem örtlichen PSTN-Netz
ohne irgendeinen Wechsel auf die Schnittstellen und ohne
irgendeine Kommunikation mit der Funkvermittlungsstelle zur
Gesprächsabwicklung dient, und daß das
Basisstations-Steuergerät so ausgebildet ist, daß es nicht-örtliche Gespräche an die
Funkvermittlungsstelle zur Abwicklung lenkt.
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Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein
Verfahren zum Betrieb eines Mobilkommunikationsnetzes
geschaffen, das zumindestens eine Basis-Sendeempfänger-Station
(BTS) einschließt, die mit einem ersten
Basisstations-Steuergerät (BSC) über eine erste Schnittstelle gekoppelt ist, wobei
das erste Basisstations-Steuergerät mit einer ersten
Funkvermittlungsstelle (MSC) über eine zweite Schnittstelle gekoppelt
ist, wobei die erste Funkvermittlungsstelle (MSC) eine weitere
Schnittstelle zur Verwendung bei der Kopplung der ersten
Funkvermittlungsstelle mit anderen Funkvermittlungsstellen mit
jeweiligen Basisstations-Steuergeräten (BSC) und Basis-
Sendeempfänger-Stationen (BTS) und eine Schnittstelle zur
Verwendung bei der Kopplung der ersten Funkvermittlungsstelle mit
anderen Netzen aufweist, wobei das erste Basisstations-
Steuergerät einem örtlichen PSTN-(öffentliches Fernsprechwähl-)
Netz zugeordnet ist und das Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, daß für Gespräche zwischen dem ersten Basisstations-
Steuergerät (BSC) zugeordneten Mobilfunk-Teilnehmern und
Mobilfunk-Teilnehmern, die einer der anderen
Funkvermittlungsstellen zugeordnet sind, oder Teilnehmern, die den anderen
Netzen zugeordnet sind, die Gesprächsabwicklung über
zumindestens die erste Funkvermittlungsstelle (MSC) erfolgt, und
daß örtliche Gespräche zwischen Mobilfunk-Teilnehmern, die dem
ersten Basisstations-Steuergerät (BSC) zugeordnet sind, und dem
örtlichen PSTN direkt von dem ersten Basisstations-Steuergerät
(BSC) ohne einen Wechsel auf die ersten und zweiten
Schnittstellen
und ohne irgendeine Kommunikation mit der ersten
Funkvermittlungsstelle zur Gesprächsverarbeitung abgewickelt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der
beigefügten Zeichnungen erläütert, in denen:
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Figur 1 ein grundlegendes GSM-Netz zeigt,
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Figur 2a ein Konzept eines PCN-Netzwerkes zeigt, auf dem
die vorliegende Erfindung beruht, während Figur 2b einen Teil
des Netzes nach Figur 2a in einer alternativen Form und
insbesondere ein intelligentes Basisstations-Steuergerät gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt,
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Figuren 3 bis 8 Zeichengabe-Nachrichten zeigen, die bei
einem PCN-Netz auftreten, das das intelligente Basisstations-
Steuergerät aufweist,
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Figur 9 ein Beispiel einer PSTN-zu-PCN-Zeichengabe für
ein Ortsgespräch zeigt,
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Figur 10 ein örtliches Zugriffsschema für eine große Stadt
zeigt,
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Figur 11 einen örtlichen Zugriff für Knoten mit hoher
Kapazität zeigt,
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Figur 12 drei unterschiedliche örtliche Gesprächsszenarien
zeigt,
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Figur 13 Kostenvergleiche für die drei Szenarien nach Figur
12 zeigt,
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Figur 14 und 15 Aspekte einer gemeinsamen genutzten
Infrastruktur von GSS-Systemen zeigen, und
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Figur 16 eine mögliche Anwendung eines intelligenten
Basisstations-Steuergerätes zeigt.
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Das in Figur gezeigte grundlegende GSM-Netz schließt die
vorstehend erwähnten Elemente ein, das heißt, mobile Funkstationen
MS, Basisstations-Systeme BSS, die Basisstations-Sendeempfänger
BTS und Basisstations-Steuergeräte BSC einschließen, eine
Funkvermittlungsstelle MSC, eine Heimatdatei HLR, eine
Besucherdatei VLR und Schnittstellen zu anderen
Funkvermittlungsstellen MSC, an andere Netze und Dienste und an Netzwerk-
Verwaltungsfunktionen NM und so weiter. Die GSM-Empfehlungen
legen ein 16 kbit/s-Sprachcodierungsschema (9.6 kbit/s
Datenübertragung)
fest und verwenden ein 64
kbit/s-PCM-Standardnachrichtenformat für Verkehr innerhalb des GSM-Netzes jenseits
der A-Schnittstelle, die einen Funkt darstellt, der zwischen
dem Basisstations-Steuergerät BSC und der
Funkvermittlungsstelle MSC festgelegt ist. Dies erfordert einen Transcoder oder
Normwandler in dem Netzwerk, um diese Signalformat-Änderungen
zu unterstützen. Bei der grundlegenden dargestellten GSM-
Anordnung muß ein Gespräch von einer Mobilfunkstation MS zu
einem ortsfesten Telefon, das mit einem PSTN-Netz verbunden ist,
durch die betreffenden BTS, BSC und MSC zum PSTN verarbeitet
werden, selbst wenn das ortsfeste Telefon tatsächlich im
Ortsbereich der Mobilstation MS oder vielmehr der zugehörigen
BSC ist. Die bei der Durchführung derartiger Gespräche
auftretenden Kosten sind entsprechend hoch, weil die Übertragung
zur Funkvermittlungsstelle MSC, die sich in einer beträchtlichen
Entfernung von dem Basisstations-Steuergerät BSC befinden kann,
über Standleitungen (2Mbit/s-Strecken) erfolgt, die aufwendig
herzustellen oder von vorhandenen öffentlichen
Telefonbetriebsgesellschaften (beispielsweise BT oder Mercury) zu mieten sind.
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Das in den Figuren 2a und 2b gezeigte PCN-Netz ist derart, daß
für Ortsgespräche die Funkvermittlungsstelle nicht mit der
tatsächlichen Gesprächsabwicklung befaßt ist, sondern daß das
BSC erkennt, daß es sich um ein Ortsgespräch handelt und das
Gespräch mit dem örtlichen PSTN-Netz 1 verbindet. Der sekundäre
Knoten nach Figur 2a ist die Vermittlungsstelle, die die Rolle
des Basisstations-Steuergerätes BSC in der GSM-Empfehlung
übernimmt. Der sekundäre Knoten steuert eine Anzahl von
Basisstations-Sendeempfänger-Stationen BTS und lenkt den Verkehr zu
dem primären Knoten, der eine Normwandlerfunktion, eine
Funkvermittlungsstelle MSC und einige zugehörige knotenspezifische
Funktionen enthält. Er enthält weiterhin die Standortdateien,
die dazu verwendet, Teilnehmer-Mobilfunkstationen innerhalb des
PCN zu lokalisieren und zu verfolgen. Die Gesamt-Netzarchitektur
ist so ausgebildet, wie dies in Figur 2 gezeigt ist. In diesem
Fall ist der Normwandler oder Transcodierer gerätemäßig
außerhalb des Basisstations-Steuergerätes BSC an der A-Schnittstelle
zur Funkvermittlungsstelle MSC ausgeführt. Die Strecke zwischen
den BTS- und BSC-Funktionen schließt die A-bis-Schnittstelle
ein. Die BTS-/BSC und BSC-/MSC-Strecken sind typischerweise
gemietete 120-Kanal 2Mbit/s-Megastrom-Strecken. Flexible
Multiplexer, beispielsweise der PDMX der Firma Northern Telecom
Europe Limited (früher STC PLC) können verwendet werden, um
Strecken von Bereichen mit geringem Verkehr zu kombinieren, um
120 Kanäle pro Megastrom zu unterhalten. Um zu erkennen, daß es
sich um ein Ortsgespräch handelt, ist das BSC-Element des GSM-
Netzes durch ein sogenanntes intelligentes
Basisstations-Steuergerät BSC 2 (Figur 2b) ersetzt, das die grundlegende GSM-BSC-
Funktion 3, eine örtliche MSC-Funktion 4 und ein
Nachführ-Standortregister LR einschließt. Das örtliche PSTN-Netz 1 ist mit
einem Anschluß des intelligenten BSC und dann mit der örtlichen
MSC-Funktion 4 über die Strecke 5 verbunden. Ein (nicht
gezeigter) Normwandler ist außerdem an dem BSC in der Strecke 5
erforderlich, um an das PSTN-Netz 1 (Ortsvermittlung) zu gelangen.
Die örtliche Zugangszeichengabe über die Strecke 5 kann gemäß
CCITT Q 931 oder eine nationale Variante, beispielsweise DASS 2
oder CCITT Nummer 7 NUP (Nationaler Benutzerteil) erfolgen. Der
Grundgedanke für den Betrieb des intelligenten BSC besteht
darin, daß die gesamte normale MSC-zu MS-Signalisierung und
umgekehrt durch das intelligente Basisstations-Steuergerät BSC
verläuft, und daß durch überwachung der Nachrichten, die durch
dieses Steuergerät hinduchlaufen, dieses intelligente
Basisstations-Steuergerät weiterhin in der Lage ist, seine
Standortdateien den Hauptnetz-Standortdateien nachzuführen, ohne daß
die letzteren erkennen, daß dies erfolgt, und daß das
Steuergerät mit Hilfe der örtlichen MSC-Funktion in der Lage ist,
Gespräche von den Mobilfunkstationen MS zu identifizieren, die
Ortsgespräche sind, und sie in das örtliche PSTN-Netz 1
abzugeben. Damit können Ortsgespräche nach einem
Ortsgesprächstarif belastet werden, das heißt, die Tariffestlegung für
Gespräche zwischen einer Mobilfunkstation und einem ortsfesten
Telefon des öffentlichen Fernsprechnetzes kann auf den
tatsächlichen Standort der Mobilfunkstation zugeschnitten
werden.
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Die zur Erzielung dieser Funktionen verwendeten Zeichengabe-
Verfahren unterscheiden sich von denen, die durch die GSM-
Zeichengabe-Norm (GSM 09.09) gefordert werden, in mancher
Hinsicht, wobei verschiedene Beispiele eines Gesprächsaufbaus
und so weiter, bei denen das intelligente
Basisstationssteuergerät BSC verwendet wird, nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Figuren 3 bis 8 beschrieben werden.
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Figur 3 zeigt ein erfolgreiches, kein Ortsgespräch darstellendes
Gespräch zwischen einem PCN-Teilnehmer (MS) und einem PSTN-
Teilnehmer, das heißt, ein Gespräch, das von einer
Mobilfunkstation MS ausgeht. Die erste Nachricht ist CM SERV REQ (CM
Dienste-Anforderung), die die MS an das BSS sendet, und die nach
GSM-Norm dann zur MSC ausgesandt wird. Diese Nachricht enthält
keinerlei vertrauliche Information, sondern sie enthält die
Dienstidentität, die Berechtigungsinformation und die Identität
der Mobilfunkstation. Im PCN-System wird diese CM SERV REQ-
Nachricht jedoch an die örtliche MSC gesandt, die als Ergebnis
eine PROCESS ACCESS REQ-Nachricht (Verarbeite
Zugangsanforderung) an die nachgeführte Standortdatei LR sendet, die
dann eine Überprüfung ausführt, um festzustellen, ob die
Mobilfunkstation MS eine örtliche Mobilfunkstation ist. Wenn
dies nicht der Fall ist (N), so wird die CM SERV REQ-Nachricht
zur MSC weitergeleitet, wie dies das normale GSM-Verfahren ist,
und eine Zugriffsanforderung wird an die MSC-VLR-Betriebsart
in der normalen GSM-Weise weitergeleitet, und das Gespräch
verläuft wie normal. Die MSC erkennt nicht, daß das intelligente
Basisstations-Steuergerät BSC die Gesprächsnachricht abgefangen
hatte. Wenn das Gespräch von einer örtlichen Mobilfunkstation
MS kam, (Y), so wird das GSM-Authentizierungsverfahren
ausgeführt, jedoch von der nachgeführten Standortdatei LR ausgeführt,
und nicht von der VLR der Funkvermittlungsstelle MSC. Dies
umfaßt eine Authentizierungsanforderungs- (AUTHENTICATION-REQ) -
Nachricht von der nachgeführten Standortdatei an die
Mobilfunkstation MS und eine Authentizierungs-Antwort (AUTHENTICATION-
RESP) von der MS zu der nachgeführten Standortdatei LR. Wenn
die Authentizierung erfolgreich war, fordert die nachgeführte
Standortdatei LR die örtliche MSC auf, Verschlüsselungsverfahren
zu starten. Die Nachricht enthält Verschlüsslungsinformation
und zeigt weiterhin an, ob eine Verschlüsselung verwendet wird
oder nicht. Eine Verschlüsselungs-Betriebsart-Befehlsnachricht
wird von der örtlichen MSC an die MS gesandt, die eine
Verschlüsselungs-Betriebsart-Abschlußnachricht an die örtliche
MSC zurücksendet, um anzuzeigen, daß die richtigen Maßnahmen
hinsichtlich der Verschlüsselung und Entschlüsselung von der
MS und dem BSC gestartet wurden. Die Mobilfunkstation MS sendet
dann eine Gesprächsaufbau-Nachricht, die vertrauliche
Gesprächsinformationen, beispielsweise die Adresse (Identität)
des gerufenen Teilnehmers, enthält, an die örtliche MSC, die
überprüft, ob dies ein Ortsgespräch ist oder nicht. Wenn dies
kein Ortsgespräch ist, so wird das gesamte Verfahren
wiederholt, wobei jedoch das Basisstations-Steuergerät BSC die Rolle
der Mobilfunkstation MS nachbildet, wie dies in Figur 3 gezeigt
ist, so daß die Schnittstelle zur Mobilfunkstation MS nicht
gewechselt wird, sondern innerhalb des BSC nachgebildet wird,
um die A-Schnittstelle zu erhalten. In diesem Fall tritt
weiterhin eine Anforderung von der Besucherdatei der MSC an die MSC
auf, daß eine neue TMSI (vorübergehende
Mobilfunk-Teilnehmeridentität) geliefert wird, wenn eine Neuzuteilung der TMSI
gewünscht ist. Der TMSI-Neuzuteilungs-Befehl für die MSC an das
BSC überträgt den Wert der neuen TMSI in verschlüsselter
Betriebsart. Die TMSI wird weiterhin von dem BSC an die
nachgeführte Standortdatei LR übertragen, wie dies gezeigt ist,
und sie wird bei dem Aufhebungsverfahren verwendet, das
nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben wird. Das
BSC sendet dann eine TMSI-Neuzuordnung-Abgeschlossen-Nachricht
an die MSC, und eine TMSI-Neuzuordnungsbestätigungnachricht
wird an die Besucherdatei der MSC gesandt. Die Rufaufbau-
Nachricht gelangt von dem BSC an die MSC, und die MSC sendet
eine Sendeinformation für die O/G-Gesprächsaufbau-Nachricht an
ihre Besucherdatei, das heißt, eine Anforderung für Teilnehmer-
Parameter. Die Besucherdatei sendet eine Verbindungsaufbau-
Nachricht an die MSC, das heißt, sie sendet die
Teilnehmerinformation an die MSC, und die MSC sendet eine
Gesprächsverlaufsnachricht an die Mobilfunkstation MS, um anzuzeigen, daß das
Gespräch fortgesetzt wird. Die MSC sendet eine Zuordnungs-
Anforderung an das BSC, wobei die MSC einen erdgebundenen
Kanal belegt und das BSC auffordert, als Ergebnis einen
Funkkanal zu belegen. Die Gesprächsfortsetzung und
Gesprächsbeendigung verläuft nunmehr wie nach GSM 09.09.
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Figur 4 zeigt den Fall, wenn erfolgreiches PCN- zu
PSTN-Ortsgespräch durchgeführt wird. Der erste Teil des
Signalisierungsverfahrens, die Feststellung, daß die Mobilfunkstation MS
örtlich ist, die Authentizierung, das Verschlüsselungsverfahren
und der Gesprächsaufbau ist gleich dem nach Figur 3. Die Antwort
auf die Frage 'Ist das Gespräch ein Ortsgespräch?' ist in diesem
Fall 'Y' (ja), und die Gesprächsabwicklungsnachricht wird von
der örtlichen MSC an die MS zusammen mit der
Zuordnungsanforderung an das BSC übersandt, das mit einer
Zuordnung-Abgeschlossenen-Nachricht an die örtliche MSC antwortet. Die örtliche MSC
verwendet dann CCITT Q931 oder eine nationale Variante, z.B.
DASS 2 oder CCITT Nummer 7 NUP für die Zeichengabe, um das
Gespräch zu dem örtlichen PSTN-Netz 1 aufzubauen, was zu einer
Antwort-Nachricht, wenn der angerufene Teilnehmer antwortet, zu
einer Verbindungsnachricht von der örtlichen MSC an die MS, um
diese zu informieren, daß das Gespräch von dem angerufenen
Teilnehmer angenommen wurde, und zu einer
Verbindungsbestätigungsnachricht von der MS an die örtliche MSC führt. Die
Gesprächsbeendigung verläuft wie in GSM 09.09. Die MSC erkennt
in diesem Fall nicht, daß ein Gespräch durchgeführt wurde.
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Figur 5 zeigt ein erfolgreiches PSTN- zu PCN-Gespräch, das kein
Ortsgespräch ist. Das PSTN ist so dargestellt, als ob es
zwischen der MSC und ihrer VLR liegt, weil sie für das PSC nicht
örtlich ist, während das PSTN-Netz 1 in Figur 4 als zwischen
der örtlichen MSC und der nachgeführten Standortdatei liegend
dargestellt war, weil es für das BSC örtlich war. Die GSM 09.
09.-Verfahren werden in diesem Fall befolgt, doch ergibt sich
ein möglicher Zustand, der normalerweise in GSM nicht auftritt,
das heißt, daß die angerufene Mobilfunkstation MS besetzt ist,
ohne daß die MSC dies weiß, und zwar aufgrund der Tatsache,
daß ein Ortsgespräch von dem intelligenten BSC aufgebaut wurde.
Dieser vorgang wird wie folgt berücksichtigt: Das PSTN-Netz
sendet eine IAM (Anfangsadressenachricht) an die MSC, die dann
die Frage 'Ist dies ein Ortsgespräch?' stellt. Wenn es sich
nicht um ein Ortsgespräch handelt, so sendet die MSC eine
'Sendeinformationen für I/C-Rufaufbau'-Nachricht an ihre
Besucherdatei, um die Parameter des angerufenen Teilnehmers
anzufordern. Die Besucherdatei VLR sendet dann eine Suche-
MS-Nachricht an die MSC, um den Suchvorgang zu starten, und die
MSC sendet eine Suchnachricht an das BSC, um das Suchen der
Mobilfunkstation MS einzuleiten, doch muß dieses BSC
zunächst die Frage 'Ist der Benutzer (MS) besetzt?' beantworten,
weil die MSC über diesen Zustand nicht informiert sein kann.
Wenn die Antwort 'Y' (ja) ist, so läuft das in Figur 6 gezeigte
Verfahren ab. Wenn der Benutzer nicht besetzt ist, so leitet das
BSC den Suchvorgang ein, und wenn die anadressierte
Mobilfunkstation MS geantwortet hat, wird eine vollständige Schicht-3-
Informationsnachricht an die MSC ausgesandt. Die Authentizierung
und Fortsetzung erfolgt wie nach GSM 09.09.
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Figur 6 zeigt das Verfahren bei einem Gespräch, das nicht
örtlich ist, wobei der Mobilfunk-Teilnehmer besetzt ist. Die
Antwort 'YES' (Ja) auf die Frage, ob der Teilnehmer besetzt ist,
führt dazu, daß das BSC eine
Schicht-3-Blind-Informationsnachricht an die MSC sendet, die als Ergebnis eine
'Verarbeitezugriffsanforderung'-Nachricht an die Besucherdatei sendet.
Das Verfahren ist dann ähnlich dem, das anhand der Figur 3
beschrieben wurde, und endet mit einer
Gesprächsende-Abschlußnachricht (Teilnehmer besetzt) von dem BSC zur MSC gemäß
GSM 04.08. Abschnitt 5.4.
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Figur 7 zeigt das Verfahren am Ende eines Gesprächs, um den
Fall eines möglichen Empfanges einer neuen TMSI während des
Gesprächsaufbaus zu behandeln. Wenn das BSC eine 'Gespräch
aufgehoben'-Nachricht an die nachgeführte Standortdateil LR
liefert, so fragt die letztere an, ob eine neue TMSI empfangen
wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, so endet der vorgang. Wenn
die Antwort 'Ja' (Y) ist, so wird die Mobilfunkstation
angerufen und spricht mit einer 'Vervollständige Schicht-3-
Information'-Nachricht an. Eine Verschlüsselungsbetriebsart-
Befehlsnachricht wird an die Mobilfunkstation MS abgesandt,
und eine Verschlüsselungsbetriebsart-Abschluß-Nachricht wird
zurückgeliefert, um anzuzeigen, daß die entsprechenden
Maßnahmen für die Verschlüsselung und Entschlüsselung von der
MS und von dem BSS eingeleitet wurden. Die TSMI-Neuzuordnungs-
Befehlsnachricht überträgt den Wert der neuen TMSI in
verschlüsselter Betriebsart, und die Abschlußnachricht bestätigt
die Neuzordnung in der Mobilfunkstation MS. Die nachgeführte
Standortdatei LR sendet dann eine Trennnachricht an die MS,
die mit einer Aufhebungsnachricht antwortet, worauf das
Gespräch aufgehoben wird, und dies wird durch eine Aufhebung-
Abgeschlossen-Nachricht bestätigt. Dies ist effektiv ein
neues Gespräch, das die neue TMSI liefert, jedoch nicht die
Sprachphase erreicht.
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Figur 8 zeigt ein erfolgreiches Ortsgespräch von PSTN zu PCN.
Wie bei dem Verfahren nach Figur 5 wird die IAM-Nachricht von
der PSTN-Hauptvermittlungseinheit (MSU) an die MSC gesandt,
die dann mit einer 'Sendeinformation für Ortsgesprächs-Aufbau-'
Nachricht an die Besucherdatei antwortet, und die Besucherdatei
spricht durch Absenden einer Suchnachricht 'Suche
Mobilfunkstation MS' an die MSC an. Die Frage 'Ist das Gespräch ein
Ortsgespräch?' wird gestellt, und wenn die Antwort der MSC 'YES' (Ja)
ist, so werden Befehle an das örtliche PSTN (PSTN (BT) LE) über
die MSU gesandt, um die erforderlichen vorgänge auszuführen.
Dies ist ein 'Rückfall', was einen Zeichengabemechanismus
darstellt, der innerhalb der CCITT Nummer 7-Zeichengabe, nationaler
Benutzerteil, definiert ist. Von der PSTN LE wird beispielsweise
eine DASS 2-Zeichengabe von der örtlichen MSC unter Verwendung
eines DDI-Codes verwendet. Die örtliche MSC leitet das Suchen
der MS ein, und die angerufene MS spricht auf den Suchvorgang
durch Absenden einer vollständigen
Schicht-3-Informationsnachricht an die örtliche MSC an, die dann eine 'Verarbeite-
Zugriffsaufforderung' an die nachgeführte Standortdatei LR
liefert. Hierauf folgt eine Authentizierung zwischen dem
nachgeführten Standortregister LR und der MS sowie eine 'Beginne
Verschlüsselung'-Nachricht von der nachgeführten LR an die
örtliche MSC, wenn die Authentizierung erfolgreich ist. Dann
führen die örtliche MSC und MS eine Kommunikation für den
Verschlüsselungsbetriebsart-Befehl und für 'Vervollständige
Gesprächsaufbau' (für die Gesprächsabwicklung an die MS), eine
Gesprächsbestätigung durch die MS, eine Zuordnungsanforderung
und Abschlußnachricht, eine Warnmeldung, die an die PSTN-LE
weitergeleitet wird, eine Verbindungs- und
Verbindungsbestätigung und Antwort, die an die PSTN LE gesandt wird, durch. Ein
Beispiel, wie dieser örtliche Rufvorgang im Zusammenhang mit
einem intelligenten Basisstations-Steuergerät BSC arbeitet, wird
nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 9 beschrieben.
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Für dieses Beispiel wird angenommen, daß die PCN-Nummer das in
Figur 9 gezeigte Format aufweist, doch ist dies nicht die
einzige Möglickeit. Die Nummer hat vier grundlegende
Bestandteile, ein PCN-Bezeichnung, eine
PCN-Betreiber-Unterscheidungsziffer, einen BSC-Unterscheidungscode und eine
Teilnehmernummer innerhalb des BSC. Entsprechend weist eine PCN-
Nummer in der dargestellten Weise das Format 01 YYY ZZZZZ
auf. Die Wahl von 01 für die PCN-Bezeichnung stellt lediglich
eine Möglichkeit dar, obwohl diese besonders attraktiv ist,
nachdem sie nicht mehr für die Rufnummern in London verwendet
wird.
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Wenn die PSTN LE einen Anruf für 01 XYYYZZZZZ empfängt, so
übersetzt sie 01X als einen PCN-Zonentarif und liefert die richtige
MSC-Verbindung. Eine Ziffer-7-Zeichengabe-Nachricht IAM
(01X YYY ZZZZZ) wird dann über die MSU an die MSC gesandt, wie
dies dargestellt ist. Wenn das Gespräch ein Zonengespräch ist,
so ergibt sich kein Problem, während, wenn es sich nicht um ein
Zonengespräch handelt (das heißt, es ist ein Ortsgespräch), die
MSC die Nachricht umsetzt, um einen DDI-Code zu liefern, der
einen Teil der PCN-Nummer umfaßt (DDI-Code YZZZZZ) und der an
die örtliche Vermittlung zurückgesandt wird (Rückfall) und einen
PCN-Ortstarif und eine BSC-Verbindung (das intelligente BSC in
diesem Fall) identifiziert, wobei diese Nachricht an das
intelligente BSC als DASS-2-Nachricht oder Nummer-7-Nachricht
zurückgesandt werden kann, so daß das Gespräch unter Verwendung
eines PCN-Ortstarifs weitergeführt wird.
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Ein Beispiel, wie dies auf eine große Stadt angewandt werden
könnte, wie zum Beispiel London, wird nunmehr unter Bezugnahme
auf Figur 10 beschrieben. Es wird angenommen, daß innerhalb
einer Stadtgrenze, wie sie beispielsweise durch die Autobahn
M25 um London herum definiert ist, die Stadt in fünf Zonen
unterteilt ist (Zentral, Nord, Süd, Ost und West). Ein Ortstarif
wird angewandt, wenn sich eine MS innerhalb einer zugehörigen
Mobilitätszone befindet. Beispielsweise zeigt Figur 10 eine
Nord-Mobilitätszone, die einer MS zugeordnet ist, deren
Heimatzone die Nordzone ist oder deren Basis sich auf einer
Nordzonenbegrenzung beispielsweise der Nord/Ost-Zonenbegrenzung
befindet. Jedem BSC ist eine Anzahl von BTS-Einheiten zugeordnet,
um jeweilige Bereiche jeder Zone zu überdecken. Die Übergabe
wird innerhalb eines BSC bestimmt. Billige Ortsgespräche werden
bei Verlassen einer Mobilitätszone beendet. Diese preisgünstige
Ortsgesprächabwicklung ist ein Sonderdienst, es kann zwei
Klassen von Teilnehmern geben, nämlich eine 'persönliche'
Klasse, bei der preisgünstige Ortsgespräche angenommen werden,
während, wenn eine volle Mobilität oder Beweglichkeit
erforderlich ist, so daß Gespräche nicht verloren gehen, wenn
eine Mobilitätszone verlassen wird, der gerufenen Nummer ein
Doppelkreuz (#) vorangestellt wird. Alternativ kann eine
'Merkmal'-Klasse verwendet werden, bei der eine vollständige
Mobilität angenommen wird, bei der jedoch ein Doppelkreuz-
Vvorzeichen hinzugefügt wird, wenn preisgünstige Ortsgespräche
angefordert werden. Pro Zone wird eine Anzahl von DDI-Codes
zugeteilt, beispielsweise 10. In London würden dies 150 DDI-Codes
sein. Zu Anfang reicht ein DDI-Code pro BSC aus, wobei die
Kapazität eines BSC 20 000 Leitungen entspricht. Wenn das
System wächst, so könnte die verfügbare Kapazität schnell
überschritten werden, wobei es in diesem Fall erforderlich sein
würde, eine örtliche Tandemanordnung für Rücklaufverkehr zu
identifizieren, wie dies in Figur 11 gezeigt ist, wobei in
diesem Fall ein DDI-Code pro Tandem vorgesehen würde.
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Die Ortsgesprächstarife gelten für Gespräche zwischen
Mobilfunkstationen MS innerhalb einer Zone, für Gespräche von
Mobilfunkstationen
zu dem ortsfesten Netz der Stadt und für Gespräche von
dem ortsfesten Netz der Stadt an Mobilfunkstationen MS. Wenn
dies erforderlich ist, könnten Gespräche von Mobilfunkstation zu
Mobilfunkstation in der gesamten Stadt zu dem
Ortsgesprächstarif von der MSC ausgeführt werden. Wenn dies erforderlich ist,
so könnte eine Mobilitätszone die gesamte Stadt überdecken,
wobei eine Dienstetrennung zwischen einer BTS und einer BSC
vorgesehen wurde um BTS-Kanäle über mehr als einen BSC gemeinsam
zu nutzen.
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In den Figuren 12 und 13 sind drei Szenarien zur Erzielung von
Ortsgesprächen gezeigt. Die angegebenen Zahlen von
Primärknoten, Sekundärknoten und Funkrufzentren, die angegeben sind,
sind lediglich Beispiele. Szenarium 1 weist übliche BSC-
Sekundärknoten auf, und Gespräche an ein PSTN-Netz erfolgen
über Strecken mit 30 Kanälen pro Megastrom, die direkt mit einer
großen MSC verbunden sind, wobei dies ein Beispiel für die
übliche Anordnung nach Figur 1 ist, die die A-bis- und A-
Schnittstellen über 120 Kanäle pro Megastrom-Strecken aufweist.
Alternativ (Szenarium 2) ist an den Sekundärknoten eine
zusätzliche kleine MSC angeordnet, die mit dem PSTN-Netz verbunden
ist. In diesem Fall sind die Strecken zwischen dem
Sekundärknoten und der großen MSC 30 Kanäle pro Megastrom, während die
Strecken zu den BTS 120 Kanäle pro Megastrom sind, so daß die
A- und A-bis-Schnittstellen in diesem Fall nicht erhalten
werden und der Transcoder oder Normwandler zum Sekundärknoten
bewegt werden muß. Die von der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagene Anordnung (Szenarium 3), die aus einem intelligenten
BSC am Sekundärknoten besteht, wobei das intelligente BSC mit
dem PSTN-Netz gekoppelt ist, ermöglicht die Beibehaltung der
A- und Abis-Schnittstellen, wobei der Normwandler am
Primärknoten verbleibt, wodurch es möglich ist, gewisse übliche GSM-
Geräteelemente zu verwenden. Die Zeichengabe muß geringfügig
geändert werden, wie dies vorstehend in Form von Beispielen
angegeben wurde, um das intelligente BSC zu berücksichtigen.
Figur 13 zeigt Schätzungen für die Investionskosten (in Pfund
Sterling) für die Sekundärknoten gemäß den Szenarien 1 bis 3 für
drei unterschiedliche Stufen der BSC's, für die zugehörigen
jährlichen Kosten für die Megaströme und die Amortisierung über
10 Jahre, wobei dies die Kosten der Eigentümerschaft für die
Sekundärknoten sind, wobei es klar ist, daß das Szenarium 3
hinsichtlich der Kosten nützlich ist.
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Es ist vorgesehen, daß es mehr als einen PCN-Betreiber gibt, daß
jedoch Mobilfunkstationen, die einen Vertragschluß mit einem
Betreiber haben, über einen anderen Betreiber verbunden werden
können, das heißt ein intelligentes BSC muß zwischen
verschiedenen Handapparaten unterscheiden können. Figur 14 zeigt eine
BSS-Infrastruktur, die ein intelligentes BSC verwendet, das
von drei PCN-Betreibern gemeinsam genutzt wird (PSC 1, PCN 2,
PCN 3, beispielsweise Unitel, Microtel und Mercury), das heißt,
das intelligente BSC ist mit jeweiligen MSC-Einheiten für die
drei PCN-Betreiber verbunden. Eine derartige gemeinsame
Nutzung der Infrastruktur ist insbesondere in Bereichen mit
geringem Verkehr nützlich. Der Betrieb einer derartigen
gemeinsam genutzten BSS-Infrastruktur ist schematisch in Figur 15
gezeigt. Das Authentizierungsverfahren umfaßt in diesem Fall
außerdem die Feststellung, um welchen Betreiber es sich
handelt, wobei die Nachrichten entsprechend gelenkt werden,
und das Rechnungsstellungsverfahren umfaßt ebenfalls einen
geeigneten Kostenausgleich. Das intelligente BSC kann weiterhin
derart ausgebildet sein, daß es eine Normwandlungsfunktion
zwischen unterschiedlichen Funknormen ausführt (die in Figur
16 in Form von drei unterschiedlichen Arten von BTS
dargestellt sind (PCN, CT2 und DECT), und es unterstützt zusätzlich
die Unterscheidung zwischen zwei getrennten vermittlungsnetzen,
wobei das dargestellte Beispiel eine MSC für ein allgemeines
PCN-Netz und eine für ein Centrex-Mobilnetz aufweist.
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Es wird auf unsere Patentschriften GB-A-2 245 454
(Anmeldungsnummer 9013596 (R.H.Mauger 3), die sich auf eine flexible
Zwischenverbindung für PCN bezieht, sowie auf unsere
Patentschrift GB-A-2 249 693 verwiesen, die sich auf eine schnurlose
PCN-PABX bezieht.
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Die vorliegende Erfindung schlägt somit die verwendung eines
intelligenten BSC zwischen den A-bis- und den A-Schnittstellen
des grundlegenden GSM-Netzes vor, von dem das PCN-Netz einen
Spezialfall darstellt, wobei das intelligente BSC die
Weiterleitung von Ortsgesprächen in ein örtliches PSTN-Netz
ermöglicht, ohne daß die Gespräche über eine MSC zu einer PSTN-
MSU und dann zu einer PSTN-LE geführt werden müssen. Dies
ermöglicht die verwendung eines preisgünstigen
Ortsgesprächstarifs, während die GSM-A-bis- und A-Schnittstellen beibehalten
werden. Obwohl die Erfindung hinsichtlich eines GSM-Netzes
beschrieben wurde, stellt dies nicht die einzige Anwendung dar,
und sie ist genauso auf andere Kommunikationsnormen und -systeme
anwendbar, die Elemente verwenden, die äquivalent zu BTS, BSC
und MSC des GSM-Systems sind, wobei das BSC einem örtlichen
PSTN-Netz zugeordnet ist und derart ausgebildet ist, daß es
direkt Ortsgespräche zwischen dem BSC zugeordneten
Mobilfunkteilnehmern und dem örtlichen PSTN abwickelt, während die
Schnittstellen zwischen dem BTS und dem BSC und dem BSC und
der MSC beibehalten werden.