Brevet FR2752659A1 — publié le 19980227

Titre Système de gestion des commutations pour réseau cellulaire Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale des réseaux de radioçommunication cellulaire et plus précisément la gestion des commutations de communications impliquant une station mobile, d'une station de base sur une autre dans un réseau de ce type. Arrière-plan de l'invention Dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire classique, la zone dans laquelle le service est offert est divisée en un certain nombre de zones plus petites appelées cellules, chacune d'elles étant desservie par sa propre station de base. Chaque cellule possède sa ou ses propre(s) antenne(s) pour assurer la transmission vers et la réception depuis une station utilisateur, normalement une station mobile. Lorsqu'une station utilisateur se déplace hors de la zone couverte par une cellule acheminant un appel particulier, celui-ci est commuté sur une cellule parmi un certain nombre de cellules voisines. Le procédé de commutation peut être divisé en trois phases. D'abord, l'identification de la nécessité d'une commutation, ensuite, l'identification d'un candidat approprié à la commutation de station de base et enfin, la commutation de l'appel d'une station de base sur une autre. Traditionnellement, la détermination de la nécessité d'effectuer ou non la commutation est effectuée en contrôlant la qualité du signal, en comparant cette qualité à des seuils prédéterminés et en initiant la commutation lorsque la qualité contrôlée tombe en dessous d'un seuil prédéterminé. Le procédé peut également prendre en compte des mesures de la qualité des signaux des cellules voisines et la commutation peut être initiée en fonction du niveau relatif du signal reçu de la cellule en service et des cellules voisines. Les principes généraux qui régissent la gestion des commutations dans un réseau classique fonctionnant sous le protocole GSM (Global System for Mobile Communications) sont décrits dans la publication intitulée "European digital cellular communications system (Phase 2): Radio subsystem link control", GSM 05.08 version 4.9.0, datée du 15 avril 1994 et publiée par le European Telecommunications Standards Institute (ETSI). La capacité d'une cellule est déterminée par le nombre de voies, c'est-àdire de fréquences, mises à disposition par le prestataire de services. Puisque ce nombre est limité, la taille des cellules peut être réduite afin d'accroître la capacité puisque cela permet à des fréquences disponibles d'être réutilisées sans que des interférences intolérables soient introduites dans le réseau. Ainsi, dans des zones rurales o la densité de trafic est faible, les cellules ont tendance à être grandes alors que dans les zones urbaines, la densité de trafic a tendance à être supérieure, ce qui nécessite l'utilisation de cellules plus petites. Pour des zones de trafic à densité élevée, on a proposé la mise au point d'une structure de cellules à couches multiples composée d'une couche supérieure de cellules classiques définie comme étant des macrocellules, une couche inférieure de cellules plus petites, définies comme étant des microcellules, desservant des petites zones, par exemples des pâtés de maison d'un quartier. Une autre couche de cellules encore plus petites, définies comme étant des picocellules, peut en outre être prévue pour desservir des immeubles individuels ou des étages d'immeubles. Dans un réseau de ce type, appelé réseau hiérarchisé, un certain nombre de facteurs tels que le déplacement d'une station mobile dans une cellule rendre insatisfaisant le processus de commutation selon les techniques classiques auxquelles il a été fait référence ci-dessus. En particulier, si une station mobile se déplace à une vitesse telle qu'elle ne reste à l'intérieur d'une cellule de la couche inférieure que pendant une très courte durée, le nombre de commutations nécessaire devient alors trop élevé pour être géré correctement. En outre, des problèmes peuvent surgir en ce qui concerne l'identification des stations candidates adaptées à la commutation pour déplacer rapidement les stations mobiles car la mise à jour des codes d'identification des stations candidates ne peut pas être effectuée suffisamment vite. Ceci confirme le besoin de disposer, dans des systèmes hiérarchisés, d'un système de gestion des commutations amélioré. L'invention tire profit du fait que les réseaux cellulaires fournissent en général des données, souvent regroupées par la station mobiles, qui identifient les stations voisines étant le plus susceptibles de pouvoir assurer une liaison fiable avec une station mobile donnée. Ces données sont mises à jour régulièrement. Par exemple, dans un réseau GSM, une station de base fournit à une station mobile desservie sur le moment une liste d'autres stations de base voisines (la liste BA) que la station mobile doit contrôler et sur laquelle elle doit effectuer des rapports périodiques concernant la qualité des signaux pour les fournir à la station de base. Résumé de l'invention Selon l'invention, on propose un système de gestion des commutations pour un réseau de radiotéléphonie cellulaire hiérarchisé ayant une pluralité de stations de base chacune capable de recueillir des données de stations mobiles dans sa zone de service, identifiant les stations de base candidates potentielles à la commutation sur la base de la qualité potentielle des signaux du moment, comportant un moyen de mesure du rythme permettant de mesurer le rythme de changement des stations candidates potentielles ainsi identifiées, un moyen dé comparaison permettant de comparer ce rythme à une valeur de seuil prédéterminée et un moyen de commande de commutation réagissant audit moyen de comparaison pour maintenir une communication entre une station mobile et une station de base de niveau supérieur dans la hiérarchie ou pour permettre une commutation sur une couche inférieure sur la base de cette comparaison. Dans un réseau fonctionnant selon le protocole GSM, chaque station mobile doit rapporter les identifiants des six meilleurs candidats potentiels à la commutation et transmettre un code d'identification de station de base (BSIC) à la station de base pour chacun de ces candidats. Dans un tel système, les identifiants rapportés peuvent être contrôlés, de façon convenable et en continu, au niveau de la station de base et si le nombre de changements dans l'identifiant des cellules, pour les cellules classées comme étant des microcellules, tombe en dessous d'un seuil prédéterminé, le moyen de commande des commutations peut commuter la station mobile sur un niveau inférieur dans la hiérarchie. Un système de gestion des commutations réalisant l'invention sera en général intégré dans une station de base faisant partie du réseau. On propose en outre un procédé de gestion des commutations dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire hiérarchisé ayant une pluralité de stations de base pouvant chacune recueillir des données des stations mobiles dans sa zone de service, identifiant les stations de base candidates potentielles à la commutation sur la base de la qualité des signaux potentielle du moment, le procédé comprenant la mesure du rythme de changement des stations candidates potentielles ainsi identifiées, la comparaison de ce rythme à une valeur de seuil prédéterminée et le maintien d'une communication entre une station mobile et une station de base de niveau supérieur dans la hiérarchie ou permettant une commutation sur une couche inférieure sur la base de cette comparaison. Afin que l'invention soit bien comprise, un mode de réalisation préféré de celle-ci va maintenant être décrit en référence aux dessins joints. Brève description des dessins La figure 1 illustre, sous forme simplifiée, un réseau cellulaire hiérarchisé. La figure 2 est un organigramme représentant la mise en oeuvre de la présente invention dans un réseau cellulaire GSM. Description détaillée du mode de réalisation préféré En référence tout d'abord à la figure 1, deux cellules classiques d'un réseau cellulaire, la macrocellule 1 et la macrocellule 2, sont représentées. Dans la macrocellule 1, une couche inférieure de microcellules est prévue et représente en général des stations de base à faible puissance ayant des antennes situées par exemple en dessous de la hauteur moyenne du toit. Les chiffres à l'intérieur des microcellules représentent les fréquences utilisées par les stations de base respectives; dans l'exemple représenté, seize microcellules partagent quatre fréquences. Puisque ces microcellules s'étendent en général sur deux cents à cinq cents mètres, la puissance utilisée peut être maintenue à un niveau très bas afin d'atteindre des niveaux spécifiques de pénétration dans les immeubles. Si la densité de trafic est particulièrement élevée, on peut prévoir un niveau inférieur de cellules encore plus petites de puissance' encore plus faible, appelées picocellules, desservant des immeubles particuliers voire même des étages d'immeubles. Puisque la propagation radioélectrique est effectivement délimitée par les immeubles en bordure d'une rue ou par les murs et les cloisons des immeubles individuels, on comprendra que la distance entre les stations pouvant provoquer des interférences peut souvent être réduite dans une telle situation. Toutefois, si la taille des cellules est réduite, les effets du déplacement d'une station mobile à l'intérieur d'une cellule augmente de façon considérable. En outre, puisque le chevauchement de la couverture des cellules est bien plus important dans un système hiérarchisé que dans un système non hiérarchisé, il arrive fréquemment qu'une macrocellule ait pour voisines des microcellules ou des picocellules qui utilisent les mêmes fréquences qu'elle. Dans une telle situation, les voisines ne peuvent être distinguées que par des identifications codées comme le code BSIC utilisé dans le système GSM auquel il a été fait référence ci-dessus. La figure 2 représente un mode de réalisation de l'invention dans une station de base d'un système hiérarchisé qui met en oeuvre le protocole GSM. Une station de base de ce type comporte un processeur fonctionnant sous la commande de modules de programme pour assurer le traitement des signaux et les opérations de commande de commutation requis par la norme GSM. Bien qu'un moyen de traitement spécialisé puisse être fourni pour effectuer les opérations décrites ci-dessous concernant l'invention, une capacité suffisante sera normalement disponible dans le processeur existant. Dans le mode de réalisation préféré, des modules de programme supplémentaires sont fournis, et commandent le processeur existant pour qu'il exécute les étapes décrites en référence à la figure 2. Dans un système GSM, chaque unité mobile doit contrôler un certain nombre de fréquences porteuses déterminé par des informations diffusées par la station de base qui dessert à ce moment-là cette unité. Ces informations comportent une liste de fréquences (la liste BA) mais, comme cela sera compris d'après la description d'un système hiérarchisé mentionné ci- dessus en référence à la figure 1, une liste de fréquences seule ne détermine pas uniquement quelle cellule l'unité mobile est en train de contrôler. L'unité mobile doit par conséquent décoder le code d'identification des cellules (BSIC) pour chaque signal contrôlé et vérifier qu'il est conforme aux informations de la liste des voisins diffusée par la station de base qui dessert à ce moment-là l'unité. Après le décodage initial, à des intervalles de mise à jour qui ne peuvent pas dépasser dix secondes selon le protocole GSM, l'unité mobile doit décoder les codes d'identification de la cellule qui contrôle afin de vérifier que ces cellules se trouvent toujours sur la liste de voisines diffusée. De plus, l'unité mobile doit, selon le protocole GSM, rapporter quelles sont les six fréquences les plus puissantes parmi les fréquences contrôlées ainsi que leurs codes d'identification lorsque la mise à jour périodique a lieu. En référence à la figure 2, le processus de contrôle décrit ci-dessus se produit à l'étape (1). Selon l'invention, à l'étape (2), le nombre de changements d'identificatibns BSIC sur un intervalle de mesure T prédéterminé est déterminé. Dans le présent mode de réalisation, des pondérations sont associées aux échantillons de BSIC en fonction de la synchronisation de l'échantillon et un processus de moyennage progressif est appliqué aux échantillons -en tenant compte des pondérations du principe dit "leaky bucket" (mot à mot: seau qui fuit). A l'issu de ce processus, on obtient une valeur moyenne sur l'intervalle T qui est mise à jour lorsque de nouveaux échantillons sont prélevés et que les anciens échantillons sont retirés du processus. A l'étape (3), on effectue une comparaison entre la moyenne obtenue à l'étape (2) et un nombre seuil prédéterminé. Si la moyenne est supérieure au seuil prédéterminé, le processus de contrôle se poursuit sur un autre intervalle T. Toutefois, si la moyenne est inférieure au seuil prédéterminé, la commutation est initiée à l'étape (4). A ce stade, une estimation de la performance potentielle des candidats à la commutation su une microcellule disponible est effectuée à l'étape (5) en fonction de la force des signaux, tel qu'indiqué par exemple par la valeur du paramètre GSM Rxlev. Afin de parvenir à une décision fiable, cette valeur est soumise à un nombre prédéterminé de mesures n et un choix du candidat à la commutation est effectué. En supposant que ce candidat est disponible pour la commutation, le processus s'achève à l'étape (6). Le nombre seuil et les intervalles de mesure peuvent être fixés de façon à faire face à plusieurs conditions de trafic. Toutefois, ils seront normalement fixés de façon à maintenir un niveau acceptable d'activité de commutation destinée aux stations utilisateur qui se déplacent dans le réseau selon les règles établies par l'opérateur du réseau. Afin de déterminer les candidats à la commutation avec un degré de précision supérieur, des registres peuvent être fournis pour enregistrer la durée pendant laquelle chaque cellule candidate potentielle a fourni une performance appropriée, mesurée par exemple par le nombre n d'intervalles de mises à jour T sur lesquels une telle performance a été mesurée. Bien qu'un processus de contrôle fondé sur la force des signaux ait été décrit en connexion avec l'étape (5) de la figure 2, on comprendra que d'autres paramètres tels que la qualité des signaux, telle qu'indiquée par le nombre d'erreurs sur les bits dans la transmission (dans un système GSM, le paramètre rxqual), peuvent être pris en compte. REVENDICATIONS 1. Système de gestion des commutations pour un réseau de radiotéléphonie cellulaire hiérarchisé ayant une pluralité de stations de base chacune capable de recueillir des données de stations mobiles dans sa zone de service identifiant les stations de base candidates potentielles à la commutation sur la base de la qualité potentielle des signaux du moment, comportant un moyen de mesure du rythme (2) permettant de mesurer le rythme de changement des stations candidates potentielles ainsi identifiées, un moyen de comparaison (3) permettant de comparer ce rythme à une valeur de seuil prédéterminée et un moyen de commande de commutation (4, 5) réagissant audit moyen de comparaison pour maintenir une communication entre une station mobile et une station de base de niveau supérieur dans la hiérarchie ou pour permettre une commutation sur une couche inférieure sur la base de cette comparaison. 2. Système selon la revendication 1, destiné à un réseau de radiotéléphonie cellulaire fonctionnant selon le protocole GSM, dans lequel ledit moyen de mesure de rythme est conçu pour mesurer le rythme du changement des codes d'identifiants de station de base (BSIC) dans des rapports effectués par une station mobile et transmis à une station de base en service. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel ledit moyen de mesure de rythme est un processeur de moyennage progressif conçu pour fonctionner selon le principe "leaky bucket" (mot à mot: seau qui fuit). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel ledit moyen de mesure de rythme est conçu pour identifier la station de base qui est restée candidate pendant plus de temps que les autres candidates et dans lequel ledit moyen de commande (5) réagit audit moyen de mesure de rythme pour choisir un tel candidat à la commutation. 5. Station de base pour un réseau de radiotéléphonie cellulaire hiérarchisé comportant un système de gestion des commutations selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Procédé de gestion des commutations dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire hiérarchisé ayant une pluralité de stations de base pouvant chacune recueillir des données de stations mobiles dans sa zone de service, identifiant les stations de base candidates potentielles à la commutation sur la base de la qualité des signaux potentielle du moment, le procédé comprenant la mesure du rythme de changement des stations candidates potentielles ainsi identifiées, la comparaison de ce rythme à une valeur de seuil prédéterminée et le maintien d'une communication entre une station mobile et une station de base de niveau supérieur dans la hiérarchie ou permettant une commutation sur une couche inférieure sur la base de cette comparaison. 7. Procédé selon la revendication 6, destiné à un réseau de radiotéléphonie cellulaire fonctionnant selon le protocole GSM, dans lequel le rythme de changement des codes d'identifiants de station de base (BSIC) rapportés par une station mobile à une station de base selon ledit protocole est moyenné sur une période de temps prédéterminée de façon à produire une valeur de rythme permettant de faire une comparaison avec ladite valeur de seuil prédéterminée. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite valeur de rythme est établie en utilisant le principe "leaky bucket" (mot à mot: seau qui fuit).