Definition Was ist ein Handover / Zellwechsel?

In der Mobilfunktechnik ist ein Handover die unterbrechungsfreie Übergabe einer aktiven Daten- oder Sprachverbindung von einer Funkzelle an eine andere. Der Wechsel der Zelle kann notwendig werden, wenn sich der Mobilfunknutzer mit seinem mobilen Endgerät bewegt oder die schlechte Qualität der Verbindung es erfordert.

Bei einem Handover handelt es sich um die unterbrechungsfreie Übergabe einer Sprach- oder Datenverbindung eines mobilen Endgeräts von einer Mobilfunkzelle an eine andere. Der deutsche Begriff für diesen Vorgang lautet Zellwechsel. Er ist nicht zu 100 Prozent korrekt, da ein Handover unter gewissen Umständen auch innerhalb einer Funkzelle, beispielsweise bei einem Frequenzwechsel, stattfinden kann.

Ein Wechsel der Funkzelle wird notwendig, wenn sich das mobile Endgerät bewegt und den Funkversorgungsbereich einer bestimmten Zelle verlässt. Es gelangt in den Empfangsbereich einer benachbarten Zelle und wird nach dem Wechsel von dieser versorgt. Da sich die Zellen eines Mobilfunknetzes grundsätzliche überlappen, existieren an den Rändern immer Bereiche, die von mehreren Funkzellen versorgt werden. Der Wechsel kann daher ohne Abbruch der Verbindung stattfinden. Ist ein Mobilgerät nicht aktiv und bucht sich in einer anderen Funkzelle ein, wird dies nicht als Handover bezeichnet, da keine Sprach- oder Datenverbindung übergeben werden muss.

Gründe für einen Funkzellenwechsel

Es existieren verschiedene Gründe für die Notwendigkeit eines Zellwechsels. Häufigste Ursache ist, dass sich der Teilnehmer mit seinem mobilen Endgerät bewegt und sich in den Versorgungsbereich einer anderen Funkzelle begibt. Der Wechsel kann aber auch erforderlich sein, wenn eine Funkzelle ausfällt oder die Qualität der Funkverbindung schlecht ist. Weitere Gründe sind:

• eine zu hohe Auslastung der aktuellen Funkzelle

• vom Mobilfunknetz gesteuerte Optimierungsvorgänge

• dienstabhängig gesteuerte Zellwechsel

Ablauf eines Handovers und Gegenüberstellung von Hard und Soft Handover

Grundlage für die Entscheidung eines Zellwechsels sind die Signalstärke und Signalqualität einer Funkzelle. Sinkt die Signalstärke unter einen definierten Schwellwert und liegt die Empfangsstärke einer benachbarten Zelle über einem bestimmten Schwellwert, kann der Wechsel erfolgen. Zu beachten ist, dass eine Hystereseschleife für die beiden Schwellwerte vorgegeben ist, um zu verhindern, dass bei leicht schwankenden und zwischen zwei Funkzellen ähnlichen Werten das Mobilgerät ständig hin und her wechselt. Auch für die Qualität der Verbindung ist ein Schwellwert definiert, der einen Wechsel der Funkzelle auslösen kann. Dieser Schwellwert berücksichtigt die Fehlerrate einer Verbindung.

Prinzipiell ist zwischen einem Hard und einem Soft Handover zu unterscheiden. Der Hard Handover findet beispielsweise in GSM-Netzen statt und trennt vor dem Aufbau einer Verbindung zu einer neuen Zelle die alte Verbindung vollständig auf. Ein Soft Handover, wie er in Mobilfunknetzen der dritten Generation (UMTS) und höher (LTE, 5G) stattfindet, nutzt für den Wechsel zwei parallel aufgebaute Verbindungen zu unterschiedlichen Funkzellen. Die Art einer Verbindung, ob Sprach- oder Datenverbindung, hat neben der verwendeten Mobilfunktechnik unter Umständen ebenfalls Einfluss darauf, mit welcher Methode der Handover durchgeführt wird.

Die verschiedenen Arten des Handovers

Es existieren viele verschiedene Arten des Handovers. Mögliche Unterscheidungskriterien sind:

• Wechsel innerhalb einer Zelle (beispielsweise auf eine andere Funkfrequenz oder einen anderen Zeitschlitz)

• Wechsel innerhalb des gleichen Basiszellencontrollers (BSC)

• Wechsel innerhalb des gleichen Mobile-Services Switching Centers (MSC)

• Wechsel zur Funkzelle eines anderen MSC

• Wechsel zur Funkzelle eines anderen Mobilfunknetzes

• Wechsel zur Funkzelle eines Mobilfunknetzes mit anderer Technik (zum Beispiel ein Handover zwischen 3G und 4G)

• netzseitig ausgelöster Zellwechsel

• mobilgeräteseitig ausgelöster Zellwechsel

• mobil- und netzseitig gemeinsam ausgelöster Zellwechsel

Zellwechsel in 5G-Mobilfunknetzen

Das feinmaschige Netz der Funkzellen und die hohen Anforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit und Latenz sind eine Herausforderung für den Handover in der 5G-Mobilfunktechnik. Zellwechsel sind sehr viel öfters durchzuführen, da mit der massenweisen Installation von sehr kleinen Zellen (Small Cells) zu rechnen ist. Zudem erfordern Anwendungen wie das autonome Fahren mit Fahrzeugen hoher Geschwindigkeit ständige Zellwechsel, ohne dass diese Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Onlineverbindung, die Bandbreite und die Latenz haben. Ein Abbruch der Verbindung beim Zellwechsel ist unter allen Umständen zu vermeiden. In 5G-Netzen werden Zellwechsel selbst bei hohen Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h unterbrechungsfrei möglich sein, ohne dass sich die Latenzzeiten von einer Millisekunde oder darunter verändern.

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