JP2008270990A

JP2008270990A - 異システム間ハンドオフ方法および無線通信端末

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Publication number: JP2008270990A
Application number: JP2007108808A
Authority: JP
Inventors: Masao Hayama; 葉山雅夫; Koichi Shiraishi; 白石浩一
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: CN101291530A; CN101291530B; US20110256874A1; US20080261597A1; JP4835499B2

Abstract

【課題】この様に異なる無線通信方式を使用した無線システムが複数存在するエリアにおいて、無線端末が適切なサービスエリアを持つ無線システムを選択できるようにし、選択した無線システムを利用することでより高いスループットが得られるようにすることを目的とする。
【解決手段】
サービスエリアの異なる複数の無線システムが存在する場合において、無線端末の平均移動速度によって接続する無線システムを選択するための手段を備え、平均移動速度がある閾値を跨ったことを契機として異なる無線システムのハンドオフ先選択処理を開始する。また、ハンドオフ先の選択に当り、現在のスループットとハンドオフ先の推定スループットを比較し、スループットの改善が見込まれる場合にハンドオフの処理を行う。無線端末は複数の通信装置を内蔵し、現在の無線システムと通信を行いながらハンドオフ先の選択処理を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムにおけるハンドオフ技術に関し、特に、複数の異なる無線通信方式を使用した無線システムが存在するエリアにおいて、異なる無線通信システム間でハンドオフを行う技術に関する。

同一の無線通信システム内でセクタ間のハンドオフを行う場合、ハンドオフ先の候補となる他セクタから送信されるＰｉｌｏｔ信号の電力強度がある閾値を上回って無線端末にて受信された場合、又は現在接続しているセクタからのＰｉｌｏｔ信号の電力強度がある閾値を下回って無線端末にて受信された場合、無線端末はこれを契機に接続中の無線基地局へ他セクタの受信電力が現在のセクタの受信電力より強くなったことを通知する。この無線基地局を経由し送信された情報は呼処理を行う制御装置にて処理され、制御装置にてどのセクタへハンドオフするか決定された後無線端末へハンドオフの処理を指示する。

一方、無線通信方式が異なる２つの無線システム間でハンドオフを行う場合、同一無線システム内の技術と同様に他無線システムにて送信されているＰｉｌｏｔ信号の受信電力を現無線システムのものと無線端末にて比較しハンドオフ処理を要求する無線端末主導による方法と、通信品質の劣化やより品質の高い無線システムへアップグレードする為に呼制御装置からハンドオフ処理を要求するアクセスネットワーク主導による方法がある。同一無線システム内と異無線システム間の両ハンドオフでは、無線端末主導でハンドオフの契機を制御装置へ通知する場合、基本的には基地局からのＰｉｌｏｔ信号の受信強度など電波環境の劣化を契機に行われる。ハンドオフの契機として上記のＰｉｌｏｔ信号の受信強度の他にも、スループットの低下やＰａｃｋｅｔＥｒｒｏｒの増加によるものもある。

また、上述の通信品質の劣化以外にも無線端末の移動速度によるハンドオフがある。特開２００３−８７８４８によると、無線通信方式の異なる２つの無線システム間で移動速度の閾値を契機にハンドオフを実施する方法について記載がある。

特開２００６−１２１４６８号公報

ユーザの利用形態や移動状態によって最適な無線通信方式と接続することが望ましく、２つ以上の異なる無線通信方式を使用した無線システム間でハンドオフをする方法が必要となる。各無線システムの無線基地局は、それぞれの無線通信方式の特徴を活かし異なる電力で送信したり無線基地局を設置したりしており、必ずしも無線基地局がカバーしているサービスエリアは完全には重ならない。例えば、建物内にいる顧客のみに無線通信のサービスを行う場合、サービスエリアを大きくする必要はないので、サービスエリアは小さいが比較的平均スループットの高いマイクロセルの無線通信方式が使用される。一般的に、セル半径の小さい無線システムは基地局と端末との距離が近くなるのでノイズなどの干渉による影響を受けにくく、受信電力も高くなり多値変調方式が使用できるのでスループットを高くできる。

また、建物内で異なる無線システムでサービスをしている場合においても、高速移動を考慮したサービスエリアの大きいマクロセルの無線方式を使用した無線システムのサービスエリア内にあることがほとんどである。この場合、建物の外で通信を開始し、その無線端末が建物内に移動してもより高速な建物内のみでサービスしている無線システムへ接続することができず、場合によっては建物に入ったことで現無線システムとの電波状態が悪化しスループットが低下したり呼切断したりする可能性がある。この様に複数無線システムのサービスエリアが重なっている場合、無線端末がいる場所に応じてスループットが高くなる無線システムを選択してハンドオフをするのが望ましい。但し、無線端末が高速で移動している場合、サービスエリアの小さい無線システムへ接続すると頻繁にハンドオフが発生し、無線システムによっては無線端末の移動速度に追従できず逆に品質を劣化させてしまう。また、単純にサービスエリアが小さく無線通信方式上スループットが高い無線システムへハンドオフさせると、ある無線システムで無線端末の接続数が増えて結果的に無線端末１台当たりのスループットを低下させてしまうことになる。

本願発明は、この様に異なる無線通信方式を使用した無線システムが複数存在するエリアにおいて、無線端末が適切なサービスエリアを持つ無線システムを選択できるようにし、選択した無線システムを利用することでより高いスループットが得られるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、それぞれサービスエリアおよびスループットが異なり、予めランク付けされた複数の無線通信システムに対応した複数の通信処理部と、少なくとも２つのアンテナと、該アンテナを介して前記いずれかの通信処理部の通信システムで電波を送受信するための少なくとも２つの無線通信部と、前記複数の通信処理部と前記無線通信部との接続切替を行うスイッチと、各部を制御する制御部と、端末状態検出部を有する無線通信端末と、前記複数の無線通信システムのそれぞれに対応した基地局と、前記複数の無線通信システムのそれぞれに対応した基地局と接続され、前記複数の無線通信システム間でのハンドオフ処理を行うシステム間ハンドオフ処理手段とを有する呼制御装置とを有する無線通信システムにおいて、前記前記該端末状態検出部が検出した端末の状態が予め定められた条件を満たした場合、前記制御部は該条件に対応するランクの無線通信システムを選定し、該無線通信システムにおける通信品質の判定を行い、該通信品質が改善される場合には、前記選定した無線通信システムへのハンドオフ判定要求を前記無線通信部および前記アンテナを介して送信し、該呼制御装置は、前記ハンドオフ判定要求を受信すると、ハンドオフ処理の可否判定を行い、ハンドオフ可否判定結果を前記無線通信端末に送信し、前記無線通信端末は、前記可否判定結果に基づいて、可の場合にはハンドオフを実行し、否の場合には、さらに次のランクの無線通信システムを選択し、前記選定した無線通信システムが現在選択している無線通信システム以外の無線通信システムの場合には、ハンドオフ判定要求を前記無線通信部および前記アンテナを介して送信するようにしたものである。

より詳しくは、本発明においては、複数無線システムのサービスエリアが重なっている状態において、現在通信している無線システムのＰｉｌｏｔ信号の強度が十分にある状態においても、無線端末の移動状態を考慮してスループットが高くなる様に無線システムを選択するようにした。但し、常時他無線システムの通信品質を監視すると無線端末の消費電力が高くなる。そこで本発明では、無線端末は常時他無線システムのＰｉｌｏｔ信号を監視するのではなく、無線端末の平均移動速度が減少しある閾値を跨って下回ったことを契機に他無線システムへのハンドオフの選択処理を開始し、ハンドオフ先の通信品質がハンドオフ元の通信品質より良いと判断された場合はハンドオフするようにした。

また、無線端末の移動状態によっては、大きなサービスエリアをもつ無線システムへハンドオフした方が頻繁に発生する同一無線システム内のハンドオフによる通信品質の劣化を防げる場合がある。この場合においても、無線端末の平均移動速度が増加しある閾値を跨って上回ったことを契機に他無線システムへのハンドオフの選択処理を開始し、ハンドオフ先の通信品質がハンドオフ元の通信品質より良いと判断された場合はハンドオフするようにした。

また、実際に他無線システムへハンドオフを実施するかはハンドオフ元とハンドオフ先のスループットを比較して行われる。この時、無線端末はアップロードの様な上りを中心としたアプリケーションにより上りの無線回線を使用している場合に、下りの通信品質により他無線システムへのハンドオフを判断しても必ずしもハンドオフ先で上りの通信品質が改善されるとは限らない。よって、他無線システムへのハンドオフを行う場合、上りと下りの回線それぞれに対して無線端末のデータ通信量に応じて上り下りのどちらかの通信品質を基準としてハンドオフするようにした。

また、各無線システムに対してはサービスエリアの大きさと平均スループットによりランク付けを行い、無線端末は平均移動速度の閾値にて定義されたランクの無線システムにて通信品質の改善が見込まれない場合はランクの低い無線システムを順番に選択して、それぞれのハンドオフ先候補の無線システムにある呼制御装置へ通信品質の改善が見込まれるか問い合わせをする。平均移動速度が減少し閾値を跨って下回った時など、最初のハンドオフ契機に選択した無線システムのランクが現在の無線システムのランクより高い場合は、現在の無線システムのランクと同じになるまで順番にランクを下げて該当ランクでの無線システムで通信品質の改善が見込まれるか確認される。逆に、平均移動速度が増加し閾値を跨って上回った時など、最初のハンドオフ契機に選択した無線システムのランクが現在の無線システムのランクより低い場合は、ハンドオフ先候補として選択されている最も低いランクとなるまで順番にランクを下げて該当ランクでの無線システムで通信品質の改善が見込まれるか確認される。何れも、ハンドオフによって通信品質の改善が見込まれない場合は他の無線システムへのハンドオフは行わず必要に応じて現在の無線システム内の他セクタへのハンドオフを行う。

また、無線通信方式の異なるサービスエリア間で通信を行う為、無線端末はそれぞれの無線通信方式に対応した通信装置があるだけでなく、現在の無線システムと通信を行いながら異なる無線通信方式の無線システムへハンドオフ先の選択処理を実施する為にこれら無線方式に対応した複数の無線装置を内蔵する。また、無線端末の移動速度と位置を測定する為に、無線端末にはＧＰＳ受信機と速度センサを内蔵している。また、平均移動速度に応じたハンドオフに加え、Ｐｉｌｏｔ信号の強度によるハンドオフも加えることでサービスエリアが連続してないサービスエリア境界にいる端末を救済することができる。この場合、無線端末でのＰｉｌｏｔ信号の受信強度がある閾値を下回った場合にハンドオフ先候補選択処理を開始する。

無線端末の移動状態を考慮し常にスループットが高い無線システムを選択するので、ユーザ当たりのスループットを高くできる。

以下、この発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、異なる無線通信方式を使用した無線システムのサービスエリアを１例として示している。
システム１（例えば１ｘＥＶＤＯ）とシステム２（例えばＰＨＳ）とシステム３（例えば無線ＬＡＮ）は異なる通信方式を使用した無線システムであり、それぞれ異なるサイズのサービスエリアをもっており、これらサービスエリアはお互いに重なっている部分がある。システム１は無線端末と通信をする為の無線基地局３４０とその無線基地局３４０を制御する基地局制御装置３３０と、呼接続や同一無線システム内のハンドオフなどの呼処理や無線システム間のハンドオフを制御する呼制御装置３６０と無線端末へ該無線端末宛てのパケットを転送するＨＡ３７０（ＨｏｍｅＡｇｅｎｔ）と無線端末の接続認証や課金を行う認証装置３８０と統計情報や保守情報やユーザ情報を格納するＤＢ３５０とこれら装置を接続するスイッチや伝送路で構成されるＣｏｒｅＮｅｔｗｏｒｋ１とシステム１を公衆網と接続する為のＧＷ３９０で構成されている。同様に、システム２は無線基地局３４１と基地局制御装置３３１と呼制御装置３６１とＨＡ３７１と認証装置３８１とＤＢ３５１とＣｏｒｅＮｅｔｗｏｒｋ２とＧＷ３９１で構成され、システム３は無線基地局３４２と基地局制御装置３３２と呼制御装置３６２とＨＡ３７２と認証装置３８２とＤＢ３５２とＣｏｒｅＮｅｔｗｏｒｋ３とＧＷ３９２で構成される。

図１の例では、無線端末１００は最初にシステム１と公衆網を経由してアプリケーションサーバーなどの通信先３００と通信をしていることを前提としている。無線端末１００はシステム１のサービスエリアでシステム１を経由して通信を行っており、システム１とシステム２とシステム３の全てと接続可能なエリアをある速度で移動している。この無線端末１００の平均移動速度がある閾値Ｔｈ１を下回ると、無線端末１００はハンドオフ先候補のシステム２を報知情報のスキャンにより検索しシステム１の呼制御装置３６０に対して該無線システムへのハンドオフの要求を送信する。これを受信した呼制御装置３６０はハンドオフ先候補であるシステム２の呼制御装置３６１とハンドオフ処理を開始する。そして、ハンドオフ先無線システムの呼制御装置３６１でハンドオフ後は通信品質が改善されると見込まれると判断されるとハンドオフの許可を呼制御装置３６０に対して送信し、呼制御装置３６０はハンドオフが許可されたことをハンドオフ応答で無線端末１００に通知する。その後、無線端末１００からのハンドオフ処理要求を契機にシステム１とシステム２との間で呼情報の交換などによる無線端末１００の切替処理が実施され、無線端末１００はシステム２と通信を開始する。

しばらくして、この無線端末１００の平均移動速度がある閾値Ｔｈ２を下回ると、無線端末１００はハンドオフ先候補のシステム３を検索しシステム２の呼制御装置３６１に対して該無線システムへのハンドオフ判定要求を送信する。これを受信した呼制御装置３６１はハンドオフ先候補であるシステム２の呼制御装置３６２へハンドオフ判定要求を送信し、呼制御装置３６１でハンドオフ判定を実施する。そして、ハンドオフ先無線システムの呼制御装置３６２でハンドオフ後は通信品質が改善されると見込まれると判断されるとハンドオフの許可をハンドオフ判定結果にて呼制御装置３６１に対して送信し、呼制御装置３６１はハンドオフが許可されたことをハンドオフ判定結果で無線端末１００に通知する。その後、無線端末１００からのハンドオフ処理要求を契機にシステム２とシステム３との間で呼情報の交換などによる無線端末１００の切替処理が実施され、無線端末１００はシステム３と通信を開始する。これら無線システムを跨るハンドオフではＭｏｂｉｌｅＩＰが使用されることが一般的であり、ＨｏｍｅＡｇｅｎｔがパケットの転送処理を行う。本発明では、無線端末が移動する速度によってハンドオフ先候補選択を実行し、ハンドオフ先で今の通信品質より改善できることが見込めた場合にハンドオフ処理をする方法を提供する。

このハンドオフの実現方法を以下に説明する。
図２は呼制御装置の機能ブロック図の１例である。
呼制御装置は無線システム内での無線端末による呼接続を管理制御したり、他無線システムとのハンドオフを行うための制御を行う装置で、各無線システムに設置されており、１つ又は複数のハードウェアで構成される。通信制御部２００とは基地局制御装置とＣｏｒｅＮｅｔｗｏｒｋに接続されている他装置と通信を行う為の機能とインタフェースを備えている。装置制御部２０１は、呼制御装置内の各機能を実行する為のリソースを割り当てたり命令の実行指示をしたりする機能で、各機能ブロックと接続されている。呼処理部２０２は、無線端末の接続しその接続状態を管理したりシステム内の別無線基地局と接続する為のハンドオフ処理や、端末がドーマント状態でのＰａｇｉｎｇ処理を行ったり、各呼に対する統計情報を収集したりする機能である。呼情報管理部２０３は、呼処理に必要となるセッションや各無線端末に割り当てられたパラメータ情報などを管理する機能である。システム間ハンドオフ処理部２０５とは、異なるＣｏｒｅＮｅｔｗｏｒｋを持つ他無線システムへ無線端末が移動する為のハンドオフ処理を行う機能である。認証処理部２０６は、無線端末が接続許可をされたかを認証する機能で、認証装置と通信し登録情報を照合することで接続許可された無線端末のみが接続できる様に制御する。保守制御部２０４は、本呼制御装置の状態や障害を監視制御し、無線システムの保守端末に状態変化を通知する機能である。データ格納部２０７は、呼制御装置の動作で必要となるプログラムを管理したり、呼制御で必要となるデータや無線基地局などの装置に関する設定情報を格納制御する機能である。無線端末での呼処理は本装置で制御される為、各無線システム間のハンドオフは本呼制御装置間で呼情報や制御信号をやりとりすることにより可能となる。また、システム間ハンドオフ処理部は、複数の無線システムによるサービスが同一のサービスプロバイダにより提供される場合、各無線システムの呼制御装置で持つのではなくこれら無線システム全てを統合的に監視する上位装置に持たせることも可能である。

図３は無線端末１００の構成図である。
無線システム間でハンドオフ処理を実現する為、本無線端末１００にはサポートしている無線システム毎に通信装置を設け、ある無線システムにて通信中に他無線システムへのハンドオフ処理を行う為に無線装置を２つ備えている。無線装置が２つ以上あれば、複数無線システムと同時に通信することが可能となる。無線端末１００は無線基地局と通信をする為のアンテナ１０１とアンテナ１０２と無線装置１１０と無線装置１２０を持っており、それぞれ異なる周波数で同時に２つの無線システムと通信することができる。これら無線装置はスイッチ１３０に接続され、２つ以上ある通信装置と接続を切り替えることが出来る。通信装置１４０と通信装置１５０と通信装置１６０は異なる無線通信方式の無線システムに対応した装置で、主に信号の変復調や符号化・復号化を行う。制御装置１７０は無線端末内部の制御を行ったり必要となるアプリケーションを起動し処理を実行したりする演算装置である。記憶装置１８０とは、無線端末で使用されるアプリケーションといったプログラムやパラメータを格納したり、通信状態を保持したりユーザーデータを保管したりする装置である。

無線端末のユーザは、キーボードや液晶パネルやスピーカやマイクといった入出力装置１９０を使用することにより無線端末に対して指示を行いその指示の結果を確認することができる。また、本発明は平均移動速度によりハンドオフ先候補の選択の契機が発生することから、無線端末の移動速度を測定する為に、ＧＰＳ受信機２００とアンテナ１０３が無線端末に内蔵される。ＧＰＳ受信機２００により定期的に無線端末の位置を測定することにより前回の測定から経過した時間と距離により移動速度が算出することができる。また、図の例ではＧＰＳ受信機２００の他に端末の移動速度を検出する速度センサ２１０も内蔵されているが、必ずしも速度センサ２１０は無線端末に内蔵されている必要はない。

次に図４を使用して移動速度を使用したハンドオフ選択処理の実施方法について説明する。
本図は平均移動速度とその平均移動速度によってどの無線システムと通信を行っているかを示している。ここでは、サービスエリアが最も大きく移動速度の速い無線端末でも通信品質が保てるシステム１と次にサービスエリアの大きいシステム２とサービスエリアが最も小さいが通信方式上で最もスループットの高いシステム３が存在し、無線端末は移動速度によって異なる無線システムへ接続している。無線端末が最初にある移動速度でシステム１と通信をしており、一例として無線端末の平均移動速度が直線的に減っているとする。ここで無線端末の平均移動速度がある閾値Ｔｈ１を跨って下回った場合、無線端末はサービスエリアは小さいが比較的通信方式上のスループットが高いシステム２をハンドオフ先候補として選択し現在のシステム１より通信品質が改善されると判断されたらハンドオフの処理を行う。システム２と接続した無線端末の平均移動速度が更に減り閾値Ｔｈ２を跨って下回った場合、ハンドオフ先で通信品質が改善されると判断されたらシステム３へハンドオフをする。

今度はシステム３にて通信を行っていた無線端末が移動を開始し、直線的に平均移動速度が増えた場合を仮定して説明する。この無線端末の平均移動速度が次第に増え、閾値Ｔｈ２を跨って上回った場合は次にエリアの大きいシステム２へハンドオフをする。移動速度が増えるということは、小さなサービスエリアの無線通信方式で通信をしていると頻繁に同一無線システム内のハンドオフが発生しパッケトエラーの増加で通信品質の劣化となるので、移動速度が増える場合には広いサービスエリアを持つ無線システムへハンドオフをする。同じ様にシステム２に接続している無線端末の移動速度が更に増えて閾値Ｔｈ１を上回った場合は、更にサービスエリアの大きいシステム１へハンドオフを行う。この様に無線端末の平均移動速度により無線通信方式の異なる無線システム間でハンドオフをすることにより、その平均移動速度で最適な無線システムを選択しスループットを改善することが出来る。

図４の例ではサービスエリアの大きい無線システムから小さい無線システムとサービスエリアの小さい無線システムから大きい無線システムへハンドオフする場合の同じ閾値を使用しているが、これら閾値はそれぞれ異なる様に設定しても良い。また、平均移動速度を算出するには１例として移動平均が使用される。無線端末は定期的に自分の移動速度を算出し、その移動速度から移動平均により平均移動速度が算出される。移動速度の瞬時値ではなく移動平均を使用することにより、急激な速度変化が発生しても不必要に他無線システムへハンドオフしてしまうことを防ぐことが可能である。例えば、どのくらい過去まで遡って平均をとるかを示す平均化時定数の値を大きくすれば、急激な速度変化に対して緩やかに推移することができる。逆に、平均化時定数を小さくすることにより現在に近い速度でハンドオフの処理を開始することが出来る。

図５は、無線端末が無線システム間でハンドオフ先候補選択を行う為に保持しているデータである。
他無線システムとハンドオフを行う為には、図４で説明した閾値を持っている必要がある。無線端末はその移動速度により平均移動速度を算出し、その結果が無線システム毎に定義された閾値を跨ることが無いか定期的に確認を行っている。その為には、無線端末は無線システム毎に定義された閾値の情報を持っており、この情報はコンフィグレーション時や報知情報の送信時に無線基地局より通知され無線端末の記憶装置に保持される。閾値（Ｄｏｗｎ）とは無線端末の平均移動速度が減少した時に平均移動速度が跨って下回っているか判断する閾値として適用される値である。

閾値（Ｕｐ）とは平均移動速度が増加した時無線端末の平均移動速度が跨って上回っているか判断する閾値として適用される値である。また、無線端末は無線システム毎にランク情報を持っており、通信方式上のスループットやサービスエリアによって異なるランク番号が付与されている。適用Ｆｌａｇとは、複数の無線システムが存在するサービスエリアにおいて、ユーザやサービスプロバイダがどの無線システム間でハンドオフを許容するかを示すＦｌａｇである。例えば、図５ではあるサービスエリアにシステム１とシステム２とシステム３が存在し、お互いにハンドオフが可能な状態である。しかし、あるユーザに対してはシステム１とシステム３との間しか通信をさせたくない場合に、システム２に対しては本適用Ｆｌａｇを０とする。

また、同一無線システム内でのハンドオフのみを許容する場合はある１つの無線システムのみ適用Ｆｌａｇを１とすれば良い。この様に適用Ｆｌａｇを設けることにより、ユーザの契約形態や無線端末がサポートしている無線システムに応じて通信する無線システムを選択することが出来る。図５の下にある表は無線端末がハンドオフ先を選択した時に保持しているデータである。無線端末の平均移動速度が閾値を跨るとハンドオフの処理を開始するが、このハンドオフ処理を開始する時にこの表に示したデータをハンドオフ先候補の呼制御装置ハンドオフ先候補の呼制御装置へ送信することにより後に述べるハンドオフ実施判断の処理に使用される。緯度、経度、高度の情報はＧＰＳ受信機より取得し、セクタ識別子はハンドオフ先候補の無線基地局からの報知情報により取得する。また、Ｐｉｌｏｔ強度は無線端末が無線基地局からのＰｉｌｏｔ信号を捕捉している時の受信電力強度であり、統計情報とは無線端末が管理している上りと下りのスループット情報である。

図６は本ハンドオフを実施する為に無線基地局が保持しているデータである。
これらの情報は、データベースで持つ場合と、データベースとある無線基地局とで管理する場合が考えられる。そして、これらの情報は、無線システム毎に無線基地局単位又はセクタ単位で管理される。情報には、無線基地局の緯度・経度・高度、ハンドオフを実施するかの判断をする為の無線基地局から無線端末までの距離閾値、そして、同じくハンドオフを実施するかの判断をする為の無線端末から通知される受信電力に対する受信電力閾値がある。これら緯度・経度・高度情報は無線端末から通知されるＧＰＳ受信機により取得した緯度・経度・高度情報と比較することにより、無線基地局と無線端末との距離を算出することができる。この算出結果を距離閾値と比較することによって、この閾値より遠くにいる端末に対してはハンドオフを拒否することができる。これら閾値はサービスプロバイダにより設定される。

以降、ハンドオフの処理を行う為の無線端末とハンドオフ先候補の呼制御装置の動作について説明する。
図７は無線端末が定期的に行っているハンドオフ先選択処理フローを示している。
円の中にある「Ｓ」とはフローの開始を意味し、数値がある場合は別の図にあるフローの開始に続くことを意味している。ここでは、無線端末は適用Ｆｌａｇが「１」と設定された無線システムを適切にハンドオフ先候補として選択処理できることを前提とする。無線端末がハンドオフを行う為には、定期的に無線端末の移動速度から平均移動速度を算出し、その結果が閾値を跨っているか確認する必要がある。これを実施する為には、無線端末は内蔵されているＧＰＳ受信機又は速度センサをから移動速度情報の取得（ＦＬ４００）を行い、その取得情報から平均移動速度の算出（ＦＬ４０１）を行う。平均移動速度の算出には、先に述べた移動平均を使用することができる。算出された平均移動速度は前回の平均移動速度と比較を行い(ＦＬ４０２)、平均移動速度が減少、増加しているかを判断し(ＦＬ４０５)、図５で述べた無線端末が保持している閾値と比較され、その平均移動速度が閾値（Ｄｏｗｎ）と閾値（Ｕｐ）により定義された値を跨いだか比較する（ＦＬ４０７，ＦＬ４０８）。その平均移動速度が閾値を跨いだと判断された場合、それが閾値を下回った場合は１つ高いランクの適用Ｆｌａｇが「１」と設定された無線システムを選択し(ＦＬ４１０)、その平均移動速度度が閾値を上回った場合は１つ低いランクの適用Ｆｌａｇが「１」と設定された無線システムを選択する（ＦＬ４０９）。

本説明では図５に記載のランクをベースとしており、高いランクはスループットの高いことを意味している。よって、平均移動速度が閾値を下回ったということは、これが閾値（Ｄｏｗｎ）より低くなったことを意味しており、ランクの高い無線システムをハンドオフ先候補として選択する。逆に、平均移動速度が閾値を上回ったということは、これが閾値（Ｕｐ）より高くなったことを意味しており、ランクの低い無線システムをハンドオフ先候補として選択する。平均移動速度がどの閾値も跨ってない場合は、同一無線システム内でハンドオフが必要かを判断する為に無線基地局より送信されるＰｉｌｏｔ信号の受信強度を測定する（ＦＬ４０３）。これは例えば、無線端末が同じ移動速度で無線基地局より遠ざかった時にハンドオフの開始契機となる。このＰｉｌｏｔ信号の受信強度が閾値を下回った場合はその無線基地局との通信品質が劣化することを意味しているので、現無線システムの別基地局をハンドオフ先候補として選択する（ＦＬ４０６）。Ｐｉｌｏｔ信号の受信強度が閾値以上であれば、その無線基地局と通信を継続しても問題ないので、本図に記載した定期処理を繰り返し実施する。

図８は無線端末がハンドオフ先候補を選択しハンドオフ先候補の呼制御装置へハンドオフ処理要求を送信するまでのフローを記載している。先に示したフローにて無線端末はハンドオフ先無線システムを選択していることを前提とする。無線端末は選択した無線システムがそのエリアでサービスをしているか選択無線システムのスキャンを実施する（ＦＬ５００）。図３に示した様に無線端末には無線装置が２つ以上あるので、現無線システムとの通信を維持したまま、ハンドオフ要求処理を実施することができる。無線端末は選択無線システムの無線基地局より送信されるＰｉｌｏｔ信号のスキャンを行い、Ｐｉｌｏｔ信号の存在を確認しそのエリアで選択システムと通信が可能と判断された場合（ＦＬ５０１）、そのＰｉｌｏｔ信号と報知情報からサービスセクタに関する情報を無線端末の記憶装置に格納する（ＦＬ５０２）。ここでいうサービスセクタに関する情報とは、１例として何処の無線基地局かを区別する為のセクタ識別子がある。このセクタ情報の格納が終了すると無線端末はＧＰＳ受信機より位置情報を取得しそのデータを記憶装置に格納する（ＦＬ５０３）。そして次に、無線端末はこれまで通信中に測定して格納したデータ統計情報を取得する（ＦＬ５０４）。

このデータ統計情報とは無線端末が管理している統計情報のことで、１例としてデータ量やスループット、パケットエラーレートなどがある。統計情報は定期的に値が更新されていることから、例えば５分前といった過去の決められた時間からハンドオフ先候補を選択するまでの間に測定された統計情報の大きさから、無線端末は下り方向の通信を中心として使用しているのか、上り方向の通信を中心として使用しているのか判断する（ＦＬ５０５）。これは無線端末を使用しているユーザがどの様なアプリケーションを使用しているかにより依存するが、ダウンロードの様に無線基地局から無線端末への下り方向のデータ量が多い場合は下り方向を中心に使用していると考えられ、逆にアップロードの様なアプリケーションの場合は上り方向を中心に使用していると考えられる。無線端末はこの統計情報の値から下り方向か上り方向のどちらを中心にユーザは使用しているか判断することが出来る。この場合、下り方向が中心と判断された場合は下りの統計情報を記憶装置に格納し（ＦＬ５０６）、上り方向が中心と判断された場合は上り統計情報を記憶装置に格納する（ＦＬ５１１）。そして、無線端末はこれら格納した情報をハンドオフ判定要求と合わせて送付する（ＦＬ５０７）。

尚、選択無線システムのスキャンで選択無線システムが存在しないと判断した場合、１つランクの低い無線システムが選択可能か図５で示したデータから判断する(ＦＬ５０８)。この時既に最もランクの低い無線システムを選択していた場合には呼切断するか、通信品質が悪くなり呼切断する可能性はあるが現行無線システムと通信した状態をそのまま維持するので図７の定期処理に戻る。１つランクの低い無線システムが選択可能な場合はその無線システムを選択する(ＦＬ５０９)。１つランクの低い無線システムを選択するということは、図７のＦＬ４１０などを通ってより高いランクの無線システムをハンドオフ候補としていた場合、現無線システムと同じ無線システムを選択する可能性があるが、建物内での無線ＬＡＮの様に現無線システムは単一セルでサービスされていたり隣接する無線基地局によるサービスエリアが存在しない時を考慮し、現無線システムが選択されたかに加え現無線システム内でハンドオフ先があるかを別フローにて判断をする（ＦＬ５１０）。

次に、現無線システムが選択された場合の処理について説明する。
図９は現無線システムが選択された場合の処理フローである。ここでは建物内での無線ＬＡＮの様に現無線システムは単一セルでサービスされていたり隣接する無線基地局によるサービスエリアが存在しない時を考慮している。まず、現無線システムがハンドオフ先候補として選択された場合、無線端末は同一無線システムでハンドオフ先があるか判断する（ＦＬ５５０）。これは各無線システムが採用しているハンドオフ方法に沿って行われる。ハンドオフ先があるかという判断を行う方法として、例えば、無線端末があるセクタから別のセクタへ移動した場合、現在通信している無線基地局より遠ざかる為Ｐｉｌｏｔ受信強度は減少するが、隣接する無線基地局へは近づいている為Ｐｉｌｏｔ受信強度は増加するので、隣接セクタのＰｉｌｏｔ信号が確認できるかというものがある。逆に隣接セクタのＰｉｌｏｔ信号が検出出来ない場合はハンドオフ先が無いと判断できる。現無線システム内でハンドオフが可能と判断された場合は、現無線システムにてサポートしている方法によりハンドオフを行う（ＦＬ５５１）。ハンドオフ後はハンドオフ先セクタで図７の定期処理を実行する。現無線システム内でハンドオフ先が無いと判断された場合、無線端末は１つランクの低い無線システムを選択可能であるか判断する（ＦＬ５５２）。選択可能な無線システムが存在する場合は、その無線端末がいるエリアでサービスが可能かを確認する為に、図８にある選択無線システムのスキャン処理より開始する（ＦＬ５５３）。また、より低い無線システムが存在せず選択できない場合は呼切断するか、通信品質が悪くなり呼切断する可能性はあるが現行無線システムと通信した状態をそのまま維持するので図７の定期処理に戻る。

次にハンドオフ先候補の呼制御装置でのハンドオフ判定処理について図１０を使用して説明する。
本図では、現在通信中の無線システムを経由し無線端末よりハンドオフ判定要求が送信されていることを前提としている。
呼制御装置は無線端末より送信されるハンドオフ判定要求を受信すると（ＦＬ６００）、呼制御装置はまず無線端末での選択無線システムのスキャンにて得られるＰｉｌｏｔ受信強度が閾値以上か又は無線端末と無線基地局との距離が閾値以下であるか判断をする（ＦＬ６０１）。Ｐｉｌｏｔ受信強度の判断には無線端末より通知されるＰｉｌｏｔ受信強度と無線システム毎に設定されている閾値を比較することで実現でき、無線端末と無線基地局との距離は無線端末より通知される位置情報とセクタ識別子から該当セクタの位置情報を取得しそれぞれの位置情報より距離が閾値以下であるか比較することで実現できる。無線端末のＰｉｌｏｔ受信強度がある閾値以下であれば、そのエリアでは選択無線システムの電波が弱いことを意味しているので呼制御装置はハンドオフ処理の拒否をする。また、無線端末と無線基地局との距離がある閾値以上である場合、無線端末と無線基地局との距離が遠いことを意味しており、選択無線システムへハンドオフを行っても通信品質の改善が見込まれないことから呼制御装置はハンドオフ処理の拒否をする。

そして、この選択無線システムのＰｉｌｏｔ受信強度が十分にあり又は無線端末と無線基地局との距離がある閾値より小さい場合、呼制御装置は無線端末がいるサービスエリアは電波環境の観点から通信品質の改善が見込まれるので次に選択無線システムが輻輳状態で無いか確認する（ＦＬ６０２）。ここでの輻輳状態はサービスプロバイダにより定義され、ユーザ数が一定の基準を超えていたり、無線システム内の各種装置でＣＰＵやメモリの使用率があり閾値を上回っていることを指す。この様な状態では本無線端末を新たにハンドオフさせることはできないので、選択無線システムが輻輳状態であればハンドオフ処理の拒否をする。選択無線システムが輻輳状態では無い場合、呼制御装置は推定スループットを算出する為のパラメータ情報を取得する（ＦＬ６３５）。ここでのパラメータ情報とは、定期的に取得しているスループットなどの統計情報や装置固有の無線システムパラメータ情報のことを言う。呼制御装置はここで取得したパラメータ情報を基に無線端末からのハンドオフ判定要求に格納されている通知スループットの上り下りを判断し(ＦＬ６０４)、推定スループットの算出を行う（ＦＬ６０５，ＦＬ６０６）。この推定スループットは無線端末が選択したハンドオフ先候補の通信品質を比較する上での指標として使用される。尚、無線端末が選択した無線システムがベストエフォート型ではなく、保証型ではあればスループットは保証されていることから推定スループットはこの保証された値が設定される。

そして、推定スループットが算出又は設定されると、無線端末より通知されたスループット情報が推定スループットより低いか確認される（ＦＬ６０７）。ここで推定スループットの方が現在のスループットより高いと判断されると、通信品質の改善が見込まれるので呼制御装置は無線端末に対してハンドオフ処理を許可する（ＦＬ６０９）。逆に推定スループットが現在のスループットより低いと判断された場合、通信品質の改善は出来ないのでハンドオフ処理を拒否する（ＦＬ６０８）。このハンドオフ判定結果は無線端末へ送信される（ＦＬ６１０）。ハンドオフ先候補がベストエフォート型の場合、１例として推定スループットは、無線端末と無線基地局との距離と該当セクタにて接続している無線端末の数より算出する。前提条件としては、セクタにいる無線端末はある場所に偏っている訳ではなく、均等に分散されていることとする。この条件により、推定スループットは以下の通り算出する。
推定スループット＝最大スループット×（１÷（ＡＴ数＋１））×（Ｘ）
最大スループットとはその無線方式がサポートしているセクタ当たりの最大レートで、ＡＴ数とは無線端末がハンドオフ先候補として選択したセクタに存在する台数で統計情報より取得され、Ｘは図１１のグラフで示されるように（（セル半径−距離）÷セル半径）の値から取得される。セル半径は各無線システム内のシステムパラメータにより取得し、距離は無線端末と無線基地局の距離で無線端末より送信される位置情報と無線基地局の位置情報により取得することができる。また、電力制御を使用するなどスループットが無線端末と無線基地局間の距離に依存しない場合は、本グラフのＸを横軸と平行とし固定値とすることで実現できる。このように無線システム毎に適当なグラフを用意することによって、地理的条件や無線システム毎の特徴を考慮した推定スループットの算出式を使用することが出来る。

図１２は無線端末がハンドオフ判定結果を受信した時の処理フローである。
図１０にて説明したハンドオフ先候補の呼制御装置の処理結果は現在使用中の無線システム経由で無線端末に通知され（ＦＬ７００）、これを受信した無線端末はハンドオフの処理が許可されたか拒否されたかの判断を行う（ＦＬ７０１）。呼制御装置によりハンドオフが許可された場合は、無線端末は現無線システムと呼制御装置を通じてハンドオフ先無線システムとの呼接続処理をする為のハンドオフ処理を実施する（ＦＬ７０２）。これにより無線端末は他無線システムへのハンドオフ処理を開始する。円の中にある「ＨＯ」とはこのハンドオフ処理が開始したことを意味する。ハンドオフの拒否がされた場合は、無線端末は１つランクの低い無線システムが選択可能か判断し（ＦＬ７０３）、選択可能な無線システムがあれば選択する(ＦＬ７０４)。この様に最初に無線端末が選択した無線システムより１つ低い無線システムを選択することにより、複数の無線システムをハンドオフ先候補として選択しその中で通信品質の改善される無線システムへハンドオフすることができる。ここで選択無線システムが現無線システムと同一と判定されると同一無線システム内でのハンドオフが実施可能かの判定フローへ移行し、異なる無線システムと判断されると選択無線システムのスキャンより開始するフローへ移行する（ＦＬ７０５）。

図１３は、本発明である異無線システム間でハンドオフを行う為のシーケンス図である。
図では２つの無線システムを例にシーケンスを説明し、システム１には無線基地局１と呼制御装置１が存在し、システム２には無線基地局２と呼制御装置２が存在している。フローにある四角は先に述べたフローを実施していることを意味している。ここでは、最初に無線端末は無線基地局１と呼制御装置１を経由して通信対象と通信を行っていることを前提とする。この無線基地局にてこれまで述べたハンドオフ先候補の選択と選択無線システムのスキャンが完了しハンドオフ先候補があると判断すると、無線基地局１に対してＨＯ判定要求を送信する（ＳＱ７００）。このハンドオフ判定要求には、ハンドオフ先呼制御装置にてハンドオフを行うかどうかの判断をする為の情報が格納されており、その内容は図５に記載している無線端末の位置情報や統計情報、ハンドオフ先候補のセクタ識別子やＰｉｌｏｔ受信強度がある。このＨＯ判定要求を受信した無線基地局１はこれを呼制御装置１へ転送する（ＳＱ７０１）。これを受信した呼制御装置１は、異無線システム間でハンドオフを実施するかどうかを判断する為、呼制御装置２へＨＯ判定要求を転送する（ＳＱ７０２）。ここで受信した情報より呼制御装置２は図１０で述べたハンドオフ判定処理を実施する。そして、その結果を無線端末へ通知する為に呼制御装置１に対してＨＯ判定結果を送信する（ＳＱ７０３）。これを受信した呼制御装置１はこのＨＯ判定結果を無線基地局１へ送信し（ＳＱ７０４）、無線基地局１はこれを無線端末へ通知する（ＳＱ７０５）。このＨＯ判定結果を受信した無線端末は、図１２に記載のフローに従いハンドオフの処理を実行する。ＨＯ判定結果でハンドオフの許可を受信した場合、無線端末はＨＯ処理要求を現在接続しているシステム１の無線基地局１へ送信する（ＳＱ７０６）。これを受信した無線基地局１はこれを呼制御装置１へ転送し（ＳＱ７０７）、呼制御装置１はハンドオフ処理の準備を行う。そして、呼制御装置１はこのＨＯ処理要求を呼制御装置２へ送信する（ＳＱ７０８）。呼制御装置２は、先に受信したＨＯ処理要求に対するＨＯ処理応答をシステム１の呼制御装置１へ送信する（ＳＱ７０９）。これを受信したシステム１の呼制御装置１はシステム２の呼制御装置２と通信を行い、ハンドオフや呼接続の維持で必要となる呼処理情報を転送し呼処理情報の交換を行う。呼処理情報の交換が完了されたら、呼制御装置１は無線端末の通信先をシステム１からシステム２へ切り替える為にリソース解放通知を呼制御装置２へ送信し（ＳＱ７１０）、無線基地局１に対してリソースの解放指示を送信する（ＳＱ７１１）。リソース解放通知を受信した呼制御装置２は、呼制御装置２は無線端末と無線基地局２との間で無線リソースを確保する為にリソース割当指示を送信する（ＳＱ７１２）。無線基地局２にて無線端末との通信を行う為の無線リソースが確保されると、その通信で必要となる無線リソースの情報を無線端末との間で交換し無線チャネルが確認される。無線チャネルが確認されたら、無線端末はシステム２にて無線基地局２と呼制御装置２を使用して通信が行われる。以上により無線端末は２つの無線システム間をハンドオフすることにより、その移動速度に応じて通信品質の高い無線システムを選択しハンドオフすることができる。

本発明が適用される無線通信システムの一構成を説明する図である。本発明の一実施例における呼制御装置の機能ブロック図である。本発明の一実施例における無線端末の構成を示す図である。横軸に時間軸を取った場合の、無線端末の平均移動速度とハンドオフ判定閾値の関係を説明する図である。無線端末が保持しているデータの一例を示す図である。無線基地局が保持しているデータの一例を示す図である。無線端末が定期的に行っているハンドオフ先選択処理のフローである。無線端末がハンドオフ先候補を選択しハンドオフ処理要求を送信するまでのフローである。ハンドオフ先選択処理で現無線システムが選択された場合の処理フローである。呼制御装置でのハンドオフ判定処理を説明する図である。無線通信システムの推定スループット係数グラフの一例を示す図である。無線端末がハンドオフ判定結果を受信した時の処理フローである。異システム間でのハンドオフのシーケンス図である。

符号の説明

１００無線端末、
３４０〜３４２無線基地局、
３３０〜３３２基地局制御装置、
３６０〜３６２呼制御装置、
３７０〜３７２ホームエージェント、
３８０〜３８２認証装置、
３５０〜３５２データベース
３９０〜３９２ゲートウェイ

Claims

異なる無線通信システムに対応した複数の通信処理部と、少なくとも２つのアンテナと、該アンテナを介して前記いずれかの通信処理部の通信システムで電波を送受信するための少なくとも２つの無線通信部と、前記複数の通信処理部と前記無線通信部との接続切替を行うスイッチと、各部を制御する制御部と、端末状態検出部を有し、該端末状態検出部が検出した端末の状態が予め定められた条件を満たした場合、前記制御部は該条件に対応する無線通信システムを選定し、該無線通信システムにおける通信品質の判定を行い、該通信品質が改善される場合には、前記選定した無線通信システムへのハンドオフ判定要求を前記無線通信部および前記アンテナを介して送信することを特徴とする無線通信端末。
前記複数の通信処理部が対応する無線通信システムは、それぞれサービスエリアおよびスループットの異なる通信システムであり、前記端末状態検出部として速度センサを備え、端末の状態として端末の移動速度を算出し、端末の移動速度の閾値にて定義された無線通信システムを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
前記無線通信システムは、サービスエリアの大きさと平均スループットにより予めランク付けされており、前記移動速度の閾値にて定義された無線通信システムを選択しても通信品質の改善の見込みがない場合、さらに下位のランクの無線通信システムを順に選択して通信品質の判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信端末。
前記通信品質の判定は、上り回線、下り回線それぞれに対して行い、無線端末の通信量に応じて、上り回線または下り回線のいずれかの通信品質を基準にして無線通信システムの選定を行うことを特徴とする前記請求項１に記載の無線通信端末。
前記端末の移動速度の指標として、平均移動速度を算出し、算出された平均移動速度を前回の平均移動速度と比較し、平均移動速度の減少、増加を判断して閾値との比較を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信端末。
それぞれサービスエリアおよびスループットが異なり、予めランク付けされた複数の無線通信システムに対応した複数の通信処理部と、少なくとも２つのアンテナと、該アンテナを介して前記いずれかの通信処理部の通信システムで電波を送受信するための少なくとも２つの無線通信部と、前記複数の通信処理部と前記無線通信部との接続切替を行うスイッチと、各部を制御する制御部と、端末状態検出部を有する無線通信端末と、
前記複数の無線通信システムのそれぞれに対応した基地局と、
前記複数の無線通信システムのそれぞれに対応した基地局と接続され、前記複数の無線通信システム間でのハンドオフ処理を行うシステム間ハンドオフ処理手段とを有する呼制御装置とを有する無線通信システムにおいて、
前記前記該端末状態検出部が検出した端末の状態が予め定められた条件を満たした場合、前記制御部は該条件に対応するランクの無線通信システムを選定し、該無線通信システムにおける通信品質の判定を行い、該通信品質が改善される場合には、前記選定した無線通信システムへのハンドオフ判定要求を前記無線通信部および前記アンテナを介して送信し、
該呼制御装置は、前記ハンドオフ判定要求を受信すると、ハンドオフ処理の可否判定を行い、ハンドオフ可否判定結果を前記無線通信端末に送信し、
前記無線通信端末は、前記可否判定結果に基づいて、可の場合にはハンドオフを実行し、否の場合には、さらに次のランクの無線通信システムを選択し、前記選定した無線通信システムが現在選択している無線通信システム以外の無線通信システムの場合には、ハンドオフ判定要求を前記無線通信部および前記アンテナを介して送信することを特徴とする異システム間のハンドオフ方法。
前記端末状態検出部として速度センサを備え、端末の状態として端末の移動速度を算出し、端末の移動速度の閾値にて定義された無線通信システムを選択することを特徴とする請求項６に記載の異システム間のハンドオフ方法。
前記ランク付けは、無線通信システムのサービスエリアの大きさと平均スループットにより予め定めておき、前記移動速度の閾値にて定義された無線通信システムを選択しても通信品質の改善の見込みがない場合、さらに下位のランクの無線通信システムを順に選択して通信品質の判定を行うことを特徴とする請求項７に記載の異システム間のハンドオフ方法。
前記通信品質の判定は、上り回線、下り回線それぞれに対して行い、無線端末の通信量に応じて、上り回線または下り回線のいずれかの通信品質を基準にして無線通信システムの選定を行うことを特徴とする前記請求項６に記載の異システム間のハンドオフ方法。
前記端末の移動速度の指標として、平均移動速度を算出し、算出された平均移動速度を前回の平均移動速度と比較し、平均移動速度の減少、増加を判断して閾値との比較を行うことを特徴とする請求項７に記載の異システム間のハンドオフ方法。