JP3825049B2 - ハンドオーバ方法及びセルラ無線システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの加入者端末及び基地局を備え、加入者端末が基地局の活動集合を維持して絶えず更新するようになっており、活動集合に属する１つまたは幾つかの基地局が加入者端末への接続または接続セットアップファシリティを有しているセルラ無線システムにおけるハンドオーバ方法に関する。
本発明は、少なくとも１つの加入者端末及び基地局を備え、加入者端末が基地局の活動集合を維持して絶えず更新するようになっており、活動集合に属する１つまたは幾つかの基地局が加入者端末への接続または接続セットアップファシリティを有しているセルラ無線システムにも関する。
セルラ無線システム内で、加入者端末が１つのセルから別のセルへ移動するとハンドオーバが遂行される。このハンドオーバは、単純なハードハンドオーバかまたはより柔軟なソフトハンドオーバの何れかである。ハードハンドオーバの欠陥は、新しい接続がセットアップされる前に古い接続が切り離されてしまうことである。これは特に、あるチャネルが変化に追随して、異なるチャネルの間を往復するピンポン効果として問題になる。この問題は、ハンドオーバマージンを使用することによって軽減することができる。しかしながら、このような場合、ハンドオーバマージン及びハンドオーバ手順の遅れのために最良基地局接続を使用することはできず、従って不要に高い送信電力を使用しなければならないことからシステムの妨害電力が増加する。
従来技術のソフトハンドオーバは更新マージンも使用している。しかしながらこれらは、より読み易い基地局からの信号を加入者端末が受信することによってカバーされる。更に、これらの不要信号は、基地局の送信電力及び他の加入者端末に対する妨害を増加させる。従来技術のハンドオーバは、例えばフィンランド特許出願第952,396号（Granlund,Hakkinen,Hamalainen）“Method for impuroving the reliability of handover and call establishment,and a cellular radio system”に開示されており、この出願は本明細書に参照として採り入れている。
基地局を識別し、ＣＤＭＡシステム内の活動集合を形成するためにパイロット信号を使用することは公知である。パイロット信号は、データ変調されていない拡散コード化信号であり、各基地局からそのカバレッジエリアへ絶えず送信されている。パイロット信号の拡散コードは各基地局毎に異なっているから、端末機器はパイロット信号によって基地局を識別することができる。
加入者端末は、パイロット信号を絶えず測定している。従来技術では、システムの端末機器の測定負荷を軽減させるために、各端末機器は、その端末機器付近に位置しているハンドオーバまたは接続確立のための考え得る候補である基地局の測定リスト、及びパイロット信号の対応拡散コードを維持している。測定リスト上の基地局は、活動集合のメンバーになることができる候補のグループを形成する。固定されたネットワークから活動集合に迅速に接続を確立することが可能である。端末機器は、最高の優先順位で、測定リスト上の基地局のパイロット信号だけを監視する。
当然、端末機器が移動すると測定リストは必要に応じて更新される。従来技術のシステムでは、更新は、端末機器におけるパイロット信号の強度の測定に従って遂行される。即ち、もしある基地局によって送信されたパイロットが充分な強度をもって受信されれば、それは測定リストに追加される。
特にＣＤＭＡシステムに使用されるレーキ(rake)受信機は幾つかの枝路を備え、各枝路は異なる信号成分に同期している。従って、この受信機は幾つかの信号を同時に受信することができる。パイロット信号の測定に基づいて、レーキ受信機の枝路は、異なる伝播経路に沿って到着する信号も受信させられる。レーキ受信機は、活動集合が更新されるよりもかなり速い異なる接続への切り替えによる減衰に順応する。
しかしながら、多くのサービスを提供するＣＤＭＡネットワークでは、端末機器から基地局への伝送方向、即ちアップリンク伝送方向における基地局の負荷が逆伝送方向におけるよりもかなり大きくなるような状況が発生する。この例は、端末機器からネットワークへの単方向データ伝送である。測定リストを更新するための従来技術の配列では、この伝送方向における基地局の負荷を検出することはなく、従って変化させることはなかった。
加入者端末にレーキ受信機を使用した時には、最良信号を選択し、また異なる経路に沿って伝播した信号の電力を集める（コンパイルする）ことはできるが、レーキ枝路の数は電力消費及び製造コストによって制限され、従ってレーキ受信機は一時に僅かしか伝送できなかった。
個々の基地局が過負荷である状況において、他の基地局へ接続を移す可能性を提供するシステムを知らない。
本発明の目的は、上述した公知の配列の諸問題を回避することであり、極めて小さい実効ハンドオーバマージンで、ハードハンドオーバのようなソフトハンドオーバを実現することであり、そして加入者端末が幾つかの基地局と通信する時の基地局の妨害電力を低減させることである。
これは冒頭に記載した型の方法で達成され、この方法は、各基地局にその送信をスイッチオンまたはオフさせるように、活動集合の１つまたは幾つかの基地局のダウンリンク伝送を、加入者端末が制御することを特徴としている。
本発明によるセルラ無線システムは、各基地局にその送信をスイッチオンまたはオフさせるように、活動集合の１つまたは幾つかの基地局のダウンリンク伝送を制御する手段を、加入者端末が備えていることを特徴としている。
本発明は、かなり多くの長所を提供する。基地局によって送信される信号の数を減少させることができ、それにより基地局によってもたらされる妨害レベルを低減させることができる。そのために、システムの容量が増加し、接続の質が改善される。
ハンドオーバも高速になる。活動集合の更新は低速であり、多くの信号方式を必要とする。本発明によれば、基地局は無線インタフェースの内部信号方式によって、または代替として、経路指定信号方式によって作動させることができる。移動局は、最良接続を提供する１乃至３基地局だけを活動にさせ続け、本発明による信号方式によって迅速にこのグループを更新しなければならない。その結果基地局から端末機器へのハードハンドオーバに似たプロセスが得られ、実効ハンドオーバマージンが極めて小さくなる。
固定されたネットワークは、普通のマクロダイバシティシステムと同じように動作させることができ、本発明による配列は、無線インタフェースだけに向けられている。
本発明によれば、妨害を増加させることなく活動集合のサイズ及び選択マージンを増加させることができる。これは、特にマイクロセル環境における困難な状況の下での最良接続を維持するのを容易にする。
本発明の方法の好ましい実施例は従属請求項(2)乃至(ll)に開示され、本発明によるセルラ無線システムの好ましい実施例は従属請求項(13)乃至(21)に開示されている。
以下に添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、セルラ無線システムを示す図である。
図２は、加入者端末の本質的な部分を示す図である。
図３は、基地局の本質的な部分を示す図である。
以下に本発明による方法を詳しく説明する。本発明による方法においては、マクロダイバシティ活動集合の選択は、基地局によって送信されたパイロット信号を加入者端末内で比較することに基づいて行われる。ある加入者端末において受信されたある基地局のパイロット信号の電力が、あるマージン内で受信された最強パイロット信号の電力に接近すると、この基地局は加入者端末によって維持されている基地局の活動集合に追加される。そうでない場合、基地局はその信号が劣化すると活動集合から除外される。活動集合の基地局は、もし信号対妨害比の面から可能である場合には同期させられ、加入者端末の信号を受信する。基地局からの接続が固定されたネットワークを通して確立され、これらの接続を通して基地局によって受信された信号を組合せることができる。加入者端末へ送信される活動集合の基地局の信号も、同じような技法で転送される。活動集合の基地局は加入者端末への接続、または少なくとも接続セットアップファシリティを有している。
信号の質を測定することによって、加入者端末は基地局の送信を変化させることができる。加入者端末は、送信をスイッチオンまたはオフさせることによって基地局のダウンリンク伝送を制御する。本発明による配列の基地局の送信がスイッチオフされた時、その基地局の送信が完全に中止されるか、または送信電力が所望の程度だけ低減させられるので、基地局によってもたらされる妨害は消滅する。送信電力の低減は、例えば40ｄＢ乃至３ｄＢであることができる。基地局の送信のオン及びオフの切り替えは、好ましくは基地局が直接受信できる加入者端末から送信される制御信号によって遂行するか、または制御信号を固定ネットワークによって送ることができる。詳しく述べれば、基地局の送信を切り替えさせる制御信号は、活動集合の全ての基地局に共通であるか、または各基地局毎に別個であり、この制御信号は規則的に（好ましくはあるフレームの間隔で）送信される。制御信号を規則的に送信すると、基地局の送信電力を精密な間隔で調整することができ、この調整間隔が短い場合（例えば、１フレーム）には、接続の減衰の変化が高速であっても、観測のために充分に迅速に調整が遂行される利点が得られる。制御信号を受信する全ての基地局は、電力調整を遂行する。加入者端末の信号を受信することができない基地局は、送信の誤りを観測し、この加入者端末への送信を中止する。送信電力を所定の時間内にゆっくりと低減させるか、または所定の遅れの後に送信を遮断することによって、送信を中止することが最も好ましい。基地局がその接続を失った後に（即ち、接続が所定のレベルよりも劣化した後に）送信を中止すると、加入者端末と通信する基地局の数を最少可能数に制限することができるという利点が得られる。基地局は、その基地局をスイッチオンさせる制御信号を加入者端末から受信できるようになると、再送信を開始する。
本発明の別の好ましい実施例では、加入者端末が送信する制御信号によって、活動集合の各基地局の送信が別々に調整される。各基地局は制御信号を別々に受信できるので、各基地局はそれ自体の送信電力を制御信号が決定する電力に調整する。制御信号を受信しない基地局は、第１の好ましい実施例におけるのと同一の技法で、加入者端末への送信を中止する。制御信号を各基地局毎に別々に送信することの長所は、本方法がより一層制御されることであり、各基地局の電力レベルを所望値に別々に調整できることである。制御信号は、幾つかの基地局によって受信された信号を集める（アセンブルする）こともできる。制御信号は、ネットワークのある部分において（例えば、基地局コントローラにおいて）集められ、また制御信号は各基地局に別々に信号される。
図１は、セルラ無線システムの図である。本発明による配列は、例えば異なるスペクトラム拡散システム、ＯＦＤＭＡシステムを含む全ての妨害制限されたセルラ無線システムに、及び本発明の好ましい実施例のＣＤＭＡシステムに適用可能である。セルラ無線システムは、複数の加入者端末１０１及び１０２と、基地局１０３乃至１０７とからなっている。加入者端末１０１及び１０２は、加入者端末が基地局のカバレッジエリア内に位置した時に、若干のトラフィックチャネル上で基地局１０３乃至１０７と通信する。ＣＤＭＡシステムを使用する場合には、トラフィックチャネルは全ての端末機器１０１及び１０２が基地局１０３乃至１０７へ送信する時に使用する、及び基地局１０３乃至１０７がダウンリンク伝送方向において使用する広周波数帯域からなる。図１においては、加入者端末１０１は基地局１０３及び１０４と通信するが、基地局１０４との接続が劣化し、基地局１０５との接続が改善されつつあるために、接続を基地局１０４から基地局１０５へ移す過程にあるものとしている。端末機器１０１は制御信号１１０を送信し、基地局にダウンリンク伝送方向の送信を行わせる。この例では、基地局１０３、１０４、及び１０５は、これらの基地局への接続の質が所要信号対雑音レベルよりも良好であるので、加入者端末１０１の活動集合を形成している。基地局１０５への接続が改善されつつあるので（パイロット信号の測定から分かる）基地局１０５は制御を受信し、端末機器１０１との接続を続ける。基地局１０４への接続は更に劣化し、その基地局は最終的に制御信号１１０を失う。そこで本発明の配列によれば、この基地局は端末機器１０１への接続を終わらせる。加入者端末は、基地局のダウンリンク伝送をスイッチオフさせる制御信号をも送信することができる。この制御信号は、活動集合の全ての基地局がそれらの送信を中止させないように、各基地局毎に別々に送信することができる。基地局コントローラ１０８は、基地局１０３乃至１０６の制御を管理し、信号の異なる部分が異なる基地局において受信された時に、基地局１０３乃至１０６に到着した信号を集める。
基地局コントローラ１０８は上述したような技法で動作し、特に本発明の配列において加入者端末１０１が基地局の送信電力を調整する制御信号１１０を送信する時には、信号の異なる部分が異なる基地局において受信される。基地局コントローラ１０８は、それが集めた制御信号のメッセージを、固定されたネットワーク１０９を介して、制御信号１１０の制御に従って動作する基地局１０３乃至１０６へ送る。
図２は、セルラ無線システムの加入者端末のトランシーバを示す図であって、このトランシーバには本発明による方法が適用可能である。加入者端末の受信部分は、信号を受信して中間周波数に変換する受信部分２１６と、信号をディジタル形状に変換する変換器手段２１８を備えている。変換された信号は検出器手段２２０へ供給され、検出された信号は、そこから更に、デインタリービング手段２２２へ、そして受信した信号をデコードする（即ち、チャネル及びスピーチの両方のデコーディングを行う）手段２２４へ供給される。
加入者端末の送信部分は、送信すべき信号をエンコードするための手段２００を更に備えている。エンコードされた信号は、このエンコードされた信号をインタリーブする手段２０２に供給される。インタリービング手段の出力信号は、送信すべきバーストを形成する手段２０４の入力に印加される。得られた信号は変調手段２０８へ供給され、変調手段の出力信号は送信機ユニット２１０及び二重フィルタ２１２を介してアンテナ２１４へ供給される。上述したブロックは、公知の技術で実現することができる。
装置は更に、上述したブロックの動作を制御する制御・計数手段２２６を備えている。制御手段２２６は、加入者端末自体の送信電力を調整する（即ち、加入者端末の信号方式及びトラフィックチャネルを調整する）のに使用することができる。本発明による配列では、これは特に、基地局の送信電力を調整する制御信号に関係している。制御信号の電力を調整すると、加入者端末のカバレッジエリア内に位置する基地局の数を制限することができる。これにより、加入者端末は最良の接続が得られる１乃至３基地局だけを活動に保持し、このグループを本発明による信号方式によって迅速に更新できる利点が得られる。有利なことには、これによりダウンリンク伝送方向において極めて小さい実効ハンドオーバマージンで、ハードハンドオーバに類似した動作がもたらされる。制御手段２２６は、異なる基地局から信号を受信し、比較する。比較に基づいて制御ユニットに含まれる手段２２６ａは、基地局の送信電力を調整する１つ、または複数の信号を形成する。この（これらの）信号は、通常は送信部分を介して送信される。基地局の送信を調整することによって、幾つかの基地局の合計送信電力を各状況に適するように最適化することができるので、基地局によってもたらされる妨害レベルを低減させることができる。本発明による配列においては、基地局の送信は、制御信号が基地局の送信をオンまたはオフに切り替えさせるように調整する。基地局の送信がオフにされた時のその送信電力は完全に中止されるか、または送信電力がある量（例えば、20ｄＢ）だけ低減させられる。この手順によって得られる利点は、高速ハンドオーバである。制御手段２２６は、端末機器自体の送信電力を調整するのに使用することもでき、このようにする長所は、その端末機器が通信する基地局の数を制限でき、また同時に妨害信号の数も減少させ得ることである。加入者端末の制御手段２２６及び２２６ａは典型的にはプロセッサによって実現することができるが、プロセッサと同じような機能を遂行することができる幾つかの他の種類のエレクトロニック接続で実現することもできる。加入者端末は、基地局から受信したパイロット信号の強度を測定するための手段２２０、２２６をも備えている。もしシステムがＣＤＭＡシステムであれば、通常はレーキ原理に従って実現されている受信機内の検出器ブロックは、典型的には幾つかの受信機枝路を備えており、その少なくとも１つはいわゆるサーチャ枝路であってパイロット信号の強度を測定するようになっている。
図３は、基地局のトランシーバを示す図である。基地局のトランシーバは、加入者端末のトランシーバと殆ど同一である。本発明によるセルラ無線システムのトランシーバは、端末機器と基地局との間の接続上の減衰を、受信したパイロット信号の電力と、送信に使用した電力とによって推定する手段２２０、２２６を備えている。基地局のトランシーバは更に、合計妨害、接続上の減衰、及び端末機器の送信電力に基づいてアップリンク伝送方向の信号対雑音比を推定する手段２２０、２２６を備えている。基地局機器はまた、端末機器から受信した信号の合計妨害を測定する手段２２０、２２６、及び既知の送信電力でパイロット信号を送信する手段２２０、２１４、２２６を備えている。
本発明による配列と、従来技術との最大の差は制御手段２２６にある。本発明の配列の基地局トランシーバの制御手段２２６は、基地局が加入者端末の制御信号を識別した時に、加入者端末への送信を開始する手段２２６ｂを備えており、基地局の送信をスイッチオンさせるために加入者端末から送信された信号を基地局が識別できなくなると、または送信をスイッチオフさせる制御信号を基地局が受信すると、手段２２６ｂを用いて基地局は加入者端末への送信を中止する。手段２２６ｂを用いて送信をゆっくりと中止させるか、または基地局の送信電力を所定の遅れ以内で低減させることによって即時中止を回避することができる。制御信号が明瞭でなくなった時に送信を中止することによって、特定の加入者端末と通信する基地局の数が減少し、従って妨害が減少する。接続の即時遮断を回避することによって、信号対雑音比の一時的な劣化によって基地局と加入者端末との間の接続が失われなくなる。基地局の制御手段２２６及び２２６ｂは典型的にはプロセッサによって実現されるが、プロセッサと同じような機能を遂行することができる幾つかの他の種類のエレクトロニック接続で実現することも可能である。
以上に本発明を添付図面に基づく例に関して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求の範囲に記載されているアイディアに従う多くの方法で変更できることは明白であろう。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの加入者端末（１０１及び１０２）及び複数の基地局（１０３−１０７）を備え、上記加入者端末（１０１）は上記基地局の活動集合（１０３−１０６）を維持して絶えず更新するようになっており、上記活動集合に属する１つまたは幾つかの基地局（１０３−１０６）が上記加入者端末（１０１）への接続または接続セットアップファシリティを有しているセルラ無線システムのハンドオーバ方法において、
   上記加入者端末（１０１）は、上記活動集合における少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）へ少なくとも１つの制御信号を送信し、上記少なくとも１つの制御信号を受信する各基地局は、該少なくとも１つの制御信号に基づいてその送信をスイッチオンまたはスイッチオフすることを特徴とする方法。
2. 上記加入者端末（１０１）は、上記活動集合の１つまたは幾つかの基地局（１０３−１０６）が上記加入者端末（１０１）との接続を失い、次いで上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）がそのダウンリンク伝送をスイッチオフするまで、上記少なくとも１つの制御信号の送信電力を減少させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）は、所定の遅れの後に上記加入者端末（１０１）との接続をスイッチオフすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）は、所定の時間内に上記送信電力を低減させることによって上記加入者端末（１０１）との接続をスイッチオフすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 上記加入者端末（１０１）は、各基地局毎に別個の制御信号（１１０）を送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 上記加入者端末（１０１）は、上記活動集合の全ての基地局（１０３−１０６）に共通である制御信号（１１０）を送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 上記加入者端末（１０１）は、規則的な間隔で制御信号（１１０）を送信することを特徴とする請求１に記載の方法。
8. トラフィックチャネルの送信がフレームの形状の規則的な間隔で行われる場合には、上記加入者端末（１０１）は１つのフレームの間隔で上記制御信号を送信することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）に向けられた上記制御信号（１１０）が異なる基地局（１０３−１０６）によって受信される異なる部分に分割されている場合には、各基地局に向けられた上記制御信号（１１０）は１つの基地局コントローラ（１０８）において、またはネットワークのある部分において上記異なる部分から集められ、このようにして形成された上記制御信号が上記基地局（１０３−１０６）へ戻して信号されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 少なくとも１つの加入者端末（１０１及び１０２）及び複数の基地局（１０３−１０７）を備え、上記加入者端末（１０１）は上記基地局の活動集合（１０３−１０６）を維持して絶えず更新するようになっており、上記活動集合に属する１つまたは幾つかの基地局が上記加入者端末（１０１）への接続または接続セットアップファシリティを有しているセルラ無線システムにおいて、
    上記加入者端末（１０１）は、上記活動集合の１つまたは幾つかの基地局（１０３−１０６）への少なくとも１つの制御信号を形成して送信し、各基地局（１０３−１０６）は、上記少なくとも１つの制御信号に基づいてそのダウンリンク伝送をスイッチオンまたはスイッチオフするように構成されていることを特徴とするセルラ無線システム。
11. 上記加入者端末（１０１）は、それ自体の信号方式及びそのトラフィックチャネルを制御する手段（２２６）を備えており、該手段（２２６）は、上記活動集合の１つまたは幾つかの基地局（１０３−１０６）が上記加入端末（１０１）との接続を失うまで、上記少なくとも１つの制御信号の送信電力を減少させ、上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０６）は、上記加入者端末との接続に応答してそのダウンリンク伝送をスイッチオフするように構成されている請求項１０に記載のセルラ無線システム。
12. 上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０７）は、所定の遅れの後に上記送信をスイッチオフする手段（２２６ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のセルラ無線システム。
13. 上記少なくとも１つの基地局（１０３−１０７）は、上記送信をスイッチオフする手段（２２６ｂ）を備えており、該手段（２２６ｂ）は、所定の時間内に上記送信電力を低減させるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のセルラ無線システム。
14. 上記加入者端末（１０１）は、各基地局毎に別個の制御信号（１１０）を送信する手段（２２６ａ）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のセルラ無線システム。
15. 上記加入者端末（１０１）は、上記活動集合の全ての基地局（１０３−１０６）に共通である制御信号（１１０）を送信する手段（２２６ａ）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のセルラ無線システム。
16. 上記加入者端末（１０１）は、規則的な間隔で制御信号（１１０）を送信する手段（２２６ａ）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のセルラ無線システム。
17. トラフィックチャネルの送信は、フレームの形状の規則的な間隔で行われるようにされており、上記加入者端末（１０１）は１つのフレームの間隔で上記制御信号を送信する手段（２２６ａ）を備えていることを特徴とする請求項１６に記載のセルラ無線システム。

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