JP4316805B2 - 無線通信システムにおけるソフトハンドオフ使用を制御する方法及び装置 - Google Patents
無線通信システムにおけるソフトハンドオフ使用を制御する方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
背 景
本発明は一般的にはソフトハンドオフ能力をもつ通信システムの分野に関し、特に、ある環境下ではソフトハンドオフの適用を制限することにより干渉を減少させることに関する。
【0002】
セルラ通信システムの簡単なレイアウトが図1に図示されている。移動局M1−M10は、セルラ基地局B1−B10に無線信号を送信したり、また、セルラ基地局B1−B10から無線信号を受信することにより、公衆交換電話ネットワーク(PSTN)の固定の部分と通信をしている。セルラ基地局B1−B10はさらに移動交換センタ(MSC)を介してPSTNと接続されている。各基地局B1−B10は、対応する領域、或いは、“セル”C1−C10内で信号を送信する。各セル内では、基地局はダウンリンクRFチャネルで移動ユニットに送信を行う一方、移動ユニットはアップリンクRFチャネルで基地局に情報を送信する。
【0003】
セルラシステムは元々、移動局と地理的なセルをカバーする関連基地局との間で1対1の対応関係で動作するように設計されているが、同じ信号を1つ以上のリンクで移動局に通信することによりシャドウイングやフェーディングの影響を少なくできるように定められている。例えば、2つの異なる基地局は、同じ情報を2つの空間的に異なるオフセットリンクで移動局に通信できる。移動局では2つのリンクからの信号を、ある方法、例えば、最大比結合でこれらを選択或いは結合することにより処理する。この技術はダイバーシティとして知られている。従来の空間的ダイバーシティ技術では1つの基地局の2つ以上の分離されたアンテナ、或いは、2つ以上の基地局を用い移動局との通信を行う。しかしながら、ダイバーシティは空間的にオフセットをもつ基地局やアンテナ(即ち、複数の伝送経路)に限定されるものではない。ダイバーシティ伝送は、時間、分極、或いは周波数の1つ以上のオフセットを用いて生成されても良い。
【0004】
マクロダイバーシティが一般的に実践されている1つの領域はハンドオフ期間である。そのような場合、候補の基地局(即ち、移動局がハンドオフされることになる基地局)は、現在の用いられている基地局がメッセージ情報の送信を終了する前に実質的にその同じメッセージ情報を移動局に送信することを開始する。このマクロダイバーシティの用い方は一般にはソフトハンドオフとして言及される。
【0005】
図2は、第1の、元々の基地局202と、第2の、候補の基地局204が夫々、同じメッセージ206を移動局208に送信する場合のソフトハンドオフの構成を図示している。メッセージ206は第1のダウンリンク210と第2のダウンリンク212の形態によって異なる信号経路で移動局208に送信される。第1及び第2のダウンリンク信号210と212とは移動局208で再結合され(或いは、受信信号の1つが選択され)、メッセージ206を抽出する。移動局208は基地局202と204とへ第1及び第2のアップリンク経路214と216とで夫々、送信する。時間的なある地点で、第1、つまり、元々の基地局202から移動局へのメッセージ情報の送信が終了し、ソフトハンドオフ処理が完結する。
【0006】
ソフトハンドオフはまた、1つの基地局からの複数の送信を用いても実行される。図3は、アンテナアレイ304により生成される第1と第2の指向性ローブが夫々、異なる領域をカバーする場合の、1つの基地局によるマクロダイバーシティの構成を図示している。移動局308は上述した方法で、1つのローブから別のローブへとハンドオフされる。即ち、第1の指向性ローブ318はメッセージ306を搬送する第1のダウンリンク310を含む第1のダイバーシティリンクを維持する。第2の指向性ローブ320もまたメッセージ306を搬送する第2のダウンリンク312を含む第2のダイバーシティリンクを確立する。第1及び第2のアップリンク314と316とは夫々、各ローブ318と320の中で移動局308からアンテナアレイ304に通信を行う。再び、時間的にある地点で、元々のローブからの送信が終了してハンドオフを完了する。同じアプローチが指向性或いはセクタアンテナをもつ基地局で用いられ、ここでは、ソフトハンドオフがセクタアンテナ間で実行される。この技術はしばしば“ソフタハンドオフ”として言及される。
【0007】
ソフトハンドオフの構成において、特定の移動局と通信を行う基地局及び/或いはアンテナは、“アクティブセット”メンバとして知られている。例えば、図2に戻ると、基地局202と204はアクティブセットのメンバと考えられる。当業者であれば2つ以上の基地局及び/或いはアンテナがアクティブセットの一部でも良いことを認識するであろう。移動局がシステムの基地局及び/或いはアンテナによって扱われるカバー領域の中へと移動し、その領域から外へとでて通過していくとき、アクティブセットのメンバも変化する。
【0008】
ソフトハンドオフは、時分割多元接続(TDMA)と符号分割多元接続(CDMA)を用いたシステムを含む多くの異なるタイプの無線通信システムにおいて用いられてきた。ソフトハンドオフは耐性を強化し、ダウンリンク品質の改善を達成し、フェーディングを除去しようと努めている。しかしながら、ソフトハンドオフはしばしば、受信機に実質的に同じ情報を送信するために用いられる付加的な送信ソースのために、システムの能力やネットワークの資源に対して悪い影響を与えるかもしれない。
【0009】
従来のソフトハンドオフシステムは通常、アクティブセットにおいて、各アンテナについて同量のダウンリンク送信電力を使用する。例えば、IS−95システムにおいて、同じ送信電力レベルがアクティブセットの全てのダウンリンクに対して用いられる。他のユーザへの望ましくない干渉のために、アクティブセットに要素を追加したり、また、そこから除去することには注意深い考察が求められ、これによって関係のないリンクにおける干渉が最小化される。従って、干渉を制御する方法は、アクティブセットにおける基地局及び/或いはアンテナの数を制限することである。この技術は、例えば、公表されているギルハウゼンら(Gilhousen et al.)による国際特許出願(PCT)WO/95/12297で説明されており、そこでは、ソフタハンドオフに関係するセクタは逆方向リンク信号強度のために監視される。セクタの1つからの送信信号強度が、所定期間の間、所定の閾値より下に落ちると、基地局はそのセクタからの送信を中断する。
【0010】
ソフトハンドオフ/マクロダイバーシティ動作からの不必要な干渉の影響を小さくするために従来のシステムにおいて用いられている別の方法は、パワースプリット制御である。パワースプリット制御において、ダウンリンク送信電力は、アクティブセットにおける各アクティブ基地局及び/或いはアンテナ間での等しく分配されたものであるかもしれない。即ち、3つのダウンリンクがあり、全送信電力Pが利用可能である場合、各ダウンリンクはP/3の送信電力がある。しかしながら、そのような割り当てを用いてさえも、アクティブセットの“最弱”のダウンリンクがP/3の電力レベルで動作するときに、誘導される不必要な量の干渉があるかもしれない。即ち、実際のところ、そのリンクは通信の耐性で少しの改善をもたらすかもしれないが、結局、過度に干渉を誘導することにより周囲の通信に非常に大きな混乱を招くことになるかもしれない。結果として、通信効率の点で非常に小さな利得しかないが、隣接セルについてのC/I比が悪い影響を受ける。
【0011】
最近、特許出願人はあるトラフィックモデルでは無線通信システムにおける大多数の呼、例えば、70%程度は、相対的には静止している移動ユニットによってなされることを示唆していることを認識した。この現象は年々にわたる移動ユニットのサイズの急速な小型化のためであるかもしれず、これによって、車両に残しておくことを保証するのに十分に大きなごく初期の移動ユニットとは全く反対に、今やユーザは容易に移動ユニットを持ち運ぶことができる。もし、これら大多数の静止状態にある呼が、システムのソフトハンドオフ機能の契機となるセル内の場所場所から発せられたなら、それは、大多数の静止している移動ユニットが1つ以上の連続する呼の間、ソフトハンドオフモードに留まるという場合であるかもしれない。即ち、移動ユニットが静止しているために、その移動ユニットはハンドオフされることなく複数の送信ソースからの送信を受信し続ける。上述のように、これはシステム全体の能力の点で悪い効果となる。さらにその上、移動ユニットは静止状態にあるとき、ソフトハンドオフモードにあることから十分な、付加的ダイバーシティの利得を必ずしも得るわけではない。
【0012】
従って、移動ユニットが静止している状態において、システム能力を改善するためにソフトハンドオフの適用を制限する方法とシステムとを提供することが望まれている。
【0013】
要 約
本発明は、静止状態にある、或いは、実質的に静止状態にある移動局を識別して、アクティブセットから受信強度の弱いメンバを除去するために用いる閾値を調整するか、或いは、最弱のメンバを無条件に除去することによって、上述の問題を解決している。
【0014】
本発明の代表的な実施形態では、静止状態かどうかを決定するために移動局に関連した位置情報を用いる。移動局それ自身或いはシステムに基づいて、任意の公知の位置決定技術が用いられる。もし、システムが静止状態にある移動局に関連している特定の接続を識別するなら、システムはその接続のために、アクティブセットにおいて送信ソースを維持するためにより高い閾値を適用し、そのアクティブセットにおける要素数をおそらく減少させる。
【0015】
詳 細 な 説 明
次の代表的な実施形態はCDMA無線通信システムの環境で備えられる。しかしながら、当業者であれば、このようなアプローチの仕方は単に説明を目的として用いられているのであり、本発明は周波数分割多元接続(FDMA)、時間分割多元接続(TDMA)、符号分割多元接続(CDMA)、及び、これらのハイブリッド形を含む全てのタイプのアプローチの仕方に容易に適用可能であることを認識するであろう。
【0016】
さて、図4に図示された代表的な状態を考慮しよう。ここでは、基地局400が第1のセルの無線通信サービスをサポートし、基地局410が第2のセルの無線通信サービスをサポートする。図示してはいないが、基地局400と410は移動交換センタ(MSC)を経由して無線ネットワーク制御局(RNC)と通信を行う。さらに、移動交換センタ(MSC)は公衆交換電話ネットワーク(PSTN)に接続されている。この代表的な実施形態の目的のために、図4に図示されたシステムがCDMA技術を用いて二重化されたダウンリンク(即ち、基地局から移動局への方向)とアップリンク(即ち、移動局から基地局への方向)チャネルで運用されることを考慮する。この代表的なCDMAシステムの環境では、物理チャネルはその符号(即ち、短い、長い、或いは、その結合)、周波数、バンド幅によって識別される。
【0017】
この例は、また、基地局400と410との間のセル境界近くに位置する2つの移動局420と430を図示している。もちろん、当業者であれば、基地局400と410とが典型的には多くの移動局との接続を同時にサポートするが、これら2つの代表的な移動局とネットワークとの間の相互作用が本発明に従うソフトハンドオフ/マクロダイバーシティ技術を図示するには十分であることを認識するであろう。この例では、移動局420は2つの基地局に相対的に静止或いは実質的に静止している一方、移動局430は基地局400を離れ徐々に基地局410の方向に向かうように図示された矢印の方向に移動している。しかしながら、両方の移動局も現在のところ、両方の基地局からの送信を受信している、即ち、これらはソフトハンドオフモードにある。
【0018】
この技術分野ではよく知られているように、移動局は隣接するソース、例えば、基地局やアンテナ要素の送信を監視する一方、それはシステムに接続される。受信信号品質及び/或いは強度に関係した情報はシステムに戻されて、その移動局の候補のセットにこれらの隣接するソースを配置するために用いられる。ある時間には、その候補のセットの1つ以上のソースがアクティブセットに加えられるかもしれない。例えば、多くのシステム、特にCDMAシステムでは、移動局がセルの境界に近づくとき、その移動局は、別の送信ソース(例えば、別の基地局及び/或いは同じ基地局からの別のアンテナ要素)が実質的に同じ信号をその移動局に送信しはじめる領域へと入っていくかもしれない。そのとき、その移動局は複数の受信信号を結合して、1つのソースからの情報を受信することだけから得られるものより良い品質の合成信号を創生できる。
【0019】
ネットワークは、移動局がその隣接するソースからの送信を受信するときの受信強度を監視し、その監視された値を所定の閾値と比較することにより、移動局が追加されるべきか或いはアクティブセットから削除されるべきかを認識する。例えば、ヒョング−ゴー−イェオン(Hyoung-Goo Jeon)らによる“DS−CDMAセルラシステムにおける呼のブロッキング率を低減するチャネル割り当て方式(A Channel Assignment Scheme for Reducing Call Blocking rate in DS-CDMA Cellular System)”という名称の論文に説明されているように、システムは、もし、測定された信号強度がT_DROPより小さいなら送信ソースがアクティブセットから除去されるように所定のパラメータT_DROPをもち、また、測定された信号強度がT_ADDを超えるなら対応する送信ソースがアクティブセットに追加されるように所定のパラメータT_ADDをもつことができる。
【0020】
イェオン(Jeon)の論文は、システム負荷が高いときにはT_DROPの値を増やしてソフトハンドオフで用いられるトラフィックチャネルを解放し、これらのトラフィックチャネルが再利用されて新しい呼を確立し呼のブロッキングを防止することを提言している。しかしながら、本出願人はシステム能力がこれらの問題を処理するまでになるまで待つ代わりに、特定の呼に関連したアクティブセットが、これらの呼が静止している移動局に向けられたものであるときには、T−DROPを大きくすることにより減らされることを見い出した。このようにして、進行中の接続に関連した品質に悪い影響を与えることなく、システム能力が最適化される。
【0021】
図4の例に戻って考えると、従って、本発明は異なる方法で移動局420と430とに関連したアクティブセットを扱う。即ち、図5のフローチャートに図示されているように、システムはまず移動局が静止或いは実質的に静止しているかかどうかをステップ500において決定する。この決定は数多くの異なる方法でなされる。例えば、ある無線通信システムでは、例えば、移動局のユーザによってなされた緊急呼び出しに即座に対応するために移動局の位置を決定する機構を備えている。従って、ステップ500によって説明されたテストを実施する第1の技術は、移動局が移動しているかどうかを決定するための連続的な位置の値を用いることである。静止状態にある移動体を識別する第2の技術は、移動局の速度を決定することによる。これは、例えば、移動局で受信された信号についてのドップラー効果を測定し、基地局に相対的な移動局の動径方向の速度を決定することによって達成される。このチェックを実行する第3の技術は、移動局によって受信された信号に関連した品質パラメータに関連する測定レポートを定期的に処理することである。例えば、1つの接続からの受信信号強度、ビットエラー率、及び/或いは、フレームエラー率が定常状態にあるかどうかを調べるチェックによって、移動局が静止状態にあるかどうかに関する示唆が提供される。
【0022】
もし、上述した第1の技術が用いられるなら、位置情報は多くの方法で決定される。移動局はそれ自身の位置を評価し、その座標を備えたメッセージをシステムに送信する。これは、例えば、全球測位システム(GPS)衛星ネットワークからの位置情報を受信するGPS受信機を備えた移動ユニットを備えることによって達成される。
【0023】
また、基地局に対して信号を送信したり、或いは、基地局から信号を受信する基地局が用いられて移動局の位置を決定しても良い。移動局信号の減衰、到達角度、異なる基地局における移動局信号の到達時刻(TDOA)の差を含め、種々の技術が移動局ユニットの位置情報を提供する上で用いられることが提案されている。例えば、SPIE第2602巻、第134〜144頁にあるルイス A.スティルプ(Louis A. Stlip)による“狭帯域セルラ信号を位置決めする到達時刻差の技術(Time Difference of Arrival Technology for Locating Narrowband Cellular Signals )”を参照されたい。
【0024】
無線通信システムにおいて移動局を位置決めする基本方針の第3の範疇に属するものは補助的システム、即ち、その無線通信システムとは完全に独立しても良いし、或いは、その無線通信システムとは種々の要素(例えば、アンテナ)を共有するがそこからの信号は別々に処理するシステムの備えが関係している。これには、例えば、システムにある数多くの既存の基地局を変更することなく移動ユニットの位置を提供する好都合な解決策として利点がある。補助的システムの代表的な利用に関するより詳細なことは、スティルプ(Stlip)らによる“セルラ電話位置決めシステム(Cellular Telephone Location System)”という名称の米国特許第5,327,144号に見出すことができ、その開示はここで参照によって組込まれている。
【0025】
さて、図5のフローチャートに戻ると、システムは上述した方法のいずれか、或いは、ある他の技術を用いて移動局が静止或いは実質的に静止しているかどうかをステップ500で決定する。この決定をして、システムはアクティブセットからの(或いはアクティブセットに)送信ソースを除去する(及び/或いは追加する)適切な閾値を選択する。例えば、移動局420が相対的に静止していることをステップ500で決定すれば、システムは第1のT_DROP値(ステップ510)を用いてアクティブセットから送信ソースを除去するかどうかを決定する。これには、ステップ516における選択されたT_DROP値と各送信ソースに関連した受信信号強度(RSS)とを比較することや、ステップ518におけるその閾値より小さくなったソースを選択的に除去することが含まれていても良い。さもなければ、もし、システムが、例えば、移動局430の場合のように、移動局が移動していると決定するならシステムはステップ520に示されているように、T_DROPパラメータについて第2の閾値を用いることができる。
【0026】
典型的には、T_DROPについての第2の値はT_DROPについての第1の値よりも小さくなり、受容可能な品質を維持するために付加的な受信信号を必要とする移動端末に対して、ソフトハンドオフはより長くより頻繁に続くであろう。当業者であれば、T_DROPの第1と第2の値とは、ネットワークのオペレータの好みに基づいて、実施形態毎におそらく変化するであろう。さらにその上、第1のより大きな閾値を備えることへの代替策として、一度、移動局が静止状態にあると識別されたなら、システムはアクティブセットの全ての要素を評価して、そこから最弱の送信ソースを削除することもできる。
【0027】
呼がソフトハンドオフのモードから外された後、T_DROPは大きくされ、信号品質(或いは、移動局の静止状態品質)が引き続き、或いは、定期的に監視される。もし、その品質が劣化し始め、及び/或いは、移動局が移動し始めるなら、その呼は再びソフトハンドオフのモードに戻されて、T_DROPは小さくされるであろう。
【0028】
ある場合には、ソフトハンドオフのモードに適しているかどうかを決定する適用可能な閾値を移動局に通知することが望まれる。例えば、T_ADDとT_DROPはセルの全ての移動局への同報制御チャネルに設けられているセルレベルパラメータである。1つの移動ユニットが静止状態にあるとして認識されるとき、セルの全ての移動局についてのT_ADDとT_DROPを変化させることなく、新しいT_DROP及び/或いはT_ADDを通知する移動局に、メッセージがトラフィックチャネルで送信される。
【0029】
本発明は好適な実施形態のみに関して詳細に説明したが、当業者であれば、種々の変形が逸脱することなくなされることを認識するであろう。例えば、ただ2つの閾値だけが上述されたが、当業者であれば、2つ以上の閾値が存在しても良いことや、移動局が静止しているかどうかという観点から変形されても良いことを認識するであろう。さらにその上、閾値を変更することは、実質的には静止している移動体についてのアクティブセットを調整するという概念を実施するためには必ずしも必要ではない。例えば、静止状態にある移動局が識別されたとき、最弱の受信信号強度の基地局はその送信電力を、その強度が実際に変形されないT_DROP閾値を下回るまで、低下させることができる。従って、本発明は、全ての同等物はそこに含まれるものであることが意図されている請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的、特徴、及び、利点は図面と関連して詳細に記述された説明を読むことによって、より容易に理解できるが、その図面は次の通りである。
【図1】 本発明が利用される従来のセルラ通信システムを図示している。
【図2】 2つの個々の基地局が移動局と通信を行う場合のソフトハンドオフのシナリオを図示している。
【図3】 夫々が異なるカバー領域を扱う別々のローブを伝播させるアレイアンテナ或いは複数のセクタアンテナを用いて、個々の基地局が移動局と通信を行う場合の、マクロダイバーシティシナリオを図示している。
【図4】 静止状態にある移動局と移動中の移動局が2つの送信ソースから信号を受信する場合の、本発明に従う代表的なシナリオを図示している。
【図5】 本発明の代表的な実施形態に従ったソフトハンドオフ/マクロダイバーシティを扱う方法を示すフローチャートである。
Claims (19)
- 無線通信システムにおけるハンドオフを実行する方法であって、
複数のソースから遠隔局に実質的に同じ情報を送信する工程と、
前記遠隔局が実質的に静止しているかどうかを決定する工程と、
前記決定する工程の結果を用いて、前記複数のソース各々からの送信を評価する工程と、
前記評価する工程の結果に基づいて、前記複数のソースの少なくとも1つからの送信を選択的に終了する工程とを有することを特徴とする方法。 - 前記評価する工程は、さらに、もし前記遠隔局が実質的に静止しているなら第1の閾値に対して前記送信を評価し、さもなければ第2の閾値に対して評価を行う工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数のソースは複数の基地局を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数のソースは基地局に関連した複数のアンテナ要素を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1の閾値は前記第2の閾値より大きく、
前記選択的に終了する工程は、おそらく、実質的に静止している遠隔局への接続に関連した送信ソースを終了させることを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記決定する工程は、さらに、前記無線通信システム内において、位置確認機能を実行して前記遠隔局の位置を取得し、連続的な位置を評価して前記遠隔局が実質的に静止しているかどうかを決定する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記決定する工程は、さらに、前記遠隔局の速度を検出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記決定する工程は、さらに、前記遠隔局に関連した少なくとも1つの受信信号品質パラメータを評価する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 複数のソースから遠隔局に実質的に同じ情報を送信する手段と、
前記遠隔局が実質的に静止しているかどうかを決定する手段と、
前記決定する手段の出力を用いて、前記複数のソース各々からの送信を評価する手段と、
前記評価する手段の出力に基づいて、前記複数のソースの少なくとも1つからの送信を選択的に終了する手段とを有することを特徴とする無線通信システム。 - 前記評価する手段は、もし前記遠隔局が実質的に静止しているなら各送信に関連したパラメータを第1の閾値と比較し、さもなければ第2の閾値に対して比較を行うことを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
- 前記複数のソースは複数の基地局を有することを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
- 前記複数のソースは基地局に関連した複数のアンテナ要素を有することを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
- 前記第1の閾値は前記第2の閾値より大きく、
前記選択的に終了する手段は、おそらく、実質的に静止している遠隔局への接続に関連した送信ソースを終了させることを特徴とする請求項10に記載の無線通信システム。 - 前記決定する手段は、さらに、前記無線通信システム内において、位置確認機能を実行して前記遠隔局の位置を取得し、連続的な位置を評価して前記遠隔局が実質的に静止しているかどうかを決定する手段を有することを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
- 特定の受信機に信号を送信するアクティブなソースのセットを調整するシステムであって、
前記受信機が実質的に静止しているかどうかを決定する位置決定機構と、
前記アクティブなセット内の各ソースの信号強度を閾値と比較する評価機能とを有し、
前記閾値は前記受信機が実質的に静止しているかどうかに依存して変化し、
前記評価機能の結果に基づいて前記アクティブセットからソースを取り除くことを特徴とするシステム。 - 前記位置決定機構は前記受信機内にあることを有することを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記位置決定機構は前記受信機以外の前記システムの一部の中にあることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
- 前記評価する工程は、さらに、もし前記遠隔局が移動しているなら閾値に対して前記複数のソース各々からの送信を評価し、さもなければ前記複数のソースの内最弱のものを識別することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数のソース各々からの送信を評価する手段は、もし前記遠隔局が移動しているなら第1の閾値に対して前記送信を比較し、さもなければ前記複数のソースの内最弱のものを識別することを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。
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