JP4318731B2 - 基地局装置、端末、移動通信システム及び優先度設定方法 - Google Patents

基地局装置、端末、移動通信システム及び優先度設定方法 Download PDF

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Description

本発明は、基地局装置、端末、移動通信システム及び優先度設定方法に係り、特に伝送速度が異なる無線システムから成る移動通信システム、その移動通信システムに含まれる基地局装置、伝送速度が異なる無線システム間をハンドオーバする端末及びその端末に与える優先度を設定する優先度設定方法に関する。
近年、異なる技術を使った無線システム同士の相互接続を行い、様々な場所で無線システムに固定されない通信環境を提供する為の検討が行われている。無線システムに固定されない通信環境の一例としては、W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)システムと無線LAN(Local Area Network)システムとを相互接続した移動通信システムがある。
ここでは、通信エリアの面からW−CDMAシステムと無線LANシステムとを比較する。W−CDMAシステムは、基地局のセル半径が数kmと広く、基地局を跨いで移動しても通信が継続されるので、サービスエリアを大きく広げることができる。
一方、IEEE802.11規格に準拠している無線LANシステムは、アクセスポイントの通信範囲が数十〜数百mと狭く、アクセスポイント間のハンドオーバが規定されていない。ハンドオーバとは、端末が移動しながら通信を行っている場合に、接続しているアクセスポイントを自動的に切り替える操作を言う。したがって、無線LANシステムは通信したままアクセスポイント間を移動できず、サービスエリアを大きく広げることができない。
続いて、伝送速度の面からW−CDMAシステムと無線LANシステムとを比較する。IEEE802.11a,g規格に準拠している無線LANシステムは、伝送速度が最大54Mbpsとなり、W−CDMAシステムの伝送速度14.4Mbpsよりも高速である。
よって、W−CDMAシステムと無線LANシステムとを相互接続した移動通信システムでは、高速移動中にW−CDMAシステムを使用し、静止状態で高速な通信を行なう場合に無線LANシステムを使用するというように、異なる技術を使った無線システムの長所を生かして常に最適な通信が行える。
また、移動通信システムでは例えばパケット通信が行われる。このようなパケット通信では、限られた無線リソースに多数のパケットを多重する為のスケジューラが用いられている。パケット通信では、音声サービスやリアルタイム通信サービス等の遅延の要求が厳しいサービスに対処する為、サービスや端末毎に優先度を設けて優先度に応じたスケジューリングを行っている。
非特許文献1には、無線LANシステムとUMTS(Universal Mobile Telecommunications System)とのハンドオーバ等を行なう手順やシステムが開示されている。非特許文献2には、異種無線アクセスネットワーク(RAN)間でハンドオーバを行なう端末について開示されている。特許文献1には、新しいサービスエリアにハンドオーバする新参端末と、そのサービスエリアの古参端末とのパケットに関する優先度を、予め定められた定義に従って変更する無線通信システムが開示されている。
特開2003−110574号公報 UMA-Unlicensed Mobile Access(UMA) technology(http://www.umatechnology.org/)UMA User Perspective(Stage 1)R1.0.0 2003年 電子情報通信学会総合大会 B−5−133 RANオーバレイ型MIRAIシステム
異なる技術を使った無線システム同士の相互接続を行い、常に通信を行えるようにする為には、シームレスな無線システム間のハンドオーバが重要である。しかしながら、伝送速度が異なる無線システム間をハンドオーバした場合、伝送速度が高速な無線システムに接続していた端末は、伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバしたあと伝送レートが急激に遅くなる。
例えばIEEE802.11a,g規格に準拠している無線LANシステムからW−CDMAシステムにハンドオーバした場合は、最大伝送速度で3.75倍(54Mbps/14.4Mbps)の差がある。また、一般にハンドオーバする端末の伝搬環境は劣悪であり、スケジューラによって伝搬環境が悪い端末の優先度が下がるように無線リソースが割り当てられる。したがって、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバした端末の伝送速度は急激に遅くなっていた。
伝送速度が遅くなると遅延は増大する。したがって、遅延の揺らぎに敏感なアプリケーションや遅延の大きさが問題となるサービス(ゲームやネットトレーディング等)が致命的な影響を受けるので、急激な伝送レートの低下を避けなければならないという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、伝送速度が異なる無線システム間をハンドオーバするときに伝送速度の急激な低下を緩和する基地局装置、端末、移動通信システム及び優先度設定方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、第1の無線システムに含まれる基地局装置であって、伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする。
また、本発明は、伝送速度の異なる無線システム間をハンドオーバする端末であって、第1の無線システムから前記第1の無線システムよりも伝送速度が遅い第2の無線システムにハンドオーバするときに、通常よりも高い優先度を前記第2の無線システムに含まれる基地局装置から与えられることを特徴とする。
また、本発明の移動通信システムは、第1の無線システムから前記第1の無線システムよりも伝送速度が遅い第2の無線システムにハンドオーバする端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする。
また、本発明の優先度設定方法は、第1の無線システムから前記第1の無線システムよりも伝送速度が遅い第2の無線システムにハンドオーバする端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする。
本発明では、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバした端末に、通常よりも高い優先度を与えることにより、その端末の伝送速度の急激な低下を避けることができる。なお、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバしてきた端末による無線リソースの独占を防ぐため、所定時間が経過した後で優先度を通常に戻すようにすることができる。
なお、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバした端末に与える優先度は、例えばQoS,SIR,CIR,受信レベルが同一な端末に通常与えられる優先度よりも高い優先度を与えるようにすることができる。
本発明によれば、伝送速度が異なる無線システム間をハンドオーバするときに伝送速度の急激な低下を緩和する基地局装置、端末、移動通信システム及び優先度設定方法を提供可能である。
本発明による移動通信システムの一実施例の構成図である。 本発明による端末の一実施例の構成図である。 基地局又はネットワーク制御局の一実施例の構成図である。 システム間ハンドオーバ判定部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 優先度決定部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 従来の移動通信システムにおけるスケジューリングを表すイメージ図である。 本発明の移動通信システムにおけるスケジューリングを表すイメージ図である。
符号の説明
100 端末
110 システム間ハンドオーバ検出部
111 受信電力測定部
112 スループット検出部
113 ハンドオーバ検出部
120 アプリケーション
130 ベースバンド処理部
140 変復調器
150 送受信機
160 制御部
200,300 無線システム
400 ネットワーク
401 スケジューラ
402 優先度決定部
403 システム間ハンドオーバ判定部
404 タイマ
本発明では伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバした端末に、通常よりも高い優先度を与える為、以下のような各種手段を提供する。
まず、本発明では、端末が無線システム間をハンドオーバするかどうかを判定するシステム間ハンドオーバ検出手段をハンドオーバ元の無線システム又は端末に設置し、無線システム間ハンドオーバ検出手段によりハンドオーバを検出する。
ハンドオーバ先の無線システムには、端末が伝送速度の高速な無線システムからハンドオーバしてきたか否かを判定する為の情報が通知される。本発明では、ハンドオーバ先の無線システムに、伝送速度の高速な無線システムからハンドオーバしてきた端末に対して通常よりも高い優先度を優先度決定手段に決定させる無線システム間ハンドオーバ判定手段を設置する。
したがって、優先度決定手段は伝送速度の高速な無線システムからハンドオーバしてきた端末に対して通常よりも高い優先度を決定し、その優先度をスケジューラに通知することができる。なお、無線システム間ハンドオーバ判定手段は、伝送速度の高速な無線システムからハンドオーバしてきた端末による無線リソースの独占を防ぐため、所定時間が経過した後で優先度を通常に戻すことができる。
また、伝送速度が高速な無線システムからハンドオーバしてきた端末に与える優先度は、例えばQoS(Quality of Service),SIR(Signal to Interference Ratio),CIR(Carrier to Interference Ratio),受信レベル等が同一な端末に通常与えられる優先度よりも高い優先度を与えるようにすることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明していく。
図1は、本発明による移動通信システムの一実施例の構成図である。図1の移動通信システムは、端末(MS)100と、無線システム200と、無線システム300と、無線システム200及び無線システム300を接続するネットワーク(例えばIPネットワーク)400とを含む構成である。本実施例では、無線システム200が無線LANシステム、無線システム300がW−CDMAシステムである例を説明する。
端末100は、無線LANシステム及びW−CDMAシステムのどちらとも通信が可能であり、無線LANシステムとW−CDMAシステムとの間でハンドオーバが可能である。つまり、端末100は移動しながら通信を行っている場合に、接続している無線LANシステム又はW−CDMAシステムを自動的に切り替えることができる。
図2は、本発明による端末の一実施例の構成図である。端末100は、システム間ハンドオーバ検出部(システム間HO検出部)110と、アプリケーション120と、ベースバンド処理部(BB)130と、変復調器(MOD)140と、送受信機(TRX)150と、制御部(CNT)160とを含む構成である。また、システム間ハンドオーバ検出部110は、受信電力測定部111と、スループット検出部112と、ハンドオーバ検出部(HO検出部)113とを含む。
端末100は、無線LANシステム及びW−CDMAシステムのどちらとも通信を行なう為、変復調器140と送受信機150とを、それぞれ無線LANシステム及びW−CDMAシステム毎に備えている。端末100は、それぞれ無線LANシステム及びW−CDMAシステム毎の変復調器140と送受信機150とを制御部160により制御して通信を行なう。
本実施例では、制御部160が無線LANシステム及びW−CDMAシステムのどちらか一方を選択する例を説明するが、無線LANシステム及びW−CDMAシステムの二つの系統を独立に実装すれば、無線LANシステム及びW−CDMAシステムと同時に通信することもできる。
また、端末100はシステム間ハンドオーバ検出部110により無線LANシステムとW−CDMAシステムとの間のハンドオーバを検出する。システム間ハンドオーバ検出部110は、受信電力測定部111やスループット検出部112により無線LANシステム及びW−CDMAシステムの受信電力やスループットを測定することにより、無線LANシステムとW−CDMAシステムとの間でハンドオーバを行なうべきか否かをハンドオーバ検出部113で判定し、ハンドオーバ先の無線LANシステム又はW−CDMAシステムに所定の情報を通知する。
具体的に、システム間ハンドオーバ検出部110はネットワークにおけるサービス品質を表すQoS情報の他、ハンドオーバ元の無線LANシステム又はW−CDMAシステムの情報(SIR,CIR,受信レベル,最大伝送速度,平均伝送速度など)を含むシステム間ハンドオーバ情報を、ハンドオーバ先の無線LANシステム又はW−CDMAシステムに通知する。
ここでは、端末100が伝送速度の高速な無線システム200から伝送速度の低速な無線システム300にハンドオーバする例を説明する。端末100のシステム間ハンドオーバ検出部110は無線LANシステムである無線システム200からW−CDMAシステムである無線システム300にハンドオーバするべきと判定すると、W−CDMAシステムである無線システム300に含まれる基地局(基地局装置)又はネットワーク制御局に、前述したQoS情報、システム間ハンドオーバ情報を通知する。
図3は、基地局又はネットワーク制御局の一実施例の構成図である。基地局又はネットワーク制御局は、スケジューラ401と、優先度決定部402と、システム間ハンドオーバ判定部403とを含む構成である。
システム間ハンドオーバ判定部403は、端末100から前述したシステム間ハンドオーバ情報を受信し、そのシステム間ハンドオーバ情報に基づいて伝送速度が高速な無線システム200からのハンドオーバであると判定する。
システム間ハンドオーバ判定部403は、伝送速度が高速な無線システム200からのハンドオーバであると判定した為、優先度決定部402に優先度加算情報を送信する。優先度決定部402は、端末100から受信したQoS情報とシステム間ハンドオーバ判定部403から受信した優先度加算情報とに基づき、端末100の優先度を決定する。
具体的に、優先度決定部402は各端末から受信したQoS情報に基づいて、その端末から受信したパケットの優先度を決定する。優先度決定部402は、システム間ハンドオーバ判定部403から優先度を上げることを表す優先度加算情報を受信している端末100の優先度を、同一のQoSである他の端末よりも高く決定する。即ち、優先度決定部402は伝送速度が高速な無線システム200からハンドオーバしてきた端末100に対して通常よりも高い優先度を設定している。
優先度決定部402は、決定した各端末毎の優先度をスケジューラ401に送信する。スケジューラ401は、優先度決定部402から受信した各端末毎の優先度に基づいて、各端末から受信したパケットのスケジューリングを行い、パケットを送信する。
端末100は、通常よりも高い優先度が設定されている為、端末100からのパケットが通常よりも優先的に送信され、伝送速度が高速な無線システム200から伝送速度が低速な無線システム300にハンドオーバした場合であっても伝送速度の低下を緩和することができる。
図4は、システム間ハンドオーバ判定部の処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップS1に進み、システム間ハンドオーバ判定部403は端末100から前述したシステム間ハンドオーバ情報を受信する。
ステップS2に進み、システム間ハンドオーバ判定部403はシステム間ハンドオーバ情報に基づき、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムへのハンドオーバか否かを判定する。
伝送速度が高速な無線システムからのハンドオーバであると判定すれば(S2においてYES)、システム間ハンドオーバ判定部403はステップS3に進み、タイマ404を起動して、タイマ404の値tに優先度を上げておく期間T_limitを設定する。
一方、伝送速度が高速な無線システムからのハンドオーバでなければ(S2においてNO)、システム間ハンドオーバ判定部403は図4に示すフローチャートの処理を終了する。
ステップS3に続いてステップS4に進み、システム間ハンドオーバ判定部403はタイマ404の値tと期間T_limitとが等しいか否かを判定する。システム間ハンドオーバ判定部403はタイマ404の値tと期間T_limitとが等しければ(S4においてYES)、ステップS5に進み、優先度加算情報を「上げる」に設定する。
即ち、ステップS3の処理によりタイマ404の値tに期間T_limitを設定した直後のステップS4では、タイマ404の値tと期間T_limitとが等しいと判定され、ステップS5で優先度加算情報が「上げる」に設定される。
ステップS6に進み、システム間ハンドオーバ判定部403は優先度決定部402に「上げる」が設定された優先度加算情報を通知する。ステップS7に進み、タイマ404は値tを1だけ減算する。そして、システム間ハンドオーバ判定部403はステップS7からステップS4の処理に戻る。
一方、システム間ハンドオーバ判定部403はタイマ404の値tと期間T_limitとが等しくなければ(S4においてNO)、ステップS8に進み、タイマ404の値tが0以上であるか否かを判定する。タイマ404の値tが0以上であれば(S8においてYES)、ステップS7に進み、タイマ404は値tを1だけ減算する。そして、システム間ハンドオーバ判定部403はステップS7からステップS4の処理に戻る。
タイマ404の値tが0以上でなければ(S8においてNO)、システム間ハンドオーバ判定部403はステップS9に進み、優先度加算情報を「元に戻す」に設定する。
即ち、ステップS3で設定された優先度を上げておく期間T_limitが経過したあとのステップS8では、タイマ404の値tが0以上でないと判定され、ステップS9で優先度加算情報が「元に戻す」に設定される。
ステップS9に続いてステップS10に進み、システム間ハンドオーバ判定部403は優先度決定部402に「元に戻す」が設定された優先度加算情報を通知したあと、図4に示すフローチャートの処理を終了する。
図5は、優先度決定部の処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップS21に進み、優先度決定部402は、端末100から前述したQoS情報を受信する。ステップS22に進み、優先度決定部402は受信したQoS情報に応じた優先度を決定する。例えば優先度決定部402はQoS情報と優先度とを対応付けたテーブルを参照し、受信したQoS情報に応じた優先度を決定できる。
ステップS23に進み、優先度決定部402はシステム間ハンドオーバ判定部403から優先度加算情報を受信したか否かを判定する。優先度加算情報を受信したと判定すれば(S23においてYES)、優先度決定部402はステップS24に進み、受信した優先度加算情報に「上げる」が設定されているか否かを判定する。
受信した優先度加算情報に「上げる」が設定されていれば(S24においてYES)、優先度決定部402はステップS25に進み、その端末の優先度を所定値αだけ高くしたあと、ステップS27に進む。
一方、受信した優先度加算情報に「上げる」が設定されていなければ(S24においてNO)、受信した優先度加算情報に「元に戻す」が設定されている為、優先度決定部402はステップS26に進み、以前のステップS25で所定値αだけ高くされた、その端末の優先度を所定値αだけ低くすることにより、QoS情報に応じた通常の優先度に戻したあと、ステップS27に進む。なお、ステップS23において、優先度加算情報を受信していなければ(S23においてNO)、優先度決定部402はステップS27に進む。
ステップS27では、優先度決定部402が、各端末毎の優先度をスケジューラ401に通知したあと、図5に示すフローチャートの処理を終了する。
次に、スケジューラ401が行なうスケジューリングの一例として、W−CDMAシステムのHSDPA(High Speed Downlink Packet Access)を使ったスケジューリングについて説明する。
優先度は、MCS(Modulation and Coding Scheme)で表し、例えば表1のようなMCSセットを使う。ただし、コード多重数は1とする。また、QoS情報としては無線伝搬環境の品質を用いることにする。
Figure 0004318731
図6は、従来の移動通信システムにおけるスケジューリングを表すイメージ図である。また、図7は本発明の移動通信システムにおけるスケジューリングを表すイメージ図である。
ユーザ1は、W−CDMAシステムのセルXに始めからいたユーザの端末を表している。ユーザ2は、無線LANシステムからW−CDMAシステムのセルXにハンドオーバしてきたユーザの端末を表している。ここでは、ユーザ2が無線LANシステムで高速通信中にハンドオーバしてきたと仮定し、ユーザ1よりもデータ量が多いものとする。
各ユーザへ送られるデータは、図6及び図7に示すようにスケジューラにて送信割り当てを待つ。スケジューラは、1TTI(Transmission Time Interval)毎に各ユーザへ送信権を割り当てている。また、スケジューラは端末および基地局間の伝搬環境等により求められたMCSに従って1TTI当たりのデータ量を決める。
図6では、ユーザ1にMCS2,ユーザ2にMCS1が割り当てられている。表1よりコード多重数が1の場合の1TTI当たりのデータ量はMCS1で40bit,MCS2で80bitである。
各ユーザに送信権が順番に割り当てられるとすると、従来の移動通信システムにおけるスケジューリングでは図6に示すようになる。即ち、送信が完了するのは送信開始から9TTI後になる。
一方、図7ではユーザ1及びユーザ2にMCS1が割り当てられている。本発明では、伝送速度が高速な無線システムからハンドオーバしてきたユーザの端末に対して通常よりも高速なMCSが選択される。表1よりコード多重数が1の場合の1TTI当たりのデータ量は、MCS2で80bitである。
各ユーザに送信権が順番に割り当てられるとすると、本発明の移動通信システムにおけるスケジューリングでは図7に示すようになる。即ち、1TTI当たりの伝送データ量が大きくなり、送信が完了するのは送信開始から5TTI後になる。
以上のように、本発明の移動通信システムにおけるスケジューリングでは、伝送速度が高速な無線システムから伝送速度が低速な無線システムにハンドオーバしてきた端末に対して、通常よりも高い優先度を与えることにより、伝送速度の急激な低下を緩和することができる。
なお、本実施例では、システム間ハンドオーバ検出部110を端末100に備えた例を説明したが、例えばハンドオーバ元の無線システム200に含まれるアクセスポイントやネットワーク制御局に備えるようにしてもよい。
この場合、システム間ハンドオーバ検出部110からハンドオーバ先の無線システム300に通知されるQoS情報およびシステム間ハンドオーバ情報は、ネットワーク400経由で送信しても良いし、端末100経由で送信してもよい。
さらに、本実施例では、図5に示すフローチャートにおいて優先度を一度に下げる(元に戻す)例を説明したが、段階的に下げるようにしてもよい。本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

Claims (9)

  1. 第1の無線システムに含まれる基地局装置であって、
    伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする基地局装置。
  2. 伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、同一QoSの他の端末よりも高い優先度を与えることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  3. 伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、同一受信品質の他の端末よりも高い優先度を与えることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  4. 伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、同一受信レベルの他の端末よりも高い優先度を与えることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  5. 伝送速度が第1の無線システムよりも速い第2の無線システムからハンドオーバしてきた端末に、通常よりも高い優先度を与えたあと、所定時間経過すると前記端末に通常の優先度を与えることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  6. 前記端末が前記第2の無線システムからハンドオーバしてくる前に、前記第2の無線システムに含まれる他の基地局装置から前記第2の無線システムに関する情報を通知されることを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  7. 前記端末に与える優先度を決定し、その優先度をスケジューラに通知する優先度決定手段と、
    前記端末が前記第2の無線システムからハンドオーバしてくる前に、前記第2の無線システムに含まれる他の基地局装置から前記第2の無線システムに関する情報を通知され、その情報に基づいて前記第2の無線システムの伝送速度が前記第1の無線システムよりも速いとき前記端末に与える優先度を上げると判定し、前記優先度決定手段に前記端末に与える優先度を所定時間上げさせる無線システム間ハンドオーバ判定手段と
    を有することを特徴とする請求項1記載の基地局装置。
  8. 第1の無線システムから前記第1の無線システムよりも伝送速度が遅い第2の無線システムにハンドオーバする端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする移動通信システム。
  9. 第1の無線システムから前記第1の無線システムよりも伝送速度が遅い第2の無線システムにハンドオーバする端末に、通常よりも高い優先度を与えることを特徴とする優先度設定方法。
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