JP4455354B2 - 移動通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、移動局に対して無線による移動通信サービスを提供する移動通信システムに関するものである。
従来技術として、移動通信システムとして広く採用されているＰＤＣ(Personal Digital Cellular)方式やＩＭＴ−２０００(International Mobile Telecommunications-2000)方式で採用されているノード構成がある。いわゆるセルラーと呼ばれるこれらの移動通信システムでは、個々の基地局から構成される無線セルの集合として面的なエリアを構成している。
無線リソースの効率的使用の観点では、これら複数の無線セルの混雑状況を把握して適切に基地局に無線リソースを配分する機能や、混雑状況を勘案した上で移動局に対して複数の無線セルから最適なセルを指定するハンドオーバ機能が必要であり、このような複数の無線セルを跨る機能は基地局とは別に上位ノードとして配置するのが都合がよい。
従って、これらのシステムでは、無線に関する主要なノードとして、主に無線と有線の変換機能を有する基地局と、ハンドオーバや位置登録等の移動局の無線制御を行う無線制御局とから構成されている。
前述の通り、従来の移動通信システムでは、移動局の無線制御機能は無線制御局に配置されている。しかし、これらの無線制御機能を無線制御局に配置するデメリットとして、システムを運用する場合に必ず無線制御局が必要になる点と、無線制御時の遅延が増大する点が挙げられる。
１点目に関しては、基本的にはセルラーシステムは無線リソースの効率利用を前提にすべきであり、マルチセル的機能（無線リソース配分制御や最適な無線セルを選択する機能）が必要であるが、独立セルとして配置される環境や、混雑度が低い状況においてはそれらの機能が不要なケースもある。
２点目に関しては、無線制御機能を無線制御局に配置すると、基地局よりも離れたロケーションで制御されるため、移動局の無線制御が遅延する要因となる。特に、無線制御局と基地局間のいわゆるエントランス回線は比較的狭帯域な場合が多く、伝送に時間を要するケースや、衛星回線経由等で伝送遅延が大きい場合もありうる。無線制御遅延の増大は、制御効率の低下、ユーザが体感する接続遅延の増大などの要因となり、極力避けることが望ましい。
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、基地局のみでもサービス提供を可能とするとともに、必要に応じてマルチセル機能を配置したノード構成が可能な移動通信システムを実現すること、また、マルチセル機能を配置したノード構成を採用した場合においても極力制御遅延の増加を防ぐことにある。
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、移動局に対して無線による移動通信サービスを提供する移動通信システムであって、上記移動通信サービスを提供するのに必要な発着信制御およびハンドオーバ制御の機能を有する基地局と、無線セルを構成する複数の上記基地局の無線リソースを管理し、最適な基地局を選択する機能および基地局間で無線リソースを配分する機能を有するマルチセル制御局とを備え、上記基地局は、自己の無線リソース使用率を把握する手段を有し、発着信制御時およびハンドオーバ制御時に、自己の無線リソース使用率が予め設定した閾値より高い場合は上記マルチセル制御局と通信を行って当該マルチセル制御局で割り当てるべき基地局を設定し、低い場合は上記マルチセル制御局と通信を行わず自基地局で割り当てるべき基地局を設定するようにしている。
また、請求項２に記載されるように、上記ハンドオーバ制御は、上記移動局が受信品質の高い複数の無線セルの候補を上記基地局に通知する移動局アシスト型のハンドオーバ方式に基づいて行うものとすることができる。
本発明の移動通信システムにあっては、マルチセル制御に関する機能のみを分離しそれ以外を基地局に機能配置することで、基地局のみでも移動通信システムを構成可能とし、更に無線の収容効率を向上するためのマルチセル制御局を配置することも可能であり、システム導入環境や混雑度等の運用状況を考慮したノード配置を選択することが可能である。また、マルチセル制御局を配置した場合でも、無線リソース使用率が低い場合はマルチセル制御局と通信を行わないようにすることで、閑散時における制御遅延の増加を防ぐことできる。
以下、本発明の好適な実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる移動通信システムのノード構成例を示す図である。図１において、移動通信システムは、コアネットワーク１と、複数の移動局２と、複数の基地局３と、マルチセル制御局４と、加入者・サービス制御局５とから構成されている。
コアネットワーク１は、具体的にはＩＰ(Internet Protocol)を用いたネットワークが想定される。
移動局２は、物理レイヤからアプリケーションレイヤまで全てのレイヤを終端するものである。また、移動局２は、発着信およびハンドオーバの無線制御機能等を有し、ネットワーク側の指示により通信を行う基地局３の選択を行う機能を有している。
基地局３は、発着信およびハンドオーバ等の移動局２毎の無線制御機能を有するとともに、無線側（移動局２側）と有線側（コアネットワーク１側）のプロトコル間の変換等を行う機能を有している。また、必要に応じ、コアネットワーク１を介してマルチセル制御局４と情報の送受信を行う機能を有している。詳細は図２で説明する。
マルチセル制御局４は、複数の基地局３の無線リソースの管理、最適セルの選択、および無線リソースの配分等を行う機能を有している。詳細は図３で説明する。なお、移動通信システムを構成する上で、本ノードは必ずしも必須ではない。
加入者・サービス制御局５は、移動局２とネットワーク間で通信を開始するために必要な情報の送受信を行う機能を有している。
図２は本実施形態における基地局３の構成例を示す図である。図２において、基地局３は、移動局無線制御部３１と、移動局インタフェース部３２と、無線リソース管理部３３と、マルチセル制御局インタフェース部３４と、加入者・サービス制御局インタフェース部３５と、変復調部３６と、コアネットワークインタフェース部３７とを備えている。
移動局無線制御部３１は、移動局インタフェース部３２を介して、移動局２毎の無線リンク確立に必要な無線制御情報（無線チャネル状態、認証秘匿情報、課金トラフィック情報等）の管理とハンドオーバ制御を行う機能を有している。また、移動局無線制御部３１は、無線リソース管理部３３で管理される無線リソース情報を考慮し、発着信時に自基地局の無線リソース残量が少ない場合は、マルチセル制御局４と送受信を行い、移動局２に割り当てるべき最適な無線セルに関して指示を受ける機能を有している。
移動局インタフェース部３２は、移動局無線制御部３１の指示に従って有線〜無線間の主にデータリンクレイヤのプロトコル変換処理を行う機能を有している。
無線リソース管理部３３は、無線通信に必要な無線リソース使用状況を管理する機能を有している。管理内容としては、無線アクセス方式に固有なリソース情報と、接続ユーザ数や送受信トラフィック量などシステム使用状況に関するものを含む。前者に関しては、電力リソース、コードリソース、時間リソース、周波数リソース、ハードリソースがある。また、無線リソース管理部３３は、マルチセル制御局４に対する無線リソース状況の報告や、マルチセル制御局４の指示により各種無線リソース配分量の動的変更を行う機能を有している。
マルチセル制御局インタフェース部３４は、マルチセル制御局４とのプロトコル処理を行う機能を有している。発着信時およびハンドオーバ時の最適セルの問い合わせや、無線リソース状況の報告および無線リソース配分指示はこのインタフェースを介して行われる。
加入者・サービス制御局インタフェース部３５は、加入者・サービス制御局５とのプロトコル処理を行う機能を有している。発着信時における移動局２と加入者・サービス制御局５間の送受信は、移動局無線制御部３１を介して、このインタフェースを経由して行われる。
変復調部３６は、有線信号と無線信号の変換を行う機能を有している。ベースバンド処理機能、ＲＦバンド処理機能、増幅機能を有し、アンテナに接続されている。
コアネットワークインタフェース部３７は、コアネットワーク１と送受信するための主に低レイヤのプロトコル処理を行う機能を有している。マルチセル制御局４や加入者・サービス制御局５との信号の送受信はこのインタフェースを介して行われる。
図３は本実施形態におけるマルチセル制御局４の構成例を示す図である。図３において、マルチセル制御局４は、マルチセル無線リソース管理部４１と、最適セル選択制御部４２と、無線リソース配分制御部４３と、基地局インタフェース部４４と、コアネットワークインタフェース部４５とを備えている。
マルチセル無線リソース管理部４１は、配下の基地局３から報告を受け、無線リソース使用状況を管理する機能を有している。
最適セル選択制御部４２は、移動局２の発着信およびハンドオーバ時に、基地局３からの要求に応じて最適セルを選択し、折り返し基地局３に指示する機能を有している。最適セルは各基地局３の無線リソース管理部３３で管理される無線リソース使用状況を考慮して選択する。
無線リソース配分制御部４３は、ある基地局３の無線リソースが不足している場合に、動的に無線リソースを配分する制御を行う機能を有している。
基地局インタフェース部４４は、基地局３との間で送受信する信号のプロトコル処理を行う機能を有している。
コアネットワークインタフェース部４５は、コアネットワーク１と送受信するための主に低レイヤのプロトコル処理を行う機能を有している。
図４は本実施形態におけるマルチセル制御局４を配置しない場合の発信手順およびハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。以下、この図に沿って、発信時およびハンドオーバ時の各ノードの動作を説明する。
先ず、発信時に移動局２は基地局３Ａに対して無線リンク確立要求を送信する（ステップＳ１０１）。無線リンク確立要求を受けた基地局３Ａは自基地局の無線セルを指定し無線リンク確立指示を送信する（ステップＳ１０２）。従来技術では、無線リンク確立といった無線制御に関する手順は、基地局の上位に配置される無線制御装置で終端したが、本発明では基地局３（３Ａ）で終端を行う。
次に、移動局２と加入者・サービス制御局５との間で基地局３Ａを介してサービス開始にかかる要求と応答の送受信を行う（ステップＳ１０３〜Ｓ１０６）。この信号は直接無線には関係がないため、基地局３Ａは基本的に中継するだけの動作となる。なお、この例では、サービス開始要求（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）、サービス開始応答（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）の１往復としたが、サービスに関する信号以外の送受信を含めて複数往復させてもよい。
そして、以上の手順が完了することにより、通信状態となる（ステップＳ１０７）。
次に、ハンドオーバの動作を説明する。なお、ハンドオーバ方式は、移動局２が受信品質の高い複数の無線セルの候補を基地局３に通知する移動局アシスト型のハンドオーバであるものとする。
基地局３Ａが移動局２より強電界検出のトリガにてハンドオーバ要求を受信すると（ステップＳ１０８）、ハンドオーバ要求を受信した基地局３Ａは最も受信品質の高い候補基地局である例えば基地局３Ｂをそのまま指定し、ハンドオーバ指示を送信する（ステップＳ１０９）。この処理についても、前述した無線リンク確立要求／指示（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）と同様に、基地局３Ａで終端して折り返している点が特徴である。
その後、移動局２は基地局３Ｂにハンドオーバ通知を行う（ステップＳ１１０）。ハンドオーバ通知を受けた基地局３Ｂは、ハンドオーバ元の基地局３Ａに対し、通信の継続に必要な無線制御情報の転送要求を行い（ステップＳ１１１）、その転送を受け（ステップＳ１１２）、ハンドオーバを完了する（ステップＳ１１３）。なお、ここでの無線制御情報とは、使用している無線チャネル状態、認証秘匿情報、課金トラフィック情報など、通信の継続に不可欠な情報である。
上述したとおり、本発明では、マルチセル制御局４を配置しない場合でも移動通信システムを構成可能である。更に、無線リンク確立要求／指示（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）、ハンドオーバ要求／指示（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）、ハンドオーバ通知／完了（ステップＳ１１０〜Ｓ１１３）といった無線のみに関する手順の場合は、基地局３Ａ、３Ｂという最も移動局２に近いノードで終端し応答を返すため、制御遅延が短くなるという特徴がある。
但し、マルチセル制御局４を配置しない場合は、混雑度を考慮した最適無線セルの選択や、無線リソースの動的配分の機能はない。従ってこの構成は、独立セル配置が主体の移動通信システムや、マルチセル構成でも比較的無線リソースに余裕がある状況に適している。
次に、図５は本実施形態におけるマルチセル制御局４を配置する場合の発信手順およびハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。
図４との差分は破線で囲った部分（ステップＳ２０２、Ｓ２０３、ステップＳ２１１、Ｓ２１２）であり、基地局３Ａとマルチセル制御局４との間で無線セル指定要求とその応答である無線セル指定の信号の送受信を行う点が異なっている。図４の手順では、マルチセル制御局４は配置されないため、無線リンク確立要求やハンドオーバ要求を受けた基地局３Ａは、前者では自基地局、後者では最も受信品質が高い基地局を選択し、そのまま移動局２に応答を返しているが、図５ではマルチセル制御局４の指示に従い移動局２に応答を返している。
これにより、マルチセル制御局４の機能である混雑度を考慮した最適無線セルの選択や、無線リソースの動的配分を活かして、無線の収容効率を向上させることが可能になる。但し、マルチセル制御局４と送受信を行うことは前述の通り制御遅延の要因となる。従って、無線リソースが不足した混雑時のみ、マルチセル制御局４に問い合わせることが有効である。以下、そのための処理について説明する。
図６は本実施形態における基地局３の無線リンク確立要求およびハンドオーバ要求受信時の処理例を示すフローチャートである。
図６において、基地局３が移動局２から無線リンク確立要求およびハンドオーバ要求を受信した場合（ステップＳ３０１）、基地局３は自局の無線リソース使用率を予め設定された閾値と比較し、マルチセル制御局４に問い合わせるかどうかの判定を行う（ステップＳ３０２）。
そして、自局の無線リソース使用率が予め設定された閾値以下である場合（無線リソース残量が十分にある場合）には、マルチセル制御局４に問い合わせる必要はないものとし、前述したのと同様に、無線リンク確立要求に対しては自基地局を指示し、ハンドオーバ要求に対しては受信品質が最良の基地局を指示する（ステップＳ３０３）。
一方、自局の無線リソース使用率が予め設定された閾値よりも大きい場合（無線リソース残量が十分でない場合）には、マルチセル制御局４に問い合わせを行い（ステップＳ３０４）、マルチセル制御局４から指示された内容を移動局２に指示する（ステップＳ３０５）。
これにより、無線リソースが不足している状況でのみ、マルチセル制御局４の機能を有効とし、無線リソースに余裕がある場合はマルチセル制御局４との送受信を行わないことで、制御遅延の増加を防ぐことが可能となる。
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
本発明の一実施形態にかかる移動通信システムのノード構成例を示す図である。 本実施形態における基地局の構成例を示す図である。 本実施形態におけるマルチセル制御局の構成例を示す図である。 本実施形態におけるマルチセル制御局を配置しない場合の発信手順およびハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。 本実施形態におけるマルチセル制御局を配置する場合の発信手順およびハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。 本実施形態における基地局の無線リンク確立要求およびハンドオーバ要求受信時の処理例を示すフローチャートである。
符号の説明
１ コアネットワーク
２ 移動局
３ 基地局
３１ 移動局無線制御部
３２ 移動局インタフェース部
３３ 無線リソース管理部
３４ マルチセル制御局インタフェース部
３５ 加入者・サービス制御局インタフェース部
３６ 変復調部
３７ コアネットワークインタフェース部
４ マルチセル制御局
４１ マルチセル無線リソース管理部
４２ 最適セル選択制御部
４３ 無線リソース配分制御部
４４ 基地局インタフェース部
４５ コアネットワークインタフェース部
５ 加入者・サービス制御局

Claims (2)

  1. 移動局に対して無線による移動通信サービスを提供する移動通信システムであって、
    上記移動通信サービスを提供するのに必要な発着信制御およびハンドオーバ制御の機能を有する基地局と、
    無線セルを構成する複数の上記基地局の無線リソースを管理し、最適な基地局を選択する機能および基地局間で無線リソースを配分する機能を有するマルチセル制御局とを備え、
    上記基地局は、自己の無線リソース使用率を把握する手段を有し、発着信制御時およびハンドオーバ制御時に、自己の無線リソース使用率が予め設定した閾値より高い場合は上記マルチセル制御局と通信を行って当該マルチセル制御局で割り当てるべき基地局を設定し、低い場合は上記マルチセル制御局と通信を行わず自基地局で割り当てるべき基地局を設定することを特徴とする移動通信システム。
  2. 上記ハンドオーバ制御は、上記移動局が受信品質の高い複数の無線セルの候補を上記基地局に通知する移動局アシスト型のハンドオーバ方式に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
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