(57)【要約】【課題】ハンドオフ・プロセスの間の改善されたサービスの質（ＱｏＳ）を備えるセルラー通信システムが示される。【解決手段】システムは複数セルを有し、各々は対応する基地局を含む。モバイル・ユーザの位置の履歴に基づいて、ユーザが位置するセルの基地局はユーザの将来の位置を予測する。将来の位置が、別の基地局（つまりターゲット基地局）によってカバーされる領域にある場合、基地局はターゲット基地局とＱｏＳ交渉を開始する。モバイル・ユーザが予測されたターゲット基地局によってカバーされる領域に侵入すれば、ターゲット基地局は交渉されたＱｏＳに従って資源を割り付ける。【選択図】　図３
2004007565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１カバレージ領域に位置するユーザに対し通信リンクを提供する方法であって、
ユーザの位置の履歴に基づいて将来位置を予測する段階と、
前記将来位置が第２カバレージ領域にあるかどうかを判断する段階と、
前記将来位置が前記第２カバレージ領域にある場合に、前記第２カバレージ領域の局とリンク品質を交渉する段階と、
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
交渉されたリンク品質を備えた通信リンクを確立するために他方のセルの前記局での資源を保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ユーザの位置の履歴は、全地球測位システムから得られることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記将来位置は、ユーザの現在位置を先行する予め定められた先取り時間を選択する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記将来位置は、線形予測モデルを使用して予測することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記将来位置は、スプライン予測モデルを使用して予測することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記リンク品質は、予め定められたサービスの質（ＱｏＳ）のために交渉されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
複数のセルと、
複数の基地局であって、前記複数の基地局の各々は前記複数のセル内および対応して位置する、複数の基地局と、
モバイル・ユニットの対応するセル内の位置を記録する前記基地局の各々の位置レコーダと、
前記位置レコーダの各々に結合され、記録された位置を受領し、かつそれに基づいた将来位置を予測する予測機と、
から構成されることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記基地局の各々は、前記将来位置が対応するセルにあると予測される場合、資源を保存するために予約ロジックをさらに含むことを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記予約された資源は、サービスの質（ＱｏＳ）要求を満たすことを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記位置レコーダは、前記モバイル・ユニット上の全地球測位システム（ＧＰＳ）装置からモバイル・ユニットの位置を獲得することを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記予測された将来位置は、予め定める先取り時間だけモバイル・ユニットの現在位置を先行することを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
前記基地局を相互に結合するネットワークをさらに含むことを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
前記基地局の各々を対応するセルのモバイル・ユニットに接続する無線ネットワークをさらに含むことを特徴とする請求項８記載のシステム。
【請求項１５】
ユーザの位置の履歴に基づいてユーザの将来位置を予測する段階と、
ユーザの将来位置をカバーする局の資源を保存する段階と、
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記資源は、サービスの質（ＱｏＳ）要求を満たすために保存されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ユーザの位置の履歴は、全地球測位システムから得られることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記将来位置は、ユーザの現在位置を先行する予め定められた先取り時間を選択する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
機械アクセスが可能な媒体であって、その上に実行可能な命令を格納し、アクセスされた時、
ユーザの位置の履歴に基づいてユーザの将来位置を予測し、
前記ユーザの将来位置をカバーする局の資源を保存する、
動作を実行する命令を具備することを特徴とする媒体。
【請求項２０】
前記命令は、前記機械がサービスの質（ＱｏＳ）要求を満たすために資源を保存させる動作を行なえることを特徴とする請求項１９記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
セルラー通信システムは、モバイル・ユーザに無線通信サービスを提供する。システムのカバレージ領域は、本質的に同じサイズの複数のセルに分割される。セルの各々は、セル内のモバイル・ユーザを遠隔の受信あて先に接続する基地局を含む。基地局は、同じセル内のモバイル・ユーザに無線接続を提供する。さらに、基地局は、典型的には、遠隔の受信あて先への接続を、地上線、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）または無線および有線バックボーン・ネットワークの組合せを介して、他の基地局経由で中継する。基地局は、またセル内のモバイル・ユーザに資源を配分する。資源の配分は、時間スロットの割り当て、周波数分配およびＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ：サービスの質）の保証を含んでもよい。
【０００２】
モバイル・ユーザは、第１のセルから離れて第２のセルへ移動することがある。それが生じると、第１のセル（つまり現在の基地局）の基地局で受信されるモバイル・ユーザの信号は、非常に弱い電力となるので、その信号は干渉やノイズに極めて影響を受けやすくなる。接続品質を維持するために、現在の基地局は、第２のセル（つまりターゲット基地局）の基地局へ接続を受け渡す（ハンド・オーバ）。ターゲット基地局は、ユーザに警告を出さずに、モバイル・ユーザのための新しい接続を確立する。現在の基地局からターゲット基地局へ接続を受け渡すこのプロセスは、ハンドオフ・プロセスと呼ばれる。
【０００３】
ハンドオフ・プロセスは、一般に現在の基地局によって開始される。現在の基地局は、ユーザに受理可能なＱｏＳレベルを有するモバイル・ユーザにターゲット基地局が資源を配分することを最初に要求する。その後、ターゲット基地局は、要求されたＱｏＳでモバイル・ユーザのための新しい接続を設定する。新しい接続が設定された後、現在の基地局はユーザへの現在の接続を切断し、それにより、ハンドオフ・プロセスを完了する。
【０００４】
ハンドオフ・プロセスは、呼を落としたりまたはグリッチを生成したりしないように、タイムリーな方法で終了するように一般に要求される。複合メディア送信については、約６００−８００ミリ秒のハンドオフ・プロセスにおける遅延は、およそ２０−３８個の典型的なビデオ・フレームまたは３０−４０個の典型的な音声スピーチ・フレームの欠落を引き起こすことがある。
【０００５】
【詳細な説明】
図１は、複数セル、その内セル１１，１２，１３，１４だけを示すが、それらを含むセルラー通信システム１０の実施例を図示する。セル１１，１２，１３，１４は、基地局１１１，１２１，１３１，１４１をそれぞれ含んでいる。基地局１１１，１２１，１３１，１４１は、それぞれのセル内のモバイル・ユーザから発信されたあるいはモバイル・ユーザによって受信される呼を管理する。
【０００６】
１つのシナリオでは、セル１１のモバイル・ユーザ１５は、時間ｔの場所１６から時間ｔ＋１の場所１７へ移動する間、遠隔のユーザとの呼を保持する状態にある。移動の経路から、システム１０は、次の時間ｔ＋２でユーザ１５の将来の位置１８を予測することができる。予測された位置１８が、別のセル、例えば図１の中で示されるようなセル１２にある場合、ユーザ１５がターゲット・セル１２に入る前に、現在の基地局１１１はハンドオフ・プロセスを開始することができる。
【０００７】
ほとんどの状況下で、ユーザは、短い予測期間内に（例えばｔ＋１から上記シナリオ中のｔ＋２まで）本質的に直線的な経路の中で移動するのが典型的であるので、その予測は線形である。その線形予測は、ユーザがハイウェー上で運転しているか、通りに沿って歩いている状況にふさわしい。他の状況で、スプライン関数または他の適切な関数に基づいた予測モデルが使用されてもよい。
【０００８】
その予測によって、現在およびターゲット基地局がハンドオフ・プロセスを行なうためにより多くの時間が許容される。予測がハンドオフ・プロセスの開始に至る時間の総量は、予測先取り時間（Ｔ＿ｌａ）と呼ばれる。Ｔ＿ｌａの選択は、システム性能に影響する。大きなＴ＿ｌａは、ハンドオフ・プロセスが完成するより多くの時間を許容するが、ユーザが予測期間の移動方向を急に変更する公算が増加するために、予測精度を減退させることがある。いくつかの実施例では、Ｔ＿ｌａは１秒未満であってよい。
【０００９】
基地局１１１，１２１，１３１，１４１の各々は、その予測を実行するためのハンドオフ・マネージャ２１を含む。図２に示されるように、ハンドオフ・マネージャ２１は、予め決められた標本化率（Ｔ＿ｕｐｄａｔｅ）でユーザの移動をサンプリングし、移動の履歴に基づいたユーザの将来位置を予測する。
【００１０】
図２は、ハンドオフ・マネージャ２１の実施例を示す。その実施例は、ハードウェアまたはソフトウェアで実現することができる。ハンドオフ・マネージャ２１は、周期的にユーザ１５に位置情報を求めるモバイル位置レコーダ２２を含む。位置情報は、ＧＰＳ（全地球測位システム）または他の位置検出手段の使用を通じて得られる。その後、モバイル位置レコーダ２２は、位置情報を登録する。ハンドオフ・マネージャ２１は、さらに登録された位置に基づくユーザの将来位置を予測するモバイル位置予測機２３を含めてもよい。ユーザ１５が現在セル１１に位置するが、予測位置がセル１２にあると、モバイル位置予測機２３は現在の基地局１１１内の基地局制御装置２４を起動する。その後、基地局制御装置２４は、ターゲット基地局１２１に要求を送り、資源予約プロセスを開始する。ターゲット基地局１２１内の予約ロジック２６は、その要求を受け取り、資源予約プロセスを始める。
【００１１】
ハンドオフ・マネージャ２１は、ユーザのモバイル・ユニット２８から位置情報を得る。モバイル・ユニット２８は、ユーザのＧＰＳ位置を連続的に獲得するＧＰＳデータ・ユニット２５を含んでもよい。モバイル・ユニット２８は、さらに獲得したＧＰＳの位置を備えたモバイル位置レコーダ２２からの照会に応答する探索応答機（ｐｒｏｂｉｎｇ　ｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）２７を含む。
【００１２】
図３は、バックボーン・ネットワーク３２を介して信号経路３０を通り受信あて先３３にユーザ１５を接続する基地局１１１の例を示す。基地局の無線タワー３１とユーザのモバイル・ユニット２８との間で、一連の信号３０２は、ユーザ１５の位置を更新するために交換される。照会３６０およびその応答３７０を含む信号３０２無線チャンネルを通して送信される。
【００１３】
図３は、さらに、現在の基地局１１１の基地局制御装置２４からターゲット基地局１２１へ送られた要求である資源予約要求３１０によって開始されるハンドシェイク・プロセス３００の例を示す。要求３１０を受領した後に、基地局１２１は、基地局１１１へ承認３２０を返送する。基地局１１１，１２１は続いてＱｏＳ交渉３３０を開始する。
【００１４】
現在の基地局１１１は、モバイル・ユニット２８のＱｏＳ要求をターゲット基地局１２１に通知することにより、ＱｏＳ交渉３３０を開始する。その後、ターゲット基地局１２１は、バックボーン・ネットワーク３２と交渉する。ターゲット基地局１２１とバックボーン・ネットワーク３２との間の交渉は、データ速度、帯域幅、レイテンシおよび損失率補償を含んでよいが、しかそれらに制限されるものではない。予測に基づき、ユーザ１５がターゲット基地局１２１のカバレージ領域に進入する前に、交渉を開始してもよい。したがって、予測どおりに、一旦ユーザ１５が領域に入れば、ターゲット基地局１２１は、推測上の信号経路３４を受信あて先３３へ要求されたＱｏＳをもって素早く設定する。
【００１５】
予測されたようにユーザ１５が基地局１２１のカバレージ領域へ移動すれば、基地局１１１は、「委託」信号３４０を基地局１２１へ送る。「委託」信号３４０の受理で、基地局１２１は、交渉したＱｏＳのために資源を予約しかつ配分する。その資源は、基地局１２１のスイッチでのバッファ空間、接続に与えられた帯域幅の総量、およびキュー・スロットまたは接続に割り当てられるプライオリティ・スロット含むが、しかしそれらに制限されない。いくつかの実施例では、演算上の資源が接続、例えばトランスコーディング（ｔｒａｎｓｃｏｄｉｎｇ）技術を使用する接続を確立するために使用されるが、基地局１２１は、交渉されたＱｏＳを満たすために接続に多くの処理サイクルを分配する。
【００１６】
他方では、予測が正しくないと判明すると、例えば、ユーザ１５が他のところに移動するか、または呼を終了する場合、基地局１１１は「キャンセル」信号３５０を基地局１２１へ送ることによってその要求を打切る。従って、資源は保存されない。
【００１７】
ハンドシェイク・プロセス３００は、基地局１１１，１２１間の複数のメッセージ交換を要求する。したがって、ハンドシェイク・プロセス３００は、ハンドオフ・プロセスへの遅延（ＨＳ＿ｄｅｌａｙ）を生成する。ＨＳ＿ｄｅｌａｙは、予測先取り時間（Ｔ＿ｌａ）によってもたらされる利点を部分的に相殺するが、しかしながら、Ｔ＿ｌａは予測による利益を保持するＨＳ＿ｄｅｌａｙを超過するために選択されてもよい。いくつかの実施例では、ＨＳ＿ｄｅｌａｙは、１００−２００ミリ秒の範囲に、また可能なら多くてもよい。
【００１８】
予測を使用することの利点は、呼欠陥率（ｃａｌｌ　ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ　ｒａｔｅ）の改良によって計量化してもよい。呼の欠陥は、ハンドオフ・プロセスで生じる、呼の欠落および呼のグリッチを含む。より明確には、呼の欠陥は、ハンドオフ・デッドライン（Ｈ＿ｄｅａｄｌｉｎｅ）の前にハンドオフ・プロセスを終了することができない呼をすべて含む。呼の欠陥率は、予測ルックアヘッド時間（Ｔ＿ｌａ）、ユーザ位置の標本化率（Ｔ＿ｕｐｄａｔｅ）、０と１の間の数値である予測ヒット率（Ｐ＿Ｈｉｔ）、資源配分が所定の時間ｔ＿ｒａより遅れずに完了するイベントのＰＤＦ（確率分布関数：Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、ハンドオフ・デッドライン（Ｈ＿ｄｅａｄｌｉｎｅ）、および現在およびターゲット基地局間のハンドシェイク・プロセスによる遅延（ＨＳ＿ｄｅｌａｙ）を含むパラメータに依存するが、それらに制限されるものではない。
【００１９】
図４は、ＰＤＦ＿ＲＡ（ｔ＿ｒａ）曲線４１，４２の例であるが、その予測を備えたおよびその予測のない状況をそれぞれ表わす。２つの曲線４１，４２は、両方とも重後部配分（ｈｅａｖｙ−ｔａｉｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を有し、時間が無限大へ及ぶとき、その値は０に接近する。ＴａおよびＴｂは、資源予約プロセスが予測をもって開始される時間、およびその予測なしに開始される時間を、それぞれ表す。Ｔａは、予測先取り時間Ｔ＿ｌａだけＴｂに先行する。同様に、曲線４１は、さらに時間間隔Ｐｃだけ曲線４２より進み、その間隔は予測先取り時間（Ｔ＿ｌａ）マイナス遅延（ＨＳ＿ｄｅｌａｙ）に等しい。しかしながら、両方の曲線４１，４２に対するハンドオフ・デッドラインは同じのままである。したがって、予測は、曲線４１に対しハンドオフ・デッドラインを有効に延長する。
【００２０】
ハンドオフ・デッドラインの右側で、かつ曲線４１，４２の下側にある領域４３，４４は、それぞれ、予測を備えた場合、およびその予測のない状況における呼欠陥の可能性を表わす。より小さな領域（つまり領域４４）は、呼欠陥がよい小さな可能性であることを示すので、予測を備えた状況は予測のない状況より改善されることを示す。
【００２１】
呼欠陥率は、次式で特徴づけられる。
【００２２】
【数１】
2004007565.tif 000003
【００２３】
ここで、次式が示される。
【００２４】
【数２】
2004007565.tif 000004
【００２５】
したがって、予測ヒット率Ｐ＿Ｈｉｔが増加するにつれ、呼欠陥率は減少する。Ｐ＿ｈｉｔの値は、Ｔ＿ｌａ、Ｔ＿ｕｐｄａｔｅおよび例えば線形関数またはスプライン関数で用いられる予測モデルに依存する。
【００２６】
本明細書の情報はその精神または本質的特質から外れずに、他の特定の形式で具体化されてもよい。従って、他のすべての実施例は次の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書において記述されたセルラー通信システムの実施例である。
【図２】図１のシステムでの基地局およびモバイル・ユニットのコンポーネントを図示する。
【図３】モバイル・ユニットから受信あて先への理論的な信号経路、および理論的な経路を設定するハンドシェイク・プロセスを図示する。
【図４】本明細書に記述された予測の影響を図示する確率分布関数の例である。
【図１】
2004007565.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004007565.tif 000007
【図４】
2004007565.tif 000008