(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信のハンドオーバにおいて使用する方法であって、
第１の基地局において、第２の基地局を介した無線通信を行うＷＴＲＵ（wireless transmit/receive unit）からの全方位サウンディングパルスを検出するステップと、
前記検出された全方位サウンディングパルスに関係する情報を基地局インタフェースに伝達するステップと、
第１の基地局において、前記基地局インタフェースから、前記ＷＴＲＵの相対的位置、及び前記ＷＴＲＵとの前記無線通信を継続する通知をハンドオーバの一部として受信するステップと、
前記第１の基地局の選択的に動作可能なビーム形成アンテナを使用して、共通チャンネルを前記ＷＴＲＵの前記相対的位置に向けるステップと、
前記第１の基地局と前記ＷＴＲＵとの間の前記無線通信を継続するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記検出された全方位サウンディングパルスに関係する前記伝達された情報は、前記ＷＴＲＵの前記相対的位置の決定に使用する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出された全方位サウンディングパルスに関係する情報を伝達するステップは、地理的位置情報を送信することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の基地局が周期的な掃引ビーコンチャンネルを送信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
全方位サウンディングパルスを前記検出するステップは、複数の全方位サウンディングパルスの少なくとも１つを検出することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
無線通信のハンドオーバにおいて使用する方法であって、
第１の基地局において、第２の基地局を介した無線通信を行うＷＴＲＵ（wireless transmit/receive unit）からの全方位サウンディングパルスを検出するステップと、
前記第１の基地局の選択的に動作可能なビーム形成アンテナを使用して、共通チャンネルを前記ＷＴＲＵの前記相対的位置に向けるステップと、
前記第１の基地局と前記ＷＴＲＵとの間の前記無線通信を継続するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記検出した全方位サウンディングパルスに関係する情報に基づいて前記ＷＴＲＵの相対的位置を決定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記全方位サウンディングパルスは、地理的位置情報を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基地局が周期的な掃引ビーコンチャンネルを送信するステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
全方位サウンディングパルスを前記検出するステップは、複数の全方位サウンディングパルスの少なくとも１つを検出することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
選択的に動作可能なビーム形成アンテナと、
第２の基地局を介して無線通信を行うＷＴＲＵ（wireless transmit/receive unit）からの全方位サウンディングパルスを検出するように構成された受信手段と、
前記検出された全方位サウンディングパルスに関係する情報を基地局インタフェースに伝達するように構成された送信手段と、
前記ビーム形成アンテナの選択的な動作によって前記ＷＴＲＵの相対的位置、及び前記ＷＴＲＵとの前記無線通信を継続する通知を受信することに応じて前記ＷＴＲＵとの前記無線通信を継続し、共通チャンネルを前記ＷＴＲＵの前記相対的位置に向けるように構成された処理手段と
を備えたことを特徴とする基地局。
【請求項１２】
前記全方位サウンディングパルスは、地理的位置情報を含むことを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
【請求項１３】
前記選択的に動作可能なビーム形成アンテナは、周期的な掃引ビーコンチャンネルを送信するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
【請求項１４】
選択的に動作可能なビーム形成アンテナと、
第２の基地局を介して無線通信を行うＷＴＲＵ（wireless transmit/receive unit）からの全方位サウンディングパルスを検出するように構成された受信手段と、
前記ビーム形成アンテナの選択的な動作による前記全方位サウンディングパルスの検出に応じて前記ＷＴＲＵとの前記無線通信を継続し、共通チャンネルを前記ＷＴＲＵの前記相対的位置に向けるように構成された送信手段と
を備えたことを特徴とする基地局。
【請求項１５】
前記送信手段は、前記検出した全方位サウンディングパルスに関係する情報から前記ＷＴＲＵの相対的位置を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
【請求項１６】
前記受信手段は、地理的位置情報を含む全方位サウンディングパルスを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
【請求項１７】
前記選択的に動作可能なビーム形成アンテナは、周期的な掃引ビーコンチャンネルを送信するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
【請求項１８】
ハンドオーバトリガに応じて、第１の基地局との無線通信の間に全方位サウンディングパルスを送信するように構成されたアンテナを備えるＷＴＲＵ（wireless transmit/receive unit）であって、
前記ＷＴＲＵは、第２の基地局から指向性共通チャンネルを受信するように構成されており、
前記ＷＴＲＵは、前記第２の基地局との前記無線通信を継続するように構成されていること
を特徴とするＷＴＲＵ。
【請求項１９】
前記全方位サウンディングパルスに信号強度情報を含むように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２０】
前記全方位サウンディングパルスに位置情報を含むように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２１】
位置情報を決定するように構成されたＧＰＳ（Global Positioning System）装置をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２２】
前記アンテナは、あらゆる方向に等しく送信するように構成された等方向性アンテナであることを特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２３】
前記アンテナは、指向性ビームと、複数の指向性サウンディングパルスを含む全方位サウンディングパルスとを送信するように構成された選択的に動作可能なビーム形成アンテナであることを特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２４】
前記アンテナは、一連の全方位サウンディングパルスを送信して、各パルスが前回のパルスより大きな信号電力で送信される前記無線通信をハンドオーバするように構成されていること特徴とする請求項１８に記載のＷＴＲＵ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモバイル通信システムに関する。本発明は、より詳細には、モバイルユニットの通信を支援する無線通信システムに関する。本発明は、特に、このようなモバイルユニット通信のために、ビーム形成(beamforming)アンテナあるいは“スマート(smart)”アンテナを採用して、１つの基地局から他の基地局へハンドオーバする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システム(wireless communication system)は、この種の技術分野でよく知られている。一般に、そのようなシステムは互いの間で無線通信信号を送受信する通信局(communication station)を備えてる。通常は、複数の加入者装置（一般的に、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）として知られ、モバイルユニットを含む）と無線の同時通信を処理する能力がある基地局(base station)を備えてる。一般に基地局という用語は、限定的ではないが、基地局、ノードＢ、サイトコントローラ、アクセスポイント、あるいは無線環境における他のインターフェース装置を含む。用語ＷＴＲＵは、限定的ではないが、ユーザ機器（User Equipment：ＵＥ）、モバイル装置、固定されたあるいはモバイルの加入者ユニット、ページャ、あるいは無線環境で動作する能力を有する他の任意のタイプの装置を含む。
【０００３】
現在の３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）仕様による典型的なＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）システムアーキテクチャを図１ａに示す。ＵＭＴＳネットワークアーキテクチャは、Ｉｕとして知られているインターフェースを通じてＵＴＲＡＮ（UMTS Terrestrial Radio Access Network）と相互接続されたコアネットワーク（ＣＮ：Core Network）を含み、現在公的に利用可能な３ＧＰＰ仕様のドキュメントに詳細に定義されている。
【０００４】
３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）により特定されたＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）では、基地局をノードＢと呼び、加入者装置(subscriber staion)をユーザ機器（User Equipment：ＵＥ）と呼び、そしてノードＢおよびＵＥとの間の無線符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）インターフェースはＵｕインターフェースとして知られている。
【０００５】
ＵＴＲＡＮは、Ｕｕ無線インターフェースを介してＵＥを通して無線通信サービスをユーザーに提供するように構成される。ＵＴＲＡＮには、ＵＥとの無線通信に対する地理的な通達範囲を集合的に提供する基地局、ノードＢがある。ＵＴＲＡＮでは、１つまたは複数のノードＢのグループが、３ＧＰＰでＩｕｂとして知られているインターフェースを介して無線ネットワークコントローラ（Radio Network Controller：ＲＮＣ）に接続される。ＵＴＲＡＮは、異なるＲＮＣに接続されるノードＢのいくつかのグループを有する場合がある。図１ａに示した例では２つのＲＮＣを示す。ＵＴＲＡＮで２つ以上のＲＮＣが提供される場合には、Ｉｕｒインターフェースを介してＲＮＣ相互通信が実行される。
【０００６】
ビーム形成能力(beamforming capability)を有するスマートアンテナは、３ＧＰＰ移動体通信システムなどのような無線アクセスシステムの容量、および／または通達範囲を増大させるための、有望な技術であると広く考えられている。スマートアンテナを採用した無線アクセスシステムの際立った特徴は、他のユーザーとの間の干渉が最小限に保たれるような方法において、ユーザを空間的に隔離することができるということである。ユーザに向けられた、あるいはユーザから受信された無線伝送は、他のユーザとの間の干渉を最小にするような方法で隔離される。図１ｂでは、３ＧＰＰシステムでノードＢのスマートアンテナがＵＥに焦点を合わせているところを示す。
【０００７】
スマートアンテナを採用するＵＭＴＳなどの無線アクセスシステムでは、高度に焦点を合わせた指向性アンテナを使用することにより、二段階のシステムレベルの利益を得る。第１に、発生する干渉が減少する結果として、システム容量が向上する。第２に、システム通達範囲(system coverage)が拡大され、結果としてリンクバジェット（link budget）が増大(enhance)される。
【０００８】
増大したリンクバジェットは、無線通信システムの中の信号電力のレベルが、そのシステムのいずれの部分にも有害な干渉を引き起こすことなく、ＵＥあるいは基地局が伝送することができるレベルを表す。通常、リンクバジェットでは、アンテナ利得、ＵＥおよび基地局トランスミッタ、あるいは集合シナリオ（aggregate scenario）を考慮する場合はトランスミッタ群、の間の最小の分離距離（separation distance）に基づく伝搬損失を考慮に入れる。このリンクバジェットの最終結果は、無線通信システムに有害な干渉を引き起こすことなく、基地局伝送システムが放射することができる、等価等方放射電力（ＥＩＲＰ：Equivalent Isotropic Radiated Power）となるであろう。
【０００９】
スマートアンテナ技術を使用することによる無線の通達範囲(radio coverage)が増加することは、無線通信システムに対しては特に魅力的な特徴を意味する。専用のチャンネル上で情報を交換するために移動体および無線アクセスポイントの間に無線回線がいったん確立されると、ビーム形成を含むスマートアンテナ技術の適用は、むしろ直裁的である。
【００１０】
無線アクセスシステムでは、専用無線回線(dedicated radio link)に加えて、共通チャンネル(common channel)が通常採用される。共通チャンネルは以下のような様々な目的のために確立される。１)たとえば、３ＧＰＰ共有同期チャンネル（ＳＣＨ：shared synchronization channel）のような、移動体の時間的あるいは周波数的同期を可能とするためや、２)たとえば、３ＧＰＰブロードキャストチャンネル（ＢＣＨ：broad cast channel）における、電源を投入するときにネットワークに登録するために不可欠なシステム情報のブロードキャスト、および３）たとえば、３ＧＰＰのページング表示チャンネル（ＰＩＣＨ：paging indicator channel ）、ページングチャンネル（ＰＣＨ：paging channel）、およびフォワ−ドアクセスチャンネル（ＦＡＣＨ：forward access channel）における、アイドルモード移動体のページングのためである。
【００１１】
統計的な意味において、ダウンリンク共通チャンネル(downlink common channel)により提供される地理的通達範囲(geographical coverage)は基地局の通達エリア(coverage area)を定義し、ＵＭＴＳでは一般的にセルと呼ばれる。より詳細には、無線アクセスシステムにより提供されるサービスエリアは共通チャンネルの通達範囲(coverage of common channel)から決定される。
【００１２】
スマートアンテナ技術を採用することによる、無線アクセスシステムによりカバーされるセルエリアの顕著な増加は、そのようなシステムの利得を増大させる、高度に指向性の有るアンテナを採用することにより可能になる。その他（peer）のアンテナでアンテナの位置を推定することができる場合に、指向性アンテナの利得は実現可能であり、逆の場合も同じである。専用無線回線が移動体および無線アクセスポイントの間に確立されたとき、このような状況が一般に実現する。
【００１３】
共通チャンネルの送信および受信に対するスマートアンテナの使用法は無線アクセスシステムの既存の３ＧＰＰ仕様では定義されておらず、共通チャンネルの送信および受信に対しては、スマートアンテナ技術の使用から生じる利点はまだ開拓の余地がある。その理由は、ＢＣＨおよびＰＩＣＨなどの共通チャンネルの通達範囲が、位置が未知の移動体を含む、すべての移動体に対して保証されねばならないからである。より詳細には、無線アクセスネットワークは、すべての移動体が、２〜３の例を挙げると、確実にネットワークに同期し、ブロードキャスト情報を読み、そしてページをモニタすることができるよう保証せねばならない。この厄介な問題により、無線アクセスシステムは結果として、セルあるいはセルセクタ全体をカバーする従来の全方位アンテナを使用して共通チャンネルを伝送することになる。
【００１４】
専用チャンネルのスマートアンテナを使用して拡張された通達範囲に合致するように、ダウンリンクの共通チャンネルの伝送電力を増大させる場合が有る。しかしながら、すべての無線アクセスポイント、たとえば基地局、で伝送電力を増大することはまた、干渉の増加をもたらす。このような解決方法は、干渉により制約されている無線アクセスシステムでは効力がない。
【００１５】
本発明者達は、干渉を最小にしつつ通達範囲を拡張するスマートアンテナ技術を利用する好適な解決方法を工夫しており、これは２００３年８月４日に出願した国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／２４３４２、および２００３年７月２４日に出願された対応する米国出願の主題である。そこでは発明者達は、スマートアンテナ技術を使用するシステムを開示しており、無線アクセスシステムに対するビーム形成を含み、無線回線に対するスマートアンテナの機能性を共通チャンネルに好適に適用し、セルの通達範囲の顕著な増大をもたらす。モバイルユニット無線通信を開始することに関連して全方位のサウンディングパルスを使用している。サウンディングパルス(sounding pulse)（インテリジェンスのあるあるいはない無線周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号）を従来のモバイルユニットアップリンクチャンネルと混同してはならない。
【００１６】
一実施形態では、複数の基地局を有する無線ネットワークが提供され、それらの基地局は別の基地局と地理的な通達エリアで重複する場合、あるいは重複しない場合がある、個々の地理的な通達エリアで無線通信サービスをそれぞれの基地局を開示してある。インターフェースは基地局に接続される。
【００１７】
基地局群の少なくとも１つの地理的な通達エリアに位置する無線モバイルユニットから、最初に全方位サウンディングパルス(omnidirectional sounding pulse)が伝送されることにより、無線通信が確立される。検出されたサウンディングパルスに関連した情報がサウンディングパルスを検出したそれぞれの基地局がインターフェースに通信する。モバイルユニット通信のために、その通信情報に基づきサウンディングパルスを検出した基地局の１つが選択される。選択された基地局は無線通信を確立するためにモバイルユニットの方向へ通信ビームを向ける。
【００１８】
限定的ではないが、一実施例において無線ネットワークはＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ Terrestrial Radio Access Network）であり、それぞれの基地局はノードＢ、インターフェースは無線ネットワークコントローラ（Radio Network Controller：ＲＮＣ）、モバイルユニットはＵＥ（User Equipment）である。このような場合には、関連したサウンディングパルス情報は、Ｉｕｂあるいは別のＲＮＣを介するＩｕｂ／Ｉｕｒインターフェースの組み合わせを介すノードＢ群およびＲＮＣの間で通信される。基地局選択は望ましくは、ＲＮＣによりノードＢを選択することによって実行され、そして選択されたノードＢおよびＵＥの間で確立された通信はＵｕインターフェースを介して行われる。
【００１９】
望ましくは、それぞれの基地局には、選択的に動作可能なビーム形成アンテナがある。次に無線通信の確立には、検出されたサウンディングパルスに関連した情報に基づき、選択された基地局のビーム形成アンテナに関して、モバイルユニットの相対位置を決定することを含む。このようにして、選択された基地局のアンテナは、通信ビームを指向する際には、選択された基地局が提供する通達エリアの選択された部分（モバイルユニットの相対位置を包含する）をカバーする通信ビームを形成するように動作する。
【００２０】
望ましくは、形成された通信ビームは共通チャンネルを搬送する。このような場合には、選択された基地局のアンテナは、選択された基地局が無線通信を行っている他のモバイルユニットがまた、形成された通信ビームの中に包含され、形成されたビームが複数のモバイルユニットに対する共通チャンネルサービスを提供するように、モバイルユニットの相対位置を包含している通信ビームを形成するために動作する場合がある。あるいはまた、それぞれのモバイルユニットに対する個々のビームを利用することが可能である。
【００２１】
モバイルユニットについて、自身が全方位サウンディングパルスを送信してから予め定義された時間内に基地局からの指向された通信ビームを受信しない場合には、望ましくは、通信開始が再起動される。それに応じて、モバイルユニットは、基地局と通信を開始するために全方位のサウンディングパルスを送信し、かつサウンディングパルスを検出した基地局からの通信ビームが確立しない場合には、引き続くサウンディングパルス（電力が増大される場合がある）を送信するように構成される。
【００２２】
また、望ましくは、モバイルユニットは、基地局との通信の電力レベルをモニタし、かつそのモニタされた電力レベルが予め定義されたレベルより低くなった場合には、通信開始を繰り返すように構成される。さらに、基地局と通信を開始するために電力を増大させて行く一連の全方位サウンディングパルスを送信するようにモバイルユニットを構成することができる。
【００２３】
複数のモバイルユニットのそれぞれが全方位サウンディングパルスを送信する場合がある。そのような場合には、基地局で検出されたそれぞれの個別のモバイルユニットからのそれぞれの識別可能なサウンディングパルスに関連した情報は、個別の選択されているインターフェースに伝えられる。それぞれの個別のインターフェースは、個別のモバイルユニットの識別可能なサウンディングパルスを検出したそれぞれの基地局からの、個別のモバイルユニットの識別可能な検出されたサウンディングパルスに関連した情報に基づき、それぞれの個別のモバイルユニット通信に対する基地局を選択する。少なくとも１つの基地局が対応する識別可能なサウンディングパルスを受信したそれぞれの個別のモバイルユニットに対して、無線通信を確立するために、個別の選択された基地局からの通信ビームをモバイルユニットに指向する。
【００２４】
望ましくは、形成された通信ビームは共通チャンネルを搬送する。ある場合には、第１の基地局が第１のモバイルユニットとの通信のために選択され、そして第２のモバイルユニットとの通信のためにも選択される。そして、第１および第２のモバイルユニットの両方の相対位置を包含している通信ビームを、形成されたビームが第１および第２のモバイルユニットの両方に対する共通チャンネルサービスを提供するように形成されるように、第１の基地局のアンテナを動作させる場合がある。別の例では、第１の基地局が第１のモバイルユニットとの通信のために第１の選択されたインターフェースによって選択され、第２の基地局が第２のモバイルユニットとの通信のために第２の選択されたインターフェースによって選択される。
【００２５】
少なくとも１つの基地局がサウンディングパルスを受信する場合には、受信電力レベルおよびモバイルユニットへの到来角の推定値を決定するために測定する場合があり得る。モバイルユニットの相対位置を決定して、それに従い通信ビームをモバイルユニットに指向するために、１つあるいは複数の基地局からの情報を使用することができる。
【００２６】
別の実施形態では、モバイルユニットが無線通信を確立する相手の基地局を選択する。全方位サウンディングパルスは少なくとも基地局の内の１つの地理的な通達エリアに位置するモバイルユニットから送信される。通信ビームはサウンディングパルスを検出している基地局群からモバイルユニットに向かい指向される。次に、サウンディングパルスを検出した基地局の１つがモバイルユニットによって受信された通信ビームに基づいて選択される。次に、選択された基地局およびモバイルユニットの間で無線通信が確立する。
【００２７】
無線ネットワークを実現することにより、基地局に接続された制御インターフェースを持つことができる。そのような場合には、検出されたサウンディングパルスに関連した情報を、サウンディングパルスを検出したそれぞれの基地局が、そのインターフェースに伝えることができる。次に、伝えられた情報に基づいて、サウンディングパルスを検出した基地局の１つまたは複数を選択することができ、選択された基地局のみがそのモバイルユニットへの通信ビームを指向する。このようにして、無線アクセスネットワークがモバイルユニットによってなされる選択を選択的に制限することができる。
【００２８】
好適なモバイルユニットは、全方位サウンディングパルスを送信するように構成されたトランスミッタおよびモバイルユニットにより送信されたサウンディングパルスを検出した基地局からの通信ビームを受信するためのレシーバを含む。モバイルユニットは、モバイルユニットが送信したサウンディングパルスを検出した基地局群から、モバイルユニットにより受信された通信ビームに基づき、無線通信を確立するための基地局を選択するように構成されたプロセッサを含む場合がある。
【００２９】
それぞれのモバイルユニットはＧＰＳ（Global Positioning System：ＧＰＳ）を備えることができる。そのような場合には、モバイルユニットは望ましくは、そのＧＰＳで決定されたモバイルユニットの位置情報を含む全方位サウンディングパルスについて送信するように構成される。また、モバイルユニット識別情報を含む全方位サウンディングパルスについて送信するようにモバイルユニットを構成することができる。
【００３０】
スマートアンテナを採用するそのようなシステムでは、モバイルユニットによって行われる進行中の通信のハンドオーバ（handover）で特有な問題が生じることがあり得る。たとえば、専用チャンネル上で情報について交換するために、最初にＵＥおよび基地局のような無線アクセスポイントの間で無線回線を確立する。ＵＥが隣接しているセルに移動すると、中断することなく通信を続けるためには新規専用無線回線を確立する必要がある。新規の隣接しているセルにその専用回線を移さねばならない。ユーザに僅かな変化をも知覚されるべきではないため、この動作は途切れのない方法で行われねばならない。
【００３１】
専用無線回線の１つのセルから別のセルへのハンドオーバは、ハンドオーバ（handover）（または、ハンドオフ（handoff））と呼ばれ、一般に、無線アクセスネットワーク（Radio Access Network：ＲＡＮ）の制御下にある。ハンドオーバの判定は物理的な誘因によるかあるいは特別なサービスのためにユーザが必要なセルを再選択したかのどちらかに基づく。物理的な誘因は通常ダウンリンクおよび／またはアップリンク伝送の受信信号電力に基づく。ダウンリンクは一般に基地局からＵＥへの信号伝送路として、そしてアップリンクはＵＥから基地局への伝送であると考えられる。
【００３２】
ＵＥの１つのセルから別のセルへのハンドオーバはスマートアンテナ技術を用いていない従来の無線通信システムでは容易に実行される。これはＵＥおよびＲＡＮが隣接しているセルに関するＵＥとの受信信号電力をモニタすることができるという事実による。しかしながら、スマートアンテナが専用チャンネルのアップリンクおよびダウンリンク動作の両方に対して採用された場合には、これは当てはまらない。ブロードキャストチャンネル（ＢＣＨ：broadcast channel）およびページングチャンネル（ＰＣＨ：paging channel）のような共通チャンネルが、スマートアンテナを使用して伝送される無線通信システムにおいては、状況は複雑になる。たとえば図１ｃを参照すると、ＵＥが隣接しているセルに移動しても、その隣接しているセル中の新規基地局ＢＳ４が必ずしもそのＵＥの位置に向けて共通チャンネルを持つビームを指向しているというわけではないであろう。一方では、ＵＥは基地局ＢＳ４の位置を知らないので、そのＵＥも基地局にビームを指向しないであろう。ＵＥは、最初のセルの最初の基地局ＢＳ２とのその現在の専用無線回線を維持するよう試みるであろう。
【００３３】
上述のシナリオでは新規の基地局はＵＥからの受信信号電力をモニタしない場合がある。これらの場合には、ＵＥは隣接しているセルからのビーコンチャンネル（ＢＣＨ：beacon channel）の受信信号電力を簡単にモニタするわけにはいかない。したがって、ハンドオーバの誘因を含むハンドオーバの判定およびセル選択は、このようなシステムでははるかに複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
したがって、スマートアンテナ技術が基地局あるいはＵＥのどちらかで、あるいは基地局およびＵＥの両方で使用される状況において、ハンドオーバを容易にする方法を提供することが望ましい。ここでの好適な解決方法はモバイル装置のハンドオーバにおける混乱を最小限にしつつ、通達範囲を拡張するスマートアンテナ技術を利用することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明はビーム形成を含むスマートアンテナ技術の使用を採用した無線アクセスシステムを対象にしている。
【００３６】
本発明に係る無線通信システムにおいて、第１のアクセスポイントを介して行われるモバイルユニット通信の、第２のアクセスポイントを介して通信を継続することへのハンドオーバに関連して、全方位サウンディングパルスを使用する。無線アクセスネットワーク（Radio Access Network：ＲＡＮ）は、ビーム形成アンテナを採用する基地局への途切れのないハンドオーバを支援するために、現在のモバイルユニット通信に関連した情報を利用することができる。
【００３７】
本発明の一実施形態では、無線ネットワークは複数の基地局を有し、そのそれぞれが個別の地理的な通達エリア（他の基地局群の地理的な通達エリアに重畳する場合、しない場合がある）にあるモバイルユニット群に対して無線通信サービスを提供し、かつ基地局群に接続されたインターフェースを有する。そのような無線システムにおいて、モバイルユニットの第１の基地局を介して行われている無線通信を第２の基地局へハンドオーバする方法を提供する。ハンドオーバのトリガイベントは、モバイルユニットの第１の基地局を介する無線通信の期間中に検出される。モバイルユニットからは全方位サウンディングパルスを送信する。検出されたサウンディングパルスに関連した情報はサウンディングパルスを検出したそれぞれの基地局がインターフェースに伝える。伝えられた情報に基づき、サウンディングパルスを検出した基地局群から、第２の基地局を選択する。そして、モバイルユニット無線通信は選択された第２の基地局を介して続けられる。
【００３８】
望ましくは、それぞれの基地局には、選択的に動作可能なビーム形成アンテナがある。そのような場合には望ましくは、第１の基地局に隣接している基地局群のビーム形成アンテナを基準としてモバイルユニットの相対位置を決定する。次に、隣接している基地局群のビーコンチャンネルは送信されるサウンディングパルスを受信するためにモバイルユニット位置の方向に指向される。あるいはまた、送信されるサウンディングパルスを受信するために、モバイルユニット位置を包含しているアーク上にビーコンチャンネルを掃引するように、隣接している基地局群に指示する。
【００３９】
それぞれの基地局には、選択的に動作可能なビーム形成アンテナがので、選択された基地局のビーム形成アンテナに関連したモバイルユニットの相対位置を、検出されたサウンディングパルスに関連した情報に基づいて決定することができる。そのような場合には、モバイルユニットの通信を第２の基地局を介して継続することは、望ましくは、選択された基地局のアンテナを動作させて、選択された基地局が提供している通達範囲エリアの選択された部分（そのモバイルユニットの相対位置を包含している）をカバーするように通信ビームを形成することを含む。望ましくは、その形成された通信ビームが共通チャンネルを搬送し、かつ第２の基地局のアンテナがそのモバイルユニットの相対位置を包含している通信ビームを形成するように動作し、その形成されたビームが複数のモバイルユニットに対する共通チャンネルのサービスを提供するように、選択された基地局が無線通信を行う相手の他のモバイルユニットをも、その形成された通信ビームの中に包含する。
【００４０】
全方位サウンディングパルス(omnidirectional sounding pulse)の伝送(transmission)には、サウンディングパルスを送信するモバイルユニットに関連した識別情報(identification information)を送信することを含む場合がある。モバイルユニットがＧＰＳ（Global Positioning System：ＧＰＳ）を備えている場合には、全方位サウンディングパルスを送信することが、望ましくはモバイルユニットによリ送信されたサウンディングパルスに関連したモバイルユニット位置情報を送信することを含む。さらに、特に全方位サウンディングパルスの送信から予め定義された時間内にハンドオーバが発生しない場合には、その全方位サウンディングパルスを送信することが、電力を増大させた次の、あるいは一連の引き続く、サウンディングパルスをモバイルユニットから送信することを含む場合がある。
【００４１】
３ＧＰＰの関連では、無線ネットワークはＵＴＲＡＮ（UMTS Terrestrial Radio Access Network）であり、それぞれの基地局はノードＢ、インターフェースは無線ネットワークコントローラ（Radio Network Controller：ＲＮＣ）であり、かつモバイルユニットはユーザユーザ機器（User Equipment：ＵＥ）である。そのような場合には、ノードＢおよびＲＮＣの間では、通信情報はＩｕｂインターフェースあるいはＩｕｂ／Ｉｕｒインターフェースの組み合わせを介し、第２の基地局の選択はＲＮＣにより第２のノードＢを選択することにより実行され、そして第２のノードＢを介してのＵＥの通信はＵｕインターフェースを介して続けられる。
【００４２】
本発明による好適な通信ネットワークには、複数の基地局があり、それぞれが地理的な通達範囲エリア（他の基地局群の地理的な通達エリアに重畳する場合、しない場合がある）で、無線通信サービスを提供する。それぞれの基地局が、その基地局からモバイルユニットへの無線通信に関連した制御インターフェースを持つように、少なくとも１つの基地局インターフェースが基地局群に接続される。それぞれの基地局がモバイルユニット群から送信されたサウンディングパルスを検出して、そのようなモバイルユニット群との無線通信を確立するように構成される。それぞれの基地局は、検出されたモバイルユニットからのサウンディングパルスに関連した情報を選択されたインターフェースに伝えるように構成される。通信中のモバイルユニットの通信が対応基地局(serving base station)を介して行われる場合に、それぞれのインターフェースは、その対応基地局に対する制御インターフェース(controlling interface)として機能する場合には、対応基地局との通信の間に通信中のモバイルユニットが送信したサウンディングパルスを検出した、それぞれの基地局から伝えられた情報に基づき、通信中のモバイルユニット無線通信を継続するのためのハンドオーバ基地局(handover base station)を選択するように構成される。通信中のモバイルユニットがハンドオーバ基地局を介して通信中のモバイルユニット無線通信を継続するために、そのハンドオーバ基地局として選択された場合には、そのそれぞれの基地局は、通信ビームを指向するように構成される。
【００４３】
それぞれの基地局には望ましくは、選択的に動作可能なビーム形成アンテナがある。そのような場合には、通信中のモバイルユニットの通信が対応基地局(serving base station)を介して行われる場合に、それぞれのインターフェースは、その対応基地局に対する制御インターフェースとして機能する場合には、望ましくは、その対応基地局に隣接している基地局群に対して、送信されたサウンディングパルスを受信するために、通信中のモバイルユニットの決定された位置に向けて、隣接している基地局群のビーコンチャンネル(beacon channel)を指向させることを指示するように構成される。あるいはまた、通信中のモバイルユニットの通信が対応基地局を介して行われるとき、それぞれのインターフェースは、その対応基地局に対する制御インターフェースとして機能する場合には、送信されたサウンディングパルスを受信するために、通信中のモバイルユニットの決定された位置を包含しているアーク上にビーコンチャンネルを掃引するために、その対応している基地局に隣接している基地局に指示するように構成することができる。どちらの場合でも、通信中のモバイルユニットの相対位置を決定するようにそれぞれのインターフェースを構成することができる。
【００４４】
望ましくは、本システムは対応している基地局からハンドオーバ基地局にハンドオーバを開始するために、全方位サウンディングパルスを送信するようにそれぞれが構成されているモバイルユニット群を含む。モバイルユニットで受信された、基地局からの指向された通信ビームの電力レベルをモニタし、そして、モニタしている電力レベルが予め定義されたレベルより低くなった場合には、全方位サウンディングパルスを送信するように、あるいは、全方位サウンディングパルスを送信してから予め定義された時間内に、ハンドオーバ基地局から指向された通信ビームが受信されないなら、引き続いて全方位サウンディングパルスを送信するように、モバイルユニットをそれぞれ構成することができる。それぞれのモバイルユニットがＧＰＳ（Global Positioning System：ＧＰＳ）を備え、ＧＰＳで決定したモバイルユニット位置情報を含む全方位サウンディングパルスを送信するように構成することができる。また、モバイルユニットの識別情報を含む全方位サウンディングパルスを送信するようにそれぞれのモバイルユニットを構成することができる。
【００４５】
無線ネットワークはＵＴＲＡＮ（UMTS Terrestrial Radio Access Network）であり、それぞれの基地局はユーザユーザ機器（User Equipment：ＵＥ）として構成されたモバイルユニットとＵｕインターフェースを介して通信するように構成されたノードＢであり、かつそれぞれの基地局のインターフェースはノードＢとＩｕｂインターフェース、あるいは別のＲＮＣに関するＩｕｂ／Ｉｕｒインターフェースの組み合わせを介して情報を通信するように構成された無線ネットワークコントローラ（Radio Network Controller：ＲＮＣ）である。そのような場合には、それぞれのノードＢは望ましくは、そのノードＢが、通信中のＵＥの無線通信に対するハンドオーバのノードＢとして選定された場合には、通信中のＵＥの相対位置を包含している、そのノードＢが提供している通達エリアの、選択された部分をカバーする通信ビームを指向するように構成可能な選択的に動作可能なビーム形成アンテナを有する。また、複数のＵＥの相対位置を包含している共通チャンネルを搬送する通信ビームを、形成されたビームが複数のＵＥに対して共通チャンネルサービスを提供するように、形成するためにそのアンテナを動作させるようにそれぞれのノードＢを構成することができる。
【００４６】
さらなる実施形態では、無線通信のための通信ネットワークが、それぞれが地理的な通達エリア（他の基地局群の地理的な通達エリアと重畳する場合、しない場合がある）で無線通信サービスを提供する、複数の基地局、および、ハンドオーバ基地局を介して通信を継続するために、対応基地局を介する無線通信の期間中にハンドオーバトリガイベントが発生した際に、ハンドオーバを開始すべく全方位サウンディングパルスを送信するように、かつその全方位サウンディングパルスの送信から予め定義された時間内に、サウンディングパルスに応答して基地局から伝えられた情報の受信に基づきハンドオーバ基地局を選択するように、それぞれ構成されたモバイルユニット群、を含む。望ましくは、モバイルユニット群から送信されたサウンディングパルスを検出し、そのようなモバイルユニット群と無線通信を確立するようにそれぞれの基地局を構成する。望ましくは、また、検出されたモバイルユニットからのサウンディングパルスに関連した情報をそのモバイルユニットに伝えるようにそれぞれの基地局を構成する。また、望ましくは、通信中のモバイルユニットがハンドオーバ基地局を介して通信中のモバイルユニット無線通信を継続するために、ハンドオーバ基地局としてその基地局を選択した場合には、そのそれぞれの基地局を通信ビームが指向するように構成する。
【００４７】
このようなシステムはまた、それぞれの基地局が、その基地局からモバイルユニットへの無線通信に関連した制御インターフェースを持つように、基地局群に接続された少なくとも１つの基地局インターフェースを持つことができる。通信中のモバイルユニットの通信が対応基地局を介して行われる場合に、それぞれのインターフェースは、その対応基地局に対する制御インターフェースとして機能する場合には、通信中のモバイルユニットの相対位置を決定し、モバイルユニットがハンドオーバを開始するためのサウンディングパルスを送信しようとしているときに、対応基地局に隣接した基地局群が、通信中のモバイルユニットのその決定された相対位置に向けて選択的にそれらのビーム形成アンテナを指向させるように、インターフェースが指示することができるように構成される。
【００４８】
対応基地局(serving base station)を介して通信中のモバイルユニットにより行われている無線通信のハンドオーバ基地局へのハンドオーバのさらなる方法を提供する。トリガイベント(triggering event)が発生すると、無線通信を続けつつ、通信中のモバイルユニットから全方位サウンディングパルスが送信される。サウンディングパルスを検出した基地局群は通信ビームをそのモバイルユニットに向けて指向する。モバイルユニットにより受信されたその通信ビームに基づき、サウンディングパルスを検出した基地局群から１つのハンドオーバ基地局を選択する。そして、無線通信は選択されたハンドオーバ基地局を介して続けられる。無線ネットワークは、基地局群に接続されたインターフェースを有するため、検出されたサウンディングパルスに関連した情報は望ましくは、サウンディングパルスを検出したそれぞれの基地局によりインターフェースに伝えられる。そして、サウンディングパルスを検出した基地局群の中の１つまたは複数がそのモバイルユニットのサウンディングパルスに応じて伝えられた情報に基づき選ばれ、その選ばれた基地局群のみがそのモバイルユニットへの通信ビームを指向する。
【００４９】
それぞれの基地局が選択的に動作可能なビーム形成アンテナを有し、サウンディングパルスを受信したそれぞれの基地局のビーム形成アンテナに関連した通信中のモバイルユニットの相対位置は、望ましくは、検出されたサウンディングパルスに関連した情報に基づいて決定され、それにより通信ビームの指向方向は、個別の基地局のアンテナを、その個別の基地局が提供している通達エリアのそのモバイルユニットの相対位置を包含している選択された部分をカバーする通信ビームを、形成するように動作させることを含む。望ましくは、それぞれの個別の形成された通信ビームが共通チャンネルを搬送し、それぞれの個別の基地局のアンテナを、そのモバイルユニットの相対位置を包含している通信ビームを形成するように動作させることが、その個別の基地局が無線通信を行っている相手の別のモバイルユニット群をもまた、その形成された通信ビーム中に包含するように、行われる。
【００５０】
本発明は、複数の基地局を有する無線ネットワークにおける使用のためのモバイルユニットの条項を含み、そこでは、それぞれの基地局が、個別の地理的な通達エリア（他の基地局群の地理的な通達エリアと重畳する場合、しない場合がある）で無線通信サービスを提供する。モバイルユニットは、トランスミッタ、レシーバ、およびプロセッサを持つ。トランスミッタは、対応基地局を介して行われる無線通信を続けながら、トリガイベントの発生に基づき全方位サウンディングパルスを送信するように構成される。レシーバは、そのモバイルユニットにより送信されたサウンディングパルスを検出した基地局群からの通信ビームを受信するように構成される。プロセッサは、そのモバイルユニットにより送信されたサウンディングパルスを検出した基地局群から、その基地局を介して、モバイルユニットが自身が受信した通信ビームに基づき無線通信を続けることになる、ハンドオーバ基地局を選択するように構成される。モバイルユニットによリ送信されたサウンディングパルスを検出した基地局から、全方位サウンディングパルスを送信してから予め定義された時間内に、通信ビームが受信されない場合には、次の、あるいは引き続く一連の、全方位サウンディングパルスを送信するようにモバイルユニットを構成することができる。モバイルユニットがＧＰＳ（Global Positioning System：ＧＰＳ）を備えている場合には、望ましくは、ＧＰＳで決定したモバイルユニットの位置情報を含む全方位サウンディングパルスを送信するように構成される。モバイルユニット識別情報を含む全方位サウンディングパルスを送信するようにモバイルユニットを構成することもできる。
【００５１】
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明および関連図面より当業者にとっては明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
システムのダウンリンク共通チャンネルの一部あるいはすべてに対して、本発明を適用することができる。説明簡略化のために、ここではＵＭＴＳシステムのダウンリンク共通チャンネルに本発明が適用されるものとして説明する。しかしながら、本発明は任意の無線システムにも適用可能である。
【００５３】
本発明は、モバイルユニット、すなわちＷＴＲＵが、それらが個々の基地局により提供された地理的な通達範囲の個々のエリアに立ち入り、そして／または移動する場合に、改良された基地局選択機構を備えた、ネットワーク化された基地局を有する無線アクセスネットワークを提供する。このようなモバイルユニット（たとえば図１ａで図示されたＵＥ）は一般に、トランスミッタ、レシーバ、および通信信号プロセッサを含む。望ましくは、ネットワークは選択をするあるタイプの基地局インターフェースを含む。３ＧＰＰネットワークのノードＢに対するそのようなインターフェースは無線ネットワークコントローラ（Radio Network Controller：ＲＮＣ）である。しかしながら、代替の実施形態はモバイルユニットによる自己選択を可能とする。
【００５４】
セルあるいはセルセクタの全体の隅々まで完全な均一な通達範囲を提供する代わりに、基地局は選択的に少なくともいくつかの、しかし望ましくは、すべてのダウンリンク共通チャンネルを、ビーム形成を含むスマートアンテナ技術を使用して、各個のモバイルユニットに向けて指向する。図１ｂは、３ＧＰＰシステムでのノードＢによるそのような通達範囲を、破線で示したセルを移動するモバイルユニットＵＥ１に対して図示する。望ましくは、ダウンリンク共通チャンネルあるいはビーコンチャンネルの基地局による通達範囲はスマートアンテナを使用する専用チャンネルのものに合致する。
【００５５】
無線アクセスネットワークの全体的な通達エリアを示すために互いに排他的なセルのパターンを図１ｃに破線で図示したように描くことができる。しかしながら、それぞれの基地局が提供することができる実際の地理的な通達エリアは、通常は、公称のセル配置を超えて広がり、隣接している基地局の実際の地理的な通達エリアと重畳する。図１ｃでの例に関しては、少なくとも基地局ＢＳ１、ＢＳ２、あるいはＢＳ４のどれでもがモバイルユニットＵＥに対して提供可能であるとして描かれている。モバイルユニットが起動されるか、そして／または呼を開始しようとした場合には、はじめに通信リンクを確立することに加えて、確立した通信を中断することなく維持できること望ましい。モバイルユニットが移動し、その移動しているモバイルユニットとの通信が１つのネットワーク基地局から別の基地局に「ハンドオーバ（hand over）」されることを必要とする場合がある。通信を開始するための基地局の選択と、通信のハンドオーバを実施するための基地局の選択とは類似である。しかしながら、以下で説明するように、ハンドオーバの場合における選択の実施に対しては開始時の選択を有利に変更することができる。
【００５６】
以下では「ハードな（hard）」ハンドオーバの実施形態に関して説明し、この場合には、モバイルユニットは第２の基地局と通信する前に第１の基地局との通信を終了する。しかしながら本発明は、モバイルユニットが２つまたはそれ以上の基地局と同時に通信する、「ソフトな（soft）」ハンドオーバにも容易に適用可能である。そのような場合には、従来のソフトハンドオーバ誘因(soft handover trigger)が、モバイルユニットがサウンディングパルスの送信を開始する役割を果たす。
【００５７】
図２は、本発明の開始実施形態(initiation embodiment)による基地局選択手順を示すフローチャートである。第１ステップ２０２において、モバイルユニットは均一に放射する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）パターンを生成するために等方向性アンテナを使用してサウンディングパルスを送信する。ステップ２０４で示すように、サウンディングパルスを受信した基地局はそれぞれ、無線ネットワークコントローラ（ＲＡＮ：Radio Network Controller）にその情報を伝える。たとえば、図１ｃでモバイルユニットＵＥにより発信されたサウンディングパルスはおそらく基地局ＢＳ２およびＢＳ４により受信されるであろう。また、ことによると基地局ＢＳ１で、そして可能性としてはＢＳ６およびＢＳ７でも、受信される場合がある。
【００５８】
受信基地局群は、同一のＲＮＣで制御される場合と、そうでない場合とがある。複数のＲＮＣが関係する場合には、望ましくは、関連したノードＢ基地局群の中の１つからの通信を最初に受信したＲＮＣが決定権のあるＲＮＣになり、他の基地局に関連付けられているＲＮＣ（群）（図１ａで図示されるように標準のＩｕｒインターフェースを介するなどでサウンディングパルスを受信する）によりそこに伝えられるサウンディングパルス情報を受け取る。基地局が別のＵＴＲＡＮにある場合には、既存の３ＧＰＰシステムのコアネットワークを介して決定権のあるＲＮＣへの通信を行うことができる。
【００５９】
ステップ２０６で表わされるように、ＲＡＮはパルスを受信している基地局群の中から１つを選択し、選択された基地局からモバイルユニットへの方向を決定する。選択の決定は望ましくは、受信信号の強度に基づく。２つ以上の基地局が上述のサウンディングパルスを受信した場合には、選択された最低強度、他のＱｏＳ（Quality of Service：サービスの質）の標準、および／あるいは、許可制御基準を選択手順において比較することがあり得る。また、本発明の譲受人により所有されている、米国特許出願番号１０／３０５，５９５で開示されたような選択決定方法により、全体的なネットワークトラフィックを考慮することができる。
【００６０】
決定権のあるＲＮＣが選択された基地局に直接関連付けられているＲＮＣでない場合には、選択された基地局からモバイルユニットへの方向を決定するために選択された基地局のＲＮＣを使用することができる。しかしながら、全体的なネットワークトラフィックが評価されている場合には、ＲＮＣ（群）はデータのすべてをコアネットワークに通信することができ、基地局選択を支援し、あるいは実行するためにコアネットワークを利用することができる。ＲＮＣあるいはＵＴＲＡＮに関するコミュニケーショントラフィックがある特定の最低水準に達した場合には、このような代替手段を起動することができる。図１ｃにより示されるように、基地局ＢＳ２およびＢＳ４がモバイルユニットＵＥにより近くとも、ＱｏＳおよび全体的なネットワークトラフィックに対する考慮に基づいて基地局ＢＳ１を選択することがあり得る。
【００６１】
ステップ２０８において示されるように、いったん選択されると、図１ｂに示されるように、選択された基地局はそのダウンリンク共通チャンネルの送信をモバイルユニットの方向に指向する。このために基地局はビーム形成アンテナを備えていることが望ましく、ビームの方向は望ましくは、そのモバイルユニットの推定位置に基づく。送信および／または受信のための基地局アンテナからのビームが特定の形状および大きさの特定の地理的なエリアをカバーするようにするために、指向性アンテナ、ビーム切り替え（switched beam）アンテナ、フェーズドアレー（phased array）アンテナ、あるいは他のタイプのアンテナシステムを提供することができる。位置の推定は、多くの方法で導くことができるが、望ましくは、１つまたは複数の基地局によるサウンディングパルスの受信に関連した情報に基づいている。モバイルユニットの相対的な位置を計算するために、従来的方法では、ビーム強度の定量計測、および／または１つまたは複数の基地局からの信号受信角度を使用することがあり得る。３ＧＰＰタイプのシステムでは、ＲＮＣあるいはノードＢのどちらかでこれを行うことができる。代わりに、モバイルユニットがサウンディングパルスに地理的位置のデータを付加する場合があり、選択された基地局のアンテナの既知の位置との比較により相対的位置が決まる場合がある。このために、モバイルユニットはＧＰＳ（Global Positioning System：ＧＰＳ）を備える場合がある。
【００６２】
サウンディングパルスは、望ましくは等方向性アンテナ（あらゆる方向で等しく放射し、あるいは受信するアンテナ）を使用して送信される物理的信号であるが、モバイルユニットにビーム形成能力がある場合には、それはまた、３６０度に亘って一連のサウンディングパルスを送信する掃引ビームである可能性がある。サウンディングパルスの形態は望ましくは、無線アクセス技術に依存する。たとえばＣＤＭＡベースのシステムでは、非常に短い持続時間の複数チップを用いるバースト信号（very short duration burst spanning multiple chip）でサウンディングパルスを代表することができる。
【００６３】
サウンディングパルスのタイミングは物理的信号の実施方法および実現手段に依存し、無線アクセス技術による。それぞれの無線通信媒体は異なるパルス時間構造を必要とする。たとえばＦＤＤ−ＣＤＭＡのサウンディングパルスはＴＤＤ−ＣＤＭＡのサウンディングパルスとは異なるであろう。
【００６４】
サウンディングパルス自体を定義する物理的信号は、アロハあるいはスロット付きアロハの技法で実現される場合がある。アロハのような技法では、モバイルユニットは単に必要なときはいつでも、サウンディングパルスのバーストを送信する。アロハのようなシステムにはタイミング的制約が全くない。モバイルユニットが基地局から応答を得られない場合には、これは「接続(connect)」障害(failure)であるとみなされる。そして、バックオフ（back-off）手順が実施される。この手順は本質的には、モバイルユニットが再送処理をするまでランダムな時間量を待った後に接続の再試行を行う。
【００６５】
スロット付きアロハのような技法(slotted Aloha-like technique)では、モバイルユニットは特定のタイムスロットでサウンディングパルスを送信する。この技法はある種のマスタータイミングを必要とする。障害の場合のバックオフ手順は、モバイルユニットがランダムな数のタイムスロットの間を待機してから再送信を行うことに相当する。
【００６６】
いくつかの状況では、複数のモバイルユニットが同時にパルスを送信し、同一のＲＡＮの注意を取得する場合がある。このような状態が発生し、両方のモバイルユニットからの信号をノードＢ群が区別できる場合には、それぞれのモバイルユニットに向けて共通チャンネルを指向するようにＲＡＮはノードＢを選択する。ノードＢが区別できない場合には、それぞれのモバイルユニットに向けて共通チャンネルを指向するように適切なノードＢを選択することがＲＡＮにはできない。この場合の選択方法としては望ましくは、それぞれのモバイルユニットにより次のパルスが送信されるまで待つ。これらのモバイルユニットからの引き続くパルスが衝突しないことを保証するために、モバイルユニットに対する好適なバックオフ手順は、サウンディングパルスを再送処理する前にランダムな時間を待つことを含み、このようにして、別の衝突を避けている。引き続くパルスは、以下の変形について議論するように、電力を増大させる場合がある。
【００６７】
モバイルユニットおよびネットワーク基地局の間の進行中の通信に関連して、通信を別の基地局にハンドオーバし、それにより中断のないハンドオーバを要求することを望ましいとする、様々な事象が発生する場合がある。無線回線のハンドオーバ手順を引き起こす事象は誘因（trigger）として知られている。ハンドオーバ誘因は無線通信のフィールドでは非常によく知られている。隣接しているビーコンチャンネルが利用可能である場合の、ハンドオーバ誘因の後に続く動作は、無線通信の分野でよく知られている。しかしながら、基地局が提供している全エリアの中の選択されたエリアに向けてビーコンチャンネルを指向させるだけのために、ビーム形成がビーコンチャンネルと関連して使用される場合には、従来のハンドオーバ方法は問題をはらんでいる。
【００６８】
また、ビーコンチャンネルが利用可能でない場合に、ハンドオーバ判定に代替の誘因を使用することができる。そのような代替としては受信信号符号電力（ＲＳＣＰ：Received Signal Code Power）、信号対干渉比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）、干渉信号符号電力（ＩＳＣＰ：Interference Signal Code Power）、あるいは、そのモバイルユニットがしている通信を介している基地局が提供しているセル内のダウンリンクあるいはアップリンク伝送の他の測定値、が含まれる場合がある。
【００６９】
さらにハンドオーバ誘因(handover trigger)として、ハンドオーバの可能性を評価するための周期的なモニタメカニズムを採用することもできる。たとえばネットワークが基地局からビーコンチャンネル送信を掃引させる方法を採用している場合には、モバイルユニットが別のセル（群）に接近したとき、そのモバイルユニットは、そのような別の基地局に向けて受信ビームを指向することなく、１つまたは多数の近傍の基地局の周期的な掃引ビーコンチャンネル信号を受信する場合がある。そのような場合には、最小電力レベルなどの予め定められた特性を満たす、別の基地局からのビーコン信号をそのモバイルユニットが受信することが、ハンドオーバ誘因として機能し得る場合がある。
【００７０】
ハンドオーバ誘因が発生すると、進行中の通信を転送する基地局を選択するために、モバイルユニットは図２に関連して上で説明されたような開始手順を用いることができる。少なくともモバイルユニットの概略の位置が分かっているので、この手順を変更することができる。すなわち、モバイルユニットは、それが介して通信している基地局が提供している地理的なエリアの中にある。さらに、地理的位置技法（geolocation technique）を採用している場合には、基地局のＲＡＮにはかなり高い精度でモバイルユニットの物理的な位置が分かるであろう。したがって、サウンディングパルスのステップ２０２に関連して、ＲＡＮは望ましくは、移動体の近傍にビーコンチャンネルを指向するよう隣接している基地局に指示する。
【００７１】
既知の移動体の近傍(vicinity)とは、そのモバイルユニットが通信している基地局の全体のセルセクタを、あるいはモバイルユニットのより正確な位置が分かっている場合にはその移動体を囲む狭いエリアを、含むことがある。ビーコンチャンネル信号がモバイルユニットの位置を包含することを確実にするために、隣接している基地局群がモバイルユニットの位置に向けて、比較的広いビームを使用してビーコンチャンネルを放射するか、あるいはより高度に焦点を絞られたビームを使用するかどうか、を決定するために、移動体位置の場所の精度の度合いを使用する。
【００７２】
あるいはまた、ハンドオーバ誘因について、ＲＡＮは隣接している基地局群に、３６０度あるいは、サウンディングパルスを発生（ステップ２０２）するモバイルユニットを基準として特定されたパターンに従いモバイルユニット位置を包含している、計算されたアークを通してビーコンチャンネルを掃引し始めるように指示することができる。次に、上に概説された残りの選択ステップを実行することにより、ハンドオーバのための基地局が選択される。
【００７３】
モバイルユニットの位置に関する地理的位置の情報により、厳密に適応型の索引地図を使用した場所に基づきハンドオーバをＲＡＮが指示することができる。同じ位置での以前の接続の品質に基づく観測および測定を通して、既知の位置に対するこの適応型の索引地図を作り出し、そして／または、更新することができる。また、ステップ２０２に関連して、上でハンドオーバ手順に関して説明したように、ＲＡＮが通信する相手の、隣接している基地局群の識別情報を決定するためにも適応型の索引地図を使うことができる。
【００７４】
図２で示した手順の変形を図３に詳しく説明してある。モバイルユニットはネットワークサービスエリアに入る（ステップ３０２）と、第１のサウンディングパルスを小電力で発生する（ステップ３０４）。しかしながら、このモバイルユニットは単一のパルスの代わりに、一連のサウンディングパルスを発生し、かつ、その一連のパルスの送出の間に送信電力を徐々にステップアップする（ステップ３０６）。望ましくは、連続するパルスはそれぞれその直前の先行するパルスより大きい電力で送信される。
【００７５】
それぞれ少なくとも１つのサウンディングパルスを検出した１つまたは多数の基地局は、そのサウンディングパルスの受信情報をＲＡＮへ通信する（ステップ３０８）。ＲＡＮはそれらの基地局から１つを選択し、そのモバイルユニットの相対位置を計算する（ステップ３１０）。次に、選択された基地局は、スマートアンテナ技術を使用して１つまたは多数のダウンリンク共通チャンネルをそのモバイルユニットに指向する（ステップ３１２）。次に、モバイルユニットはダウンリンクチャンネルを受信し、そして次に、選択された基地局を介して別のユニットと通信を始めることができる（ステップ３１４）。
【００７６】
いずれの実施形態でも、サウンディングパルスの検出に際して、望ましくは、無線アクセスネットワーク（Radio Access Network：ＲＡＮ）は、選択された基地局がスマートアンテナを使用して行う、１つまたは多数のダウンリンク共通チャンネルの送信を指向させるために、サウンディングパルスについて実行された測定を使用する。たとえば、１つの基地局に対するサウンディングパルスの受信信号電力およびその信号の到来角を、モバイルユニットの位置および、スマートアンテナを使用して共通チャンネルがその方向に向けて放出される方向、を決定するために使用することがある。しかしながら、モバイルユニットの地理的な位置の、より正確な計算をするために、ＲＮＣはサウンディングパルスを受信したことを通信するすべての基地局群から受信したデータを関連させることができる。
【００７７】
ハンドオーバに関して変更された手順に関連して、サービスステップ３０２への遷移は、モバイルユニットにより行われている進行中の通信に関するハンドオーバ誘因の発生のステップにより、単純に置き代えられる。次に、ハンドオーバ基地局を選択するステップに続く。再び、少なくともモバイルユニットの概略の位置が分かっているので、そのモバイルユニットの場所に向けてビーコンチャンネル信号を指向させるように、あるいは、ステップ３０４および３０６による、モバイルユニットのサウンディングパルスの発生に関連して隣接している基地局でビーコンチャンネルの掃引を開始するように、隣接している基地局群にＲＡＮが指示することにより、手順を強化することができる。
【００７８】
モバイルユニットは望ましくは、電力のアップにより、あるいは１つのＵＴＲＡＮのサービスエリアに入ったときに、その存在が知られることになる。したがって、基地局は、新規のモバイルユニットの出現を検出するために、規定の時間間隔で、あるいは絶え間なくサウンディングパルスに聞き耳を立てていねばならない。さらに、特定の基地局との関係を維持するために、特定の基地局に「仮住まい（camp out）」している、すなわち実際には通信をしていない状態の、モバイルユニットが、いざ実際にそのモバイルユニットに通信が向けられた場合には即座に接続できるように、そのモバイルユニットの位置の追跡を確実にするために望ましくは、周期パルスを割り振る。
【００７９】
サウンディングパルスの伝送および検出を容易にするために、アップリンクサウンディングパルス(uplink sounding pulse)に対するアクセス機会に関連したタイミング情報を提供する、あるダウンリンク共通チャンネルは、全方位性アンテナを使用して送信される場合がある。しかしながら、ダウンリンク容量を犠牲にしないでこのような同期チャンネルの通達範囲を保証できる場合にだけ、望ましくは、これは実行される。
【００８０】
図３に示した実施形態では、以下のような電力漸増手順に応じて、一連のサウンディングパルスを送る。モバイルユニットはステップ３０４のように低電力レベルで最初のサウンディングパルスを送信する。基地局からの応答の受信がある期間ない場合に、モバイルユニットは送信電力を増大させ、そのサウンディングパルスを再送信する。基地局からの十分なダウンリンク通信が受信されるまで、この手順は繰り返される。この場合には言い換えれば、ステップ３０８、３１０、および３１２が実行されると、ステップ３０６は省略されるか、または停止される。「増大（step-up）」されたより大電力のサウンディングパルスを送信するまでの時間量は、固定されているか、あるいはモバイルユニットにより実行されるランダムなバックオフ処理から決定されることがある。さらに、それぞれのステップに対する電力増加量も、固定されているか、あるいは可変であることがある。
【００８１】
サービスエリアへの進入に際してサウンディングパルスを送信することに加えて、あるいはこれに代わる手段として、１つまたは多数の選択された共通チャンネルの受信信号符号電力（ＲＳＣＰ：Received Signal Code Power）がある閾値レベルを割り込んだ場合に、サウンディングパルスを送信するようにモバイルユニットを構成することができる。また、無線アクセスネットワークはモバイルユニットの位置を決定すると、登録、および認証情報が望ましくは、ネットワークおよびモバイルユニットとの間で交換される。ネットワーク登録は望ましくは、現在の無線システムのように従来のプロトコルを使用して実行される。
【００８２】
本発明は共通チャンネルのダウンリンクへのスマートアンテナの使用方法に関連するが、アップリンク登録および認証情報は、スマートアンテナを使用して送信されることを必要としない。さらにアイドルモード動作（ページのモニタ、システムおよびブロードキャスト情報の更新を含む）の間での、ネットワーク同期化および他の手順は、移動した移動体を追跡するためにサウンディングパルスを採用する機構により確実にされる。移動した移動体とは、そのモバイルユニットとの通信のために選択されている基地局の、焦点を合わせたアンテナがカバーする範囲から外へ移動した、モバイルユニットである。
【００８３】
従来のＵＭＴＳシステムに対する断続的な受信の場合のように、アイドルモードのモバイルユニットは、「目覚め（wake-up）」て、１つまたは多数のページングチャンネルのような共通チャンネル、あるいはブロードキャストチャンネル（ＢＣＨ）上のシステム情報への更新情報を取得せねばならない。必要な共通チャンネルの受信電力が不十分であるなら、無線アクセスネットワークが基地局のスマートアンテナを使用して共通チャンネルの送信内容を転送させるサウンディングパルスを送信するように、モバイルユニットを構成することができる。
【００８４】
従来のＤＲＸサイクルを採用するモバイルユニットに対しては別の応用が実現される。ＤＲＸサイクルは、モバイルユニットがネットワークとの連絡が途絶えたときに、そのモバイルユニットが回復するモードである。モバイルユニットがネットワークから切断状態になった場合に、モバイルユニットは望ましくは、共通チャンネルの取得の前のあらゆるＤＲＸサイクルに本発明による上で説明されたようなサウンディングパルスを定期的に送信するであろう。
【００８５】
モバイルユニットが既定のセルの通達エリアを通過すると、より特定すると、通達エリアを離れるときに、モバイルユニットとの通信を容易にするための適切な基地局の再選択に対する必要性がある。３ＧＰＰ  ＲＮＣなどの基地局インターフェース装置を使用して、上で説明された処理に従って、これは可能である。代替手段として、基地局をモバイルユニットが自身で選択あるいは再選択することが可能なように構成することができる。
【００８６】
無線通信を開始するために、モバイルユニットの自己選択は同様に適用可能であり、本発明の第２の実施形態によるモバイルユニットの自己選択/再選択手順は図４に詳しく説明してある。再選択の場合には、モバイルユニットは、現在選択されている基地局により送信されたダウンリンク共通チャンネルの受信電力を、それが予め選択された閾値を下回るか否かを判定するために、モニタする（ステップ４０２）。これは進行中の通信に対するハンドオーバ誘因になり得る。閾値を下回ったときには、モバイルユニットはサウンディングパルスを送信する（ステップ４０４）。サウンディングパルスを受信すると、パルスを受信した隣接している基地局群がダウンリンク共通チャンネルの送信をモバイルユニットに向けさせる（ステップ４０６）。ステップ４０２がハンドオーバ誘因である場合には、モバイルユニットが通信している基地局に対するＲＡＮが、隣接している基地局にビーコンチャネル信号をモバイルユニットの位置に向けて送るように、あるいは、ステップ４０４による、モバイルユニットの少なくとも１つのサウンディングパルスの発生に関連して隣接している基地局でビーコンチャンネルの掃引を開始するように、指示することができる。前者の場合には、このＲＡＮのコマンドによりステップ４０６においてビーコンチャンネルを指向させる必要性は無くなる。
【００８７】
図１ｃは、モバイルユニットＵＥに対して通信を提供するために基地局ＢＳ１が以前に選択されている場合を表し、モバイルユニットＵＥは、その基地局により提供された公称のセルから外へ移動した後も、サウンディングパルスを発生している。この図は、ダウンリンク共通チャンネル、たとえばビーコンチャンネル、をモバイルユニットＵＥに向けて指向している、基地局ＢＳ２およびＢＳ４を示す。これは図４で概説された方法に基づくことが可能であり、基地局ＢＳ２およびＢＳ４がステップ４０２により、あるいはＲＡＮが基地局ＢＳ２およびＢＳ４がモバイルユニット位置に向けて形成されたビームを指向するように指示するハンドオーバの変形により、発生されたサウンディングパルスを受信している。この代替の実施形態では、モバイルユニットはその隣接している基地局群からダウンリンク共通チャンネルの受信内容の比較に基づき基地局を選択する（ステップ４０８）。次に望ましくは、ネットワークに関してモバイルユニット位置を適切に再指定するために、新たに選択された基地局を介してセル登録手順を実行する（ステップ４１０）。
【００８８】
無線アクセスネットワークは、基地局伝送を制御することにより、モバイルユニットがどのセルを選択するか否かを制御することが可能である。複数の基地局からのサウンディングパルス情報を受信すると、ＲＮＣは、三角法技法およびサウンディングパルスに関してのすべての基地局からの測定値を使用して、モバイルユニットの位置を推定することができる。無線ネットワークコントローラは、ただ１つの基地局、すなわち、そのモバイルユニットが選択するようにＲＮＣが選んだ１つの基地局だけから共通チャンネルの送信を指向させるためにそのモバイルユニットの位置を利用することができる。一定の時間でのネットワーク資源のより良い利用を提供するために、全体的なネットワーク使用法および特定のノードＢの容量を評価する場合に、このタイプの制御は特に役に立つ。
【００８９】
通常(normal)のアップリンク(uplink)およびダウンリンクテレコム周波数(downlink telecom frequency)の外の周波数でサウンディングパルスを生成し、それにより周波数の輻輳(congestion)を軽減することが可能である。たとえば、ＣＤＭＡの現在の配置では、現状の周波数割り付け計画で、モバイルユニットは通常、少なくとも１．２５ＭＨｚずつ離れたおよそ４２個のチャンネルを割り付けられる。アップリンク送信周波数はダウンリンク送信周波数より通常、４５ＭＨｚ低い。次にサウンディングパルスは、望ましくはアップリンクあるいはダウンリンクに極めて接近した周波数に割り当てられるが、アップリンクあるいはダウンリンク伝送のどちらかと同じ周波数に割り当てられるというわけではない。
【００９０】
サウンディングパルスは望ましくは、通常特定情報を全く含まない簡単な短い信号であるが、オプションで、サウンディングパルスはモバイルユニットからの識別情報を含むことがある。その情報により、基地局は、２つ以上のモバイルユニットから同時に受信されたパルスを、容易に測定し、区別することができる。この情報は移動体がネットワークに接続することを必要とする理由を示すことができる。たとえば、モバイルユニットが単にネットワークに登録を必要としている場合、あるいは呼の設定を望んでいる場合がある。
【００９１】
実施形態に関する他の変形および代替方法は、当業者にとって明らかであり、本発明の範囲の中に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１ａ】現行３ＧＰＰ仕様による典型的なＵＭＴＳシステムアーキテクチャを示す図である。
【図１ｂ】３ＧＰＰシステムのＵＥに焦点を合わせたノードＢのスマートアンテナを示す図である。
【図１ｃ】スマートアンテナを採用した３ＧＰＰシステムのノードＢ基地局群のネットワークによりカバーされたセルを通って移動するＵＥを示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による基地局選択あるいは再選択のためのＲＡＮベースの手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による基地局選択あるいは再選択手順のための変形手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による選択あるいは再選択のためのモバイルユニットベース手順を示すフローチャートである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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