(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末と、該無線端末と無線通信を行う複数の基地局と、それらの基地局の制御を行う基地局制御局とを有し、前記基地局が前記無線端末と通信を行う無線周波数が異なることを許容する無線通信システムにおけるハンドオフ制御方法であって、前記複数の無線端末は、位置情報検出手段を有し、該位置情報検出手段で検出した位置情報を前記無線端末の緯度、経度を格納したルートアップデートメッセージにより通信中の基地局を介して基地局制御局に送信し、該基地局制御局には、自身に接続されている複数の基地局の位置情報と、複数の無線端末との送受信に用いている周波数の情報と、ハンドオフ時の判定条件とが記憶されているテーブルが予め用意されており、前記基地局制御局は、前記複数の無線端末のいずれから位置情報を当該無線端末と通信中の基地局を介して前記ルートアップデートメッセージにより受信すると、前記テーブルを参照して、前記無線端末の位置情報と、前記テーブルに記憶されている前記複数の基地局の位置情報と、前記テーブルに記憶されているハンドオフ時の判定条件である前記複数の基地局毎に設定された無線端末との距離の閾値および無線端末が受信する無線信号の電力値の閾値、とに基づいて、前記基地局制御局は、前記無線端末より受信した位置情報および前記テーブルに記憶されている各基地局の位置情報とから前記無線端末と各基地局との距離を求めて各基地局毎に設定されている距離の閾値と比較し、比較結果が距離の閾値以下の場合には、直ちにその基地局をハンドオフ候補の基地局として、前記無線端末に該ハンドオフ候補の基地局の周波数に変換するよう指示し、周波数の変換指示を受け取った無線端末は、指示に従い周波数の変更を行って、前記ハンドオフ候補の基地局からの無線信号の電力値を測定して通信中の基地局を介して基地局制御局に通知し、基地局制御局は、前記テーブルを参照し、前記通知された電力値が前記テーブルに記憶されたハンドオフ候補の基地局の電力値の閾値以上である場合には、前記無線端末に対して該ハンドオフ候補の基地局にハンドオフを行うように制御することを特徴とする無線通信システムにおけるハンドオフ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信技術に関し、特に、端末と無線により通信を行う周波数が基地局毎に異なる移動体通信システムにおけるハンドオフ制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体端末からインターネットへの接続は、年々利用が拡大しており、Webページの閲覧の他、音楽や映像などの容量の大きいデータの送受信に対するニーズが高まっている。このような背景のもと、無線通信における高速なWebアクセス、高速なデータ通信を実現するために、高速広帯域化のための検討が急速に進められている。現在の1xEV-DO Rev. A方式を用いた無線通信システムでは、上り1.8Mbps、下り3.1Mbpsの通信が可能であるが、次世代のシステムでは、更なる高速、広帯域化を目指し、上り50Mbps以上、下り100Mbps以上の通信を可能とするシステムの実現に向け、検討が進んでいる。
【０００３】
一方で、電波資源は有限であり、ユーザーの増加や通信の高速化によって電波の帯域不足が問題となる。個々の基地局が処理できる周波数帯域も決まっているため、一つの基地局のエリアで多数のユーザーが通信しようとすると、電波の周波数帯域が足りなくなり、輻輳やデータ通信速度の低下が起きてしまう。この問題を解決するために、通信事業者は、ユーザーの多く集まる都市部では、基地局を増設するなどの方法で、周波数不足を解消しようとしている。
【０００４】
また、最近ではフェムトセルと呼ばれる超小型基地局の検討も進められている。フェムトセルは、携帯電話の基地局を小型化し、ブロードバンド回線に接続できるようにして構成したシステムである。電波の入りにくい地下や屋内にフェムトセルの基地局を設置することにより、今まで電波の届き難かったエリアや屋内の細部までカバーすることが可能となる。フェムトセルの基地局を有して構成される無線通信システムでは、基地局における周波数不足の問題は、その対策をユーザー側に任せる形となる。
【０００５】
この新しい周波数の基地局であるフェムトセルを増設して利用することによって、無線通信システム中に、複数の異なる周波数の基地局が混在することになる。このような異周波数基地局が混在するシステムにおいては、端末が異周波数基地局間を移動する際に、端末と通信する基地局を、異周波数の基地局に切り換える必要がある。これを周波数間ハンドオフと呼ぶ。これに対し端末が同一周波数を使った基地局間を移動する際のハンドオフをソフトハンドオフと呼ぶ。
【０００６】
周波数間ハンドオフには、端末主導型の方法と、基地局主導型の方法がある。端末主導型の代表例はモバイル  アシスト  ハンドオフ（  MAHO：Mobile Assist Handoff）である。MAHOにおいては、端末は常に現在通信している基地局から隣接基地局情報(ここの隣接基地局には、同周波数、異周波数の基地局ともに含む)を受信している。隣接基地局情報の中には、現在通信している基地局に隣接する基地局に関する情報として、PN情報（CDMAシステムにおける各セクタの識別コード）および周波数情報が含まれている。
【０００７】
端末は順次各基地局の制御チャンネルによって送られてくるパイロット信号を受信し、受信した電力値を現在通信している基地局（Serving BS：Serving Base Station）に報告する。通常、端末は同じ周波数の隣接基地局のパイロット信号であるネイバーパイロットしかサーチしないが、圏外ぎりぎりになると、異なる周波数の隣接基地局のネイバーパイロットのサーチを開始する。端末は、ネイバーパイロットの受信電力値が閾値を超えた場合、その旨をルートアップデートにて現在通信している基地局に通知する。基地局は、そのパイロットがアクティブセットになるようなトラフィックチャンネルアサインメント(Traffic Channel Assignment)を端末に送信する。
【０００８】
一方、基地局主導型の代表例はパイロットビーコンを使うハンドオフ方法である。パイロットビーコンとは通信中の基地局と異なる周波数の隣接基地局が通信中の基地局の周波数と同じ周波数を用いて端末に送信しているパイロット信号である。端末は通信中の基地局からのパイロット受信電力値とパイロットビーコンからの受信電力値を基地局制御装置（以下BSC：Base Station Controller）に報告し、パイロットビーコンからの受信電力値が閾値を超えた場合、BSCが端末に対して上記の異周波数隣接基地局へハンドオフを指示する。
【０００９】
周波数間ハンドオフではないが、ハンドオフ先の選択に関する発明として、特許文献１および特許文献２がある。特許文献１では、マルチパス環境で受信電力値が不安定の原因で、誤ってハンドオフするのを防ぐことを目的として、端末のGPS位置情報を使ってソフトハンドオフ制御方法が提案されている。
また、特許文献２は、ハンドオフ先のサーチを短時間に効率良く行えるようにすることを目的とし、端末のGPSから受信した端末の位置情報と基地局制御局にある各基地局の設置位置に関わる情報を予め記憶したデータベースとを基に、ハンドオフ先として最適な基地局を判定する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２―２３２９２８号公報
【特許文献２】特開平９−２６１７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の従来のハンドオフにおいては、端末は、通信中の基地局が送信している隣接基地局情報に基づいて、順番に隣接基地局のパイロットを受信して電力値を測定し、測定した電力値を通信中の基地局に報告することで制御されていた。
【００１２】
フェムトセルのように、異なる周波数の基地局が多数存在するようなシステム場合、基地局が端末に対して知らせることのできる隣接基地局の数は限られているので、限界数以上の隣接基地局の情報は送信することができない(例えば、この限界数は、1xEv-DO Rev.Aシステムの場合31である)。フェムトセルのシステムで、BS1の配下に99個の小さい異周波数基地局が存在するような場合においては、基地局数が限界数を超え、全ての隣接基地局の情報は送信できない。さらに、従来のような制御では、端末は一つずつ基地局をサーチしに行くので、隣接基地局の数が多いと、パイロットのサーチ処理に時間がかかってしまい、サーチ頻度を低くせざるを得ない。
【００１３】
また、パイロットビーコンを使うハンドオフ手段は、1セクタ分の資源をパイロットビーコンとして使用するので、有効的な資源利用方法ではない。
また、前記特許文献１では、通信中の基地局(BS1)の配下にカバー範囲が小さい基地局(BS2, BS100)が存在する場合に、通信中の基地局からの電力値が十分大きいと、ハンドオフが起きない。そのようなケースでは、通信中の基地局(BS1)が輻輳しており、BS2のリソースに余裕がある場合でも、BS2へハンドオフすることができなかった。
また、特許文献２では、隣接基地局のうち、端末との距離がほぼ同じものが複数存在する場合もあり、位置情報だけで必ずしも最適的なハンドオフができなかった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、異周波数基地局が多数存在しているシステムにおいても、適切で効率の良いハンドオフを実現することを目的とする。また、端末は全ての隣接基地局をサーチする必要がなく、基地局が選択した一つの隣接基地局をサーチするだけで済むので、処理量が非常に少なく負荷が少ない方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
無線基地局ごとに無線端末と通信を行う無線周波数が異なる無線通信システムにおいて、基地局制御局には、各基地局について、位置情報と、端末との送受信に用いている周波数の情報と、ハンドオフ時の判定条件とが記憶されているテーブルが予め用意されており、無線端末から位置情報を受信すると、テーブルを参照して、無線端末の位置情報と、各基地局の位置情報と、ハンドオフ時の判定条件とに基づいて、ハンドオフ候補の基地局を選択し、ハンドオフ候補の基地局の周波数の情報を含めたハンドオフ要求メッセージを無線端末と通信中の基地局を介して無線端末に送信するようにした。
【００１６】
より詳しくは、テーブルに記憶されているハンドオフの判定条件としては、各基地局毎に、無線端末と各基地局との距離の閾値および無線端末における各基地局の無線信号の電力値の閾値が設定されており、基地局制御局は、無線端末より受信した位置情報およびテーブルに格納された各基地局の位置情報とから無線端末と各基地局との距離を求めて各基地局毎に設定されている距離の閾値と比較し、その比較結果が距離の閾値以下の場合には、その基地局をハンドオフ候補の基地局として、無線端末にハンドオフ候補の基地局の周波数に変換するよう指示し、周波数の変換指示を受け取った無線端末は、指示に従い周波数の変更を行って、ハンドオフ候補の基地局からの無線信号の電力値を測定して通信中の基地局を介して基地局制御局に通知し、基地局制御局は、テーブルを参照し、通知された電力値がテーブルに記憶されたハンドオフ候補の基地局の電力値の閾値以上である場合には、無線端末に対してハンドオフ候補の基地局にハンドオフを行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
異周波数基地局が多数存在しているシステムにおいても、適切で効率の良いハンドオフが実施できる。また端末は全ての隣接基地局をサーチする必要がなく、基地局が選択した一つの隣接基地局をサーチするだけで済むので、処理が簡単で負荷の少ない方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
以下の実施の形態では、無線通信方式として1xEV-DO Rev.Aを用いた場合を例にとって説明する。
1xEV-DO Rev.Aシステムは、最大上り1.8Mbps、下り3.1Mbpsの通信が可能なシステムである。1つ前のシステムであるEV-DO Rev.0システムと比べ、適応変調符号化が高度化され、マルチキャスト、QoSにも対応している。
【００１９】
図1は本発明を適用する無線通信システムのブロック図である。
図１において、端末100-1は、受信エリア内の基地局200-1と無線回線により接続され、基地局制御局(BSC)300から公衆網400を通じて端末100-2と通信できる。端末100-1は、基地局200-1と通信中に、周期的にGPSから得られた自分の位置情報(経度、緯度)を基地局200-1を介して基地局制御局に報告する。基地局制御局300は、配下の各基地局について、位置情報と送信周波数の情報、およびハンドオフ要否を決定するための距離および電力地の閾値の情報を有している。そして、基地局制御局300は、端末から報告された位置情報と基地局制御局が持っているメモリにある隣接基地局の位置情報を用いて、端末100-1と各隣接基地局200-1, 200-2, 200-3, ・・・・・, 200-100の距離を計算し、メモリにある距離の閾値と比較する。
【００２０】
端末100-1が基地局200-2に向かって移動している場合について説明する。
端末100-1が基地局200-2に向かって移動している途中のある時点で、端末100-1と基地局200-2の距離が閾値s1より下回ったとする。上記の周期的な端末からの位置情報の報告に基づいて、基地局制御局は各隣接基地局との距離を計算し、端末100-1と基地局200-2の距離が閾値s1より下回ったことを検出し、端末100-1に基地局200-2の周波数f2をサーチするよう指示出す。
【００２１】
端末100-1は、基地局制御局300からのサーチ指示を受け、基地局200-2の周波数情報を得て、端末内部のハードウェアの周波数をf2に切り換える。切り換え後、基地局200-2のパイロット信号を受信する。
パイロット信号を受信した端末100-1は、通信中の基地局200-1を通して、基地局200-2のパイロット受信電力値を基地局制御局300に報告する。基地局制御局300は端末100-1から受信した基地局200-2の電力値と、基地局制御局300内のメモリにある電力値閾値p2とを比較する。
【００２２】
端末100-1から受信した基地局200-2の電力値が、もしp2以上の場合は、、端末100-1に対して基地局200-2へハンドオフするよう指示を出す。そして端末100-1と基地局200-1の接続を切断して基地局200-2との接続を開始する。
【００２３】
端末100-1から受信した基地局200-2の電力値が、p2を下回る場合には、端末100-1は基地局200-1の周波数f1に戻り、基地局200-1との接続を続ける。
【００２４】
次に、端末の構成を説明する。
図２は、端末のハード構成を説明する図である。
端末は、基地局との間で電波を送受信するために、高周波信号を送信するアンテナ101と、高周波信号を受信して処理する受信RF信号処理部111を有する。また、GPS(Global Positioning System)衛星信号をGPSアンテナにより受信して解析することにより、端末100-1自身の現在位置(緯度、経度)を検出するGPS受信部102を有する。さらに、受信した信号の電力を測る受信電力測定部103と、高周波信号の変復調を行い低周波のベースバンド信号に変換するベースバンド信号変復調部104と、データ信号を音声信号に変換する音声コーデック部105と、入力された音声を電気信号として音声コーデック105に出力するマイク106と、音声コーデック105から出力された音声の電気信号が入力され音声として出力するスピーカー107と、メモリ109と、操作者が音声通話の接続や切断などの操作を行うためのキー入力部108と、各部を制御する制御部112とからなる。端末は基地局の周波数情報を得て、制御部112の制御により端末内部のハードウェアの周波数を切り換えることができる。
【００２５】
次に、基地局および基地局制御局の構成を説明する。
図３は基地局および基地局制御局の構成を示す図である。
【００２６】
基地局200はその基地局がカバーするエリア内の端末から無線信号を受信するためのアンテナ201と、GPS衛星信号を受信するGPS受信アンテナ206と、GPS受信アンテナから受信した信号を解析して基地局自身の位置情報を取得するGPS受信部202と、高周波の信号を受信するRF受信部203と、高周波の信号を変復調し、低周波数の信号に変換する変復調204と、装置全体の管理と保守端末との接続、基地局の各パッケージのソフトウェアを格納する装置管理部205とを有する。
【００２７】
また、基地局制御局300は、各基地局からの各メッセージを処理し、必要に応じてそれに対応したメッセージを取り出すメッセージ処理部301と、基地局制御局配下の各基地局の位置情報、位置閾値、電力値の閾値テーブル格納用のメモリ302と、端末の位置情報を得て、端末と各基地局との距離を計算し、各基地局との閾値を比較する距離、閾値比較部303と、ハンドオフ先の基地局へハンドオフ制御信号を出すチャンネル切換制御部304から構成される。
【００２８】
以下に、上記構成のシステムおよび装置間で、本発明のハンドオフがどのように行われるか実施例を示して説明するが、まず本発明のハンドオフシーケンスの実施例の概要を一通り説明する。
【００２９】
まず、端末ATは、周期的に通信している基地局を介して基地局制御局にGPSの位置情報を例えばルートアップデート(Route Update)メッセージにて送信する。
基地局制御局は、上記の端末ATのGPS位置情報と基地局制御局が持っているテーブルにある隣接基地局の位置情報に基づいて、端末と各隣接基地局との距離を計算する。計算の結果、基地局nに対して、距離閾値に近くなったら端末に対し例えばルートアップデートリクエスト(Route update request)メッセージで基地局nの周波数、PN情報などを送信する。
このメッセージを受信した端末は、周波数を基地局nの周波数に切り換えて、基地局nのパイロット信号をサーチしてみる。そしてサーチしたパイロットの電力値を例えばルートアップデート(Route Update)メッセージで通信している基地局を経由して基地局制御局に送信する。
基地局制御局は端末から送られてきたパイロットの電力値と基地局nの電力閾値を比較し、閾値を越えたら、端末に対して基地局nへのハンドオフ指示を出す。例えば、基地局が端末にトラフィックチャンネルアサインメントメッセージ(Traffic Channel Assignment)を送信することによって、端末が基地局nのトラフィックチャンネル(Traffic Channel)をアサインされ、基地局nとの通信を開始する。端末が基地局nにトラフィックチャンネル完了(Traffic Channel Complete)メッセージ応答を送信する。
【００３０】
本発明においては、BSC(基地局制御局)は端末と各基地局の距離閾値、電力閾値のテーブルを保持するメモリを持ち、保持するテーブルに設定する距離閾値、電力閾値は各基地局のセル半径によって決められるので、現状の1xEV-DO Rev.Aシステムよりもっと柔軟にハンドオフ閾値が設定できる。以下、シーケンス図およびメッセージのフォーマットを示して実施例を説明する。
【実施例１】
【００３１】
図４は本発明の一実施例における処理シーケンスを説明する図である。
端末ATは、周期的に自身のGPS位置情報をルートアップデートメッセージに載せ、基地局BS1を介して基地局制御局に送信する。
本発明はルートアップデートメッセージに特徴がある。比較のためにまず従来のルートアップデートメッセージを説明する。
【００３２】
表１は従来のルートアップデートメッセージのフォーマットである。ルートアップデートメッセージの中に、ルートアップデートメッセージのID、番号、または端末が受信したパイロットの数、パイロットのPN番号、パイロットの受信強度などが含まれている。
【００３３】
【表１】
0004901800.tif 000002
【００３４】
一方、本発明の一実施例のルートアップデートメッセージを表２に示す。本発明の一実施例のルートアップデートメッセージのフォーマットは、表１に示した従来のルートアップデートメッセージフォーマットに比べ、端末の位置情報を表す端末の経度、緯度をそれぞれ8ビット増やしている。本実施例では、端末は周期的に位置情報をルートアップデートメッセージに載せ、基地局を介して基地局制御局へ送信する。
【００３５】
【表２】
0004901800.tif 000003
【００３６】
端末から周期的に送信されてきたルートアップデートメッセージに格納された位置情報を受信した基地局制御局は、受信した端末の位置情報と自分が持っているテーブルに格納された各基地局の位置情報とを比較する。
【００３７】
基地局制御局は、端末の位置情報とn番目の基地局nの距離を求め、距離が予め定めておいた閾値を下回ったら、基地局nの周波数、PN情報をルートアップデートリクエストメッセージに載せて、端末ATに送信する。
表３に基地局nの周波数、PN情報を端末に通知するためのルートアップデートメッセージを示す。表３はルートアップデートリクエストメッセージに一部のパラメータを示している。ルートアップデートリクエストメッセージは基地局から端末に送信するメッセージである。メッセージの中に、セクタの位置を表すセクタの経度、緯度、また隣接基地局の数、隣接基地局のPNコード、隣接基地局の周波数などが含まれる。
【００３８】
【表３】
0004901800.tif 000004
【００３９】
ルートアップデートリクエストメッセージによって、端末が隣接基地局の周波数を知ることができる。
【００４０】
このルートアップデートメッセージを受信した端末は、自分の受信周波数を基地局nの周波数に切り換え、基地局nのパイロット信号をサーチする。
端末ATは受信電力値をルートアップデートメッセージにて送信する。基地局nからの受信電力値と距離の両方がそれぞれの閾値を越えたら、基地局は端末ATに対してトラフィックチャンネルをアサインし、ハンドオフを完了する。
表４は、トラフィックチャネルのアサインを端末に通知するメッセージのフォーマットの一例である。このメッセージによって、基地局が端末に対してどのチャンネルを割り当てることが分かる。トラフィックチャンネルアサインメントメッセージの中に、端末ATにアサインするセクタのMACIDが含まれている。
【００４１】
【表４】
0004901800.tif 000005
【実施例２】
【００４２】
次に、別の実施例について説明する。
図５は本発明の別の実施例における処理シーケンスを説明する図である。
【００４３】
実施例２においても、上記実施例１と同様に、端末ATは周期的に自身のGPS位置情報をルートアップデートメッセージに載せ、基地局BS１を介して基地局制御局に送信する。
端末ATから送信されてきた位置情報を受信した基地局制御局は、受信した端末の位置情報と自分が持っているテーブルを比較する。比較の結果、基地局nの距離閾値を下回った場合、端末ATに基地局nへのハンドオフ指示を出し、トラフィックチャンネルをアサインする。端末は周波数を基地局nの周波数に切換、ハンドオフ完了後にトラフィックチャンネル完了のメッセージを基地局に出す。
ハンドオフ完了後に端末が基地局に送信するトラフィックチャンネル完了のメッセージを表５に示す。表４のトラフィックチャンネルアサインメントメッセージを受けた後に、端末がハンドオフ先基地局に対してトラフィックチャンネル完了の応答メッセージを送信する。
【００４４】
【表５】
0004901800.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を適用する無線通信ハンドオフシステム全体の構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態における無線端末のハードウェア構成を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態における無線基地局及び基地局制御局の構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１におけるハンドオフシーケンスを説明する図である。
【図５】本発明の実施例２におけるハンドオフシーケンスを説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
100-1,2 端末
200-1,2,3 基地局
300 基地局制御局
400 公衆網
【図１】
0004901800.tif 000007
【図２】
0004901800.tif 000008
【図３】
0004901800.tif 000009
【図４】
0004901800.tif 000010
【図５】
0004901800.tif 000011