JP2002539733A - 加入者ユニットおよびセルラ通信システムのためのセル選択方法 - Google Patents
加入者ユニットおよびセルラ通信システムのためのセル選択方法Info
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Abstract
Description
関し、さらに詳しくは、CDMAセルラ通信システムに関する。
固定基地局と通信する。加入者ユニットから基地局への通信はアップリンクとい
い、基地局から加入者ユニットへの通信はダウンリンクという。システムの全カ
バレッジ・エリア(total coverage area)は多数の個別セルに分割され、各セル
は一つの基地局によって主にカバーされる。一般に、セルは地理的に個別であり
、近傍セルとの重複カバレッジ・エリアを有する。図1は、セルラ通信システム
100を示す。このシステムでは、基地局101は、無線チャネル105上で多
数の加入者ユニット103と通信する。セルラ・システムにおいて、基地局10
1は特定の地理的エリア107内のユーザをカバーし、一方、他の地理的エリア
109,111は他の基地局113,115によってカバーされる。
・エリアに移動すると、通信リンクは加入者ユニットと第1セルの基地局との間
から、加入者ユニットと第2セルの基地局との間に変化する。これは、ハンドオ
ーバ(handover)という。具体的には、いくつかのセルは他のより大きなセルのカ
バレッジ内に完全に入ることがある。
クは、通信回線,交換機,他の通信ネットワークへのインタフェース,基地局自
体およびネットワークを運用するのに必要なさまざまなコントローラによって構
成される。加入者ユニットからの呼は、固定ネットワークを介して、この呼に固
有の宛先に中継される。呼が同一通信システムの2つの加入者ユニット間である
場合、この呼は、他の加入者ユニットが現在位置しているセルの基地局に、固定
ネットワークを介して中継される。従って、固定ネットワークを介して2つの担
当セル(serving cell)間で接続が確立される。あるいは、呼が加入者ユニット
と一般電話交換網(PSTN)に接続された電話との間である場合、この呼は担
当基地局から、セルラ移動通信システムとPSTNとの間のインタフェースに中
継される。それから、PSTNによってこのインタフェースから電話に中継され
る。
波数スペクトルが割当てられる。このスペクトルは、このシステムを同時に利用
する全加入者ユニットによって共有しなければならない。
Division Multiple Access)という方法による。直接シーケンスCDMA(D
S−CDMA)通信システムでは、信号は、送信される前に、高レート符号(hig
h rate code)が乗算され、それにより信号はより広範な周波数スペクトルに拡散
される。従って、狭帯域信号は拡散され、広帯域信号として送信される。受信機
側では、元の狭帯域信号は、受信信号に同じ符号を乗算することによって復元さ
れる。別の符号を利用して拡散された信号は、受信機側では逆拡散(de-spread)
されず、広帯域信号のままである。従って、受信機では、希望の信号として同一
周波数スペクトル内で受信した干渉信号によって生じる干渉の大部分は濾波によ
って除去できる。そのため、異なる加入者ユニットに対して異なる符合を割当て
ることにより、複数の加入者ユニットを同一広帯域スペクトル内に収容できる。
符号は、一般にできるだけ直交符号(orthogonal code)を選ぶことにより、加入
者ユニット間で生じる干渉を最小限に抑えるべく選択される。CDMA通信シス
テムについての詳しい説明は、'Spread Spectrum CDMA Systems for Wireless C
ommunications', Glisic & Vucetic, Artech house Publishers, 1997, ISBN 0-
89006-858-5にみることができる。CDMAセルラ通信システムの例は、北米で
標準化されているIS95や、現在欧州で標準化が進められているUMTS(Uni
versal Mobile Telecommunication System)がある。
されることが必須である。加入者ユニットが最良担当セルではないセルによって
担当されている場合、最良でないことを補償するために送信パワーは増加され、
干渉は増加し、それによりシステムの容量は低下する。従って、新たな呼を設定
する場合、もしくはハンドオーバのために適切なセルを選択する場合のいずれに
おいても、セル選択は極めて重要になる。UMTSおよび他の第三世代広帯域C
DMA (W−CDMA)通信システムは、呼を設定するためにランダム・アクセス・チ
ャネル(RACH:random access channel)に依存する。W−CDMAでは、
物理的なRACH(PRACH)は、呼を設定する、すなわち、専用トラヒック
・チャネルの要求を送信する、だけでなく、ショート・データ・パケットを送信
するためにも用いられる。
rocedures, Version 0.2.0"は、現在UMTSで想定されているセル選択および
アクセス手順について説明している。要約すると、既知の広帯域CDMAランダ
ム・アクセス方法では、移動局は常に一つの基地局と通信し、この基地局は最大
ダウンリンク・パイロット強度(maximum downlink pilot strength)に基づいて
選択される。
フ(backoff)の計算において、移動局は、BCCH上で公開される、いわゆるダ
イナミック・パーシステンス・ファクタ(dynamic persistence factor)を利用す
る。ETSI文書"Mechanisms for Managing Uplink Interference and Bandwid
th" Tdoc SMG2 UMTS-L1 683/98において説明されている、このパラメータは、ア
ップリンク・データ・フローを制御する手段であり、RACH上の輻輳(congest
ion)の指標を表す。ダイナミック・パーシステンス・ファクタは、加入者がアク
セス試み失敗後に新たなRACHを送信するまで待たなければならない期間を示
す。
性能を最適化するので、著しい欠点がある。この結果、セル選択は非効率的にな
り、通信システムの通信容量を低減する。
択では、セル選択は非効率的で、最適以下になるという理解に至った。さらに、
本発明者は、これらの影響はセル選択プロセスにアップリンク情報を含めること
によって緩和できるという理解に至った。
号およびアップリンク特性情報を送信する複数の基地局を有するセルラ通信シス
テムにおいて用いられる加入者ユニットが提供され、前記加入者ユニットは:設
定された複数の基地局から選択される基地局のターゲット・セットから前記アッ
プリンク特性情報を受信する受信手段;前記アップリンク特性情報に応答して、
少なくとも一つの担当基地局を判定する基地局選択手段;および前記少なくとも
一つの担当基地局を介して前記セルラ通信システムにアクセスする送信手段によ
って構成される。
信号品質指標を判定する手段をさらに含んで構成され、前記少なくとも一つの担
当基地局の判定は、前記アップリンク特性情報および前記パイロット信号品質指
標の両方に応答する。
ンク干渉レベル,アップリンク輻輳指標またはダウンリンク送信パワー・レベル
指標でもよい。
答して、アクセス・メッセージ送信パワー・レベルを算出する手段によって構成
され、前記基地局選択は、前記算出されたアクセス・メッセージ送信パワー・レ
ベルに応答する。
イロット信号およびアップリンク特性情報を送信する複数の基地局を有するセル
ラ通信におけるセル・アクセスの方法が提供され、前記方法は:前記加入者ユニ
ットにおいて、設定された複数の基地局から選択された基地局のターゲット・セ
ットから前記アップリンク特性情報を受信する段階;前記アップリンク特性情報
に応答して、少なくとも一つの担当基地局を判定する段階;および前記加入者ユ
ニットが、前記少なくとも一つの担当基地局を介して前記セルラ通信システムに
アクセスする段階によって構成される。
るだけでなく、アップリンク信号品質状態に応答して判定される。
を当てるが、本発明はこの用途に限定されないことは明白であろう。
ラ通信システム200は、多数の加入者ユニット205,207を担当する多数
の基地局201,203からなる。一般に、基地局201,203は、それぞれ
異なる地理的エリアをカバーするが、これらのエリアは一般に重複する。基地局
201,203は、無線チャネル209上で多数の加入者ユニット205,20
7をサポートし、各加入者ユニット205,207は、多くの場合、最寄りの基
地局201,203である最適な基地局201,203によって主にサポートさ
れる。一方のセルから別のセルにハンドオーバする場合、加入者ユニット205
,207は複数の基地局201,203によって同時に担当できる。ソフト・ハ
ンドオーバに適した基地局は、UMTSではアクティブ・セット(active set)と
いう。
ユニットは担当セルの一つの候補しかないという状況にあることがある。しかし
、多くの場合、加入者ユニット207は、基地局の集合のうちの一つまたはそれ
以上の基地局によって潜在的に担当され得る。一例として、図2の加入者ユニッ
ト207は、3つの異なる基地局203が担当する3つのセルの重複部分に位置
する。この例では、3つの基地局全ては、加入者ユニット207からの通信を潜
在的に処理することが可能であり、これらの基地局のうち一つまたはそれ以上が
担当基地局として選択されることが可能である。
例では、加入者ユニット207は3つの全ての潜在的な担当基地局203からダ
ウンリンク・パイロット信号を受信できる。基地局は、ダウンリンク・パイロッ
ト信号を送信するだけでなく、報知情報(broadcast information)も送信する。
本実施例では、この報知情報は、加入者ユニットにアップリンク状態の特定の特
性を通知するアップリンク特性情報を含む。具体的には、アップリンク特性情報
は、アップリンク干渉レベル,アップリンク輻輳(congestion)およびダウンリ
ンク送信パワーの情報を含む。
ーを加入者ユニットが必要とするのかに影響を及ぼす。他の条件が同じならば、
加入者ユニットからの信号は、高い干渉レベルを有する基地局に比べて、低い干
渉レベルを有する基地局において受信される可能性が高い。アップリンク輻輳は
、どれほど多くのトラヒックが現在の基地局を利用しているのかを示す。従って
、輻輳指標の具体的な例は、この基地局に向けられたRACH試みの回数である
。別の例は、UMTS用の報知情報に含めることが提唱されているパーシステン
ス・ファクタ(persistence factor)である。
ットの受信レベルと、加入者ユニットが報知チャネル上で読み出すことができる
このダウンリンク・パイロットの送信レベルとを利用することにより、各基地局
までの経路損失(path loss)を推定できる。なお、これはダウンリンク経路損失
の推定であるが、アップリンクおよびダウンリンクの経路損失は同一であるか、
あるいは極めて近いことが一般に想定される。従って、ダウンリンク送信パワー
・レベルは、アップリンクに関連する特性の間接的な指標であり、そのためアッ
プリンク特性情報の一例である。ターゲット・セット内の各基地局までの経路損
失と、各基地局におけるアップリンク干渉フロア(uplink interference floor)
とを把握することにより、加入者ユニットはアクセス・メッセージ(PRACH
バースト)に必要な送信パワーを算出できる。
は、デュプレクサ303に接続されたアンテナ301によって構成される。デュ
プレクサは、受信機手段305に接続され、この受信機手段305は、報知チャ
ネル上で基地局から送信されたアップリンク特性情報を受信すべく動作可能であ
る。受信機手段は、担当基地局としての潜在的な候補である基地局の集合からの
情報を復調する。
ニットで受信されるのかを示す指標である、受信パイロット信号品質指標を判定
する手段307をさらに含んで構成される。パイロット信号品質指標の一例は、
受信したパイロット信号パワー・レベルである。パイロット信号品質指標は、潜
在的な担当基地局と考えられる基地局の集合を選択するために利用でき、従って
担当セル選択のために考慮される。
可能な基地局選択手段309によって構成される。基地局選択手段309は、受
信手段に接続され、基地局選択は、受信手段によって受信されたアップリンク特
性情報に応答して実行される。好ましくは、受信パイロット信号品質指標を判定
する手段307も基地局選択手段309に接続され、基地局選択はパイロット信
号品質指標にも応答する。
、デュプレクサ303を介してアンテナ301に接続される。送信手段311は
、基地局選択手段309によって選択された一つまたはそれ以上の基地局を介し
て通信ネットワークにアクセスすべく動作可能である。通信システムにこのよう
にアクセスすることは、新規呼を設定するために用いられる初期ランダム・アク
セス(RACH)バースト,ショート・データ・メッセージ・アクセス,ハンド
オーバ要求,もしくは加入者ユニットと基地局との間の任意の他の通信を含む。
また、送信手段311は、加入者ユニットによって選択された基地局の情報を固
定ネットワークに送信すべく動作可能である。好適な実施例では、加入者ユニッ
トは担当基地局を選択するが、資源の実際の割当ては固定ネットワークにおいて
実施される。従って、加入者ユニットは、選択された担当基地局が割当てるられ
ることは保証されない。
慮して、加入者ユニットは、候補セル内の必要なRACH送信パワーおよび/ま
たはアップリンク干渉フロアおよび/またはRACH輻輳指標を比較して、最適
な担当基地局を判定する。従って、基地局選択は、アップリンクおよびダウンリ
ンク性能の両方に基づき、著しくより効率的なセル選択が得られる。
好適な実施例では、加入者ユニットは、呼設定を実行することに関連して、少な
くとも一つの担当基地局の選択を開始(instigate)する手段をさらに含んで構成
される。この場合、セル選択は、アップリンク・パケットを送信する、あるいは
新規呼を設定する直前にのみ実行される。この手法は、加入者ユニットのバッテ
リの電力消費を低減し、このことは移動加入者ユニットにとって大きな意味を持
つ。
性能指標を算出することによって実行される。ダウンリンク性能指標は、受信パ
イロット信号パワー・レベルと同一でもよく、またアップリンク性能指標は、加
入者ユニットにて算出されるPRACHバーストの所要送信パワーと同一でもよ
い。この実施例では、担当基地局は、最良のアップリンクおよびダウンリンク性
能指標の両方を有する基地局として、もしそのような基地局があれば、選択され
る。最良のアップリンクおよびダウンリンク性能指標の両方を有する基地局がな
ければ、合成性能指標(combined performance indicator)が算出され、担当基地
局は、最良の合成性能指標を有する基地局として選択される。合成性能指標の一
例は、受信ダウンリンク・パイロット信号パワー・レベルと、アップリンク干渉
レベルとを加算する。あるいは、アップリンクおよびダウンリンク・パラメータ
を加重もしくはオフセットでき、また合成性能指標の計算においてアップリンク
およびダウンリンク・パラメータに対して任意の関数を適用できる。
メッセージが送信される場合とは別に実行される。UMTSでは、ショート・デ
ータ・メッセージは一つのRACHバーストで送信できる。本実施例に従って、
最良のアップリンクおよびダウンリンク性能指標の両方を有するセルがなければ
、ショート・データ・メッセージを送信する場合には、担当基地局は最良のアッ
プリンク性能を有するセルとして選択される。ただし、呼の設定中の場合には、
担当基地局は最良の合成性能を有する基地局として選択される。
るとき、アップリンク品質はメッセージの検出を成功する上で最も重要な要因で
ある。これは、この場合にダウンリンクで送信される唯一の情報は肯定応答メッ
セージ(acknowledgement message)であり、これは少数のビットを含み、著しい
システム資源を必要としないためである。従って、最良のアップリンク性能を有
する基地局として担当基地局を選択することは、システム資源の利用を最適化す
る。別の場合には、呼、特にデュプレクス音声通話などの対称回線交換通話(sym
metrical circuit switched call)、を設定するためにRACHバーストが用い
られるとき、アップリンクおよびダウンリンク品質の両方が最重要になる。従っ
て、合成性能に基づいて担当基地局を選択することは、この場合の所要システム
資源を最小限に抑える。
・レベルに基づいて実行される。前述のように、加入者ユニットは、アップリン
ク特性情報を利用して、アクセス・メッセージ(RACHバースト)用の送信パ
ワー・レベルを算出できる。具体的には、RACHパワー・レベルは、ダウンリ
ンク送信パワー・レベル(BCCH上で読み出される) − 受信パイロット・
パワー・レベル(加入者によって測定される) + アップリンク干渉レベル(
BCCH上で読み出される) + 所要信号対雑音比(ビット・レートの関数と
して知られ、あるいはBCCH上で読み出される)として算出できる。従って、
この手法は、アップリンク経路損失とダウンリンク経路損失との間の相関を前提
とする。
セスするためにどの程度のパワーが必要なのかを反映するアップリンク性能指標
としてみることができる。あるいは、アップリンクおよびダウンリンク両方の優
勢状態を反映する合成性能指標として見ることができる。
セス・メッセージ用のアップリンク送信パワー・レベルを判定し、そして最良性
能、すなわち、最低パワー・レベル、を有する基地局を担当基地局として選択す
ることによって実行される。
質条件との間でより良好なバランスを与え、その結果、資源がより効率的に利用
され、そのためセルラ通信システムの容量が増加する。
ベル差が1dBであり、アップリンク干渉レベル差が−10dBである2つのセ
ルの単純な例について検討する。これは、一方のセルがRACHのゼロ負荷を有
し、他方のセルが輻輳RACHを有する場合の典型的な例である。加入者ユニッ
トがショート・メッセージ(例えば、電子メール,SMS)を送信する必要があ
る場合、現在提唱されているUMTSセル選択手法は、メッセージ送信用の第1
セルを選択する。このメッセージは輻輳RACHでは衝突し、そのため再送信す
る可能性が高く、それにより資源要求が高くなる。上記の実施例によれば、第2
セルが代わりに選択され、メッセージは負荷のないRACHにおいて最初に検出
される可能性がはるかに高くなる。本提唱は、送信遅延および干渉発生の両方の
低減を提供することになる。
Claims (16)
- 【請求項1】 セルラ通信システムで利用するための加入者ユニットであっ
て、該セルラ通信システムは、少なくとも前記加入者ユニットをサポートし、パ
イロット信号およびアップリンク特性情報を送信する複数の基地局を有し、当該
加入者ユニットは: 設定された複数の基地局から選択されたターゲットの基地局の集合から、前記
アップリンク特性情報を受信する受信手段; 前記アップリンク特性情報に応答して、少なくとも一つの担当基地局を判定す
る基地局選択手段;および 前記少なくとも一つの担当基地局を介して前記セルラ通信システムにアクセス
する送信手段; によって構成されることを特徴とする加入者ユニット。 - 【請求項2】 前記加入者ユニット内で受信したパイロット信号品質指標を
判定する手段をさらに含んで構成される請求項1記載の加入者ユニットであって
、前記少なくとも一つの担当基地局の判定は、前記アップリンク特性情報および
前記パイロット信号品質指標の両方に応答することを特徴とする請求項1記載の
加入者ユニット。 - 【請求項3】 前記アップリンク特性情報は、アップリンク干渉レベルであ
ることを特徴とする請求項1または2記載の加入者ユニット。 - 【請求項4】 前記アップリンク特性情報は、アップリンク輻輳指標である
ことを特徴とする請求項1または2記載の加入者ユニット。 - 【請求項5】 前記アップリンク特性情報は、ダウンリンク送信パワー・レ
ベル指標であることを特徴とする請求項1または2記載の加入者ユニット。 - 【請求項6】 前記アップリンク特性情報に応答してアクセス・メッセージ
送信パワー・レベルを算出する手段をさらに含んで構成される請求項1ないし5
のいずれか1項に記載の加入者ユニットであって、前記基地局選択は、前記算出
されたアクセス・メッセージ送信パワー・レベルに応答することを特徴とする加
入者ユニット。 - 【請求項7】 ターゲットの基地局の集合は、前記受信したパイロット信号
パワー・レベルに応答して判定されることを特徴とする請求項1ないし6のいず
れか1項に記載の加入者ユニット。 - 【請求項8】 前記少なくとも一つの担当基地局は、ショート・データ・メ
ッセージについては前記アップリンク特性情報のみに応答して選択され、呼設定
については前記アップリンク特性情報および前記受信パイロット信号品質指標の
両方に応答して選択されることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載
の加入者ユニット。 - 【請求項9】 アクセス・メッセージを送信することに関連して、前記少な
くとも一つの担当基地局の選択を開始する手段をさらに含んで構成されることを
特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の加入者ユニット。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれか1項に記載された少なくとも
一つの加入者ユニットによって構成されることを特徴とするセルラ通信システム
。 - 【請求項11】 少なくとも加入者ユニットをサポートし、パイロット信号
およびアップリンク特性情報を送信する複数の基地局を有するセルラ通信システ
ムにおけるセル・アクセスの方法であって: 前記加入者ユニットにおいて、設定された複数の基地局から選択されたターゲ
ットの基地局の集合から、前記アップリンク特性情報を受信する段階; 前記アップリンク特性情報に応答して、少なくとも一つの担当基地局を判定す
る段階;および 前記加入者ユニットが、前記少なくとも一つの担当基地局を介して前記セルラ
通信システムにアクセスする段階; によって構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項12】 前記加入者ユニットにおいて受信パイロット信号品質指標
を判定する段階をさらに含んで構成される請求項11記載の方法であって、前記
少なくとも一つの担当基地局の前記判定は、前記アップリンク特性情報および前
記パイロット信号品質指標の両方に応答することを特徴とする請求項11記載の
方法。 - 【請求項13】 前記少なくとも一つの担当基地局を判定する前記段階は、
前記アップリンク特性情報に応答してアップリンク性能指標を判定し、前記パイ
ロット信号品質指標に応答してダウンリンク性能指標を判定し、前記アップリン
ク特性情報および前記パイロット信号品質指標の両方に応答して合成性能指標を
判定する段階; 基地局が良好なアップリンク性能指標および良好なダウンリンク性能指標の両
方を有する場合には、該基地局を前記少なくとも一つの担当基地局として選択す
る段階;および それ以外の場合には、最良の合成性能指標を有する基地局を前記少なくとも一
つの担当基地局として選択する段階; によって構成されることを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 前記少なくとも一つの担当基地局を判定する前記段階は、
前記アップリンク特性情報に応答してアップリンク性能指標を判定し、前記パイ
ロット信号品質指標に応答してダウンリンク性能指標を判定し、前記アップリン
ク特性情報および前記パイロット信号品質指標の両方に応答して合成性能指標を
判定する段階; 基地局が良好なアップリンク性能指標および良好なダウンリンク性能指標の両
方を有する場合には、該基地局を前記少なくとも一つの担当基地局として選択す
る段階; 良好なアップリンク性能指標および良好なダウンリンク性能指標の両方を有す
る基地局がない場合には、ショート・データ・メッセージについては、最良のア
ップリンク性能指標を有する基地局を前記少なくとも一つの担当基地局として選
択し、それ以外の場合には、最良の合成性能指標を有する基地局を前記少なくと
も一つの担当基地局として選択する段階; によって構成されることを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項15】 前記アップリンク性能指標は、アクセス・メッセージ送信
パワー・レベルであることを特徴とする請求項13または14記載の方法。 - 【請求項16】 前記合成性能指標は、アクセス・メッセージ送信パワー・
レベルであることを特徴とする請求項13または14記載の方法。
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