JP2007531423A - マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理方法およびトラフィック誘導方法 - Google Patents

マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理方法およびトラフィック誘導方法 Download PDF

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Abstract

本出願は、マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理方法とトラフィック誘導方法を開示する。そのマルチモード無線ネットワークは、広帯域伝送リンクおよび集中基地局のサイトを共有する異なるモードから構成される複数のモバイル通信ネットワークを備え、複数のモバイル通信ネットワークの集中基地局は、共通の基地局制御装置または共通の無線ネットワーク制御装置に接続される。モバイル端末のマルチモードサポート機能、セルのトラフィック、複数のネットワークの運用ポリシーおよびリアルタイムな運用状態のうちの少なくとも1つのファクタまたはそれらの組合せに従って、異なるモバイル通信ネットワーク間でリアルタイムなハンドオーバをモバイル端末に実行させるか、または複数のモバイル通信ネットワーク間のリソース割り当てをリアルタイムに調整する。
【選択図】 図4

Description

本発明はモバイル通信システムにおける分散基地局の分野に関し、特に、リモート無線ユニットを有する集中基地局アーキテクチャにおいて多数のモードの無線アクセスネットワークを採用する際にリソースをディスパッチする方法と、無線アクセスネットワーク間でトラフィックを割り当てる方法に関する。
モバイル通信システムにおいては、図1aに示すように、基地局BTSはワイヤレス信号を送受信および処理する。従来の基地局はベースバンド処理サブシステム1、無線周波数(RF)サブシステム2およびアンテナ3を備える。BTSは複数のアンテナを有する複数のセル4をカバーすることができる。基地局(BTS)の各々は各インタフェース経由で、基地局制御装置(BSC)または無線ネットワーク制御装置(RNC)に接続される。このようにして、図1bに示すように無線アクセスネットワーク(RAN)が形成される。
図2は別の分散基地局、即ちリモート無線ユニットを有する集中基地局のアーキテクチャを示す。従来の基地局と比較して、リモート無線ユニットを有する上記の基地局は多数の利点を有する。その利点は、複数のマイクロセルを有する従来の基地局に基づいてマクロセルを置換することが可能で、その結果、その局は様々な無線環境に対してより適応可能となり、システムの容量およびカバレッジなどの無線の性能が改善されること、集中アーキテクチャにより、従来の基地局におけるソフトハンドオーバよりもソフト的なソフトハンドオーバの実行が可能となり、それによりさらなる処理利得が得られること、また集中アーキテクチャにより、ベースバンド信号に対する高価な処理リソースを複数のセルが共有する共通リソースプールに置き、それにより統計的多重化の利益を得ることおよびシステムのコストを削減することである。上記の技術は、PCT特許出願WO9005432の「通信システム」、米国特許第5657374号の「集中基地局および分散アンテナ装置を有するセルラーシステム」、米国特許第6324391号の「集中制御および信号処理を有するセルラー通信」、中国特許第1464666号の「光ファイバで結合したリモート無線ユニットを有する、ソフトウェアの定義された無線基地局およびその同期方法」、および中国特許第1471331号の「モバイル通信用の基地局システム」、および米国特許第20030171118号の「セルラー無線伝送装置およびセルラー無線伝送方法」で開示されている。
図2に示すように、リモート無線ユニットを有する集中基地局は、中央に整列した中央チャネル処理サブシステム6と、広帯域伝送リンク8またはネットワークを通してサブシステム6に接続するリモート無線ユニット7とを備える。中央チャネル処理サブシステムは、チャネル処理リソースプール9、信号ルーティングおよび割り当てユニット10などを備える。ここで、中央処理リソースプール9は多数のスタックされたチャネル処理装置11を備え、ベースバンド信号処理などを行う。信号ルーティングおよび割り当て装置10は、セル内の異なるトラフィックに基づいてチャネル処理リソースを動的に割り当て、セル間の効率的な処理リソースの共有を実現する。信号ルーティングおよび割り当て装置10は、図2に示すように、中央チャネル処理サブシステム6の外側で独立したデバイスとして実装するか、または中央チャネル処理サブシステム6の内部で実装してもよい。リモート無線ユニット7は、送信チャネル(図示せず)用のRF電力増幅器、受信チャネル(図示せず)用の低雑音増幅器、アンテナ12および他の機能的な装置を備える。中央チャネル処理サブシステム6とリモート無線ユニット7との間のリンク8は、光ファイバ、銅線ケーブルおよびマイクロ波などの伝送媒体で典型的に実現され、信号伝送モードはサンプリングされたデジタル信号または変調アナログ信号であってもよく、その信号はベースバンド信号、中間周波数信号または無線周波数信号であってもよい。セルの異なるトラフィックに基づいたチャネル処理リソースの動的割り当ての方法は、米国特許第6353600号の「集中基地局アーキテクチャを採用したCDMAにおける動的セクタ化」および米国特許第6594496号の「集中基地局アーキテクチャにおける適応容量管理」において開示されている。
リモート無線ユニットを有する集中基地局において、中央チャネル処理サブシステム6とリモート無線ユニット7との間の広帯域伝送リンク8およびアンテナ12は、無線アクセスネットワークの無線特性によって直接影響を受けることはない。従って、様々なモードのモバイル通信システムが1つの領域に配置されるとき、広帯域伝送リンク8、局のサイトおよびBSCまたはRNCなどを共有することができ、それによってシステム構築の期間の短縮化およびコスト削減を大幅に達成することができる。
しかしながら、複数のモバイル通信システム、または異なるモードから成る複数のモバイル通信システムが広帯域伝送リンクおよびBSCまたはRNCなどを共有する場合、リソース要件の競合の問題およびリソース利用の効率性の問題が明らかに生じることになる。
上記の問題を解決するため、本発明の目的は、マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理方法とトラフィック誘導方法とを提案することにある。
本発明の一態様によると、マルチモード無線ネットワークは、広帯域伝送リンクおよび集中基地局のサイトを共有する異なるモードから成る複数のモバイル通信ネットワークを備え、複数のモバイル通信ネットワークの集中基地局は、共通基地局制御装置または共通無線ネットワーク制御装置に接続される。マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理の方法は、モバイル端末のマルチモードサポート機能、セルのトラフィック、複数のネットワークの運用ポリシーおよびリアルタイムな運用状態のうちの少なくとも1つのファクタまたはそれらの組合せに従って、異なるモバイル通信ネットワーク間でのリアルタイムなハンドオーバをモバイル端末に実行させること、または複数のモバイル通信ネットワーク間のリソース割り当てをリアルタイムに調整することを特徴とする。
本発明の別態様によると、マルチモード無線ネットワークにおけるトラフィック誘導方法は、以下のステップを備える。即ち、モバイル端末が複数のモバイル通信ネットワークの1つにアクセスするとき、モバイル端末は自身のマルチモードサポート機能を基地局制御装置または無線ネットワーク制御装置に報告し、モバイル端末によりアクセスされる基地局は自身の現在のリソース占有量を基地局制御装置または無線ネットワーク制御装置に報告するステップ、モバイル端末がマルチモードをサポートする場合、基地局制御装置または無線ネットワーク制御装置が、そのシステムにより設定された運用ポリシーに従って、モバイル端末を別のモバイル通信ネットワークに誘導する必要があるか否かを判定するステップ、誘導する必要がある場合、基地局制御装置または無線ネットワーク制御装置がモバイル端末に命令を送信するステップ、その命令に従って、モバイル端末が現在のネットワークから退出し、その命令により指定されたモバイル通信ネットワークに再アクセスするステップである。
本発明の好適な実施形態を、以下の例示的な付属図面と関連して示す。
システムアーキテクチャ
図3は、リモート無線ユニットを有する集中基地局を採用するときの、異なるモードから成る無線ネットワーク間での基地局共有を示す図である。この基地局共有は、マイクロセルおよびピコセルに関するアプリケーションに特に適用可能である。説明の便宜上、図3においては、WCDMA(広帯域符号分割多重アクセス)およびPHS(パーソナルハンドセットシステム)システムを例として取り上げている。しかしながら、本発明はこれらの2つのモードのモバイル通信システムに限定されず、CDMA2000、GSM/GPRS、UTRA TDDなどの他のシステムに拡張してもよい。本発明の方法および原理は、他のモードを有するモバイル通信システムにも適用可能である。また、本発明は3つ以上のモードを有する任意のモバイル通信システムにも適用可能である。
図3に示すWCDMAおよびPHSシステムは、同じ広帯域伝送リンク、局のサイトおよびいくつかの他の設備を共有するが、無線インタフェースのモードが異なるなどの理由で、それぞれの集中基地局およびリモート無線ユニットを有する。システム間の潜在的な干渉を回避するため、それらは一般的に自身のアンテナをそれぞれ使用し、適切な手段をとる。その手段として例えば、アンテナ間で合理的な空間を維持すること、異なる高さにアンテナを設置すること、RFのフロントエンドに保護フィルタを設置することなどがある。
図3に示した方法で、オペレータが同一の領域に異なるモードの複数のモバイル通信システムを構築する典型的な状況は、広く使用されているGSMおよびPHSネットワークのように、1つまたは複数のモバイル通信システムが領域内で十分に動作している場合である。長期の動作のため、システムはシステム容量およびカバレッジに関しては、十分に動作する。この時点で、WCDMA、CDMA2000、UTRA TDDなどの第3世代モバイル通信ネットワークのような新世代のモバイル通信ネットワークに移行するため、図3に示すような方法で、既存システムがリモート無線ユニットを有する集中基地局を採用する場合、広帯域伝送リンクおよび局のサイトのような設備を共有することで、オペレータは新規のモバイル通信ネットワークをセットアップすることができる。それによりシステムの構築期間を大幅に短縮すること、およびコストを大幅に削減することができる。
システムのコスト制限により、新規に確立したモバイル通信ネットワークは通常、初期には完全なカバレッジおよび最大システム容量に到達できない。しかしながら、オペレータが既存システム内でリモート無線ユニットを有する集中基地局を採用した場合、広帯域伝送リンクおよび局のサイトに対してそれ以上投資する必要はない。さらに、リモート無線ユニットおよびアンテナは、実質はシステム容量には関係なく、主に無線カバレッジに対する要件に左右され、新規モバイル通信ネットワーク確立に対するオペレータの最初の懸念はシステム容量よりも十分な無線カバレッジを保障することにある。従って、オペレータは新世代のモバイル通信ネットワーク用の末端の無線ユニットおよびアンテナを、確立の初期段階で1度投資することでセットアップすることができ、その後予算と初期の目標容量に従って、集中基地局、基地局制御装置(または無線ネットワーク制御装置)、コアネットワークおよび伝送ネットワークを含む他の部分をセットアップすることができる。
新世代のモバイル通信ネットワークが上述のようにセットアップされるとき、重要なことは、集中基地局の処理リソース(以降、「システムリソース」と称する)を合理的に割り当てることである。なぜならば、集中基地局などのシステム装置は、限られたシステム容量に従って構成され、集中基地局の処理リソースは、基地局制御装置(または無線ネットワーク制御装置)、コアネットワークおよび伝送ネットワークのシステム構成と整合するからである。本発明を、以下でデュアルモード(WCDMA/PHS)システムを例にとって詳細に説明する。この例において、WCDMAは既存のPHSネットワーク基盤上にセットアップされることになる。WCDMAネットワークは、最初には相対的に小さな容量を有し、PHSネットワークは十分な容量およびカバレッジを有するため、WCDMAにおけるシステムリソースの割り当てが重要な点である。
リソース管理方法
リモート無線ユニットを有する集中基地局アーキテクチャにより、複数のセル間でリソースを動的に割り当てることができる。特に、リモート無線ユニットを有する集中基地局アーキテクチャを採用することで、本発明に従ったシステムリソースのディスパッチ方法によりセルが占有するシステムリソースを増加させるとき、要求される処理リソースを集中基地局のリソースプールから取得することができる。他方、本発明に従ったシステムリソースのディスパッチ方法によりセルが占有するシステムリソースを減少させるとき、節約したシステムリソースを他のセルへの再ディスパッチ用に集中基地局のリソースプールに配置することができる。従って本発明によると、WCDMA/PHSのシステムリソースを、これに限らないが、以下のファクタの1つまたはそれらの組合せに基づいて柔軟にディスパッチすることができる。
1.セルにアクセスするユーザが所有するユーザ装置(UE)のマルチモードサポート機能に従って、即ち、UEが単一モード、即ちWCDMA、またはデュアルモード、即ちWCDMA/PHSモードのいずれをサポートするかを区別することで、WCDMA/PHSのシステムリソースをディスパッチすること。
2.セルのトラフィックまたはセルの負荷に従って、WCDMA/PHSのシステムリソースをディスパッチすること。
3.WCDMAおよびPHSネットワークの間のトラフィック分布、課金ポリシー、ユーザのレベル(または優先度)などのオペレータのポリシーに従って、WCDMA/PHSのシステムリソースをディスパッチすること。
4.障害が発生したか否か、または何らかのデバイスが更新されたか否かなどのWCDMAおよびPHSのリアルタイムな運用状態に従って、WCDMA/PHSのシステムリソースをディスパッチすること。
リモート無線ユニットおよび共通の広帯域伝送リンクおよび局のサイトを有するWCDMA/PHSデュアルモードの集中基地局に対して、上記のファクタおよび下記のルールに従って、WCDMA/PHSのシステムリソースを柔軟にディスパッチすることが望ましい。
本発明に従った好適な実施形態において、WCDMA/PHSデュアルモードをサポートするモバイル端末をユーザが使用する場合、モバイル端末が存在するWCDMAセル内に十分なシステムのリソースがないとき、そのユーザはPHSネットワークに切り替えられてWCDMAの処理リソースを節約し、そのユーザに対するサービスが中断されないことを保障する。システムの利用可能なリソースは、システムによってサポート可能なトラフィックを判定し、システムのハードウェアリソースおよびネットワークの運用状態のようなファクタに左右される。ネットワークの運用状態は、何らかの障害が発生したか否か、または何らかのデバイスが更新されたか否かを含む。例えば、システムが機能しなくなる、または何らかのデバイスが更新されるとき、その処理能力は一時的に低減することになる。現在のトラフィックがシステムのサポートできる最大トラフィックに近い場合、言い換えると、それらの差異が閾値より少ない場合、そのシステムのリソースは不十分と見なされ、上記の切り替えが行われることになる。
本発明に従った別の好適な実施形態において、WCDMAをサポートする単一モードモバイル端末により生じるWCDMAセル内のトラフィックまたは負荷が大きい場合、相対的により多くのWCDMAのシステムリソースをそのセルにディスパッチしてもよい。WCDMAをサポートする単一モードモバイル端末は、PHSネットワークにアクセスできないため、相対的により多くのシステムリソースをそのセルにディスパッチして、WCDMAをサポートする単一モードモバイル端末がサービスを受けることを保障すべきである。従って、WCDMAをサポートする単一モードモバイル端末によりセル内で生じるトラフィックが閾値より多いとき、セルが占有するシステムリソースは増加する。
本発明に従ったさらに別の好適な実施形態において、オペレータは、異なるモバイル通信ネットワーク間トラフィックの割り当てスキーム、課金ポリシーおよびユーザのレベルのうち、少なくとも1つのファクタまたはその組み合せを含む運用ポリシーに従って、WCDMA/PHSのシステムリソースをディスパッチしてもよい。これらのポリシーは、運用収益の最大化、WCDMAとPHSネットワークとの間の移行ポリシー、WCDMAとPHSネットワークとの間の対象ユーザの分布などをオペレータが考慮して判定する。例えば、システムリソースが許せば、オペレータは運用収益を最大化することを望む。システムリソースの特定条件において収益を最大化することは、各ネットワークに特定のトラフィック分布を行うことを意味する。それは当業者に公知の最適化問題であって、その説明は省略する。さらなるファクタを、2つのネットワーク間のトラフィック分布を判定する際に考慮に入れてもよい。例えば、WCDMAネットワークをPHSネットワーク基盤上に確立する初期段階において、ユーザにWCDMAネットワークを使用することを奨励する必要があるかもしれない。その後、WCDMAネットワークに対していくらかの優遇価格が設定され、デュアルモードをサポートするモバイル端末が、リソースが許す限り優先的にWCDMAネットワークにアクセスするよう切り替えられる。別の例として、対象ユーザの特性と2つのネットワーク間の対象ユーザの分布とから、ユーザのレベルを判定してもよい。代替として、サービス契約で明言されているサービス品質から、ユーザのレベルを判定してもよいし、もしくは直接契約してもよい。従って、異なるレベルのユーザが、対応するネットワークを優先的に利用してもよい。
上記の実施形態をPHSネットワークおよびWCDMAネットワークを例として取り上げて説明したが、本発明は他のモバイル通信ネットワークに対しても適用可能であり、共存するネットワークの数は2つに制限されず、より多くであってもよいことは留意すべきである。
運用ポリシーを様々な方法で実装してもよい。各ネットワーク内のセルに利用可能なシステムリソースを変更することを除いて、前記の閾値を静的に構成するか、または動的に変更することにより、運用ポリシーを実装してもよい。さらに、3つ以上のモバイル通信ネットワークがあるとき、ネットワーク間での切り替えの優先順序を判定してもよい。
上記で指摘したように、上述の実施形態を任意に組合せて、新規の実施形態を得ることができることは明らかである。
トラフィック誘導方法
本発明の別の態様によると、上記のルールにより要求されるWCDMA/PHSシステムリソースのディスパッチを達成するために、システム間のネットワーク主導ハンドオーバのポリシーを採用することで、トラフィックを誘導してもよい。本発明に従ったトラフィック誘導方法を、WCDMAからPHSへのハンドオーバを例として取り上げて説明する。
図4に示すように、UEが無線アクセスネットワークにアクセスするとき(ステップS1)、即ち、RRC(無線リソース制御)リンクが確立されるとき、RNCはUEにそのマルチモードサポート機能を報告するよう要求することになる(ステップS21)。同時に、基地局も現在の処理リソース占有量をRNCに報告する(ステップS22)。その後、システムにより設定された運用ポリシーに従って、RNCは、UEをPHSネットワークに誘導する必要があるか否かを判定することができる(ステップS3)。誘導する必要がある場合、RNCはUEに、指定されたPHSネットワークに再アクセスするよう命令することになる(ステップS4)。この命令に応答して、UEは既に確立したRNCリンクを切断してWCDMAから退出し、指定されたPHSネットワークに再アクセスする(ステップS5)。さらに、命令ステップにおいて、PHSネットワークにアクセスするときに要求される情報、例えばPHSネットワークのシステムパラメータがUEに送信され、PHSシステムにアクセスするのに必要な時間を短縮することができる。
他の態様は、上述した「リソース管理方法」におけるものと同じであり、その説明は省略する。
もちろん、モバイル端末がPHSネットワークにアクセスするときに誘導を実行してもよく、その結果、適切な条件においてWCDMAにアクセスするようデュアルモード機能を有するモバイル端末を誘導してもよい。
同様に、その実施形態において、モバイル通信ネットワークの数は2つに制限されず、もちろん、モバイル通信ネットワークはWCDMAネットワークおよびPHSネットワークに制限されない。
上述の説明は、本発明が保護する範囲に制限されるものとして考えられるべきではない。むしろ、本発明の本質から逸脱しない全ての変更および等価物が、本発明の精神および範囲に含まれるべきである。
従来の基地局を示す概略図である。 従来の無線アクセスネットワークを示す概略図である。 リモート無線ユニットを有する集中基地局を示す構造図である。 リモート無線ユニットを有する集中基地局アーキテクチャを採用するときの、基地局を共有する異なるモードを有する無線ネットワークを示す概略図である。 本発明のトラフィック誘導方法を示すフローチャートである。

Claims (10)

  1. マルチモード無線ネットワークにおけるリソース管理方法であって、
    前記マルチモード無線ネットワークが、広帯域伝送リンクおよび集中基地局のサイトを共有する異なるモードから成る複数のモバイル通信ネットワークを備え、前記複数のモバイル通信ネットワークの前記集中基地局が、共通の基地局制御装置または共通の無線ネットワーク制御装置に接続されている、前記リソース管理方法において、
    前記モバイル端末の前記マルチモードサポート機能、セルのトラフィック、前記複数のネットワークの運用ポリシーおよびリアルタイムな運用状態のうちの少なくとも1つのファクタまたはそれらの組合せに従って、
    異なるモバイル通信ネットワーク間でのリアルタイムなハンドオーバをモバイル端末に実行させること、または
    前記複数のモバイル通信ネットワーク間のリソース割り当てをリアルタイムに調整すること
    を特徴とするリソース管理方法。
  2. 前記モバイル端末が2つ以上のモードから成るモバイル通信ネットワークをサポートするとき、実際のトラフィックと前記のネットワーク運用状態がサポート可能なトラフィックとの間の差異、および前記モバイル端末が存在する1つのモバイル通信ネットワークのセルが占有するシステムリソースが所定の閾値より少ない場合、前記モバイル端末は別のモバイル通信ネットワークに切り替えられることを特徴とする請求項1に記載のリソース管理方法。
  3. 単一モードモバイル端末により発生するセルのトラフィックが所定の閾値より多いとき、前記セルが占有するシステムリソースは増加することを特徴とする請求項1に記載のリソース管理方法。
  4. 前記ネットワーク内の各セルに利用可能なシステムリソースは、所定の運用ポリシー、または前記閾値に従って変更され、前記ネットワーク間のハンドオーバの優先順序は静的に構成されるかまたは動的に変更されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のリソース管理方法。
  5. 前記の所定の運用ポリシーは、前記複数のモバイル通信ネットワーク間のトラフィック分布、課金ポリシーおよびユーザレベルのうち少なくとも1つのファクタまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項4に記載のリソース管理方法。
  6. マルチモード無線ネットワークにおけるトラフィック誘導方法であって、
    前記マルチモード無線ネットワークが、広帯域伝送リンクおよび集中基地局のサイトを共有する異なるモードから成る複数のモバイル通信ネットワークを備え、前記複数のモバイル通信ネットワークの前記集中基地局が、共通の基地局制御装置または共通の無線ネットワーク制御装置に接続されている、前記トラフィック誘導方法において、
    モバイル端末が前記複数のモバイル通信ネットワークの1つにアクセスするとき、前記モバイル端末は自身のマルチモードサポート機能を前記基地局制御装置または前記無線ネットワーク制御装置に報告し、前記モバイル端末によりアクセスされる前記基地局は自身の現在のリソース占有量を前記基地局制御装置または前記無線ネットワーク制御装置に報告するステップと、
    前記モバイル端末がマルチモードをサポートする場合、前記基地局制御装置または前記無線ネットワーク制御装置が、前記システムにより設定された前記運用ポリシーに従って前記モバイル端末を前記の別のモバイル通信ネットワークに誘導する必要があるか否かを判定するステップと、
    誘導する必要がある場合、前記基地局制御装置または前記無線ネットワーク制御装置が前記モバイル端末に命令を送信するステップと、
    前記命令に従って、前記モバイル端末が前記の現在のネットワークから退出し、前記命令により指定されたモバイル通信ネットワークに再アクセスするステップと
    を備えることを特徴とするトラフィック誘導方法。
  7. 前記命令はさらに、前記命令が指定する前記モバイル通信ネットワークにアクセスするために要求される情報を備えることを特徴とする請求項6に記載のトラフィック誘導方法。
  8. 前記判定ステップは、実際のトラフィックと、所定の運用ポリシー下にある現在のセルおよび前記ネットワーク運用状態がサポートするトラフィックとの間の差異が所定の閾値より少ない場合、前記モバイル端末を別のモバイル通信ネットワークに誘導する必要があると判定することを備えることを特徴とする請求項6または7に記載のトラフィック誘導方法。
  9. 前記複数のネットワーク内の各セルに利用可能な前記システムリソースは、所定の運用ポリシーまたは前記閾値に従って変更され、ネットワーク間のハンドオーバの優先順序は静的に構成されるかまたは動的に変更されることを特徴とする請求項6または7に記載のトラフィック誘導方法。
  10. 前記の所定の運用ポリシーは、前記複数のモバイル通信ネットワーク間のトラフィック分布、課金ポリシーおよびユーザレベルのうち少なくとも1つのファクタまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項6または7に記載のトラフィック誘導方法。
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