JP2015082756A - ハンドオーバ制御装置、基地局装置、ゲートウェイ装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】降雨によるバックホールの品質劣化を予測し、端末を品質劣化が生じない無線リンクの基地局装置にハンドオーバさせ、通信の切断を未然に回避する。【解決手段】通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるハンドオーバ制御装置１０であって、端末７を収容する基地局１とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ３との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する予測部１０ａと、上記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局１の配下の端末７に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局２へのハンドオーバを指示するハンドオーバ指示部１０ｂと、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう技術に関する。

近年、セルラシステムにおいて無線トラヒックの需要が急増している。そのため、トラヒックの集中が予想される地域では、セルサイズが大きいマクロセルやマイクロセルに加えて、セルサイズが小さい基地局を多数配置し、トラヒックを分散させることによって、急増したトラヒックに対処する小セルエリア設計が検討されている。

小セルエリア設計においては、狭い範囲に多数の基地局が配置されるため、通信品質を向上させるための端末のハンドオーバ制御が有効である。例えば、特許文献１および特許文献２には、基地局やコアネットワーク（以下「コアNW」と呼称する。）等のネットワーク側によるハンドオーバ制御手法が提案されている。特許文献１では、端末がより小さいセルの基地局にハンドオーバしやすくなるように、ハンドオーバの制御パラメータを変更する。また、特許文献２では、基地局毎のトラヒック負荷を観測し、各基地局の負荷が一定になるようにハンドオーバをさせている。

一方、小セルエリア設計における基地局とコアネットワークとを接続するバックホールとして、短時間で開通し、開通後もネットワークトポロジの変更が容易なミリ波帯無線リンクを使用することが検討されている。ミリ波帯無線には降雨によって受信電力が減衰するという問題があるため、降水量を測定したり、降雨を予測したりすることによって、ミリ波帯無線リンクの品質劣化を把握することが重要となる。特許文献３では、広範囲に多数の雨量計を設置し、降水量を面的に把握し、降水量の時間変化から移動予測を行なうことによって、ミリ波帯無線リンクの品質劣化を予測し、効率的な経路制御を行なう技術が開示されている。

特開２０１１−１８２００９号公報 特開２０１１−０６１４５３号公報 特開２００４−３５４０８０号公報

しかしながら、セルラシステムにおいて、バックホールにミリ波帯無線を用いる基地局では、通信路が強い降雨にさらされたときにバックホールにおいて“回線断”が発生する可能性がある。このとき、この基地局に接続している端末はコアネットワークとの通信が切断し、ユーザの体感通信品質が悪化する。そこで、この端末を事前に他の基地局にハンドオーバすることによって通信が切断することを防ぐ必要があるが、特許文献１および特許文献２記載の技術では、バックホールの回線容量を考慮しておらず、また、特許文献３ではセルラシステムを対象としていないため、この課題を解決することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、降雨によるバックホールの品質劣化を予測し、端末を品質劣化が生じない無線リンクの基地局装置にハンドオーバさせ、通信の切断を未然に回避することができるハンドオーバ制御装置、基地局装置、ゲートウェイ装置およびプログラムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のハンドオーバ制御装置は、通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるハンドオーバ制御装置であって、端末装置を収容する基地局装置とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ装置との間の無線リンクまたはいずれか一つの基地局装置といずれか他の基地局装置との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する予測部と、いずれかの前記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するハンドオーバ指示部と、を備えることを特徴とする。

このように、いずれかの無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するので、降雨による“回線断”を未然に回避することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。

（２）また、本発明のハンドオーバ制御装置において、前記ハンドオーバ指示部は、複数の端末装置に対してハンドオーバを指示する場合、無線リンクの品質劣化の程度に応じて、各端末装置をハンドオーバ先となる各基地局装置に振り分けることを特徴とする。

このように、複数の端末装置に対してハンドオーバを指示する場合、無線リンクの品質劣化の程度に応じて、各端末装置をハンドオーバ先となる各基地局装置に振り分けるので、回線断が生ずるほど品質が劣化する無線リンクを回避することだけでなく、品質劣化の程度が低い基地局装置には相対的に多くの端末装置を収容させる一方、品質劣化の程度が大きい基地局装置には相対的に少ない端末装置を収容させる制御を行なうことが可能となる。これにより、無線リンクの品質劣化の程度に応じて、端末装置を分散させることが可能となる。

（３）また、本発明のハンドオーバ制御装置において、前記ハンドオーバ指示部は、受信電力が相対的に小さい端末装置に対して、優先的にハンドオーバを指示することを特徴とする。

このように、受信電力が相対的に小さい端末装置に対して、優先的にハンドオーバを指示するので、回線断が生ずる可能性を下げることが可能となる。これにより、例えば、セルエッジに存在する端末装置に対して、優先的にハンドオーバの指示を行ない、ユーザの体感通信品質の低下を未然に回避することが可能となる。

（４）また、本発明のハンドオーバ制御装置において、前記予測部は、複数の無線リンクにおける回線品質の時間変動を観測することによって、各無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測することを特徴とする。

このように、複数の無線リンクにおける回線品質の時間変動を観測することによって、各無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測するので、リアルタイムに無線通信の品質劣化を予測することが可能となる。

（５）また、本発明の基地局装置は、上記（１）から（４）のいずれかに記載のハンドオーバ制御装置を備えることを特徴とする。

この構成により、自装置の無線リンクで品質劣化が予測された場合、配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する他の基地局装置へのハンドオーバを指示することができるので、降雨による“回線断”を未然に回避することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。また、基地局装置から端末装置に対して、直接ハンドオーバの指示を行なうため、制御フローをシンプルにすることが可能となる。

（６）また、本発明のゲートウェイ装置は、上記（１）から（４）のいずれかに記載のハンドオーバ制御装置を備えることを特徴とする。

この構成により、いずれかの無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するので、降雨による“回線断”を未然に回避することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。また、ゲートウェイ装置においてハンドオーバを制御するため、基地局装置の数が非常に多い通信システムにおいても実装規模を拡大化させる必要がない。

（７）また、本発明のプログラムは、通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるプログラムであって、端末装置を収容する基地局装置とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ装置との間の無線リンクまたはいずれか一つの基地局装置といずれか他の基地局装置との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する処理と、いずれかの前記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

このように、いずれかの無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するので、降雨による“回線断”を未然に回避することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。

本発明によれば、降雨による“回線断”を未然に回避することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。

バックホールに有線を用いるセルラシステムの概略構成を示す図である。 セルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。 セルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。 バックホールに有線の代わりにミリ波帯無線を用いたセルラシステムを示す図である。 第１の実施形態に係るセルラシステムの概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係るセルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。 第１の実施形態に係るセルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。 第２の実施形態に係るセルラシステムの概略構成とハンドオーバ手順を示す図である。 第２の実施形態に係るセルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。

本発明者らは、セルラシステムにおいて、バックホールにミリ波帯無線を用いる基地局では、無線通信路が強い降雨にさらされたときにバックホールで“回線断”が発生することに着目し、このような降雨によるバックホールの品質劣化を予測し、端末を品質劣化が生じない無線リンクの基地局に強制的にハンドオーバさせることによって、ミリ波帯のバックホールで降雨減衰が生じても回線断を回避することができることを見出し、本発明をするに至った。

すなわち、本発明のハンドオーバ制御装置は、通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるハンドオーバ制御装置であって、端末装置を収容する基地局装置とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ装置との間の無線リンクまたはいずれか一つの基地局装置といずれか他の基地局装置との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する予測部と、いずれかの前記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するハンドオーバ指示部と、を備えることを特徴とする。

これにより、本発明者らは、降雨による“回線断”を未然に回避することを可能とし、併せて、ユーザの体感通信品質を向上させることを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、バックホールに有線を用いるセルラシステムの概略構成を示す図である。このセルラシステムは、基地局１、基地局２、ゲートウェイ３、コアＮＷ５および端末７で構成されている。端末７と基地局１、２は、無線通信を行なう。基地局１、２とゲートウェイ３は、光ファイバ等の有線によって接続されており、ゲートウェイ３はコアネットワーク５と接続している。端末７は、基地局１およびゲートウェイ３を介してコアＮＷ５との間にセッションを構築して通信を行なう。なお、本明細書においては、基地局を基地局装置と呼称することもある。

図２および図３は、セルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。基地局１と端末７との間の無線品質が低下したとき、ハンドオーバが実行される。最初に、端末７がハンドオーバ要求を基地局１に送信する（ステップＰ１）。次に、基地局１がハンドオーバ先の基地局２に制御信号を送出した後（ステップＰ２）、端末７は、基地局２との接続を確立して（ステップＰ３、Ｐ４）、ハンドオーバが完了する。最後に、基地局２は、ゲートウェイ３に向けて、端末７の接続状況が変化したことを通知する。

図４は、バックホールに有線の代わりにミリ波帯無線を用いたセルラシステムを示す図である。図４では、降雨によって基地局１とゲートウェイ３との間のミリ波帯無線リンクが切断した様子を示している。このようなミリ波帯無線バックホールでは、基地局１とゲートウェイ３との間の無線リンクが切断することにより、端末７とコアＮＷ５とのセッションが切断してしまう。

そこで、本実施形態では、セルラシステムにおけるネットワーク上の装置（基地局およびゲートウェイ装置）に対し、ミリ波帯無線を用いるバックホールの品質監視を行ない、端末装置に対して強制的にハンドオーバの指示を行なう機能を新たに設ける。ここで、バックホールの品質監視とは、ミリ波無線リンクの品質劣化を検出および予測することを指す。本機能は、バックホールの品質劣化が予測される基地局に接続している端末装置に対して、他の基地局にハンドオーバする旨の指示を出す。また、この基地局に接続している端末のうち、ハンドオーバさせる端末の割合は、予想される品質劣化に応じて決定される。

（第１の実施形態）
図５は、第１の実施形態に係るセルラシステムの概略構成を示す図である。第１の実施形態では、基地局１にハンドオーバ制御装置１０を設けている。なお、基地局２にハンドオーバ制御装置１０を設けても良い。ハンドオーバ制御装置１０は、端末７を収容する基地局１とゲートウェイ３との間の無線リンクおける降雨による品質劣化を予測する予測部１０ａを備えている。予測部１０ａは、複数の無線リンクにおける回線品質の時間変動を観測することによって、各無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する。

なお、予測部１０ａは、回線品質の時間変動の観測の他、外部の気象予測装置から降雨予測情報を入手することによって、回線品質の品質劣化を予測しても良い。この場合、予測部１０ａによる品質劣化の予測方法としては、例えば、無線リンクの区間での降雨予測量を積分し、その積分結果と減衰量とが比例するというモデルを用いて予測しても良い。また、無線リンクを細かい区間に分割し、各分割された区間での降雨予測量と減衰量とをマッピングさせるテーブル若しくは関数を用いることで、分割された区間での減衰量を決定し、各分割された区間での減衰量を無線リンクの区間で足し合わせることで品質劣化の予測を行なっても良い。

また、ハンドオーバ制御装置１０は、上記無線リンクで品質劣化が予測された場合、この品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局の配下の端末７に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局２へのハンドオーバを指示するハンドオーバ指示部１０ｂを備えている。

図６および図７は、第１の実施形態に係るセルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。まず、端末７が基地局１を介してゲートウェイ３との通信を確立している状態で、ハンドオーバ制御装置１０は、基地局１とゲートウェイ３との間のミリ波リンクの品質劣化予測を行なう。図６に示すように、基地局１とゲートウェイ３との間のミリ波リンクで降雨が発生し、品質劣化が生ずると予測された場合、ハンドオーバ制御装置１０は、端末７に対して、強制的にハンドオーバ指示を行なう（ステップＳ１、ステップＳ２）。端末７は、ハンドオーバ手順を開始する（ステップＳ３）。そして、通常のハンドオーバと同一の処理が行なわれる（ステップＳ４〜ステップＳ６）。

このように、基地局１がバックホールの品質予測結果を基に、端末７に向けてハンドオーバ指示を出すことによって、端末７とコアＮＷ５とのセッションが切断することを回避することが可能となる。また、第１の実施形態では、基地局１から直接端末７に対してハンドオーバ指示の制御信号を送信するので、制御フローを非常に単純化することが可能となる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るセルラシステムの概略構成とハンドオーバ手順を示す図である。第２の実施形態では、ゲートウェイ３にハンドオーバ制御装置１０を設けている。ゲートウェイ３がハンドオーバ制御装置１０を備えることにより、ゲートウェイ３と基地局１、２との間のミリ波帯無線バックホールの品質監視機能および、各基地局に接続している端末への強制ハンドオーバ指示機能が実装される。

図９は、第２の実施形態に係るセルラシステムにおけるハンドオーバの手順を示す図である。端末７が基地局１を介してゲートウェイ３との通信を確立している状態で、ハンドオーバ制御装置１０は、基地局１とゲートウェイ３との間のミリ波リンクの品質劣化予測を行なう。図８に示すように、基地局１とゲートウェイ３との間のミリ波リンクで降雨が発生し、品質劣化が生ずると予測された場合、ハンドオーバ制御装置１０は、端末７に対して、強制的にハンドオーバ指示を行なう（ステップＴ１、ステップＴ２）。端末７は、ハンドオーバ手順を開始し、通常のハンドオーバと同一の処理が行なわれる（ステップＴ３〜ステップＴ６）。

ここで、ハンドオーバ制御装置１０は、複数の端末にハンドオーバの指示を行なう場合、複数の基地局に振り分けても良い。すなわち、複数の基地局の品質劣化の程度に応じて、ある基地局は相対的に多くの端末を収容し、他の基地局は相対的に少ない端末を収容するように振り分ける。これにより、システム全体のスループットの低下を回避することが可能となる。また、ハンドオーバ制御装置１０は、各端末の受信電力に基づいて、ハンドオーバを指示する優先順位を決定し、優先順位に応じてハンドオーバを指示するようにしても良い。例えば、セルエッジ付近に存在する端末を優先的にハンドオーバさせる。これにより、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。

第２の実施形態では、ゲートウェイ３が備えるハンドオーバ制御装置１０は、基地局１のバックホールの品質予測結果に基づいて、必要に応じて基地局１に接続している端末７に向けてハンドオーバ指示を出すことによって、端末７とコアＮＷ５とのセッションが切断することを回避する。また、第２の実施形態では、最初にゲートウェイ３から基地局１に対して、基地局１に接続している端末７をハンドオーバさせるための制御信号を送信する。基地局１では、それを受けて、接続している端末７にハンドオーバ指示の制御信号を送信する。なお、第２の実施形態では、ハンドオーバ制御装置１０を備えるのがゲートウェイ３であるため、基地局数が非常に多いセルラシステムにおいても、実装規模を小さく済ませることができるという利点がある。

以上説明したように、本実施形態によれば、バックホール回線にミリ波帯を使用する通信システムにおいて、降雨が発生して品質劣化が予測される場合に、回線断を未然に防止することが可能となる。その結果、ユーザの体感通信品質を向上させることが可能となる。

１ 基地局
２ 基地局
３ ゲートウェイ
５ コアネットワーク
７ 端末
１０ ハンドオーバ制御装置
１０ａ 予測部
１０ｂ ハンドオーバ指示部

Claims (7)

1. 通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるハンドオーバ制御装置であって、
   端末装置を収容する基地局装置とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ装置との間の無線リンクまたはいずれか一つの基地局装置といずれか他の基地局装置との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する予測部と、
   いずれかの前記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示するハンドオーバ指示部と、を備えることを特徴とするハンドオーバ制御装置。
2. 前記ハンドオーバ指示部は、複数の端末装置に対してハンドオーバを指示する場合、無線リンクの品質劣化の程度に応じて、各端末装置をハンドオーバ先となる各基地局装置に振り分けることを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御装置。
3. 前記ハンドオーバ指示部は、受信電力が相対的に小さい端末装置に対して、優先的にハンドオーバを指示することを特徴とする請求項１または請求項２記載のハンドオーバ制御装置。
4. 前記予測部は、複数の無線リンクにおける回線品質の時間変動を観測することによって、各無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のハンドオーバ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のハンドオーバ制御装置を備えることを特徴とする基地局装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のハンドオーバ制御装置を備えることを特徴とするゲートウェイ装置。
7. 通信品質が降雨の影響を受ける周波数帯域を用いて無線通信を行なう通信システムに適用されるプログラムであって、
   端末装置を収容する基地局装置とコアネットワークおよび基地局装置の通信を確立させるゲートウェイ装置との間の無線リンクまたはいずれか一つの基地局装置といずれか他の基地局装置との間の無線リンクにおける降雨による品質劣化を予測する処理と、
   いずれかの前記無線リンクで品質劣化が予測された場合、品質劣化が予測された無線リンクを経由する基地局装置の配下の端末装置に対して、品質劣化が予測されていない無線リンクを経由する基地局装置へのハンドオーバを指示する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
   
   
   
   

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