JP2015104044A - 無線通信システム、無線端末および管理サーバ - Google Patents

Abstract

【課題】ピンポンハンドオーバの抑制または回避が可能な無線通信システム、無線端末および管理サーバを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる無線通信システム１００は、複数の通信方式で通信可能な無線端末１１０と基地局１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと管理サーバ１２８とを含む無線通信システムにおいて、無線端末は、２つの基地局１２０Ａ、１２０Ｂの間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生したら、他の通信方式に切り替える。また、管理サーバは、ピンポンハンドオーバが発生した実績エリア１２４を記憶し、ある無線端末が実績エリアに近づいたら、無線端末に他の通信方式に切り替えさせる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の通信方式で通信可能な無線端末を含む無線通信システム、無線端末および管理サーバに関する。

無線通信システムでは、無線端末と基地局との間の電波環境の変化に伴って、無線端末の接続先基地局を切り換えるハンドオーバが実行される場合がある。特に、無線端末と複数の基地局との間で短時間かつ頻繁に繰り返されるハンドオーバは、ピンポンハンドオーバと称されている。

無線端末は、ピンポンハンドオーバに陥ると、応答性が損なわれてしまう。一例として、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）と呼ばれる音声通信をデータパケットでサポートする方式では、ピンポンハンドオーバが継続すると、パケットの遅延や消失が生じ、音声品質の低下の原因となってしまう。

ピンポンハンドオーバは、例えば無線端末がＮＬＯＳ（Non Line of Sight）環境下にあって周辺環境が頻繁に変化する場合に発生し易くなる。そのため、ピンポンハンドオーバが発生する度に、基地局や無線端末の設定を変更することで、ピンポンハンドオーバを抑制することが考えられる。

しかし、基地局の設定、例えば送信出力を変更すると、基地局のカバーエリア（セル）の半径が変わってしまう。このため、ある場所である無線端末のピンポンハンドオーバは解消される可能性があるものの、基地局配下での別の場所に位置する別の無線端末にピンポンハンドオーバが発生する可能性がある。

また、無線端末の設定、例えばハンドオーバ条件を変更した場合には、ある場所ではピンポンハンドオーバを抑制できるものの、ハンドオーバすべき時まで抑制してしまい、通信状態が悪化する可能性がある。

特許文献１には、無線端末と基地局との間でハンドオーバを開始するためのシステムメッセージを用いて、無線端末がハンドオーバした際の履歴情報を伝送する技術が開示されている。特許文献１では、この履歴情報を用いて、受信電界強度のヒステリシスを動的に決定および調整することで、ピンポンハンドオーバを回避する、としている。

特表２０１０−５３６２９４号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、無線端末がピンポンハンドオーバを繰り返さない状況下で、ヒステリシスが大きい場合、ハンドオーバに移行し難くなる。その結果、無線端末は、受信電界強度が弱い状態のまま無線通信を継続してしまい、応答性などが損なわれる可能性がある。

本発明は、ピンポンハンドオーバの抑制または回避が可能な無線通信システム、無線端末および管理サーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明にかかる無線通信システムの代表的な構成は、複数の通信方式で通信可能な無線端末と基地局と管理サーバとを含む無線通信システムにおいて、無線端末は、２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生したら、他の通信方式に切り替えることを特徴とする。

上記ピンポンハンドオーバの発生の判定は、無線端末、基地局、または管理サーバが行うとよい。

上記管理サーバは、ピンポンハンドオーバが発生した実績エリアを記憶し、ある無線端末が実績エリアに近づいたら、無線端末に他の通信方式に切り替えさせるとよい。

上記課題を解決するために本発明にかかる無線端末の代表的な構成は、基地局と無線通信を行う複数の通信方式で通信可能な無線端末において、無線端末は、２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生したら、他の通信方式に切り替えることを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明にかかる管理サーバの代表的な構成は、複数の通信方式で通信可能な無線端末および基地局を管理する管理サーバにおいて、管理サーバは、無線端末に２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生した実績エリアを記憶し、ある無線端末が実績エリアに近づいたら、無線端末に他の通信方式に切り替えさせることを特徴とする。

本発明によれば、ピンポンハンドオーバの抑制または回避が可能な無線通信システム、無線端末および管理サーバを提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる無線通信システムの概略構成を示す図である。 図１に示す無線端末の構成を例示する機能ブロック図である。 図１に示す基地局および管理サーバの構成を例示する機能ブロック図である。 図１に示す無線通信システムのピンポンハンドオーバ発生時での処理を示すシーケンス図である。 本発明の第２実施形態にかかる無線通信システムの概略構成を示す図である。 図５に示す無線通信システムの実績エリア付近での処理を示すシーケンス図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる無線通信システム１００の概略構成を示す図である。かかる無線通信システム１００では、無線端末１１０と基地局１２０Ａ、１２０Ｂとの間でピンポンハンドオーバが発生している状況を想定している。すなわち無線端末１１０は、図示のように、基地局１２０Ａ、１２０Ｂのカバーエリア（セル１２２Ａ、１２２Ｂ）が重なる領域に位置し、これらの基地局１２０Ａ、１２０Ｂとの間でハンドオーバが短時間かつ頻繁に繰り返されている。以下では、ピンポンハンドオーバが発生したエリアを実績エリア１２４と称する。なお実績エリア１２４は、セル１２２Ａ、１２２Ｂの少なくとも一方を含むエリアとする。

無線通信システム１００は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂおよび無線端末１１０に加え、周辺基地局（基地局１２０Ｃ）と、インターネットや専用回線等の通信網１２６と、管理サーバ１２８とを備える。管理サーバ１２８は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと通信網１２６を介して有線接続されていて、通信網１２６や基地局１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの情報、例えばＩＰアドレスなどを管理し保持している。

図２は、図１に示す無線端末１１０の構成を例示する機能ブロック図である。無線端末１１０は、複数の無線通信方式で通信可能となっている。通信方式としては、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile Communications）、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)などが挙げられる。

無線端末１１０は、図２（ａ）に示すように、端末制御部１３０と、端末メモリ１３２と、無線通信部１３４と、端末情報送信部１３６とを備える。端末制御部１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線端末１１０全体を管理および制御し、例えば、ハンドオーバ実行部１３８と通信方式切替部１４０とを含む。端末メモリ１３２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成されていて、端末番号（端末ＩＤ）や位置情報を含む端末情報を記憶し、さらにテーブル１４２を含んでいる。

テーブル１４２は、図２（ｂ）に示すように、ハンドオーバ条件が格納されている。ハンドオーバ条件は、横軸をフレームエラーレート（ＦＥＲ：Frame Error Rate）、縦軸を受信信号電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）とするマトリクスで示されている。このマトリクスは、一例として、領域Ａ、Ｂ、Ｃに区分されている。

領域Ａは、ＦＥＲが閾値αを越えていてフレーム誤り率が大きく、ＲＳＳＩの強度に関係なくハンドオーバを実行する領域である。領域Ｂは、ＲＳＳＩの強度が強く、かつＦＥＲが閾値α未満でフレーム誤り率が小さく、ハンドオーバを実行しない領域である。領域Ｃは、ＲＳＳＩの強度が弱く、かつＦＥＲが閾値α未満であり、ハンドオーバを実行するが仮にハンドオーバが実行できなければ、現状の状態を維持する領域である。

無線通信部１３４は、図２（ａ）に示すように、第１通信方式で通信を行う第１通信部１４４と、第２通信方式で通信を行う第２通信部１４６とを含む。無線通信部１３４は、第１通信方式または第２通信方式でアンテナ１３４ａを介して基地局１２０Ａ、１２０Ｂとの無線通信を行う。端末情報送信部１３６は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂに対して端末情報を送信する。

ハンドオーバ実行部１３８は、テーブル１４２に格納された上記ハンドオーバ条件に従ってハンドオーバを実行する。通信方式切替部１４０は、詳細は後述するが、ピンポンハンドオーバが発生すると、ピンポンハンドオーバを抑制するために、第１通信方式から第２通信方式、あるいは第２通信方式から第１通信方式に通信方式を切替える。

図３は、図１に示す基地局１２０Ａおよび管理サーバ１２８の構成を例示する機能ブロック図である。基地局１２０Ａは、図３（ａ）に示すように、基地局制御部１４８と、無線通信部１５０と、有線通信部１５２と、基地局メモリ１５４と、情報送信部１５６とを備える。基地局制御部１４８は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０Ａ全体を管理および制御し、例えば、ハンドオーバ状態判定部１５８と通信方式切替要求部１６０とを含む。

無線通信部１５０は、アンテナ１５０ａを介して例えば無線端末１１０との無線通信を行う。有線通信部１５２は、通信網１２６を介して管理サーバ１２８との有線通信を行う。基地局メモリ１５４は、基地局ＩＤなどを記憶し、さらにテーブル１６２を含んでいる。

テーブル１６２は、ハンドオーバ状態の判定で用いられ、例えば、単位時間あたり所定の基地局に接続している時間と他の基地局に接続している時間とを含む時間情報を格納している。また、テーブル１４２は、この時間情報に基づいて基地局の接続切替えがどの程度の頻度であれば、ハンドオーバ状態と判定するかを示す閾値も格納している。

ハンドオーバ状態判定部１５８は、テーブル１４６から時間情報および閾値を読み出し、ハンドオーバ状態か否かを判定する。ハンドオーバ状態であると判定されると、情報送信部１５６は、無線端末１１０から送信された端末情報と、基地局ＩＤおよび時間情報とを管理サーバ１２８に送信する。通信方式切替要求部１６０は、管理サーバ１２８からの通信方式切替指示を受けて、無線端末１１０に通信方式切替要求を送信する。

管理サーバ１２８は、図３（ｂ）に示すように、サーバ制御部１６４と、管理メモリ１６６と、有線通信部１６８と、実績エリア記憶部１７０とを備える。サーバ制御部１６４は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により管理サーバ１２８全体を管理および制御し、例えば、ピンポンハンドオーバ判定部１７２と、通信方式切替指示部１７４と、実績エリア判定部１７６とを含む。

管理メモリ１６６は、例えば、基地局ＩＤ、基地局ＩＤに対応する設置位置情報などを記憶し、さらに管理テーブル１７８を含む。管理テーブル１７８は、基地局１２０Ａの情報送信部１５６から送信された基地局ＩＤと時間情報とに基づいて、単なるハンドオーバではなく、ピンポンハンドオーバであるか否かを判定するための閾値を格納している。有線通信部１６８は、通信網１２６を介して例えば基地局１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとの有線通信を行う。

ピンポンハンドオーバ判定部１７２は、管理メモリ１６６の管理テーブル１７８から閾値を読み出し、基地局ＩＤおよび時間情報に基づいてピンポンハンドオーバが発生しているか否かを判定する。ピンポンハンドオーバの発生が判定されると、実績エリア記憶部１７０は、ピンポンハンドオーバが発生した実績エリア１２４（図１参照）の位置情報などを記憶する。

通信方式切替指示部１７４は、ピンポンハンドオーバの発生が判定されると、基地局１２０Ａ、１２０Ｂに対して通信方式切替指示を送信する。実績エリア判定部１７６については、図６にて後述するが、基地局１２０Ｃの設置位置情報と実績エリア１２４の位置情報とを比較し、無線端末１１０が実績エリア１２４に近づいている場合に、ピンポンハンドオーバの可能性があることを判定する。ただし、本実施形態では既にピンポンハンドオーバが発生している状況であるため、実績エリア判定部１７６の機能は実行されない。

図４は、図１に示す無線通信システム１００のピンポンハンドオーバ発生時での処理を示すシーケンス図である。まず、無線端末１１０は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂとの間で端末ＩＤおよび位置情報を含む端末情報の定期的に送信する（ステップＳ１００、Ｓ１０２）。

つぎに、基地局１２０Ａ、１２０Ｂでは、ハンドオーバ状態判定部１５８が、時間情報および閾値に基づいてハンドオーバ状態か否かを判定する（ステップＳ１０４、Ｓ１０６）。さらに、基地局１２０Ａ、１２０Ｂは、ハンドオーバ状態であれば、情報送信部１５６が端末情報、基地局ＩＤおよび時間情報を管理サーバ１２８に送信する（ステップＳ１０８、Ｓ１１０）。

続いて管理サーバ１２８は、情報送信部１５６から送信された情報、さらに管理テーブル１７８に格納された閾値を読み出し、基地局１２０Ａ、１２０Ｂ間でピンポンハンドオーバが発生しているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。つぎに、管理サーバ１２８は、ピンポンハンドオーバの発生が判定されると、実績エリア１２４の位置情報などを記憶する（ステップＳ１１４）。そして、管理サーバ１２８は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂに対して通信方式切替指示を送信する（ステップＳ１１６、Ｓ１１８）。

つぎに、基地局１２０Ａ、１２０Ｂは、管理サーバ１２８からの通信方式切替指示を受けて、無線端末１１０に通信方式切替要求を送信する（ステップＳ１２０、Ｓ１２２）。なお無線端末１１０はピンポンハンドオーバに陥っているため、基地局１２０Ａ、１２０Ｂのうちいずれか一方の通信切替要求を受け付けることになる。無線端末１１０は、基地局１２０Ａ、１２０Ｂのいずれか一方からの通信方式切替要求を受けて、第１通信方式から第２通信方式、あるいは第２通信方式から第１通信方式に通信方式を切替える（ステップＳ１２４）。

ここで、ステップＳ１２４では、通信方式を切替えることでピンポンハンドオーバを抑制する。一例として、上記ＰＨＳ、ＬＴＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡの通信方式のいずれかを第１通信方式とし、残りの通信方式のいずれかを第２通信方式としてよい。

図２（ｂ）に例示したハンドオーバ条件を考慮すると、ピンポンハンドオーバを抑制するためには、領域Ａよりも領域Ｂ、Ｃが好ましい。つまり、ＦＥＲが閾値α未満でありフレーム誤り率が小さく、エラー耐性の高い通信方式に切替えることが好ましいと想定される。

ただし、同じ通信方式であっても周波数帯やセル設計により、ピンポンハンドオーバ頻度は異なるため、上記各通信方式のうちいずれがエラー耐性に強いという順序は規定し難い。一例として、ＣＤＭＡとＰＨＳの通信方式に対応しているとき、ＣＤＭＡの方がピンポンハンドオーバしやすい場合と、ＰＨＳの方がピンポンハンドオーバしやすい場合とがある。端的な例として、一方の通信方式において２つの基地局の中間地点にあり、他方の通信方式においては明確につながりやすい（近い）基地局がある場合がある。

そこで、本実施形態では、ある場所において、ある通信方式（第１通信方式）で、ピンポンハンドオーバが発生していると判断した場合には、第１通信方式とは異なる通信方式（第２通信方式）に変更する。これにより、ピンポンハンドオーバを低減できる可能性を高めることができる。仮に、第２通信方式に変更した後、依然としてピンポンハンドオーバが発生していると判断された場合は、ピンポンハンドオーバ同士の頻度を比較し、よりピンポンハンドオーバの頻度が低くなるような他の通信方式にさらに切替えて無線通信を行う。

このように本実施形態によれば、ピンポンハンドオーバが発生すると通信方式を切替えるため、ピンポンハンドオーバがそれ以上発生せず、ピンポンハンドオーバを抑制できる。また通信方式を切替えることでピンポンハンドオーバを抑制するため、稼動中に基地局１２０Ａ、１２０Ｂの送信出力を変更したり、無線端末１１０のハンドオーバ条件を変更する必要がない。さらに、ピンポンハンドオーバを抑制できるため、ＶｏＩＰ通信でのパケットロスが抑制され、音声品質を維持できる。

図５は、本発明の第２実施形態にかかる無線通信システム１００Ａの概略構成を示す図である。かかる無線通信システム１００Ａでは、無線端末１１０が、周辺基地局である基地局１２０Ｃと無線通信を行いつつ、図中矢印Ｄに示すように基地局１２０Ａ、１２０Ｂを含む実績エリア１２４に近づいている状況を想定している。この状況では、いずれ実績エリア１２４内に無線端末１１０が位置し、ピンポンハンドオーバに陥る可能性が高い。

そこで本実施形態では、無線端末１１０、基地局１２０Ｃおよび管理サーバ１２８によってピンポンハンドオーバの発生を回避する処理を実行する。図６は、図５に示す無線通信システム１００Ａの実績エリア１２４付近での処理を示すシーケンス図である。

まず、無線端末１１０は、基地局１２０Ｃとの間で端末番号（ＩＤ）を定期的に送信する（ステップＳ２００）。つぎに、基地局１２０Ｃは、情報送信部１５６によって端末番号および基地局情報を管理サーバ１２８に送信する（ステップＳ２０２）。なお基地局情報には、基地局１２０Ｃの設置位置情報が含まれている。

管理サーバ１２８では、実績エリア判定部１７６が実績エリア記憶部１７０から実績エリア１２４の位置情報を読み出し、さらに基地局１２０Ｃの設置位置情報と比較することで、無線端末１１０が実績エリア１２４に近づいているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４で無線端末１１０が実績エリア１２４に近づいていると判定されると、管理サーバ１２８は、基地局１２０Ｃに対して通信方式切替指示を送信する（ステップＳ２０６）。

続いて、基地局１２０Ｃは、管理サーバ１２８からの通信方式切替指示を受けて、無線端末１１０に通信方式切替要求を送信する（ステップＳ２０８）。無線端末１１０は、通信方式切替要求を受けて、ピンポンハンドオーバを回避するために、第１通信方式から第２通信方式、あるいは第２通信方式から第１通信方式に通信方式を切替える（ステップＳ２１０）。

このように本実施形態によれば、実績エリア１２４を予め記憶しているので、無線端末１１０が実績エリア１２４に近づいただけで、ピンポンハンドオーバの発生を予期して事前に通信方式を切替えることが可能となる。したがって、無線端末１１０は実績エリア１２４内に位置してもピンポンハンドオーバに陥ることがなく、ピンポンハンドオーバを回避できる。

上記実施形態では、ピンポンハンドオーバの判定は管理サーバ１２８でのみ行われていたが、これに限られず、無線端末１１０や基地局１２０Ａ、１２０Ｂで判定してもよい。このようにすれば、無線端末１１０でピンポンハンドオーバを判定後、直ちに通信方式切替部１４０により通信方式の切替えを実行できる。また、基地局１２０Ａ、１２０Ｂがピンポンハンドオーバを判定する場合には、基地局１２０Ａ、１２０Ｂの通信方式要求部１６０が管理サーバ１２８に依存せず、無線端末１１０に通信方式切替要求を送信することで、無線端末１１０の通信方式の切替えが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、複数の通信方式で通信可能な無線端末を含む無線通信システム、無線端末および管理サーバに利用することができる。

１００、１００Ａ…無線通信システム、１１０…無線端末、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ…基地局、１２２Ａ、１２２Ｂ…セル、１２４…実績エリア、１２６…通信網、１２８…管理サーバ、１３０…端末制御部、１３２…端末メモリ、１３４、１５０…無線通信部、１３６…端末情報送信部、１３８…ハンドオーバ実行部、１４０…通信方式切替部、１４２、１６２…テーブル、１４４…第１通信部、１４６…第２通信部、１４８…基地局制御部、１５２、１６８…有線通信部、１５４…基地局メモリ、１５８…ハンドオーバ状態判定部、１６０…通信方式切替要求部、１６４…サーバ制御部、１６６…管理メモリ、１７０…実績エリア記憶部、１７２…ピンポンハンドオーバ判定部、１７４…通信方式切替指示部、１７６…実績エリア判定部、１７８…管理テーブル

Claims (5)

1. 複数の通信方式で通信可能な無線端末と基地局と管理サーバとを含む無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生したら、他の通信方式に切り替えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記ピンポンハンドオーバの発生の判定は、前記無線端末、前記基地局、または前記管理サーバが行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記管理サーバは、ピンポンハンドオーバが発生した実績エリアを記憶し、
   ある無線端末が前記実績エリアに近づいたら、該無線端末に前記他の通信方式に切り替えさせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
4. 基地局と無線通信を行う複数の通信方式で通信可能な無線端末において、
   前記無線端末は、２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生したら、他の通信方式に切り替えることを特徴とする無線端末。
5. 複数の通信方式で通信可能な無線端末および基地局を管理する管理サーバにおいて、
   前記管理サーバは、無線端末に２つの基地局の間で頻繁にハンドオーバを行うピンポンハンドオーバが発生した実績エリアを記憶し、
   ある無線端末が前記実績エリアに近づいたら、該無線端末に他の通信方式に切り替えさせることを特徴とする管理サーバ。

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