JP2994527B2 - 無線接続のハンドオーバー手順 - Google Patents

無線接続のハンドオーバー手順

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JP2994527B2 JP5100819A JP10081993A JP2994527B2 JP 2994527 B2 JP2994527 B2 JP 2994527B2 JP 5100819 A JP5100819 A JP 5100819A JP 10081993 A JP10081993 A JP 10081993A JP 2994527 B2 JP2994527 B2 JP 2994527B2
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    • H04W36/10—Reselecting an access point controller

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業の利用分野】本発明は、無線通信ネットワークに
おける２つの基地局間の無線接続のハンドオーバーの手
順に関する。
【０００２】本発明は、特に複数の基地トランシーバ局
（ＢＴＳ）および多数の移動局（ＭＳ）を含む、時分割
多重接続方式（ＴＤＭＡ）のデジタル方式セルラ無線通
信システムにおけるハンドオーバー操作に関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】アナロ
グ方式の移動電話システムは長く使用されてきた。この
システムの基本概念は、相互限定した複数のセルからネ
ットワークを構成し、各セルには送信電力が前記セルの
範囲をカバーする基地局が設けられている。しかし、こ
の送信電力は隣接セルの範囲まではほとんど届かない。
このシステムはまた、移動サービス交換センター局を含
む。各移動サービス交換センター局は、かなり多くの基
地局とつなげられている。さらに、このシステムには、
通常移動局（ＭＳ）と呼ばれる複数の移動電話が含まれ
ているため、２つの移動電話間、あるいは公衆電話ネッ
トワーク（ＰＳＴＮ）につなげられた加入者と移動電話
との間での接続が可能である。前記ネットワークは周波
数分割されるため、１つの接続によって常に２つの周波
数が係合される。ＴＤＭＡに基づく完全なデジタル方式
システムは、同一周波数がいくつかの接続で、異なる時
間帯に使用される移動電話システムにおける次の発展階
段を示すものである。このようなシステムとしては、ヨ
ーロッパで現在採用され、使用されているＧＳＭ、およ
び、アメリカ合衆国で使用されているデジタル方式セル
ラシステムがあげられよう。
【０００４】すべてのセルラネットワークにおいて、移
動電話が通話中に接続を中断することなく、あるチャネ
ルから別のチャネルに移動できるようにするために、な
んらかの対策を講じなければならない。チャネル変更、
つまりハンドオーバー、はセル内で起こり得るため、ひ
とつの基地トランシーバ局内（あるいはセル間）にいる
間に、あるチャネルあるいは時間間隔から別のチャネル
あるいは別の時間間隔へ移動できる。その結果、接続が
別の基地トランシーバ局へ変わる。そして、それまで同
じ基地局コントローラあるいは基地トランシーバ局のい
ずれかの支配下にあったこの接続は、第２の基地局コン
トローラの支配下に入る。可能なケースを、典型的なデ
ジタル方式システムの原則ブロックダイヤグラムを例示
して図１に示す。その図に示すように、いくつかの基地
局コントローラＢＳＣは移動サービス交換センター局Ｍ
ＳＣに接続されており、各基地局コントローラは多数の
基地トランシーバ局ＢＴＳを制御している。各ＢＳＣは
ＢＳＣに接続された基地局とともに、基地局システムＢ
ＳＳを作り上げており、そのＢＳＳでは、セルラネット
ワークの制御はＢＳＣ内に集中している。
【０００５】ＰＳＴＮのような他のネットワークとの接
続は、ＭＳＣを介して行われる。ハンドオーバーはセル
内で行なわれてもよいため、移動局ＭＳはひとつの基地
局および同一の基地局（たとえばＢＴＳ１）とつながっ
ている。しかし、あるチャネル上の干渉レベルが大きく
なりすぎた場合には、移動局ＭＳはトラヒックチャネル
の周波数あるいは時間間隔を変える。ハンドオーバー
は、通常ＢＳＣにおいて決定される。前記セル内ハンド
オーバーをａで示す。ある基地トランシーバ局（たとえ
ばＢＴＳ１）から、同じ基地局コントローラの支配下に
ある別の基地トランシーバ局（たとえばＢＴＳ２）へ接
続を変更する場合、ハンドオーバーは、同様にＢＳＣ１
において決定される。前記の移動を矢印ｂで例示する。
矢印ｃで示すように、基地トランシーバ局（たとえばＢ
ＴＳ３）から別の基地局コントローラ（たとえばＢＳＣ
２）の支配下にある基地トランシーバ局（たとえばＢＴ
Ｓ２１）へ接続移動を行なってもよい。この場合、移動
サービス交換センター局（ＭＳＣ）が移動を制御する。
【０００６】従来技術のデジタル方式時分割無線電話シ
ステムにおいて、完全なハンドオーバーを行なうには、
かなり多くの対策が必要となる。移動局ＭＳは、移動局
ＭＳがつなげられている基地局の信号強度だけでなく、
隣接基地局の信号強度も測定し、測定結果をその時点で
使用中の基地トランシーバ局ＢＴＳに送信しなければな
らない。基地局は、データをＭＳＣに伝送し、ＭＳＣは
どの基地トランシーバ局に通話を転送するかを決定す
る。隣接基地局の信号強度に関する測定に加えて、移動
局は時々、隣接基地局によって送信された所与のバース
トを放電する必要がある。このことをふまえて、電話が
前記基地局から出るパラメータを使用して、電話がつな
げられている基地局と隣接基地局のタイミングとの間の
タイミング差を計算する。同様に、独自で使用している
基地局と隣接基地局との間のフレーム番号差も計算しな
ければならない。
【０００７】同様に、基地局が検出する送信開始のタイ
ミングも考慮に入れ、移動局が基地局から遠く離れたと
ころで移動している間、基地局との同期化を保つように
しなければならない。
【０００８】移動局および基地局によって行われる測定
の結果、移動電話ネットワークは、ハンドオーバーの時
期とどの新しい基地局に接続を移動させるかとを決定す
る。ＭＳＣ、ＢＴＳおよび移動局ＭＳ間のハンドオーバ
ーに関する前記のすべての操作は、ネットワーク内で
の、かなり多くの信号通信および信号処理操作を必要と
する。したがって、当業において周知のデジタル方式ネ
ットワークでは、ハンドオーバー操作は、むしろ複雑で
面倒にならざるを得ない。
【０００９】従来技術のＴＤＭＡシステムにおいては、
無線チャネル内での信号の多重接続伝播が、検出された
ビット間の相互影響の形で現れる。また、タイミングの
変更は、受信の際の変動を引き起こす。受信器は、いく
つかのシンボル長さ以上の、無線チャネル内で生じる前
記の時間に関する変動を補正することができることが要
求される。たとえばＧＳＭシステムにおいては、１６マ
イクロセカンドまでの遅延分散を補正するために予約が
行われてきた。
【００１０】デジタル方式ＴＤＭＡセルラシステムにお
いて、ハンドオーバーを簡単に行うことを可能にするた
めの手順を開示する。
【００１１】本発明によるハンドオーバーは、前述のよ
うにＴＤＭＡセルラネットワークに適用することができ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明によっ
て、時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）セルラ無線通信ネ
ットワークにおける、移動無線局への無線接続のハンド
オーバー（第１基地局から第２基地局へ）のための手順
が提供される。本手順は、以下のものを具備する。１つ
は、第２基地局に、移動局に関する識別情報を伝送する
ことである。この識別情報には、第２基地局を、移動局
が伝送に使うチャネルに同調させることができる周波数
チャネル情報が含まれる。２つ目は、移動局に、ハンド
オーバー命令を伝送することである。この命令には、第
２基地局のタイミングに関する情報は含まれない。３つ
目は、ハンドオーバー中のタイミング変更によって生じ
る信号タイミング内の偏差を補正することである。
【００１３】したがって、本発明と当業において周知の
システムとの違いは、下り回線方向（ＢＴＳ→ＭＳ）で
隣接セルのタイミングデータを測定する必要がないとい
うことである。簡略ハンドオーバーの第一基本前提条件
は、ＭＳとＢＳ間の伝播遅延が時間的に長すぎないとい
うことである。つまり、移動局が通過できなければなら
ないネットワーク用に限定にされた無線チャネルの最大
遅延分散の総和と、タイミングにおける最も起こる可能
性の高い変更（タイミング差）の総和が、時間レベル
で、移動局ＭＳに要求される補正能力よりも小さくなく
てはならない。
【００１４】この変更の最大タイミングは、セルサイズ
の差によって決まる。時間レベルでの分散を補正するチ
ャネル等化器は、基地局および移動局の両方で必要であ
る。チャネル等化器の容量は、マルチパス伝播とタイミ
ングに起因する変動とによって引き起こされる相互影響
を補正するのに十分である。ネットワークに設けられる
もう１つの基本前提条件は、基地局のタイミング差を把
握していなければならないということである。つまり、
基地局は、隣接基地局のタイミングと比較して自分自身
のタイミング差を知っていなければならない。基地局の
タイミングが他の基地局のタイミングに相関してグライ
ドしている場合、変更に関する情報は更新されなければ
ならない。
【００１５】また、タイミング差は０に保たれるため、
基地局のクロックは同一位相にある。移動局ＭＳに要求
される適切な測定とは、隣接リストに従って、移動局Ｍ
Ｓが隣接基地トランシーバ局の信号レベルを測定できる
ということである。このリストは、共通制御チャネルを
経由して、独自の基地トランシーバ局によって伝送され
てきた。基地トランシーバ局ＢＴＳは、ハンドオーバー
命令の支配下の移動局ＭＳに、周波数、使用する時間間
隔（タイミング差）、及び新しい基地トランシーバ局の
フレーム番号を知らせる。この情報と移動局を識別する
のに必要なパラメータとはまた、新しい基地トランシー
バー局へ伝えられ、新しい基地トランシーバー局は、た
とえばＧＳＭシステムなどで使用されている任意の特別
バーストなしで、通常のトラヒックチャネルにおいて使
用される信号の受信準備を直ちに行なう。最も簡略な場
合、ハンドオーバー状態において、ＭＳは単に、新しい
チャネルに切り替えられ、通常のトラヒックを直接に開
始する。
【００１６】状況に応じて、基地局コントローラＢＳＣ
あるいは移動サービス交換センター局ＭＳＣのいずれか
で、ハンドオーバーの実施が決定される。ただし、この
実施の決定要素は、本発明のハンドオーバー手順の観点
からは本質的なものではない。
【００１７】
【実施例】本発明の推奨例を、例をあげ添付図を参照し
つつ以下に説明する。図１は、様々なハンドオーバーの
事例を概略的に示す。図２は、２つのセルと１つの移動
サービス交換センターとを設けたあるネットワークの一
部を例示する。図３は、チャネル補正装置に関する様々
な遅延例を例示する。図４は、タイミング変更および無
線チャネルの遅延分散によって生じる受信信号への影響
を示す。
【００１８】図２は、２つの隣接セル１と２を示す。各
セルには、それぞれ基地トランシーバ局ＢＴＳ１、ＢＴ
Ｓ２が設けられている。この例において、その２つの基
地トランシーバ局は、別の基地トランシーバ局のコント
ローラにつなげられている。ＢＴＳ１はコントローラＢ
ＳＣ１へ、ＢＴＳ２はコントローラＢＳＣ２へそれぞれ
つなげられている。２つのコントローラは、ＭＳＣにつ
なげられている。前述のコントローラに加えて、ＭＳＣ
は、複数の他の基地局コントローラを制御する。本発明
で使用されるネットワークにおいては、基地トランシー
バ局ＢＴＳ１とＢＴＳ２との間のタイミング差は当然周
知のものである。ネットワークが完全に同期あるいは少
なくとも部分的に同期しているために、タイミング差を
把握することが可能になる。
【００１９】図２では、まず、トラヒック接続が、ある
ＭＳと基地トランシーバ局ＢＴＳ１との間に存在すると
いう仮説がなされている。この接続中に、基地局ＢＳ１
がＭＳの信号電力を測定し、基地局コントローラＢＳＣ
２の支配下にある基地トランシーバ局へハンドオーバー
が行われようとするとき、ＭＳＣにＭＳの信号電力の測
定結果を伝える。別例においては、測定結果は基地局コ
ントローラＢＳＣ１に伝送される。移動局ＭＳは、受信
した隣接基地局のリストに従って、隣接基地局ＢＳＣ２
の信号も定期的に測定し、それについてＢＴＳ１に伝え
る。
【００２０】ハンドオーバー基準が満たされると、この
報告が基地局コントローラＢＳＣ２へ信号通信される。
ＢＳＣ２には、ＭＳを識別するのに必要とされるパラメ
ータと、新しいフレーム番号ＦＮ2 と同様、周波数チャ
ネルｆ2 、使用する新しい時間間隔ｔXS2 に関する情報
とが含まれる。このコントローラは、前記情報によって
指示されたチャネルへ新しい基地局ＢＴＳ２をガイド
し、ＭＳから入って来る送信を受信する準備をする。そ
の後、ＭＳＣは、基地局コントローラＢＳＣ１に命令を
送り、基地トランシーバ局ＢＴＳ１を制御させ、基地局
ＢＳ２にすでに伝送された前記情報（新しい周波数チャ
ネルｆ2 、新しい時間間隔ｔXS2 、新しいフレーム番号
ＦＮ2 ）を含むＭＳにハンドオーバー命令を伝送させ
る。同様に、局同士が同期しない場合にも、基地トラン
シーバ局間のタイミング差データが伝送される。
【００２１】ハンドオーバー命令の受信後、ＭＳは、命
令で指定された新しい場所に対応するパラメータ（周波
数、時間間隔、フレーム番号）を設定し、新しいチャネ
ルへ移動し、直ちに通信を始める。同様に、ＭＳの識別
データを新しい基地局ＢＳ２に配信する。この識別デー
タを、新しい基地局がＭＳＣによって提供されたデータ
と比較する。このようにして、ハンドオーバー操作を非
常に簡単にかつ迅速に行なうことができる。
【００２２】本発明の基本洞察は、無線チャネルによっ
て生じるエラー、および、ハンドオーバー状態でのタイ
ミング変更によって生じる偏差の両方を補正する、受信
器のチャネル等化器の遅延処理能力を活用することであ
る。チャネル補正装置に関する伝播遅延および遅延分散
の重要性を図３に例示する。２つの円はセルを現わし、
その中央には基地トランシーバ局ＢＴＳ１とＢＴＳ２が
設けられている。単純化のためにセルの半径ｒは同じ長
さであると仮定する。下記のアスペクトをまず定義す
る。
【００２３】ｔ1 ＝時間レベルの本システムにおいて必
要なＭＳの補正能力。つまり、タイミング変更および遅
延プロフィールによって生じる信号の受信時点の変動の
ことである。
【００２４】ｔ2 ＝移動局が通過しなければならないネ
ットワークのために決定される無線チャネルの最大遅延
分散。これは所定の定数である。
【００２５】ｔ3 ＝１つの基地局から別の基地局へ移動
するときの最大タイミング変更。ＭＳの位置が変るとこ
の値は変る。
【００２６】ＭＳがそれぞれＡ点、Ｂ点、Ｃ点にある３
つの状態を考察する。ＭＳがＡ点にある場合、ＢＴＳ１
とＢＴＳ２の両方の基地局への距離は同じであるため、
必ずｔ3 ＝０になる。ＭＳがＢＴＳ１に隣接するＢ点に
ある場合、ｔ3 は電波が基地局間を伝わるときにかかる
時間である。つまり、ｔ3 ＝２ｒ／ｃ（ｃは光の速さで
ある）。ハンドオーバーの実施については、ＭＳがＢ点
にある場合は困難であるが、実際にはハンドオーバーは
Ｂ点、Ｃ点では行われない。ＭＳがＣ点にある場合で
は、ｔ3 の値は上述の値の間のどこかにある。したがっ
て、ＭＳがＡ点、Ｂ点にある場合では、ｔ3 に関して極
値が得られる。上記定義によると、以下の詳細は必ず真
になる。 ｔ1 ＞＝ｔ2 ＋ｔ3
【００２７】ｔ1 とｔ2 が本システムにおいて所定の値
である場合、この不等式が真になるように、これらの値
によってネットワークの最大セルサイズが同時に決定さ
れることが知られている。基地局の受信時においてｔ3
の値は、上述のＭＳの受信時よりかなり高くなる可能性
がある。したがって、基地局受信器の性能は、この意味
で、より高い要求を満たさなければならない。
【００２８】図４ａ、４ｂでは、図３の一般原理を基に
例を示す。この図４ａでは、独自の基地局ＢＳ１から伝
送を受信する時（あるいは基地局がＭＳから受信してい
る時）のチャネルのインパルス応答を上に例示する。こ
の時間軸上で、２つの記号の間のスペースは、伝送すべ
きシンボルの持続時間Ｔ（この時間Ｔは変調スピードに
よって左右される）を示し、ｔ2 は、独自の基地局ＢＳ
１とＭＳ間の無線チャネルの遅延分散の長さを示す。前
記遅延分散の影響は、チャネル補正装置によって容易に
補正することができる。チャネル補正装置で補正可能な
分散の最大時間をｔe で表す。新しい基地局に移動する
場合もまた、遅延成分は前記時間分散の範囲内であるべ
きである。下の図４ｂは、無線チャネルが隣接基地トラ
ンシーバ局ＢＴＳ２とＭＳ間（ただし、ＭＳはＢＴＳ１
のタイミング内）にあるときの対応プレゼンテーション
である。ここでは、ｔ2 は、ＭＳとＢＴＳ２間の遅延分
散をさす。基地局間にタイミング差ｔ3 があるため、受
信記号の遅延分散のエネルギーは、時間ｔ2 の間、基地
局ＢＳ２とＭＳ間の無線チャネル上に三角形の形で認識
することができる。遅延プロフィール（つまり三角形）
は単に理想的な仮定であり、三角形の形状の相違は、こ
の無線チャネルが異なる基地局の方向によって異なり得
るという事実を例示するにすぎない。実際には、このプ
ロフィールは、非常に不明確になる可能性がある。たと
えば、ＧＳＭシステムで使用されるビットスピードで、
伝播距離として示されるときシンボルの持続時間はおよ
そ１キロメータと等しいということも述べておこう。図
４ａ、ｂに示すように、１キロメータというセルサイズ
は、たとえばコードレス電話ネットワークにおいては、
もはや大きく、遅延分散は１つのシンボル時間にさえも
必ずしも制限される必要はない。
【００２９】上に開示したように本発明の説明において
は、ＭＳ、ＢＳＣ、ＢＴＳおよび移動サービス交換セン
ター局間で、信号通信がどのように行われているかとい
う方法は留意されない。本発明の方法においては、信号
通信の必要性は少なく、適用されるセルラ電話システム
次第であるが、そのシステムで使用されるチャネルおよ
びプロトコルが信号通信する際に適用される。当業にお
いて周知のように、ＭＳの識別信号は、コンタクト特別
制御チャネルで伝送することができる。何らかの理由
で、信号通信メッセージが電話器と基地トランシーバ局
の間を伝わらない場合、電話は前のチャネルへ戻ろうと
し、それでも成功しない場合は通話は中断される。
【００３０】
【発明の効果】本ハンドオーバー手順は、ハンドオーバ
ー操作を簡略化する。基地トランシーバ局からの同期デ
ータを求める必要はなく、また、大量の測定やそれに関
係するタイミング定義ルーチンも必要ではない。ハンド
オーバーを行なう場合、新しい基地トランシーバ局から
の上記の周波数、時間間隔、フレーム番号データのみが
必要とされる。これらの理由によって、ハンドオーバー
は迅速になり、単純化されあるチャネルから別のチャネ
ルへと移動される。このハンドオーバーはいかなる中間
ステップもなく行われる。このトラヒックは、ネットワ
ークを通じて、ネットワークにつながっている移動中の
ＭＳの傾聴を開始するよう命ぜられた新しい基地局を経
由して直接開始することができる。
【００３１】前記のことを考慮して、本発明の範囲内で
変更を行なってもよいということは当業者にとって明確
なことであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】様々なハンドオーバーの事例を概略的に示した
図である。
【図２】２つのセルと１つの移動サービス交換センター
局とを設けたあるネットワークの一部を例示した図であ
る。
【図３】チャネル補正装置に関する様々な遅延例を例示
した図である。
【図４】タイミング変更および無線チャネルの遅延分散
によって生じる受信信号への影響を示した図である。
【符号の説明】
ＭＳ…移動局 ＢＳ…基地局 ＢＴＳ…基地トランシーバ局 ＢＳＣ…基地局コントローラ ＭＳＣ…移動サービス交換センター局 ｒ…半径 ｔ1 …時間レベルの本システムにおいて必要なＭＳの補
正能力 ｔ2 …移動局が通過しなければならないネットワークの
ために決定される無線チャネルの最大遅延分散 ｔ3 …１つの基地局から別の基地局へ移動するときの最
大タイミング変更 ｔe …チャネル補正装置で補正可能な分散の最大時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 7/005 - 7/015 H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 時分割多重接続方式（ＴＤＭＡ）セルラ
    無線通信ネットワークにおける、第１基地局から第２基
    地局への、移動無線局への無線接続のハンドオーバー手
    順であって、 移動局が伝送に使用するチャネルに第２基地局が同調で
    きるようにする周波数チャネル情報を含む、移動局に関
    する識別情報を、第２基地局へ伝送することと、 第２基地局のタイミングについての情報を含まないハン
    ドオーバー命令を移動局に伝送することと、 基地局間のハンドオーバー中に、タイミング変更によっ
    て生じる信号タイミングの偏差と、無線チャネルによっ
    て生じるタイミングエラーと、の両方を、チャネル等化
    器を利用して補正することと、 を具備する、無線接続のハンドオーバー手順。
  2. 【請求項２】 第２基地局へ伝送される移動局識別情報
    と移動局へ伝送されるハンドオーバー信号とはいずれ
    も、チャネル周波数情報と、移動局を移動するチャネル
    の時間間隔およびフレーム番号に関する情報と、を含ん
    でいる、請求項１に記載の手順。
  3. 【請求項３】 ハンドオーバーのために、移動局が新し
    いチャネルへ移動した直後にトラヒックを開始してもよ
    い、請求項１又は請求項２に記載の手順。
  4. 【請求項４】 第１基地局と第２基地局との間のタイミ
    ング差が第２基地局によってわかる、請求項１から請求
    項３までのいずれか１項に記載の手順。
  5. 【請求項５】 第１基地局及び第２基地局が部分的に同
    期しているネットワークの一部として作動するため、タ
    イミング差がわかる、請求項４に記載の手順。
  6. 【請求項６】 第１基地局及び第２基地局が完全に同期
    しているネットワークの一部として作動するため、タイ
    ミング差がわかる、請求項４に記載の手順。
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