JP3848681B2 - ハンドオフ候補リストの作成方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般に通信システム内のハンドオフに関し、さらに詳しくは、ハンドオフ候補リストの作成方法に関する。
発明の背景
ハンドオフ候補リストは、移動トランシーバが起点セル３１のサービス領域を離れるときにハンドオフされる複数のセルラ基地局（第３図のセル３２〜３４など）のリストによって構成される。各セルについて可能性のあるハンドオフ候補のリストは、移動局により良いサービスを提供することのできる別のセルの位置を特定するためにスイッチにより用いられる。
セルラ・システム全体についてハンドオフ候補リストを作成するには、各セルからの無線周波数（RF）伝播が、それを取り巻くセルの伝播とどのように相互作用するかを知っていなければならない。
ハンドオフ候補リストの作成は、一般に、主観的なプロセスである。同等の技術を持つエンジニアが、同じ入力パラメータの集合を与えられても、全く同じハンドオフ候補リストを作成することは起こりにくい。共通する方法論としては、各セルの主要なカバレージ領域を示すベスト・サーバー・マップを生成し、そのカバレージ領域が境界線を共有するセル（たとえばセル３１と３３）の間にハンドオフを指定する。起点セル・サイトと目標セル・サイトとの間の照準線経路に障害物があるとき、あるいはその経路が第３のセル・サイトのかなりの部分を横切るときに、視覚検査により潜在的候補が排除される。この手動のプロセスには、時間がかかり、特に多数のセル・サイトが関わる場合には間違いが起こりやすい。
どのセルが好適なハンドオフ候補セルであるか判断する際には、距離と方向とが考慮すべき重要な要因である。しかし、距離と方向だけでは、常に充分な規準とはならない。これは、地形（建物や樹木など）が信号の伝わり方に影響を与えるので、１つのセルから同じ距離にある信号の強度が方向によって変わるためである。従って、地形が伝播にどのように影響するかを判断することが重要である。
本件の説明については、「相対信号強度（relative signal strength）」および「信号対雑音値（signal-to-noise value）」という用語は、交換可能に用いられるが、さらに厳密には、相対信号強度値は、送信周波数が考慮されていないために潜在的信号対雑音値を表す。信号対雑音マトリクスは、２つのセルが同じ周波数上で送信しようとする場合に、１つのセルからの信号が他のセルからの信号にどの程度干渉するかを表すために展開される。信号対雑音値が低い場合は、近い「RF近接度（RF proximity）」で送信するために、互いにハンドオフする能力を必要とするセルを示す傾向がある。
信号対雑音マトリクスは、実際には、両セルのサービス提供地域に共通する面積の相対的な量に基づく。あるセルのサービス提供地域とは、移動局がそのセルによりサービスを受ける領域、すなわち扇形に分割されたセルのセクタ（扇形）である。これは、サービス提供セルからの信号が信号を送信している他のすべてのセルに比べて最も強い信号強度を有するすべての点の集合により定義される。これは、移動局があるセルから他のセルへと「ハンドオフされる」ときに何が起きるかをモデル化しようとするものである。他のセルからの信号強度が移動局が現在接続されているセルからの信号強度より強くなると、移動局はより強い信号を提供するセルへと「ハンドオフ」される。
実際には、現在の信号より多少強いだけの信号が他のセルから検出される場合には、ハンドオフは起こらない。これにより、移動局が同様の信号強度値の間で常に「発振」する場合のヒステリシス効果を与える。この問題は、アナログ・システムとデジタル・システムとでは異なる方法で解決される。アナログ・システムにおいては、現在の信号が所定の最小閾値より下がるとハンドオフが起こる。デジタル・システムにおいては、現在の信号より所定の閾値だけ強い別の信号が検出されるとハンドオフが起こる。
信号対雑音マトリクスは、起点セル３１と目標セル３３との間の信号対雑音値を、起点セルが潜在的サーバであるすべての点に関して平均化することにより計算される。これは、起点セル３１からの信号強度をセルラ・システム３０内の他のすべてのセル３２〜３４の信号強度と比較することにより行われる。起点セル３１がその点で最良の信号強度を有すると、それがサービス提供セルと見なされる。これが最良の信号強度より下がると、サービス提供セルとは見なされず、他のセルへのハンドオフが起こる。実際には、アナログの場合には信号強度は最小閾値より、またデジタルの場合の他の搬送セル（キャリヤ）に対する相対閾値より下がらなければならない。そのため、起点セル３１が依然として搬送セルであるか否かを判断する際には、これらの規準のいずれか一方あるいは両方を適用する。信号強度が最小値より下がると、あるいは、最良信号強度より低い範囲の外に下がると、その時点でこれは搬送セルではなく、信号対雑音（S/N）比は計算されない。
相対信号対雑音マトリクスを作成する方法を、以下のように説明することができる：すなわち、セルラ・システム内のセル同士の可能な組み合わせのすべてについて、両方のセルの伝播領域に共通の各点における信号強度を、システム内のすべてのセルに関してその点での最良信号強度と比較する。ある点における起点セルの信号強度が最小値より大きく、閾値より低いその点における最良信号強度より大きいかあるいは等しいと、その点の信号対雑音比を計算する。起点セルと目標セルの対に関して計算されるすべての信号対雑音値の平均が、その対に関する信号対雑音値である。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は、本発明を具現するプロセスの流れ図である。
第３図は、通信システムの図である。
第４図は、第１図および第２図を利用する通信システムの図である。
図面の詳細な説明
本発明は、高度および地形データに基づいて信号減衰を予測し、セルラ・システム内の各セルとその他のセルとの間の相対信号強度のマトリクスを生成するために用いられる方法として実現される。
ハンドオフ候補生成プロセスの最初の段階で、２つのセルの可能なすべての組み合わせが評価される。セルの各対は、互いの相対的「RF近接性」に基づいて等級が付けられる。特定のセルについて強力なRF干渉を起こすセルは、定義上、重複するカバレージ・エリアを有する。あるセルのカバレージ・エリアが他のセルのカバレージ・エリアとどの程度重複するかは、セル間でハンドオフが必要であるか否かを判定する際に用いられる第１の規準となる。
全体が１０と示される第１図の流れ図を参照して、ハンドオフ候補リストを作成する方法が示される。ステップ１１で、信号対雑音マトリクスに基づき、すべての可能性のあるハンドオフの組み合わせに等級が付けられる。第３図のセル３１〜３４を用いて展開される信号対雑音マトリクスの一例を以下の表１に示す。

マトリクスは、搬送セル（carrier）／干渉セル（interferer）の可能な各組み合わせの相対信号強度を表す複数の値によって構成されるので、マトリクスにはn(n-1)個の値が含まれる。ただしnは、対象となるセルの数である。この例については、４つのセルを考えており、マトリクスには１２個の値が含まれる。各搬送セル、すなわち起点セル３１に関して、他のセル（n-1）のそれぞれにより生成される相対干渉を表す信号対雑音値の集合は、強度が最低のものから最高のものへと等級が付けられる。ここで、低い値は干渉セルの信号強度が搬送セルの信号強度にほぼ等しいこと（すなわち強いRF近接性）を示し、値が高くなると干渉セルの信号強度が搬送セルの信号強度より小さいこと（すなわち弱いRF近接性）を示す。
第１図に戻り、ステップ１１で潜在的ハンドオフ候補の等級付けされたリストが作成されると、所定の閾値内の干渉パラメータ（信号対雑音値など）を有し、最大RF近接性内にあると考えられるセルは、ステップ１２で潜在的ハンドオフ候補として含まれることになる。あるいは、最大値を超える干渉パラメータを有するハンドオフ候補がハンドオフ候補リストから削除される。次にステップ１３で、候補セルの物理的位置に基づいて、特定のハンドオフ候補が削除される。起点セルから最大距離を越える距離にある候補、または起点から目標への照準線に対してその視準角方向（bore angle direction）が最大角度を超える候補がリストから削除される。これは第２図に関して詳細に説明される。
セルラ技術では、双方向のハンドオフ機能を有することが必要な（すなわち目標セルも起点セルに対するハンドオフを指定しなければならない）こともある。このようなシステムについては、相互のハンドオフがない候補を削除することにより、ステップ１４でハンドオフ・リストが削減される。たとえば、第４図のセル４１の起点セクタ５１についてセル４１のセクタ５２をハンドオフ候補として有するリストが作成されても、セクタ５２のリストがセクタ５１をハンドオフ候補として持たない場合は、セクタ５２はセクタ５１のハンドオフ候補としては削除される。
さらに、セルラ・ハードウェアおよびソフトウェア・システムの制約のために、特定のセルがハンドオフする目標セルの総数を制限する必要がある。このような装置上の制約に合わせるためには、特定のセルに関して選定されたハンドオフ目標セルの数をさらに減らすことが必要なこともある。ステップ１１で計算された信号対雑音の等級に基づいて、目標セルの総数があらかじめ設定された数になるまで、ステップ１５で最も高い信号対雑音値を有する（RF近接性が最も弱い）ハンドオフ目標セルが削除される。
第２図には、サブプロセス１３の流れ図が示される。サブプロセス１３は、ステップ２１で起点セルと候補セルとの間のハンドオフ半径を計算することにより開始される。まず、セルのグリッド座標値を用いて、式（１）により２つのセルの間の距離を計算する。

ただしX1,Y1は起点セルのグリッド座標値を示し、X2,Y2は目標セルのグリッド座標値を示す。
各起点セルについて、起点セルと、その３つの最も近い近隣セルのそれぞれとの間の平均距離（D）が、以下の等式（２）を用いて計算される。
D=(d1+d2+d3)/3 （式２）
次に平均距離（D）に、所定の定数を掛け算して、式（３）でハンドオフ半径（R）を求める。
R=Dx （式３）
ただしxは、所定の定数である。
このハンドオフ半径は、第４図の破線の円６０で表される。この目的のために３つの近隣セルを選定する根拠は、六角形の中心がセル・サイトに重なるように六角形のグリッドをセルラ・システムの地理図に重ねる（セルラ・システムの設計とモデル化における標準的作業）と、各六角形の辺が特定のセルに隣接する３つのセルの境界と接するという認識である。３つの最も近い近隣セルの平均距離は、所定の値（たとえば１．５）を掛けて、グリッドから少し外れて位置するセル・サイトを補償する。その結果の値により、起点セル・サイト４１から、ハンドオフ目標セルが位置する最大距離６０が設定される。
ハンドオフ半径Rが決定されると、ハンドオフ半径の外にある候補セル、たとえばセル４２，４７などは、ステップ２２で候補リストから削除される。言い換えると、特定のセル・サイト４１に関して計算された最大半径６０よりも大きい距離に位置する潜在的目標セルが削除される。
候補リスト削減の次の段階は、ステップ２３で、重複するカバレージ・エリアを持たないハンドオフ候補を削除することである。第４図では、カバレージ・エリアが重複しないので、セル４７のセクタ５６は削除されることになる。
セル・サイトに指向性アンテナが配備されると、アンテナが向く方向を用いて、アンテナの「視界」の外にあるセルへのハンドオフを削除することができる。多くの場合、これらの候補も高い信号対雑音値を持つことになる。しかし、信号対雑音値が低くても、当の２つのセルが互いに向き合っているとは限らない。互いに向き合っていないセクタ間のハンドオフは削除することが望ましい。これは、移動トランシーバがこのようなハンドオフを必要とするように進行する経路には、カバレージの隙間があったり、その経路が第３のセル（たとえばセル４１と４７の間）のカバレージ・エリアを横切る可能性があるためである。指向性をもつ起点セルと潜在的目標セルとの間の相対（視準）角度（X軸に対する）を計算する式は、次のものである：
（Y2−Y1）＞０のときは；
φ=ATAN((Y2-Y1)/(X2-X1))(180/π) （式４）
（Y2−Y1）＜０のときは；
φ=ATAN((Y2-Y1)/(X2-X1))(180/π)+360（式５）
ただしX1,Y1は起点セルのグリッド座標値を示し、
X2,Y2は目標セルのグリッド座標値を示し、
ATANは関数アーク・タンジェントを表す。
相対角度φが最大角度（閾値角度）より大きい場合は、起点セクタは潜在的目標セクタに向き合っておらず、その目標セクタはステップ２４で削除される。その後、サブプロセス１３は、プロセス１０のステップ１４に戻る。たとえば、セル４１のセクタ５１とセル４２のセクタ５２との間の角度は、このセクタ間の信号対雑音値が充分であっても、セクタ５２がセクタ５１のハンドオフ候補リストから削除されるくらい大きいこともある。
本発明は、特定の実施例に関して説明されたが、上記の説明に照らして多くの改変，修正および変形が当業者には可能であることは明らかである。従って、添付の請求項にはこのような改変，修正および変形をすべて包含するものとする。

Claims (6)

1. 起点セクタのハンドオフ候補リストを作成する方法であって、
   複数の潜在的ハンドオフ・セクタを干渉パラメータの順序に等級付けすることにより、複数のハンドオフ候補の等級付けされたリストを作成する段階と、
   前記起点セクタに相対する物理的位置に基づいて、前記等級付けリストから前記複数のハンドオフ候補のうちの候補を削除する段階と、
   前記起点セクタが目標セクタのハンドオフ候補リスト上にない場合に、前記起点セクタの前記等級付けリストから前記複数のハンドオフ候補のうちの前記目標セクタを削除する段階と
   によって構成され、それによって前記ハンドオフ候補リストを形成する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記複数のハンドオフ候補のうちの、前記干渉パラメータが閾値を超える候補を、前記等級付けリストから削除する段階をさらに備える請求項１記載の方法。
3. 前記物理的位置に基づいて前記候補を削除する段階（１３）は、ハンドオフ候補が位置する起点セクタからの最大距離を定義するハンドオフ半径を決定する段階（２１）と、
   前記ハンドオフ半径の外側に存在する前記複数のハンドオフ候補のうちの候補を、前記等級付けリストから削除する段階（２２）と
   によって構成される請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複数のハンドオフ候補のうちの前記候補を削除する前記段階が、目標セクタが前記起点セクタのカバレージ・エリアと重複するカバレージを持たない場合は、前記等級付けリストから前記目標セクタを削除する段階によって構成される請求項１記載の方法。
5. 前記起点セクタと目標セクタとの間の相対角度が最大値を超える場合に、前記起点セクタの前記等級付けリストから前記複数のハンドオフ候補のうちの前記目標セクタを削除する段階を更に備える請求項１記載の方法。
6. 起点セクタのハンドオフ候補リストを作成する方法であって、
   複数の潜在的ハンドオフ・セクタを干渉パラメータの順序に等級付けすることにより、複数のハンドオフ候補の等級付けされたリストを作成する段階と、
   ハンドオフ候補が位置する起点セクタからの最大距離を定義するハンドオフ半径を計算する段階と、
   前記ハンドオフ半径の外側に存在する前記複数のハンドオフ候補のうちの候補を、前記等級付けリストから削除する段階と、
   目標セクタが前記起点セクタのカバレージ・エリアと重複するカバレージ・エリアを持たない場合は、前記等級付けリストから前記目標セクタを削除する段階と、
   前記起点セクタが目標セクタのハンドオフ候補リスト上にない場合に、前記起点セクタの前記等級付けリストから前記複数のハンドオフ候補のうちの前記目標セクタを削除する段階と
   を備え、それにより前記ハンドオフ候補リストを形成することを特徴とする方法。

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