JP3971804B2 - セルラ無線通信システム資源の動的制御 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、セルラ無線通信システムに関するものである。
発明の背景
セルラ無線通信システムは、通常は移動可能な多数の従属送受信局（ｓｕｂｓｉｄｉａｒｙ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）と通信する基地送受信局を備え、当該基地局を取り巻きシステムのセルを構成するエリアを有する。
従来より、セルラ無線通信システムは、当該システムを構成するセルの公称半径にしたがって、マクロセル，マイクロセルまたはピコセルに分類されている。マクロセル・システムは半径が１ｋｍ以上のセルを有し、マイクロセル・システムは半径が１００ｍないし１ｋｍの範囲のセルを有し、ピコセルは半径が３０ｍないし１００ｍの範囲のセルを有する。これよりも更に小さいセル・サイズを有するセルラ無線通信システムの形態も使用され始めており、「パーソナル」という名称が与えられている。かかるシステムは、セルの半径が３０ｍ未満であり、典型的には３ｍ未満である。いくつかのパーソナル・セルを集めて、「グループ」セルとして見なすことができる。
パーソナル／グループ・セルでは、個々の資源レベルの使用度（時間的なエリアの使用，周波数の使用，セル・サイズ，帯域幅の割り当て，およびサービス）および干渉をシステムによって監視する。この情報を用いて、システムの性能（容量レベル，資源の使用度，パワー）を最適化することができる。
マクロ，マイクロおよびピコセル・システムでは、セルの公称サイズ、および基地局が動作する周波数は、初期の設定および関与するシステムの委任（ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ）の間に決定される。
一方、パーソナル・セルラ無線通信システムでは、セル・サイズおよびその特性周波数は、システムの特定のユーザに割り当てることができ、固定位置にある基地局に割り当てるのではない。
本発明は、あらゆるタイプのセルラ無線通信システムに適用可能であるが、パーソナル・セルラ無線通信システムとの関連において特に有用である。
発明の概要
本発明によれば、セルラ無線通信システムの動作を最適化する方法が提供され、セルラ無線通信システムの領域内にあるセル内部のユーザ局によって使用されるサービスの位置，およびユーザ局が行う呼の周波数を監視する動作と、これらに関係する動的ユーザ・プロファイル・データ・べースを確立する動作と、ユーザ・プロファイル・データ・ベースから得られるデータに応答して、無線通信システムの領域内にあるセルの特性を変化させ、セル内のユーザ局によって行われる要求の関数として、セルに資源を割り当てる動作とを含む。
「動的」ということばは、データ・ベース内の情報を規則的に更新することを示すために用いられる。
前述の資源には、セルのサイズおよび／または当該セル内において使用可能なトラフィック・チャネルの数を含むことができる。好ましくは、セルラ通信システムの領域内にあるセル内部において干渉のレベルを監視する動作と、それに関係する干渉確率分布関数を生成する動作と、干渉のレベルが最も高いセルを避けるように、呼のルーティングを行う動作とを含む。
また、システムの特定のユーザについて位置確率分布関数を生成し、特定のユーザがいる可能性が最も高いことが経験によって示されたセルに、最初に呼を導出する動作を含むこともできる。また、ユーザ・プロファイル・データ・ベースに、セルに対するハンドオーバ・シーケンスを記録することにより、関係するセルの基地送受信局によってサービス要求が受信されるのと同時にハンドオーバを開始可能とする。
前述の動作は、セル・サイズが最も小さいシステム（ピコおよびパーソナル）において特に適用可能である。何故なら、かかるシステムのユーザは、その殆どが決められた位置に留まるか、あるいは局所な移動だけを行う傾向があるからである。
また、本発明によれば、セルラ無線通信システムが提供され、その中には、セルラ無線通信システムの一領域にサービスを提供する基地サービス送受信局と、基地サービス局と通信する中央送受信局と、中央送受信局と通信する複数の従属送受信機と、関連する従属送受信機と通信するユーザ局とを備え、セルラ無線通信システムのセルを形成する。基地サービス送受信局は、セルラ無線通信システムの領域内にあるセル内部のユーザ局の位置，ユーザ局が使用するサービス，およびユーザ局が行う呼の周波数を規則的な間隔で連続的に監視し、これらに関係するデータをユーザ・プロファイル記憶装置に格納し、動作信号を生成し、中央送受信局に、動作信号に応答してセルラ無線通信システムの領域内にあるセルの特性を変化させ、セルラ無線通信システムのセル内部にあるユーザ局が行う要求の関数としてセルに資源を割り当てるように構成された中央演算装置を含む。これより、添付図面を参照しながら、一例として、本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、セルラ無線通信システムの動作を最適化するために本発明を具体化したシステムのフロー・チャートである。
第２図は、パーソナル・セル・サイズのセルラ無線通信システムのレイアウトを概略的に示す。
第３図は、第２図のシステムが、どのように反応してシステムの領域内におけるシステム・ユーザの分布変化に対処することができるかを示す。
発明の実施例の説明
第１図を参照すると、セルラ無線通信システムのある領域内のトラフィックは、セルラ無線通信システム（図示せず）の当該領域の基地サービス局（これも図示せず）によって連続的に監視されている。基地サービス局は、無線通信システムのユーザの位置，彼らが要求するサービス，要求された周波数および実際に使用されている周波数を監視する。また、基地局がサービスを提供する領域内におけるセルについて、使用されているトラフィック・チャネルの信号対干渉比，信号強度，およびセルラ無線通信システムのユーザが行う別のトラフィック・チャネルに対する要求の数も連続的に監視されている（ステージ１）。この情報は、ユーザ・プロファイル・データ・ベースに格納され、規則的な間隔で更新される（ステージ２）。情報は、記憶装置から抽出され、システムの１箇所以上のユーザの可能な位置、キャリア要件および使用すべき最も適切な周波数を予測するために用いられる（ステージ３）。このデータは、セルまたはセル群，システムのユーザまたはユーザ群を再構成し、恐らくはシステムのユーザまたはユーザ群を発見する可能性が最も高いセルまたはセル群にページするために用いられる（ステージ４および５）。交信が得られれば、通常の方法で通信リンクが確立される（ステージ６および７）。
一旦ユーザの集団（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）全体に関して十分な情報が収集されたなら、システムに対する最適な周波数割り当ておよびセル・サイズを決定することができる。システムが発展するに連れて、あらゆる新たな要件も満たすようにこの割り当てを適合化することができる。
この情報の可能な用途の１つとして、セルのサイズを変更し、パーソナル・セル無線通信システムのトランキング損失（ｔｒｕｎｋｉｎｇ ｌｏｓｓ）を減少させることが考えられる。これを第３図に示す。
第２図は、本発明を具体化する、概念的なパーソナル無線セルラ通信システムを示す。第２図を参照すると、前述の動作が実行される基地サービス局２０１は、中央送受信局２０２と通信する。一方、中央送受信局２０２は、従属送受信機２０３のネットワークと通信する。各従属送受信機２０３は、パーソナル・セルラ無線通信システムのセル２０５内において単一のユーザ局２０４にサービスを提供する基地送受信局を形成する。また、中央送受信局２０２は、従属送受信機２０３との通信がＲＦチャネルによって対応可能となるように位置付けられ、更に、従属送受信機２０３は、これも同様にＲＦチャネルによって対応可能な各ユーザ局２０４と通信を行うように位置付けられる。中央送受信局２０２と従属送受信機２０３との間、およびそれらとユーザ局２０４との間で通信を行うには、ＲＦ周波数以外も使用可能である。また、中央送受信局２０２は、陸線によって、従属送受信機２０３にリンクすることも可能である。
第３図は、１つ以上のユーザ局２０４のその通常位置からの移動に応答した、かかるシステムの基地サービス局２０１の反応を示す。第３図を参照すると、（ａ）において、第２図を参照して説明したようなセルラ無線通信システムの領域３０１が示されており、その中には７つのセル２０７のセル再使用パターンがある。また、オーバーレイ・セル（ｏｖｅｒｌａｙ ｃｅｌｌ）３０２もあり、これは、セルラ無線通信システムの領域３０１内の全てのセルに共通の信号を搬送するために用いられる。最初に、セルラ無線通信システムの領域３０１内の全てのユーザ局２０４（図には示さない）の識別および使用ステータスが、基地サービス局２０１によって知らされる。第３図は、ユーザ局２０４の内３機（セル１，２，４のユーザ局）がそれらの通常位置から離れるように移動しエリア３０３に集ったという状況に、基地サービス局２０１が対処できる１つの方法を示す。
基地サービス局２０１は、各送受信機２０３に、それらのパワー出力を増大させ、それらに関連するセル（１，２，４）のサイズを拡大し、セル１，２，４のユーザ局が集まったエリア３０３を含む重複領域を形成する。その結果、トラフィック搬送容量に損失が発生し、オーバーレイ・セル３０３のエリアを拡大し、トラフィックのいくつかをそれに通過させることによって、これを矯正する。
ユーザ局２０４の１つがそのセル２０５内で移動し始めた場合、基地サービス局２０１は、当該セル２０５のサイズを拡大し、移動ユーザ局２０４の移動性を高めることにより、隣接するセル２０５へのハンドオーバの必要性を遅延させる。これが必要となった場合、第１セル２０５の基地送受信局のパワー・レベルを低下させて、パワーを保存し、干渉を減少させることができる。
新たなセル２０５は、元のセル２０５と同じ周波数（すなわち、当該セルで識別したユーザ局２０４と関連する周波数）、または新たなセル２０５のユーザ局２０４に関連する周波数のいずれかで動作することができる。同一周波数を用いる場合、２つのセルの基地局を形成する従属送受信機２０３に関連するアンテナの分離を用いて、空間ダイバシティを得ることができる。

Claims (13)

1. セルラ無線通信システムの動作を最適化する方法であって、該セルラ無線通信システムの複数のユーザ局の各々には個別のセル・サイズおよび無線周波数が割り当てられており、前記方法は、
   前記複数のユーザ局の各々の位置，前記複数のユーザ局の各々が使用するサービス，および前記複数のユーザ局の各々が行う呼の周波数を監視する動作と、
   これらの監視された情報に関係する動的ユーザ・プロファイル・データ・ベースを確立する動作と、
   前記ユーザ・プロファイル・データ・ベースに保持されているデータから、前記複数のユーザ局の各々に対して、前記割り当てられているセル・サイズおよび無線周波数を最適なセル・サイズおよび無線周波数に更新する動作と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記セルラ無線通信システムの領域内にあるセル内部において干渉のレベルを監視し、前記干渉のレベルが最も高いセルを避けるように、呼のルーティングを行う動作を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記セルラ無線通信システムの特定のユーザに、位置確率分布関数を生成し、前記ユーザがいる可能性が最も高いことを前記確率分布関数が示すセルに、前記システムの当該ユーザに対する着信呼を最初に導出する動作を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
4. 前記ユーザ・プロファイル・データ・ベースに、セルに対するハンドオーバ・シーケンスを記録し、関係するセルの基地送受信局が、前記セル内において指定されたシステム・ユーザに関連するサービスの要求を受信するのと同時に、ハンドオーバを開始する動作を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記システムの特定のセルに関連する、指定されたシステム・ユーザの移動に関係する情報を、前記ユーザ・プロファイル・データ・ベースから得て、前記情報に応答して前記セルのサイズを変更する動作を含むことを特徴とする前出の請求項のいずれか１項記載の方法。
6. 特定のセルが使用されていない場合、前記セルの未使用期間を判定し、前記セルの前記基地送受信機のパワー出力を低下させる動作を含むことを特徴とする前出の請求項のいずれか１項記載の方法。
7. セルラ無線通信システムであって、
   前記セルラ無線通信システムの一領域にサービスを提供する基地サービス送受信局と、
   前記基地サービス局と通信する中央送受信局と、
   前記中央送受信局と通信する複数の従属送受信機と、
   各々が、前記複数の従属送受信機のうちの関連する従属送受信機と通信する複数のユーザ局と、
   を備え、前記複数のユーザ局の各々には個別のセル・サイズおよび無線周波数が割り当てられており、前記基地サービス送受信局は、前記セルラ無線通信システムの領域内にあるセル内部の前記複数のユーザ局の各々の位置，前記複数のユーザ局の各々が使用するサービス，および前記複数のユーザ局の各々が行う呼の周波数を規則的な間隔で連続的に監視し、これらの監視された情報に関係するデータをユーザ・プロファイル・データ記憶装置に格納し、動作信号を生成し、前記中央送受信局に、前記動作信号に応答して前記複数のユーザ局の各々に対して、前記割り当てられているセル・サイズおよび無線周波数を最適なセル・サイズおよび無線周波数に更新させるように構成された中央演算装置を含むことを特徴とするセルラ無線通信システム。
8. 前記基地サービス送受信局が生成する前記動作信号は、前記中央送受信局に、前記セルラ無線通信システムの前記領域の前記セル内で使用可能なトラフィック・チャネルのサイズおよび数を変化させることを特徴とする請求項７記載のセルラ無線通信システム。
9. 前記中央制御送受信局は、無線周波数リンクを通じて、前記従属送受信機と通信することを特徴とする請求項７または請求項８記載のセルラ無線通信システム。
10. 前記中央送受信局は、陸線を通じて前記従属送受信機にリンクされていることを特徴とする請求項７または請求項８記載のセルラ無線通信システム。
11. 単一のユーザ局を従属送受信機と関連付けて、前記無線通信システム内においてパーソナル・セルを形成することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項記載のセル無線通信システム。
12. 多数の隣接するパーソナル・セルをオーバーレイ・セル内に含ませ、前記中央送受信局と前記セルとの間の通信を、前記オーバーレイ・セルに通過させることを特徴とする請求項１１記載のセルラ無線通信システム。
13. パーソナル・セルを合同し、グループ・セルを形成する機能を含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載のセルラ無線通信システム。

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