JP3991864B2 - 移動局においてハンドオフ動作を実行する方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2000年7月25日に出願された米国仮特許出願番号60/220,675号の恩典を主張し、その全開示を参照によりこれに援用する。
【0001】
(技術分野)
本発明は、無線通信装置に関し、より詳細に述べれば、CDMAを基礎とする無線通信のためのハンドオフ方法に関する。
【0002】
(背景技術)
セルラ電話は、非特許文献1に記載されるような符号分割多元アクセス(CDMA)セルラ電話通信システムを含む各種標準の下で動作する。CDMAは、一意的なコードシーケンスの使用を通じてチャンネルを作り出すスペクトル拡散多元アクセスディジタル通信に関する技術である。CDMAシステムにおいては、高レベルの混信の存在下においても信号を受信することが可能であり、実際に受信される。信号受信の実用的な限界は、チャンネル状態に依存するが、上記非特許文献1のIS−95標準に記述されたシステムにおけるCDMA受信は、静的チャンネルに関して、信号より18dB大きい混信の存在下において行なうことが可能である。通常、それより低いレベルの混信ならびに動的チャンネル状態でシステムは動作する。
【0003】
CDMA標準を使用する移動局は、パイロット追加スレッショルド値T_ADDより充分に強いパイロットを求めて、近隣基地局の「パイロットチャンネル」を継続的にサーチする。移動局が、ある基地局によってカバーされる領域から別の基地局によってカバーされる領域に移動するとき、その移動局は、特定パイロットを「近隣セット」から「候補セット」に進め、1ないしは複数の基地局に、「パイロット強度測定メッセージ」を介して「近隣セット」から「候補セット」への昇格を通知する。基地局は、その「パイロット強度測定メッセージ」に従って「アクティブセット」を決定し、「ハンドオフディレクションメッセージ」を介して移動局に「アクティブセット」を通知する。移動局は、各基地局のパイロットの強度がパイロット削除スレッショルド値T_DROPを超えている限り、古い基地局および新しい基地局との通信を維持する。パイロットの1つがパイロット削除スレッショルド値より小さい値まで弱くなると、移動局は、基地局に変更を通知する。それに続いて基地局が、新しい「アクティブセット」を決定した場合には、移動局にその新しい「アクティブセット」を通知する。基地局による通知に応答して、移動局は、弱くなったパイロットを「近隣セット」に降格する。
【0004】
パイロットを移動局の「アクティブセット」に追加または削除することは、ハンドオフにいくつかの問題をもたらす。第1に、移動局が同時に複数のパイロットをアクティブにする可能性がある。第2に、システムのキャパシティが低下する。第3に、ハンドオフメッセージ数の増加の結果として移動局と基地局の間に過剰な信号の送信が生じる。移動局の「アクティブセット」にパイロットを追加したり削除したりするパイロットの切り換えを低減する方法ならびにシステムを提供することが望まれている。
【0005】
(非特許文献1)
TIA/EIA, IS-95, Mobile station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System(1993年7月発行)
(発明の要約)
無線装置のハンドオフタイミングを決定する方法を提供する。この方法は、呼び出し特性の選択を含む。この呼び出し特性が評価されて、それが現在の状態に関連しているか否かが決定される。呼び出し特性が関連している場合には、ハンドオフタイムアウトのための適応値が、当該呼び出し特性を基礎として決定される。ハンドオフタイムアウトは、その適応値にセットされる。
【0006】
添付図面及び以下の説明において、1ないしは複数の実施例の詳細が示される。本発明のこのほかの特徴、目的、および利点については、説明ならびに図面、および特許請求の範囲から明らかなものとなろう。
【0007】
なお、これらの図面において、同様な参照記号は同様の要素を示す。
【0008】
(詳細な説明)
図1は、好ましい無線通信システムの構成を示している。移動交換センタ102は、基地局104a〜104kと通信する(1つの接続だけが示されている)。基地局104a〜104k(包括的に104)は、セル108a〜108k(包括的に108)内の移動局106へデータを送信し、かつ移動局106からデータを受信する。セル108は、地理的な領域に対応しており、1つの基地局によってサービスが行われる。実際上は、前述の地理的な領域が、しばしばある程度重なり合う。
【0009】
移動局106は、基地局104からのデータの受信、および基地局104へのデータの送信を行なうことができる。1つの実施例においては、移動局106が符号分割多元アクセス(CDMA)技術に従ってデータの送受信を行なう。CDMAは、無線通信装置のモバイルユーザに電話システムを介したデータの交換を可能にする通信技術であり、それにおいては無線信号によってデータが無線装置へ送信され、また無線装置からデータが送信される。本発明での使用に特に適しているCDMAのバージョンを定義する標準のセットには、IS-95, IS-95A, and IS-95B Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Systems (IS−95,IS−95A,およびIS−95Bのデュアルモードスペクトル拡散システムに関する移動局基地局互換標準)、TIA/EIA/IS-2000-2, Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems (TIA/EIA/IS−2000−2の、cdma2000スペクトル拡散システムに関する物理レイヤ標準)、及び、TIA/EIA/IS-2000-5, Upper Layer (Layer 3) Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems (TIA/EIA/IS−2000−5の、cdma2000スペクトル拡散システムに関するアッパーレイヤ(レイヤ3)シグナリング標準)を含み、それらの全てに関し、各々の全体が参照によりここに援用される。
【0010】
CDMA標準の下に、セル108bに隣接する追加のセル108a、108c、108d、および108eが、通信を中断することなく、移動局106によるセルの境界の横断を可能にする。これは、隣接セル内の基地局104a、104c、104d、および104eが、移動局106に関するデータの送受信のタスクを引き受けるためである。移動交換センタ102は、マルチセル領域内の移動局106に関する送受信におけるすべての通信を調整する。したがって移動交換センタ102は、多くの基地局104と通信することができる。
【0011】
移動局106は、音声もしくはデータの通信を行ないつつ、セル108内を自由に移動することができる。ほかの電話システムユーザとのアクティブな通信を行っていない移動局106は、それにもかかわらず、セル108内の基地局104からの送信を継続的にスキャンし、それにより通信リンクを確立する充分な強度を有するパイロットを検出する。それに加えて、移動局106は、パイロットのエネルギーレベルが充分に強くない基地局104を削除することができる。
【0012】
そのような移動局106の一例は、セル108b内をドライブしながらセルラ電話を用いて会話を行なう自動車のドライバによって使用されているセルラ電話である。図2を参照すると、無線システムの一部が示されている。セルラ電話は、基地局104bによって生成されたパイロットを監視することによって基地局104bとの通信を同期させる。電源がオンの間は、移動局106が、基地局104bに対応するパイロットはもとより、ほかの基地局104からのパイロット、たとえば基地局104dおよび104eからのパイロットに対応する、複数の所定のCDMAシステム周波数を継続的にスキャンする。別の基地局104dからのパイロットを検出すると、移動局106は、そのパイロットを「アクティブセット」に追加するためのハンドオフシーケンスを開始する。同様に、「アクティブセット」のパイロットのエネルギーレベルが充分に弱くなり、かつハンドオフタイムアウト値T_TDROPが経過したと決定された場合、移動局106は、そのパイロットを削除するためのハンドオフシーケンスを開始する。
【0013】
無線通信標準では、通常はネットワークによって与えられる静的T_TDROP値を使用することを移動局に要求する。パイロットの追加スレッショルドT_ADDおよび削除スレッショルドT_DROPは、同様に、追加的な「パイロットセットメンテナンス」パラメータとして通常はネットワークによって与えられる。静的なT_TDROPの値は、すべてのパイロットに対して使用される。静的T_TDROP値の使用は、頻繁なパイロットのアクティブセットへの追加や削除を生じさせる場合がある。
【0014】
図3は、本発明の内容に従った「パイロットセットメンテナンス」およびハンドオフ処理のフローチャートを示している。このハンドオフ処理には、ハンドオフタイムアウトの値T_TDROPを、パイロット毎に動的に選択する方法が含まれている。1つの実施例においては、この値は、許容値の範囲内から選択することが可能であり、この場合、ネットワークが、移動局106への送信を行なう基地局104を介してその種のパラメータ情報を送信する。それらのパラメータは、オーバーヘッドメッセージ、パラメータメッセージ、トラフィックまたはアイドルメッセージ、もしくはハンドオフメッセージ内に含ませることができる。ネットワークは、公称ハンドオフタイムアウト値ならびにその公称値に関する範囲を指定することによって、あるいは最大値および最小値を指定することによって上記の範囲を指定することができる。この範囲は、式もしくはテーブルを参照することにより間接的に指定されても良い。1つの実施例においては、この範囲が、ネットワークよって、IS−95−A標準に含められている静的T_TDROPテーブル内において、1つの指標として指定されても良い。別の実施例においては、適応されたハンドオフタイムアウトが、数式2の2つの式の間に制限されるような、公称値に関する「ハンドオフタイムアウト偏差」によってその範囲を指定しても良い。この場合においては、ネットワークが「公称ハンドオフタイムアウト」パラメータと「ハンドオフタイムアウト偏差」パラメータを送信するだけでよい。
【0015】
【数式2】
【0016】
ネットワークは、ネットワークエンジニアリングの結果としてのパラメータ値を用いて、あるいは最小パフォーマンス標準に対する適合をもたらす既知のパラメータ値を用いて調整され、あるいは構成されることが可能である。
【0017】
T_TDROP値の動的な選択は、好都合にもシステムの信号対ノイズ比(SNR)を改善し、能力を向上し、シグナリングオーバーヘッドを低減し、かつ呼び出しが誤って打ち切られる可能性を低減する。ここに述べるハンドオフ処理は、単なる例示であって非限定的である。本発明の範囲は、ここに述べられているハンドオフ処理に限定されない。それに加えて、ハンドオフ処理が移動局内において実行されるものとして説明されるが、本発明の範囲は、基地局や移動交換センタといった別のシステム構成要素内において完全に、あるいは部分的にその処理を実行することを含むものである。
【0018】
ブロック200においては、移動局106が基地局104からのパイロットをサーチし、それらのエネルギーを測定する。パイロットのエネルギーが測定されたとき、処理はブロック202に進み、有限インパルス応答フィルタ、または移動平均もしくは平均の使用等によってパイロットエネルギーが平滑化される。ブロック204に進むと、「アクティブセット」がチェックされて、そのパイロットがアクティブか否か、つまりそのパイロットがアクティブセットに含まれているか否かが決定される。そのパイロットがアクティブでない場合には、ブロック206において、パイロットを追加するための最小必要エネルギーレベルT_ADDに対して、そのパイロットのエネルギーレベルが検査される。そのパイロットのエネルギーレベルがT_ADDを超えていないときは、制御は処理のスタートであるブロック200に戻る。そのパイロットのエネルギーレベルがT_ADDを超えているときには、ブロック208において、移動局106がそのパイロットを「候補セット」に移動し、現在の基地局に対して「パイロット強度測定メッセージ」(PSMM)を送信して、そのパイロットを「アクティブセット」に追加することを要求する。そして、ブロック210に進み、移動局106がパイロット削除ハンドオフタイムアウト値T_TDROPに関する適応値を決定する。その後のハンドオフ処理のステップにおいて、このT_TDROPの値は、そのパイロットを削除する要求を送信すべきか決定するために、そのパイロット信号エネルギーが所定のレベルを下回る持続時間と比較される。適応済みT_TDROPの値は、パイロット毎に決定される。
【0019】
本実施例におけるハンドオフ処理では、T_TDROPの値がそれぞれの特定のパイロットに対して、そのパイロットを追加するハンドオフ要求の時点で適応される。本発明の範囲は、T_TDROPの値を周期的に適応することをはじめ、ハンドオフ処理における別の時点、たとえばパイロットの削除を要求するブロック230の時点において適応することも含む。別の実施例においては、パイロットのエネルギーがスレッショルドと交差したとき、ネットワークからパラメータ情報が更新されたとき、あるいはパイロットのエネルギーを測定するときに適応を行なうことが可能である。それに加えて、単一のT_TDROPの値を動的に決定し、すべてのパイロットに、あるいは特定セットのパイロットに適用しても良い。これらのセットは、たとえば「アクティブセット」、「近隣セット」、「候補セット」、および「残余セット」とすることができる。
【0020】
ブロック204に戻り、検出されたパイロットがアクティブパイロットである場合には、制御がブロック212のタイマ操作に進み、そのパイロットを削除するか否かを決定する。ブロック214は、そのパイロットに対応するタイマが動作しているか、あるいは停止しているかをチェックする。タイマが動作していなければ、処理はブロック216に進む。Ec/IoがT_DROPに等しいかそれを超えているときには、そのパイロット強度は、そのパイロットが「アクティブセット」内にとどまるに充分な強度であると見なされて、制御は処理のスタートに戻る。一方、Ec/Ioがその「アクティブセット」パイロットに関するT_DROPを下回る場合には、そのパイロットを「アクティブセット」から直ちに削除するのではなく、ブロック218においてタイマがタイムアウトシーケンスを開始する。その後、このタイマがT_TDROPに達してタイムアウトする前に、そのパイロットに関するEc/Ioの測定値がT_DROPを超えると、ブロック220および222においてこのタイマがリセットされる。
【0021】
これに対して、その後のEc/Ioの測定値がT_DROPを超えない場合には、ブロック224に進み、タイマがインクリメントされる。ブロック226においては、タイマが、そのパイロットに対応する適応済みのT_TDROP(i)の値と比較され、タイマがタイムアウトしているか否かが決定される。このタイマがタイムアウトしていなければ、制御はブロック200の処理のスタートに戻る。このタイマがタイムアウトしており、T_TDROPを超える期間にわたってパイロットの強度がT_DROPを下回っていることが示されると、処理はブロック228に進み、移動局106が「パイロット強度測定メッセージ」(PSMM)を現在の基地局104に送信して「アクティブセット」からそのパイロットを削除する「ハンドオフディレクションメッセージ」(HDM)を要求する。
【0022】
図4を参照すると、ハンドオフタイムアウト値T_TDROPを動的に決定するための適応処理のブロック図が示されている。最初にブロック240において、予測されるパフォーマンス関して統計的に分析することが可能な呼び出し特性が選択される。1つの実施例においては、ハンドオフ周波数が選択される。しかしながら、本発明の範囲には、移動局の移動、信号品質(限定されるものでははないが、組み合わせEb/Nt、フレームエラーレート、シンボルエラーレート、ビットエラーレート、再送信回数によって示される)、エネルギーレベルの交差、およびエネルギーの変動といったほかの呼び出し特性も含まれる。ブロック241においては、選択された呼び出し特性に関する履歴または統計が収集される。この履歴には、パイロットの追加もしくは削除を行った最近のハンドオフのタイミング、最近の時間的な信号品質の変化、無線移動局の位置ならびに移動、あるいは過去に使用された適応されたハンドオフタイムアウト値を含ませることができる。呼び出し特性に関連するデータは、ブロック242において評価され、その特性が現在の状態に関連するか否かが決定される。この呼び出し特性データは、呼び出し特性の履歴情報もしくは統計情報を含む。たとえば、選択された呼び出し特性がハンドオフ周波数である場合には、パイロットの追加ならびに削除の履歴が評価され、最後に削除してからの時間があらかじめ定めた最小時間を超えるか否かが判別される。超えている場合には、現在のところはハンドオフ周波数が関連していないと見なされる。現在のところは呼び出し特性が関連していないと見なされると、処理がブロック244に進み、T_TDROPの値がデフォルトのタイムアウト値にセットされる。このデフォルトのタイムアウト値は、好ましくは最小時間とするが、デフォルトのタイムアウト値を、最大もしくは中間点等の別の時間の大きさとすることもできる。呼び出し特性が関連している場合には、処理がブロック246に進み、予測ハンドオフパフォーマンスが決定される。続いてこの処理のブロック248においては、予測ハンドオフパフォーマンスと現在のハンドオフタイムアウト値に基づいて、ハンドオフタイムアウトに関する新しい適応値が決定される。現在のハンドオフタイムアウト値に一次関数が適用されて、適応されたハンドオフタイムアウト値が決定される。また、本発明の範囲には、多次関数の適用、一定量の増加/減少、および過去の決定を基礎として構成された参照テーブルからの値の選択といった別の関数を適応されるハンドオフ値の決定に使用することも含まれる。その後T_TDROPが、この処理のブロック250において適応値にセットされる。
【0023】
図5を参照すると、ハンドオフ適応の実施例の詳細なフローチャートが示されている。このフローチャートは、ハンドオフタイムアウトの値を効果的に適応するために予測ハンドオフパフォーマンスを決定する方法を示している。ハンドオフ適応は、ハンドオフ周波数の過去のパフォーマンスを使用して適応値を演算する。ハンドオフ周波数の使用の関連性が評価され得るように、ブロック260において、「アクティブセット」からパイロットが最後に削除されてからの時間が計算される。処理ブロック262に進み、最後の削除からの時間がTminを超える場合には、処理がブロック264に進み、T_TDROPs(i)の値がデフォルトの値T_TDROPminに等しくセットされる。最後の削除からの時間がTminよりも短い場合には、処理がブロック266に進み、そのパイロットがアクティブセット外にあった時間間隔に関する統計が収集される。ブロック268では、そのパイロットを「アクティブセット」から削除することが可能であった合計の評価時間が最大削除タイマ値を下回るか否か決定するために、履歴データが使用される。これは、「アクティブセット」に対するパイロットの追加や削除が不必要に頻繁に行なわれないように、T_TDROP値の適応が可能か否かを決定する。パイロットの追加や削除が頻繁に行なわれる可能性が高い場合には、処理がブロック270に進み、T_TDROPの値が増加される。それに該当しなければ、処理がブロック272へ進み、T_TDROPが減少される。増加および減少の割合または量は、適応関数、固定関数、範囲に依存する関数をはじめ、そのほかの周知の関数を基礎とすることができる。増加および減少の割合または量を、ネットワークによって送信してもよい。1つの実施例においては、増加および減少の割合または量を、1つセットのパイロットに関連付けされた最小時間間隔の現在のセットの関数を用いて公称ステップ値を決定することによって演算することができる。別の実施例においては、増加の量に関する関数が、合計ハンドオフタイムアウトに対する公称タイムアウトを超えたハンドオフタイムアウトの回数の比によって決定されるものであり、減少の量に関する関数が、合計ハンドオフタイムアウトに対する公称タイムアウトを下回るハンドオフタイムアウトの回数の比によって決定されるものである。
【0024】
ブロック268においては、ヒステリシス係数C_hyst_compを使用して、追加および削除のエネルギースレッショルド間の差を補償することができる。1つの実施例においては、このヒステリシス係数が、パイロット追加スレッショルドT_ADDとパイロット削除スレッショルドT_DROPの間の差が大きいとき、より大きくなり、逆に差が小さいときにはより小さくなる。図5に示されている実施例においては、ヒステリシス係数が動的ハンドオフタイムアウト値の範囲の最大値に乗じられて、それと最後のハンドオフからの時間と現在のハンドオフタイムアウト値との合計が比較される。ヒステリシス係数の項が合計より小さい場合には、最大ハンドオフタイムアウト値の使用でさえ、削除の間にわたってパイロットがT_DROPスレッショルドより低いエネルギーに維持されるという結果が招かれる可能性の低いことが示唆され、したがってT_TDROPが、ブロック270によって減少される。ヒステリシス係数の項が合計より大きい場合には、より大きなハンドオフタイムアウト値の使用が、移動局による、一時的にT_DROPスレッショルドを下回ったエネルギーを持つパイロットの削除の回避を可能にすることが示唆され、したがってT_TDROPが、ブロック272によって増加される。
【0025】
図6を参照すると、本発明の教示に従ってパイロットの削除および追加を行なう移動局106に関連する波形が示されている。第1の波形280は、チャンネル1のテストパイロットを示しており、それにおいては、パイロットのエネルギー対混信比Ec/Ioが、パイロットが候補セット内に移動されるスレッショルド値T_ADDより高い状態を維持している。第2の波形282は、チャンネル2のテストパイロットを示しており、それにおいては、T_ADDの上からT_DROPの下までEc/Ioが変動している。アクティブセットメンテナンスプロファイル284は、チャンネル2のテストパイロットの変動に応じた移動局106のチャンネル2のパイロットセットメンテナンスを示している。このプロファイル284は、ハイまたはローであり、それぞれチャンネル2のパイロットがアクティブセットの内にあるか外にあるかを表す。
【0026】
アクティブセット波形の最初の数サイクルの間においては、チャンネル2のテストパイロットの追加ならびに削除が、Ec/Ioの変化に伴って行われる。その後、アクティブセットメンテナンスプロファイル284のポイントA、すなわち286において、T_TDROPをより大きな値にする適応が行われ、移動局106に、T_DROPを下回るチャンネル2のEc/Ioに抗してチャンネル2のテストパイロットをアクティブセット内に保持させる。チャンネル2のテストパイロットは、ポイントB、すなわち288においてT_TDROPの適応値を上回って、チャンネル2のテストパイロットがアクティブセットから削除されるまでアクティブセット内に保持される。
【0027】
この適応技術の動作をテストするためのテスト手順には、参照によりその全体をこれに援用するTIA/EIA/IS-98-C, Recommended Minimum Performance Standards for Dual-Mode Spread Spectrum Mobile Stations(デュアル−モードスペクトル拡散移動局に関する推奨最低パフォーマンス標準)に含まれている「アクティブセットの損失検出」テストを含ませることができる。別の実施例においては、テスト手順が、図6に示したものに類似の、予測される振る舞いに応じたテストを含むことができる。そのテスト手順は、適応技術の動作特性を検証するための、呼び出し特性に関係する振幅ならびに持続時間の変更を含む。たとえば、パイロットエネルギーの振幅、もしくはパイロットエネルギーがT_DROPを下回っている持続時間が変更されて適応アルゴリズムがテストされる。削除の間にパイロットエネルギーの振幅を増加するか、あるいは削除の持続時間を減少させることは、いずれもT_TDROPの適応における増加をもたらし、パイロットが「アクティブセット」内に残存する可能性を増加させる。
【0028】
以上、本発明の実施例を多数説明して。しかしながら、本発明の精神ならびに範囲から逸脱することなく、適応方法の一部もしくは全部を基地局において実行するといった各種の変更がなされえることは理解されるであろう。したがって、そのほかの実施態様は、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 無線通信システムの説明図である。
【図2】 無線通信システムの一部分の説明図である。
【図3】 本発明の原理に従ったCDMAハンドオフ技術の説明図である。
【図4】 本発明の原理に従ったタイムアウト適応方法の説明図である。
【図5】 本発明の原理に従ったタイムアウト適応方法の一実施例の説明図である。
【図6】 本発明の一実施例の動作を示した波形の説明図である。
Claims (5)
- 移動局においてハンドオフ動作を実行する方法であって、
ネットワークから送信された許容値の範囲を指定するためのパラメータ情報に基づき、前記許容値の範囲内からハンドオフタイムアウト値を選択し、
基地局からのパイロット信号をサーチし、
そのパイロット信号のエネルギーレベルを測定し、
パイロット信号のエネルギーレベルが、前記ハンドオフタイムアウト値を超える期間にわたって所定のレベルを下回っていることが判断されると、そのパイロットを削除するためのハンドオフシーケンスを行うことを特徴とするハンドオフ方法。 - 前記ネットワークが前記ハンドオフタイムアウト値の公称値ならびにその公称値に関する範囲を指定することによって前記許容値の範囲を指定する請求項1記載のハンドオフ方法。
- 前記ネットワークが最大値および最小値を指定することによって前記許容値の範囲を指定する請求項1記載のハンドオフ方法。
- 前記ネットワークが前記ハンドオフタイムアウト値の公称値に関するハンドオフタイムアウト偏差を指定することによって前記許容値の範囲を指定する請求項1記載のハンドオフ方法。
- 前記ハンドオフタイムアウト値は、パイロット毎に決定される請求項1乃至4記載のハンドオフ方法。
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