JP4150431B2 - 不均衡な負荷容量を有する資源を利用する通信システムにおいて資源を選択する方法および装置 - Google Patents

Description

産業上の利用可能性
本発明は一般にマルチキャリア通信システム、特に、不均衡な負荷容量を有する資源を利用するCDMA通信システムにおいて負荷を分散させることに関する。
背景技術
符号分割多元アクセス(CDMA)セルラ通信システムは、通常いくつかの無線周波数(RF)キャリアを有する。各RFキャリアは入来する呼に対する資源と考えられる。この入来する通話コール(call)、またはシステム資源による通話処理が行われている通話コールは、その資源における負荷となる。各資源には負荷容量(load capacity)がある。
通信システムは、総てのチャネルで最適なフレーム・エラー・レート(FER)を維持するために必要となるものより多くの全負荷容量(total loadcapacity)を有する。全負荷容量は総てのRFキャリアに等しく分散されないので、すなわちRFキャリアは不平等に負荷を担うので、新しい通話コールがキャリア上で確立される毎に少なくとも一定期間の間FERが劣化する。このキャリアは、最適なフレーム・エラー・レート(FER)を維持するためのマージン(余裕)となる負荷レベルを有する。負荷レベルおよび負荷容量間の許容可能なマージンがあれば、他のキャリアを利用することも可能である。このため、RFキャリア間での負荷容量における不均衡(unbalance)が、システム全体の負荷容量を非効率的に使用する環境を作り出している。
システムの負荷を制御する１つの手法は、階級分け又はランキング(ranking)に基づいてキャリアに負荷を担わせるものである。キャリアのランキングは利用可能な資源および各キャリアの負荷レベルに基づくものである。例えば、負荷の最少量および入来通話コールを処理するのに利用可能な資源の最大量に従って、最良の候補が選択される。しかしながら、キャリア上の通話コール設定における初期制御は、特定のキャリアに影響を及ぼすものではなく、その影響は、通信システムにおける隣接セルおよびセクタ上のキャリアに制御されずに伝播してしまう。
たとえば、ワシントンDCの電気通信工業協会により公表されている暫定規格(IS)-95 CDMA通信標準規格では、ソフト・ハンド・オフを行うためいくつかの隣接セルまたはセクタ上で通信システムがリンクを確立することを要求する。隣接セルまたはセクタにおけるRFキャリアの負荷レベルが、その負荷容量の限界に接近している場合(marginal)、隣接セルまたはセクタにおけるこれらの制御できないRFキャリア割当は、大きなFER劣化を招く。したがって、初期の通話コール設定の制御が施されてはいるが、通信システムの隣接セルまたはセクタにおけるRFキャリアへの影響は制御されていない。
したがって、不均衡な負荷容量が通信システムのRFキャリア間、セクタ間またはセル間に存在する場合に、システムの全体的な負荷容量を効率的に使用する必要がある。
【図面の簡単な説明】
図１はサブ・システム、セルおよびセクタを含むセルラ通信システム・サービス・エリアの概略を示す。
図2,3は特定の負荷レベルおよび容量を有する無線周波数キャリアの概略を示す。
図４は複数の負荷レベルおよび容量を有する複数の無線周波数の概略を示す。
図５はセルラ通信システムにおける通話コール割当のフローチャートの概略を示す。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明により教示される方法およびシステムを例示する。
複数の通話コールを担う複数の資源候補を備える通信システムにおいて、複数の資源候補から１つの資源を選択し、通信システムにより設定される通話コールを処理する方法は、複数の資源候補の各資源候補について負荷レベルおよび相対負荷容量を調べる段階より成る。この相対負荷容量は、各負荷容量候補と前記複数の資源候補の全負荷容量との比率に基づくものである。複数の資源候補の相対的なランキングに基づいて１つの資源が選択され、この相対的なランキングは、各負荷レベルと相対負荷容量を利用して、複数の資源候補からの各資源の乗算値に基づくものである。選択された資源は、複数の資源候補内で最少の乗算値を与えるものである。
本発明の他の態様にあっては、負荷レベルを求める方法は、負荷レベルの瞬時値または平均測定値の一方に基づくものである。さらに、相対負荷容量を求める方法が、静的および動的負荷容量の一方に基づくものである。動的負荷容量は動的負荷容量の瞬時値または平均測定値の一方に基づくものである。
複数の資源候補は、通信システムにおける複数の無線周波数キャリア、セクタ、セルおよびサブ・システムの候補である。
通信システムは符号分割多元アクセス(CDMA)システムとすることが可能である。この通信システムは、複数の無線周波数局と、複数の無線周波数局から１つの無線周波数曲を選択し、発呼者にサービスを提供することにより、複数の無線周波数局を制御して通信システムにおける通話コールを確立する制御システムとを備える。選択は、複数の無線周波数局のランキングに従って行われる。通信システムは、符号分割多元接続システムおよび時分割多元接続システムのような異なる種類の少なくとも２つの併存するサブ・システムを包含することが可能である。制御システムは、更に、複数の併存する通信システムのうちの１つを選択して発呼者にサービスを提供する機能を備える。
通信システムのハードウエア的な制約により、各無線周波数(RF)キャリアの静的負荷容量の最大レベルが設定される。理論的には、CDMAシステムの場合、RFキャリアに負荷を与える最大ユーザ数は、RFキャリアに対する利用可能なウォルシュ・コード数の最大値により決定される。このような通信システムの場合、スペクトルのある部分におけるRFキャリアは、スペクトルの他の部分において他のRFキャリアをサポートするハードウエアと同じ制約を有するハードウエアによって、サポートされるとは限らない。このため、通信システムは、そのRFキャリア内で不均衡な静的負荷容量を有することとなり、その不均衡はセクタまたはセルにおける通信システムの全体的な負荷容量に影響を与えてしまう。
図１において、通信システム100は一般に複数のセル101,102,103を備え、これらは、広範な地理的領域において無線電話150のような移動装置に対して無線通信範囲を提供する。セル111,112,113を有する隣接システム110は、同様なサービスを150のような発呼者に提供する。各セルは少なくとも１つの地理的領域を担う。図１では各セルが明確に厳密に構成されているように描かれているが、実際にはセルの境界は明確ではなく、セル間で１以上の重複した範囲が存在する。
各セルはいくつかのセクタに分割される。例えばセル101はセクタ104,105,106,107,108,109を有する。各セクタはセルのサービス範囲内でなされた多数の通話コール(発呼)を処理する。セクタは通常RFキャリアを受信または送信するRF部を備える。図１にあっては、RF部は130-135であり、各RF部は１つのセルをまかなう。多数のRFキャリアが所与の時間に各セルで使用される。システム100および110は制御装置136,137を備え、これらは移動管理装置、および通信システムの各セルを制御する移動切替センタより成る。各セルおよび対応するシステム制御装置間は接続されている。概念的には、システム100および110は接続120を介して結合される。
通話コールが設定されると、所与のセクタおよび所与のセルにおけるRFキャリアがその発呼処理を決定する前に、通信システム100または110は制御装置136,137を介して、総ての利用可能なセル、セクタおよびRFキャリアを評価する。接続120のような接続を介して接続されるいくつかの通信システムが共存する場合、制御装置136,137の機能には、どのシステムがその発呼を処理するかを決定する機能も含まれる。
不均衡な負荷容量は通信システムの動的な動作によっても生じる。例えば、CDMAシステムは、システム動作上の各種事由に起因して、１セクタ、１セルまたは一群のRFキャリアに他のものより多くの負荷を与える。負荷容量に影響を与えるシステム動作の例としては、特定のセルまたはセクタへのユーザの集中度、システムのユーザ間での電力レベル伝送、相対的なユーザの移動、システム配置に対するユーザの移動、RFキャリアのマルチパスによる影響およびRF環境等が挙げられる。
一般に、静的な(static)負荷容量と動的な(dynamic)負荷容量との間にはある相関性がある。動的負荷容量は静的負荷容量よりもある量だけ少ない。この量またはマージンは、たとえば移動機および基地局間の通信で維持されるFERに基づくものである。負荷レベルが増加して動的負荷容量を越えると、静的な負荷容量に対する最適なマージンが減少し、システムのFERにおける顕著な劣化が生じてしまう。このため、システムのフレーム・エラー・レート(FER)における劣化により、通信リンクの音声品質に大きな影響が及ぶ。
図２は本発明の一形態を説明するためのものであり、２つのキャリアA205およびB206を有する通信システムが描かれている。キャリアの静的負荷容量はともに等しく、キャリアA205に対してはレベルNA202、キャリアB206に対してはレベルNB201でそれぞれ示されている。上述したようなシステム動作に起因して、キャリア205はレベルNAd204において実際のまたは動的平均負荷容量を有し、これは、キャリア206の実際のまたは動的平均負荷容量レベルNBd203よりも少なく描かれている。キャリア206および205の実際のまたは平均負荷レベルはそれぞれレベルLB207およびLA208におけるものである。
発呼が最初に設定されると、システムはキャリアA205またはB206への発呼の割り当ての選択を行う。発呼がキャリア205に割り当てられると、負荷レベルLA208は１コール(発呼)だけ増加される。負荷レベルLA208が動的負荷容量NAd204に近づくと、キャリアA205に新しい発呼を割り当てることによってFERに際だった劣化が生じる。一方、発呼がキャリアB206に割り当てられると、負荷レベルLA207が１コールだけ増加され、負荷レベルLA207が動的負荷容量NBd203に接近しない場合は、FERに際立った劣化は生じない。
本発明の一実施例にあっては、キャリアを選択して、負荷容量または利用可能なキャリアの負荷レベルの比率に基づいて通話コールを取り扱う。
たとえば、新たな通話コールがキャリアに割り当てられると、以下の比率が等しく維持される。
NAd/NBd=LA/LB (1)
すなわち、新たな通話コールを処理する場合、その通話コールに対してキャリアが割り当てられる前に、システムは各キャリア205,206の動的負荷容量NAdおよびNBdを調べる。まず式(1)の右辺の値を計算し、式(1)の比率が等しく維持されるようにキャリアA205またはキャリアB206のいずれかに通話コールを割り当てる。その結果、システム全体の容量は一層効率的に利用され、システムのFERの劣化を抑制する。
図３では、キャリア205および206がそれぞれ異なる静的負荷容量レベルNAs202,NBs201および動的負荷容量NAd204,NBd203を有している。一般に、動的負荷容量の比率は、静的負荷容量の対応する比率に関連性を有する。この関連性に起因して、本実施例では以下の式を満足するように新たな通話コールにキャリアが割り当てられる。
NAs/NBs=LA/LB (2)
多くの通信システムは２以上のRFキャリアを使用する。本発明の更なる実施例にあっては、キャリアを選択して、図４に示す関係に従って新たな通話コールにサービス提供がなされる。この場合における数学的な関係は、以下の(3)式により与えられる。

図４では、先に説明した図２のキャリア205,206に加えてキャリア420,421が図示されている。各キャリア420,421,205,206は静的および動的負荷容量を有する。静的負荷容量のレベルは404,403,202,201で図示されている。動的負荷容量のレベルは408,407,204,203で図示されている。式(3)等において、静的および動的負荷容量は「Nis」,「Nid」でそれぞれ示されている。添え字「i」はキャリアを示す番号を表わす。キャリアの静的負荷容量「Nis」は、そのキャリアを利用することが可能なハードウエア資源の制約を知ることによって容易に求められる。キャリアの動的負荷容量「Nid」は、所与のFERレベルにおける通話処理中の全通話コール数により求められる。たとえば、システム設計者は、音声品質をある許容可能なレベルに維持するためのフレーム・エラー・レート・レベルを要求する。通話処理中の通話コール数の値は、その許容可能なFERでシステム動作が可能になるように設定された動的負荷容量である。「Nid」を求める他の方法は、脱落した通話コールの所与の比率で処理中の通話コール数を求めるものである。脱落した通話コールの必要とされる比率で求められる処理中の通話コール数が、動的負荷容量「Nid」である。本発明における「Nid」の求め方は、これらのものに限定されない。動的負荷容量は、通信システムに付随する他の同様な方法により定められ又は測定されることが可能である。
更に図４を参照すると、各キャリアが負荷レベル「Li」を有している。負荷レベル「Li」は、キャリア「i」の通話コール数により表わされる負荷レベルの実際の瞬時値または平均測定値である。負荷レベルを測定する他の手法は、キャリアの送信電力レベルを利用するものである。線形電力増幅器のピーク容量レベルは、そのキャリアの動的または静的負荷容量を表わすレベルに設定される。線形電力増幅器が、あるキャリアに対してピーク容量以下の65％で動作している場合、そのキャリアの負荷レベルは35％となる。すなわち、キャリア上の全順方向リンク数は、負荷レベル「Li」を示すものとして測定することが可能である。さらに、直接的または間接的にキャリアの負荷レベルを測定する他の手法も存在する。
相対的な負荷容量パラメータ「α」は、キャリア「i」毎に式(3)に従って計算される。ここで、「k」個のキャリアが存在するものとする。つまり、i=1〜kの各キャリアに対して相対的な負荷容量パラメータ「αi」が存在する。式(3)において、パラメータ「Ni」は静的または動的負荷容量のいずれかに基づくものである。この場合において、式(3)において各キャリアの「Ni」を均一的に測定するための基準値が選択される。式(3)に示すように、相対的な負荷容量パラメータは、総ての他のキャリアに関する、キャリアの相対的な負荷容量を表現するパラメータである。したがって、キャリアの現実の負荷容量、または他のキャリアに対するそのキャリアの相対的な負荷容量が既知である必要がある。
負荷レベル「Li」は、i=1〜kの各キャリアに対して、対応する相対的な負荷容量パラメータ「αi」に乗算される。i=1〜kの各キャリアに対して「Li」および「αi」が乗算される。他の総てのキャリアの中で最少の乗算値を与えるキャリア「i」は、本発明による、新規通話サービスを割り当てる最良のキャリアとなる。式(3)による動作内容は以下のようにして行われる。キャリアi=1,2,3は10,7,4に等しいNiを各々有する。i=1,2,3に対するαiは、それぞれ2.1,3,5.25となるであろう。i=1,2,3に対するLiが、それぞれ6,2,3に等しい場合、i=1,2,3に対するLiαiは、12.6,6,15.75となるであろう。本発明によれば、キャリアi=2がLiαiの最少値を与えるので、通話サービスのためのキャリアとしてそれが選択される。
本発明の様々な態様にあっては、セル内の特定のセクタを選択し、選択されたセクタ内で利用可能なRFキャリアの内の１つにより通話をまかなうことも可能である。同様に、多数の利用可能なセルを有する通信システム内のセルを選択し、選択されたセルにおける１つのセクタにおけるRFキャリアの内の１つによって新規通話コールをまかなうことも可能である。
さらに、通信システム技術により、１つの領域内で複数の通信システムを同時に動作させることも可能である。新規通話コールのサービス提供を行う場合、利用可能なシステムの内の１つを選択し、その新規通話コールに対するサービスを行うことも可能である。
通信システム、セル、セクタおよび新規通話コールを担うRFキャリアを選択する方法は、非常に類似するものである。図５は入来する通話コールを担うRFキャリアを選択する手順をフローチャートで示すものである。このプロセスは、１以上の通信システムが利用可能である場合にステップ501から始まる。１つのシステムのみが利用可能である場合、または入来する通話コールを処理するシステムが既知である場合、このプロセスはステップ504から始まる。入来する通話コールを処理すべき特定のセルが既知である場合、選択プロセスをステップ507から始めることも可能である。通話コールが特定のセクタで処理される場合は、選択プロセスをステップ509から開始することも可能である。
たとえば、複数の利用可能な通信システムがある場合、式(3)における「Ni」はi=1〜kの各システムの全静的負荷容量または全動的負荷容量のいずれかである。「Li」はi=1〜kの各通信システムの全負荷レベルである。相対的な負荷容量「αi」が、i=1〜kの各通信システムに対して計算される。次に、i=1〜kに対して対応する「αi」および「Li」の積の値が最小値となる通信システムが、新規通話コールを処理するシステムとして選択される。
セルを選択する段階において、式(3)の「Ni」は、i=1〜kの各セルの全静的システム容量または全動的システム容量のいずれかである。「Li」はi=1〜kの各セルの負荷レベルである。「αi」がi=1〜kの各セルについて計算される。次に、i=1〜kに対して対応する「αi」および「Li」の積の値が最小値となるセルが、新規通話コールを処理するセルとして選択される。
セクタを選択する段階において、式(3)の「Ni」は、i=1〜kの各セクタの全静的システム容量または全動的システム容量のいずれかである。「Li」はi=1〜kの各セクタの全負荷レベルである。「αi」がi=1〜kの各セクタについて計算される。次に、i=1〜kに対して対応する「αi」および「Li」の積の値が最小値となるセクタが、新規通話コールを処理するセクタとして選択される。
通信システム、セルまたはセクタの全負荷レベル「Li」または全負荷容量「Ni」は、通信システム内で測定される分割可能な負荷レベルまたは負荷容量の蓄積に基づいて計算される。たとえば、最も小さい分割可能な負荷レベルまたは負荷容量は、あるRFキャリアに対して測定されるものである。セクタ、セルまたは通信システムの全RFキャリア中の「Li」および「Ni」は、対応するセクタ、セルまたは通信システムの全「Li」および「Ni」を表現するために加えられる。
以上本発明を特定の実施例に基づいて説明してきたが、本発明の精神から逸脱することなく当業者は様々な変形および変更等を行うことが可能であろう。

Claims (6)

1. 複数のキャリアの候補のなかから１つのキャリアを選択し、通信システムにより設定される通話コールを提供する方法であって、
   前記複数のキャリアの各候補について負荷レベルを求める段階と、
   キャリアの各候補について、各候補の負荷容量と前記複数のキャリアの候補の全負荷容量との比率に基づく相対負荷容量を求める段階と、
   前記複数のキャリアの各候補の負荷レベルと相対負荷容量との乗算値に基づくランキングに従って、前記１つのキャリアを選択する段階と
   を含む方法。
2. 前記１つのキャリアが、前記複数のキャリアの候補のなかで最小の前記乗算値を与えるものである請求項１に記載の方法。
3. 前記通信システムが符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）システムである請求項１に記載の方法。
4. 複数の無線周波数キャリアを備えた通信システムであって、
   前記複数の無線周波数キャリアの候補のランキングに従って、前記複数の無線周波数キャリアの候補のなかから１つの無線周波数キャリアを選択して、発呼者にサービスを提供することにより、前記通信システムの前記発呼者を設定して前記複数の無線周波数キャリアを制御する制御システムであって、前記ランキングは、キャリアの各候補の負荷レベルと、各候補の負荷容量と前記複数のキャリアの候補の全負荷容量との比率に基づく相対負荷容量との乗算値に基づくものであるところの制御システム
   を備えた通信システム。
5. 前記通信システムが、併存する複数の通信システムを含む請求項４に記載の通信システム。
6. 前記制御システムが、前記併存する複数の通信システムのうちの１つを選択して前記発呼者にサービスを提供することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。

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