JP4180603B2 - 高速環境における無線通信のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、無線通信システムに関し、詳細には、高速環境における無線通信サービスの提供に関する。

セルラー・システムでｃｄｍａ２０００（登録商標）を実施するために、米国電気通信工業会は、暫定標準ＩＳ−２０００を採用した。ｃｄｍａ２０００通信システムにおいては、移動局（ＭＳ）は、ある地理的領域内に散在している複数の基地局（ＢＳ）のうちの任意の１つまたはそれ以上のＢＳと通信する。各ＢＳは、同じ拡散符号を有しているが、異なるコード位相オフセットを含むパイロット・チャネル信号を連続的に送信する。位相オフセットによりパイロット信号を相互に識別することができ、それによりＢＳを識別することができる。以下の説明においては、ＢＳのパイロット信号は、単にパイロットと呼ぶことにする。ＭＳはパイロットを監視し、パイロットの受信エネルギーを測定する。

ＭＳは、順方向リンクおよび逆方向リンクを通じて、ＭＳに無線通信サービスを提供しているＢＳと通信する。順方向リンクは、通常、１つまたはそれ以上の順方向トラヒック・チャネル、１つまたはそれ以上の順方向制御チャネル、およびページング・チャネルを含む。逆方向リンクは、通常、１つまたはそれ以上の逆方向トラヒック・チャネル、１つまたはそれ以上の逆方向制御チャネルおよびアクセス・チャネルを含む。呼出し中、ＭＳは、４組のパイロットを常に監視し、維持しなければならない。４組のパイロットは、集合的にパイロット・セットと呼ばれ、アクティブ・セット（Active Set）、候補セット（Candidate Set ）、近隣セット（Neighbor Set）、および残余セット（Remaining Set ）を含む。アクティブ・セットは、ＭＳに割り当てられた順方向トラヒック・チャネルに関連するパイロットを含む。ＭＳのモードがアイドル・モードである場合には、アクティブ・セットは、ページング・チャネルまたはＭＳが監視している順方向制御チャネルに関連するパイロットを含む。候補セットは、現在アクティブ・セット内には存在しないが、関連する順方向トラヒック・チャネルをうまく復調することができることを表示するのに十分な強度でＭＳが受信したパイロットを含む。近隣セットは、それぞれＢＳからＭＳに送信され、ハンドオフのための可能な候補であるパイロットを含む。残余セットは、近隣セット、候補セットおよびアクティブ・セット内のパイロットを除く現在のＣＤＭＡ周波数割当て上の現在のシステムのすべての可能なパイロットを含む。

通常、ＢＳは、ＢＳがサービスを提供しているカバレージ・エリア内に位置するＭＳに通信サービスを提供する。ＭＳが第１のＢＳによりサービスを受けている場合には、ＭＳは、閾値より十分強力なパイロットを求めて、近隣ＢＳのパイロット・チャネルをいつでも探索する。ＭＳは、パイロット強度測定メッセージにより、第１のサービスを提供しているＢＴＳに、閾値より十分強力なパイロットの決定を通知する。ＭＳが、第１のＢＳによりサービスを受けている第１のカバレージ・エリアから、第２のＢＳによりサービスを受けている第２のカバレージ・エリアに移動すると、通信システムは、候補セットからアクティブ・セットへ、および近隣セットから候補セットへ、いくつかのパイロットを昇進させる。サービスを提供しているＢＳは、ＭＳにその昇進を通知する。次に、ＭＳが、古いＢＳとの通信を終了する前に、アクティブ・セットにすでに追加されている新しいＢＳとの通信を開始すると、「ソフト・ハンドオフ」が行われる。逆方向リンクの場合には、通常、アクティブ・セット内の各ＢＳは、別々に、ＭＳから受信した各フレームまたはパケットを復調し、復号する。次に、復号したフレームは、各ＢＳの復号したフレーム間で調停するために交換センターに送られる。

ＭＳが商用航空機のような高速の航空機内に位置している場合のように、ＭＳが高速環境で動作している場合には、ＭＳの従来の動作およびハンドオフでは、種々の問題が起きる。通常、ＭＳは１２０キロメートル／時より低い速度でＭＳが移動していることによる、受信信号のドップラー・シフトを修正するための機構を含む。しかし、ＭＳが１２０キロメートル／時を超える速度で移動している場合には、ＭＳは、受信信号に生じたドップラー・シフトを完全に補償することができず、そのためＭＳは受信信号を正しく復調することができなくなる。さらに、ＭＳが非常に高速で移動している場合には、現在のハンドオフが終了する前に新しいハンドオフが表示される場合があり、そのためシステムの効率が低下し、呼を受信することができなく可能性がある。さらに、パイロットおよび関連ＢＳを非常に頻繁に近隣セットに入れたり近隣セットから出したりする場合があるために、近隣セットが幾分役に立たなくなる。

それ故、高速で移動しているＭＳに対して、ハンドオフおよびドップラー補償を行うための方法および装置の開発が要求されている。

高速で移動中のＭＳに対してハンドオフおよびドップラー補償を行うための方法および装置に対する要求を満たすために、移動局の移動に基づいて高速動作モードから非高速動作モードに移行する通信システムが提供される。通信システムが高速動作モードを行っている場合には、通信システムは、パイロットを、移動局またはコントローラの高速近隣セット（High Velocity Neighbor Set）から昇進させる。通信システムが非高速動作モードを行っている場合には、通信システムは、パイロットを移動局またはコントローラの近隣セット（Neighbor Set）から昇進させる。通信システムは、さらに、移動局と同じ場所に位置している場合に、移動局と移動局にサービスを提供している無線アクセス・ネットワークとの間に通信リンクを提供することができる、高速中継器を含んでもよい。

一般に、本発明の１実施形態は、高速環境における無線通信方法を含む。この方法は、移動局により、高速近隣セットおよび近隣セットを維持するステップと、移動局が高速環境で動作しているかどうかを判定するステップと、移動局が高速環境で動作している場合に、パイロット信号を昇進させるために、高速近隣セットを使用するステップとを含む。

本発明のもう１つの実施形態は、複数の近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子を備えた移動局を包含する。この場合、複数の近隣セットのうちの第１の近隣セットは近隣セットを含み、複数の近隣セットのうちの第２の近隣セットは高速近隣セットを含む。移動局は、さらに、移動局が高速環境で動作しているかどうかを判定し、移動局が高速環境で動作しているという判定に応じて、パイロット信号を昇進させるために高速近隣セットを使用する、少なくとも１つのメモリ素子に結合しているプロセッサを備える。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、複数の近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子を備えた無線アクセス・ネットワーク・コントローラを包含する。無線アクセス・ネットワーク・コントローラは、さらに、コントローラによりサービスを受けている移動局が高速環境で動作しているかどうかを判定する、少なくとも１つのメモリ素子に結合しているプロセッサを備える。移動局が高速環境で動作している場合には、プロセッサは、複数の近隣セットのうちの第１の近隣セットを調整し、複数の近隣セットのうちの第１の近隣セットの調整に基づいてパイロットを昇進させるための命令を送る。移動局が高速環境で動作していない場合には、プロセッサは、複数の近隣セットのうちの第２の近隣セットを調整し、複数の近隣セットのうちの第２の近隣セットの調整に基づいてパイロットを昇進させるための命令を送る。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、高速環境で移動局を動作させる方法包含する。この方法は、移動局が高速環境で動作していることを判定するステップと、移動局により近隣セットおよび高速近隣セットを維持するステップとを含む。この方法は、さらに、移動局が高速環境で動作しているという判定に応じて、閾値より強力なパイロット信号を求めて、高速近隣セットに関連するパイロット信号を探索するステップと、パイロット信号が閾値より強力であるという判定に応じてアクティブ・セットを修正するステップとを含む。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、近隣セットおよび高速近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子と、少なくとも１つのメモリ素子に接続しているプロセッサを含む移動局を包含する。プロセッサは、移動局が高速環境で動作しているかどうかを判定し、移動局が高速環境で動作しているという判定に応じて、閾値より強力なパイロット信号を求めて、高速近隣セットに関連するパイロット信号を探索し、パイロット信号が閾値より強力であるとの判定に応じてアクティブ・セットを修正する。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、高速環境でパイロット信号を昇進させる方法を包含する。この方法は、移動局により、近隣セットおよび高速近隣セットを維持するステップと、閾値より強力なパイロット信号を求めて、近隣セットおよび高速近隣セットのうちの少なくとも１つに関連するパイロット信号を探索するステップと、パイロット信号が閾値より強力であると判定した場合に、そのパイロット信号に関する情報を送信するステップとを含む。この方法は、さらに、パイロット信号に関する情報の送信に応じて、パイロット信号をアクティブ・セットに昇進させるための命令を受信するステップと、命令の受信に応じて、パイロット信号をアクティブ・セットに昇進させるステップとを含む。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、近隣セットおよび高速近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子と、少なくとも１つのメモリ素子に結合しているプロセッサとを備えた無線アクセス・ネットワーク・コントローラを包含する。プロセッサは、移動局から、閾値より強力なパイロット信号に関する情報を受信し、移動局が高速環境で動作していると判定し、この情報を受信しかつ移動局が高速環境で動作していると判定した場合に、それに応じて、高速近隣セットを調整し、情報を調整に対応する移動局に送る。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、近隣セットおよび高速近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子を備えた無線アクセス・ネットワーク・コントローラを包含。無線アクセス・ネットワーク・コントローラは、さらに、移動局が高速環境で動作していると判定し、移動局が高速環境で動作しているとの判定に応じて、移動局に高速近隣リストを送る、少なくとも１つのメモリ素子に結合しているプロセッサを備える。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、複数の近隣セットを維持する少なくとも１つのメモリ素子を備えた移動局を包含する。この場合、複数の近隣リストのうちの第１の近隣リストは近隣セットを含み、複数の近隣セットのうちの第２の近隣セットは、高速近隣セットを含む。移動局は、さらに、複数の近隣セットのうちの少なくとも１つを修正するために、無線インフラストラクチャから命令を受信する受信機と、少なくとも１つのメモリ素子および受信した命令に応じて複数の近隣セットのうちの少なくとも１つを修正することができる受信機のそれぞれに結合しているプロセッサと、を含む。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、少なくとも一部は中継器の移動による周波数のシフトを測定するステップと、第１の周波数のオフセットを中継器が受信した第１の信号に適用するステップと、第２の周波数のオフセットを中継器が送信した第２の信号に適用するステップとを含む、高速環境で無線通信サービスを提供する方法を包含する。この場
合、第１の周波数のオフセットおよび第２の周波数のオフセットの周波数オフセットそれぞれは、測定した周波数のシフトに基づくものである。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、高速環境で動作することができる中継器を包含する。中継器は、高速環境で動作している場合に少なくとも一部は中継器の移動による周波数のシフトを測定し、第１の周波数オフセットを高速環境で動作している場合に中継器が受信した第１の信号に適用し、第２の周波数オフセットを高速環境で動作している場合に中継器が送信した第２の信号に適用するプロセッサを含む。この場合、第１の周波数のオフセットおよび第２の周波数のオフセットそれぞれは、測定した周波数のシフトに基づくものである。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、移動局の機能を記憶する少なくとも１つのメモリ素子と、上記少なくとも１つのメモリ素子に結合しているプロセッサとを備えた中継器を包含する。プロセッサは、移動局の機能を実行し、移動局の機能を実行することにより、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）に関連するキャリヤおよび変調スキームのうちの少なくとも１つを決定することができ、ＲＡＮに関連するキャリヤおよび変調スキームのうちの少なくとも１つの決定に応じて、自動的にＲＡＮに関連する周波数にチューニングすることができる。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、高速環境で移動局を動作する方法を包含する。この方法は、複数の近隣リストを維持するステップを含む。この場合、複数の近隣リストの第１の近隣リストは高速近隣リストを含み、複数の近隣リストの第２の近隣リストは非高速近隣リストを含む。

本発明のさらにもう１つの実施形態は、複数の近隣リストを維持する少なくとも１つのメモリ素子を備えた移動局を包含する。この場合、複数の近隣リストの第１の近隣リストは高速近隣リストを含み、複数の近隣リストの第２の近隣リストは非高速近隣リストを含む。移動局は、さらに、無線インフラストラクチャから、複数の近隣リストのうちの少なくとも１つを修正するようにとの命令を受信する受信機と、少なくとも１つのメモリ素子および受信した命令に応じて複数の近隣リストのうちの少なくとも１つを修正することができる受信機とのそれぞれに結合しているプロセッサとを備える。

図１〜図８参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明の１実施形態による無線通信システム１００のブロック図である。通信システム１００は、複数の基地局（ＢＳ）１２０〜１２９を含む無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）１１４を含む。複数のＢＳ１２０〜１２９の各ＢＳは、少なくとも１つの基地局トランシーバ局（ＢＴＳ）を含む。このＢＴＳは、各非高速カバレージ・エリア内すなわちＢＳからサービスを提供されるセル１３０〜１３９内に位置する移動局と無線接続である。通信システム１００は、さらに、好適には、複数のＢＳ１２０〜１２９の各ＢＳに結合している中央基地局コントローラ（ＣＢＳＣ）であることが好ましいＲＡＮコントローラ１１６を含む。ＲＡＮコントローラ１１６は、ＲＡＮコントローラからサービスを受ける各移動局（ＭＳ）に対して、ＭＳの位置およびＭＳが行ったハンドオフの回数の記録を維持する、移動マネージャ（ＭＭ）１１８を含む。本発明のもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、複数のＢＳ１２０〜１２９の間に分散して配置することができる。本明細書においては、ＲＡＮ１１４およびＲＡＮコントローラ１１６を集合的に地上無線インフラストラクチャと呼ぶ。

通信システム１００は、さらに移動局（ＭＳ）１０６を含み、ＭＳ１０６は例えばセルラーホン、無線電話、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）またはラップトップ・コンピュ
ータのようなデータ端末装置（ＤＴＥ）に関連する無線モデム、または無線通信機能を有する携帯情報端末（ＰＤＡ）である。ＭＳ１０６は、ＲＡＮ１１４により、特に通信システム１００の複数のＢＳ１２０〜１２９のＢＳにより、第１のエア・インタフェース１０８を通じておよび／または第２のエア・インタフェース１１０、中継器１０４および第３のエア・インタフェース１１２の組合わせを通じて、無線通信サービスを受ける。各エア・インタフェース１０８，１１０，１１２は、少なくとも１つのページング・チャネル、少なくとも１つの順方向制御チャネル、および少なくとも１つの順方向トラヒック・チャネルを含むことが好ましい、複数の通信チャネルを含む順方向リンクを含む。各エア・インタフェース１０８，１１０，１１２は、さらに、アクセス・チャネル、少なくとも１つの逆方向制御チャネル、および少なくとも１つの逆方向トラヒック・チャネルを含むことが好ましい、複数の通信チャネルを含む逆方向リンクを含む。

航空機のような非地上車両、または高速列車のような地上車両のような高速で移動することができる車両１０２が、通信システム１００で動作している場合、通信システムは、さらに、車両内に常駐する高速中継器１０４を含むことができる。ＭＳ１０６のようにＭＳが車両１０２内に位置している場合、ＭＳはＲＡＮ１１４と直接通信する代わりに、高速中継器１０４を通じてＲＡＮ１１４と通信することができる。ＭＳは高速中継器１０４と同じ場所に位置しているので、ＭＳおよび中継器は、それぞれＲＡＮ１１４と交換した信号について、ほぼ同じドップラー・シフトを受ける。その結果、高速中継器１０４は、ＭＳが自身に提供できないドップラー・シフト補償をＭＳに対して行うことができる。さらに、ＭＳ１０６と同じ場所に位置する高速中継器１０４を使用することにより、ＭＳは、ＲＡＮ１１４に直接受信できるように信号を送信するためにＭＳが必要とする電力レベルよりも低い電力レベルで送信を行うことができる。ＭＳ１０６の送信電力レベルを低減することにより、ＭＳがＲＡＮ１１４または高速中継器１０４が関与する他の通信に干渉する可能性が低減する。さらに、ＭＳ１０６の送信電力レベルを低減することにより、ＭＳに電力を供給するバッテリのような限られた寿命の電力源を長持ちさせることができる。

通信システム１００は、無線パケット・データ通信システムを含む。ＭＳ１０６を始めとするＭＳが通信システム１００のインフラストラクチャに接続している外部ネットワーク（図示せず）とのパケット・データ接続を確立するために、中継器１０４、ＢＳ１２０〜１２９、およびＲＡＮコントローラ１１６の各々は、周知の無線通信プロトコルにより動作する。周知のプロトコルで動作することにより、ＭＳ１０６のユーザは、ＭＳ１０６が、確実に、インフラストラクチャと通信することができ、インフラストラクチャを通じて外部ネットワークとのパケット・データ通信リンクを保証される。好適には、通信システム１００は、３ＧＰＰ２およびＴＩＡ／ＥＩＡ（米国電気通信工業会／米国電子工業会）ＩＳ−２０００、またはｃｄｍａ２０００または１ｘＥＶ−ＤＯシステム用の互換規格を供給するＩＯＳ（動作間仕様）規格で動作することが好ましい。この場合、エア・インタフェース１０８，１１０，１１２の各通信チャネルは、ウォルシュ・コードのような少なくとも１つの直交コードを含む。この規格は、無線システム・パラメータおよび呼処理手順を含む、無線通信システム動作プロトコルを規定する。しかし、通常の当業者であれば、通信システム１００は、Ｗ−ＣＤＭＡのような他のＣＤＭＡ技術、移動通信グローバル・システム（ＧＳＭ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システム、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）通信システム、または直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭ）通信システムのような種々の無線パケット・データ通信システムの任意のものにより動作することができることを理解することができるだろう。

ＭＳ１０６を始めとする通信システム１００のＭＳが、能動的な通信を行っている場合、ＭＳは、ＭＳがＭＳのアクティブ・セットの複数のＢＳと無線通信する、ソフト・ハンドオフ（ＳＨＯ）モードで動作する。すなわち、能動的通信を行っている場合には、ＭＳ
は、ＭＳのアクティブ・セット内のパイロットに対応する各ＢＳに、データ・パケットをマルチキャストする。例えば、ＭＳ１０６が非高速モードで動作している場合には、ＭＳは、セル１３０にサービスを提供しているＢＳ１２０によりサービスを受けることができ、セル１３１にサービスを提供しているＢＳ１２１、およびセル１３２にサービスを提供しているＢＳ１２２と、三方向ソフト・ハンドオフを行うことができる。ＭＳに同時にサービスを提供しているセルに関連するＢＳに対応するパイロット信号、すなわち、ＢＳ１２０、ＢＳ１２１およびＢＳ１２２に対応するパイロット信号（以後「パイロット」と呼ぶ）は、ＭＳのアクティブ・セットである。すなわち、ＭＳはＢＳ１２０，１２１および１２２とソフト・ハンドオフ（ＳＨＯ）していて、これらのＢＳは、ＭＳにサービスを提供しているセル１３０，１３１および１３２に関連しており、これらのＢＳはＭＳのアクティブ・セットである。

本発明のもう１つの実施形態である「セクタ化した」実施形態では、すなわち、各セル１３０〜１３９が、複数の地理的セクタに分割され得る。複数の地理的セクタそれぞれは、セルにサービスを提供しているＢＳが内蔵するＢＴＳによりサービスを受ける。セクタ化した実施形態では、あるセルのセクタ内に常駐するＭＳは、そのセクタにサービスを提供しているＢＴＳによりサービスを受け、ＭＳのアクティブ・セットは、ＭＳにサービスを提供しているＢＴＳに関連するパイロット、およびそのセルの他のセクタまたは他のセルのセクタにサービスを提供しているＢＴＳに関連するパイロットを含む。

図２は、本発明の１実施形態によるＢＳ１２０〜１２９のブロック図である。図２に示すように、各ＢＳ１２０〜１２９は、アンテナ２０４に結合している少なくとも１つのＢＴＳ２０２を含む。アンテナ２０４は、地表面とほぼ同一平面に位置し、地上をベースとする通信デバイスに通信サービスを提供するように設計されている無線周波（ＲＦ）信号放射パターンを生成する少なくとも１つのアンテナ素子２０６（９個を図示してある）を含む。セクタ化した実施形態では、アンテナ２０４は、複数のアンテナ・セクタに分割される指向性アンテナであってもよい。この場合、複数のアンテナ・セクタの各セクタは、対応するセルの複数の地理的セクタの各地理的セクタに対応し、各地理的セクタに通信サービスを提供する。各アンテナ・セクタは、複数のアンテナ素子を含むアンテナ・アレイを備える。アンテナ・アレイによりサービスを受けているセル・セクタ内に位置するＭＳに、信号を同報通信するためにアンテナ・アレイを使用することにより、ＢＳは信号を同報通信するために多数の周知のビーム形成方法のうちの１つを使用することができる。

ＢＳ１２０〜１２９が、ＢＳ１２０および１２６〜１２９のような高速ＢＳである場合、アンテナ２０４は、さらに、非地上通信デバイスへおよびから信号を送信し、受信するために、１つまたはそれ以上の非地上アンテナ素子２０８（１つを図示してある）を含むことができる。１つまたはそれ以上の非地上アンテナ素子２０８は、少なくとも１つのアンテナ素子２０６の放射パターンを含む水平面上に位置する無線周波（ＲＦ）信号放射パターンを発生し、それにより、少なくとも１つのアンテナ素子２０６が送信した信号との干渉を避ける。さらに、１つまたはそれ以上の非地上アンテナ素子２０８から放射する無線信号の偏向を、少なくとも１つのアンテナ素子２０６から放射する無線信号の偏向に対してほぼ直角になるように設計することができ、それにより少なくとも１つのアンテナ素子２０６に対する１つまたはそれ以上の非地上アンテナ素子２０８によるすべての干渉が最小限度まで低減する。例えば、１つまたはそれ以上の非地上アンテナ素子２０８が放射したビームを、少なくとも１つのアンテナ素子２０６が放射したビームの水平偏向方向とは反対方向に垂直に偏向させることができる。

各高速ＢＳ１２０、１２６〜１２９は、そのＢＳと関連する非高速カバレージ・エリア、すなわち、カバレージ・エリア１３０および１３６〜１３９内に位置するＭＳに通信サービスを提供する他に、さらにそのＢＳに関連する各高速カバレージ・エリア１４０、１
４６〜１４９内に位置するＭＳにも通信サービスを提供する。高速カバレージ・エリア１４０、１４６〜１４９は、ＭＳが高速モードで動作している場合にはＭＳのハンドオフを低減するのが望ましいために、またさらには、高速の航空機内に位置するＭＳはＢＳによるカバレージ・エリアをさらに広くすることができるサービスを提供しているＢＳと見通し内通信（line-of-sight communication ）を行っていることが多いために、その各非高速カバレージ・エリア１３０および１３６〜１３９よりも広くされ得る。

図３は、本発明の１実施形態によるＲＡＮコントローラ１１６のブロック図である。ＲＡＮコントローラ１１６は、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、これらの組合わせ、または通常の当業者に周知のこのような他のデバイスのようなプロセッサ３０２と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、および／または読取専用メモリ（ＲＯＭ）または対応するプロセッサが実行することができるデータおよびプログラムを維持するその等価物のような１つまたはそれ以上の関連するメモリ素子３０４とを含む。本明細書に別段の明記がない限り、ＲＡＮコントローラ１１６またはＭＭ１１８が行うすべての機能は、ＲＡＮコントローラのプロセッサ３０２により実行される。

１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４は、さらに、コントローラによりサービスを受けているＢＳ１２０を始めとする各ＢＳに対する、近隣セット（Neighbor Set）３０６および高速近隣セット（High Velocity Neighbor Set）３０８を維持する。近隣セット３０６は、ＭＳに関連するアクティブ・セット（Active Set）または候補セット（Candidate Set ）に現在位置していないが、通信システム１００が非高速動作モードをしている場合にハンドオフのための候補となりうる、パイロットのリストを含む。同様に、高速近隣セット３０８は、ＭＳに関連するアクティブ・セットまたは候補セットに現在位置していないが、通信システム１００が高速動作モードを行っている場合にハンドオフの候補になりうる、パイロットのリスト、すなわちハンドオフの候補となりうるもので、高速ＢＳに関連するパイロットのリストを含む。

ＭＭ１１８は、コントローラのプロセッサ３０２および１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４で実施される。ＭＭ１１８は、ＲＡＮ１１４に関連しているアクティブ・セット、近隣セットおよび高速近隣セットのメンバーを定義することにより移動を管理し、マルチキャスト／マルチ受信グループを調整する。

図４は、本発明の１実施形態によるＭＳ１０６のブロック図である。ＭＳ１０６は、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、これらの組合わせ、または通常の当業者に周知のこのような他のデバイスのようなプロセッサ４０６に結合している受信ユニット４０２および送信ユニット４０４と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、および／または読取専用メモリ（ＲＯＭ）、または対応するプロセッサが実行することができるデータおよびプログラムを維持するその等価物のような１つまたはそれ以上の関連メモリ素子４０８とを含む。本明細書に別段の明記がない限り、ＭＳ１０６が行うすべての機能は、受信ユニット４０２を通じて信号を受信し、送信ユニット４０４を通じて信号を送信する、ＭＳのプロセッサ４０６により実行される。

１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８は、アクティブ・セット４１０、近隣セット４１２および残余セット（Remaining Set ）４１４を維持する。アクティブ・セット４１０は、ＭＳが能動通信を行っている場合、またはＭＳのモードがアイドル・モードである場合にＭＳに割り当てられた順方向トラヒック・チャネルに関連するパイロットのリスト、ページング・チャネルまたはＭＳが監視している順方向制御チャネルに関連するパイロッ
トのリストを含む。近隣セット４１２は、ＭＳのアクティブ・セットまたは候補セットに現在位置していないが、ハンドオフのための候補になりうるパイロットのリストを含む。残余セット４１４は、ＭＳのアクティブ・セット４１０、候補セット、近隣セット４１２または高速近隣セット４１６のメンバーではない通信システム１００内のすべての他のＢＳに関連するパイロットのリストを含む。１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８は、さらに、高速ＢＳに関連するパイロットのリストを含み、ＭＳのアクティブ・セットまたは候補セットに現在位置していないがハンドオフのための候補となりうる、高速近隣セット４１６を維持することができる。ＭＳ１０６が高速近隣セット４１６を含んでいる場合には、高速近隣セットのパイロットは、残余セットのパイロットには含まれない。

図５は、本発明の１実施形態による高速中継器１０４のブロック図である。中継器１０４は、１つまたはそれ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、これらの組合わせ、または通常の当業者に周知のこのような他のデバイスのようなプロセッサ５０６に結合している受信ユニット５０２および送信ユニット５０４を含む。中継器１０４は、さらに、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、および／または読取専用メモリ（ＲＯＭ）または対応するプロセッサが実行することができるデータおよびプログラムを維持するその等価物のような、プロセッサ５０６に結合している、１つまたはそれ以上のメモリ素子５０８を備える。本明細書に別段の明記がない限り、中継器１０４が行うすべての機能は、受信ユニット５０２を通じて信号を受信し、送信ユニット５０４を通じて信号を送信する、中継器のプロセッサ５０６により実行される。

１つまたはそれ以上のメモリ素子５０８内には移動局（ＭＳ）の機能５１０が埋め込まれており、それは例えば、中継器１０４が、通常ＭＳに関連する機能、特に多重周波数帯域で動作することができ、さらに２つまたはそれ以上のＣＤＭＡ、ＧＳＭおよびＴＤＭＡのような、しかしこれらに限定されない複数の通信システムで動作することができるＭＳのようなマルチバンドおよび多モードＭＳの機能を実行することができるようにするデータおよびプログラムである。より詳細に説明すると、中継器１０４、および特に１つまたはそれ以上のメモリ素子５０８は、中継器、特にプロセッサ５０６が、ＲＡＮ１１４のパイロットおよびページング・チャネルを走査できるようにするプログラムを含んでいて、それによりＲＡＮに関連するキャリヤおよび／または変調スキームを決定する。ＲＡＮに関連するキャリヤおよび／または変調スキームを決定した場合には、中継器１０４は、自動的にマルチバンド多モードＭＳがＭＳが検出した通信システムの周波数にチューニングするのと同じ方法で、ＲＡＮの順方向リンクおよび逆方向リンクに関連する周波数にチューニングする。その結果、中継器が常駐している車両、すなわち車両１０２が種々の通信システム間を移動すると、中継器は自分が現在常駐しているシステムで動作するように自動的に自分自身を構成することができる。

通信システム１００は、ＭＳ１０６が、品質が劣化した第１のエア・インタフェースからもう１つのもっと高い品質のエア・インタフェースにハンドオフすることができるハンドオフ手順を含む。ＭＳ１０６が非高速環境で動作している場合、すなわちＭＳ１０６が停止しているか、または１２０キロメートル／時より低い速度で移動している場合には、通信システム１００は、周知のハンドオフ技術によりＭＳをハンドオフする。例えば、ＭＳ１０６がトラヒック・チャネル上で能動状態であり、ＢＳ１２０のような第１のＢＳからサービスを受けている場合には、ＭＳは常に閾値より十分強力なパイロットを求めて、隣接するＢＳ、すなわち近隣セット４１２のＢＳのパイロット・チャネルを探索する。ＭＳは、このイベントを第１のサービスを提供しているＢＴＳに知らせる。ＭＳが第１のＢＳからサービスを受けている第１のセルすなわちＢＳ１２０から、ＢＳ１２４のような第２のＢＳによりサービスを受けている第２のセルの方向に移動すると、通信システム１００は、ＢＳ１２４および１２５に関連するパイロットのような近隣セット４１２のいくつ
かのパイロットをアクティブ・セット４１０に昇進させる。サービスを提供しているＢＳ、すなわちＢＳ１２０は、ＭＳにトラヒック・チャネルを通じて同報通信される近隣リスト更新メッセージによりこの昇進を知らせる。近隣リスト更新メッセージを受信した場合には、ＭＳ１０６は、近隣セット４１２およびアクティブ・セット４１０内に維持しているパイロットのリストに適当な変更を行う。新しいＢＳがアクティブ・セット２１０に追加された場合には、ＭＳ１０６は、新しいＢＳとの通信を開始する。ＭＳ１０６は、さらにＢＳがアクティブ・セットから削除された場合には、古いＢＳとの通信を終了することができる。

ＭＳ１０６が高速環境で動作している場合、すなわちＭＳが１２０キロメートル／時より大きい速度で移動している車両１０２のような車両内に位置している場合には、ＭＳの従来の動作およびハンドオフは多くの問題を生じる。通常、ＭＳは、１２０キロメートル／時より低い速度で移動中のＭＳからの受信信号のドップラー・シフトを修正するための機構を含む。しかし、例えば、ＭＳがドップラー・シフトを補償することができるように設計されている最大速度を超える非常な高速で移動している場合には、ＭＳは受信信号の結果としてのドップラー・シフトを完全に補償することはできない。さらにＭＳが非常な高速で移動している場合には、現在のハンドオフが終了する前に、新しいハンドオフが表示される場合があり、そのためシステムの効率が低下し、呼を受信できなくなる可能性がある。さらに、パイロットおよび関連ＢＳを非常に頻繁に近隣セットに入れたり近隣セットから出したりする場合があるために、近隣セットが幾分役に立たなくなる。

その結果、通信システム１００は、ＭＳ１０６を始めとするＭＳが高速環境で動作している場合には、高速動作モードに移行する。図６は、本発明の種々の実施形態による通信システム１００の高速動作モードの論理流れ図６００である。論理流れ図は、ＭＳ１０６が通信システム１００で作動すると（ステップ６０４）、開始する（ステップ６０２）。通信システムで作動すると、ＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳに１つまたはそれ以上の近隣リストおよび高速近隣リスト供給し（ステップ６０６）、また、ＭＳはＲＡＮコントローラ１１６から１つまたはそれ以上の近隣リストおよび高速近隣リストを受信する（ステップ６０８）。近隣リストは、ＲＡＮコントローラ１１６の近隣セット３０６が備えたパイロットに基づいている。高速近隣リストは、ＲＡＮコントローラ１１６の高速近隣セット３０８が備えたパイロットに基づいている。ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである本発明の１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、ページング・チャネルを通じてＭＳに近隣リストおよび高速近隣リストの両方を供給することができる。ＭＳ１０６が順方向トラヒック・チャネルを通じて能動状態にある本発明のもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、順方向トラヒック・チャネルを通じてＭＳに近隣リストおよび／または高速近隣リストを供給することができる。本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、以下にさらに詳細に説明するように、ＭＳが高速環境で動作していると判定した場合には、それに応じて、順方向トラヒック・チャネルを通じてＭＳに高速近隣リストを送ることができる。

ＭＳ１０６がＲＡＮ１１４と通信している場合、特にサービスを提供しているＢＳ１２０と通信している場合はいつでも、ＭＳは、直接、すなわちエア・インタフェース１０８を通じて、または中継器１０４およびエア・インタフェース１１０，１１２を通じてＲＡＮと通信することができる。本明細書では、以後、順方向リンク、ページング・チャネル、順方向トラヒック・チャネル、および順方向制御チャネルを、エア・インタフェース１０８、またはエア・インタフェース１１０および１１２の順方向リンク、ページング・チャネル、順方向トラヒック・チャネルおよび順方向制御チャネルと呼ぶことができる。同様に、本明細書では、逆方向リンク、アクセス・チャネル、逆方向トラヒック・チャネルおよび逆方向制御チャネルを、エア・インタフェース１０８またはエア・インタフェース１１０および１１２の逆方向リンク、ページング・チャネル、逆方向トラヒック・チャネ
ルおよび逆方向制御チャネルと呼ぶことができる。

１つまたはそれ以上の近隣リストおよび高速近隣リストを受信した場合には、ＭＳ１０６は、ＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に、近隣セット４１２として受信した近隣リストおよび／または高速近隣セット４１６として受信した高速近隣リストを記憶する（ステップ６１０）。通常、近隣セット３０６および近隣リストそれぞれは、ＭＳのアクティブ・セットに関連するＢＳに隣接する複数の各ＢＳに対応するパイロットのリストを含む。近隣セットおよび近隣リストとは対照的に、高速近隣リストは、ＢＳ１２０および１２６〜１２９すなわち「高速」ＢＳのような複数の各地理的に異なるＢＳに対応するパイロットのリストを含む。例えば、高速近隣セット３０８および高速近隣リストそれぞれは、各「Ｎ番目の」ＢＳに関連するパイロットを含むことができる。この場合、「Ｎ」の値は通信システム１００の設計者により決まる。本発明の１つの実施形態では、高速近隣セット３０８および高速近隣リストそれぞれに関連するＢＳの分布は、ＭＳが高速で移動している場合にはハンドオフの回数が最小限度に低減するように測定され、一方、ＢＳは、アクティブ・セットのＢＳに関連する信号品質の品質が受信できないレベルに低下している場合に、高速で移動中のＭＳが、受信可能な信号を発見できないほど広く分散してはいない。さらに、高速近隣セット３０８および高速近隣リストそれぞれに関連するＢＳは、ＭＳがソフト・ハンドオフ・モードで動作できるように十分近接している。

通信システム１００、詳細にはＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、さらに、ＭＳ１０６が高速環境で動作しているかどうかを判定する（ステップ６１２）。ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである場合には、ＭＳは、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを自分で判定することができる。ＭＳがトラヒック・チャネル上で能動的な通信を行っている場合には、ＲＡＮ１１４および特にＭＳにサービスを提供しているＢＳ、すなわちＢＳ１２０またはＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。

本発明の１つの実施形態では、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内でＭＳが測定したいくつかの最善のパイロット信号の数値に基づいて、ＭＳ１０６が高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである場合には、ＭＳが通信システム１００を移動する際にＭＳはいつでもアクティブ・セット４１０および近隣セット４１２に関連するＢＳのパイロットを監視する。周期的に、ＭＳ１０６は、フレーム誤り率、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）または信号強度のようなＭＳ１０６が監視した各パイロットに関する品質基準を決定する。ＭＳが監視した各パイロットについて決定した品質基準に基づいて、ＭＳ１０６は最善のパイロット信号を測定する。次に、ＭＳ１０６は、ＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に、測定した最善のパイロット信号に関する情報を記憶することができ、および／またはパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）により、サービスを提供しているＢＳ１２０に測定した最善のパイロット信号に関する情報を送ることができ、それにより、ＲＡＮコントローラ１１６に送ることができる。ＭＳは周期的に最善のパイロット信号を測定するので、複数の最善のパイロット信号が測定される。

ＭＳ１０６が測定した複数の最善のパイロット信号に基づいて、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内に測定したいくつかの最善のパイロット信号の数値を測定することができる。いくつかの最善のパイロット信号の数値の各最善のパイロット信号は、いくつかの最善のパイロット信号の数値の他の最善のパイロット信号とは異なるものであり、それにより、ＭＳが複数の各セルの境界エリアで動作しておりＭＳが最善のパイロットを測定する際に複数のセルのパイロット間で前後に切り替えられている状況を、考慮しなくてもすむことが好ましい。次に、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６の中の適当なものが、所定の時
間に測定した最善のパイロットの数値を最善のパイロット信号の数値の閾値と比較する。その閾値は、それぞれ１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４，４０８に記憶することができる。所定の時間に測定した最善のパイロットの数値が最善のパイロット信号の数値の閾値を超えている場合には、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳが高速環境で動作していると判定することができる。

本発明のもう１つの実施形態では、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、同じＢＳによりＭＳがサービスを受けている時間の長さに基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。すなわち、ＭＳ１０６がＭＳにサービスを提供しているＢＳを変える度に、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳがサービスを提供しているＢＳを変えた時点に関する情報を１つまたはそれ以上の各メモリ素子３０４，４０８内に記憶する。記憶している時間に基づいて、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、さらに、１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４，４０８のそれぞれに、ある時間の長さ、すなわちＭＳが最も最近変えたサービスを提供しているＢＳからサービスを受けた時間の長さを測定し、記憶する。次に、ＭＳまたはＲＡＮコントローラは、測定した時間の長さを１つまたはそれ以上の各メモリ素子３０４，４０８内に記憶している時間の閾値と比較する。時間の長さが時間の閾値より短い場合には、ＭＳまたはＲＡＮコントローラは、ＭＳ１０６が高速環境で動作していると判定する。しかし、ＭＳがセルの境界で単に作動しなかっただけで、隣接するセル内に移動したことを確認するために、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、さらに測定した時間の長さが時間の閾値より短い時間の連続回数を測定することができる。測定した時間の長さが時間の閾値より短い時間の連続回数が、サービスを提供しているＢＳの変更閾値を超えた場合には、この閾値を１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４，４０８のそれぞれに記憶することができ、ＭＳまたはＲＡＮコントローラは、ＭＳが高速環境で動作していると判定する。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＭＳ１０６は、ＲＡＮ１１４からＭＳが受信した信号のドップラー・シフトに基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳにサービスを提供しているＢＳからパイロットを受信した場合、ＭＳ１０６は、そのパイロットのドップラー・シフトを測定し、測定したドップラー・シフトを１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４内に記憶しているドップラー・シフトの閾値と比較する。測定したドップラー・シフトがドップラー・シフトの閾値を超えた場合には、ＭＳはＭＳが高速環境で動作していると判定する。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内にＭＳが関与したハンドオフの回数に基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳ１０６がハンドオフを行う度に、ハンドオフに関する情報がＭＭ１１８内に記憶される。その結果、ＭＭ１１８は、ＭＳ１０６が行ったハンドオフの回数の記録を維持する。次に、ＲＡＮコントローラ１１６またはＭＭ１１８は、所定の時間内にＭＳ１０６が行ったハンドオフの回数を測定し、このハンドオフの回数をハンドオフの回数の閾値と比較する。所定の時間内に行ったハンドオフの回数が、ハンドオフの回数の閾値を超えた場合には、ＲＡＮコントローラ１１６またはＭＭ１１８は、ＭＳ１０６が高速環境で動作していると判定する。

ＭＳが高速環境で動作していると判定した場合には、それに応じて、通信システム１００は、高速動作モードに移行し（ステップ６１４）、論理の流れ６００は終了する（ステップ６１６）。本発明の１つの実施形態では、通信システム１００が高速動作モードを行っており、ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである場合には、ＭＳはパイロットをアクティブ・セット４１０に昇進させるために、高速近隣セット４１６を使用する。本発明のもう１つの実施形態では、通信システム１００が高速動作モードを行っており、ＭＳ１０６が順方向トラヒック・チャネルを通じて能動的に通信している場合には、ＲＡＮコ
ントローラ１１６は、近隣リストを更新したものをＭＳ１０６に送るために高速近隣セット３０８を使用する。高速モードの場合に、パイロットをアクティブ・セット４１０に昇進させるために、高速近隣セット４１６または高速近隣セット３０８を使用することにより、通信システム１００は、高速ＢＳへのハンドオフの制限を開始することができる。

図７は、本発明の１実施形態による、ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである場合の、通信システム１００による高速動作モードの論理流れ図７００である。ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードであるので、ＲＡＮ１１４、詳細にはＢＳ１２０を始めとするサービスを提供している高速ＢＳは、順方向トラヒック・チャネルを通じて、高速近隣リスト４１６に更新を送ることはできない。論理流れ図７００は、ＭＳ１０６が、すでに詳細に説明したように、ＭＳが高速環境で動作していると自己判定した場合（ステップ７０４）に開始する（ステップ７０２）。ＭＳが高速環境で動作していると判定した場合には、それに応じて、ＭＳは閾値より強力なパイロットを求めて、高速近隣セット４１２に関連するパイロットをいつでも探索する（ステップ７０６）。閾値はＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に維持される。ＭＳ１０６が、例えば、ＢＳ１２８に関連するパイロットのような、高速近隣セット４１２に関連するパイロットが閾値より強力であると判定した場合には（ステップ７０８）、ＭＳはパイロットを高速近隣セット４１６からアクティブ・セット４１０に昇進させる（ステップ７１０）。ＭＳ１０６は、自律的に、アクティブ・セット４１０が備えるパイロットに基づいて、アイドル・モードのハンドオフを行う（ステップ７１２）。ここで論理の流れ７００は終了する（ステップ７１４）。

図８は、本発明のもう１つの実施形態による、ＭＳ１０６が、ＭＳが順方向トラヒック・チャネルを通じて能動的に通信を行う場合の、通信システム１００による動作の高速モードの論理流れ図８００である。論理流れ図８００は、ＭＳ１０６が、エア・インタフェース１０８に関連する順方向トラヒック・チャネル、または各エア・インタフェース１１０および１１２に関連する順方向トラヒック・チャネルのような１つまたはそれ以上の順方向トラヒック・チャネル、およびエア・インタフェース１０８に関連する逆方向トラヒック・チャネルまたは各エア・インタフェース１１０および１１２に関連する逆方向トラヒック・チャネルのような１つまたはそれ以上の逆方向トラヒック・チャネルを通じて、ＢＳ１２０を始めとする第１のＢＳによりサービスの提供を受けた（ステップ８０４）時点で開始する（ステップ８０２）。ＲＡＮコントローラ１１６またはサービスを提供しているＢＳ１２０のようなＲＡＮ１１４は、すでに詳細に説明したように、ＭＳ１０６が高速環境で動作していると判定する（ステップ８０６）。

ＭＳは、閾値より強力なパイロットを探して、ＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に記憶している近隣セットに関連するパイロットをいつでも探索する（ステップ８０８）。この閾値はＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に維持される。本発明の１つの実施形態では、パイロットを探索している際にＭＳ１０６が使用する近隣セットは、能動モードに移行する前にアイドル・モードのＭＳが最も最近使用した近隣セットである。例えば、ＭＳ１０６が能動モードに移行する前に、最も最近非高速環境内に位置していた場合には、アイドル・モード中にパイロットを探索する際にＭＳが最も最近使用した近隣セットは、近隣セット４１２であったかもしれない。それ故、ＭＳ１０６は、ステップ８０８を実行する際に、近隣セット４１２に関連するパイロットを探索する。もう１つの例を挙げると、ＭＳ１０６が能動モードに移行する前に高速環境内に最も最近位置していた場合には、アイドル・モード中にパイロットを探索する際にＭＳが最も最近使用した近隣セットは、高速近隣セット４１６であったかもしれない。それ故、ＭＳ１０６は、ステップ８０８を実行する際に、高速近隣セット４１６に関連するパイロットを探索する。しかしながら、システム１００の設計者は、ステップ８０８でパイロットを探索する際に、ＭＳがどの近隣セットを使用したのかを決定するために、多数のアルゴリズムの
中の任意の１つを使用することができる。

パイロットが閾値より強力であると判定した場合には（ステップ８１０）、ＭＳ１０６は、サービスを提供しているＢＳ１２０を通じて、ＲＡＮ１１４、詳細にはＲＡＮコントローラ１１６に、好適には、１つまたはそれ以上の逆方向トラヒック・チャネルを通じてＲＡＮにパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）を送ることにより、閾値より強力ななパイロットの決定について知らせる。閾値より強力なパイロットの決定に関する情報を受信した場合（ステップ８１４）、ＭＳ１０６が高速環境で動作していると判定した場合には、それに応じて、また決定したパイロットが、高速ＢＳと関連している場合には、ＲＡＮコントローラ１１６は、１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４内に記憶している高速近隣セット３０８内に維持しているパイロットのリストを修正する（ステップ８１６）。例えば、ＲＡＮコントローラ１１４は、高速近隣セット３０８に強力なパイロットを追加することができ、および／または高速近隣セットから弱いパイロットを削除することができる。

次に、ＲＡＮコントローラ１１６は、高速近隣セット３０８に対してコントローラが行った調整に基づいて、パイロットを探索し、および／またはＭＳが維持するアクティブ・セット、すなわち、近隣セット４１２または高速近隣セット４１６、および／またはアクティブ・セット４１０を更新する目的で、ＭＳが使用している近隣セットを更新するように、ＭＳに命令するメッセージを組立て、ＭＳ１０６に送る（ステップ８１８）。本発明の１つの実施形態では、近隣セットおよび／またはアクティブ・セットを更新するようにＭＳ１０６に命令するメッセージは、ＭＳ１０６にアクティブ・セット４１０にＢＳを追加し、またはアクティブ・セット４１０からＢＳを削除するように命令し、または新しいサービスを提供しているＢＳにハンドオフするように命令するハンドオフ・メッセージを含むことができる。本発明のもう１つの実施形態では、近隣セットおよび／またはアクティブ・セットを更新するようにＭＳに命令するメッセージは、近隣リスト更新メッセージ（ＮＬＵＭ）を含むことができる。本発明のさらにもう１つの実施形態では、近隣セットおよび／またはアクティブ・セットを更新するようにＭＳに命令するメッセージは、ＭＳの近隣セットおよび／またはアクティブ・セットへの昇進をパイロットに知らせる近隣リストメッセージの前に、システム構成メッセージまたはシステム・パラメータ・メッセージを含むことができる。

パイロットを探索するために、および／またはＭＳのアクティブ・セットを更新するために、ＭＳが使用している近隣セットを更新するようにＭＳに命令するメッセージを受信した場合には（ステップ８２０）、ＭＳ１０６は、受信したメッセージに基づいて、ＭＳが使用している近隣セット、および／またはアクティブ・セット、すなわち、近隣セット４１２、高速近隣セット４１６、および／またはアクティブ・セット４１０を修正する（ステップ８２２）。すなわち、受信したメッセージに基づいて、ＭＳ１０６は、パイロットを、近隣セット４１２、高速近隣セット４１６、および／またはアクティブ・セット４１０に昇進させることができる。昇進されたパイロットは、高速ＢＳに関連する。何故なら、ＲＡＮコントローラ１１６により昇進したパイロットは、高速ＢＳに関連するパイロットであるからである。次に、ＭＳ１０６は、アクティブ・セットに追加された新しいＢＳとの通信を開始することができ、および／またはアクティブ・セットからすでに削除されている古いＢＳとの通信を終了することができる（ステップ８２４）。ＭＳ１０６は、さらに、ＭＳが使用した近隣セットに追加された任意のＢＳに関連するパイロットの監視を開始し、および／またはＭＳが使用したが、ＭＳのアクティブ・セット４１０または候補セットに追加されなかった近隣セットから削除した任意のＢＳに関連するパイロットの監視を中止する（ステップ８２６）。ここで論理の流れ８００は終了する（ステップ８２８）。

ＭＳが非常に高速で移動している時に、すなわち、高速環境で動作している時に、高速ＢＳに関連するパイロットだけを、ＭＳに使用される近隣セットおよびアクティブ・セットに昇進させることにより、通信システム１００は、発生し得るハンドオフの回数および最善のパイロットの再決定の回数を低減し、それによりシステムの効率を向上し、システムの処理負荷を低減し、ハンドオフ中の呼の受信の失敗の可能性を低減する。本発明の１つの実施形態では、アイドル・モードのＭＳは、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを自分で判定する。ＭＳが高速環境で動作していると判定した場合には、ＭＳは、ＭＳの近隣セット４１２ではなく高速近隣セット４１６に関連するパイロットの探索に移行し、パイロットをＭＳの高速近隣セットからアクティブ・セット４１０に昇進させる。本発明のもう１つの実施形態では、ＭＳがトラヒック・チャネル上で能動状態にある場合には、ＲＡＮコントローラ１１６が、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定する。ＭＳが高速環境で動作していると判定した場合には、ＲＡＮコントローラは、移行して、ＲＡＮコントローラの近隣セット３０６ではなく高速近隣セット３０８からＭＳにパイロットを送る。

図６について再度説明すると、本発明のもう１つの実施形態では、通信システム１００が高速動作モードへと移行した後で、ＭＳ１０６、ＢＳ１２０を始めとするサービスを提供している高速ＢＳ、またはＲＡＮ１１４、特にＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳがもはや高速環境で動作していないと判定することができる（ステップ６１８）。ＭＳがもはや高速環境で動作していないと判定した場合には、それに応じて、通信システム１００は従来の動作モードである非高速動作モードに移行する（ステップ６２０）。

ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである、本発明の１つの実施形態では、ＭＳ１０６は、ＭＳがもはや高速環境で動作していないと自分で判定する。ＭＳ１０６がもはや高速環境で動作していないと判定した場合、通信システム１００は、ＭＳ１０６により非高速動作モードに移行し、高速近隣セット４１６ではなく自動的に近隣セット４１２に関連するパイロットの探索を開始し、パイロットを近隣セットからアクティブ・セット４１０に昇進させる。

ＭＳ１０６が順方向トラヒック・チャネルを通じて能動的に通信を行っている、本発明のもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６が、ＭＳ１０６はもはや高速環境で動作していないと判定する。ＭＳ１０６がもはや高速環境で動作していないと判定した場合、通信システム１００は、ＲＡＮコントローラ１１６により非高速動作モードに移行し、高速近隣セット３１２ではなくＭＳの近隣セットおよび／またはアクティブ・セットに昇進させるために、パイロットを近隣セット３０６からＭＳ１０６に送る。

本発明の１つの実施形態では、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内でＭＳが測定したいくつかの最善のパイロット信号の数値に基づいて、ＭＳ１０６が高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳ１０６のモードがアイドル・モードである場合には、高速モードで動作していても、ＭＳはアクティブ・セット４１０および近隣セット４１２に関連するＢＳのパイロットをいつでも監視する。周期的に、ＭＳ１０６は、監視した各パイロットに対する品質基準を決定し、この品質基準に基づいて最善のパイロット信号を決定する。次に、ＭＳ１０６は、ＭＳの１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に、決定した最善のパイロット信号に関する情報を記憶することができ、および／または決定した最善のパイロット信号に関する情報を、サービスを提供しているＢＳ１２０に送ることができ、それによりＲＡＮコントローラ１１６に送ることができる。

ＭＳ１０６が決定した複数の最善のパイロット信号に基づいて、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内で測定したいくつかの
最善のパイロット信号の数値を測定することができる。次に、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６の中の適当なものは、所定の時間内で決定した最善のパイロットの数値を最善のパイロット信号の数値の閾値と比較する。所定の時間内で決定した最善のパイロットの数値が、最善のパイロット信号の数値の閾値より低い場合、ＭＳ、サービスを提供しているＢＳ、またはＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳはもはや高速環境で動作していないと判定することができる。

本発明のもう１つの実施形態では、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳが同じＢＳからサービスを受けた時間に基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。すなわち、ＭＳ１０６がＭＳにサービスを提供しているＢＳを変える度に、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、１つまたはそれ以上の各メモリ素子３０４，４０８内に、ＭＳがサービスを提供しているＢＳを変えた時点に関する情報を記憶する。記憶している時間に基づいて、ＭＳ１０６またはＲＡＮコントローラ１１６は、さらに１つまたはそれ以上のメモリ素子３０４，４０８のそれぞれに、ＭＳが最も最近変えたサービスを提供しているＢＳからサービスを受けた時間である時間の長さを測定し、記憶する。次に、ＭＳまたはＲＡＮコントローラは、測定した時間の長さを時間の閾値と比較する。時間の長さが時間の閾値を超えた場合、または測定した時間の長さが時間の閾値を超えた時間の連続回数が、サービスを提供しているＢＳの変更閾値を超えた場合には、ＭＳまたはＲＡＮコントローラは、ＭＳ１０６はもはや高速環境で動作していないと判定することができる。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＭＳ１０６は、ＲＡＮ１１４からＭＳが受信した信号のドップラー・シフトに基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳにサービスを提供しているＢＳからパイロットを受信した場合には、ＭＳ１０６はパイロットのドップラー・シフトを測定する。測定したドップラー・シフトがドップラー・シフト閾値より小さい場合には、ＭＳ１０６は、ＭＳがもはや高速環境で動作していないと判定することができる。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＲＡＮコントローラ１１６は、所定の時間内でＭＳが関与したハンドオフの回数に基づいて、ＭＳが高速環境で動作しているかどうかを判定することができる。ＭＳ１０６がハンドオフを行う度に、ハンドオフに関する情報がＭＭ１１８内に記憶される。その結果、ＭＭ１１８は、ＭＳ１０６が行ったハンドオフの回数の記録を維持する。ＲＡＮコントローラ１１６が所定の時間内で行ったハンドオフの回数が、ハンドオフの回数の閾値より小さいと判定した場合には、ＲＡＮコントローラ１１６は、ＭＳ１０６がもはや高速環境で動作していないと判定することができる。

通信システム１００を高速動作モードから非高速動作モードに移行させることにより、通信システム１００の動作は柔軟になる。通信システム１００は、ＭＳ１０６が高速で移動している場合には、ハンドオフを測定するために高速ＢＳに関連するパイロットを使用し、ＭＳ１０６が停止しているかまたは高速よりも低い速度で移動している場合には、パイロットに対する制約を解除する。それ故、通信システム１００は、ＭＳの速度に適合することができる、適合可能なハンドオフ動作を提供する。

さらに図６について説明すると、すでに説明したように、ＭＳ１０６がＲＡＮ１１４と、特にサービスを提供しているＢＳ１２０と通信している場合はいつでも、ＭＳは、直接、すなわちエア・インタフェース１０８を通じて、または中継器１０４およびエア・インタフェース１１０，１１２を通じて、ＲＡＮと通信することができる。それ故、本発明の１つの実施形態では、ＭＳ１０６はエア・インタフェース１０８を通じてＲＡＮ１１４と通信リンクを確立することができる（ステップ６２２）。しかし、本発明のもう１つの実施形態では、ＭＳは、車両１０２および中継器１０４のような、高速中継器を含む車両内
に位置することができる。この場合、ＭＳ１０６は、エア・インタフェース１１０、中継器１０４およびエア・インタフェース１１２を通じてＲＡＮ１１４との通信を確立することができる（ステップ６２４）。ＭＳ１０６は、中継器１０４の存在を決定した場合、または高速動作モードに移行した場合、中継器１０４を通じて通信を確立することができる。

中継器１０４は、周期的に低電力ビーコン信号すなわちパイロット信号を送信する。本発明の１つの実施形態では、ＭＳ１０６がＢＳのパイロットを監視している場合には、ＭＳはさらに中継器１０４のビーコン信号を監視する。中継器のビーコン信号を検出した場合には、それに応じて、ＭＳはビーコン信号の強度を１つまたはそれ以上のメモリ素子４０８内に記憶しているビーコン信号強度閾値と比較する。検出したビーコン信号の強度がビーコン信号強度閾値を超えた場合には、ＭＳは、ＭＳが高速モードで動作していようといまいと、または高速モードへの移行を命令されていてもいなくても、従来のハンドオフを行うことにより、中継器１０４に関連するエア・インタフェース１１２にチューニングする。本発明のもう１つの実施形態では、ハンドオフを実行する代わりに、中継器１０４の信号は、ＲＡＮ１１４信号の多重パス成分に類似することができる。このような実施形態では、ＭＳ１０６のフィンガー・マネージャは、ＲＡＮ１１４の信号から中継器信号の時間的遅延に移行することができる。本発明のさらにもう１つの実施形態では、ＭＳ１０６は、ＭＳがＭＳに高速モードに切り替えるように命令するシステム・オーバーヘッド・メッセージを受信するまで、中継器１０４のビーコン信号を監視することはできないか、または中継器のビーコン信号をいつでも監視しているが、ＭＳがシステム・オーバーヘッド・メッセージを受信するまで、ＭＳはエア・インタフェース１１２にチューニングすることができない。すなわち、中継器１０４にハンドオフすることができない。

高速動作モードに切り替え、エア・インタフェース１１２の順方向リンクおよび逆方向リンクにチューニングした場合、ＭＳ１０６は、中継器１０４を通じてＲＡＮ１１４と通信する（ステップ６２６）。すなわち、ＭＳ１０６は、ＲＡＮ１１４宛の通信をエア・インタフェース１１２の逆方向リンクを通じて中継器１１４に送る。次に、中継器１０４は、ＭＳ１０６から受信した通信をエア・インタフェース１１０の逆方向リンクを通じてＲＡＮ１１４に転送する。今度は、ＲＡＮ１１４は、ＭＳ１０６宛の通信をエア・インタフェース１１０の順方向リンクを通じて中継器１０４に送る。次に、中継器１０４は、ＲＡＮ１１４から受信した通信を、エア・インタフェース１１０の順方向リンクを通じてＭＳ１０６に転送する。

ＲＡＮ１１４と通信を交換している間に、中継器１０４は、ＲＡＮ１１４から受信した、またＲＡＮ１１４へ送信した信号に対してドップラー・シフト補償を行う。高速ドップラー・シフト補償を行うことができる中継器を設置することにより、通信システム１００は、ＭＳ１０６のようなＭＳが、通常１２０キロメートル／時を超えるＭＳの高速移動によるドップラー・シフトを補償できないという欠点を克服する。

中継器１０４は、通信システム１００の複数のＢＳ１２０〜１２９の１つまたはそれ以上のＢＳに関連するパイロットを監視することにより、高速ドップラー・シフト補償を行う。例えば、任意の特定の時間に、ＭＳ１０６と同様に、中継器１０４は、サービスを提供しているＢＳにより無線通信サービスを受けることができ、サービスを提供しているＢＳに関連するパイロットを監視することができる。中継器１０４は、受信した各パイロットのドップラー・シフトを取得し、測定したドップラー・シフトに基づいて、多重ドップラー・シフト補償係数を決定する。中継器１０４が、ＭＳ１０６とＲＡＮ１１４との間で交換した信号に対して中継器として動作している場合には、中継器は、複数のドップラー・シフト補償係数の中の第１のドップラー・シフト補償係数を、ＲＡＮ１１４から受信したＭＳ１０６宛の信号に適用し、複数のドップラー・シフト補償係数の中の第２のドップ
ラー・シフト補償係数を、ＭＳ１０６から受信したＲＡＮ１１４宛の信号に適用する。

ドップラー・シフトおよびドップラー・シフト補償の測定は、当業者にとって周知である。例えば、本発明の１つの実施形態では、中継器１０４は、受信したパイロットのドップラー・シフトを測定することができ、さらに参照によりその全文を本明細書に組み込むものとする米国特許第６，４４９，４８９号に詳細に記載されているドップラー・シフト補償係数を決定することができる。本発明のもう１つの実施形態では、中継器１０４は、受信したパイロットのドップラー・シフトを測定することができ、さらに下記のようにドップラー・シフト補償係数を決定することができる。ＢＳに関連し、中継器１０４が監視する各パイロットは、関連ＢＳが送信した信号を復号するためのタイミング同期を含む。中継器１０４は、内部発振器を含み、内部発振器および監視した各パイロットまたはＢＳを参照して、ＢＳに関連するパイロット・チャネルの中心を決定することができる。中継器１０４を内蔵する車両１０２が高い速度で移動すると、中継器は監視したＢＳから受信したパイロットの周波数オフセット、すなわちドップラー・シフトを測定することができる。中継器は、中継器のメモリ内に測定した周波数オフセットを記憶する。中継器１０４がＭＳ１０６とＲＡＮ１１４の間で交換した信号に対して中継器として動作している場合には、中継器は、測定した周波数オフセットに基づいて、ドップラー補償係数を決定し、決定したドップラー補償係数をＲＡＮ１１４から受信した信号、およびＲＡＮ１１４に送信した信号に適用する。

ドップラー補償係数を決定し、決定したドップラー補償係数をＲＡＮ１１４から受信した信号およびＲＡＮ１１４に送信した信号に適用することにより、ＭＳが高速モードで動作している場合には、中継器１０４は、ＭＳ１０６に対してドップラー補償を行い、ＲＡＮ１１４と通信を交換する。すなわち、中継器１０４は、ＲＡＮ１１４が送ったＭＳ１０６宛の信号を受信する。中継器１０４は、ドップラー・シフトを補償するためにＲＡＮ１１４から受信した信号を調整する。すなわち、第１の周波数オフセット信号を発生し、ＲＡＮ１１４が中継器１０４に送った場合に、信号が受けたドップラー・シフトを補償するために、ＲＡＮ１１４から受信した信号に第１の周波数オフセットを適用する。このドップラー・シフト補償は、中継器が受信したパイロットのドップラー・シフトに基づいて行われる。次に、中継器１０４は、調整した信号をエア・インタフェース１１２の順方向リンクを通じてＭＳ１０６に送る。中継器１０４は、さらに、ＭＳ１０６が送ったＲＡＮ１１４宛の信号を受信する。中継器１０４は、ドップラー・シフトを補償するためにＭＳ１０６から受信した信号を調整する。すなわち、第２の周波数オフセット信号を発生し、中継器１０４がエア・インタフェース１１０を通じてＲＡＮ１１４に送った場合に、信号に導入されたドップラー・シフトを補償するために、ＭＳ１０６から受信した信号に第２の周波数オフセットを適用する。実際には、周波数のプレ・ディストーションを行う。このドップラー・シフト補償も、中継器が受信したパイロットのドップラー・シフトに基づいて行われる。次に、中継器１０４は、調整した信号をエア・インタフェース１１０の逆方向リンクを通じてＲＡＮ１１４に送る。

特定の実施形態を参照しながら本発明を詳細に図示し、説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに、発明の構成要素に種々の変更を行うことができ、その構成要素の代わりに等価物を使用することができることを理解することができるだろう。それ故、明細書および図面は本発明を制限するものではなく、例示であると見なすべきであり、このようなすべての変更および置き換えは本発明の範囲内に含まれる。

特定の実施形態を参照しながら、本発明の利点、他の効果および問題の解決方法について説明してきた。しかし、何らかの利点、効果または解決方法をもたらしたり、より優れたものにすることができるそのような利点、効果、問題の解決方法、および任意の要素は
、任意のまたはすべての請求項の重要な、必要なまたは本質的な機能または要素と解釈すべきではない。本明細書で使用する場合、「備える、含む（comprises ）」、「備えている、含んでいる（comprising）」という用語またはその任意の他の変形は、構成要素のリストから成るプロセス、方法、物品または装置が、これらの構成要素を含むばかりでなく、リストに明示されていないか、またはこのようなプロセス、方法、物品または装置に内在する、他の要素を含むことができるように、非排他的な内容を含む。さらに、第１および第２、頂部および底部等のような、関係を示す用語が使用されている場合には、これらの用語は、あるエンティティまたは行為を他のエンティティまたは行為から区別するためだけのものであり、必ずしもこのようなエンティティまたは行為間の実際のすべての関係または順序がそのようなものである必要もなければ、そのような関係または順序を意味するものでもないことを理解されたい。

本発明の１実施形態による無線通信システムのブロック図。 本発明の１実施形態による図１の基地局のブロック図。 本発明の１実施形態による図１の無線アクセス・ネットワーク・コントローラのブロック図。 本発明の１実施形態による図１の移動局のブロック図。 本発明の１実施形態による図１の高速中継器のブロック図。 本発明の種々の実施形態による図１の通信システムの高速動作モードの論理流れ図。 本発明の１実施形態による高速モードで動作している、図１の通信システムの論理流れ図。 本発明のもう１つの実施形態による高速モードで動作している、図１の通信システムの論理流れ図。

Claims (10)

1. 高速環境で無線通信サービスを提供する方法であって、
   少なくとも一部は中継器の移動による周波数シフトを測定するステップと、
   第１の周波数オフセットを前記中継器が受信した第１の信号に適用するステップと、
   第２の周波数オフセットを前記中継器が送信した第２の信号に適用するステップと、を含み、
   前記第１の周波数オフセットおよび前記第２の周波数オフセットの周波数オフセットそれぞれが、前記測定した周波数シフトに基づくものである方法。
2. 前記第１の周波数オフセットを適用するステップが、
   無線インフラストラクチャから第１の信号を受信するステップと、
   第１の周波数オフセット信号を生成するために、前記第１の信号に第１の周波数オフセットを適用するステップと、
   前記第１の周波数オフセット信号を、前記中継器と同じ場所に位置する移動局に送信するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の周波数オフセットを適用するステップが、
   第２の信号を、前記中継器と同じ場所に位置する無線通信デバイスから受信するステップと、
   第２の周波数オフセット信号を生成するために、前記第２の信号に第２の周波数オフセットを適用するステップと、
   前記第２の周波数オフセット信号を、無線インフラストラクチャに送信するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
4. 高速環境で動作することができる中継器であって、高速環境で動作している場合に少なくとも一部は前記中継器の移動による周波数シフトを測定し、第１の周波数オフセットを前記高速環境で動作している場合に前記中継器が受信した第２の信号に適用し、第２の周波数オフセットを前記高速環境で動作している場合に前記中継器が送信した第２の信号に適用する、プロセッサを備え、前記第１の周波数オフセットおよび前記第２の周波数オフセットそれぞれが、前記測定した周波数シフトに基づくものである中継器。
5. 前記周波数シフトを測定するステップは、
   無線インフラストラクチャから信号を受け取ることと、
   受け取られた信号のドップラー・シフトを決定することと
   を含む請求項１に記載の方法。
6. 移動局が無線インフラストラクチャに信号を送信するのに必要な電力レベルよりも低い電力レベルで、移動局が中継器に信号を送信するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
7. 前記プロセッサが、無線インフラストラクチャから第１の信号を受け取り、周波数オフセットを生成すべく前記第１の信号に第１の周波数オフセットを適用し、かつ前記第１の周波数オフセット信号を中継器と同じ場所に位置する移動局に送信することにより、第１の周波数オフセットを適用する請求項４に記載の中継器。
8. 前記プロセッサが、中継器と同じ場所に位置する移動局から第２の信号を受け取り、第２の周波数オフセットを生成すべく前記第２の信号に第２の周波数オフセットを適用し、かつ前記第２の周波数オフセット信号を無線インフラストラクチャに送信することにより、第２の周波数オフセットを適用する請求項４に記載の中継器。
9. 前記プロセッサが、無線インフラストラクチャから信号を受け取り、受け取られた信号のドップラー・シフトを決定することにより、周波数シフトを測定する請求項４に記載の中継器。
10. 前記中継器が、移動局の機能を記憶する少なくとも１つのメモリ素子をさらに備え、前記プロセッサは、同移動局の機能を実行することにより、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）に関連するキャリヤおよび変調スキームのうちの少なくとも１つを決定することができ、ＲＡＮに関連するキャリヤおよび変調スキームのうちの少なくとも１つの決定に応じて、自動的にＲＡＮに関連する周波数にチューニングすることができ る請求項４に記載の中継器。

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