JP4261769B2 - 通信システムにおいてハンドオフ候補を決定する方法および装置 - Google Patents

Description

（産業上の利用分野）
本発明は、セルラ通信システムに関し、さらに詳しくは、通信システムにおけるハンドオフのための基地局候補を決定する方法および装置に関する。
【０００１】
（従来の技術）
ハンドオフ(hand-off)とは、移動局があるカバー・エリア(coverage area)から別のカバー・エリアに移動する際に、基地局のネットワークと移動局とが通信を維持するためのプロセスのことである。一般に、通信システムのカバー・エリアは、基地局の地理的な位置によってあらかじめ定められ、あるいは基地局の通話負荷(call loading)レベルと組み合わせて策定されることがある。各カバー・エリアはセルとして定義され、通常一つの基地局が担当する。さらに、各セルはいくつかのセクタに分割され、各セクタはカバー・エリア内で通信を提供する。非常に多くの場合、ハンドオフは、同一セルの２つのセクタの間である。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムでは、２種類のハンドオフ手順、すなわち、ハード・ハンドオフおよびソフト・ハンドオフ、がサポートされる。同一セルの２セクタ間のハンドオフは、ソフト・ハンドオフ手順によって実施される。ソフト・ハンドオフ中の通信リンクは、現在進行中の搬送周波数と同じ周波数を有する別の搬送波(carrier)に転送される。その結果、ソフト・ハンドオフを開始した移動局は、ハンドオフ・プロセス中に現在の通信リンクを中断しない。ハード・ハンドオフでは、現在進行中の通信リンクは、別の搬送周波数へのハンドオフのために中断される。
【０００２】
ＣＤＭＡシステムでは、特定の符号チャネル上のパイロット・チャネルが各基地局から送信される。セルがいくつかのセクタに分割される場合、パイロット・チャネルも各セクタに割り当てられる。一般に、セルは３ないし６つのセクタを有する。とりわけ、パイロット・チャネルは、移動局にハンドオフ手順を指示するために用いられる。移動局がカバー・エリア内に移動すると、通信システム内の全てのセルおよびセクタのリストが移動局に送信される。このリストは、多くのセルおよびセクタのパイロット信号のリストを収容する。移動局は、リスト内にあるセルおよびセクタのパイロット信号を常時探している。移動局はパイロット信号の強度を測定し、これは以降のハンドオフのための可能候補パイロット信号のリストを作成する条件として利用される。全てのパイロット信号のリストは通常極めて長いので、移動局は全てのパイロット信号を走査するために長い時間を費やし、その過程でバッテリ電力を消費する。また、長いリストは走査レートを低減し、その結果、ハンドオフ遅延が生じる。さらに、パイロット信号の長いリストを走査することは、複雑なサーチ・エンジン(search engine)を通常必要とし、このサーチ・エンジンの複雑さは移動局のバッテリ電力消費をさらに増加する。従来技術では、移動局は、自局のバッテリ電力を節約するために、走査するパイロット信号の数を制限する。その結果、パイロット信号の限定候補リストが作成される。
【０００３】
移動局ハンドオフ・プロセスは、候補パイロット信号のリストを収容するメッセージを基地局に送信することによって開始される。ＣＤＭＡシステム・プロトコルでは、このメッセージは「パイロット強度測定メッセージ(Pilot Strength Measurement Message)」という。候補パイロット信号は、ハンドオフ手順を完了する成功の可能性に一般に基づく優先度に従って整列される。候補リストが基地局に送信されると、その後基地局は、ハンドオフを開始する指示とともに、「ハンドオフ指示メッセージ(Hand-off Direction Message)」で、移動局に返答する。ハンドオフが完了すると、移動局は、ハンドオフ・プロセスの完了成功を示す「ハンドオフ完了メッセージ(Hand-off Completion Message)」を送信する。
【０００４】
選択されたパイロット候補がハンドオフ手順中にハンドオフ・プロセスの完了に失敗すると、通信システムは「パイロット強度測定メッセージ」で受信したパイロット候補リスト内の他のパイロット候補に移行する。限定候補リストが獲得されるので、ハンドオフ手順の完了が成功する前に、パイロット信号のリストが空になることがある。ソフト・ハンドオフ・プロセスの場合、ハンドオフ手順は、通話が中断されず、過剰な遅延が阻止されるような時間期間内に完了されるべきである。ハンドオフ・プロセスが完了する前にリストが空になると、移動局は予定外の通話の終了を実行するか、あるいは他のパイロット信号を探すことによって新たな候補リストを作成することを試み、これはハンドオフ・プロセスをさらに遅らせる。いずれにせよ、結果は極めて望ましくない。
【０００５】
従って、ソフト・ハンドオフ手順のためのパイロット信号候補リストを作成する改善された方法および装置が必要とされる。
【０００６】
（好適な実施例の説明）
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムは、カバー・エリアにおいてワイヤレス通信を提供し、少なくとも基地局および移動局を含む。基地局は、複数のセクタを有する。各セクタは、カバー・エリアのワイヤレス通信を提供する。各セクタは、セクタに対する、あるいはセクタからのハンドオフ手順を指示するためのパイロット信号を送信する。移動局がセクタのうちの一つと通信中のとき、順方向リンク信号がそのセクタから移動局に送信される。移動局は、双方向通信リンクを維持するために逆方向リンク信号を送信する。逆方向リンク信号は、順方向リンク信号を送信しているセクタにおいて最高レベルにて通常受信される。さらに、逆方向リンク信号は、より低い信号レベルにて他のセクタによっても受信される。また、移動局は、可能なソフト・ハンドオフのための候補パイロット信号のリストを含むメッセージを送信する。本発明の一態様に従って、候補リストを決定する方法は、各セクタにおいて受信される逆方向リンク信号レベルを測定することを含む。次に、順方向リンク信号を送信中のセクタにて受信された逆方向リンク信号レベルを、他の全てのセクタにて受信された逆方向リンク信号と比較する。最後に、前記比較する段階の結果に基づいて候補リストを決定する。候補リストは、移動局以外のユニットによって自律的に編集されるので、移動局が基地局内の全てのセクタのパイロット信号を測定する必要がなくなる。これにより、移動局は自局のバッテリ電力を節約し、複雑さを低減できる。
【０００７】
具体的には、符号分割多元接続通信システムにおいて、移動局によって送信される「パイロット強度測定メッセージ」は４セットの候補リストを収容する。これらのセットは、所定の優先度で配列される。第１優先セットは、「アクティブ・セット(Active Set)」という。アクティブ・セットに列挙された基地局候補は、移動局にすでに割り当てられた順方向トラヒック・チャネルを有する。二番目に高い優先セットは、「候補セット(Candidate Set)」である。候補セット内の候補リストは、関連する順方向リンクがうまく復調されることを示すのに十分な強度で、パイロット信号が移動局によって受信されるところのセルおよびセクタのことである。三番目に高い優先セットは、「近傍セット(Neighbor Set)」である。近傍セット内の候補リストは、関連するトラヒック・チャネルが復調される可能性があることをパイロット信号の強度が示すところのセルおよびセクタのことである。近傍セット内のリストは、アクティブ・セットおよび候補セット内の候補リストを除外する。４番目すなわち最後の優先セットは、「残存セット(Remaining Set)」である。残存セットは、アクティブ・セット，候補セットおよび近傍セットに収容されるリストを除く、通信システム内の全ての可能なパイロットのリストを収容する。
【０００８】
移動局は、パイロット信号から情報を収集するのに多くの時間を費やすと、より正確な結果を獲得する。しかし、一般に移動局は限られた消費電力しかなく、パイロット・チャネル情報を収集するのに長い時間を費やすことができない。さらに、ＣＤＭＡ通信システムは多くのセルおよびセクタを有し、それぞれが関連したパイロット・チャネルを有する。各候補セットについて完全な候補リストを作成するためには、移動局は通信システム内の各パイロット・チャネルについて走査するために極めて長い時間を費やす必要がある。この問題を解決するため、従来技術では、通信システム・オペレータは、ＣＤＭＡシステム・プロトコルに準拠する一方で、アクティブ・セットおよび候補セット情報のみを収容するようにパイロット強度測定メッセージを制限している。その結果、移動局は限定され、また多くの場合、不十分な、パイロット・チャネル情報セットを作成する。この問題に対応して、本発明の別の態様に従って、基地局は、各セクタにおいて受信された逆方向リンク信号レベルに基づいて、候補セット内の同一セルのセクタ候補を自律的に決定し、それにより移動局が全てのセクタのパイロット信号を走査する必要性を省く。
【０００９】
図１を参照して、移動局は、基地局１００におけるセクタ１５０からセクタ１６０にハンドオフを行う手順において、３つの段階１１０，１２０，１３０を実施する。段階１１０，１２０，１３０は、それぞれ初期段階，プロセス段階および完了段階である。初期段階１１０において、移動局１０１は、ハンドオフ・プロセスのためのパイロット候補のアクティブ・セット，候補セット，近傍セットおよび残存セットに関する情報を収容する、パイロット強度測定メッセージ１５１をセクタ１５０に送信する。プロセス段階１２０において、セットの優先順序での各セット内の候補リストは、ハンドオフ手順を完了するために用いられる。セクタ１６０が選択されると、完了段階１３０において、セクタ１５０および移動局１０１は通信リンク１５１を終了し、移動局１０１はリンク１６１を介してセクタ１６０との通信を継続する。プロセス段階１２０において、ハンドオフが完了する前に一つのセット内の候補リストが空になると、次に低い優先セット内の新たな候補が高い優先セットに昇格され、可能なハンドオフのために用いられる。
【００１０】
図２を参照して、符号分割多元接続通信システムのセル２００の構成は、６つのセクタ２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０を含んで示されている。セル２００は、全てのセクタから信号を受信する一つの基地局が担当する。このような受信機を２９８に示す。また、セル２００はコントローラ２９９によって制御され、このコントローラ２９９は全てのセクタを制御できる。各セクタは、少なくとも一つのパイロット信号を送信する。パイロット信号２１２，２２２，２３２，２４２，２５２，２６２が示されている。全てのパイロット信号の初期リストは、移動局２９０に送信される。移動局２９０は、セクタ２１０と通信中として示されている。順方向リンク２１１は、移動局２９０に送信される。逆方向リンク２１５は、双方向通信リンクを維持するために、移動局２９０によって返信される。ただし、逆方向リンク信号２１５はあらゆる方向に伝搬する。従って、その電力の一部は、移動局２９０と順方向リンク通信中であるセクタ以外のセクタにおいても受信されることがある。これらの信号は、例えば、信号２１６，２１７として示されている。信号２１６は、セクタ２２０において受信されることがある。従って、受信機２９８は、セクタ２１０において信号２１５を受信するだけでなく、セクタ２２０において信号２１６を受信する。同様に、信号２１７は、２６０など他のセクタによって受信されることがある。
【００１１】
従来技術による移動局２９０は、候補リストを作成するために、全てのパイロット信号２１２，２２２，２３２，２４２，２５２，２６２を走査する必要があった。本発明の一態様に従って、基地局コントローラ２９９は、他のセクタを含むことができる候補セットを決定する。候補セット内のリストは、信号２１６のパワー・レベルが信号２１５の所定のレベル以内である場合に、セクタ２２０を含む。一般に、信号２１５と信号２１６との間の差は、セクタ２２０を候補リストに含むためには、６〜１０ｄＢの範囲であるべきである。ただし、本発明は、６〜１０ｄＢの範囲に限定されない。信号２１６がはるかに低い信号レベルでセクタ２２０にて受信されると、セクタ２２０がハンドオフの良好な候補である可能性は極めて低く、そのため、これは候補リストに含めるべきではない。従って、ハンドオフの候補リストは、移動局が全てのパイロット信号を走査する必要なしに作成され、そのためバッテリ電力を節約する。受信機２９８は、基地局の各セクタにおいて受信される全ての逆方向リンク信号の信号強度を測定し、いずれかのセクタを候補リストに含めるためにそれぞれの相対レベルを比較する。受信機２９９の動作および設計は、当技術分野で周知である。
【００１２】
セクタ２２０にて測定される信号２１６は、移動局が高速で移動することに起因する振幅変動を生じることがある。その結果、信号２１６の瞬時パワー測定は、誤った結果を生じることがある。これに応答して、本発明の別の態様では、移動局の速度が高い場合に、信号２１６の平均パワーが測定され、逆方向リンク信号２１５のパワー・レベルと比較され、セクタ２２０をハンドオフ候補リストに含めるべきかを判定する。移動局の速度が高く、信号２１６のレベルが短い時間期間で平均レベルを繰り返し超える場合、平均信号レベル測定はこの同様な短い時間期間で行われる。一般に、平均化ウィンドウは(averaging window)は、低速で移動中の移動局の場合でも、適度に短い。ただし、移動局２９０の速度が極めて低い場合、平均信号レベル測定は長い時間を要することがある。ほとんどの基地局はデュアル・アンテナ・ダイバーシチ(dual antenna diversity)を有し、そのためあらゆる場合で平均化ウィンドウを短縮できる。
【００１３】
候補リストに候補を追加するプロセスの次に、既存の候補が脱落閾値(drop-threshold)以下である場合に、リストにすでに含まれている他の候補を脱落させるプロセスが実施される。受信した逆方向リンク信号レベルが、移動局と順方向通信中のセクタにて受信された逆方向リンク信号の所定のレベルよりも低い場合に、候補はリストに追加される。この所定の信号レベル差は、追加閾値(add-threshold)という。従って、受信した逆方向リンク信号レベルがこの制限以内の場合、セクタは候補リストに追加される。リストから候補を脱落させる場合、受信した逆方向リンク信号レベルは、所定の脱落閾値に少なくとも等しい差を有していなければならない。脱落閾値レベルは、追加閾値レベルよりも大きい。従って、この環境での信号伝搬の結果としての信号レベル差のヒステリシス(hysteresis)は、不安定な候補リストを作成しない。
【００１４】
図３を参照して、時間に対する信号２１５，２１６の典型的な信号レベル特性を示す。一例として、追加閾値３１０および脱落閾値３２０が示されている。時間Ｔ１である３１１にて、信号２１５，２１６は追加閾値レベル３１０以内である。従って、信号２１６２を受信中のセクタ２２０は、候補リストに追加される。時間３１１から３２１では、信号２１５と２１６との間の差が追加閾値３１０以下に低下し、信号２１６を受信中のセクタ２２０はこれらの時間の間では候補リストから脱落しない。時間Ｔ２である３２１において、信号２１５，２１６は脱落閾値３２０を超える。従って、時間Ｔ２である３２１において、セクタ２２０は候補リストから脱落する。
【００１５】
以上、本発明について特定の実施例を参照して図説してきたが、発明の精神および範囲から逸脱せずに、形式および詳細におけるさまざまな変更が可能なことが当業者に理解される。特許請求の範囲におけるあらゆる手段または段階ならびに機能要素の対応する構造，材料，行為および同等は、具体的に請求されるように、他の請求要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造，材料または行為を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 通信システムにおける同一セルの２セクタ間のハンドオフ手順の各段階を示す図である。
【図２】 移動局が順方向および逆方向リンク信号を介して移動局と通信している、セルのセクタ構成と、関連受信機およびコントローラを示す図である。
【図３】 逆方向リンク信号と、基地局の各セクタにおける受信時間に対する相対的な振幅の一例を示す図である。

Claims (15)

1. 通信システムにおいてソフト・ハンドオフ手順のためのハンドオフ候補のリストを決定する方法であって、前記通信システムはカバー・エリア内でワイヤレス通信を提供し、前記通信システムは複数のセクタを有する基地局を含み、前記基地局は移動局と通信するための順方向リンク信号を送信し、前記移動局は逆方向リンク信号とメッセージ信号を送信し、前記メッセージ信号は複数のハンドオフ候補セクタの前記リストを含み、前記方法は：
   前記複数のセクタにて受信される複数の前記逆方向リンク信号のレベルを測定するレベル測定段階；
   前記順方向リンク信号を送信中のセクタにて受信された複数の前記逆方向リンク信号のレベルのうちの一つと、前記複数のセクタのうちの他の全ての前記セクタにて受信された前記逆方向リンク信号のレベルとを比較する比較段階；および
   前記比較段階の結果に基づいて、前記複数のハンドオフ候補セクタの前記リストを決定する決定段階；
   によって構成されることを特徴とする、方法。
2. 前記メッセージ信号は、パイロット強度測定メッセージ信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記パイロット強度測定メッセージ信号は、前記複数のハンドオフ候補セクタの前記リストが含まれる候補セットを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記通信システムは、符号分割多元接続通信システムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記比較段階は、他の全ての前記セクタにて受信される前記逆方向リンク信号のレベルが、前記順方向リンク信号を送信中の前記セクタにて受信される前記逆方向リンク信号の所定レベル以内であるか否かを比較して判定する判定段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記判定段階は、前記リストの候補セットの前記セクタのうちのどれが、前記所定レベル以内の前記逆方向リンク信号のレベルを有するか判定することを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記所定レベルは、前記順方向リンク信号を送信中の前記セクタにて受信される前記逆方向リンク信号のレベルよりも低いことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記候補リストは、前記逆方向リンク信号を受信した複数のセクタのうち、追加閾値レベル以内の任意のセクタを前記比較段階に従って含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記候補リストは、既に含むセクタから、脱落閾値レベル以下の前記逆方向リンク信号を受信した任意のセクタを、前記比較段階に従って除外していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記追加閾値レベルは、前記脱落閾値レベルとは異なることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記追加閾値レベルは、前記脱落閾値レベルよりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記方法は更に、前記移動局の速度を判定する速度判定段階を含み、
    前記候補リストは、前記比較段階と前記速度判定段階の結果に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記レベル測定段階は、前記逆方向リンク信号の平均レベルを測定する平均レベル測定段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記平均レベル測定段階は、前記移動局の速度に基づく時間枠において行われることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. カバー・エリア内でワイヤレス通信を提供する通信システムであって、前記通信システムは：
    少なくとも対応する複数のパイロット信号を送信する複数のセクタを有する基地局；
    前記基地局から順方向リンク信号を受信し、前記基地局に対して逆方向リンク信号とメッセージ信号とを送信する移動局であって、前記メッセージ信号はソフト・ハンドオフ手順のための複数の候補セクタのリストを含むことと；
    を備え、
    前記基地局は：
    前記複数のセクタにて受信される逆方向リンク信号レベルを測定する測定手段；
    前記順方向リンク信号を送信中のセクタにて受信された前記逆方向リンク信号のレベルと、前記複数のセクタのうちの他の全てのセクタにて受信された前記逆方向リンク信号のレベルとを比較する比較手段；および
    前記比較手段の結果に基づいて候補セクタの前記リストを決定するコントローラ；
    を備える、通信システム。

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