JP4584327B2 - 電話呼輻輳の動的低減 - Google Patents

Description

本発明は、電話呼輻輳の動的低減に関し、特に移動電話システムにおける電話呼輻輳の動的低減に関する。

広域自動車通信システム（ＧＳＭ）のような移動電話通信システムでは、共通制御チャネル上で「呼セットアップ」が発生する。図１の移動電話通信システム１０で示されるように、移動電話ユニット１２がセル・クラスタ１４、１６および１８の１つに配置され、その各々にセルＡ〜Ｇが含まれる。移動電話ユニット１２は付近全体の多数の基地局２０、２２および２４の電力レベルを測定し、それぞれの基地局２０、２２、２４を経由して基地局制御装置２６に電力レベル測定値を報告する。次に、基地局制御装置２６は移動端末ユニット１２によって要求された呼を最強基地局２０、２２、２４に割り当てまたはセットアップする。基地局制御装置２６は移動端末ユニット１２に関する決定を行い、（移動端末ユニット１２による報告に従って）最強基地局２０、２２、２４に命令を送信し、望ましい呼をセットアップする。

輻輳は、特定のセル（この場合、セル・クラスタ１６のセルＡ）で呼をセットアップしようとする移動端末ユニットが多すぎて、既存の構成を超える追加チャネル能力を必要とする場合、発生する。

セル１６のクラスタは、そのカバレージ・エリア内の移動端末ユニット１２にサービスを提供する。場合によっては、移動ユーザが高い密度でクラスタ１６の１つのセルの周囲に集まり、隣接セルに存在するより高いブロッキングの確率を生じることがある。

特定の例では、セル・クラスタ１６のセルＡに、スポーツの行事のようなある行事が行われる地域が含まれ、セルＡは、例えば、呼の１０％が割り当てされないといったしきい値を超える輻輳レベルを経験するが、クラスタ１６の他のすべてのセルＢ〜Ｇの輻輳は、１０％よりはるかに低く、例えば、１％未満である。この輻輳のため、クラスタ１６のセルＡの中の移動電話ユニットの中には呼が割り当てされないものがある。その結果、多くの加入者は望ましい呼を完了することができない。

本発明は、最強サーバの輻輳がしきい値レベルを超えている時、最強基地局の電力レベルを表す値を調整する方法、装置、製造品および伝搬信号を提供することでこの問題を解決する。最強サーバのレベルが調整された後、基地局の順序が再配列され、移動端末ユニットが配置される場所で別のセルが最強セルになるので、最強基地局のセットアップ半径が有効に低減される。この低減はそのセルのサービスの対象になる加入者の数に影響を与え、ひいてはそのセルの輻輳低減に帰結する。

図１は、基地局制御装置２６によって制御されるネットワーク内のセルのいくつかのクラスタを示す。各セル１４Ａ〜Ｇ、１６Ａ〜Ｇ、１８Ａ〜Ｇはそれらのカバレージ・エリア内の移動端末にサービスを提供する。場合によっては、移動ユーザがクラスタ内の１つのセルの周囲に高い密度で集まり、そのセルについて隣接セルよりはるかに高いブロッキングの確率を生じることがある。
例えば、セルＡがしきい値（１０％のような）を超える輻輳レベルを経験しており、そのクラスタの他のすべてのセルの輻輳レベルは１０％よりはるかに低い（例えば、＜１％）と想定する。

上記で示したように、輻輳は、特定のセル（この場合、クラスタ１６のセルＡ）で呼をセットアップしようとする移動端末が多すぎ、既存構成を超える追加チャネル能力を必要とする場合、発生する。

ＧＳＭにおける呼セットアップが共通制御チャネル上で発生し、そこでは移動端末ユニット１２が付近全体の多数の基地局２０、２２、２４の電力レベルを測定し、測定値を基地局制御装置（ＢＳＣ）２６に報告する。次に、呼は最強サーバにセットアップされる。ＢＳＣ２６は移動端末ユニット１２に関する決定を行い、（移動端末ユニット１２の報告に従って）命令を最強サーバ基地局に送信し、呼をセットアップする。

図２Ａに示されているように、ＢＳＣ２６には少なくともプロセッサ３０と製造品３２が含まれる。製造品３２にはさらに記憶媒体３４と実行可能なコンピュータ・プログラム３６が含まれる。実行可能なコンピュータ・プログラム３６には、呼輻輳を動的に低減する命令が含まれる。他の実施形態では、図２Ｂで示されるように、実行可能なコンピュータ・プログラム３６は外部供給伝搬信号３８の一部として提供される。

図３に示されるように、基地局２６にはまた無線トランシーバ４０が含まれる。無線トランシーバ４０は基地局２６内部の電子ユニットであり、送信機および受信機を含む。１つの実施形態では、無線トランシーバ４０には、送信機４２、送信ＲＦ電力増幅器４４、受信機４６、ダイバーシティ受信機４８および制御回路５０が含まれる。送信ＲＦ電力増幅器４４の出力は送信アンテナ（図示せず）に供給され、受信機４６とダイバーシティ受信機４８の出力は受信アンテナ（図示せず）に提供される。

本発明には、ＢＳＣ２６の実行可能なコンピュータ・プログラム３６に対する修正が含まれるので、あるしきい値レベルを超えるセルＡの輻輳に際して、最強サーバのレベルに調整が適用される。最強サーバのレベルが低減されると、サーバの順序が再配列され、移動電話が位置する場所で別のセルが最強サーバ・セルとなる。従って、事実上、元の最強サーバのセットアップ半径が縮小されたことになる。この低減はそのセルのサービスの対象になる加入者の数に影響を与え、ひいては輻輳の低減に帰結する。

好適な実施形態では、調整ΔＲは、移動端末ユニット１２によって測定された受信信号レベルの「−ｚｄＢ」の一定の減少の結果である。これは、図４に示されているように、元の最強サーバのセットアップ半径の縮小を生じる。しかし、調整「−ｚｄＢ」は一定のｄＢ減少である必要はない。実際には、調整は異なった種類の固定調整か、または何らかの方法で、例えば、時間につれて変化する調整のことがある。

システムの発振、すなわち、輻輳レベルの上下に伴う起動と停止を防止するために、低い値と高い値の２つのしきい値が定義される。セルの１つの輻輳があるレベル、すなわち、２０％を超える時、ＢＳＣ２６で低減が起動され、輻輳が別のレベル、すなわち、５％より低くなるまで停止されない。これによって発振動作が防止される。

呼セットアップ半径の縮小の効果は、経路損失の低減からわかる。ＧＳＭ規格は、伝播計算についてＨａｔａモデルの使用を推奨している。このモデルは、次のように経路損失Ｌ（単位：ｄＢ）を予測するものとして簡単に示すことができる。
Ｌ＝Ｌａ＋Ｌｂ＊Ｌｏｇ（Ｒ） （１）

項Ｌａは、都市化レベル、基地局のアンテナ高さ、移動端末ユニットのアンテナ高さおよびＲＦ周波数の関数である。従って、項Ｌａは、都市、都市近郊、準農村、農村のような都市化等級について変化する。項Ｌｂは、
Ｌｂ＝４４．９−６．５５＊Ｌｏｇ（ｈＢ） （２）
によって与えられるが、ここで、ｈＢは地表からのアンテナ高さ（単位：メートル）である。

損失経路の微分形式は次式を生じる。
ΔＲ／Ｒ＝ΔＬ／Ｌｂ （３）
項ｚ＝ΔＬと、Ｌｂについて、４４．９−６．５５＊Ｌｏｇ１０（ｈＢ）を使用すると、次式となる。

輻輳セルの中でトラヒックが均一に分布していると仮定すると、セルＡで呼をセットアップしようとする加入者の数の割合低減は次式となる。

式（５）のグラフが図５に示される。

呼セットアップ半径低減によるブロッキング確率の低減を推定するために、呼セットアップ・トラヒックがアーランＢモデルによってモデル化されると仮定すると、そこでは、ブロッキングの確率は次式である。

ここで、λは話中時間の呼の割合であり、Ｔは平均呼継続時間（単位：分）であり、Ｎは利用可能チャネルの合計数である。

図６は、本発明の１つの実施形態で電話呼輻輳が動的に低減されるサイト構成の例を示す。図６に示されるサイト構成には、地理学的北に対してそれぞれ３０°、１５０°および２７０°の方向を指す３つのセクタａ、ｂおよびｃが含まれる。図６に示されているように、各セクタａ、ｂおよびｃには４つの無線トランシーバ４０が含まれる。その結果、図６に示されるサイト構成は（４、４、４）構成であることが示される。同様に、（２、２、２）サイト構成は各セクタａ〜ｃに２つの無線トランシーバ４０だけを有する。

図７および図８は、４４ミリアーラン／加入者の話中時間に開始される呼の合計数の関数として、様々なサイト構成のブロッキングの低減を示し、図９および図１０は、２２ミリアーラン／加入者の同じ曲線を示す。ミリアーラン／加入者はトラヒック使用量の単位である。すなわち、１アーランは６０分間続く１つの呼、各３０分間続く２つの呼または２０分間続く３つの呼等である。呼の継続時間がＴ分間である場合、アーランＥは次式によって決定される。
Ｅ＝Ｔ／６０ （７）

例えば、４４ミリアーラン／加入者は０．０４４アーラン／加入者に等しいので、Ｅは０．０４４に等しい。式（７）を使用して、呼の継続時間Ｔについて解くことができるが、その場合、ＴはＥ×６０すなわち（０．０４４）×６０＝２．６４分である。

グラフが示すところによれば、セルＡ（これは輻輳サイトである）での輻輳低減は低構成サイト（（２、２、２）以下）の場合より高構成サイト（（４、４、４）以下）の場合の方が大きく、ミリアーラン／加入者がより低い場合に、より有効である。

輻輳低減率が図１１および図１２でグラフ化される。これらの図が示すところによれば、本発明は高構成サイトにおいて、また加入者の挙動が小さなチャネル保持時間を示す範囲においてより有効である。一例として、サービスエリア内の加入者からのトラヒック負荷が、話中時間の呼試行の合計数が２６００呼であるような（５、５、５）サイトとして構成されたセルを考察する。図１１を使用すると、そのセルの輻輳は８０％低減される。さらに、図１２に示されるように、４４ミリアーラン／加入者の場合、低減率は２６％である。

上記で説明したように、本発明は、非輻輳セル、または非常に少ない輻輳セルのクラスタ内の輻輳セルの輻輳を低減する。
この技術は、セルの輻輳レベルが高い方のしきい値レベルに達する時だけ起動され、輻輳レベルが低い方のしきい値まで低下しない限り停止されない。２つのしきい値を有することで、機能の発振状態、すなわち相次ぐ起動と停止が防止される。

上記で特定された好適な実施形態はＧＳＭシステムに関連して説明されたが、北米ＴＤＭＡシステムまたはＣＤＭＡシステムのような他の通信システムにも応用可能である。同様に、本発明の好適な実施形態はＧＳＭシステムの基地局制御装置で行われるものとして説明された。しかし、上記で説明された電力レベル調整技術は、基地局のようなＧＳＭシステムの他の要素でも行うことができる。同様に、他の要素を含む他のアーキテクチャでも、本発明の電力レベル調整技術は、移動交換システム（ＭＳＣ）、選択および分配ユニット（ＳＤＵ）または他の適切なアーキテクチャ要素で行うことができる。また、好適な実施形態は、上記で説明されたように呼セットアップを決定するパラメータとして輻輳値を利用するが、割り当て率、セットアップ率およびブロッキング率のような他のパラメータが利用されることもある。

このように本発明が説明されたが、これが様々に変化することは明らかである。こうした変形は本発明の精神および範囲からの逸脱とはみなされず、当業技術分野に熟練した者にとっては明らかなこうしたすべての修正は以下の特許請求の範囲内に含まれることを理解されたい。

１つの基地局制御装置によって制御されるネットワーク内のセルのいくつかのクラスタを示す図である。 本発明の好適な実施形態の基地局制御装置を示す図である。 本発明の好適な実施形態の基地局制御装置を示す図である。 本発明の他の好適な実施形態の基地局制御装置の別の要素を示す図である。 セルＡの呼セットアップ半径の調整を示す図である。 低減率の関数として呼をセットアップしようとする加入者数の割合減少を示す図である。 本発明の１つの実施形態で電話呼輻輳が動的に低減されるサイト構成の例を示す図である。 特定のサイト構成でのブロッキングの低減を示す図である。 特定のサイト構成でのブロッキングの低減を示す図である。 特定のサイト構成でのブロッキングの低減を示す図である。 特定のサイト構成でのブロッキングの低減を示す図である。 話中時間当たりの開始呼試行の数の関数として輻輳低減率を示す図である。 話中時間当たりの開始呼試行の数の関数として輻輳低減率を示す図である。

Claims (7)

1. 呼をセットアップする方法であって、
   基地局制御装置で、セルの電力レベルを表す値を受信するステップと、
   前記基地局制御装置で、輻輳に基づいて前記セルの電力レベルを表す値を調整して、調整値を生成するステップと、
   前記調整値に基づいて前記呼をセットアップするステップとを含み、
   前記調整するステップは前記輻輳が２つのしきい値のうち高い値を超えるとき起動され、前記輻輳が低いしきい値より低くなるまでは停止されず、
   前記調整するステップが、前記セルをサービスする基地局の優先順位を変化させ、前記セルでセットアップされる呼の数を低減するように、前記セルの電力レベルを表わす値を調整するステップを含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記受信および調整するステップが少なくとも２つのセルについて行われ、前記セットアップするステップが前記少なくとも２つのセルのうちの最大調整値を有する１つで前記呼をセットアップする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記調整するステップが、固定された調整率を前記セルの電力レベルを表す値に適用するステップを含む方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記呼が移動電話呼である方法。
5. 電力レベル調整器であって、
   セルの電力レベルを表す値を受信する受信機と、
   輻輳に基づいて前記セルの電力レベルを表す値を調整して、調整値を生成するプロセッサとを備え、
   前記電力レベル調整器が前記調整値に基づいて呼をセットアップし、
   前記プロセッサは前記輻輳が２つのしきい値のうち高い値を超えるとき起動され、前記輻輳が低いしきい値より低くなるまでは停止されず、
   前記プロセッサが、前記セルをサービスする基地局の優先順位を変化させ、前記セルでセットアップされる呼の数を低減するために、前記セルの電力レベルを表わす値を調整する電力レベル調整器。
6. 請求項５に記載の電力レベル調整器において、前記受信および調整するステップが少なくとも２つのセルについて行われ、前記セットアップするステップが前記少なくとも２つのセルのうちの最大調整値を有する１つで前記呼をセットアップする電力レベル調整器。
7. 請求項５に記載の電力レベル調整器において、前記プロセッサが、固定された調整率を前記セルの電力レベルを表す値に適用することによって前記調整を行う電力レベル調整器。

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