JP4640556B2 - 移動無線端末、ハンドオーバ方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、基地局に無線接続して通信ネットワークに接続可能とする移動無線端末に関する。詳しくは、基地局との接続を切り替えるハンドオーバ方法に特徴を有する移動無線端末、ハンドオーバに用いるプログラムおよびハンドオーバ方法に関する。

セル方式を採択する移動端末通信システムでは、通信を途絶することなく基地局を変更するハンドオーバ処理（ハンドオフ処理）が求められる。

ハンドオーバ処理は様々な方式が提案されており、一般的には受信電界強度を用いて移動無線端末が受信電界強度の強い基地局を選択して通信している。 また、移動無線端末は、ハンドオーバ処理の起動条件を閾値として記憶保持し、当該閾値より受信電界強度の強さが低下した場合に、ハンドオーバ処理を行っている。

図１は、ハンドオーバ処理実行閾値よるハンドオーバ実行処理を示す説明図である。

移動無線端末におけるハンドオーバ処理の実行は、図１に示すとおり、ハンドオーバ実行閾値の高低により、実行される。ハンドオーバ処理は、高い通信レベルでハンドオーバさせた場合、ノイズに対する耐力を強くできる。この場合には、ハンドオーバ実行回数が増加する。他方、ハンドオーバ処理を、低い通信レベルでハンドオーバさせた場合、ノイズに対する耐力が弱くなる。この場合には、ハンドオーバ実行回数が減少させることができる。

ハンドオーバ処理実行閾値は、適用するサービスや規格などを考慮し、設計時に定められている。

上記セル方式を採択する移動端末通信システムに関連する技術としては、例えば特許文献１ないし２に記載された技術が挙げられる。

特許文献１には、ネットワークに接続可能な複数の基地局に、時分割多重方式により選択的に無線接続する移動無線端末において、前記複数の基地局からの無線信号の受信電界強度を検出する電界強度検出手段と、この電界強度検出手段にて検出した複数の基地局の受信電界強度に基づき、その強度が上昇傾向にある受信電界強度が得られる基地局を検出する基地局検出手段と、接続中の基地局との通信状況が予め設定した条件よりも劣化した場合に、この接続中の基地局に代わって、前記基地局検出手段にて検出した基地局に、優先的に無線接続するハンドオーバ制御手段とを備える移動無線端末が記載されている。

特許文献２には、複数の無線ＬＡＮ基地局と無線ＬＡＮ移動局とで構成される無線ＬＡＮシステムにおいて、無線ＬＡＮ移動局が、受信電波強度の値を測定する受信電波強度測定手段と、受信電波強度測定手段により測定した受信電波強度の値と、ハンドオーバの実行基準となる閾値とを比較し、受信電波強度の値が前記閾値以下と判断した際に、ハンドオーバを実行するハンドオーバ実行手段と、無線ＬＡＮ移動局と帰属している無線ＬＡＮ基地局との間で送受信する情報の通信品質を測定する通信品質測定手段と、通信品質測定手段により測定した通信品質が所定の通信品質未満と判断した場合に前記閾値を所定の値だけ増加させる閾値変更手段と、を有する無線ＬＡＮシステムが記載されている。

特開２００１−１１２０３９号公報 特開２００７−２５１６５２号公報

一般的には、特許文献１に記載されたＰＨＳシステムの様に、あらかじめ設定された受信電界強度や、エラー発生状況に応じてハンドオーバを実行するため、ハンドオーバ実行中の通信（パケット）の断続（ロス）や通信が出来ない通信不能時間が発生する。

ハンドオーバ実行中に発生する通信（パケット）の断続（ロス）の一対策として、特許文献２に記載された無線ＬＡＮシステムの様に、受信電波強度及び通信品質を計測して、計測結果に基づいて閾値を適時変更し、より高い電界強度及び高い通信品質下においてハンドオーバ処理を実行し、ハンドオーバ実行中の通信（パケット）の断続（ロス）を抑制している。

また、別の対策として、高速ハンドオーバ処理方式を採用し、ハンドオーバに要する時間を短縮することで、通信（パケット）の断続（ロス）の抑制を図っている。

しかしながら、通信環境によって高速ハンドオーバ処理ができない場合や、高い電界強度及び高い通信品質下においてハンドオーバ処理するためにハンドオーバ処理の繰り返しが発生する場合、高速ハンドオーバ処理を行うためにハンドオーバ処理が不安定となる場合がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現した移動無線端末を提供することにある。

本発明の別の目的は、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現したハンドオーバ方法を提供することにある。

本願発明の移動無線端末は、基地局に無線接続して通信ネットワークに接続可能とする移動無線端末において、ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値を記憶保持する記憶部手段と、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別手段と、前記記憶手段に記憶されている複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間識別手段で識別処理した値に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択するハンドオーバ実行閾値選択手段と、前記ハンドオーバ実行閾値選択手段で選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行する制御部と
を備えることを特徴とする。

本願発明のハンドオーバ方法は、基地局と移動無線端末との接続を変更するハンドオーバ方法であって、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別し、ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択し、前記選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行することを特徴とする。

本発明によれば、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現した移動無線端末を提供できる。

同じく、本発明によれば、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現したハンドオーバ方法を提供できる。

本発明の実施の一形態を図２ないし図５に基づいて説明する。尚、本発明と関係が薄い構成や動作は、説明を明瞭とするため、記載を省略する。

図２は、実施の一形態の移動無線端末１００の構成を示すブロック図である。
本実施の一形態の移動無線端末１００は、各構成部を統括制御すると共にハンドオーバ処理を実行する制御部１１０、ＲＯＭ１２０、ＲＡＭ１３０、キーパッドなどの入力部１４０、文字や画像、音響、振動等を出力する出力部１５０、アナログデータとデジタルデータとを変換するコーデック１６０、無線部１７０等で構成される。

ＲＡＭ１３０には、オペレーティングシステムプログラムを始め、ハンドオーバ実行プログラム１３１や通信シーケンス番号等からパケットロス数を検出するパケットロス検出プログラム１３２、ハンドオーバ処理の実行に用いる複数の閾値の集合体であるハンドオーバ実行閾値郡１３３など、様々なプログラムやデータが格納され、必要に応じて使用される。また、ＲＡＭ１３０には、サービス停止時間識別プログラム１３４や、ハンドオーバ実行閾値選択プログラム１３５が格納される。

ハンドオーバ実行プログラム１３１及びパケットロス検出プログラム１３２は、制御部１１０を、パケットロス検出手段及びハンドオーバ実行手段として機能させる。

サービス停止時間識別プログラム１３４は、制御部１１０を、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別手段として機能させる。

サービス停止時間を識別する例としては、所定のサービスに対応してサービス停止時間を記録されたテーブルから時間を取得して識別しても良い。

また、通信速度とハンドオーバ処理に要する通信シーケンス数を用いて、サービス停止時間を算出して識別処理しても良い。

また、通信速度とパケットロス検出プログラムを用いて検出するパケットロス数とからハンドオーバ処理にかかるサービス停止時間を算出して識別処理しても良い。

また、前回のハンドオーバ処理に要したサービス停止時間を用いて、サービス停止時間を識別処理しても良い。

ハンドオーバ実行閾値選択プログラム１３５は、制御部１１０をハンドオーバ実行閾値選択手段として機能させて、ハンドオーバ実行閾値郡１３３から、サービス停止時間識別手段で識別処理したサービス停止時間を用いて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択する。

無線部１７０は、アップ／ダウンコンバータや、検波器、復調回路、ベースバンド回路等を含み、無線信号を送受信して、基地局との無線レイヤー層の接続を可能にする。

図３（ａ）は、実施の一形態の移動無線端末に使用する音声通信サービス用のハンドオーバ実行閾値の例を可視化して示した図である。
図３（ａ）の例を示すように、サービス停止時間３１０に対応させて、ハンドオーバ実行閾値３１１を設定する。

このように、サービス停止時間３１０に対応させて複数の閾値を設定することによって、移動無線端末１００は、音声通信接続中に、サービス停止時間識別手段を用いて、可視化して示している複数のハンドオーバ実行閾値のなかから一つのハンドオーバ実行閾値を選択できる。

具体的な例としては、移動無線端末１００は、サービス停止時間が５０ｍｓ以下の場合、単位時間辺りの連続パケットエラー数が０で電界強度が−４０ｄＢ以下になったときに、ハンドオーバ処理を実行する。

即ち、サービス停止時間が短く、通信品質が維持されている場合には、電界強度が少々に悪くなった時点（−４０ｄＢ以下）で、ハンドオーバ処理を実行させる。

別の例としては、移動無線端末１００は、サービス停止時間が５０〜２００ｍｓの場合、単位時間辺りの連続パケットエラー数が０で電界強度が−５０ｄＢ以下になったときに、ハンドオーバ処理を実行する。

即ち、サービス停止時間が中程度の場合（５０〜２００ｍｓ）は、サービス停止時間が短い場合（５０ｍｓ以下）に比べ、電界強度が中程度に悪くなった時点（−５０ｄＢ以下）で、ハンドオーバ処理を実行させる。

換言すれば、サービス停止時間が中程度の場合には、サービス停止時間が短い場合と比較して、電界強度が悪くてもハンドオーバしない区間（−４０ｄＢ〜−５０ｄＢの間）を設け、ハンドオーバの回数を減少させるようにしている。

別の例としては、移動無線端末１００は、サービス停止時間が５００ｍｓ以上の場合、単位時間辺りの連続パケットエラー数が１０で電界強度が−７０ｄＢ以下になったときに、ハンドオーバ処理を実行する。

即ち、サービス停止時間が長い場合（５００ｍｓ以上）は、サービス停止時間が短い場合（５０ｍｓ以下）に比べ、電界強度が限界に近く悪くなった時点（−７０ｄＢ以下）で、ハンドオーバ処理を実行させる。

換言すれば、サービス停止時間が長い場合には、サービス停止時間が短い場合と比較して、電界強度が悪くてもハンドオーバしない区間を設け、ハンドオーバの回数を減少させるようにしている。

これは、ハンドオーバ時に発生するサービス停止時間に応じて、サービス利用者が受ける被害を考慮して、設定されている。

即ち、音声通信サービスの場合には、利用者が音声の途絶を認知できない程度の短いサービス停止時間であれば、ハンドオーバ回数の増加を考慮せずに電界強度の良好な基地局との通信を優先する。

また、利用者が音声の途絶を少々認知できる程度のサービス停止時間であれば、ハンドオーバ閾値を低下させ、ハンドオーバ回数を減少させることによって、通話の品質を向上させる。

また、利用者が音声の途絶を確実に認知できる程度のサービス停止時間であれば、ハンドオーバ閾値を更に低下させ、通話（呼）の切断が成されない程度までハンドオーバを行なわずに、切断される限界の前にハンドオーバ処理を行う。このようにして、利用者に対する、通話の品質を向上させる。

このような構成において、本発明の実施の一形態である移動無線端末１００は、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現できる。

図３（ｂ）は、実施の一形態の移動無線端末に使用するデータ通信用のハンドオーバ実行閾値の例を可視化して示した図である。

データ通信を実行する場合、一般的にリアルタイム性が低くてもよい。他方、通信の接続維持を優先させてカバー範囲を拡充させたい。すなわち、図３（ｂ）に示す様なハンドオーバ条件を用いることによって、最適なハンドオーバ条件を提供できる。

以下に移動無線端末１００の動作を説明する。尚、説明を明瞭とするため、ハンドオーバ処理と関係の薄い通信動作を省略して記載する。

図４は、移動端末通信システムのハンドオーバ処理を示すシーケンス図である。図４では、基地局Ａ５００と通信中の移動無線端末１００が基地局Ｂ５１０へハンドオーバする場合を示している。

移動無線端末１００は、基地局Ａ５００と通信中に基地局Ａ５００及び通信可能な周辺の基地局（基地局Ｂ５１０を含む）との通信信号の受信電界強度を測定する（ステップＳ４０１）。
移動無線端末１００は、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別する（ステップＳ４０２）。
移動無線端末１００は、記憶手段に記憶されているハンドオーバ実行閾値郡１３３から、識別したサービス停止時間に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択する（ステップＳ４０３）。
移動無線端末１００は、選択したハンドオーバ実行閾値と基地局Ｂ５１０の受信電界強度とを比較し、ハンドオーバ処理を実行する（ステップＳ４０４）。

移動無線端末１００は、基地局Ｂ５１０との通信を確立する。このようにハンドオーバすることによって、利用者に提供しているサービスを切断することなく、通信先の基地局を変更できる。

図５は、移動無線端末１００のハンドオーバ処理時の動作を示すフローチャートである。尚、シーケンス図を用いた説明より、詳細に説明する。

移動無線端末１００は、ハンドオーバ元基地局との通信中に通信可能な周辺の基地局（ハンドオーバ先基地局）との通信信号の受信電界強度を測定する。移動無線端末１００の制御部１１０は、無線部１７０から受信した基地局からの無線信号を、ハードウェアもしくはソフトウェアを用いて、平均化処理する（ステップＳ５０１）。

ここで平均化処理とは、検波した入力信号を平均化することにより、揺らぎの少ない判断を可能とするためである。基地局からの受信信号を平均化処理する平均化処理手段は、ハードウェアを用いて実装するならば、無線部１７０に必要に応じた平均化フィルタや演算器等を設けることにより、電界強度検出値の揺らぎを抑制し安定した電界強度の測定を可能とできる。ソフトウェアを用いて実装するならば、無線部１７０で取得した電界強度を制御部１１０で平均化すればよい。

また、ハンドオーバ処理を起動する電界強度の測定において、通常変調方式による瞬時電界変動やフェージングによる電界変動が発生している。この変動によりハンドオーバ処理に不安定が生じるため、平均化処理手段を追加することで、動作の安定化を実現できる。尚、アンテナダイバーシティなど、瞬時の判定を必要となる場合もあり、平均化部の平均化処理においては、必要に応じた平均化時間を設定できるようにすることが望ましい。

制御部１１０は、パケットロス検出手段１３２を用い、パケットのエラー数を識別処理する（ステップＳ５０２）。
制御部１１０は、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別処理する（ステップＳ５０３）。
制御部１１０は、ＲＡＭ１３０に記憶されているハンドオーバ実行閾値郡１３３から、識別したサービス停止時間とパケットのエラー数に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択する（ステップＳ５０４）。尚、サービス停止時間と共に、パケットのエラー数以外の通信品質（例えば無線エラー率）を示す値を用いてハンドオーバ実行閾値を設定しても良い。この場合は、サービス停止時間のみを用いるより良い精度で、ハンドオーバを実行できるようになる。

制御部１１０は、選択したハンドオーバ実行閾値とハンドオーバ元基地局の受信電界強度とを比較し、ハンドオーバ処理の実行可否を決定する（ステップＳ５０５）。

以上説明したように本実施の一形態によれば、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現した移動無線端末を提供できる。

尚、上記実施の形態の説明では、プログラムによって動作する移動無線端末を用いて説明したが、各種手段はハードウェアを用いて実現しても良く、プログラムによって実現される一部又は全部の機能をハードウェアに置換して無線モジュールとしてもよい。この場合は、無線レイヤー層の接続を受持つ無線モジュールに、ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別部と、複数のハンドオーバ実行閾値から、サービス停止時間識別部で算出処理した値に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択するハンドオーバ実行閾値選択部と、選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいてハンドオーバ処理を実行する制御部とを設ければよい。また、基地局からの受信信号を平均化処理する平均化処理部を更に設けることが望ましい。また、受信した無線信号のパケットのエラー数又は無線エラー率を取得し、ハンドオーバ処理を実行することとしてもよい。更に、サービスの種類毎（音声サービスやデータ通信サービスなど）に夫々複数のハンドオーバ実行閾値を設ければ、更に効果的である。尚、平均化処理手段は、図６に示す位置に配置することが望ましい。

また、ハンドオーバ処理に用いられる各種プログラムは、記憶媒体に記録されて、又は通信ネットワークを介して、移動無線端末等に提供されても良い。

以上説明したように、本発明によれば、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現した移動無線端末、無線モジュールおよび、プログラムを提供できる。

同じく、本発明によれば、通信環境の状態を識別し、ハンドオーバ処理に要する時間を用いて、最適なハンドオーバ条件を実現したハンドオーバ方法を提供できる。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。

本発明は、セル方式を採用する無線通信ネットワークに適用できる。具体的には、ＰＨＳシステム、無線ＬＡＮシステムにおける端末のハンドオーバ処理に適応できる。

ハンドオーバ処理実行閾値よるハンドオーバ実行処理を示す説明図である。 実施の一形態の移動無線端末の構成を示すブロック図である。 実施の一形態の移動無線端末に使用する音声通信サービス用のハンドオーバ実行閾値の例を可視化して示した図である。 移動端末通信システムのハンドオーバ処理を示すシーケンス図である。 移動無線端末のハンドオーバ処理時の動作を示すフローチャートである。 モジュール化するときの平均化処理部の配置位置例を示す図である。

符号の説明

１００ 移動無線端末
１１０ 制御部
１２０ ＲＯＭ
１３０ ＲＡＭ
１３１ ハンドオーバ実行プログラム
１３２ パケットロス検出プログラム
１３３ ハンドオーバ実行閾値郡
１３４ サービス停止時間識別プログラム
１３５ ハンドオーバ実行閾値選択プログラム
１４０ 入力部
１５０ 出力部
１６０ コーデック
１７０ 無線部

Claims (14)

1. 基地局に無線接続して通信ネットワークに接続可能とする移動無線端末において、
   ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値を記憶保持する記憶部手段と、
   ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別手段と、
   前記記憶手段に記憶されている複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間識別手段で識別処理した値に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択するハンドオーバ実行閾値選択手段と、
   前記ハンドオーバ実行閾値選択手段で選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行する制御部と
   を備えることを特徴とする移動無線端末。
2. 前記基地局からの受信信号を平均化処理する平均化処理手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の移動無線端末。
3. 前記制御部は、受信した無線信号のパケットのエラー数又は無線エラー率を取得し、ハンドオーバ処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動無線端末。
4. 前記複数のハンドオーバ実行閾値は、サービスの種類毎に設けられることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一記載の移動無線端末。
5. 基地局との無線レイヤー層の接続を可能とする無線モジュールにおいて、
   ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別部と、
   ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間識別部で算出処理した値に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択するハンドオーバ実行閾値選択部と、
   前記ハンドオーバ実行閾値選択部で選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行する制御部と
   を備えることを特徴とする無線モジュール。
6. 前記基地局からの受信信号を平均化処理する平均化処理部を更に有することを特徴とする請求項５記載の無線モジュール。
7. 前記制御部は、受信した無線信号のパケットのエラー数又は無線エラー率を取得し、ハンドオーバ処理を実行することを特徴とする請求項５又は６に記載の無線モジュール。
8. 前記複数のハンドオーバ実行閾値は、サービスの種類毎に設けられることを特徴とする請求項５ないし７の何れか一記載の無線モジュール。
9. 基地局と移動無線端末とを接続可能とするプログラムであって、
   移動無線端末を、
   ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別するサービス停止時間識別手段と、
   ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間識別手段で算出処理した値に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択するハンドオーバ実行閾値選択手段と、
   前記ハンドオーバ実行閾値選択手段で選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行するハンドオーバ処理実行手段として、
   機能させることを特徴とするプログラム。
10. 前記基地局からの受信信号を平均化処理する平均化処理手段を更に機能させることを特徴とする請求項９記載のプログラム。
11. 受信した無線信号のパケットのエラー数又は無線エラー率を取得し、ハンドオーバ処理を実行することを特徴とする請求項９又は１０に記載のプログラム。
12. 基地局と移動無線端末との接続を変更するハンドオーバ方法であって、
    ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を識別し、
    ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値から、前記サービス停止時間に基づいて、一つのハンドオーバ実行閾値を選択し、
    前記選択したハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行する
    ことを特徴とするハンドオーバ方法。
13. 基地局と移動無線端末との接続を変更するハンドオーバ方法であって、
    ハンドオーバ処理に伴うサービス停止時間を算出処理し、
    ハンドオーバ処理の実行に用いる閾値である複数のハンドオーバ実行閾値郡から、算出したサービス停止時間に基づいて、サービス停止時間が第１の所定値以下（未満）の場合に選択される第１のハンドオーバ実行閾値、もしくは、前記第１のハンドオーバ実行閾値に比べ、第１の所定値よりサービス停止時間が長い場合に選択される前記第１のハンドオーバ実行閾値より受信電界強度の値が低い第２のハンドオーバ実行閾値の何れかを選択し、
    前記選択した第１もしくは第２のハンドオーバ実行閾値及び受信した無線信号に基づいて、ハンドオーバ処理を実行する
    ことを特徴とするハンドオーバ方法。
14. 更に、前記基地局からの受信信号を平均化処理することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のハンドオーバ方法。

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