JP4874463B2 - 帯域幅に応じたセルレベル選択 - Google Patents
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Description
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は（代理人整理番号第2380-17の）米国出願であり、参照として本出願に組み入れられる「既存無線シグナリングチャネルにおける呼び出し応答(Page Response On Existing Radio Signaling Channel)」に関連する。
【０００２】
（発明が属する技術分野）
本発明は電気通信システムに関し、特に移動端末のための通信システムに関する。
【０００３】
（背景技術）
セルラ移動システムはいくつかの構成要素から成り、これら構成要素のうち最も基本的なものには移動局、基地局及び移動通信交換局が含まれる。これら基本構成要素の機能は本技術分野で周知である。移動局はセルラシステムと通信するために複数の移動局によって用いられる。移動局の形式は、例えば携帯電話からラップトップコンピュータ又は他のパーソナルコミュニケーションデバイスまでの非常に広い範囲に渡って存在する。移動局は基地局への無線チャネルを用いてセルラシステムと通信する。基地局は割り当てられた地理的領域の内部に存在する移動局との無線通信を担う。基地局は呼処理に関連する全ての交換機能を司る移動通信交換局（ＭＳＣ）と通信する。ＭＳＣは一方で基地局と通信し、他方で外部コアネットワークと通信する。
【０００４】
セルラネットワークは無線サービスが利用可能な地理的範囲を規定する複数のセルに分割される。各セルは１つの基地局によってサービスされ、（トラフィック付加に応じて）隣接するセルで用いられる周波数と異なる１つ又はいくつかの周波数を用いる。
【０００５】
図１は移動通信システムのセル設計の実施例を示す。図１に示す円のそれぞれは、円の中心における点で示される基地局のカバレージエリアを示す。すなわち、セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４はこれらセルを通過する移動局の地理的カバレージエリアである。Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４のそれぞれのセルは、セルに対応付けされた基地局が提供可能な有効無線通信距離によって地理的に定義される。この距離は基地局の信号出力パワーレベル及びその基地局の範囲内の移動局の信号出力パワーレベルなど多くの要因に依存する。基地局Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’及びＡ４’が各セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４の内部に示されている。
【０００６】
伝統的に、移動局が特定の地形内を移動するにつれて、移動局はある地理的セル範囲から別の地理的セル範囲へ移動しうる。その結果、セルの各基地局との間でハンドオフ手順が実行される。従って、例えば移動局がセルＡ１内におり、アクティブな呼に従事している場合、この移動局は基地局Ａ１’と通信している。しかし、移動局がセルＡ１から例えばセルＡ２へ移動した場合、基地局Ａ１’はその移動局に対するサービスを新しい基地局Ａ２’へハンドオフする。理想的には、ハンドオフ手順はその移動局のユーザにとってシームレスである。ハンドオフ手順中に移動局の機動性とシームレス性を改善するための数多くの公知のハンドオフ技術が存在する。
【０００７】
本技術分野の当業者が理解するように、セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４の各々はそれらが処理可能なトラフィック量に固有の制限を有している。従って、各セルは、理想的にはその地理的領域内の全移動局に対してサービスを提供しなければならない対応帯域幅を有している。アクティブな移動局によって一旦その帯域幅が使用されると、アクティブな移動局の１つがその呼を終え、それによっていくらかの帯域幅を他の移動局に解放するまで、そのセル内の基地局は他のトラフィックサービスを提供できない。セルラネットワーク内で用いられる移動局の数が増加するに連れ、各セルにおいて十分な帯域幅を利用可能であることがますます重要になってきている。その結果、セル構成の間取り(geography)（すなわち、各セルがサービスを提供するカバレージエリアの大きさ）はセルラネットワークの形成における設計要素(design factor)である。ネットワーク設計者は多くの場合、トラフィックの高い領域ではセルを大きくし、トラフィックの低い領域ではセルを小さくするため、図１に示す均一な大きさ及び形状のセルは標準的なものではない。依然として、セルラネットワークにおいて利用可能な帯域幅を有効に用いるための新規で改良された方法は、商業的に価値のある進歩である。
【０００８】
（発明の概要）
本発明の好適な実施例によれば、地理的領域は異なる大きさのセルの重なり合うレイヤに地理的に分割される。すなわち、セルの第１レイヤは地理的領域を小さなセルのグループに分割する。そして、同じ地理的領域は再び、より大きな、重なり合うセルグループに分割される。最初の２つのレイヤに加え、さらに別の重なり合うレイヤを用いることもできる。これは一般に階層的セル構成と呼ばれる。
【０００９】
階層的セル構成において、低レイヤのセル（地理的に小さなセル）はその中に位置する移動局に高い帯域幅を提供し、一方、高レイヤのセル（地理的に大きなセル）はその領域内の移動局に対して低い帯域幅利用可能性を提供するが、広いカバレージエリアを提供する。
【００１０】
従って、この階層的セル構成において、地理的に小さな、しかし高い帯域幅利用可能性を有するセルが、低い帯域幅利用可能性の地理的に大きなセルの中に配置される。
【００１１】
本発明の好ましい実施例において、呼要求(call request)に続く移動局へのセル割り当ての際には、移動局の必要帯域幅を考慮する。移動局は呼要求とともに必要帯域幅要求を送信し、帯域幅要求はその移動局が小さな間取り及び大きな帯域幅利用可能性を有するセルか、大きな間取り及び小さな帯域幅利用可能性を有するセルのどちらに割り当てるべきかの決定に利用される。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
本セルラシステムは、（移動電話機のような）比較的狭い帯域幅を必要とする移動局及び、（マルチメディア処理装置のような）かなり大きな帯域幅を必要とする可能性のある移動局を含む、異なる形式の移動局について帯域幅の効率を最大化する。図１に示すようなネットワークシステムにおいて、一般に各移動局は、セルラシステムに対し、他の全ての移動局と同様の狭い帯域幅利用可能性を与えられている。異なる帯域幅及びトラフィック容量を必要とする接続が導入され、また広帯域の接続が頻繁に生じるに連れ、図１で説明されるセルラ構成がますます十分でなくなってきた。
【００１３】
図２の階層構成は広帯域接続に対する要求のいくらかを満たし始めている。図２の実施例において、地理的領域２０は例えば３つの異なるセル改装レベルに分割されている。セルの第１階層レベルは地理的領域２０を多数の、比較的小さなセル領域Ａ１，Ａ２，Ａ３等に分割する。これらセル領域はそれぞれ基地局Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’によってサービスが提供される。このレベルにおけるセル構成は図１に示した構成にほぼ対応する。替わりに、当業者が理解するように、１つの基地局が複数のセル領域に対してサービスを提供することも可能である。
【００１４】
しかしながら、図２の地理的領域２０はセルＡ１，Ａ２，Ａ３等の第１階層レベルに重なる高レベルのセル構成を含んでいる。セルの第２階層レベルにおいて、地理的領域２０はそれぞれ基地局Ｂ１’，Ｂ２’等によってサービスを提供される中間サイズのセルＢ１，Ｂ２等に分割される。
【００１５】
そして、図２の実施例において、地理的領域２０は基地局Ｃ１’，Ｃ２’等によってサービスを提供される、比較的大きく地理的に配置されたセルＣ１，Ｃ２等を有する、さらに別の階層レベル（この場合は第３階層レベル）に分割される。
【００１６】
図２に示す階層構造によって、移動局が地理的領域２０内の点”Ｘ”で示される位置にある場合、その移動局は３つの異なる基地局の任意の１つを介してセルラネットワークに接続することができる。まず、点”Ｘ”における移動局はセルＡ３（第１階層レベル）、セルＢ１（第２階層レベル）又はセルＣ１（第３階層レベル）の基地局を介して通信可能である。点”Ｘ”における移動局がセルＡ３内で通信している際、移動局は基地局Ａ３’と基地局Ａ３’に関連づけされた周波数によって通信する。一方、点”Ｘ”における移動局がセルＢ１を介して通信する場合、移動局は基地局Ｂ１’と基地局Ｂ１’に関連づけされた周波数によって通信する。最後に、点”Ｘ”における移動局がセルＣ１を介して通信する場合、移動局は基地局Ｃ１’と基地局Ｃ１’に関連づけされた周波数によって通信する。ここで、セルＡ３は地理的に小さいが、高い帯域幅利用可能性を有するため、点”Ｘ”における移動局はセルＡ３を介して通信する場合、比較的広い帯域幅を得る機会を有するということが重要である。一方、移動局がセルＣ１を介して通信する場合、ハンドオフを必要とせずに（セルＡ１又はＢ１と比較して）長距離を移動することが可能である反面、比較的低い帯域幅利用可能性を有するであろう。
【００１７】
本発明は点”Ｘ”における移動局に対する利点にトレードオフが存在することを認識している。特に、点”Ｘ”における移動局が広帯域幅を必要とする装置である場合、その高トラフィック容量要求を獲得するチャンスはセルＣ１からよりもセルＡ３からのほうが高い。一方、移動局がセルＡ３を通じて通信している場合、セルＡ３から移動局が移動する隣接セルへのハンドオフ手順を行わずに移動可能な地理的範囲は比較的制限される。対照的に、点”Ｘ”における移動局がセルＣ１内で通信している場合、移動局はハンドオフ手順を行わずに地理的領域２０内を比較的長い地理的距離移動可能である。従って、点”Ｘ”における移動局において、広帯域幅の通信を獲得することと、ハンドオフ手順を必要としないで高い地理的移動度を達成することの間にはトレードオフが存在する。
【００１８】
図３は図１に示される階層レベルをより簡単な形式で示している。図３において、地理的領域２０は関連づけされた３つのセル階層レベルを有している。セルの第１階層３０は地理的に小さい。従って、レイヤ３０における各セルはその固定帯域幅を比較的少数のユーザで共用せねばならず、その結果、地理的セル領域内の各ユーザに広帯域幅を提供することが可能である。レイヤ３１（第２階層レベル）におけるセルは地理的により大きいため、レイヤ３０におけるセルに関して予期されるよりも低いユーザあたりの帯域幅利用可能性を提供する（もちろん、人口密度によってこの予想に例外が生じることもあり得る）。さらに、レイヤ３２（第３階層レベル）におけるセルはさらに大きな地理的領域をカバーするため、一般にレベル３０及び３１よりもさらに低いユーザあたりの帯域幅利用可能性を提供する。図２の例と図３の例との対応について述べると、セルＡ１，Ａ２，Ａ３等はレイヤ３０に属し、セルＢ１，Ｂ２等はレイヤ３１に属し、セルＣ１，Ｃ２等はレイヤ３２に属する。もちろん、地理的領域２０は設計上の制約や所望の利益に応じて図２又は図３に示されるよりも多い、または少ない数の階層レイヤに分割されてもよい。さらに、図２及び図３に示されるセルは各階層レベル内で均一の形及び大きさであるが、これは必ずしも必要ではない。すなわち、例えばレイヤ３０におけるセルは地理的に比較的小さいけれども、レイヤ３０の他のセルに関して不均一であっても良い。これはレイヤ３１、３２等についても同様である。図２及び図３において、地理的領域２０内の移動局がレイヤ３０におけるセルの１つから出る前は比較的遠くへの移動はできないが、レイヤ３２のセルを出る前には比較的長距離の移動が可能であることが理解できる。
【００１９】
本発明の好適な実施例は少なくとも２つの要因、移動局の帯域幅要求及び移動局の移動度見込み(potential mobility)に従って呼接続を行う。図５に示すように、２つの異なるタイプの移動局、移動局電話機（ＭＳ１）及び移動局ラップトップコンピュータ装置（ＰＣ１）が示されている。伝統的には、（ＭＳ１のような）電話機より、（ＰＣ１のような）ラップトップコンピュータ装置が高い帯域幅を要求する移動局である（常にそうであるとは限らないが）。
【００２０】
さらに、本発明はまた、（ラップトップコンピュータ装置のような）高い帯域幅を要求する装置は、より低い帯域幅を要求する（セルラ電話機のような）装置のユーザに比べて地理的領域２０内を移動しない人々によって使用されるであろうと認識している。いずれにしても、図５に示すように、高い帯域幅を要求する装置であるラップトップコンピュータ装置ＰＣ１は、（より低い帯域幅を要求する）電話機ＭＳ１がセルレベル５３と通信するのに対し、セルレベル５２内の基地局と通信することによって、ＲＮＣ５１を介してコアネットワーク５０と通信する。図５に示すように、セルレベル５２はセルレベル５３に比べて単位地理的領域あたりの基地局の数が多い。この意味で、セルレベル５２は例えば図３のレイヤ３０に対応し、セルレベル５３は例えば図３のレイヤ３１に対応する。いかなる基地局の周波数帯の伝送容量もセルの大きさに依存する必要はないため、（電話機ＭＳ１が通信している）基地局５４はその伝送容量を、例えばセルレベル５２の基地局５５が行うよりも多数のユーザに対して分割しなければならない。従って、（セルレベル５２と通信する）ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１よりも高位のセル構成レベル（セルレベル５３）で通信する電話機ＭＳ１は一般に
【００２１】
ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１が有する帯域幅利用可能性よりも低い利用可能性を有するであろう。もちろん、ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１が基地局５５とセルレベル５２の間でハンドオフを起こさずにはそう遠くへ移動できないことを図５から理解することができる。一方、電話機ＭＳ１はハンドオフを起こさずにセルレベル５３を比較的遠くへ移動可能である。
【００２２】
図６に示す本発明の例は移動局の移動特性及びそれらの本発明に対する関連性を示している。図６に示すように、地理的領域２０は２つのセルレベルを有している。第１のセルレベルは比較的小さな地理的セルＡ４，Ａ５及びＡ６を有する。第２階層セルレベルは比較的大きな地理的大きさＢ３の１つのセルを有する。地理的領域２０において、移動局ＭＳ３は（セルＡ４及びＢ３が重なっているため）セルＡ４及びセルＢ３内に位置する。さらに、ラップトップコンピュータＰＣ２はセルＡ４及びＢ３内部の位置においてセルラシステムでの動作を行っている。常に正しくはないが、通信中において、移動局ＭＳ３はラップトップコンピュータＰＣ２が地理的領域２０を移動するよりも地理的領域２０内を多く移動するであろう。従って、セルＡ４からセルＡ５に向かって速度Ｖ１で移動しているように示される移動局ＭＳ３は依然としてセルＢ３内に存在する。（依然としてセルラネットワークにおいて通信し続けていると思われる）ラップトップコンピュータ装置ＰＣ２は、ほぼ０に等しい速度Ｖ２とともにセルＡ４及びＢ３内部に示される。異なる装置ＭＳ３及びＰＣ２の速度は関連している。あるセルから別のセルへの任意の移動局の伝送はハンドオフ手順を必要とするため、異なる装置ＭＳ３及びＰＣ２の速度は関連がある。すなわち、移動局ＭＳ３がセルＡ４の基地局と通信している場合、移動局ＭＳ３がセルＡ４からセルＡ５へ移動するに従って、移動局ＭＳ３はセルＡ４からセルＡ５をサービスしている基地局へのハンドオフ手順を要求するであろう。一方、移動局ＭＳ３がセルＢ３をサービスする基地局と通信している場合、セルＢ３がセルＡ４及びＡ５の両方を包含しているため、移動局ＭＳ３はセルＡ４の地理的領域からセルＡ５の地理的領域へハンドオフを要求することなく移動することが可能である。従って、移動局ＭＳ３はセルＢ３の基地局と通信している場合、比較的大きなセルＢ３を離れるまでハンドオフ手順を要求しない。
【００２３】
セルＡ４ではなく、セルＢ３と通信する移動局ＭＳ３のトレードオフは、利用可能な帯域幅である。セルＢ３は、（より小さな地理的領域である）セルＡ４とほぼ同じトラフィック容量でより広い地理的領域にサービスを提供するため、移動局ＭＳ３がセルＡ４の基地局ではなくセルＢ３の基地局と通信している場合、移動局ＭＳ３が高い帯域幅を利用可能となる可能性は低くなる。
【００２４】
この帯域幅利用可能性は一般にラップトップコンピュータ装置ＰＣ２のような高帯域幅を要求する装置にとって重要である。ラップトップコンピュータ装置ＰＣ２は高い帯域幅利用可能性を必要とするであろうから、セルＢ３の基地局よりも高い帯域幅利用可能性が存在すると考えられるセルＡ４の基地局と通信することが好ましい。
【００２５】
移動端末が発呼する際、移動局ＭＳ３及びラップトップコンピュータ装置ＰＣ２の両方において、端末（ＭＳ３又はＰＣ２）は、地理的領域２０内において移動端末がどの程度移動するかの見込み及び、その移動端末についての帯域幅要求に基づいて、高レベルの基地局又は低レベルの基地局（レベル３０，３１又は３２に対応）を選択することができる。従って、移動端末は高、中、又は低レベルセルレイヤを選択することによって、高帯域幅利用可能性もしくはハンドオフ無しでの高移動性のいずれかを選択することが可能である。移動端末が選択を行うと、移動端末はそのセルレイヤに関連した基地局と接続を開始することができる。移動端末が不適切な選択を行ったとネットワークが判断した場合、ネットワークはハンドオーバを強制するか、第１の基地局において端末へ別のセルレベルの異なる基地局を試すよう知らせるメッセージとともに呼を拒絶することによって、端末に対し別のセルレベルにおける別の基地局を使用するよう強制することが可能である。さらに、高帯域幅を要求する移動端末が低い階層レベルにおける基地局を通じて呼の設定を試み、その低い階層レベルのセルに容量が残っていない場合、ネットワークはその時点でアクティブなセル中の低帯域幅移動端末に対して高い階層レベルの基地局へハンドオーバさせることによって高帯域幅移動端末のための容量を解放することもできる。
【００２６】
別のネットワーク接続システムにおいて、移動端末発の呼は移動端末に対し、それらの通信のためのセル階層レベルを個別選択することを許可しない替わりに、それらの帯域幅要求及びネットワークに対して見込まれる移動度基準(mobility criteria)をネットワークに送信し、それから移動端末の呼接続がどのセルレベルで接続されるべきかを決定する。そして、端末が高い帯域幅要求を有する場合（そして固定又は非常にゆっくりとした）帯域幅ネットワークは移動端末に対し、移動端末が呼を接続するためにどの（適切なセルレベルにおける）基地局に接続すべきかを通知可能である。従って、端末が高い帯域幅要求を有する（そして移動しないか非常にゆっくりと移動する）場合、ネットワークは、より高い転送容量を移動端末へ提供することが可能なように、（発呼又は着呼のいずれにおいても）呼を（レイヤ３０のような）低い階層レベルに属する基地局を介してルーティングするための選択を試みる。一方、端末が帯域幅についてより低い要求を有する（しかし、比較的高速に地理的領域内を移動している）場合、ネットワークはハンドオフなしでのより高い移動自由度を移動端末へ提供することが可能なように、（発呼又は着呼のいずれにおいても）呼を高位の階層レベルに属する基地局を介してルーティングするための選択が可能である。
【００２７】
本発明に従って、以下の条件が有効であるべきである。
・（図２におけるＡ１，Ｂ１及びＣ１の様な）重なり合うセルは異なる周波数帯を用いなければならない。
・（図２におけるＣ１及びＣ２の様な）隣接するセルは異なる周波数帯を用いなければならない。
本発明において実施可能な有益な付加機能は、継続中の伝送セッションの間用いられる接続のための階層セルレベルを最近のトラフィック及び移動端末のローミング状況により適したレベルへの変更可能性である。これは、例えばネットワークに対し、端末のローミング及び使用ビットレートに関する最近の状態についての統計情報の収集を要求する。
【００２８】
図４は、システムを改良するために本発明を組み合わせることの可能な移動通信システムの一般的な従来例を示す。特に、移動システムはセルに関連づけされた基地局（ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４等）と、各セル内に位置し、同一セル内の基地局と通信する移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎを有している。もちろん、図４の例は基地局あたりより多くの移動局が用いられ得る点及びセルラ通信システム毎により多い基地局を利用可能である点に関して単純化されている。移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎに加え、コンピュータＰＣ１，ＰＣ２等のコンピュータのような移動端末がセルラ通信によって基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３及びＢＳ４と通信することができる。本技術分野の当業者であれば理解されるように、基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４は移動交換サービスセンタ（ＭＳＣ）と通信する基地局コントローラを含んでいる。ＭＳＣは在圏ロケーション・レジスタ(visitor location register:VLR)を有している。移動通信交換局（ＭＳＣ／ＶＬＲ）は公衆交換電話網(public switched telephone network: PSTN)のような外部コアネットワークと通信する。本発明において、基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４等は図のようなセル構成を形成するために配置されている。本発明に従って、基地局は図２又は図３に示したセル構成、又は本発明の教示に従った類似の階層セル構成を形成するために配置されている。そして、移動通信交換局（ＭＳＣ）は個々の移動端末の帯域幅要求及び移動度に従って移動端末（ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎ，ＰＣ１及びＰＣ２）に発呼する。さらに、移動端末からの呼について、移動端末（ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎ，ＰＣ１及びＰＣ２）は、本出願の図２，３，５，６及び７の教示に従って、移動端末の帯域幅要求及び移動度に従って基地局を選択する。もちろん、これは本発明の簡単な実施例であり、本技術分野の当業者は移動端末の帯域幅要求と移動度に従ってセルとの通信及び種々の階層セルレベルとを選択するという本発明の全体的な機能を維持しながら、システム構成や要素に改造を加えてもよいことを理解するであろう。
【００２９】
図７は本発明の実施例に従った移動端末による発呼手順を示すフローチャートである。図７において、移動端末はその帯域幅要求をステップ６０で分析する。もちろん、常にそうであるとは限らないが、伝統的に、これは（ラップトップコンピュータ装置のような）コンピュータ機能を伴う移動端末は通話(telephone conversation)に用いられる移動端末より高い帯域幅を要求することを示すであろう。自らの帯域幅要求の分析に基づいて、移動端末はステップ６１でセルレベル（例えば、図３のレベル３０，３１及び３２）を選択する。ステップ６１でのセルレベル選択の後、ステップ６２で移動端末は選択されたセルレベル内のセルに対応する基地局に接続を試みる。それから、ステップ６３において、ネットワークは移動端末がステップ６２で接続試行がなされたセルレベルが適切に選択されているか否かを確認する。ステップ６４において、移動端末が適切なセルレベルを選択し、接続を試行していた場合、処理はステップ６６へ進む。そうでなければ、処理はステップ６５へ進み、そこでネットワークは移動端末に対し、異なるレベルのセルの基地局に強制的にハンドオフさせる。これは、例えば移動端末が高い帯域幅利用可能性を有するセルレベルを要求したにもかかわらず、より小さな帯域幅を用いることが可能である場合に発生する。そのような場合、ネットワークはステップ６５において、移動端末をより低い帯域幅利用可能性を有するセルレベルへ強制的にハンドオフさせる。そして、処理はステップ６２に戻り、そこで移動端末はステップ６５でネットワークによって命令された新しいセルレベルにおいて接続を試行する。
【００３０】
ステップ６４において移動端末が適切なセルレベルで接続を試行していた場合、ネットワークはステップ６１で移動端末によって選択されたセルレベルにおけるセルで利用可能なトラフィック容量が十分であるかどうかを判定する。そして、ネットワークは、ステップ６０で判定された帯域幅要求において移動端末が十分な容量を利用可能であるかを判定する。もし十分な容量がステップ６０で判定された帯域幅要求において移動端末が十分な容量を利用可能である場合、ステップ６６において判定は”ＹＥＳ”となり、ネットワークは呼をステップ６７で接続する。一方、ステップ６２で移動端末が要求したセルレベルにおいて不十分な容量しか利用可能でない場合、処理はステップ６８へ移行し、そこでネットワークはステップ６４で決定された不適切なセルレベルにおけるセル内で継続中の呼に関連する移動端末が存在するか否かを問い合わせる。すなわち、ステップ６８において、ネットワークは移動端末がステップ６２で接続を望んだセルレイヤのセルにおいて継続中の呼(active call)を、例えば、そのセル内で動作中の移動端末が、高い帯域幅を利用可能なセルレイヤにおいて動作する、より低い帯域幅を要求する装置であるか否かを判定することによって解析する。ステップ６８において、ステップ６２で移動端末が試行した接続に利用可能なトラフィック容量を得るために移動端末のいずれかがより低い帯域幅利用可能性を有するセルに移動可能である場合、ステップ６９において、ネットワークは誤った位置にある移動端末を高位の階層レベルのセルへ強制的にハンドオフさせる。
【００３１】
そして、処理はステップ６６へ戻り、そこでネットワークは、ステップ６８及び６９において誤った位置にあった移動端末が高位のレベルのセルレイヤに強制的にハンドオフさせられた状態で、再びセル内においてトラフィック容量が利用可能であるか否かを判定する。ステップ６６において、十分な容量が利用可能である場合、ステップ６７を通じて呼が接続される。一方、ステップ６６において依然として十分な容量が利用可能でなく、またステップ６８及び６９において高位のレベルのセルレイヤに移動可能な別の移動端末もない場合、処理はステップ７０へ進み、そこでネットワークは現在の移動端末を、その移動端末が望んだのと異なるセルレイヤ（通常はより低い帯域幅利用可能性を有するセルレイヤ）へハンドオフさせる。この結果、移動端末が通常望むよりも高いセルレイヤにおいてではあるけれども（従って、例えば移動端末に対する通信を遅くすることになるが）、移動端末はステップ６２で接続を行うことが可能となる。
【００３２】
一方、呼がコアネットワークで発せられ、移動端末で終端される場合、ネットワークは移動端末に帯域幅要求について問い合わせる。これは例えば、図７におけるステップ６０で行われる。そして、以下に、コアネットワークから発呼され、移動端末で終端される呼について、移動端末の帯域幅要求が決定されてから階層セルラシステムにおいてどのように接続のためのセルレベルが選択されるかについてのかなり詳細な説明を行う。まず、接続のために要求された帯域幅が、実際の接続設定手順に先立つネゴシエーション手順においてアクセスネットワークへ送信される。アクセスネットワークにおけるＲＮＣノード（図５）はネゴシエーション手順における通信者(communication party)であり、最終的にどのセルレベルが接続に用いられるかを制御する。接続設定において、アクセスネットワークは移動端末（又はルックアップテーブル又は同等品）から接続に必要な帯域幅を得る。端末発呼の接続設定がある場合、端末はセル階層の中から接続のためのレベルを選択することができる。図７に関連して説明したように、ネットワークが接続により適した別のレベルを見いだした場合、ネットワークは適切なセルレベルへの周波数ハンドオーバを命令することができる。一方、接続設定が端末で終端される場合、要求された帯域幅は接続設定時にコアネットワークからアクセスネットワークへ送信される。この接続のための帯域幅要求は接続で許容可能な最小レベルの形式であってもよい。この帯域幅要求を（例示としての）ＧＳＭ環境においてアクセスネットワークへ送信可能な１つの方法を以下に示す。
【００３３】
（端末から発せされる呼に対して）
ステップ１：ランダムアクセスチャネルにおいてシグナリングチャネルを要求する。
ステップ２：ネットワークからのアクセス許可チャネル(access grant channel)において、どのシグナリングチャネルが利用可能であるかを端末に通知する。
ステップ３：移動端末に専用制御チャネルで接続のための帯域幅要求を含む接続設定メッセージを送信させる。
上述の手順はＧＳＭセルラネットワークの規格に適切であり、また非ＧＳＭ手順において本発明を用いた類似の手順は本技術分野の当業者に周知であろう。
【００３４】
（端末で終端される呼に対して）
端末で終端される呼に対し、以下の手順を接続設定に用いることができる。
ステップ１：接続のための帯域幅要求を含む呼び出し要求を呼び出しチャネルで送信する。
ステップ２：ランダムアクセスチャネルにおいて専用のシグナリングチャネルを要求する。
ステップ３：シグナリングチャネルを獲得し、アクセス許可チャネルで応答。
ステップ４：専用シグナリングチャネルにおいて、移動端末からの呼び出し応答を獲得する。
ステップ５：移動端末からネットワークへ接続設定メッセージを送信する。
【００３５】
本発明を現時点で最も現実的かつ好ましいと考えられる実施例に関連して説明してきたが、本発明が開示された実施例に限定されず、反対に、添付された請求範囲の精神及び範囲に含まれる多数の変形物及び等価構成を包含することが意図されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のセル構成の例を単純化した模式図である。
【図２】 階層的セル構成の例を示す図である。
【図３】 階層的セル構成の別の例を示す図である。
【図４】 従来の移動無線通信網の単純化した模式図である。
【図５】 本発明の実施例の模式図である。
【図６】 本発明の実施例の模式図である。
【図７】 本発明の実施例におけるフローチャートである。
（関連出願への相互参照）
本出願は（代理人整理番号第2380-17の）米国出願であり、参照として本出願に組み入れられる「既存無線シグナリングチャネルにおける呼び出し応答(Page Response On Existing Radio Signaling Channel)」に関連する。
【０００２】
（発明が属する技術分野）
本発明は電気通信システムに関し、特に移動端末のための通信システムに関する。
【０００３】
（背景技術）
セルラ移動システムはいくつかの構成要素から成り、これら構成要素のうち最も基本的なものには移動局、基地局及び移動通信交換局が含まれる。これら基本構成要素の機能は本技術分野で周知である。移動局はセルラシステムと通信するために複数の移動局によって用いられる。移動局の形式は、例えば携帯電話からラップトップコンピュータ又は他のパーソナルコミュニケーションデバイスまでの非常に広い範囲に渡って存在する。移動局は基地局への無線チャネルを用いてセルラシステムと通信する。基地局は割り当てられた地理的領域の内部に存在する移動局との無線通信を担う。基地局は呼処理に関連する全ての交換機能を司る移動通信交換局（ＭＳＣ）と通信する。ＭＳＣは一方で基地局と通信し、他方で外部コアネットワークと通信する。
【０００４】
セルラネットワークは無線サービスが利用可能な地理的範囲を規定する複数のセルに分割される。各セルは１つの基地局によってサービスされ、（トラフィック付加に応じて）隣接するセルで用いられる周波数と異なる１つ又はいくつかの周波数を用いる。
【０００５】
図１は移動通信システムのセル設計の実施例を示す。図１に示す円のそれぞれは、円の中心における点で示される基地局のカバレージエリアを示す。すなわち、セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４はこれらセルを通過する移動局の地理的カバレージエリアである。Ａ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４のそれぞれのセルは、セルに対応付けされた基地局が提供可能な有効無線通信距離によって地理的に定義される。この距離は基地局の信号出力パワーレベル及びその基地局の範囲内の移動局の信号出力パワーレベルなど多くの要因に依存する。基地局Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’及びＡ４’が各セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４の内部に示されている。
【０００６】
伝統的に、移動局が特定の地形内を移動するにつれて、移動局はある地理的セル範囲から別の地理的セル範囲へ移動しうる。その結果、セルの各基地局との間でハンドオフ手順が実行される。従って、例えば移動局がセルＡ１内におり、アクティブな呼に従事している場合、この移動局は基地局Ａ１’と通信している。しかし、移動局がセルＡ１から例えばセルＡ２へ移動した場合、基地局Ａ１’はその移動局に対するサービスを新しい基地局Ａ２’へハンドオフする。理想的には、ハンドオフ手順はその移動局のユーザにとってシームレスである。ハンドオフ手順中に移動局の機動性とシームレス性を改善するための数多くの公知のハンドオフ技術が存在する。
【０００７】
本技術分野の当業者が理解するように、セルＡ１，Ａ２，Ａ３及びＡ４の各々はそれらが処理可能なトラフィック量に固有の制限を有している。従って、各セルは、理想的にはその地理的領域内の全移動局に対してサービスを提供しなければならない対応帯域幅を有している。アクティブな移動局によって一旦その帯域幅が使用されると、アクティブな移動局の１つがその呼を終え、それによっていくらかの帯域幅を他の移動局に解放するまで、そのセル内の基地局は他のトラフィックサービスを提供できない。セルラネットワーク内で用いられる移動局の数が増加するに連れ、各セルにおいて十分な帯域幅を利用可能であることがますます重要になってきている。その結果、セル構成の間取り(geography)（すなわち、各セルがサービスを提供するカバレージエリアの大きさ）はセルラネットワークの形成における設計要素(design factor)である。ネットワーク設計者は多くの場合、トラフィックの高い領域ではセルを大きくし、トラフィックの低い領域ではセルを小さくするため、図１に示す均一な大きさ及び形状のセルは標準的なものではない。依然として、セルラネットワークにおいて利用可能な帯域幅を有効に用いるための新規で改良された方法は、商業的に価値のある進歩である。
【０００８】
（発明の概要）
本発明の好適な実施例によれば、地理的領域は異なる大きさのセルの重なり合うレイヤに地理的に分割される。すなわち、セルの第１レイヤは地理的領域を小さなセルのグループに分割する。そして、同じ地理的領域は再び、より大きな、重なり合うセルグループに分割される。最初の２つのレイヤに加え、さらに別の重なり合うレイヤを用いることもできる。これは一般に階層的セル構成と呼ばれる。
【０００９】
階層的セル構成において、低レイヤのセル（地理的に小さなセル）はその中に位置する移動局に高い帯域幅を提供し、一方、高レイヤのセル（地理的に大きなセル）はその領域内の移動局に対して低い帯域幅利用可能性を提供するが、広いカバレージエリアを提供する。
【００１０】
従って、この階層的セル構成において、地理的に小さな、しかし高い帯域幅利用可能性を有するセルが、低い帯域幅利用可能性の地理的に大きなセルの中に配置される。
【００１１】
本発明の好ましい実施例において、呼要求(call request)に続く移動局へのセル割り当ての際には、移動局の必要帯域幅を考慮する。移動局は呼要求とともに必要帯域幅要求を送信し、帯域幅要求はその移動局が小さな間取り及び大きな帯域幅利用可能性を有するセルか、大きな間取り及び小さな帯域幅利用可能性を有するセルのどちらに割り当てるべきかの決定に利用される。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
本セルラシステムは、（移動電話機のような）比較的狭い帯域幅を必要とする移動局及び、（マルチメディア処理装置のような）かなり大きな帯域幅を必要とする可能性のある移動局を含む、異なる形式の移動局について帯域幅の効率を最大化する。図１に示すようなネットワークシステムにおいて、一般に各移動局は、セルラシステムに対し、他の全ての移動局と同様の狭い帯域幅利用可能性を与えられている。異なる帯域幅及びトラフィック容量を必要とする接続が導入され、また広帯域の接続が頻繁に生じるに連れ、図１で説明されるセルラ構成がますます十分でなくなってきた。
【００１３】
図２の階層構成は広帯域接続に対する要求のいくらかを満たし始めている。図２の実施例において、地理的領域２０は例えば３つの異なるセル改装レベルに分割されている。セルの第１階層レベルは地理的領域２０を多数の、比較的小さなセル領域Ａ１，Ａ２，Ａ３等に分割する。これらセル領域はそれぞれ基地局Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’によってサービスが提供される。このレベルにおけるセル構成は図１に示した構成にほぼ対応する。替わりに、当業者が理解するように、１つの基地局が複数のセル領域に対してサービスを提供することも可能である。
【００１４】
しかしながら、図２の地理的領域２０はセルＡ１，Ａ２，Ａ３等の第１階層レベルに重なる高レベルのセル構成を含んでいる。セルの第２階層レベルにおいて、地理的領域２０はそれぞれ基地局Ｂ１’，Ｂ２’等によってサービスを提供される中間サイズのセルＢ１，Ｂ２等に分割される。
【００１５】
そして、図２の実施例において、地理的領域２０は基地局Ｃ１’，Ｃ２’等によってサービスを提供される、比較的大きく地理的に配置されたセルＣ１，Ｃ２等を有する、さらに別の階層レベル（この場合は第３階層レベル）に分割される。
【００１６】
図２に示す階層構造によって、移動局が地理的領域２０内の点”Ｘ”で示される位置にある場合、その移動局は３つの異なる基地局の任意の１つを介してセルラネットワークに接続することができる。まず、点”Ｘ”における移動局はセルＡ３（第１階層レベル）、セルＢ１（第２階層レベル）又はセルＣ１（第３階層レベル）の基地局を介して通信可能である。点”Ｘ”における移動局がセルＡ３内で通信している際、移動局は基地局Ａ３’と基地局Ａ３’に関連づけされた周波数によって通信する。一方、点”Ｘ”における移動局がセルＢ１を介して通信する場合、移動局は基地局Ｂ１’と基地局Ｂ１’に関連づけされた周波数によって通信する。最後に、点”Ｘ”における移動局がセルＣ１を介して通信する場合、移動局は基地局Ｃ１’と基地局Ｃ１’に関連づけされた周波数によって通信する。ここで、セルＡ３は地理的に小さいが、高い帯域幅利用可能性を有するため、点”Ｘ”における移動局はセルＡ３を介して通信する場合、比較的広い帯域幅を得る機会を有するということが重要である。一方、移動局がセルＣ１を介して通信する場合、ハンドオフを必要とせずに（セルＡ１又はＢ１と比較して）長距離を移動することが可能である反面、比較的低い帯域幅利用可能性を有するであろう。
【００１７】
本発明は点”Ｘ”における移動局に対する利点にトレードオフが存在することを認識している。特に、点”Ｘ”における移動局が広帯域幅を必要とする装置である場合、その高トラフィック容量要求を獲得するチャンスはセルＣ１からよりもセルＡ３からのほうが高い。一方、移動局がセルＡ３を通じて通信している場合、セルＡ３から移動局が移動する隣接セルへのハンドオフ手順を行わずに移動可能な地理的範囲は比較的制限される。対照的に、点”Ｘ”における移動局がセルＣ１内で通信している場合、移動局はハンドオフ手順を行わずに地理的領域２０内を比較的長い地理的距離移動可能である。従って、点”Ｘ”における移動局において、広帯域幅の通信を獲得することと、ハンドオフ手順を必要としないで高い地理的移動度を達成することの間にはトレードオフが存在する。
【００１８】
図３は図１に示される階層レベルをより簡単な形式で示している。図３において、地理的領域２０は関連づけされた３つのセル階層レベルを有している。セルの第１階層３０は地理的に小さい。従って、レイヤ３０における各セルはその固定帯域幅を比較的少数のユーザで共用せねばならず、その結果、地理的セル領域内の各ユーザに広帯域幅を提供することが可能である。レイヤ３１（第２階層レベル）におけるセルは地理的により大きいため、レイヤ３０におけるセルに関して予期されるよりも低いユーザあたりの帯域幅利用可能性を提供する（もちろん、人口密度によってこの予想に例外が生じることもあり得る）。さらに、レイヤ３２（第３階層レベル）におけるセルはさらに大きな地理的領域をカバーするため、一般にレベル３０及び３１よりもさらに低いユーザあたりの帯域幅利用可能性を提供する。図２の例と図３の例との対応について述べると、セルＡ１，Ａ２，Ａ３等はレイヤ３０に属し、セルＢ１，Ｂ２等はレイヤ３１に属し、セルＣ１，Ｃ２等はレイヤ３２に属する。もちろん、地理的領域２０は設計上の制約や所望の利益に応じて図２又は図３に示されるよりも多い、または少ない数の階層レイヤに分割されてもよい。さらに、図２及び図３に示されるセルは各階層レベル内で均一の形及び大きさであるが、これは必ずしも必要ではない。すなわち、例えばレイヤ３０におけるセルは地理的に比較的小さいけれども、レイヤ３０の他のセルに関して不均一であっても良い。これはレイヤ３１、３２等についても同様である。図２及び図３において、地理的領域２０内の移動局がレイヤ３０におけるセルの１つから出る前は比較的遠くへの移動はできないが、レイヤ３２のセルを出る前には比較的長距離の移動が可能であることが理解できる。
【００１９】
本発明の好適な実施例は少なくとも２つの要因、移動局の帯域幅要求及び移動局の移動度見込み(potential mobility)に従って呼接続を行う。図５に示すように、２つの異なるタイプの移動局、移動局電話機（ＭＳ１）及び移動局ラップトップコンピュータ装置（ＰＣ１）が示されている。伝統的には、（ＭＳ１のような）電話機より、（ＰＣ１のような）ラップトップコンピュータ装置が高い帯域幅を要求する移動局である（常にそうであるとは限らないが）。
【００２０】
さらに、本発明はまた、（ラップトップコンピュータ装置のような）高い帯域幅を要求する装置は、より低い帯域幅を要求する（セルラ電話機のような）装置のユーザに比べて地理的領域２０内を移動しない人々によって使用されるであろうと認識している。いずれにしても、図５に示すように、高い帯域幅を要求する装置であるラップトップコンピュータ装置ＰＣ１は、（より低い帯域幅を要求する）電話機ＭＳ１がセルレベル５３と通信するのに対し、セルレベル５２内の基地局と通信することによって、ＲＮＣ５１を介してコアネットワーク５０と通信する。図５に示すように、セルレベル５２はセルレベル５３に比べて単位地理的領域あたりの基地局の数が多い。この意味で、セルレベル５２は例えば図３のレイヤ３０に対応し、セルレベル５３は例えば図３のレイヤ３１に対応する。いかなる基地局の周波数帯の伝送容量もセルの大きさに依存する必要はないため、（電話機ＭＳ１が通信している）基地局５４はその伝送容量を、例えばセルレベル５２の基地局５５が行うよりも多数のユーザに対して分割しなければならない。従って、（セルレベル５２と通信する）ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１よりも高位のセル構成レベル（セルレベル５３）で通信する電話機ＭＳ１は一般に
【００２１】
ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１が有する帯域幅利用可能性よりも低い利用可能性を有するであろう。もちろん、ラップトップコンピュータ装置ＰＣ１が基地局５５とセルレベル５２の間でハンドオフを起こさずにはそう遠くへ移動できないことを図５から理解することができる。一方、電話機ＭＳ１はハンドオフを起こさずにセルレベル５３を比較的遠くへ移動可能である。
【００２２】
図６に示す本発明の例は移動局の移動特性及びそれらの本発明に対する関連性を示している。図６に示すように、地理的領域２０は２つのセルレベルを有している。第１のセルレベルは比較的小さな地理的セルＡ４，Ａ５及びＡ６を有する。第２階層セルレベルは比較的大きな地理的大きさＢ３の１つのセルを有する。地理的領域２０において、移動局ＭＳ３は（セルＡ４及びＢ３が重なっているため）セルＡ４及びセルＢ３内に位置する。さらに、ラップトップコンピュータＰＣ２はセルＡ４及びＢ３内部の位置においてセルラシステムでの動作を行っている。常に正しくはないが、通信中において、移動局ＭＳ３はラップトップコンピュータＰＣ２が地理的領域２０を移動するよりも地理的領域２０内を多く移動するであろう。従って、セルＡ４からセルＡ５に向かって速度Ｖ１で移動しているように示される移動局ＭＳ３は依然としてセルＢ３内に存在する。（依然としてセルラネットワークにおいて通信し続けていると思われる）ラップトップコンピュータ装置ＰＣ２は、ほぼ０に等しい速度Ｖ２とともにセルＡ４及びＢ３内部に示される。異なる装置ＭＳ３及びＰＣ２の速度は関連している。あるセルから別のセルへの任意の移動局の伝送はハンドオフ手順を必要とするため、異なる装置ＭＳ３及びＰＣ２の速度は関連がある。すなわち、移動局ＭＳ３がセルＡ４の基地局と通信している場合、移動局ＭＳ３がセルＡ４からセルＡ５へ移動するに従って、移動局ＭＳ３はセルＡ４からセルＡ５をサービスしている基地局へのハンドオフ手順を要求するであろう。一方、移動局ＭＳ３がセルＢ３をサービスする基地局と通信している場合、セルＢ３がセルＡ４及びＡ５の両方を包含しているため、移動局ＭＳ３はセルＡ４の地理的領域からセルＡ５の地理的領域へハンドオフを要求することなく移動することが可能である。従って、移動局ＭＳ３はセルＢ３の基地局と通信している場合、比較的大きなセルＢ３を離れるまでハンドオフ手順を要求しない。
【００２３】
セルＡ４ではなく、セルＢ３と通信する移動局ＭＳ３のトレードオフは、利用可能な帯域幅である。セルＢ３は、（より小さな地理的領域である）セルＡ４とほぼ同じトラフィック容量でより広い地理的領域にサービスを提供するため、移動局ＭＳ３がセルＡ４の基地局ではなくセルＢ３の基地局と通信している場合、移動局ＭＳ３が高い帯域幅を利用可能となる可能性は低くなる。
【００２４】
この帯域幅利用可能性は一般にラップトップコンピュータ装置ＰＣ２のような高帯域幅を要求する装置にとって重要である。ラップトップコンピュータ装置ＰＣ２は高い帯域幅利用可能性を必要とするであろうから、セルＢ３の基地局よりも高い帯域幅利用可能性が存在すると考えられるセルＡ４の基地局と通信することが好ましい。
【００２５】
移動端末が発呼する際、移動局ＭＳ３及びラップトップコンピュータ装置ＰＣ２の両方において、端末（ＭＳ３又はＰＣ２）は、地理的領域２０内において移動端末がどの程度移動するかの見込み及び、その移動端末についての帯域幅要求に基づいて、高レベルの基地局又は低レベルの基地局（レベル３０，３１又は３２に対応）を選択することができる。従って、移動端末は高、中、又は低レベルセルレイヤを選択することによって、高帯域幅利用可能性もしくはハンドオフ無しでの高移動性のいずれかを選択することが可能である。移動端末が選択を行うと、移動端末はそのセルレイヤに関連した基地局と接続を開始することができる。移動端末が不適切な選択を行ったとネットワークが判断した場合、ネットワークはハンドオーバを強制するか、第１の基地局において端末へ別のセルレベルの異なる基地局を試すよう知らせるメッセージとともに呼を拒絶することによって、端末に対し別のセルレベルにおける別の基地局を使用するよう強制することが可能である。さらに、高帯域幅を要求する移動端末が低い階層レベルにおける基地局を通じて呼の設定を試み、その低い階層レベルのセルに容量が残っていない場合、ネットワークはその時点でアクティブなセル中の低帯域幅移動端末に対して高い階層レベルの基地局へハンドオーバさせることによって高帯域幅移動端末のための容量を解放することもできる。
【００２６】
別のネットワーク接続システムにおいて、移動端末発の呼は移動端末に対し、それらの通信のためのセル階層レベルを個別選択することを許可しない替わりに、それらの帯域幅要求及びネットワークに対して見込まれる移動度基準(mobility criteria)をネットワークに送信し、それから移動端末の呼接続がどのセルレベルで接続されるべきかを決定する。そして、端末が高い帯域幅要求を有する場合（そして固定又は非常にゆっくりとした）帯域幅ネットワークは移動端末に対し、移動端末が呼を接続するためにどの（適切なセルレベルにおける）基地局に接続すべきかを通知可能である。従って、端末が高い帯域幅要求を有する（そして移動しないか非常にゆっくりと移動する）場合、ネットワークは、より高い転送容量を移動端末へ提供することが可能なように、（発呼又は着呼のいずれにおいても）呼を（レイヤ３０のような）低い階層レベルに属する基地局を介してルーティングするための選択を試みる。一方、端末が帯域幅についてより低い要求を有する（しかし、比較的高速に地理的領域内を移動している）場合、ネットワークはハンドオフなしでのより高い移動自由度を移動端末へ提供することが可能なように、（発呼又は着呼のいずれにおいても）呼を高位の階層レベルに属する基地局を介してルーティングするための選択が可能である。
【００２７】
本発明に従って、以下の条件が有効であるべきである。
・（図２におけるＡ１，Ｂ１及びＣ１の様な）重なり合うセルは異なる周波数帯を用いなければならない。
・（図２におけるＣ１及びＣ２の様な）隣接するセルは異なる周波数帯を用いなければならない。
本発明において実施可能な有益な付加機能は、継続中の伝送セッションの間用いられる接続のための階層セルレベルを最近のトラフィック及び移動端末のローミング状況により適したレベルへの変更可能性である。これは、例えばネットワークに対し、端末のローミング及び使用ビットレートに関する最近の状態についての統計情報の収集を要求する。
【００２８】
図４は、システムを改良するために本発明を組み合わせることの可能な移動通信システムの一般的な従来例を示す。特に、移動システムはセルに関連づけされた基地局（ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４等）と、各セル内に位置し、同一セル内の基地局と通信する移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎを有している。もちろん、図４の例は基地局あたりより多くの移動局が用いられ得る点及びセルラ通信システム毎により多い基地局を利用可能である点に関して単純化されている。移動局ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎに加え、コンピュータＰＣ１，ＰＣ２等のコンピュータのような移動端末がセルラ通信によって基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３及びＢＳ４と通信することができる。本技術分野の当業者であれば理解されるように、基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４は移動交換サービスセンタ（ＭＳＣ）と通信する基地局コントローラを含んでいる。ＭＳＣは在圏ロケーション・レジスタ(visitor location register:VLR)を有している。移動通信交換局（ＭＳＣ／ＶＬＲ）は公衆交換電話網(public switched telephone network: PSTN)のような外部コアネットワークと通信する。本発明において、基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４等は図のようなセル構成を形成するために配置されている。本発明に従って、基地局は図２又は図３に示したセル構成、又は本発明の教示に従った類似の階層セル構成を形成するために配置されている。そして、移動通信交換局（ＭＳＣ）は個々の移動端末の帯域幅要求及び移動度に従って移動端末（ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎ，ＰＣ１及びＰＣ２）に発呼する。さらに、移動端末からの呼について、移動端末（ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳｎ，ＰＣ１及びＰＣ２）は、本出願の図２，３，５，６及び７の教示に従って、移動端末の帯域幅要求及び移動度に従って基地局を選択する。もちろん、これは本発明の簡単な実施例であり、本技術分野の当業者は移動端末の帯域幅要求と移動度に従ってセルとの通信及び種々の階層セルレベルとを選択するという本発明の全体的な機能を維持しながら、システム構成や要素に改造を加えてもよいことを理解するであろう。
【００２９】
図７は本発明の実施例に従った移動端末による発呼手順を示すフローチャートである。図７において、移動端末はその帯域幅要求をステップ６０で分析する。もちろん、常にそうであるとは限らないが、伝統的に、これは（ラップトップコンピュータ装置のような）コンピュータ機能を伴う移動端末は通話(telephone conversation)に用いられる移動端末より高い帯域幅を要求することを示すであろう。自らの帯域幅要求の分析に基づいて、移動端末はステップ６１でセルレベル（例えば、図３のレベル３０，３１及び３２）を選択する。ステップ６１でのセルレベル選択の後、ステップ６２で移動端末は選択されたセルレベル内のセルに対応する基地局に接続を試みる。それから、ステップ６３において、ネットワークは移動端末がステップ６２で接続試行がなされたセルレベルが適切に選択されているか否かを確認する。ステップ６４において、移動端末が適切なセルレベルを選択し、接続を試行していた場合、処理はステップ６６へ進む。そうでなければ、処理はステップ６５へ進み、そこでネットワークは移動端末に対し、異なるレベルのセルの基地局に強制的にハンドオフさせる。これは、例えば移動端末が高い帯域幅利用可能性を有するセルレベルを要求したにもかかわらず、より小さな帯域幅を用いることが可能である場合に発生する。そのような場合、ネットワークはステップ６５において、移動端末をより低い帯域幅利用可能性を有するセルレベルへ強制的にハンドオフさせる。そして、処理はステップ６２に戻り、そこで移動端末はステップ６５でネットワークによって命令された新しいセルレベルにおいて接続を試行する。
【００３０】
ステップ６４において移動端末が適切なセルレベルで接続を試行していた場合、ネットワークはステップ６１で移動端末によって選択されたセルレベルにおけるセルで利用可能なトラフィック容量が十分であるかどうかを判定する。そして、ネットワークは、ステップ６０で判定された帯域幅要求において移動端末が十分な容量を利用可能であるかを判定する。もし十分な容量がステップ６０で判定された帯域幅要求において移動端末が十分な容量を利用可能である場合、ステップ６６において判定は”ＹＥＳ”となり、ネットワークは呼をステップ６７で接続する。一方、ステップ６２で移動端末が要求したセルレベルにおいて不十分な容量しか利用可能でない場合、処理はステップ６８へ移行し、そこでネットワークはステップ６４で決定された不適切なセルレベルにおけるセル内で継続中の呼に関連する移動端末が存在するか否かを問い合わせる。すなわち、ステップ６８において、ネットワークは移動端末がステップ６２で接続を望んだセルレイヤのセルにおいて継続中の呼(active call)を、例えば、そのセル内で動作中の移動端末が、高い帯域幅を利用可能なセルレイヤにおいて動作する、より低い帯域幅を要求する装置であるか否かを判定することによって解析する。ステップ６８において、ステップ６２で移動端末が試行した接続に利用可能なトラフィック容量を得るために移動端末のいずれかがより低い帯域幅利用可能性を有するセルに移動可能である場合、ステップ６９において、ネットワークは誤った位置にある移動端末を高位の階層レベルのセルへ強制的にハンドオフさせる。
【００３１】
そして、処理はステップ６６へ戻り、そこでネットワークは、ステップ６８及び６９において誤った位置にあった移動端末が高位のレベルのセルレイヤに強制的にハンドオフさせられた状態で、再びセル内においてトラフィック容量が利用可能であるか否かを判定する。ステップ６６において、十分な容量が利用可能である場合、ステップ６７を通じて呼が接続される。一方、ステップ６６において依然として十分な容量が利用可能でなく、またステップ６８及び６９において高位のレベルのセルレイヤに移動可能な別の移動端末もない場合、処理はステップ７０へ進み、そこでネットワークは現在の移動端末を、その移動端末が望んだのと異なるセルレイヤ（通常はより低い帯域幅利用可能性を有するセルレイヤ）へハンドオフさせる。この結果、移動端末が通常望むよりも高いセルレイヤにおいてではあるけれども（従って、例えば移動端末に対する通信を遅くすることになるが）、移動端末はステップ６２で接続を行うことが可能となる。
【００３２】
一方、呼がコアネットワークで発せられ、移動端末で終端される場合、ネットワークは移動端末に帯域幅要求について問い合わせる。これは例えば、図７におけるステップ６０で行われる。そして、以下に、コアネットワークから発呼され、移動端末で終端される呼について、移動端末の帯域幅要求が決定されてから階層セルラシステムにおいてどのように接続のためのセルレベルが選択されるかについてのかなり詳細な説明を行う。まず、接続のために要求された帯域幅が、実際の接続設定手順に先立つネゴシエーション手順においてアクセスネットワークへ送信される。アクセスネットワークにおけるＲＮＣノード（図５）はネゴシエーション手順における通信者(communication party)であり、最終的にどのセルレベルが接続に用いられるかを制御する。接続設定において、アクセスネットワークは移動端末（又はルックアップテーブル又は同等品）から接続に必要な帯域幅を得る。端末発呼の接続設定がある場合、端末はセル階層の中から接続のためのレベルを選択することができる。図７に関連して説明したように、ネットワークが接続により適した別のレベルを見いだした場合、ネットワークは適切なセルレベルへの周波数ハンドオーバを命令することができる。一方、接続設定が端末で終端される場合、要求された帯域幅は接続設定時にコアネットワークからアクセスネットワークへ送信される。この接続のための帯域幅要求は接続で許容可能な最小レベルの形式であってもよい。この帯域幅要求を（例示としての）ＧＳＭ環境においてアクセスネットワークへ送信可能な１つの方法を以下に示す。
【００３３】
（端末から発せされる呼に対して）
ステップ１：ランダムアクセスチャネルにおいてシグナリングチャネルを要求する。
ステップ２：ネットワークからのアクセス許可チャネル(access grant channel)において、どのシグナリングチャネルが利用可能であるかを端末に通知する。
ステップ３：移動端末に専用制御チャネルで接続のための帯域幅要求を含む接続設定メッセージを送信させる。
上述の手順はＧＳＭセルラネットワークの規格に適切であり、また非ＧＳＭ手順において本発明を用いた類似の手順は本技術分野の当業者に周知であろう。
【００３４】
（端末で終端される呼に対して）
端末で終端される呼に対し、以下の手順を接続設定に用いることができる。
ステップ１：接続のための帯域幅要求を含む呼び出し要求を呼び出しチャネルで送信する。
ステップ２：ランダムアクセスチャネルにおいて専用のシグナリングチャネルを要求する。
ステップ３：シグナリングチャネルを獲得し、アクセス許可チャネルで応答。
ステップ４：専用シグナリングチャネルにおいて、移動端末からの呼び出し応答を獲得する。
ステップ５：移動端末からネットワークへ接続設定メッセージを送信する。
【００３５】
本発明を現時点で最も現実的かつ好ましいと考えられる実施例に関連して説明してきたが、本発明が開示された実施例に限定されず、反対に、添付された請求範囲の精神及び範囲に含まれる多数の変形物及び等価構成を包含することが意図されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のセル構成の例を単純化した模式図である。
【図２】 階層的セル構成の例を示す図である。
【図３】 階層的セル構成の別の例を示す図である。
【図４】 従来の移動無線通信網の単純化した模式図である。
【図５】 本発明の実施例の模式図である。
【図６】 本発明の実施例の模式図である。
【図７】 本発明の実施例におけるフローチャートである。
Claims (17)
- 複数の低位階層基地局によってサービスを提供される複数の低位階層セルからなる低位セルレイヤ及び、複数の高位階層基地局によってサービスを提供される、前記複数の低位階層セルと重なり合う複数の高位階層セルからなる高位セルレイヤとを有するセル構成（３０−３２）を形成する複数の基地局と、前記セル構成の中で動作する複数の移動端末（ＭＳ１及びＰＣ１）とを有するセルラ電気通信システムであって、前記高位階層セルは前記低位階層セルよりも大きく、
呼要求であって、前記呼要求のための前記最小帯域幅要求と前記移動端末の見込まれる移動度を規定する情報を含んだ呼要求、を受信するための入力を有する移動無線アクセスノード（５１）を有し、
前記移動無線アクセスノード（５１）は、
前記最小帯域幅及び前記移動度に基づいて、前記呼の接続前に、低い最小帯域幅要求と高い移動度を有する呼要求には前記高位セルレイヤを、高い最小帯域幅要求と低い移動度を有する呼要求には前記低位セルレイヤを、前記呼の接続に適切なセルレイヤとして決定することにより、前記移動端末と前記基地局との間の呼接続を調整するとともに、
移動端末に対し、不適切なセルレイヤにある呼接続を適切なセルレイヤへ強制的にハンドオフさせることを特徴とするセルラ電気通信システム。 - 前記複数の移動端末がセルラ電話機（ＭＳ１）及びセルラコンピュータ（ＰＳ１）を含み、前記移動無線アクセスノードが前記セルラ電話機への呼接続を前記高位階層基地局に優先権を与えて調整し、前記セルラコンピュータへの呼接続を前記低位階層基地局に優先権を与えて調整することを特徴とする請求項１記載のセルラ電気通信システム。
- 前記入力が前記移動端末からの前記呼要求を受信することを特徴とする請求項１記載のセルラ電気通信システム。
- 前記無線アクセスノード（５１）と通信しているコアネットワーク（５０）をさらに有し、前記入力が前記コアネットワークから前記呼要求を受信することを特徴とする請求項３記載のセルラ電気通信システム。
- 前記移動無線アクセスノードが、セルのトラフィック容量が当該セルの他の呼接続を接続するのに不十分な場合、不適切なセルレイヤでアクティブな呼接続をチェックすることを特徴とする請求項１記載のセルラ電気通信システム。
- 複数の第１レイヤの基地局によって規定される第１セルレイヤ（５２）であって、前記第１セルレイヤのセルの各々が、関連づけされた比較的小さい複数の地理的サービス領域を有する第１セルレイヤと、複数の第２レイヤの基地局によって規定される第２セルレイヤ（５１）であって、前記第１セルレイヤと前記第２セルレイヤは全体的に重なり合っており、前記第２セルレイヤのセルの各々が、関連づけされた比較的大きい複数の地理的サービス領域を有する第２セルレイヤとによって規定された地理的領域をサービスする、移動無線機のためのセルラ電気通信システムであって、
前記移動端末と、前記複数の第１及び第２レイヤの基地局との間の呼接続を、前記呼接続に含まれる最小帯域幅要求と前記移動無線機の見込まれる移動度とに基づいて前記呼を接続する前に前記呼接続に対して適切なセルレイヤを決定することによって、低い最小帯域幅要求と高い移動度を有する呼接続には前記複数の第２レイヤ基地局に優先権を与え、高い最小帯域幅要求と低い移動度を有する呼接続には前記複数の第１レイヤ基地局に優先権を与えるように調整する移動無線アクセスノード（５１）を有し、
前記移動無線アクセスノード（５１）はさらに、移動端末に対し、不適切なセルレイヤにある呼接続を適切なセルレイヤへ強制的にハンドオフさせることを特徴とするセルラ電気通信システム。 - 前記移動無線アクセスノードが、セルのトラフィック容量が当該セルの他の呼接続を接続するのに不十分な場合、不適切なセルレイヤでアクティブな呼接続をチェックすることを特徴とする請求項６記載のセルラ電気通信システム。
- 前記複数の第２レイヤ基地局に対する優先権が、前記移動端末のうち、より移動する端末（ＭＳ３）に対する呼に与えられ、前記複数の第１レイヤ基地局に対する優先権が、前記移動端末のうち、より固定的な端末（ＰＣ２）に与えられることを特徴とする請求項６記載のセルラ電気通信システム。
- 前記複数の移動無線機がセルラ電話機（ＭＳ１）及びセルラコンピュータ（ＰＣ１）を含み、前記移動無線アクセスノードが前記セルラ電話機への呼接続を前記複数の第２レイヤ基地局に優先権を与えて調整し、前記セルラコンピュータへの呼接続を前記複数の第１レイヤ基地局に優先権を与えて調整することを特徴とする請求項６記載のセルラ電気通信システム。
- 前記移動無線アクセスノード（５１）が、呼要求であって、前記呼要求のための前記最小帯域幅要求を規定する情報を含む呼要求を受信するための入力をさらに有することを特徴とする請求項６記載のセルラ電気通信システム。
- 前記入力が前記移動端末からの前記呼要求を受信することを特徴とする請求項１０記載のセルラ電気通信システム。
- 前記無線アクセスノード（５１）と通信しているコアネットワーク（５０）をさらに有し、前記入力が前記コアネットワークから前記呼要求を受信することを特徴とする請求項１０記載のセルラ電気通信システム。
- 比較的小さな地理的セルである第１レイヤセル内のセルラ通信を調整する複数の第１レイヤ基地局（５２）及び、前記第１レイヤセルと重なり合う比較的大きな地理的セルである第２レイヤセル内のセルラ通信を調整する複数の第２レイヤ基地局（５３）とを有するセルラシステム内部の移動無線機から発呼されたセルラ呼を接続する接続方法であって、
セルラ呼要求であって、前記呼要求のための前記最小帯域幅要求と前記移動無線機の移動度を規定する情報を含んだセルラ呼要求、を受信するステップと、
前記最小帯域幅要求と前記移動度に基づいて、前記セルラ呼の接続前に、低い最小帯域幅要求と高い移動度を有する呼要求には前記高位セルレイヤを、高い最小帯域幅要求と低い移動度を有する呼要求には前記低位セルレイヤを、前記セルラ呼に適切なセルレイヤとして決定するステップと、
前記決定された適切なセルレイヤのセルにおいて、前記セルラ呼を接続するための十分なトラフィック容量があるか否かをチェックするステップと、
前記チェックにより、前記セルに十分なトラフィック容量があれば、前記セルラ呼の接続の試行を受け付けるステップと、
前記チェックにより、前記セルに十分なトラフィック容量が無ければ、不適切なセルレイヤでアクティブなセルラ呼接続をチェックするステップとを有することを特徴とする接続方法。 - 前記呼を発した移動無線機が初期判定（６１）において、前記呼の接続を試行すべきセルレイヤを選択し、
前記セルラシステムが前記初期判定の適否を解析することを特徴とする請求項１２記載の接続方法。 - 前記セルラシステムが前記初期判定を認めなかった（６３）場合、前記移動無線機が強制的に前記決定された適切なセルレイヤにハンドオフさせられることを特徴とする請求項１４記載の接続方法。
- 移動無線機に、不適切なセルレイヤでアクティブな呼接続を適切なセルレイヤへ強制的にハンドオフさせるステップ（６９）をさらに有することを特徴とする請求項１３記載の接続方法。
- 複数の低位階層基地局によってサービスを提供される複数の低位階層セルからなる低位セルレイヤ及び、複数の高位階層基地局によってサービスを提供される、前記複数の低位階層セルと重なり合う複数の高位階層セルからなる高位セルレイヤとを有するセル構成（３０−３２）を形成する複数の基地局と、前記セル構成の中で動作する複数の移動端末（ＭＳ１及びＰＣ１）とを有するセルラ電気通信システムにおいて用いるための移動無線アクセスノード（５１）であって、前記高位階層セルは前記低位階層セルよりも大きく、
呼要求であって、前記呼要求のための前記最小帯域幅要求と前記移動端末の移動度を規定する情報を含んだ呼要求、を受信するための入力を有し、
前記最小帯域幅及び前記移動度に基づいて、前記呼の接続前に、低い最小帯域幅要求と高い移動度を有する呼要求には前記高位セルレイヤを、高い最小帯域幅要求と低い移動度を有する呼要求には前記低位セルレイヤを、前記呼の接続に適切なセルレイヤとして決定することにより、前記移動端末と前記基地局との間の呼接続を調整するとともに、
移動端末に対し、不適切なセルレイヤにある呼接続を適切なセルレイヤへ強制的にハンドオフさせることを特徴とする移動無線アクセスノード。
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