JP4929192B2

JP4929192B2 - 無線通信システムおよび無線通信システムにおけるソフトハンドオフ制御方法

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Inventors: 淳市川; 道裕浅沼; 清隆片岡
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Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に無線通信技術におけるソフトハンドオフ制御技術に関する。

近年、無線通信システムにおいては、無線端末を用いたメールの送受信、インターネットへのアクセス、Web閲覧といったデータ通信が盛んに行われている。無線通信システムは、移動局である無線端末と、固定局であり、無線端末と無線により通信を行う無線基地局(BaseStation：BS)と、複数の無線基地局と接続され、それら無線基地局を制御する基地局制御装置(BaseStationControl：BSC)と、公衆網などの外部ネットワークで構成される。外部ネットワークからデータを受け取った基地局制御装置は、T1（通信速度1.5Mbpsのデジタル専用回線の規格）回線などの帯域の細い有線通信により無線基地局へデータを転送する。データを受け取った無線基地局は無線端末へ無線通信によりデータを転送する。このようなデータ通信は、非特許文献１に示すような標準化された方式に従って行われている。

無線端末は移動局であるので、移動に伴ってある無線基地局から別の無線基地局へ通信相手を切り替えながら、データ通信を継続させる必要がある。この切り替え動作をハンドオフと呼ぶ。ハンドオフ技術のひとつにソフトハンドオフと呼ばれる方法がある。ソフトハンドオフは、データ通信を瞬断させることなく、ハンドオフを実行することが可能な制御方法である。ソフトハンドオフでは、移動元無線基地局を経由する無線通信路を解放する前に移動先無線基地局を経由する無線通信路を確保する。そして、基地局制御装置が無線端末のデータ受け取り先無線基地局を切り替える処理を実施した後、移動元無線基地局を経由する無線通信路を解放し、移動先無線基地局と通信を行う。

ここで、移動先無線基地局との無線通信路の確保は次のようにして行われる。まず、移動元無線基地局と通信を行いつつ移動している無線端末は、移動先無線基地局から受信する電波の強度が測定可能となったことを検出する。無線端末は、その測定結果を移動元無線基地局および基地局制御装置へ報告し、これに応じて基地局制御装置が移動先無線基地局と無線端末間の通信路確立に必要な無線リソースであるトラヒックチャネルを予約し、獲得する。基地局制御装置は、トラヒックチャネルの獲得成功後に、無線端末へそのトラヒックチャネルを使用した通信路を追加するよう指示を行う。

無線端末が複数の無線基地局のセル境界部分に向かって移動したような場合には、移動するにつれて同時に複数の無線基地局からの電波が受信可能な強度となる場合がある。無線端末は、複数の無線基地局からの受信電波の強度を測定できた場合には、それら複数の無線基地局に関する測定結果を無線基地局および基地局制御装置へ報告する。その結果、基地局制御装置は、測定結果が報告された複数の無線基地局について、それら複数の無線基地局を経由する通信路を確立し、ソフトハンドオフの状態に至ることになる。本明細書においては、ソフトハンドオフ状態とは無線端末が複数の無線基地局を経由する通信路を確立している状態のことを言う。
非特許文献１の規格では、ソフトハンドオフ状態において、同時に確立する通信路（トラヒックチャネル）の数は、最大は6まで許容されている。(p8-86, p8-132)
３ＧＰＰ２Ｃ．Ｓ００２４−Ａｃｄｍａ２０００ＨｉｇｈＲａｔｅＰａｃｋｅｔＤａｔａＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＶｅｒｓｉｏｎ３．０第８章(p8-1〜P8-170)

上述したように、ソフトハンドオフは、無線端末と複数の無線基地局との間で同時に複数通信路を確立することで、データ通信の無瞬断化や安定した通信品質確保が実現可能となる技術である。ソフトハンドオフ時に同時に多数の無線基地局を経由した通信路が確立された場合、ある無線基地局の電波状況が急激に悪化しても、他の無線基地局を経由した無線通信路が多数確保されているので、そのうちより通信品質のよい無線通信路を使用することで通信品質の急激な悪化を防げる可能性が高くなる。

一方、セル境界周辺ではソフトハンドオフが発生した場合に、たった一つの無線端末が同時に最大６つの無線チャネルリソースを消費してしまうことになる。セル境界付近だけでなく、実際のフィールドにおいては、地形や建物などによる影響で、複数の無線基地局からの電波を受信できる場所ができてしまうことがある。
無線端末との通信で消費されるトラヒックチャネルは、無線基地局毎に使用可能数(チャネル容量)に応じて空塞管理が必要となる有限のリソースである。無線基地局の圏内に存在する無線端末数が設備設計条件を超えてしまった場合や、特に、複数無線端末が集団で移動した場合などで、ソフトハンドオフ状態の無線端末が多数存在する場合には、トラヒックチャネルが急激に消費され、トラヒックチャネルのリソース枯渇に至ると考えられる。このような状況では、新規接続呼やドーマント状態からの再接続呼に対し、１つのトラヒックチャネルも割り当てできず、接続処理不可能という問題が発生する。またひとつの基地局とのみ無線通信路を確立している無線端末が移動してきた場合は、ハンドオフ先の無線基地局が無いために呼が切断されてしまうという問題も発生する。

それぞれの端末が５つも６つも通信路を確立してしまい、トラヒックチャネルリソースが枯渇しそうになってから、一旦確立した無線通信路を、基地局制御装置あるいはそれより上位の装置から切断することは得策ではない。なぜならば、そのような状態の基地局についてどのチャネルを解放するのが影響が少ないか判断するためには、その基地局の各チャネルを使用しているそれぞれの無線端末が、他にどの基地局と接続中か調べ、接続中の他の基地局すべての電波強度を収集して評価するという処理を解放基準を満たすチャネルが見つかるまで繰り返さなくてはならず、処理が煩雑で非効率的だからである。また、解放基準を満たすチャネルを見つけたとしても、チャネル解放の通知を無線端末に送信し、無線端末から解放完了の通知が帰ってきてからでないと次の呼接続ができないため、時間がかかるという問題点もある。

本願発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ソフトハンドオフによるデータ通信の無瞬断切り替えや安定した通信品質確保のメリットを継承しつつ、より多くの無線端末が効率よくトラヒックチャネルを使用できるソフトハンドオフ制御方法および基地局制御装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の無線端末と無線通信を行う複数の基地局と、それら複数の基地局を収容する基地局制御装置とを含む無線通信システムにおいて、基地局制御装置が、ソフトハンドオフ状態の無線端末から無線端末との間に通信路が確立されていない基地局の受信電波強度の測定値を受信すると、その受信した受信電波強度の測定値と、無線端末と既に通信路が確立されている基地局の中で最大の受信電波強度の測定値との比を算出し、算出した比と、無線端末との間に通信路が確立されていない基地局のトラヒックチャネルの使用率に基づいて、無線端末とその基地局との間の通信路確立可否を判断するようにしたものである。

本発明によると、ソフトハンドオフによる通信品質確保の効果を継承しつつ、無線リソースであるトラヒックチャネルの使用状態が輻輳した場合に、より多くの無線端末が効率よくトラヒックチャネルを使用できるソフトハンドオフ制御方法および基地局制御装置を提供することができる。また、本発明によると、無線基地局設備設計時に予想困難な突発的無線端末トラヒック増加あるいは地理的電波環境起因によるトラヒック輻輳が生じた状態においても、無線端末ユーザへより均一な接続品質を伴うサービスを提供することができる。

つまり、本発明によると、通信中の無線端末の通信品質を落とすことなく、他の移動してきた無線端末、呼接続要求を送信してきた無線端末などのより多くの無線端末が効率よくトラヒックチャネルを使用できるようになり、多くの無線端末ユーザへより均一な接続品質を伴うサービスを提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施例における無線通信システムの構成例を示す図である。
無線端末１００と、無線端末１００と無線通信路を接続する無線基地局である無線基地局２００、複数の無線基地局２００とＩＰネットワーク４００とを接続する基地局制御装置である基地局制御装置３００、ＩＰネットワーク４００を経由してアプリケーションデータのやり取りを行うインターネット・サービス・プロバイダ（ＩＳＰ：ＩｎｔｅｒｎｅｔＳｅｒｖｉｃｅＰｒｏｖｉｄｅｒ）５００から構成される。インターネット・サービス・プロバイダ５００は、データを蓄積しているサーバ５１０を有する。

無線基地局は固定局であり、無線基地局が無線通信で無線端末と通信できる範囲は限られている。図１においては無線基地局２００−１ないし３が無線端末と通信できる範囲をエリア１０−１ないし３で示す。このようなエリア内を無線端末１００が移動した場合を考える。エリア１０−１のA地点にいる無線端末１００は最初無線基地局２００−１とのみ無線通信路を確立している。無線端末１００がＡ地点からＢ地点へ移ると、無線基地局２００−２からの電波が測定可能な強度となる。無線端末１００は、無線基地局２００−２からの受信電波の強度を測定し、基地局制御装置３００−１に報告する。これを受けて基地局制御装置３００−１は、無線基地局２００−２を経由する無線通信路を確保する。この結果、無線端末１００は、無線基地局２００−１を経由する通信路と、無線基地局２００−２を経由する通信路の２つの無線通信路が確保されたソフトハンドオフ状態となる。
さらに、無線端末１００がＢ地点からＣ地点に移ると、今度は無線基地局２００−３からの電波が測定可能な強度となる。無線端末１００は、無線基地局２００−３からの受信電波の強度を測定し、基地局制御装置３００−１に報告する。これを受けて基地局制御装置３００−１は、さらに無線基地局２００−３を経由する無線通信路を確保する。この結果、無線端末１００は、同時に３つの無線基地局と無線通信路を確立している状態となる。
以降の説明では、この図１で示した通信システムを例にとり説明する。

まず、基地局制御装置について、図２および図３を用いて説明する。まず、ハードウェア構成についてについて説明する。
図２は、本発明の一実施例における基地局制御装置のハードウェア構成を示す図である。
基地局制御装置３００は、例えば、無線基地局２００とのインタフェース３１０と、他基地局制御装置とのインタフェース３２０と、インターネット等のＩＰネットワークとのインタフェース３４０と、これらのインタフェース間で送受信される信号をスイッチング等の信号処理を行うパケット処理部３３０と、基地局制御装置３００全体の制御を行う制御部３５０とを備える。
制御部３５０は、基地局制御装置３００全体の動作を制御するプロセッサであるＣＰＵ３６０と、プログラム動作に必要な各種データを蓄積するメモリ３７０と、外部機器との信号を送受信するＩ／Ｏ部３８０とを有する。また、制御線３９０は、上述した各ブロック同士を接続するものである。

次に、基地局制御装置のソフトウェア構成について説明する。
図３は、基地局制御装置３００のソフトウェア構成例を示す機能構成図である。
基地局制御装置３００の制御部３５０は、複数の無線基地局２００とＩＰネットワークなどを介して無線セッションの通信を行う無線セッション部３５１０と、ＩＰネットワーク４００との有線回線による通信を行うＩＰネットワーク送受部３５０１とを含む。
無線セッション部３５１０は、無線基地局２００とデータを送受信するデータ送受部（１）３５１１と、データ送受部（１）３５１１が受信したデータから無線端末が測定した複数無線基地局との受信電波強度の報告値を取り出しソフトハンドオフ処理を行うソフトハンドオフ実行制御部３５１２と、各収容無線基地局のチャネルリソースの空塞管理を行うトラヒックチャネルリソース管理部３５１３と、隣接基地局制御装置に跨るソフトハンドオフ発生時に他基地局制御装置とデータを送受信するデータ送受部（２）３５１４と、データ送受部（２）３５１４が受信したデータから、配下に存在する無線基地局がソフトハンドオフ先となるときに隣接基地局制御装置から受信するトラヒックチャネル獲得要求メッセージを処理するソフトハンドオフ実行制御部３５１５と、同一の無線端末からのトラヒックデータを複数の無線基地局を経由して受信した場合には、それらトラヒックデータからエラー率の低く最も品質のよいデータを選択しＩＰネットワークへ送信を行うトラヒックデータ選択合成部３５１６と、ＩＰネットワーク送受部から受信データを取り出し送信先無線基地局を判定するデータ送信判定部３５１７とを含む。図３では、データ送受信部（１）３５１１とデータ送受信部（２）３５１４からはひとつずつしか接続線を示していないが、基地局制御装置は複数の基地局および複数の基地局制御装置と接続されデータを送受信している。

なお、図２および図３で示した基地局制御装置３００に備えた無線セッション処理部３５１０は、制御部にあるプロセッサ（ＣＰＵ）とメモリ等に蓄積されたソフトウェアで実現するが、一部の機能をハードウェアで実現する構成としても良い。以下の説明では、各機能ブロックが制御部にあるＣＰＵとメモリまたはハードウェアで駆動され、無線端末および無線基地局との接続制御等の装置動作を行うものとして説明する。

次に、基地局制御装置の動作について図１に基づき、図４、図６および図１１を用いて説明する。
図４は、無線端末から無線基地局毎受信電波強度の測定値を受信したときの基地局制御装置の動作を説明するフロー図である。
図６は、図４におけるソフトハンドオフ時にトラヒックチャネルの捕捉可否を判定する処理についてその詳細な動作フローを説明する図である。
図１１は、ソフトハンドオフにおける基地局制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、無線端末１００が、図１におけるエリア１０−１のＡ地点に存在し、そこでユーザトラヒック送受信開始のための初期接続処理が行われ、その後、同無線端末１００が、地点Ｂに移動し、さらに地点Ｃに移動するまでの過程を含んでいる。
説明においては、図１１をベースに図４および図６の動作フローを適宜参照する。

まず、無線端末が図１のＡ地点からＢ地点まで移動する場合について説明する。
（Ａ地点における初期接続）図１のＡ地点に存在していた無線端末１００は、初期接続要求（無線通信路設定要求）をＡ地点で受信電波の測定が可能な無線基地局２００−１へ送信する。初期接続要求は、無線基地局２００−１を収容する基地局制御装置３００−１へ通知される（図１１：６１０、６１１）。
基地局制御装置３００−１は、初期接続要求に対して、無線基地局２００−１で未使用のトラヒックチャネルリソースが存在すれば、空きトラヒックチャネルを捕捉し、そのトラヒックチャネルの識別子をパラメータとして含むトラヒックチャネル設定指示を無線基地局２００−１を経由して無線端末１００へ通知する（図１１：６１２，６１３）。
無線端末１００は、指定トラヒックチャネルにおける同期処理等のデータ送受信準備が完了すると、無線基地局２００−１を経由して基地局制御装置３００−１へチャネル設定完了の通知を行い、無線端末１００と無線基地局２００−１と基地局制御装置３００−１との間のトラヒックリンク１（無線通信路）が確立される（図１１：６１６、６１７）。

基地局制御装置３００−１では、前記チャネル設定完了の通知を受信すると、確立済みの通信路に関する情報をアクティブセット（Active Set）情報と呼ばれるメモリ上の格納域へ保存する。アクティブセット情報は、無線端末毎に管理される情報である。
図７にアクティブセット情報の構成を示す。
図７に示されるように、アクティブセット情報は、無線端末識別子、確立済み無線通信路の数、各通信路における接続無線基地局の識別子、それらの無線基地局で使用しているパイロットＰＮフェーズ（PilotPNPhase）値、無線端末より通知されたそれらの無線基地局の受信電波強度、使用トラヒックチャネル識別子を含む。なお、ここでパイロットＰＮフェーズは、無線基地局毎に異なる値が設定されている。以降のステップで無線端末が複数無線基地局に関する受信電波強度の測定結果を無線基地局に通知する時は、この、パイロットＰＮフェーズと対応付けて無線基地局に通知される。（非特許文献１(p8-102〜p8-104)
続いて、無線端末１００が、Ａ地点からＢ地点まで移動する場合について説明する。
（Ａ地点→Ｂ地点）無線端末１００が、さらにＡ地点からＢ地点に移動すると、無線基地局２００−２からの受信電波も測定可能になる。無線端末１００は、無線基地局２００−１と無線基地局２００−２の２つの無線基地局からの受信電波強度の測定結果を基地局制御装置３００−１へ通知する（図１１：６１８、６１９）。基地局制御装置３００−１は、通知されてきた２つの無線基地局からの受信電波強度の測定結果を受け、アクティブセット情報を調べる。基地局制御装置は、アクティブセット情報内に存在しない新規のパイロットＰＮフェーズが測定結果に含まれていることを検出し、新規無線基地局分の受信電波強度が測定結果に含まれていると判断（図４：Ｓ４０１）する。そして、無線端末１００と通信路が既に確立されている無線基地局の中で受信電波強度が最大の値である無線基地局を抽出する。（ここでは、既に通信路確立済み無線基地局は無線基地局２００−１しか存在しないため、無線基地局２００−１の受信電波強度を抽出する。）
続いて、無線端末１００と通信路が既に確立されている無線基地局の中で受信電波強度が最大の値である無線基地局（ここでは、既に通信路確立済み無線基地局は無線基地局２００−１しか存在しないため、無線基地局２００−１）と、新規無線基地局（無線基地局２００−２）の受信電波強度との比を以下の式に従って算出する。
φ＝（無線基地局２００−２の受信電波強度）／（無線基地局２００−１の受信電波強度）
次に基地局制御装置３００−１は、新規に受信したパイロットＰＮフェーズが、自装置が収容している基地局かどうかを、収容基地局情報を参照して調べる。
図９に、基地局制御装置の収容基地局情報の構成を示す。
収容基地局情報は、図９に示すように、自装置が収容する基地局の数と、それら収容する各基地局について基地局識別子とパイロットＰＮフェーズ番号を含む。
新規に受信したパイロットＰＮフェーズが自装置が収容している収容基地局情報の中に存在すれば、新規無線基地局（無線基地局２００−２）は自装置が収容している無線基地局であると判定する。自装置収容であれば自装置内にてトラヒックチャネル捕捉可否判定処理を実施する。トラヒックチャネルの捕捉可否を判定する処理の詳細な動作フローを図６に示す。

トラヒックチャネル捕捉可否判定処理では、まず通信路追加対象となる無線基地局２００−２におけるトラヒックチャネル使用率の判定を行う。トラヒックチャネル使用率は、以下のようにして求めることができる。基地局制御装置は、ＢＳ毎トラヒックチャネルリソース管理部３５１３で、その基地局制御装置が収容している無線基地局のトラヒックチャネルリソースの管理を行っている。ＢＳ毎トラヒックチャネルリソース管理部３５１３には、無線基地局毎の、使用可能チャネル数の合計、チャネル別の空塞状態、使用中チャネル合計数といった情報が管理されている。トラヒックチャネル使用率は、ＢＳ毎トラヒックチャネルリソース管理部３５１３から現在の使用中チャネル合計数と、使用可能チャネル数とを得て、トラヒックチャネル使用率＝（使用中チャネル合計数）／（使用可能チャネル数）として算出する。

トラヒックチャネル使用率の判定は２段階で行う。
まず、トラヒックチャネル使用率が所定の１次閾値α％よりも低いか高いか判定する。トラヒックチャネル使用率が所定の１次閾値α％よりも低い場合は、トラヒックチャネルリソースを捕捉可能と判断する。そして、空きトラヒックチャネルの獲得を行う（図６：Ｓ４０６１）。

もしトラヒックチャネル使用率が所定の１次閾値α％よりも高い場合は、さらに第２の閾値と比較する。トラヒックチャネル使用率が所定の第２の閾値β％よりも低い場合は、既に算出済みの電波強度比φが所定の１次電波強度比閾値Xよりも高い場合のみトラヒックチャネルリソースを捕捉可能と判断する（図６：Ｓ４０６２，Ｓ４０６３）。なお、１次閾値αと２次閾値βは、α＜βの関係とする。一方、トラヒックチャネル使用率が２次閾値β％よりも高い場合は、電波強度比φが所定の２次電波強度比閾値Yよりも高い場合はトラヒックチャネルリソースを捕捉可能と判断する（図６：Ｓ４０６２、Ｓ４０６４）。なお、１次電波強度比閾値Xと２次電波強度比閾値Yは、X＜Yの関係とする。この電波強度比を利用した判定処理は、よりトラヒックチャネルの使用率が高い場合は、より無線端末にとって、通信品質を保つのに効果的で必然的な通信路追加処理のみ実行されるようにするという作用が得られる。また、ここで、チャネル使用率および電波強度比に関してそれぞれ１次閾値と２次閾値の２種類の判定閾値を設けた理由は、トラヒックチャネル消費レベルとソフトハンドオフ抑制レベルを基地局のエリアトラヒック条件に応じて柔軟に調整、設定することができるようにするためである。これら、α、β、X、Yの値は、無線通信システム全体で共通としてもよいし、基地局が配置されるエリアの特性によって、複数のパタン用意してもよい。また、接続しようとする通信路が無線端末にとっていくつめの通信路であるかによって、閾値の組み合わせを変化させてもよい。

図１１のシーケンスは、Ｂ地点に移動した無線端末１００から受信した無線基地局２００−１と２００−２の受信電波強度に基づき、図６に示されるトラヒックチャネル捕捉可否判定処理を行った結果は、トラヒックチャネル捕捉可能であった場合を示している。つまり、トラヒックチャネル使用率は２次閾値βを超えていたが、無線端末１００は無線基地局２００−１と２００−２から同程度の電波強度エリアにいるため、電波強度比φが２次閾値Ｙよりも高かった場合を示す。
判定後、基地局制御装置３００−１は、捕捉したトラヒックチャネルの識別子をパラメータとして含むトラヒックチャネル追加設定指示を無線基地局２００−１を経由して無線端末１００へ通知する（図１１：６２０，６２１）。無線端末１００は、指定トラヒックチャネルにおける同期処理等のデータ送受信準備が完了すると、無線基地局２００−１を経由して基地局制御装置３００へチャネル設定完了の通知を行い、無線端末１００〜無線基地局２００−２〜基地局制御装置３００−１間のトラヒックリンク２（無線通信路）が確立される（図１１：６２６、６２７）。基地局制御装置３００−１は、このチャネル設定完了の通知を受信すると、追加確立された無線通信路に関する情報をアクティブセット情報に追加格納する（図８）。

次に、無線端末１００がＢ地点からＣ地点に移動した場合について説明する。
（Ｂ地点→Ｃ地点）無線端末１００がＣ地点に移動すると、さらに無線基地局２００−３からの受信電波も測定可能になる。無線端末１００は、無線基地局２００−１と２００−２と２００−３の３つの受信電波強度の測定結果を基地局制御装置３００−１へ通知する（図１１：６２８、６２９）。基地局制御装置３００−１は、測定結果を受信し、最後に格納したアクティブセット情報内には存在しないパイロットＰＮフェーズが含まれていることを検出し、新規無線基地局分の受信電波強度が測定結果に含まれていると判断（図４：Ｓ４０１）する。そして、既に無線端末１００と通信路確立済みの無線基地局の中で受信電波強度が最大の値を抽出する。ここでは、既に通信路確立済みの無線基地局は、無線基地局２００−１と無線基地局２００−２であり、無線基地局２００−２よりも無線基地局２００―１の受信電波強度の方がわずかに高いとする。基地局制御装置３００−１は、既に無線端末１００と通信路確立済みの無線基地局の中で受信電波強度が最大の無線基地局２００−１の受信電波強度値と、新規無線基地局（無線基地局２００−３）の受信電波強度との比を次の式に基づいて算出する（図４：Ｓ４０２）。
φ＝（無線基地局２００−３の受信電波強度）／（無線基地局２００−１の受信電波強度）
次に基地局制御装置３００−１は、新規に受信したパイロットＰＮフェーズが自装置の配下の基地局であるか収容基地局情報を参照する。新規に受信したパイロットＰＮフェーズが収容基地局情報に含まれ、新規無線基地局（無線基地局２００−３）が自基地局制御装置収容であると判定し（図４：Ｓ４０４）、自基地局制御装置収容であれば自基地局制御装置内にて図６に示されるトラヒックチャネル捕捉可否判定処理を実施する。図１１のシーケンスにおいては、トラヒックチャネル捕捉可否判定処理を行った結果、トラヒックチャネル使用率が２次閾値βを超え、無線端末１００が無線基地局２００−３の電波エリアのほぼ境界にいるため、電波強度比φが２次閾値Ｙよりも低い場合を例示している。この場合、トラヒックチャネルの捕捉は不可と判定される。

次に、無線端末１００とは異なる無線端末１０１が、無線基地局２００−３へ初期接続要求（無線通信路設定要求）を送信した場合について説明する。
（別の無線端末からの初期接続要求）図１１のシーケンス区間６０４は、無線基地局２００−３の電波エリア（図１のエリア１０−３）に存在する無線端末１００とは異なる無線端末１０１が、ユーザトラヒック送受信開始のため、無線基地局２００−３へ初期接続要求（無線通信路設定要求）を送信した場合のシーケンス動作である。その初期接続要求は、無線基地局２００−３を収容する基地局制御装置３００−１へ通知される（図１１：６３１、６３２）。基地局制御装置３００−１は、初期接続要求に対して、無線基地局２００−３で未使用のトラヒックチャネルリソースが存在すれば、そのトラヒックチャネルを捕捉して初期接続要求への処理継続が可能となる。ここで、上述した本願発明のトラヒックチャネル使用率に応じた、トラヒックチャネル消費の抑制処理が適用されていれば、ソフトハンドオフに起因するトラヒックチャネルのリソース枯渇を未然に回避することができる。
具体的には、図１１に示すような流れにより、トラヒックチャネル消費抑制効果が得られ、トラヒックチャネルのリソース枯渇を未然に防いで未使用のトラヒックチャネルの捕捉に成功した例を示している。基地局制御装置３００−１は、トラヒックチャネルの識別子をパラメータとして含むトラヒックチャネル設定指示を無線基地局２００−３に送信する。これを受けて無線端末１０１〜無線基地局２００−３〜基地局制御装置３００間のトラヒックリンク１（図１１：６３７、６３８）が確立される。

以上、トラヒックチャネルの使用率と、基地局の受信電波強度に基づいて通信路確立の可否を判定する実施例について説明したが、ここで、それらを判定基準に用いた理由および補足説明をしておく。

無線端末は、受信電波強度を測定できた無線基地局全てについての測定結果を基地局制御装置へ通知するため、既に無線通信路確立済みの無線基地局からの受信電波強度と新規に測定可能となった無線基地局との受信電波強度の値に大きな開きが存在する場合がある。この時、新規に測定結果を通知された無線基地局と無線端末間の無線通信路を即時に確立させても、その無線通信路が即時に通信品質の向上には結びつかないことになる。この傾向は、無線端末がより多くの無線通信路を同時に確立している場合に発生する確率が高い。
そこで、無線端末より、追加の無線基地局に関する受信電波強度の測定結果が基地局制御装置に報告された後、基地局制御装置で対応する無線基地局上の空きトラヒックチャネルの予約・獲得を行う前に、その無線基地局におけるトラヒックチャネルの使用率を判定するようにした。使用率が所定の閾値以上である場合は、次に既に無線通信路確立済み無線基地局の中で無線端末における受信電波強度が最大であるものと追加無線基地局の受信電波強度の比を評価する。電波強度比が所定の閾値以上である場合は、空きトラヒックチャネル獲得および無線通信路の追加処理を継続する。所定の閾値以下である場合は、無線通信路の追加処理を中断する。

なお、トラヒックチャネル使用率が所定の閾値以上である場合に、前記受信電波強度比を評価する代わりに、無線通信路確立済み無線基地局の中で無線端末における受信電波強度が最大であるものと追加無線基地局における受信電波強度の差を評価して、その電波強度差が所定の閾値より小さい場合のみ空きトラヒックチャネル獲得および無線通信路の追加処理を継続し、所定の閾値以上である場合は無線通信路の追加処理を中断する処理も適用可能である。この無線通信路の追加処理が中断された場合、その後無線端末が移動を続け、もし再び先ほどの追加無線基地局に関する受信電波強度の測定結果が更新されて通知され、かつ、既に無線通信路確立済み無線基地局の中で無線端末における受信電波強度が最大であるものと追加の無線基地局における受信電波強度更新値との比が、所定の閾値以上となれば、無線通信路の追加処理は継続される。

もし前記無線端末が追加の無線基地局に対して受信電波強度が増加する方向への移動が発生しない場合は、その無線基地局におけるトラヒックチャネル消費は発生しないままとなる。
具体的には、無線通信システムを構成する無線基地局を経由して無線端末における追加無線基地局を含む全無線基地局の受信電波強度の測定結果を基地局制御装置が受信すると、基地局制御装置は、無線通信路確立済み無線基地局の受信電波強度の中からの最大である値を取り出し、追加の無線基地局における受信電波強度との比を算出し、その電波強度比をパラメータに含んだトラヒックチャネル獲得要求メッセージを作成し、当該無線基地局の接続管理を行っている基地局制御装置へ送信する構成とする。無線基地局の接続管理を行っている基地局制御装置は他基地局制御装置である場合と自基地局制御装置である場合を含む構成とする。また、トラヒックチャネル獲得要求メッセージを受信した基地局制御装置は、現在の当該無線基地局におけるトラヒックチャネル使用率を収集し、当該使用率が所定の閾値を超えている場合は、次に通知された電波強度比が所定の閾値以上であるときのみ空きトラヒックチャネル捕捉処理を行う構成とする。

次に、通信路を追加する無線基地局が、受信電波強度の測定値を受信した基地局制御装置と異なる基地局制御装置に接続されている場合の実施例を図５、図６、図１２を用いて説明する。
図５は、通信路を追加する無線基地局が、受信電波強度の測定値を受信した基地局制御装置と異なる場合に、通信路を追加する対象となる無線基地局を収容する基地局制御装置の動作を説明するフロー図である。
図６は、図４におけるソフトハンドオフ時にトラヒックチャネルの捕捉可否を判定する処理についてその詳細な動作フローを説明する図である。
図１２は、図１における無線基地局２００−３が、他の基地局制御装置（図示せず）に収容されている場合の動作シーケンス例である。図１２のシーケンス区間６４１および６４２は、図１１の６０１および６０２と同様、無線端末１００が地点Ａにて初期接続要求を行い、その後に地点Ｂに移動したときの動作シーケンスであり、図１１における６０１および６０２と処理内容は同じである。
説明においては、図１２をベースに図５および図６の動作フローを適宜参照する。以下、図１２における６４３以降の動作シーケンスについて説明する。

（Ｂ地点→Ｃ地点）無線端末１００がＣ地点に移動し、無線基地局２００−３の受信電波も測定可能になると、無線端末１００は、無線基地局２００−１と２００−２と２００−３の３つの受信電波強度の測定結果を基地局制御装置３００−１へ通知する（図１２：６５０、６５１）。基地局制御装置３００−１は、アクティブセット情報内には存在しないパイロットＰＮフェーズが含まれる測定結果を受信するので、新規無線基地局分の受信電波強度が測定結果に含まれていると判断（図４：Ｓ４０１）すると、既に無線端末１００と通信路確立済み無線基地局の中で受信電波強度が最大の値を抽出する。ここでは、無線基地局２００−２よりも２００―１の受信電波強度の方がわずかに高い場合を示す。そして、既に無線端末１００と通信路確立済み無線基地局の中で受信電波強度が最大の無線基地局２００−１の電波強度値と、新規無線基地局（無線基地局２００−３）の受信電波強度との比を次の式により算出する。（図４：Ｓ４０２）
φ＝（無線基地局２００−３の受信電波強度）／（無線基地局２００−１の受信電波強度）
次に基地局制御装置３００−１は、自装置内の収容基地局情報を参照し、新規受信したパイロットＰＮフェーズが自装置の収容基地局情報内に存在するかどうか調べる。基地局制御装置は、さらに隣接基地局情報を有している。自装置の収容基地局情報内に存在しない場合は、さらにその隣接基地局情報を調べる。

図１０に隣接基地局情報の構成図を示す。
新規受信したパイロットＰＮフェーズが隣接基地局情報内に存在すれば、新規無線基地局（無線基地局２００−３）が他基地局制御装置収容であると判断する。（図４：Ｓ４０３）そして、算出した電波強度比（φ）をパラメータとして含むトラヒックチャネル獲得要求メッセージを作成する。（図４：Ｓ４０４）無線基地局２００−３を収容する基地局制御装置３００−２へ前記メッセージを送信する（図１２：６５２）。基地局制御装置３００−２は、他基地局制御装置より前記トラヒックチャネル獲得要求メッセージを受信すると図６に示すトラヒックチャネル捕捉可否判定処理を実施する（図５：Ｓ４１０，Ｓ４０６）。図１２のシーケンス６５３においては、トラヒックチャネル使用率が１次閾値αを超え、無線端末１００が無線基地局２００−３の電波エリアのほぼ境界にいるため、電波強度比φが１次閾値Ｘよりも低い場合を示している。従ってトラヒックチャネル捕捉は不可と判定され、基地局制御装置３００−２はトラヒックチャネル獲得失敗メッセージを作成して送信（図５：Ｓ４１４）する。

次に無線端末１００がＣ地点からエリア１０−３のより中心側に移動した場合について説明する。
（Ｃ地点から重複エリア中心部への移動）無線端末１００がＣ地点からエリア１０−３のより中心側に移動し、無線端末１００から無線基地局２００−１と２００−２と２００−３の３つの受信電波強度の最新の測定結果が基地局制御装置３００−１へ通知される（図１２：６５４、６５５）。受信電波強度の測定値を受信した基地局制御装置３００−１は、同様に、無線基地局２００−３の受信電波強度が新規無線基地局（通信路が未確立である無線基地局）の受信電波強度であることを検出し（図４：Ｓ４０１）し、受信電波強度比（φ）を算出する。そしてトラヒックチャネル獲得要求メッセージを作成し（図４：Ｓ４０４）、基地局制御装置３００−２へ送信する（図１２：６５６）。基地局制御装置３００−２におけるトラヒックチャネル捕捉可否判定処理を行った結果、トラヒックチャネル使用率が１次閾値αを超えているが、電波強度比φが１次閾値Ｘよりも高かった場合を示す。この場合、トラヒックチャネル捕捉は可と判定される。基地局制御装置３００−２は、捕捉したトラヒックチャネルの識別子をパラメータとして含むトラヒックチャネル獲得成功メッセージを作成して送信する（図５：Ｓ４１３、図１２：６５７）。

無線基地局３００−１は、このトラヒックチャネル獲得成功メッセージを受信するとトラヒックチャネルの識別子をパラメータとして含むトラヒックチャネル追加設定指示を無線基地局２００−１を経由して無線端末１００へ通知する（図１２：６５８，６５９）。無線端末１００は、指定トラヒックチャネルにおける同期処理等のデータ送受信準備が完了すると、無線基地局２００−１を経由して基地局制御装置３００−１へチャネル設定完了の通知を行い、無線端末１００と無線基地局２００−３と基地局３００−２と基地局３００−１との間のトラヒックリンク３（無線通信路）が確立される（図１２：６６２、６６３）。

上記の実施の形態は、無線端末が既にいずれかの無線基地局と通信路を接続中で、移動した場合の例について説明した。以下に、電源投入時の実施形態について説明する。

まず、無線端末が電源投入時にまずもっとも電波強度の高い無線基地局と通信路を確立するように接続要求を送信するよう設計されている場合について考える。無線端末の電源が投入され、もっとも電波強度の高い無線基地局と通信路が接続された後、さらに別の無線基地局からの電波を受信できる場合には、無線端末は、受信電波強度を測定できた無線基地局全てについての測定結果を基地局制御装置へ通知する。それ以降のフローは図４から図６に従う。

一方、無線端末が電源投入時に受信電波が測定可能な複数の無線基地局に対して接続要求を送信するように設計されている場合は、基地局制御装置は無線端末から通知された受信電波強度を測定できた無線基地局全てについての測定結果を参照して、そのうちたとえば最も受信強度の高いひとつの無線基地局と通信路を設定するように制御することで、それ以降のフローは図４から図６に従うようにできる。

図１には、ひとつの基地局がひとつのエリアをカバーするオムニセル構成の場合を例にとって説明したが、一つの基地局がエリアを複数に分割したセクタ構成をとっている場合も、無線基地局毎に行っていた処理をセクタ毎に行えばよく、同様のフローが適用可能である。セクタ構成の場合には、図７ないし図９において、無線基地局を識別するＢＳ識別子に加えて、それぞれの基地局のどのセクタであるかを識別するセクタ識別子を設ける。ＢＳ識別子とセクタ識別子で各セクタを識別し、図４ないし図６のフローのＢＳの部分をＢＳのセクタで読み替えることで適用可能である。

上記本発明の実施形態によると、無線基地局設備設計時には予想困難な突発的な無線端末のトラヒック増加が発生した場合や、あるいは地理的電波環境起因によりトラヒック輻輳が生じた状態においても、無線端末ユーザへより均一な接続品質を伴うサービスを提供することができる。

また、受信電波強度の測定が可能になると無条件に無線通信路を追加する従来のハンドオフに従うと非効率的な無線リソース使用状態が発生するという課題を未然に解決することができる。

また、無線基地局配置時に、セル境界付近や地形、トラフィックの量などを考慮して、ソフトハンドオフが発生した場合に無線端末が同時に消費する平均トラヒックチャネル数が目的の範囲内となるように設備設計が可能な無線通信システムを提供できる。

本発明の一実施例における無線通信システムの構成を示す図である。本発明の一実施例における基地局制御装置のハードウェア構成を示す図である。本発明の一実施例における基地局制御装置のソフトウェア構成を示す図である。本発明の一実施例における基地局制御装置の動作を示すフロー図である。本発明の一実施例における基地局制御装置の動作を示すフロー図である。本発明の一実施例における基地局制御装置の動作を示すフロー図である。基地局制御装置内の無線通信路状態に関するデータ内容例を示す図である。基地局制御装置内の無線通信路状態に関するデータ内容例を示す図である。基地局制御装置内の無線通信路状態に関するデータ内容例を示す図である。基地局制御装置内の無線通信路状態に関するデータ内容例を示す図である。本発明の一実施例における基地局制御装置の動作を説明するシーケンス図である。本発明の一実施例における基地局制御装置の動作を説明するシーケンス図である。

符号の説明

１００無線端末
２００無線基地局
３００基地局制御装置
４００ＩＰネットワーク
５００インターネット・サービス・プロバイダ
３１０，３２０，３４０インタフェース
３３０パケット処理部
３６０ＣＰＵ
３７０メモリ
３８０Ｉ／Ｏ
３５０１ＩＰネットワーク送受信部
３５１１、３５１４データ送受信部
３５１２、３５１５ソフトハンドオフ実行制御部
３５１３基地局毎トラフィックチャネルリソース管理部
３５１６トラヒックデータ選択合成部

Claims

複数の無線端末と無線通信を行う複数の基地局と、それら複数の基地局を収容する基地局制御装置とを含む無線通信システムであって、
前記基地局制御装置は、ソフトハンドオフ実行制御部と、前記収容基地局に関する情報を管理する基地局情報管理部とを有し、
前記ソフトハンドオフ実行制御部は、ソフトハンドオフ状態の無線端末から、該無線端末との間に通信路が確立されていない基地局の受信電波強度の測定値を受信すると、前記基地局情報管理部を参照して該受信した受信電波強度の測定値と、前記無線端末と既に通信路が確立されている基地局の中で最大の受信電波強度の測定値との比を算出し、該算出した比と、前記無線端末との間に通信路が確立されていない基地局のトラヒックチャネルの使用率に基づいて、前記無線端末と前記基地局との間の通信路確立可否を判断し、
前記基地局のトラヒックチャネルの使用率について、判断の基準となる閾値を第１の閾値と第２の閾値の２段階設定しておき、また前記電波強度比についても判断の基準となる値を第１の基準値と第２の基準値の２種類設定しておいて、トラヒックチャネルの使用率が第１の閾値より低い場合と、トラヒックチャネルの使用率が第１の閾値以上第２の閾値以下で電波強度比が第一の基準値より大きい場合と、トラヒックチャネルの使用率が第２の閾値より大きく電波強度比が第２の基準値より大きい場合には、通信路確立可を判断することを特徴とする無線通信システム。
複数の無線端末と無線通信を行う複数の基地局と、それら複数の基地局を収容する基地局制御装置とを含む無線通信システムにおけるソフトハンドオフ制御方法であって、
前記基地局制御装置は、ソフトハンドオフ状態の無線端末から、該無線端末との間に通信路が確立されていない基地局の受信電波強度の測定値を受信すると、該受信した受信電波強度の測定値と、前記無線端末と既に通信路が確立されている基地局の中で最大の受信電波強度の測定値との比を算出し、該算出した比と、前記無線端末との間に通信路が確立されていない基地局のトラヒックチャネルの使用率に基づいて、前記無線端末と前記基地局との間の通信路確立可否を判断し、
前記基地局のトラヒックチャネルの使用率について、判断の基準となる閾値を第１の閾値と第２の閾値の２段階設定しておき、また前記電波強度比についても判断の基準となる値を第１の基準値と第２の基準値の２種類設定しておいて、トラヒックチャネルの使用率が第１の閾値より低い場合と、トラヒックチャネルの使用率が第１の閾値以上第２の閾値以下で電波強度比が第一の基準値より大きい場合と、トラヒックチャネルの使用率が第２の閾値より大きく電波強度比が第２の基準値より大きい場合には、通信路確立可を判断することを特徴することを特徴とするソフトハンドオフ制御方法。