JPH09261722A - 移動無線通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基地局にかかる切替制御負荷を分散してサービ
ス品質の向上を図る。 【解決手段】マルチセルレイヤ構造の移動無線通信シス
テムで、移動端末局７からの平均基地局切替頻度３１か
ら、切替元のＮレイヤ交換局８Ａは平均切替頻度がレイ
ヤ切替え基準値に達しているかを判定し(３０ａ)、達し
ているとき切替相手先の(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａに切
替相手先の回線品質状況及び空きチャネル有無の問合わ
せ３２、Ｎレイヤ交換局８Ａは、問合せ結果を基に切替
実行判定３０ｃを行い、基準に達している場合、切替相
手先のレイヤ番号、交換局番号、基地局番号及び切替チ
ャネル情報を含んだレイヤ切替え指示３４，３５をそれ
ぞれ切替相手先基地局５Ａ、移動端末局７に通知し、現
在の加入者線を切替相手先の(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａ
まで延長する(３０ｄ)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体と無線通信
を行なう移動通信システムに係り、特に同一の大きさの
複数のセルで構成するサービス領域で定義するレイヤが
階層構造となるマルチレイヤセル構造の無線通信システ
ムにおいて、端末を用いて移動通信を行なう際に実施す
る基地局切替えに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の陸上移動通信システムでは、セル
ラー系自動車電話システムにおけるマクロセル及び簡易
携帯電話システムにおけるマイクロセルによる２層のマ
ルチレイヤセル構造となっており、（１）電波の受信強
度の劣化時及び建築物の立地条件により発生するフェー
ジングが大きい場合に接続時に回線品質が良好なセルを
選択すること、（２）トラヒック密度が高くチャネル数
が不足することが予測できる場合容量の大きいマイクロ
セルを選択すること、（３）移動端末の移動速度に対応
して、低速度のときはセル半径の小さいマイクロセル、
高速度のときはセル半径の大きいマクロセルを選択する
ことで基地局切替えに対処していること、により通信回
線の品質の維持、呼損率の増大の防止、移動先セルの回
線が不足して発生する強制切断率の低下を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】移動端末を用いて、通
信中に例えば、交通渋滞につかまり長時間低速度にな
り、セル当たりのトラヒックが増加し回線が不足するよ
うになる。また逆に移動端末が低速度の移動端末速度か
ら高速度へ変化して基地局切替頻度が大きくなることも
ある。しかし以上述べたような、マクロセル及びマイク
ロセルの２階層による移動無線通信システムでは最初に
レイヤセルを選択し固定してしまうために、交通渋滞等
が発生する場合等の時間的にトラヒックが大きく変動す
る状況では回線が不足する事態に対処できなくなる。ま
た通信中に移動速度が変化して大きくなる場合には基地
局切替回数が増加して通信断となる可能性が高くなり回
線品質の維持が困難になったり、切替制御データの急激
な増加により制御回線が不足したり、制御処理遅延が発
生することによるサービス品質の低下に対して対処でき
なくなることが課題である。またセル選択を移動速度を
基準とするだけでは、移動方向によっては必ずしも基地
局切替え回数の変化に影響を与えず実質的には不必要な
セル選択が行われることがある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、移動局は基地局を切替える回数をカウントし、通信
中周期毎に周期の期間の平均の切替え頻度を集計して所
属する交換局に集計結果を通知する手段を具備し、この
通知を受けた前記交換局は前記移動局の平均基地局切替
頻度及びその変化量がレイヤ切替基準を満足すると半径
の異なるセルレイヤの基地局に交信先を切替える手段を
具備することにより、或いは交換局自体が移動局の周期
毎の平均切替頻度を集計する手段と前記移動局の平均基
地局切替頻度及びその変化量がレイヤ切替基準に達する
と半径の異なるセルレイヤの基地局に交信先を切替える
手段を具備することにより、交通渋滞等が発生する場合
等の時間的にトラヒックが大きく変動する状況、また移
動速度が変化して大きくなる状況において、通信中のレ
イヤセルの切替えを可能とする。

【０００５】本発明は、通信中の適切なレイヤセルの切
替えにより、移動局の移動速度が大きくなり基地局切替
頻度が増加して通信断となる可能性が高くなり回線品質
の維持が困難になったり、切替制御データの急激な増加
により制御回線が不足したり、制御処理遅延が発生する
ことによるサービス品質が低下することを防ぐことがで
きる。また基地局切替頻度を基準としているため、不必
要なセル選択が行われることなく、トラヒックに見合う
セルを選択することになるため基地局への処理負荷の分
散化を図ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

【０００７】図１は本発明における移動無線通信システ
ムの構成を示したものである。図１において、１はＮレ
イヤを構成するセルを、２は(Ｎ＋１)レイヤを構成する
セルを、３は(Ｎ−１)レイヤを構成するセルを示してお
り、レイヤ内の全セルは完全にあるいは部分的に周波数
を共用する。４Ａ〜４ＫはＮレイヤを構成するセルを形
成する基地局を、５Ａは(Ｎ＋１)レイヤを構成するセル
を形成する基地局を、６Ａ〜６Ｃは(Ｎ＋１)レイヤを構
成するセルを形成する基地局を示しており移動局が通信
を行なうための無線インターフェースの制御を行なう。
７は移動端末局であり、音声、データ、画像等を無線チ
ャネルを介して基地局と交信する。８ＡはＮレイヤ交換
局、１１Ａは(Ｎ＋１)レイヤ交換局、１２Ａは(Ｎ−１)
レイヤ交換局を示す。それぞれのレイヤの交換局には、
基地局４Ａ〜４Ｋ、基地局５Ａ、基地局６Ａ〜６Ｃが接
続されている。また交換局８Ａ，１１Ａ，１２Ａは公衆
網１０に接続されている。破線９は共通信号線を表して
おり制御データのみの通信に利用される。

【０００８】このように構成された移動無線通信システ
ムで、本発明によるシステム動作の概要を説明する。

【０００９】実施例１として、移動端末局７を用いて通
信中に歩行から自動車、電車等に乗移るとき或いは移動
速度が変化するときに実行される。いま移動端末局７が
歩行速度でＮレイヤセルの基地局と交信中である。この
とき交信信号は、Ｎレイヤ基地局４、信号線１３を介し
てＮレイヤ交換局８Ａを介して公衆網１０から着信先へ
送られる。歩行速度の該移動端末局７が自動車等の高速
の移動速度へ変化する場合を以下に説明する。移動端末
局７はＮレイヤ基地局４Ｂと交信している。高速の移動
速度となり該移動端末局７がセルを横切る時間間隔が短
くなり交信する基地局の切替え頻度が大きくなる。こう
して基地局切替えに係る交換局８Ａの制御量が増大し
て、制御回線の容量が不足する事態が発生するようにな
る。一方交換局８Ａは、移動端末局７からの通知もしく
は交換局８Ａ自体で該当する移動端末局７の基地局切替
頻度を集計しており、平均の基地局切替頻度が規定値を
越える場合切替頻度が小さくなるよう、よりセル半径の
大きいレイヤへ切替える。図１では(Ｎ＋１)レイヤセル
２へ切替が行われることを示す。Ｎレイヤ交換局８Ａは
集計している該移動端末局７の平均切替頻度を基に、セ
ルレイヤ切替えの必要性を判定し、Ｎレイヤ基地局４Ｂ
から(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａへ交信する基地局を変更
する指示を(Ｎ＋１)レイヤ交換局１１Ａに共通信号線９
を介して行う。指示を受けた交換局１１Ａは移動相手先
の基地局５Ｂへ移動端末局７との交信の準備を指示す
る。切替相手先の(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ｂは切替準備
完了すると共通信号線９を介して(Ｎ＋１)レイヤ交換局
１１Ａから切替要求元の交換局８Ａへ通知して、交換局
８Ａは移動端末局７が位置する基地局４Ｂを通じて移動
端末局７へ無線チャネル指定を通知する。移動端末局７
は切替相手先のセル基地局５Ａと指定されたは無線チャ
ネルにより交信を継続する。

【００１０】実施例１の応用例として、例えば歩行速度
から新幹線の速度への変化のように移動端末局７の移動
速度変化が非常に大きくなる場合があるが、本発明では
以下のようにセルレイヤを切替える。この場合移動端末
局７の平均基地局切替頻度が急激に大きくなる。Ｎレイ
ヤ交換局８Ａは、移動端末局７からの通知か或いは交換
局８Ａ自ら移動端末局７の基地局切替頻度を集計してお
り、平均基地局切替頻度の変化量が規定値を越えた場
合、その頻度の変化量に応じて、例えばＮレイヤを(Ｎ
＋２)レイヤへ切替えることになる。切替えのシステム
動作の概要は前記実施例１と同様である。

【００１１】図２はセルレイヤ間の交換局階層構造を示
す説明図である。ここの説明では主に呼制御を行なう加
入者系交換機と他の網との中継等を行なう関門交換局を
同一交換局で実現する構成としている。同図では、(Ｎ
＋１)レイヤ交換局１１ＡにはＮレイヤ交換局８Ａ〜８
Ｊが接続され、Ｎレイヤ交換局８Ａには(Ｎ−１)レイヤ
交換局１２Ａ〜１２Ｍが接続されている。このように各
交換局間はセルレイヤ階層に対応して共通信号線９及び
通信用信号線１４でツリー状の接続構造となっている。
各交換局は信号線１５で公衆網１０に接続されている。
実施例１は加入者系交換局と関門交換局を分離する２階
層による構成に対しても適用できるものである。実施例
１では、Ｎレイヤ交換局８Ａが切替元であり、(Ｎ＋１)
レイヤ交換局１１Ａが切替相手先である。セルレイヤ切
替えの実施を判断した交換局８Ａは、公衆網１０からの
加入者線を切替先の交換局１１Ａまで信号線１４を介し
て延長接続する。

【００１２】図３は実施例１のレイヤ切替シーケンスを
示す説明図である。この図を用いて実施例１のレイヤ切
替手順を説明する。移動端末局７は周期的に周期期間の
平均基地局切替頻度の通知３１をＮレイヤ基地局４Ｂを
通じてＮレイヤ交換局８Ａに送信する。Ｎレイヤ交換局
８Ａは、通知された平均切替頻度がレイヤ切替え基準値
に達しているかを判定する(３０ａ)。平均切替頻度が規
定値を越えない場合は通常処理３０ｂに戻る。規定値に
達しているとき(Ｎ＋１)レイヤ交換局１１Ａを通じて
(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａに切替相手先の回線品質状況
及び空きチャネル有無の問合わせ３２を行う。問合わせ
３２に対する応答３３を受信したＮレイヤ交換局８Ａ
は、問合せ結果を基に切替実行判定３０ｃを行い、切替
基準に達してなければ通常処理３０ｂに戻る。基準に達
している場合、切替相手先のレイヤ番号、交換局番号、
基地局番号及び切替チャネル等の情報を含んだレイヤ切
替え指示３４，３５をそれぞれ切替相手先基地局５Ａ、
移動端末局７に通知し、現在の加入者線を切替相手先の
(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａまで延長する(３０ｄ)。一方
でレイヤ切替え指示３４を受けた(Ｎ＋１)レイヤ基地局
５Ａは移動端末局７との無線チャネルの設定完了３６を
Ｎレイヤ交換局８Ａに通知する。Ｎレイヤ交換局８Ａは
切替え同期のための基地局切替え指示３７，３８をそれ
ぞれ移動端末局７と(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａを通知す
る。移動端末局７、Ｎレイヤ交換局８Ａ、(Ｎ＋１)レイ
ヤ交換局１１Ａ及び(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａはレイヤ
切替え処理３０ｅを実施する。

【００１３】切替え実施判定３０ｃにおいて、以下の状
況のとき以外はレイヤ切替え実行判断を下す。

【００１４】切替相手先の回線品質が低く現状の回線
品質を維持できない 制御回線及び通信回線が容量不足となる Ｎレイヤ交換局８Ａだけで移動端末局７の平均基地局切
替頻度を集計する場合は、図３で信号３１が不要となる
だけである。

【００１５】以下、図４、図５及び図６を用いて、本発
明における交換局、移動端末局７の概要を説明する。

【００１６】図４にＮレイヤ交換局８Ａのブロック構成
図を示す。交換局８Ａは、信号線１３で接続されている
配下の基地局との通信を処理する基地局通信制御装置４
１、回線を交換接続する交換スイッチ回路４２、交換ス
イッチ回路４２を制御する交換制御装置４３、及び移動
端末局７の切替履歴を記憶しておく切替履歴テーブル４
４から構成される。交換スイッチ回路４２は、信号線１
５及び１４によりそれぞれ公衆網１０及び他の交換局に
接続されている。交換制御装置４３は共通信号線９を介
して他の交換局と制御データをやりとりする。基地局通
信制御装置４１は基地局と信号線１３を介して接続され
ており、主に基地局との呼制御信号処理を行う。交換制
御装置４３は交換スイッチ回路４２の接続制御処理、セ
ルレイヤ切替判定処理等を行う。交換制御装置４３は、
移動端末７へのあるいは移動端末７からの制御データを
基地局通信制御装置４１を通じて送受する。

【００１７】図５は切替履歴テーブル４４の構成を示
す。この切替履歴テーブル４４の記録対象となる移動端
末局は、交換局８Ａに接続されている基地局のセルの下
で通信を開始した移動端末局である。５１は移動端末局
のＩＤ、５２は移動端末局の所属するホーム交換局識別
番号、５３は移動端末局の現在位置で、そのセルゾーン
を直接制御している交換局識別番号と基地局識別番号の
組合せで表す。５４は移動端末局の動作ステータスを示
す。５５は基地局切替え頻度、５６は５５における切替
頻度の継続時間を示す。

【００１８】図６に移動端末局７の構成を示す。図６
で、６１はアンテナ、６２は送受信装置、６３は変復調
装置、６４は無線チャネル設定等を行う回線制御装置、
６５はマイク６６、スピーカ６７が接続され音声の符号
／復号を行うコーディック装置、６８は移動端末局７の
操作装置、６９は基地局切替えを制御する切替制御装置
を示す。

【００１９】図７と図８を用いて、実施例１における切
替元のＮレイヤ交換局８Ａ及び切替相手先の(Ｎ＋１)レ
イヤ交換局１１Ａの交換制御装置４３のレイヤ切替処理
フローを説明する。まず図７でＮレイヤ交換局８Ａの交
換制御装置４３の処理フローを説明する。ステップ７ａ
で周期期間の基地局平均切替頻度の通知を移動端末局７
からＮレイヤ基地局４Ｂを介して周期毎に受信する。ス
テップ７ｂで通知を受けた基地局平均切替頻度が規定値
を越えて、しかも規定期間以上継続したか否かを判定す
る。否の場合は通常処理のステップ７ａに戻る。ステッ
プ７ｃで移動予定相手先のセルの回線品質を問合わせ
て、劣化している場合はステップ７ａに戻る。ステップ
７ｄで移動予定相手先のセルで空きチャネル有無の問合
わせを行い、無線チャネルが不足する場合ステップ７ａ
に戻る。ステップ７ｅで切替相手先のレイヤ及びセルゾ
ーンを決定し、無線チャネル等の情報を入れたレイヤ切
替指示を(Ｎ＋１)レイヤ基地局及び移動端末局７に通知
する。この際基地局平均切替頻度の規定値との差（頻度
の変化量）に応じて切替相手先のセルレイヤを決定す
る。実施例１の応用例で述べたように、例えばこのとき
規定値との差が大きい場合はＮレイヤから(Ｎ＋２)レイ
ヤへのように２階層分レイヤを切替えることになる。ス
テップ７ｆで加入者線を交換スイッチ回路４２に指令し
て、切替相手先の交換局１１Ａまで延長する。ステップ
７ｇで切替相手先の基地局５Ａからの無線チャネル設定
完了信号を受信するとステップ７ｈで基地局切替指示を
(Ｎ＋１)レイヤ基地局５Ａ及び移動端末局７に通知して
切替えの同期をとる。ステップ７ｉで位置管理を行うロ
ケーションレジスタの更新を実行してステップ７ｊで切
替履歴テーブルの当する移動端末局７のデータを更新す
る。

【００２０】図８を用いて(Ｎ＋１)レイヤ交換局１１Ａ
の交換制御装置４３の処理を説明する。ステップ８ａで
切替予定相手先セルの回線品質の状況及び空きチャネル
有無の問合せの有無をチェックして問合わせが無ければ
ステップ８ａへ戻る。問合わせがあればステップ８ｂで
指定された切替相手先の基地局５Ａへ問合わせて回線品
質と空きチャネル情報を得る。ステップ８ｃでレイヤ切
替え指示の有無をチェックして無ければステップ８ａへ
戻る。ステップ８ｄで指定された基地局５Ａへ切替指示
を行う。ステップ８ｅで(Ｎ＋１)レイヤ交換局１１Ａま
で延長された加入者線を基地局５Ａまで延長する。ステ
ップ８ｆで基地局５Ａから無線チャネル設定完了通知の
有無を調べ無ければ待ち状態になる。有ればステップ８
で無線チャネル設定完了通知をＮレイヤ交換局８Ａへ送
信する。

【００２１】図９を用いて実施例１における移動端末７
の切替制御装置６９の切替処理フローを説明する。ステ
ップ９ａで同一レイヤに属する基地局の切替回数のカウ
ントを行い、ステップ９ｂで一定周期毎に周期期間の平
均基地局切替頻度を算出する。ステップ９ｃで算出毎に
選出結果をＮレイヤ交換局８Ａへ通知する。ステップ９
ｄでレイヤ切替え指示の有無を調べて無ければステップ
９ａへ戻る。ステップ９ｅで基地局切替指示の有無を調
べ、無ければステップ９ａへ戻る。ステップ９ｇで無線
チャネル切替えを実施する。

【００２２】実施例１によれば、通信中に移動端末７の
移動速度と共に基地局切替頻度が大きくなる場合、より
大きな半径のセルへ交信する基地局を切替えることで切
替頻度を小さくするため、それに伴う制御データの増大
を防ぎ制御データ処理時間による遅延の増大を阻止でき
る。また切替頻度を小さくするため、切替えに伴う通信
中の瞬断の発生を低減でき信頼性を高めることができ
る。

【００２３】実施例２における本発明は、移動端末局７
を用いて通信中に自動車、電車等の移動速度から歩行速
度へ変化する際に実施される。移動速度が歩行速度程度
に減速して基地局切替頻度が減少する現象には、信号待
ち等が原因で生じるような比較的短期間だけ切替頻度が
低下する場合と渋滞や低速の乗物への乗換えにより比較
的長期間にわたり切替頻度が低下する場合がある。比較
的短期間だけ切替頻度が低下する場合は基本的に切替え
を実施しないが、比較的長期間低下する場合は以下の条
件のとき以外は基本的にレイヤの切替えを実施する。

【００２４】切替相手先の回線品質が低く現状の回線
品質を維持できない 制御回線及び通信回線が容量不足となる 実施例２におけるレイヤ切替シーケンスは、切替先がＮ
レイヤから(Ｎ−１)レイヤへの切替えとなるが基本的な
処理は図３と同様となる。また同様に、切替元のＮレイ
ヤ交換局８Ａの交換制御装置４３及び切替相手先の(Ｎ
−１)レイヤ交換局１２Ａのレイヤ切替処理フローも図
７及び図８と同様である。移動端末局７の切替制御装置
６９の処理についても図９と同様である。

【００２５】実施例２によれば、通信中に移動端末局の
速度が低下する場合、基地局の切替頻度が小さくなりセ
ルを通過する時間が大きくなり、セル内のトラヒック増
加へつながることから、チャネル容量を大きくできるよ
り小さい半径のセルレイヤへ切替えることにより、切替
元のセルレイヤのチャネルを開放しチャネル不足を事前
に防止することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、通信中の移動端末局の
基地局切替頻度をもとにセルレイヤを切替えるため、実
質移動速度と移動方向を加味していることになるため、
ネットワークからみて無駄なセルレイヤ切替えを行うこ
となく、制御データの増大を防ぎ、制御遅延の小さい信
頼性の高い移動無線通信システムを提供する。また、切
替頻度によるセルレイヤ切替えのため、トラヒックに見
合うセルを選択することになるため基地局への処理負荷
の分散化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチセルレイヤ構造の移動無線通信
システムの説明図。

【図２】本発明の交換局間の階層的接続の説明図。

【図３】本発明のレイヤ切替シーケンスを示す説明図。

【図４】本発明の交換局のブロック図。

【図５】本発明の交換局の基地局切替頻度履歴を管理す
るテーブルの説明図。

【図６】本発明の移動端末局のブロック図。

【図７】本発明の移動元の交換局の交換制御装置のレイ
ヤ切替処理フローチャート。

【図８】本発明の移動相手先の交換局の交換制御装置の
レイヤ切替処理フローチャート。

【図９】本発明の移動端末局の切替制御装置のレイヤ切
替処理フローチャート。

【符号の説明】

４…Ｎレイヤセル基地局、 ５…(Ｎ＋１)レイヤセル基地局、 ７…移動端末局、 ８…Ｎレイヤ交換局、 １１…(Ｎ＋１)レイヤ交換局。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サービス領域を第１のセルで構成し、前記
   第１のセルを前記第１のセルより半径が小さい第２のセ
   ルで構成し、前記第２のセルを前記第２のセルより半径
   が小さい第３のセルで構成するような階層的構造であ
   り、同じ大きさによるセルによってカバーされるサービ
   ス領域をレイヤとして扱い、移動局がディジタル無線回
   線を介して基地局と交信する移動通信システムにおい
   て、前記移動局の前記基地局との切替えの頻度により前
   記移動局が所属するセルレイヤ階層を切替えることを特
   徴とする移動無線通信方式。
2. 【請求項２】請求項１において、通信中の前記移動局は
   交信している前記基地局が形成するセルを移動し同じレ
   イヤの他のセルへ移ることにより交信する前記基地局を
   切替える回数をカウントし周期毎に周期の期間の平均の
   切替え頻度を集計して、集計結果通知をうけた交換局は
   前記移動局の平均基地局切替頻度が規定値に達すると、
   異なるレイヤのセルを形成する前記基地局へ交信を切替
   える移動無線通信方式。
3. 【請求項３】請求項１において、前記移動局がホームと
   する交換局は通信中の前記移動局の基地局切替回数をカ
   ウントし周期毎に前記移動局の周期の期間の平均の切替
   え頻度を集計して、前記移動局の平均基地局切替頻度が
   規定値に達すると、異なるレイヤのセルを形成する前記
   基地局へ交信を切替える移動無線通信方式。
4. 【請求項４】請求項２または３において、前記移動局の
   平均基地局切替頻度が規定値を満たしてある規定時間以
   上継続すると、異なるレイヤのセルを形成する前記基地
   局へ交信を切替える移動無線通信方式。
5. 【請求項５】サービス領域を第１のセルで構成し、前記
   第１のセルを前記第１のセルより半径が小さい第２のセ
   ルで構成し、前記第２のセルを前記第２のセルより半径
   が小さい第３のセルで構成するような階層的セル構成で
   あり、同じ大きさによるセルによってカバーされるサー
   ビス領域をレイヤとして扱うマルチレイヤセルによる通
   信システムであって、前記移動局がディジタル無線回線
   を介して前記基地局と交信する移動通信システムにおい
   て、前記移動局の基地局切替えの頻度の変化量が規定値
   に達すると前記移動局が所属するセルレイヤ階層を切替
   えることを特徴とする移動無線通信方式。