JPH11346380A - 位置決めシステムによって支援されたセルラ―無線電話機をハンドオフ及びドロップオフする通信システム及び通信方法 - Google Patents

位置決めシステムによって支援されたセルラ―無線電話機をハンドオフ及びドロップオフする通信システム及び通信方法

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JPH11346380A
JPH11346380A JP11039289A JP3928999A JPH11346380A JP H11346380 A JPH11346380 A JP H11346380A JP 11039289 A JP11039289 A JP 11039289A JP 3928999 A JP3928999 A JP 3928999A JP H11346380 A JPH11346380 A JP H11346380A
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Abstract

(57)【要約】 セルラー無線電話機の正確な位置を確立するために衛星
信号を獲得し、適切なタイミングでのドロップオフや他
の基地局や周波数へのスムーズ・ハンドオフを実現する
方法及び装置が提供される。セルラー無線電話機は、衛
星データを用いてそれ自身の位置を決める位置決めシス
テムを備えている。通信システムは、好ましくは符号分
割多重アクセス方式（CDMA）システムであり、位置決め
システムは、好ましくは衛星測位システム(GPS)であ
る。本発明の方法は、セルラー無線電話機に最も近い基
地局を決めるために用いることもできる。また、本発明
の方法を用いることにより、セルラー無線電話通信信号
の品質レベルが所定値よりも低くなると予想される位置
とセルラー無線電話機との間の距離を計算し、この計算
値に基づいてセルラー無線電話機をハンドオフすべきか
否かを決めることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セルラー通信シス
テムにおけるハンドオフ及びドロップオフのための技術
に関し、特に弱い信号を発するセルラー無線電話機に対
してハンドオフとドロップオフとのいずれを実行すべき
か確立する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】無線電話システムは、セル・サイトとも
呼ばれる多くの基地局からなる。各々の基地局は１つの
移動電話交換局(MTSO)に結合され、移動電話交換局は公
衆交換電話網(PSTN)に接続されている。基地局の各々
は、セルラー無線電話機と通信するために、また無線電
話信号をセルラー無線電話機から移動電話交換局に切り
替えるために、無線電話信号を受信しかつ放射するアン
テナを備える。また、基地局は、適切なチャンネルを無
線電話機に提供することにより無線電話機との通信を可
能にする。移動電話交換局は、基地局からの信号を公衆
交換電話網へと切り替え、公衆交換電話網からの信号を
基地局へと切り替える。
【０００３】一般に、符号分割多重アクセス方式（CDM
A）及びスペクトル拡散システムは、遠近問題があるた
めに移動無線環境では役に立たないとして、以前は用い
られていなかった。遠近問題はセルラー通信システムに
おいて発生するものであり、異なる送信機が基地局送信
機に干渉するという問題である。移動無線電話環境で
は、基地局の近くにユーザがいることもあるし、遠くに
いることもある。これらの極端に距離の異なるユーザ間
における伝搬路の損失の差は数十dBに及ぶこともある。
これは、全体に渡って平均的にリンク容量が減少する原
因となる。CDMAシステム等のスペクトル拡散システムに
おいては、アンチ・ジャミング容量がそのような状況下
における助けとなるが、残念ながら、強力な近くの干渉
信号と減衰した遠くの信号との差を克服する程には充分
ではない。CDMAシステムでは、信号を識別するのに符号
が用いられる。識別に充分なほど符号を用いることがで
きる場合には、ユーザ数の限界値はシステム・ジャミン
グ・マージンによって定まる。なぜなら、全ての不必要
な信号の合計電力が、所望する信号の電力をジャミング
・マージンより大きい値だけ越えていない限り、受信機
は動作するからである。
【０００４】セル内の全ての移動無線電話機は一定の電
力を送信するものと推定されていた。しかし、もし、一
定の電力ではなく、全てのユーザから受信する電力レベ
ルがほぼ等しくなるように変更可能となるように、送信
機を制御することができるならば、スペクトル拡散シス
テムの利点が実現されることとなる。受信電力が制御さ
れるようなシステムでは、複数の加入者が同じスペクト
ルを占めることができ、この結果、期待される干渉平均
化の利益が得られる。しかし、遠近問題をセル内で解決
するために電力制御を採用するシステムでは、受信機の
感度に大きな損失が生じる。なぜなら、同時ユーザ数を
最大化するためには、全ての信号は、等しい電力レベル
で受信機（基地局）に到達しなければならないからであ
る。各々の無線電話機において基地局からの距離を検出
し、それに従って出力電力を調整することにより基地局
が所定の信号電力レベルで信号を受信できるようにすれ
ば、各々の無線電話機における電力制御が実現されるで
あろう。これ以外の方法では、最も弱い信号を発する移
動送信機は、特にセルの端近辺で他のセル・ユーザの動
作を指示する。この指示を受けたセル・ユーザは、指示
に従い、自身の送信電力を変更することによりこの弱い
信号を発するユーザに電力を融通する。
【０００５】あるセル基地局による他のセル基地局への
ハンドオフが実行されるのは、新しいセルの全てのユニ
ットに送信電力をそのレベルまで上げるように要求する
ことにより、送信を改良し、基地局のジャミングを発生
させるためであり、これにより、セル端に位置する無線
電話機の送信信号電力の増加を防ぐためである。しか
し、もしユーザの信号が非常に弱かったとしたら、その
無線電話機は、ネットワーク全体を消し去る前に、基地
局によってそのセルからドロップオフされなければなら
ない。非常に弱い信号を発するユーザは、他のセル基地
局へハンドオフされることはない。なぜなら、ハンドオ
フされた後では、隣接するセルの端でのユーザの性能は
劣悪だからである。
【０００６】電力制御が行われるCDMAシステムにおいて
は、もし隣接する複数のセルが、いくつかの基地局によ
って受信され得る１つの基地局を有する場合には、この
セルの無線電話機は、ソフト・ハンドオフを実現するた
めにそれら全ての基地局と通信する必要がある。ソフト
・ハンドオフとは、「切断前の接続」とも呼ばれ、CDMA
システムで実行されるものであり、全てのセルは同じ周
波数（IS-95A規格に定義されている）を使用する。ソフ
ト・ハンドオフでは、現在のセルを離れる前に隣接する
セルと接続することが可能である。ソフト・ハンドオフ
では、必要とされる電力はより少なくなり、これによっ
て干渉が減少し、容量が増大する。ソフト・ハンドオフ
では、ユーザに応対するのに最も便利な基地局に制御が
渡される。ソフト・ハンドオフが実行されている間は、
ユーザは他の全ての基地局と完全な通信をし続ける。そ
の無線電話機がセルの端に到達するとき、それを制御し
ている基地局は、その無線電話機が他のセルに制御を移
動するためのハンドオフに助力する。しかし、基地局に
はその無線電話機の位置が分からないため、セル内の全
ての無線電話機をページし、応答が届くまで待機しなけ
ればならない。この処理には多くの時間がかかる。基地
局は、この受信応答からハンドオフやドロップオフの候
補を決める。
【０００７】電力制御が行われるCDMAシステムにおいて
は、ソフト・ハンドオフに参加している各々のセルは、
同一のトラヒック・ストリームをビット単位で移動無線
電話機に送信する。これは、使用可能であればどの符号
チャンネルでも行われる。各々の基地局は使用可能であ
るかどうかのみに基づいて符号チャンネルを選択するも
のでなければならない。その無線電話機は、RAKE受信機
において、多重フィンガを実行する。多重フィンガで
は、一般的には６３個の、使用可能な符号チャンネルの
いずれへも「同調」が可能である。前方CDMAチャンネル
には、後方電力制御ビットが埋め込まれている。電力制
御ビットの各々は、約3/4dB単位での電力の上げ下げを
指示するコマンドとして解釈される。基地局の各々は、
独自に電力制御を決定する。移動局は、電力制御ビット
を復調することと、それに応じた電力の上げ下げを行う
ものである。電力制御の目的は、エラー動作に相応した
可能な限りの最低レベルで、後方リンク送信電力を維持
することである。従って、移動無線電話機は、ハンドオ
フに関する全ての基地局が「アップ」と指示したときに
のみ電力を上げなければならないので、電力制御ビット
を解釈しなければならない。但し、この解釈はしばしば
一致しないときがある。もし参加している基地局のどれ
かが「ダウン」と指示したときには、移動無線電話機は
電力を下げなければならない。このルールは「ダウンの
OR」と呼ばれる。
【０００８】CDMAシステムではMAHO（Mobile Assisted
Handoff）が用いられる。即ち実際には、移動無線電話
機はパイロットコードを連続して探し、パイロットコー
ドは、この目的のために特別に設計されたPN相関器を使
用しているものである。全ての基地局は同一のコードを
用いる。もしも移動無線電話機が既にCDMAシステム時間
を知らされていたとしたら（即ち、コールに既に含まれ
ていたなら、知らされていたことになる）、新たに検出
されたパイロットの相対的なタイミングを報告すること
ができる。基地局は、パイロットの位相によって区別さ
れる。各々のパイロットの周期は26.667ミリ秒である。
パイロットは、64チップを最小単位として分割される。
64チップは約52ミリ秒であり、これは光速での約15kmに
相当する。移動無線電話機のタイミングは通常、報告さ
れたパイロットオフセットが、この移動無線電話機が検
出する基地局を明確に識別するほどに良好である。
【０００９】移動無線電話機は、「パイロットと干渉の
比」(PIR)に基づいてパイロットを報告する。PIRは絶対
しきい値と比較され、この移動無線電話機がハンドオフ
候補として報告される時期が決定される。絶対しきい
値、即ち第１のしきい値は、基地局によって同報通信さ
れるオーバーヘッド・メッセージから移動無線電話機が
獲得するパラメータである。第１のしきい値を超えるパ
イロットがあったとき、その存在がメッセージを介して
ネットワークに報告される。ネットワークはその基地局
をいわゆるアクティブ・セットに追加する。アクティブ
・セットとは、この移動無線電話のソフト・ハンドオフ
に参加している一まとまりの基地局のことである。絶対
値ではなく相対値である第２のしきい値は、アクティブ
・セットの中で最も大きいPIRと他のメンバーの各々のP
IRとの差と比較される。第２のしきい値未満の差があっ
た場合には、他のメッセージが送信される。通常は、そ
の結果、この基地局がアクティブセットから除かれ、そ
の事実を知らせるメッセージが移動無線電話機に送られ
る。
【００１０】一方は絶対値、他方は相対値という２つの
しきい値は、全体のS/N比になんらかの有効なやり方で
貢献できる局ならどんな局でも高い確率でアクティブセ
ットに入ることを保証する、という効果を生み出す。逆
に言えば、基地局は、最良の局からはるかに劣化してい
る場合にのみはずされる。最良の局が端に位置する場合
には、次に強い局が保持される。この２つのしきい値に
よる構成が効果的であることは、経験によって発見され
たのであるが、時としてハンドオフが多過ぎるという欠
点がある。ハンドオフが多過ぎると、容量が減少する。
これは、そのサポートに要する前方トラヒック・チャン
ネルの数が多くなりすぎるからである。また、ハンドオ
フが多過ぎると、基地局が必要とするCDMAモデムのよう
なチャンネル要素の数も制限することとなる。
【００１１】前方リンク電力制御のサポートは、セルラ
ーとPCS air interface規格とでは異なる。J-STD-008規
格のIS-95A及びRate Set 1では、メッセージの送信に基
づく前方電力制御のみを指定している。つまり、フレー
ム・エラー率の超過によって自身の前方信号品質が低い
と判断すると、移動無線電機は基地局にレポートを送
る。この方法では、基地局でのメッセージの解釈におけ
る処理の遅れによる影響を受け、比較的遅くなる。14,4
00bpsセットであるRate Set 2は、より速い前方電力制
御機構を含む。後方トラヒックフレームの各々は、わず
かの処理遅延でも抹消を報告するビットを含む。
【００１２】通信システムの中には、ある基地局から他
の基地局へのハンドオフを、無線電話機の正確な位置を
知らずに実行することが困難な通信システムもある。特
に、異なるキャリア周波数を有する基地局にハンドオフ
しなければならないCDMAシステムがこれに該当する。CD
MAに基づくセルラーシステムでは、基地局が監督する１
つのエリア内の全ての無線電話機に対して１つのキャリ
ア周波数のみが用いられるが、この周囲の基地局は異な
るキャリア周波数を用いていることがある。無線電話機
の信号が弱いときには、そのセルの端で弱くなる場合に
は、基地局の各々が異なるキャリア周波数を発するCDMA
システムにおいては、新たな基地局による新たなキャリ
ア周波数の送信は、その新たなキャリア周波数を知らな
い弱い信号を有する無線電話機には受信されない。その
場合ハンドオフは完了しないため、無線電話機は使用で
きなくなる。さらに、セル内の他のセルラー無線電話機
が送信する能力をも損なう可能性がある。
【００１３】従って、弱い信号を有する無線電話機を特
定し、そのセルの基地局によるその無線電話機のハンド
オフまたはドロップオフを実行する必要がある。従来の
方法によると、基地局は、その正確な位置を知ることな
く、弱い無線電話機が所定の範囲内にあることを決定で
きるのみである。さらに、基地局は基地局からのページ
ングに応ずる無線電話機を認識できるのみであるので、
弱い信号を有する無線電話機に到達するまでには時間が
かかる。
【００１４】図１はセルラー通信システム・セル・ネッ
トワークの一例を示す。尚、実際のセルラー通信環境に
おいては、セル10、11、13のサイズと形状とは変化す
る。図１のセルラー・システムは、アナログまたはデジ
タル通信システムであり、符号分割多重アクセス方式(C
DMA)、時分割多重アクセス方式(TDMA)、周波数分割多重
アクセス方式(FDMA)等の多重アクセス変調機構のうちか
ら１つまたは複数を採用することができる。
【００１５】無線電話機の切断に際しては、どの無線電
話機12に電源が入っているかを決定し、その無線電話機
12が受信しているセル基地局14または15を決定しなけれ
ばならない。無線電話機12を見つけるために、セルラー
・システムでは、通常ページと呼ばれるメッセージを、
多くのセル10、11、13内に同報通信する。無線電話機12
が応答すると、セルラー・システムはコールを渡し続
け、その後、その無線電話機12を含むセル10、11、13の
１つに向けて通信する。もし、システムが無線電話機12
の位置を知らない場合には、セル10、11、13の全てのセ
クター内にページを同報通信しなければならない。セル
ラー通信システムのトラヒックが増大するにつれ、大き
な大都市区域でのシステム範囲のページングをサポート
する通信資源は巨大なものとなる。なぜなら、無線電話
機12の各々は、その位置をセルラー・システムに知らせ
るために、また１つ以上の基地局14、15に制御されペー
ジを受信するために、少なくとも１つの基地局14、15に
登録しなければならないからである。
【００１６】電源オン時、無線電話機12は、通常パイロ
ット信号を探して獲得する必要がある。CDMAシステムの
パイロット信号は、連続して基地局14から送信されてい
るものである。無線電話機12は、システムの初期同期を
得、基地局14から受け取る信号の正確な時間、周波数、
及び位相トラッキングを規定するのにパイロット信号を
用いる。一般的に、パイロット信号の獲得には2、3秒要
する。これは主に、セル基地局14が無線電話機12に近接
していることと、セル10が定位置にあるという事実によ
るものである。最も強い信号を発見すると、無線電話機
12はその信号を発しているセル基地局14に登録する。
【００１７】図２を参照しつつ説明すると、通常、登録
するとき、無線電話機12はトランシーバを介して識別パ
ラメータを送信する。これらのパラメータはシリアル番
号、及び関連する電話番号や数値を含んでいる。登録情
報は、無線電話機12を含むセル10に対応する基地局14内
に位置するトランシーバによって受信される。この登録
情報は、受信基地局14によって、移動電話交換局(MTSO)
16に中継される。MTSO16の１つの機能は、公衆交換電話
網(PSTN)18と様々なセル10との間におけるコールの経路
を定めることである。一般的には、MTSO16は、セル構造
に関連する情報を有するデータベースをも含む。
【００１８】CDMAセルラー通信システムにおいては、無
線電話機が位置するセルを識別してコールの経路を決め
るために、無線電話機は様々なセルにページされる。こ
の種の通信システムは、無線電話機が位置する可能性の
あるセル群を決定する必要がある。登録として知られる
処理を行うことにより、無線電話機が最も位置する可能
性のあるセル群を識別することが可能である。ゾーン登
録技術では、セルラーシステムはゾーンに分割されてい
るため、システムのページング量は少なく、無線電話機
はゾーン内の全てのセルでページングされる。そのため
に、通常、無線電話機は、自身が最近訪れたゾーンのリ
ストを保持し、リストに載ってないゾーンに入る際に
は、新しいゾーンとして登録する。セル基地局14、15、
17の各々は、それが割り当てられているゾーンにおいて
同報通信を行う。特定のセルにおいて無線電話機が登録
されると、MTSOは、この無線電話機とセルとの間の距離
に従って、セル構造データベースを用いてゾーンを決定
する。その無線電話機に転送されるべきコールがMTSOで
受信されると、MTSOは、その無線電話機が登録されてい
るゾーンに対応するセルに対し、ページング・メッセー
ジを無線電話機に送信するように指示する。
【００１９】決定されたページング・ゾーン内のセル基
地局によるページングが完了すると、無線電話機は、ま
だそのゾーン内にあって、ページを受信する条件下にあ
るときには、無線電話機が現在または過去に位置してい
たセルの基地局が受信する応答メッセージを送信するこ
とにより、受信したページに応答する。このページへの
応答は、受信するセル基地局によって移動電話交換局へ
と中継される。移動電話交換局は、セル基地局による応
答の中継により、無線電話機が現在位置するセルを識別
する。移動電話交換局は、無線電話機が位置するセルに
対応する基地局にこの無線電話機から転送されるべきコ
ールの経路を決める。
【００２０】従来の「距離をもとにした登録方法」によ
ると、各々のセル基地局は、その位置情報と所定の限界
距離値とを送信する。この方法では、各々の無線電話機
は、送信された現在のセル基地局位置情報と無線電話機
が以前に登録されていた以前のセル基地局位置情報とに
基づいて、この無線電話機とこの無線電話機が位置する
セルのセル基地局との間の距離を計算する。その後、無
線電話機は、その計算した距離と以前のセル基地局から
の限界距離値とを比較することにより、この無線電話機
の距離が以前のセルからの所定の限界距離値より大きい
かどうかを調べ、計算した距離が以前のセル基地局限界
距離値より大きいときには現在のセル基地局を登録す
る。登録情報は移動電話交換局に中継され、無線電話機
のページングのセルのゾーンが決定される。無線電話機
はそのメモリにゾーン情報を格納する。
【００２１】AMPS（Advanced Mobile Phone System）や
GSM等のシステムは、無線電話機の位置を決定するのに
タイマーまたはカウンタによる方法を用いる。タイマー
による方法を用いたセルラー・システムにおいては、各
々の無線電話機は数秒毎に基地局を登録する。セルラー
無線電話機の移動速度が概算され、無線電話機が最後に
登録した時間から、その間の移動距離が概算される。し
かし、AMPSのハンドオフはしばしば失敗に終わり、コー
ルがドロップされる。このことは、サービス品質が悪い
という認識の一因となる。さらに、各々のハンドオフの
前後には長時間に渡ってリンク品質が悪化し、耳障りな
雑音や歪みが生じる。
【００２２】他の従来の方法では、基地局は、等級を表
す輪郭形状により、基地局がカバーする領域の境界を決
定する。この輪郭形状は、各々の基地局のRF測定に基づ
いて生成される最小及び最大境界を有する。等級を表す
輪郭形状同士が交わることにより、境を接する多角形領
域が確定される。この多角形領域は、エラー評価の際に
用いられるセルラー無線電話機の位置を表わす。多角形
の中央が決定されると、データベースを参照することに
より、無線電話機の位置アドレスが決定される。さら
に、衛星通信システムでは、他の距離制御によるCDMA方
法を利用することができる。この方法では、移動無線電
話機の受信機によるハンドオフが可能である。この方法
における受信機は、受信機の既知の位置及び送信機の既
知の位置を採用して切り替えを行うことにより、１つの
衛星をドロップし、他の衛星に同期する。
【００２３】現在、移動無線電話機がデジタルCDMAモー
ドで動作していてAMPSのみの領域に向かって移動してい
るときには、即ち、基地局がアナログ信号のみを扱うと
きには、移動無線電話機が可能であるなら、デジタルモ
ードからアナログモードに移動無線電話機を切り替える
ことによりハンドオフを実行しなければならず、無線電
話機は、いつでも好ましいわけではないアナログ・モー
ドを継続しなければならない。さらに、IS-95A規格で
は、全てのCDMA基地局及び無線電話機は、将来的にアナ
ログとデジタルの両方のモードを備えるべきであること
を規定している。そのようなシステムにおいては、無線
電話機が不利な受信領域にいるときには、即ち、デジタ
ル送信が弱く、電力制御されたCDMAシステムの他の移動
電話機を衰弱させる可能性があるときには、アナログ・
モードに切り替えることにより、ソフト・ハンドオフを
実行しなければならないと考えられる。しかし、IS-95A
規格では、デジタル・モードに戻すという選択肢は提供
されていない。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、先行技術に関連する上記欠点を克服し、セルラー無
線電話機の位置の正確な情報を獲得することによりハン
ドオフをスムーズに実行することである。本発明の第２
の目的は、ドロップオフやハンドオフ操作を速やかに実
行するために、速やかに位置情報を獲得することであ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】上記目的及び本発明のさ
らなる目的及び利益は、衛星信号を獲得してセルラー無
線電話機の正確な位置を確立する位置決めシステムを有
するセルラー無線電話機が用いられる、独自の方法を提
供することにより達成される。この位置情報は、通信信
号の品質レベルに基づいてセルラー無線電話機を他の基
地局又は周波数にドロップオフ又はハンドオフするため
に、セル基地局に転送することができる。このシステム
は、符号分割多重アクセス方式技術を用いるのが望まし
い。また、この位置決めシステムは、少なくとも１つの
通信衛星から信号を受信する衛星測位システム(GPS)で
あるのが望ましい。
【００２６】本発明の方法は、セルラー無線電話機に最
も近い基地局を決めるために用いることもできる。ま
た、本方法は、セルラー無線電話通信信号の品質レベル
が所定値よりも小さくなると予想される位置とこのセル
ラー無線電話機との間の距離を計算し、この計算により
得られた距離に基づいてこのセルラー無線電話機をハン
ドオフすべきか否かを決めるために用いることもでき
る。セルラー無線電話機の位置は、衛星信号のタイミン
グに基づいた三角測量法を用いて決められるのが望まし
い。本発明の１つの実施の形態では、セル内の各々の無
線電話機は、セル基地局に登録しなければならない。基
地局はセル内の全ての無線電話機をページし、それらの
位置を要求する。上記距離の計算及びセルラー無線電話
機をドロップオフ又はハンドオフすべきかの決定は、セ
ル基地局の位置情報及び基地局からセルラー無線電話機
に送信される所定の距離値に基づいて、基地局又はセル
ラー無線電話機において実行することが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下の説明は、当業者が本発明を
作製し用いることができるように提供されるものであ
る。また、以下の説明は、発明者の考える本発明の最良
の実施形態を記載するものである。しかしながら、当業
者には様々な変形が即座に明らかとなるであろう。なぜ
なら、本発明の原則はここに具体的に定義され、ドロッ
プオフやハンドオフ操作の円滑な実行のために、位置確
立用に衛星信号を獲得することのできるセルラー通信装
置が提供されるからである。
【００２８】本発明の衛星無線電話機においては、CDMA
のようなスペクトル拡散通信システムが用いられること
が望ましい。なぜなら、これらのシステムは、ナビゲー
ションの範囲、方向検索、衝突回避、自動追尾、調査に
必要とされる正確さを提供するからである。さらに、従
来のCDMAセルラー通信システムは、全て、クロック同期
用の衛星に接続された基地局を有している。基地局は、
衛星の位置を求めるために、衛星測位システム(GPS)の
端末などのような位置決めシステム端末を用いる。三菱
Montero等の自動車では、ナビゲーション用に車の位置
を求めるために、GPSチップを車に搭載している。GPS端
末を既に有している通信システムでは、無線電話機の各
々に送られる基地局メッセージが衛星位置を含むように
してもよい。さらに、上記のように公知技術であるが、
各々の基地局はそれ自身の位置情報を送信してもよい。
通常、この位置情報には緯度、経度、所定の距離限界が
含まれている。
【００２９】図３は本発明の典型的な無線電話機２０を
表している。無線電話機２０は、地球上での位置を決定
するための位置決めシステム２２を備えている。位置決
めシステム２２は、衛星測位システム(GPS)が望まし
い。この情報は基地局２４に転送され、ドロップオフや
ハンドオフ操作に用いられてもよい。無線電話機２０
は、各々の衛星の天体暦を有するデータベースを記憶し
ている位置決めシステムメモリ２６を有する。このメモ
リ２６は、不揮発性RAMであるのが望ましく、衛星の動
作が停止していたり、衛星が軌道を変えたりしたとき
に、サービス無線電話機２０に天体暦データを更新させ
る。他の実施の形態としては、各々の衛星の天体暦が恒
久的に格納されているプログラム可能な読み出し専用メ
モリを用いてもよい。さらに他の実施の形態としては、
バッテリー・バックアップによるRAMを用いてもよい。
無線電話機２０は、この他に、リアルタイム・クロック
２８、無線電話機２０の動作を制御し計算を行うマイク
ロプロセッサ３０、アンテナ３２、ユーザーの声を符号
化及び複合化するコーダー３４、変調・復調回路３８、
アプリケーション・ソフトウェア・プログラム３６を備
えたEPROMなどで実現される符号記憶領域４６、キーパ
ッド４４、変調した信号を送信用の高周波数に変換し、
受信した信号を低周波数に変換する無線周波数電子回路
４２等の、従来用いられている構成要素を備える。
【００３０】位置決めシステム２２はスペクトル拡散信
号を送信するのが望ましい。スペクトル拡散信号は、既
知の衛星４０の位置から無線電話機２０の範囲を測定す
るのに用いられる。衛星４０の信号を見つける処理は、
無線電話機２０がその内部のリアルタイム・クロック２
８を衛星４０のシステム時間に同期させることによって
スタートする。このシステム時間は、衛星４０及び基地
局２４の内部クロックによって保持されている。無線電
話機２０は、この時間と各々の衛星４０の天体暦が分か
れば、地球に対応する衛星４０の位置も同時に知ること
ができる。それにより、使用可能な周波数及び疑似雑音
(PN)コードを割り出すことができるとともに、衛星４０
の信号を獲得するために検索すべき周波数及びPNコード
を決定することが可能になる。このため、GPS受信機メ
モリ２６データベースは、パイロット衛星通信信号を獲
得し、地球に対応する衛星４０の位置を決定することが
できるように、各々の衛星４０の信号キャリア周波数を
記憶している。無線電話機２０内の位置決めシステム２
２端末は、既知の周波数及びPNコードを用いて、衛星４
０から送信されるパイロットキャリア信号を割り出す。
これにより、無線電話機２０は異なる衛星４０を識別す
ることができる。接続が完了すると、衛星４０の送信機
は、無線電話機２０内の位置決めシステム受信機２２に
衛星４０の位置を提供する。
【００３１】無線電話機２０は、地球に対応する自身の
位置を決定しなければならない。この位置は、異なる複
数の衛星４０を用いた三角測量や、経時とともに異なる
位置をとる１つの衛星４０を用いた三角測量、又は他の
従来の方法によって決定される。無線電話機２０は、衛
星４０の位置を知っているため、地球上の受信機に対応
する衛星の位置を決定するために、信号が衛星４０に到
達して戻ってくるのに要する時間を測定してもよい。望
ましいのは、三角測量法により、同時に異なる３つの場
所に位置する受信機を用いて上記位置を計算する方法で
ある。なぜなら、各々の受信機と送信機との間の信号波
形の違いは時間の、従って距離の関数であるからであ
る。高度なGPS受信機は、いくつかの受信機を有し、同
時にいくつかの衛星４０の信号を処理することができ
る。低コストの受信機は、受信機を１つだけ用いる。受
信機は、少なくとも３つの衛星信号について連続して獲
得して範囲を測定しなければならない。
【００３２】ソフトウェア・プログラム３６は、無線電
話機２０と基地局２４との間の所定の通信プロトコルを
サポートすることができ、位置決めシステム２２と、マ
イクロプロセッサ３０、メモリ２６、キーパッド４４等
の無線電話機の既存の構成要素との接続に助力する。ソ
フトウェア・プログラム３６は、基地局２４との距離や
他の位置との距離を計算する際にマイクロプロセッサ３
０を制御するプログラムを含んでもよい。
【００３３】本発明の１つの特徴として、基地局２４が
無線電話機２０をページする際、基地局２４は各々の無
線電話機２０にメッセージを送る。このメッセージは衛
星の位置や基地局２４の位置を示す情報を含むものとす
ることができる。基地局２４の位置情報は通常、緯度、
経度、所定の距離限界の他に、無線電話機２０内のマイ
クロプロセッサ３０によってハンドオフやドロップオフ
の候補かどうかを検出するのに用いられるパラメータを
含む。無線電話機２０は、自身がハンドオフやドロップ
オフの候補かどうかを検出してもよく、また、この情報
は基地局２４へのメッセージに含まれて転送されてもよ
い。
【００３４】他の実施の形態では、基地局２４は、ハン
ドオフやドロップオフを実行すべきかどうかを判断する
際に、セル内の各々の無線電話機２０からの緯度及び経
度パラメータの同報通信を周期的に要求し、この情報を
将来の使用に向けて保持するものとし、基地局２４は、
それ自身の緯度及び経度に関する情報を有しているため
に、周期的または緊急の同報通信によって、自身または
低信号領域と各々の無線電話機２０との間の距離を計算
し、同一のまたは異なる周波数の他の基地局へのハンド
オフと、同じ基地局内の異なる周波数へのハンドオフ
と、ドロップオフとのいずれかを示唆するものとするこ
とができる。
【００３５】さらにまた他の実施の形態として、セル内
の無線電話機の１つがハンドオフもしくは切断されるべ
きであると基地局２４が推定した場合のみに、基地局２
４は無線電話機２０の位置データを要求し、この要求を
受け取ると、無線電話機２０は、衛星４０の位置から自
身の位置を獲得し、この情報を基地局２４に送るように
するものもある。
【００３６】どちらにしても、アクティブな無線電話機
２０が受信不良の起きる領域に入ることが予想されると
きには、無線電話機２０が他の無線電話機の動作を低下
させる前に、ドロップオフかハンドオフされるように、
基地局２４から無線電話機２０に特別な警告信号を送る
ようにしてもよい。セル間を移動する無線電話機２０に
関連して既に説明したことであるが、GPSを用いて無線
電話機２０の正確な位置情報を得、その情報を基地局に
送るという方法は、無線電話機２０の初期電源ONに際し
て、動作の安全性を決定する上で非常に有益であること
を理解されたい。さらに、同一の方法及び装置を、無線
電話機２０に最も近い基地局、即ち無線電話機２０を制
御している基地局を敏速に決定するために用いてもよ
い。
【００３７】さらに、通信技術の中には無線電話機の位
置を知る必要のあるものがある。例えば、電力制御CDMA
システムにおいては、各々の無線電話機は、基地局から
の距離に基づいて送信電力の増減を調整する。これによ
り、基地局が受信する入力信号は、全て同じ電力を有す
る。本発明の好ましい実施の形態によれば、無線電話機
は、GPSで決定される無線電話機２０の正確な位置に基
づいて計算を行うために、高い精度で基地局からの距離
を得るものであり、より正確な送信信号電力レベルが得
られる。
【００３８】本発明の無線電話機２０は、GPSチップと
して実現される位置決めシステム２２を用いるのが望ま
しい。位置決めシステム２２は無線電話機２０に組み込
まれてもよい。このチップは、GPSを利用したハンドオ
フを望まないときは、電力節約のために自在にオン・オ
フできるのが望ましい。または、GPS端末は、図示され
ないコネクタによって無線電話機２０の内部構成要素に
取付可能な、無線電話機２０の外に取り付けられる付属
品であってもよい。この付属品は、ユーザのコマンド用
の無線電話機キーパッド４４を用いてもよい。どちらに
しても、基地局２４との通信は、無線電話機内の符号記
憶領域４６に格納されたアプリケーションソフトウェア
３６によって実現される。
【００３９】本発明の好ましい実施の形態における無線
電話システムは、どのようなセルラー通信システムにも
適応可能ではあるが、特に、最良の基地局を選択すると
きにハンドオフが超過するのを防ぐために、符号分割多
重アクセス方式(CDMA)技術を利用するGSMセルラー無線
電話機に適応する。他の実施の形態としては、時分割多
重アクセス方式(TDMA)、周波数分割多重アクセス方式(F
DMA)等他のセルラー通信システムを用いる実施形態が可
能である。 本発明の方法は、過度な周波数ホッピング
を防ぐために、AMPSに用いることも可能である。現在、
廉価なセルラー無線電話機には、一度に１つの周波数に
同調することしかできないアナログ無線電話機が用いら
れている。信号が弱くなると、音声信号が基地局によっ
て切断される。なぜなら、無線電話機が自身を異なる周
波数に同調させようとしている間、何ミリ秒も待ち続け
るのは、破壊の危険性が高いからである。本発明のセル
ラー無線電話機においては、基地局はハンドオフに際し
て最良の信号を有する基地局を決定することができる。
これにより無線電話機はスムーズハンドオフを実行する
ことができ、現在の基地局とより長く接続することが可
能である。これにより、ドロップされるコールの数は減
少する。
【００４０】また、本発明は、IS-95A規格に指摘されて
いる欠点を克服する。なぜなら、セルラー無線電話機
は、デジタル送信の弱い、不利な条件下にある受信領域
において自身をアナログモードに切り替えた後で、ずっ
とアナログモードに設定している必要はないからであ
る。GPSシステムを用いる無線電話機は、もしアナログ
が可能であるなら、トンネルのような弱信号領域に入る
前に基地局から警告信号を受信し、自身を他の周波数又
はAMPSシステムに切り替えることも可能である。それに
より、システム全体の劣化を防ぐことが可能となる。信
号が元のように強くなった後で、無線電話機は自身を元
に切り替えることができる。基地局は、各々のセルラー
無線電話機から周期的に正確な位置情報を受信し、速度
と移動方向を計算することによりその無線電話機の将来
の位置を予測できるという事実により、警告用の情報を
有するものとすることができる。基地局はセルの地図を
コンピュータ内に格納しておくことができるため、弱信
号が生じる領域を知り、そのような領域に近づいている
無線電話機を検出することができる。
【００４１】当業者は、上記好ましい実施の形態に対す
る様々な適応及び修正が、本発明の範囲及び意図から逸
脱することなく想到可能であることを、認めるものと思
われる。従って、本明細書に添付される本特許請求の範
囲において、本明細書に記載された具体的な実施形態以
外で本発明が実施可能であり、情報をセルラー装置から
基地局へ送信する、セルラーモデムやファックス装置等
のような類似装置において実施可能であることが理解さ
れるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
新規であると確信される本発明の目的及び特徴は、付記
される請求項において詳細に説明される。本発明の構成
及び動作の仕方は、発明のさらなる目的及び特徴ととも
に、参照符号によって構成部分を示す添付の図面を参照
しつつ以下の説明を参照することにより、最も良く理解
されるものと思われる。
【図１】一般的なセルラー通信システム・セル・ネット
ワーク内の無線電話機を示す。
【図２】セルラー通信システム・ネットワークの例を示
す。
【図３】本発明の好ましい実施形態による無線電話機の
構成要素を示す。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のセルラー無線電話機と、前記セル
    ラー無線電話機の各々との間で通信信号を送受信する1
    つ以上の基地局とを含む通信システムであって、 前記セルラー無線電話機の少なくとも1つに含まれる位
    置決めシステムは、地球に信号を送信する少なくとも1
    つの通信衛星と衛星信号データを用いて通信することに
    より当該セルラー無線電話機の正確な位置を決定し、 前記基地局は、前記位置決めシステムを含むセルラー無
    線電話機の通信信号の品質レベルが所定の値よりも小さ
    くなると予想されるとき、システム劣化が起こる前に、
    前記位置決めシステムを含むセルラー無線電話機の位置
    に基づいてドロップオフまたはハンドオフを決定するこ
    とを特徴とする通信システム。
  2. 【請求項２】 前記通信信号は、ＣＤＭＡ信号である請
    求項1に記載の通信システム。
  3. 【請求項３】 前記位置決めシステムを含むセルラー無
    線電話機の位置は、前記衛星信号のタイミングに基づく
    三角法を用いて決定される請求項1に記載の通信システ
    ム。
  4. 【請求項４】 前記位置決めシステムを含むセルラー無
    線電話機のハンドオフは、別の異なる基地局へのハンド
    オフを含む請求項1に記載の通信システム。
  5. 【請求項５】 前記位置決めシステムを含むセルラー
    無線電話機のハンドオフは、別の異なる周波数へのハン
    ドオフを含む請求項1に記載の通信システム。
  6. 【請求項６】 前記位置決めシステムは、ＧＰＳであ
    り、 前記セルラー無線電話機は、さらに、 前記通信衛星の天体暦データを格納する格納領域と、 前記通信衛星と同期を取るためのクロックと、 ソフトウェアプログラムを格納するコード格納領域と、 前記ソフトウェアプログラムを実行するマイクロプロセ
    ッサとを含む請求項1に記載の通信システム。
  7. 【請求項７】 前記ＧＰＳは、任意の付属品であり、前
    記セルラー無線電話機には含まれず、前記セルラー無線
    電話機に自在に取り付け可能である請求項6に記載の通
    信システム。
  8. 【請求項８】 前記ソフトウェアプログラムは、前記セ
    ルラー無線電話に最も近い基地局を決定する請求項6に
    記載の通信システム。
  9. 【請求項９】 前記ソフトウェアプログラムは、前記セ
    ルラー無線電話機を前記基地局に登録し、前記基地局か
    らのページに返信し、前記セルラー無線電話機の位置を
    前記基地局に送信する請求項6に記載の通信システム。
  10. 【請求項１０】 前記ソフトウェアプログラムは、前記
    セルラー無線電話機と、前記セルラー無線電話機の通信
    信号の品質レベルが所定値よりも小さくなると予想され
    る位置との間の距離を計算し、前記計算された距離から
    前記セルラー無線電話機がハンドオフされるべきか否か
    を決定する請求項9に記載の通信システム。
  11. 【請求項１１】 前記ソフトウェアプログラムは、前記
    セルラー無線電話機と前記基地局との間の距離を計算
    し、前記計算された距離から前記セルラー無線電話機が
    ハンドオフされるべきか否かを決定する請求項9に記載
    の通信システム。
  12. 【請求項１２】 前記ソフトウェアプログラムは、前記
    セルラー無線電話機と前記基地局との間の距離を計算
    し、前記基地局により前記セルラー無線電話機に送信さ
    れる前記基地局の位置と所定の距離値とに応じて、前記
    セルラー無線電話機がドロップオフされるべきか否かを
    決定する請求項9に記載の通信システム。
  13. 【請求項１３】 前記基地局は、前記位置決めシステム
    を含むセルラー無線電話機と基地局との間の距離を計算
    し、前記計算された距離から前記セルラー無線電話機が
    ハンドオフされるべきか否かを決定する請求項1に記載
    の通信システム。
  14. 【請求項１４】 前記基地局は、前記位置決めシステム
    を含むセルラー無線電話機と、前記セルラー無線電話機
    の通信信号の品質レベルが所定値よりも小さくなると予
    想される位置との間の距離を計算し、前記計算された距
    離からセルラー無線電話機がハンドオフされるべきか否
    かを決定する請求項1に記載の通信システム。
  15. 【請求項１５】 前記基地局は、前記位置決めシステム
    を含むセルラー無線電話機のうちの特定の1つがハンド
    オフされなければならない可能性があるときにのみペー
    ジを送る請求項1に記載の通信システム。
  16. 【請求項１６】 前記基地局は、前記位置決めシステム
    を含むセルラー無線電話機と前記基地局との間の距離を
    計算し、前記計算された距離からセルラー電話機がドロ
    ップオフされるべきか否かを決定する請求項1に記載の
    通信システム。
  17. 【請求項１７】 通信信号を送受信する少なくとも1つ
    の基地局により制御されるセルラー無線電話機に用いら
    れる通信方法であって、 少なくとも1つの通信衛星から受信された信号に応じ
    て、正確な位置を迅速に決定するための位置決めシステ
    ムを用いて、前記セルラー無線電話機の正確な位置を決
    定する第1決定ステップと、 前記セルラー無線電話機の位置に応じて、セルラー無線
    電話機の通信信号の品質レベルを事前に決定する第2決
    定ステップと、 前記セルラー無線電話機の通信信号の品質レベルが第1
    の所定値よりも小さくなると予想される際に、前記セル
    ラー無線電話機のドロップオフを実行する第1実行ステ
    ップと、 前記セルラー無線電話機の通信信号の品質レベルが第2
    の所定値よりも小さくなると予想された際に、前記セル
    ラー無線電話機のハンドオフを実行する第2実行ステッ
    プとを含む通信方法。
  18. 【請求項１８】 前記位置決めシステムを含むセルラー
    無線電話機のハンドオフは、別の異なる基地局へのハン
    ドオフを含む請求項17に記載の通信方法。
  19. 【請求項１９】 前記位置決めシステムを含むセルラー
    無線電話機のハンドオフは、別の異なる周波数へのハン
    ドオフを含む請求項17に記載の通信方法。
  20. 【請求項２０】 前記通信信号は、ＣＤＭＡ信号であ
    り、 前記位置決めシステムはＧＰＳを含む請求項17に記載の
    通信方法。
  21. 【請求項２１】 前記第1決定ステップは、衛星信号の
    タイミングに応じて、三角法を用いて行なわれる請求項
    17に記載の通信方法。
  22. 【請求項２２】 前記基地局の各々は、複数のセルラー
    無線電話機を制御し、 前記セルラー無線電話機の各々を基地局に登録する登録
    ステップと、 前記基地局からのページに返信する返信ステップと、 前記セルラー無線電話機の位置を前記基地局に送信する
    送信ステップとをさらに含む請求項17に記載の通信方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記セルラー無線電話機と、前記セル
    ラー無線電話機の通信信号の品質レベルが第2の所定値
    よりも小さくなることが予想される位置との間の距離を
    計算する計算ステップと、 前記計算された距離から前記セルラー無線電話機がハン
    ドオフされるべきか否かを決定する決定ステップとをさ
    らに含む請求項22に記載の通信方法。
  24. 【請求項２４】 前記距離を計算し、前記セルラー無線
    電話機をハンドオフすべきか否かを決めるステップは、
    前記基地局において実行される請求項23に記載の通信方
    法。
  25. 【請求項２５】 前記距離を計算し、前記セルラー無線
    電話機をハンドオフすべきか否かを決めるステップは、
    前記セルラー無線電話機において実行される請求項23に
    記載の通信方法。
  26. 【請求項２６】 前記ページを返送するステップは、前
    記セルラー無線電話機の中の特定の１つがハンドオフさ
    れるべきであるときにのみ実行される請求項22に記載の
    通信方法。
  27. 【請求項２７】 前記基地局は、前記セルラー無線電話
    機の位置に基づいて前記セルラー無線電話機のドロップ
    オフを実行する請求項17に記載の通信方法。
  28. 【請求項２８】 前記セルラー無線電話通信信号の品質
    レベルが前記第１の所定値よりも小さくなると予想され
    る位置と前記セルラー無線電話機との間の距離を計算す
    るステップと、 この計算により得られた距離に基づいて前記セルラー無
    線電話機をドロップオフすべきか否かを決めるステップ
    とをさらも含む請求項27に記載の通信方法。
  29. 【請求項２９】 前記セルラー無線電話通信信号の品質
    レベルが前記第１の所定値よりも小さくなると予想され
    る位置と前記セルラー無線電話機との間の距離を計算
    し、この計算により得られた距離に基づいて前記セルラ
    ー無線電話機をドロップオフすべきか否かを決めるステ
    ップは、前記セルラー無線電話機において実行される請
    求項28に記載の通信方法。
  30. 【請求項３０】 前記セルラー無線電話機と前記基地局
    との間の距離を計算するステップをさらに含む請求項17
    に記載の通信方法。
JP11039289A 1998-02-19 1999-02-17 位置決めシステムによって支援されたセルラ―無線電話機をハンドオフ及びドロップオフする通信システム及び通信方法 Pending JPH11346380A (ja)

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