JPH11505390A - 遠距離通信システムにおける負荷分担のための多層配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 移動電話およびＬＡＮ形式の通信に特に適合した多層セルラ通信システムには、重なり合ったセル送受信機が配置されている。この重なりによって、多数のサービスプロバイダが、負荷分担の協同方法を提供することができる。周波数スペクトルの使用法が改良され得るとともに、先進のハンドオフ配置が、セルの飽和によりブロックされた発呼の発生する可能性を防止しまたは減じることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 遠距離通信システムにおける負荷分担のための多層配置 発明の背景発明の分野 本発明は、セルラ電話あるいは個人用通信サービス（ＰＣＳ）のようなセルラ 通信システムに関するもので、さらに詳細には、（ａ）（その各々が割り当てら れた周波数グループを有する）多数のセルラ配置が実用的な程度の範囲の重なり を提供する多層セルラ設計と、（ｂ）セルラ配置における発呼の割当ておよび移 動方法とに関する。 背景技術の説明 従来のセルラシステムは、階層構造のシステムとして設計されている。移動型 の切り替えオフィスは音声とデータのリンクによって多くの基地局に繋がってお り、その各々は一組の周波数を持つアンテナに接続され、またサービスの適用領 域の予め定められた部分において、無線チャンネルを介して多くの移動ユニット （ＨＨＴ）に接続することができる。ＨＨＴは、選択された基地局に対して割り 当てられた周波数チャンネルにわたって音声もしくはデータの通信を行う携帯電 話あるいは他の移動装置でよい。本明細書を通じて、音声通信について説明され るときは、作られた通信チャンネルおよび通信リンクは、純粋にデータ、音声ま たは音声およびデータの混成通信が可能である。 移動型の切替オフィスおよび基地局は、ＨＨＴのサービス要求の通信を処理し 、またＨＨＴとの通信に最初に割り当てられる周波数チャンネル割当てのみなら ず、現在割り当てられているアンテナのセルを越えて移動しているＨＨＴが必要 とするチャンネルおよびアンテナのハンドオフ（受け渡し：hand-off）の再割当 てを決定する計算能力を有する。 セルラの設計の通常の方法を図１に示す。これには各々のセルをカバーする一 本のアンテナを持つ六角形のグリッド状のセルが含まれる。一本のアンテナによ ってカバーされる領域の実際の部分は、図１の半径(radix)Ｒの円形領域により 示されるように、六角形セルよりもやや大きくてもよい。セルの境界におけるセ ルの重なりは、チャンネル割当ておよびセル境界を横切って移動するＨＨＴのた めのアンテナを従来のシステムがハンドオフするセルのセグメントと同じになる 。しかし、このセルの重なりは、セルの地理的な領域の小部分のみをカバーする に過ぎない。 ある割り当てられたチャンネルを有するＨＨＴが、セルをカバーするアンテナ が利用可能なチャンネルを有する新しいセルへと移動するときには、送信および 受信の両方のために、アンテナおよび周波数を変更するハンドオフは使用者にと って明白である。もし、新しいセルにおけるアンテナに利用できるチャンネルが 無いときには、使用中の発呼は切られることになる。これは現在のセルラシステ ムにおける望ましくない問題点である。 チャンネル割当てに使用される周波数は限られている。セルラシステムにおい て、あるセルに割り当てられた周波数セットは、例えば、図１に示す距離Ｄのよ うな特定距離だけ離れたところで再使用されてもよい。この距離は、異なるセル において同一チャンネルを使用するＨＨＴとチャンネルの共有による干渉を生じ ないように十分大きくなければならない。同じ距離Ｄで繰り返し再使用される全 ての周波数を用いて任意の広い地理的領域をカバーするために、図１の距離Ｄに より、太線の７個のセルのクラスタが繰り返され得る。 文献によれば、互いにある安全な距離で再使用することができる別個の周波数 のクラスタパターンを有する様々なシステムが開示されている（例えば、参照に よりこの明細書に組み入れられた Bell Systems Technical Journal １９７９年 １月、５８巻１号１５−４１頁 V.M.MacDonald 著”The Cellular Concept（セ ルラの概念）”を参照のこと）。 任意の広い領域をカバーすることを可能とする、そのような周波数を再使用す るセルラシステムにおいては、なおも所定のセル内でいつ何時作動されるかもし れない電話発呼数が、セルに割り当てられた周波数の数によって制限されるとい う問題がある。いくつかのデジタルシステムでは、発呼を多重化し、さらに複雑 なＨＨＴを採用することにより、各セルにおいて可能な発呼総数を改善している 。しかし、なおも、任意の所定のセルにおける作動中の発呼数は限られる。セル 内の動作中の発呼が、この発呼数に達してしまい、かつ、近くにハンドオフでき る境界が無いときには、そのセル内でサービスを要求している新しいＨＨＴがブ ロック(妨害：block)されることになる。このブロック(blockage)は、隣接する セルが利用可能なチャンネルを持っているときにも起こり得るということを一言 しておく。 行き過ぎた発呼ブロックと発呼の切り捨ての問題に対する解決の一つは、セル の大きさを減らして、周波数の再使用を増加させることにより、ある地理的領域 にわたる利用可能なチャンネル総数を増加させる低消費電力のマイクロセルを供 給することである。しかし、通信の信頼性が低下するので、マイクロセルの消費 電力をあまり低くすることはできない。さらには、送受信機の消費電力が減少す ると、信号に対する背景雑音の強度比が大きくなり、発生した雑音レベルを排除 するためにＨＨＴがより複雑になってしまう。さらに、セルの大きさが減少する につれて、移動中のＨＨＴはさらなるハンドオフを必要とし、システムのオーバ ーヘッドおよび移動中の動作中ＨＨＴが切り捨てられる機会が増加する。これに より、システムの全体もしくはその一部がそこから「スラッシングな」状況に進 むという危険性が増すことになる。この「スラッシングな」状況の間、存在する 発呼の切捨ては現実的な危険となる。作動中の電話の発呼の切捨ては、新規のサ ービス要求のためにチャンネルを利用できないことよりもさらに破壊的であると 考えられている。したがって、その領域にわたるＨＨＴの移動性と背景雑音の程 度によって、その領域に供給される最小のセルの大きさに対する実際の制限を生 み出すことになる。セルの大きさが実際と同様に小さいときには、検知可能な発 呼のブロックなしに、チャンネルの容量の大部分を用いて作動不能であることは 、現在のシステムにとって問題である。 もう一つの解決法は、様々な大きさのセルの層を作りだす異なる再使用距離に より生ずる異なる周波数の組を持つことであり、そこでは増加する周波数の再使 用を処理する、より小さい大きさのセルが他の層の隣接するセル領域を補う隣接 しない部分の領域のみを担当する。そのような多重的な再使用の形式は、背景雑 音の影響を受けやすく、かつ、ハンドオフの必要がより大きい、より小さいセル の部分を有するシステムにとっては複雑さを増すものである。さらに、その領域 におけるサージをより破壊的にする元のセルの各部分に、かなり小さい容量を供 給するように、多重の周波数再使用距離システムにおける割当て可能チャンネル 数を変化させてもよい。 現行システムの他の問題は、セル間の境界領域が、ＨＨＴの比較的小さい移動 がハンドオフを必要とし、境界を横切るＨＨＴの振動的な動き、あるいは３個の 隣接する六角形が接触する交差点の周りの円形動作がハンドオフのオーバーヘッ ドの発生を著しく増加させる領域の一部分であると同時に、この領域のそのよう な局所においてＨＨＴに対する信号強度をせいぜい低位に保つことである。セル ラシステムにおいては、セル境界で発生するＨＨＴへのサービスの破壊的な挙動 を防ぐ必要がある。 従来のシステムに存在する他の問題は、放送していないセルを採用する所定の アンテナの故障や修理やその他これに類するものによって、ある期間にわたって 、そのセル内ではいかなるサービスも利用できないような通信不能の領域ができ てしまい、もしＨＨＴが通信中にそのセル内に入り込むと、通信が切れてしまう ということである。 現行のセルラシステムには２つのサービスのプロバイダがついており、ＰＣＳ サービスの方向性は、特に都市部では、同じ広い領域にわたって競合するセルラ サービスを供給する２つあるいはそれ以上のプロバイダを供給することにある。 各々独立に作動し、かつ、より悪化した程度で生ずる上述したサービスの低下を 被る利用可能なチャンネルの多数のプロバイダへの分配は、各システムにおいて 利用可能なチャンネルと比べて、より貧弱な全体的サービスに帰結する。全ての チャンネルが利用可能であれば供給されたであろうサービスの程度を下げないで セルラＰＣＳサービスにおける競争を促進することは問題である。 発明の概要 この出願人の発明の目的の一つは、システムがＨＨＴとセルラシステムの陸上 通信線側との間、あるいは個々のセル間、あるいはシステム内の他のＨＨＴ間の 通信に使要する多数の放送用の多数の送受信機を備えたシステムサービス領域に 配される所定のＨＨＴを提供することである。これは、互いに地理的にずらした 層に新しい層内のセルを重ねるように設定された、現在ある従来技術によるセル ラ配置を繰り返し複写することにより容易に視覚化され得る。各地点は、セルラ システム全体によりカバーされるサービス領域内に配されているので、各地点は 、少なくとも１つの層内のセル境界から（すなわち、その少なくとも一つの層内 のセルの中心のより近くに）移動されることになる。このことは、図２ｃおよび 図２ｄに示されている。そこでは、図２ａの７個のセルパターンが３層の複製に より繰り返され、第２層と第３層のセルの中心は図１（または、図２ａ）に示す システムを形成する６角形のセルの角部に置かれる。この発明は、３つの層を用 いて図示されているけれども、２つあるいはそれ以上の層が、所定の領域に対し て使われている限り（図２ｂ）、システムは任意の数の層を使用して構築するこ とも可能であることを特筆しておく。 図２ｃおよび図２ｄに見られるように、３層のシステムで発生するものは、「 ３角形のグリッド」であり、そこでは所定の３角形内の任意のＨＨＴは、その３ 角形のどの角部においても送受信機からのサービスを受信することが可能である 。この種の配置において、３層システムの各送受信機は一般的に単層システムの ６角形のセルに割り当てられる周波数の１／３の周波数をを有することになる。 従来からある現行のシステムは、各セル毎に複数の周波数を有することがあるこ とを特筆しておく。 図３に見られるように、この発明の３層システムの好ましい実施形態について の（それぞれ送受信機レベルａ，ｂ，ｃと符号を付けた）３つの送受信機は、セ ル側制御装置（ＣＳＣ）の制御の下でＨＨＴにサービスすることができる。この ＣＳＣは様々なレベルの近距離の領域における他の送受信機を制御することもで きる。３つのレベルａ，ｂ，ｃは、図２ｃおよび図２ｄに示した通りの三角形の 「角」に相当する。ＣＳＣは、適切なレベルａ，ｂ，ｃの送受信機から周波数の 割当てを行い、この例におけるいくつかのハンドオフを決定することができる。 新しい設計のものが図４に示されている。ここでは、基地局制御装置（ＢＳＣ ）が音声およびデータリンクにより、多くのＣＳＣに接続されており、その各々 は多くの送受信機に接続されており、それらは適用領域内の予め定められた場所 において多くの移動ユニット（ＨＨＴ）に接続することが可能である。ＨＨＴは 、選択した送受信機に対して割り当てられた周波数チャンネルを使い音声または データを通信する携帯電話または他の移動ユニットでも良い。 ＣＳＣとＢＳＣは、ＨＨＴのサービス要求と通信している一つあるいはそれ以 上の送受信機からの信号強度データを処理し、かつ、どの周波数チャンネル割当 てを通して送受信機がＨＨＴとの通信に最初に割り当てられるかのみならず、現 在割り当てられている送受信機のセルを超えて移動しているＨＨＴが必要として いるチャンネルおよび送受信機のハンドオフ再割当てを決定する計算能力を有し ている。 上述したように、図４における本発明の他の実施形態において示されているよ うな何らかの標準的な程度の協力がプロバイダ間にあれば、各々の層は異なるサ ービスプロバイダからのサービスを受けることができる。この種の配置では、領 域内の「Ａ」キャリアとして広く参照されているものが、図４に示したレベル１ のＣＳＣを通して一つの層にサービスをすることができ、「Ｂ」プロバイダは、 図４に示したレベル２のＣＳＣ制御装置を用いて第２の層を供給することができ る。第３の層は２つのプロバイダで分けることができ、また、もし追加の層が使 われるときは、残っている層のサービスの権利は他の周波数の競売のときと同様 のやり方で競売にかけることもでき、これにより政府への歳入が増加する。この 他の実施形態では、周波数の割当ての決定とハンドオフの使用は、何らかの承認 されている標準的なプロトコルにより、階層構造の中の基地局レベルにおいて制 御される。本発明のこの実施形態のシステムは、当然全ての層にサービスを供給 する一つのプロバイダによっても同様にサービスされ得る。 上述したトラフィックサージの以前の問題は、図１の特定のセルにわたって発 生し得るトラフィックサージが図１の従来技術におけるただ一つのアンテナによ って処理されるように改良される。例えば、図２ｃに示される領域をカバーする ３層の配置を持つシステムにおいては、以前に可能であった数の約２．３３倍の 発呼を可能とすることを促進するために、１つの六角形セルの領域内に形式的に 存在していた発呼を用いて、７つの異なる送受信機が利用可能である。コンピュ ータのシミュレーションによれば、本発明で、ブロックをほんの少しブロックし または全くブロックしない場合の本発明によるシステムの総周波数容量のパーセ ンテージは、このシステムにおいては、従来技術による単層システムにおけるよ りも非常に高い。発呼のブロックは、いかなるサービスも直接またはセル内の新 しい要求のためのハンドオフを伴って供給され得ない状況である。 図５において、３層システムを通過する経路の例が示されている。これによれ ば、従来の配置に対する改良は明白である。図示された経路に沿った容量は、従 来のシステムに比べて少なくとも１．５４倍である。例えば、六角形システム内 で１台の送受信機当たり６個に対応する、三角形のグリッド内において、送受信 機当たりに２つの周波数チャンネルを使用する場合、三角形内の３７台の強調し て示された送受信機が最大容量７４チャンネルのサービスを提供することを特筆 しておく。これは、六角形のグリッドのわずか８台の送受信機が経路内の最大容 量４８チャンネルを供給するのとは対照的であり、これは容量を１．５４倍に増 加させるものである。従来の単層領域において容量に関して明らかに２．３３倍 の改良を供給するバースト領域も図５に示されている。 図６ａは、各セルが６チャンネルの割当て容量を有する８個の六角形セル領域 にわたって、個々のＨＨＴに対するサービスを要求する４３個の地点を示してい る。２つのセルが容量一杯であり、さらにこれらの２つのセルのうちの一つでは １１個の要求地点が５つの発呼のブロックを起こしており、他の容量一杯のセル では８個の地点が２つの発呼のブロックを起こしいる。総要求数は総チャンネル 容量の４３／４８＝８９．６％に過ぎなかったが、容量の７５％を表す３６個の 要求のみがこの従来のセルラシステムによって処理された。たとえ、ネットワー クの平均使用率が半分より著しく少なく、または、ネットワークの最大容量より も小さいとしても、概して、現在の技術によるセルラシステムの所定の領域にお ける通信のサージはすべてブロックされたセルを生ずる（すなわち、周波数対チ ャンネルはすべて利用できない）。所定数の発呼が特定の領域に特定の時間にそ の領域全体の平均発呼数よりも非常に頻繁に起きるような都市部において、特に 当てはまる。 図６ａおよび図６ｂに見られるように、発呼の潜在的なブロックが起きる確率 あるいはＨＨＴの移動時に発呼の継続を妨げる確率は、全ての利用可能な送受信 機の周波数が使用中になることにより飽和したようなセルの部分（図中の斜線部 ）によって決定される。飽和したセルは、全ての送受信機がその周波数容量が全 部使用中のセルである。従来の六角形システムにおいては、ブロックと飽和は本 質的に同時に起きる。本発明では、それと反対に、飽和したからといって、領域 のブロックとはならない。事実、ブロックは相当多数のサービス要求が受信され 、周波数が本発明のハンドオフ方法を使用して割り当てられた後にのみ発生する 。比較として、図６ａおよび図６ｂを用いると、ブロックされた従来システムに おいて斜線を引いた領域では、図６ｂに示した三角形のグリッドの斜線を引いた 非常に小さい領域よりも大きい。図６ａにおいて、サービス領域の２５％は、２ つの飽和したセルによりブロックされる。図６ｂにおいては、図６ａに対応する ４３個の要求全てにサービスを終えた後でさえも、約４％が、潜在的にブロック されるに過ぎない。図６ａおよび図６ｂの両方における各点は１００人のＨＨＴ 使用者を表している。図６ｂでは、３層による方法を用いている。境界上に無い １４個の送受信機の内の６個は、サービス領域の総計６個の利用可能なチャンネ ルを依然として使用する。境界上の２２個の送受信機は、領域内において２１個 の発呼のサービスを行い、全部で追加の２３個の周波数チャンネルを、図示され た領域の内部あるいは外部においてサービスに対して利用可能にできる。わずか ４％の斜線で示した飽和領域が即時の割当てのためのチャンネル不足によって、 新規の発呼を受け付けることが妨げられる。以下に述べるように、この４％の飽 和領域の問題でさえも、本発明のハンドオフの機構によってブロックを避けるよ うに改良され得る。 好ましい３レベルの多層配置システムにおける三角形のグリッド内の割当ては 、改良された利用率と、それ故に本来的にかつ自然に従来技術による配置に対し て有用かつ自明でない改良である本発明の改良されたハンドオフの特色を使わな くとも改善された広いサービス領域とに関して、本発明の長所である。 この多層配置を備えることによって、種々の機構が、所定のセル内の新しい発 呼を使用可能な周波数に割り当てるために使用される。異なるレベルの他の送受 信機からのこの割当ては、最も強い信号、負荷の平衡または比例利用率方法のい ずれかによって達成される。これらの方法全ては、ほとんどの領域で妥当なレベ ルの利用可能な新しいサービスを維持し、「サージ」の類の問題に対し最大の展 開を可能にしながら、セルの境界を横切って移動するＨＨＴのハンドオフの回数 を最小にするように、ネットワークの微調整を行う。これらの割当て方法は、下 記の本発明の詳細な説明で述べられるものであり、本発明の重要な特徴および目 的である。 さらに、本発明のハンドオフ構造を使用することによって、「空間ダイバーシ ティチャンネル再割当て」機構が、三角形の３つの角部にある全ての送受信機が 現在全ての周波数を使用中である三角セル内において新規の発呼にサービスを行 うために使われる。このハンドオフの例は、さらに下で述べられ、また後述され る割当て機構の例とともに使用され得る。 さらに、本発明では、ハンドオフの手順が利用可能な周波数に帰結する「ハン ドオフの経路」の発見が改良され、離れたセルを最も効率の良い方法で利用し、 新しい発呼に割り当てられる現在のセル内で以前に使用された周波数を使用可能 にする。これにより、発呼がブロックされる機会が減らされ、全体システムの平 均利用率が増大する。 伊東Ｓ氏の「乗り物から送受信可能な携帯電話方法の設計」（岩通電気株式会 社、東京、日本ＶＴＣ１９８９年、１３６−１４１頁）のような２層システムを 使用する従来技術のシステムは、主として１次元の高速移動通信のみを扱うよう に設計され、後述される出願人の発明における場合のように、周波数割当てと再 割当て法の恩恵に浴さない。これは後述されるであろう出願人の発明における問 題として扱われる。 「セルラシステムの設計：新たな技術的規律」Ｉ.Ｅ.Ｅ.Ｅ.通信誌１９８６年 ２月２４巻２号に述べられるようなシステムは、サービスの第２の層が全領域の うちの一部のみをカバーする同じアンテナを用いたサービスの第２の層を採用し ている。これは一様でないレベルのサービスを提供し、かつ、もちろん、本発明 の提供する周波数の再割当ておよび再割当てシステムは使用しない。 本発明は従来技術のいくつかの公知の問題を解決する。特に、セルの大きさを 小さくする必要無しに、より大きい利用率と効果的な容量を提供する周波数割当 て方法の必要性を解決する。 第２の公知の解決されるべき問題は、システムが実質的に容量一杯になったと きに作動中におけるあらゆる実質的な発呼の切断の発生を回避する必要性である 。 本発明は、さらにセル境界における割当ての異常の問題も解決する。 本発明は、さらに全体的な利用率が適度な期間中に従来技術のシステムでは局 所的なセルのブロックを引き起こすような、時折起こる装置の故障や使用中の不 規則なスパイクに起因して従来技術のシステムで発生する問題を解決する。 本発明は、さらに、全体のサービス容量を効果的に統計的に高めるように競合 するプロバイダに対して最小限の統一規格が設定され得る機構を提供することに より組織立っていない個々のサービスプロバイダがそれぞれ周波数スペクトルの 一部を使用することによる、全体のサービスの統計的な低下という問題をも解決 する。 図面の簡単な説明 本発明のさらに完全な評価およびその多くの付随する利点は、添付の図面に関 連して考慮される以下の詳細な説明を参照することによりよく理解されるように なれば容易に得られるであろう。 図１は、従来技術のセルラネットワークにおけるセルの７セル繰り返し配置を 示したものである。 図２ａは、従来技術のシステムの配置を図示したものである。 図２ｂは、対応する２層システムを図示したものである。 図２ｃおよび図２ｄは、本発明による３層システムおよび本発明の３層の実施 形態を図示したものであり、ここでは識別されたに重なり合うのあるサービス領 域の三角セルラの特徴が示されている。 図３は、本発明の実施形態の一つのシステム全体に及ぶ実施図である。 図４は、数多くのサービスプロバイダを許容する本発明の他の実施形態のシス テム全体に及ぶ図である。 図５は、本発明の経路に沿う「バースト」領域の従来技術に対する容量の増加 を示す図である。 図６ａおよび図６ｂは、従来の六角形セルシステムと本発明の３層三角形セル 法との間における容量の向上を示す図である。 図７は、本発明において、ブロックされた領域に対するハンドオフ留ゴリズム の使用を拡大するために使われる、周波数代替方法を図示したものである。 図８ａは、３層の設定を図示したものであり、その割当て方法は本発明による 最強信号法を用いている。 図８ｂは、３層の設定を図示したものであり、その割当て方法は本発明による 負荷平衡信号法を用いている。 図８ｃおよび図８ｄは、３層の設定を図示したものであり、その割当て方法は 本発明による比例利用率法を用いている。 図９ａ，９ｂ，９ｃ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１ ２ｃ，１２ｄ，１３，１４，１５は、ハンドオフの機構を理解するのに必要なも のを図示したものである。 図１６ａと１６ｂは、本発明によるハンドオフ機構を示すフローチャートであ る。 発明の詳細な説明 上述されたことに照らせば、明らかに本発明の多くの修正や変更が可能である 。したがって、添付された請求の範囲から逸脱することなく、本発明はこの明細 書において明確に説明されるものと異なって実施され得ることがわかる。一例と して、図８ａ〜図８ｄに示すように、３個の送受信機（３層システムの各層から 一個づつ）によってサービスされる所定の地理的領域において３層システムが実 例として使用されており、ここでは数字を付した点は数字による発呼順でシステ ムへの接続を要求しているＨＨＴである。図８ａにおいて、例としての接続の行 き先は、例えば、図８ａに示されているように、ＨＨＴにより受信される内で最 も強い信号（一般に地理的に最も近いもの）に基づいている。付加的な装備を持 たない最新式のＨＨＴは、この割当てを実行するのに必要な情報を提供でき、当 業者であれば、それに包含される概念を容易に理解できるので、完全な説明は省 略する。これは、高速移動通信のための、ＨＨＴへの送受信機の良好な初期割当 てであると考えられている。 図８ｂにおいては、低速移動のＨＨＴにとって最良の、３個の送受信機間の負 荷の平衡が使われている。これは、送受信機ごとのＨＨＴの数を広い領域にわた ってできる限り等しくする。この割当て方法は、送受信機側にわたって利用可能 な周波数を最良に広げる方法を提供し、それにより、特に低速移動のＨＨＴ通信 においてハンドオフの必要性を引き延ばす。この方法は、多数のサービスプロバ イダシステムにおいては、図８ａの割当て方法よりも有効な割当て法である。 図８ｃおよび図８ｄにおいて、発明者らが比例利用率と呼ぶ方法が、割当ての ために使用される。最も簡単な形では、信号強度と負荷平衡を用いる簡単な機能 が、将来起こるサービス要求（すなわち図８ｄにおいてサービス要求している７ 番のＨＨＴ）の改良と、初期の境界横断をより良好に扱う可能性とのための改良 を与えるために使われる。図８ｄでは、さらにＨＨＴ７を異なる送受信機に割り 当てる別の割当て方法の可能性が示されている。 代わりに、図４に関して述べた通り、例えば、多数のサービスプロバイダを考 慮に入れるには、信号強度または負荷調整以外の選択が考慮される他の理由によ り、割当ての混合方法が使用されてもよい。本発明の多層システムにおける利用 可能なチャンネルの割当ては、図１６ａおよび図１６ｂのフローチャートを参照 して、ここで記述される。ここに見られるように、ＨＨＴの使用者が、発呼を起 こす要求（すなわち、サービス要求）を始めると、そのＨＨＴは最も強い無線設 定チャンネルを探し、多レベルからチャンネルを識別する。ここでの説明のため に、レベルａの送受信機を通して、レベルＡを呼ぶ。サービスメッセージの要求 は、リンタを介して最初ＣＳＣへ、そしてその後ＢＳＣへ移動する。必要であれ ば、ＣＳＣあるいはＢＳＣは、その後、その範囲がＡレベルからの特定の送受信 機に重なる他のレベル（この場合はＢおよびＣ）からの送受信機を、一番近くの レベルＢおよびレベルＣの送受信機を決めるためのＨＨＴに信号強度を監視すべ く振り向ける。 それからＣＳＣは、信号の相対的強度と３個の送受信機の各々において利用可 能な周波数とを計算に入れるアルゴリズムに基づいて、通信要求をサービスする ために、レベルａ，ｂ，ｃからの３個の送受信機の一つを割り当てる。これによ って、最強信号、負荷平衡および比例割当てを使用することができる。 それから通信は、確証、桁収集、分析、確認および他の発呼設定機能の従来か らの処理を通じて進行する。ＨＨＴと送受信機との間のリンクは、既知のＲＦリ ンク法を用いて空中をわたって行われる。送受信機からＣＳＣへの、またＣＳＣ からＢＳＣへのリンクは、電信および／またはマイクロ波により形成されること が好ましいが、光ファイバあるいは他の手段によっても可能である。 もし、他の使用者が割り当てられた送受信機によってサービスされるセルラ領 域を出るならば、あるいはシステムが送受信機の再割当てをする必要があるなら ば、以下に示される方法を使用するハンドオフが、あるいは従来のハンドオフで もよいが、通信リンクを維持するのに使用され得る。もし新しい接続が見つから なければ、システムによって発呼は遮断されるだけであるが、以下に示されるよ うに本発明によるハンドオフの機構を用いてこれが発生する確率は従来技術シス テムより飛躍的に減少する。 図２において示す「３層の例」を用いて示される配置において、セル内の個々 の要素間の様々なハンドオフは様々な機構と手順によって発生し得る。層をなし た配置において多数の送受信機を持つことによって、ハンドオフシステムは最適 化することができ、システムを通じてＨＨＴの経路が存在するときにシステムの 使用は改良され得る。この配置とハンドオフの方法によって、システム全体に含 まれる周波数のより均一な使用ができ、それに加えてシステムは多数のサービス プロバイダが周波数帯域幅をより有利に使用しまたは分担することが可能となる 。さらに、従来のシステムの容量を増加させるのに使われた、いくつかのあるい はほとんどの技術が、また本発明の能力をさらに増加させるのに使用されてもよ い。 本発明において、図２ｃおよび図２ｄとに示したように、より大きいレベルの サービスを提供することができる。特に、図９ａにおいて、もしＸがセルの送受 信機を表しＹがセル内の携帯ユニットを表しており、かつ、もしＸがＹを被うな らば（すなわちＹがＸのサービス範囲内に位置していれば）、実線が図９ａに示 すようにＸとＹとを結ぶことになる。もし、ＹがＸのサービスを受けていれば（ すなわちチャンネルが送受信機ＸからＹに割り当てられていれば）ＸとＹは破線 で結ばれる。破線と実線は、カバーされかつ割り当てられている周波数を示し、 実線はカバーされているがまだ割り当てられていない周波数を示している。 例えば、図９ｂに示したように、もし携帯送受信機Ｙ１，Ｙ２がセルＸ１のサ ービス領域内にあって、Ｙ３がサービス領域内になければ、Ｙ２はＸ１によって サービスを受ける。本発明のハンドオフの連鎖を用いる概念を図示するのに、経 路が交互に図９ｃのように示され、カバーされているが割当てのない周波数とカ バーされておりかつ割り当てられている周波数との間で、エッジが交互に入れ替 わる。図１０ａおよび図１０ｂに示される例において、Ｘ１とＸ２の間に重なり があるようなＸ１とＸ２のセル領域間に、携帯ユニットＹの単一のハンドオフが 示されている。図１１ａおよび図１１ｂにおいて、例としてセル領域Ｘ１，Ｘ２ ，Ｘ３を用いたＨＨＴの２つのハンドオフが示されている。図６ｂに示す三角形 グリッドの配置内のセルの広範囲な重なりによって、システム内を通る所定のＨ ＨＴの移動はより容易に達成され得る。図６ｂにおいて、単一のハンドオフは、 いずれかの飽和した三角形セル（斜線の引かれた）内のチャンネルを自由にする 。さらに、図１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに示すようにハンドオフの連鎖は 、同様に達成することが可能であり、それによってよりたくさんの利用と個々の セル内の通信の均等な分布を生じさせ、それによってよりいっそう効率的な周波 数帯域幅を使用する。 図１３に示すように、一例としてセル領域Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を用いると、通常 Ｘ１のサービス領域内にある携帯送受信機Ｙ１は従来のシステムでは、所定のセ ルＸ１は飽和するあるいは飽和し得るか、さらに言えば、サービスを受けられな いか、何らかの理由によってサービスを提供することができないために、接続を 達成することはできない。しかし、図１４および図１５に示したように、本発明 では、送受信機Ｘ１は、この領域内の「新しい」ＨＨＴに対するサービスを提供 することができる。 図１３の上記の例において、たとえＸ２も飽和しＸ３はそうでないとしても、 図１４に示す交互の経路を使うことにより、Ｙ１にサービスするハンドオフの連 鎖を行うことによって、Ｘ３（自由な周波数を持った送受信機基地）で終端して いるＨＨＴのＹ１のための交互の経路を見つけることができる。最初にＹ３をＸ ３に、次にＹ２をＸ２にハンドオフすることにより、Ｙ１にサービスするように Ｘ１に空きチャンネルが作られる。その後に、図１５に示すようにハンドオフの 手順が発生し得る。これによって、ＨＨＴは飽和したセルに入るか、飽和したセ ル内で電話の発呼を始めるかすることができ、従来技術のシステムに発生するブ ロックの問題を防止する。 本発明では、従来の単層セル配置で発生するブロックの問題を解決し、所定の ＨＨＴに始まり、空き周波数のある送受信機に終わるような交互の経路にある。 これは拡大経路のグラフ理論(augmenting path graph theory)を用いており、図 １６ａと１６ｂに示すフロー図に従う。基地局から携帯送受信機へ周波数を割り 当てるために、従来のグラフ理論用語を用いることは、もし送受信機に割り当て るべきＫ個の周波数があれば従来からのグラフ理論で発生する整合に等しいこと になる。これは、２つに分かれたグラフにおけるＫ整合の問題になる。Ｘで終わ る拡大された経路を見つけることを一定の広さでＹから開始すると、最初の探索 が最短（例えば必要なハンドオフの最小数）かつ時間に比例する（すなわち、経 路を見つけるステップ数は、見つかった経路の大きさと探したＨＨＴの数の和に 比例する）経路を発見するように保証される。以下は定義である。 Ｑ − ＦＩＦＯの待ち行列(queue) Ｋ − Ｋをセル送受信機Ｘに割り当てられるチャンネル数とする。 Ｑｘを空にする − Ｑｘを初期化して空き待ち行列にする Ｑｙを空にする − Ｑｙを初期化して空き待ち行列にする マークｘ − ｘのマークフラッグを初期化する マークｙ − ｙのマークフラッグを初期化する Ｑｘ←ｘ − Ｑｘの一番最後にｘを入れる Ｑｙ←ｙ − Ｑｙの一番最後にｙを入れる これは、図１６ａおよび図１６ｂに示されたフローチャートに従う。 ハンドオフ連鎖アルゴリズムは、ＨＨＴの使用者がブロックされた領域（この 領域は各送受信機の全ての周波数が使用中であり、利用可能な周波数へのハンド オフ連鎖が不可能である）内で境界を横切るときには、代わりの周波数が以下の ように作られるなら機能しない。アルゴリズムがＨＨＴの新規発呼に対するハン ドオフ連鎖を見つけられなかったときは、前の周波数は使用可能な周波数として 解放され、ハンドオフ連鎖検索は再開される。 もしハンドオフ連鎖が図７に示すように発見されると、この連鎖の終端はちょ うど加えられた周波数となるであろう。（連鎖の先頭と最後は同じであるから、 この連鎖は環状である。）ハンドオフのアルゴリズムの上述した周波数の置き換 えにより拡大することにより、ＨＨＴは全体的にブロックされた領域においてセ ルからセルへと移動することができる。 しかし、ハンドオフ動作によってＨＨＴは一時的な通信損失を被るという欠点 がある。現在の技術では、「からのハンドオフ」と「へのハンドオフ」周波数の 間のハンドオフ動作中に、橋絡(bridging)期間および切替期間が明白であること が必要である。これらは、 ａ）橋絡（双方の周波数の発呼を運ぶ）と、 ｂ）２つの周波数間での実際の切り替えとからなっている。 ブロックされていない領域（橋絡のために利用可能な周波数を持つ）において 、通信の損失は、ステップｂ（例えば、約１００マイクロ秒）の間のみにおいて 起こる。ブロックされた領域では、ＨＨＴ周波数は橋絡に引き渡され、その結果 、通信損失はステップａとｂとの両方において発生する。ＨＨＴ使用者がブロッ クされた領域内のセル境界を横切って移動することができるように、この周波数 の代用を実行するために、ハンドオフの連鎖が長ければ長いほど、通信損失期間 は大きくなる。しかし、この引き戻しはハンドオフの連鎖の先頭のＨＨＴ、すな わち、移動がハンドオフを必要とするＨＨＴに対して適用されるのみである。ま た、代用を使用するのに制限が加えられ得る（すなわち、そのような代用は、ハ ンドオフ連鎖が通信損失が予め定めた許容し得る損失期間を越えないことを保証 するために十分に短いときのみ許される）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の基地局であって、その各々が、セルラパターンに配置された複数の 送受信機を有し、前記送受信機がサービス領域をカバーする複数の通信層を形成 し、前記送受信機が、所定の地理的領域について、少なくとも２つの送受信機が 適用範囲を供給するように独立した層を形成している複数の基地局と、 前記送受信機の各々のための適用領域内において移動電話への無線チャンネル を選択するように前記送受信機の各々に配される手段と、 所定の移動ユニットに通信するために、所定の地理的領域をカバーする少なく とも２つの送受信機の間で、該送受信機の内の一方および対応する基地局を選択 する手段とを備えることを特徴とするセルラ通信システム。 ２．前記選択する手段が、さらに、 信号強度、負荷平衡、前記送受信機に関連する所定のサービスプロバイダまた は前記基準の組み合わせのグループから選択された基準に基づいて、前記少なく とも２つの送受信機から該送受信機のいずれかを選択する手段を備えることを特 徴とする請求項１記載のシステム。 ３．前記独立した層の数が、少なくとも３個であることを特徴とする請求項１記 載のシステム。 ４．前記各層により供給されるサービスが、異なるサービスプロバイダからのも のであることを特徴とする請求項３記載のシステム。 ５．前記選択する手段は、移動ユニットがシステムを通過して移動するときに、 信号強度、負荷平衡、前記送受信機の層に関連する所定のサービスプロバイダま たは前記基準の組み合わせのグループから選択される基準に基づいて、層間で転 換することを特徴とする請求項４記載のシステム。 ６．複数の送受信機であって、所定の基地局と関連し、かつ、複数の基地局が存 在し、そのために、複数の通信層を形成するセルラパターン内に配置され、かつ 、所定の地理的領域に対して、少なくとも２つの送受信機局が、各送受信機が地 理的領域内の他の送受信機から独立した層の一部であるような適用範囲を提供す るように配置される複数の送受信機と、 前記各送受信機に対する適用範囲内で移動電話に無線チャンネルを選択するた めに前記複数の送受信機の各々に配される手段と、 所定の地理的領域をカバーする少なくとも２つの送受信機間で前記送受信機の 内の一方を選択する手段と、 前記システム内に配され、かつ、信号強度、負荷平衡、送受信機の前記層に関 連する所定のサービスプロバイダまたは前記基準の組合せのグループから選択さ れた基準に基づいて、発呼の開始後に、前記地理的領域から移動してきた移動ユ ーザを一つの送受信機から他の送受信機へとハンドオフするために、前記基地局 の各々および前記送受信機に接続される手段と、 前記システム内の所定の送受信機セルの負荷平衡に基づいて、移動していない 移動ユーザを所定の送受信機の地理的領域から他の送受信機へとハンドオフする 手段とを具備するセルラ通信システム。