JP4558503B2 - 移動通信システムにおけるハンドオーバー方法 - Google Patents

Description

本発明は移動通信技術に関し、特に、デジタル移動通信システムの開ループまたは閉ループ同期技術の設計に適用可能な、移動通信のハンドオーバー（切換）方法に関する。ハンドオーバーにおいて本発明の予備同期技術を適用することにより、システムのハンドオーバー性能を向上できる。

移動端末が移動している、または移動端末の位置が変化しているときに、通信サービスの連続性を保証するために、全ての無線通信方式は、ソフトハンドオーバー、ハードハンドオーバーおよびハンドオーバー・バトン・ハンドオーバー等を含むハンドオーバー技術を採用している。

図１は、現在のハンドオーバーモードの流れを簡単に示している。
(１) 移動端末と基地局１との間で無線リンクサービス接続がすでに確立されており、通信が維持されていると仮定する。
(２) 移動端末は隣接セルからの無線信号を測定し（主に、ハンドオーバー閾値を決定する３つの値である出力、距離および音声品質を測定する）、そのハンドオーバー閾値を、その移動端末に設定されたハンドオーバー決定基準と比較し、そのハンドオーバー閾値が決定閾値を上回る場合には、移動端末は、ハンドオーバー要求および測定結果を含む測定報告をネットワークに報告する。ネットワークは報告された出力、距離および音声品質を総合して、ハンドオーバー閾値を見つけ出し、このハンドオーバー閾値を、ネットワークに格納されたハンドオーバー決定閾値と比較し、ハンドオーバーの判定を行って切換を行うか否かを決定する。
(３) ハンドオーバーの実行を決定したら、ネットワークは移動端末にハンドオーバーコマンドを送信し、用意された無線リンクを使用して基地局２に移動端末を切り換える。
(４)移動端末とターゲット基地局２との間で無線リンク同期が確立される。
(５) 移動端末とターゲット基地局２との間で無線リンクサービス接続が確立される。
(６) 移動端末がハンドオーバー成功の確認情報を送信したあと、移動端末と基地局１との間の無線リンクは解除される。

大部分のＣＤＭＡシステムにおいては、ソフトハンドオーバーまたはハードハンドオーバーが採用されており、その特徴として、移動端末は、ハンドオーバー前に、ハンドオーバー前基地局（すなわち基地局１）との通信を維持しつつ、隣接セルの信号を測定しなければならない。ハンドオーバー手順の間には、移動端末とターゲット基地局（すなわち基地局２）との間の同期確立手順がある。

移動通信システムの既存のハンドオーバーでは、基地局がすでに同期しているか、または同期偏差が既知であり且つ一定であるとき、移動端末によって測定された基地局ダウンリンク信号の測定値に従って、アップリンク同期時間を正確に計算できる。基地局間で同期が行われない場合には、ほとんどの場合、切り換え先のターゲット基地局が決定されるだけでなくネットワークがハンドオーバーを決定するまで、移動端末とターゲット基地局との間の無線リンク同期は確立されない。したがって、ハンドオーバー時間は同期手順の時間で占められている。移動端末が高速で移動している状態または連続的に位置を変えている状態において、ハンドオーバー時間の過剰な占拠は、必然的にハンドオーバー成功率およびその信頼性に影響を及ぼし、ハンドオーバー品質を低下させる。

本発明の主な目的は、ハンドオーバー手順の占拠時間を大きく低減し、ハンドオーバーの信頼性、成功率およびハンドオーバー品質を高めるための、移動通信システムにおけるハンドオーバー方法を考案することである。

本発明の技術的なスキームは、以下の通りに実施される。

移動通信システムにおけるハンドオーバー方法は、
Ａ．移動端末が、ハンドオーバー前基地局との間の通信を維持しつつ、隣接セルの信号を測定し、少なくとも切り換え先の候補となるハンドオーバーターゲット基地局を確認し、
Ｂ．前記移動端末が、ハンドオーバー決定基準を満たすターゲット基地局の測定報告をネットワークに送信すると共に、前記ターゲット基地局との間で予備同期手順を実行し、
Ｃ．前記ネットワークが、前記ハンドオーバー決定基準に従ってハンドオーバーの実行を決定すると、前記移動端末にハンドオーバーコマンドを送信し、
Ｄ．前記移動端末が、前記ハンドオーバーコマンドに従い前記ターゲット基地局に直接ハンドオーバーすると共に、前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクを解除すること、
を含む、移動通信システムにおけるハンドオーバー方法であって、
前記予備同期手順が、
前記移動端末が、前記ネットワークに測定報告を送信する間、前記ハンドオーバーターゲット基地局にトレーニングシーケンスを送信し、
前記ハンドオーバーターゲット基地局が、前記トレーニングシーケンスを受信した後、前記移動端末に、同期情報及び出力調整情報と共にトレーニングシーケンス応答メッセージを返送し、
前記移動端末が、前記同期情報及び出力調整情報に基づいて、前記ハンドオーバーターゲット基地局に対する送信タイミング及び送信出力を調整し、
前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持すること、
を含む。

この方法では、前記ステップＡにおいて、前記移動端末が、隣接セルのダウンリンクパイロット時間枠（タイムスロット）を受信して検出することにより前記測定を実行し、各候補ハンドオーバーターゲット基地局とのダウンリンク信号同期を維持し、各候補ハンドオーバーターゲット基地局とのダウンリンク同期を開ループモードで確立する。

この方法では、前記ターゲット基地局によって、前記トレーニングシーケンス応答メッセージが前記移動端末に信号モードで直接送信される。

この方法では、前記トレーニングシーケンス応答メッセージが、まず前記ターゲット基地局によって前記ネットワークに信号モードで送信され、次に、前記ネットワークによって前記ハンドオーバー前基地局に信号モードで送信され、最後に、前記ハンドオーバー前基地局によって前記移動端末に信号モードで送信される。

この方法では、前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持することが、
パイロット時間枠において、前記移動端末が前記トレーニングシーケンスを用い、推測された送信タイミングおよび送信出力で、前記ターゲット基地局にアップリンクパイロットコードを送信することと、
前記ターゲット基地局が、受信した前記アップリンクパイロットコードに従い、前記トレーニングシーケンス応答メッセージを用いて、前記移動端末に関するタイミング調整および／または出力調整のコマンドを前記移動端末に送信し、該移動端末が、前記コマンドに従って、前記ターゲット基地局に関するタイミングおよび／または送信出力を修正することと、
を更に含む。

この方法では、前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持することが、
同期確立時に、前記移動端末が前記ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_d0および前記移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_u0を記録することと、
前記移動端末が、受信した前記ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_d0の変化に従って、前記ステップＡおよび前記ステップＢを繰り返し実行し、前記移動端末がハンドオーバーコマンドを受信するまで、該移動端末が該移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_u0の変化を決定することであって、ｔ_d＝ｔ_d0＋Ｎ
×Ｔ＋Δ，ｔ_u＝ｔ_u0＋Ｎ×Ｔ-２Δ（式中、Ｎは渡されたサブフレーム数であり、Ｔは各サブフレームの長さであり、Δは必要な補償時間偏差、すなわちＴ未満のときの偏差である）であること、
を更に含む。

この方法では、前記ステップＤにおいて、前記移動端末と前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクの解除情報が、前記移動端末によって前記ハンドオーバー前基地局に直接送信される。

この方法では、前記ステップＤにおいて、前記移動端末と前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクの解除情報が、まず前記ターゲット基地局によって前記ネットワークに送信され、次に、該ネットワークによって前記ハンドオーバー前基地局に送信される。

本発明の方法に関しては、移動端末がネットワークに測定報告を送信する間に、返された調整情報に従ってターゲット基地局に特別なトレーニングシーケンスを送信することにより、移動端末がハンドオーバーの準備を完了して同期化処理を確立し、次に、開ループまたは閉ループモードを使用してこの同期を維持する。ネットワークがハンドオーバーコマンドを送信する時には、移動端末はアクセスおよび同期を確立し直すことなく、割当られたターゲット基地局に直接切換えられる。

時分割デュプレックスＴＤ-ＳＣＤＭＡ（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access）システムに関しては、この開ループまたは閉ループ同期では、ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠のタイミング変化を測定することにより、同期を行うために必要なアップリンクタイミング調整が正確に得られ、これは簡単且つ正確に完成される。

本発明の方法においては、ハンドオーバー中の無線リンク同期の確立が、測定期間中に前もって行われるので、ハンドオーバー手順の時間が低減され、ハンドオーバーに要するシステムソースが節約され、通信サービスのハンドオーバー信頼性およびハンドオーバー品質が向上する。更に、ネットワークが移動端末に対してトレーニングシーケンス応答を返すことと、元の通信基地局のリンクをネットワークが解除する方式を採用することとにより、移動端末の設計要件が簡単になる。即ち、移動端末が、ハンドオーバー前の基地局との信号接続およびハンドオーバー後の基地局との信号接続を同時に維持する必要なしに、ハンドオーバー前の全ての信号情報はハンドオーバー前基地局を介して転送され、ハンドオーバー後の全ての信号情報はターゲット基地局を介して転送される。

以下、添付の図面を参照し、本発明を詳細に説明する。

図２を参照すると、本発明のハンドオーバー処理が簡単に示されている。

(１) 移動端末は、ハンドオーバー前基地局（基地局１）との通信を維持しつつ、隣接セルの信号を測定する必要がある。移動端末は、この測定結果に従い、複数の基地局をハンドオーバー候補ターゲット基地局として選ぶ。この期間中に、移動端末は、ハンドオーバー前基地局（基地局１）との通常の通信を維持すること以外に、ハンドオーバー候補ターゲット基地局の出力および距離を含む必要なパラメータを測定する必要があり、候補ターゲットの収集結果をリアルタイムに更新する。

(２)特定の候補ターゲット基地局の測定結果がハンドオーバー決定基準に従った特定のハンドオーバー要件を満たすことを移動端末が検出すると、移動端末はこの結果を測定報告としてネットワークに報告し、測定結果をリアルタイムに更新する。

(ａ) 一方、移動端末は、この測定結果に従い、何らかのトレーニングシーケンス（すなわちプリアンブルトレーニングシーケンス）をターゲット基地局（基地局２）に送信し、基地局２からのトレーニングシーケンス応答メッセージを待つ（送信されるトレーニングシーケンス応答メッセージには、同期および出力調整情報が含まれ得る）。

(ｂ) トレーニングシーケンス応答メッセージは、ターゲット基地局（基地局２）によって、信号モードで移動端末に送信され得る。

(ｃ) その後、移動端末は、ハンドオーバー前基地局（基地局１）との無線リンク接続を維持しつつ、ターゲット基地局（基地局２）の測定結果に従って、ターゲット基地局（基地局２）との開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持する。

(３) ハンドオーバー決定基準に従ってハンドオーバーの実行を決定すると、ネットワークは移動端末にハンドオーバーコマンドを送信する。

(４) 移動端末は、ハンドオーバーコマンドに従って、ターゲット基地局（基地局２）によって割り当てられたリンクリソースへと直接切換え、通信を続ける。

(５) 移動端末は、ハンドオーバー前基地局（基地局１）との無線リンクを解除する。

図３を参照すると、図３と図２との違いは、移動端末へのトレーニングシーケンス応答メッセージの到着手順である。すなわち、トレーニングシーケンス応答メッセージは、以下のステップによって移動端末に返されてもよい。
（ｂ１）まず、ターゲット基地局（基地局２）は、ネットワークに、トレーニングシーケンス応答メッセージを信号モードで送信する。（ｂ２）次に、ネットワークは、トレーニングシーケンス応答メッセージをハンドオーバー前基地局（基地局１）に送信する。（ｂ３）最後に、ハンドオーバー前基地局（基地局１）は、トレーニングシーケンス応答メッセージを移動端末に送信する。換言すれば、ネットワークは、ハンドオーバー前基地局（基地局１）を介して、移動端末に信号モードで通知する。この方式の効果は、移動端末によるトレーニングシーケンスの送信の終了後に、ハンドオーバー前基地局（基地局１）との通信を維持するために、移動端末がトレーニングシーケンス応答メッセージを待つ必要がないことである。ネットワークが移動端末にトレーニングシーケンス応答を返すことによって、移動端末の設計要件を簡素化することができる。

また、（４）で移動端末がターゲット基地局（基地局２）との無線リンクを確立して切り換えたあと、(５)で、ターゲット基地局（基地局２）によって、まずネットワークに、移動端末およびハンドオーバー前基地局（基地局１）に関するリンク解除情報を送信でき、次に、図３の矢印５１および矢印５２で示されるように、ネットワークによって基地局１に送信できる。ハンドオーバー前基地局のリンクをネットワークを介して解除する方式により、移動端末の設計要件を簡素化できる。すなわち、ハンドオーバー前の全ての応答情報はハンドオーバー前基地局を介して（基地局２からネットワークへ、次に基地局１へ、次に移動端末へと）転送され、全ての解除情報５１および５２はターゲット基地局を介して（基地局２からネットワークへ、次に基地局１へと）転送される。

以下、ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムを例にとり、本発明の開ループまたは閉ループ同期技術を紹介する。

図４を参照すると、ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムのフレーム構造が示されている。このフレーム構造において、システムのダウンリンク同期を提供するためのダウンリンクパイロット時間枠（ＤｗＰＴＳ）が設定され、また、アップリンク同期処理を実現するためのアップリンクパイロット時間枠（ＵｐＰＴＳ）が設定される。ダウンリンクパイロット時間枠（ＤｗＰＴＳ）とアップリンクパイロット時間枠（ＵｐＰＴＳ）との間には保護時間枠Ｇが設定される。このフレーム構造によって、ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムの予備同期は以下の通りに行うことができる。

移動端末がハンドオーバー前基地局によって接続されている期間中、移動端末は継続的に隣接セルの信号を測定し、測定結果に従って、可能な候補ハンドオーバーターゲット基地局を確認する。

各候補ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠を受信して検出することにより、移動端末は測定を終了し、この候補ターゲット基地局とのダウンリンク信号同期を維持して、この期間中に開ループダウンリンク同期を確立する。

測定結果に従って、推測された送信タイミングおよび送信出力を採用することと、トレーニングシーケンスを用いることとにより、移動端末は、アップリンクパイロット時間枠においてアップリンクパイロット周波数コードをターゲット基地局に送信し、開ループモードでアップリンク同期の確立を開始する。

候補ターゲット基地局は、受信したアップリンクパイロット周波数コードに従って、トレーニングシーケンス応答を用いることにより、移動端末に対する出力調整および／またはタイミング調整コマンドを送信する。次に、移動端末は、候補ターゲット基地局に対する送信タイミングおよび／または送信出力を修正して、閉ループモードでアップリンク同期の確立を完了する。

図５を参照すると、上記の処理の後、図５Ａに示されるように、同期確立時に、移動端末は、ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠（ＤｗＰＴＳ）の開始時間ｔ_d0と、移動端末のアップリンクパイロット時間枠（ＵｐＰＴＳ）の開始時間ｔ_u0とを記録する。

移動端末は、ハンドオーバーコマンドの受信前に、基地局１との通常の通信を維持しつつ、受信した候補ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠（ＤｗＰＴＳ）の開始時間ｔ_dの変化に応じて、例えばＮ×５ｍｓ後の、隣接セルの信号の測定を続ける。開始時間ｔ_dは、ｔ_d＝ｔ_d0＋Ｎ×５ｍｓ＋Δであり（式中、Ｎは渡されたサブフレーム数であり、５ｍｓ（Ｔ）は各サブフレームの長さであり、Δは必要な補償時間偏差であり（総時間偏差をサブフレーム長Ｔで割ると、その商がＮであり、余りがΔである。総時間偏差とは、最初の同期信号時間と現在の同期信号時間との差を意味する）、このΔはタイミングが５ｍｓ未満のときの変動値（変化量）であって、タイミングが正確に５ｍｓであるときにはΔ＝０である）、移動端末のアップリンクパイロット時間枠（ＵｐＰＴＳ）の開始時間ｔ_uの変化が決定される。変化量Δが測定されると、同期を維持する必要性から、移動端末のアップリンクパイロット時間枠（ＵｐＰＴＳ）の開始時間ｔ_uの変化が得られ、図５Ｂに示すように、この新たな開始時間はｔ_u＝ｔ_u0＋Ｎ×５ｍｓ−２Δである（ダウンリンクパイロット時間枠による遅延Δおよびこれから生じるアップリンクパイロット時間枠による遅延Δを含む）。上述した開ループ同期技術は、本発明のために特別に設計されたものであり、現在のどの移動通信システムにも採用されていない技術である。

ＴＤ-ＳＶＤＭＡシステムは時分割デュプレックスであるので、アップリンクおよびダウンリンクの伝送条件は同じであり、この開ループまたは閉ループの精度は全く正確である。上述の測定手順は２回以上実行され、タイミング修正に用いられる変化値Δも適時に更新される。

図２および図３では、移動端末は、(３)でネットワークからハンドオーバーコマンドを受信する際に、同期確立手順を必要とせずに、ターゲット基地局（基地局２）との同期を得て、システムによって割り当てられた時間枠およびコードチャネルを用いて、ターゲット基地局（基地局２）と通信できる。従って、サービスデータが中断されない。

ソフトハンドオーバーおよびハードハンドオーバーでは、新たなリンクの確立と元のリンクの解除との優先順位が異なるが、本発明で述べたような、ハンドオーバーにおいて予備同期技術スキーム部分を採用する観点においては、ソフトハンドオーバーもハードハンドオーバーも全く同じである。本発明のスキームは、基地局どうしが同期している、または同期偏差が固定され且つ既知である状況に適用可能であり、更に、同期を確立しないシステムにも適用可能である。

本発明の予備同期技術は、ソフトハンドオーバー、ハードハンドオーバーおよびリレーハンドオーバー等のハンドオーバー技術に適用できる。

既存技術のハンドオーバー処理を示すフローチャートである。 本発明のハンドオーバー処理を示すフローチャートである。 本発明のハンドオーバー処理を示す別のフローチャートである。 ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムのフレーム構造を示す図である。 ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムを例とした、同期確立時のターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間および移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間の時間軸分布図である。 ＴＤ-ＳＣＤＭＡシステムを例とした、Ｎ×５ｍｓ（Ｔ）後の、ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間および移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間の時間軸分布図である。

Claims (8)

1. Ａ．移動端末が、ハンドオーバー前基地局との間の通信を維持しつつ、隣接セルの信号を測定し、少なくとも切り換え先の候補となるハンドオーバーターゲット基地局を確認し、
   Ｂ．前記移動端末が、ハンドオーバー決定基準を満たすターゲット基地局の測定報告をネットワークに送信すると共に、前記ターゲット基地局との間で予備同期手順を実行し、
   Ｃ．前記ネットワークが、前記ハンドオーバー決定基準に従ってハンドオーバーの実行を決定すると、前記移動端末にハンドオーバーコマンドを送信し、
   Ｄ．前記移動端末が、前記ハンドオーバーコマンドに従い前記ターゲット基地局に直接ハンドオーバーすると共に、前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクを解除すること、
   を含む、移動通信システムにおけるハンドオーバー方法であって、
   前記予備同期手順が、
   前記移動端末が、前記ネットワークに測定報告を送信する間、前記ハンドオーバーターゲット基地局にトレーニングシーケンスを送信し、
   前記ハンドオーバーターゲット基地局が、前記トレーニングシーケンスを受信した後、前記移動端末に、同期情報及び出力調整情報と共にトレーニングシーケンス応答メッセージを返送し、
   前記移動端末が、前記同期情報及び出力調整情報に基づいて、前記ハンドオーバーターゲット基地局に対する送信タイミング及び送信出力を調整し、
   前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持すること、
   を含む、
   移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
2. 前記ステップＡにおいて、前記移動端末が、隣接セルのダウンリンクパイロット周波数を受信して検出することにより前記測定を実行し、各候補ハンドオーバーターゲット基地局とのダウンリンク信号同期を維持し、各候補ハンドオーバーターゲット基地局とのダウンリンク同期を開ループモードで確立する、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
3. 前記ターゲット基地局によって、前記トレーニングシーケンス応答メッセージが前記移動端末に信号モードで直接送信される、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
4. 前記トレーニングシーケンス応答メッセージが、まず前記ターゲット基地局によって前記ネットワークに信号モードで送信され、次に、前記ネットワークによって前記ハンドオーバー前基地局に信号モードで送信され、最後に、前記ハンドオーバー前基地局によって前記移動端末に信号モードで送信される、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
5. 前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持することが、
   パイロット時間枠において、前記移動端末が前記トレーニングシーケンスを用い、推測された送信タイミングおよび送信出力で、前記ターゲット基地局にアップリンクパイロット周波数コードを送信することと、
   前記ターゲット基地局が、受信した前記アップリンクパイロット周波数コードに従い、前記トレーニングシーケンス応答メッセージを用いて、前記移動端末に関するタイミング調整および／または出力調整のコマンドを前記移動端末に送信し、該移動端末が、前記コマンドに従って、前記ターゲット基地局に関するタイミングおよび／または送信出力を修正することと、
   を更に含む、
   請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
6. 前記移動端末と前記ハンドオーバーターゲット基地局との間の開ループまたは閉ループアップリンク同期を維持することが、
   同期確立時に、前記移動端末が前記ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_d0および前記移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_u0を記録することと、
   前記移動端末が、受信した前記ターゲット基地局のダウンリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_d0の変化に従って、前記ステップＡおよび前記ステップＢを繰り返し実行し、前記移動端末がハンドオーバーコマンドを受信するまで、該移動端末が該移動端末のアップリンクパイロット時間枠の開始時間ｔ_u0の変化を決定することであって、ｔ_d＝ｔ_d0＋Ｎ
   ×Ｔ＋Δ，ｔ_u＝ｔ_u0＋Ｎ×Ｔ-２Δ（式中、Ｎは渡されたサブフレーム数であり、Ｔは各サブフレームの長さであり、Δは必要な補償時間偏差、すなわちＴ未満のときの偏差である）であること、
   を更に含む、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
7. 前記ステップＤにおいて、前記移動端末と前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクの解除情報が、前記移動端末によって前記ハンドオーバー前基地局に直接送信される、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。
8. 前記ステップＤにおいて、前記移動端末と前記ハンドオーバー前基地局との間の無線リンクの解除情報が、まず前記ターゲット基地局によって前記ネットワークに送信され、次に、該ネットワークによって前記ハンドオーバー前基地局に送信される、請求項１に記載の移動通信システムにおけるハンドオーバー方法。

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