JP4174180B2 - 増大可能なワイヤレス通信網および方法 - Google Patents

Description

（産業上の利用分野）
本発明は、一般にワイヤレス通信網に関し、さらに詳しくは、増大可能なワイヤレス通信網とワイヤレス通信網の容量を拡張する方法とに関する。
【０００１】
（従来の技術）
アナログおよびデジタルのセルラ通信システム，パーソナル通信システム（PCS）およびその他同様のワイヤレス通信システムなどのワイヤレス通信システムは、そのユーザに大きな自由度を提供する。ワイヤレス通信システムのユーザは、移動中であろうが、自宅にいようが、オフィスにいようが、ほぼいつでも連絡のとれる状態にある。また、ワイヤレス通信システムの根底にある複雑さに関わらず、ユーザにとってシステムは電話番号をダイヤルするように使用が容易である。
【０００２】
ワイヤレス通信システムにおいて、ユーザが呼を起こしたり受けたりすることができない場合があったり、発信呼が不意に切断されることがある。ワイヤレス通信システムの少なくとも一部分は、遠隔地のあるいは移動中のユーザとシステムとの間の無線周波数（RF）リンクであることを思い出さねばならない。呼が完了されなかったり切断されるその様子と理由に影響を与える要因はいくつかある。１つの理由は、特定のサービス・エリアが使用することのできる無線周波数資源の数が限られていることにある。無線周波数資源は、一部には、特定の用途に対する無線周波数スペクトルの割当に基づいて制限される。たとえば、無線周波数スペクトルのある部分ではテレビジョン放送が行われ、無線周波数スペクトルの別の部分にワイヤレス通信網が割り当てられる。この割当は、あるシステムの動作が、無線周波数の再利用のために別のシステムに干渉を起こさないようになっている。
【０００３】
しかし、符号分割多重接続（CDMA）ワイヤレス通信網に関する暫定規準IS-95-Aに準拠するものなど特定のワイヤレス通信システム・アーキテクチャは、複数のユーザに共通の無線周波数を利用する能力を提供することによって、無線周波数資源の制約を克服する。容量の問題、すなわち、ユーザがこれらのシステムにアクセスし利用できることに対する制約は、システムが処理することのできるユーザ数の制限の結果として依然として存在する。もちろん、これを解決するにはシステムの容量を拡張すればよい。残念ながら、現在のシステム・アーキテクチャは、システム容量を容易に拡張することができない。
【０００４】
たとえば、他のユーザを処理するための追加装置を付加すれば容量の問題は解決すると思われるかもしれない。しかし、装置を追加すると、特にCDMA準拠ワイヤレス通信システムにおいては、あるシステム性能上の問題が起こる。たとえば、追加の基地トランシーバ局（BTS：base transceiver stations），基地局コントローラ（BSC：base station controllers）および移動交換センタ（MSC：mobile switching centers）の形で追加のシステム容量が負荷されると、各MSC/BSC/BTSグループがカバーする集合エリアは小さくなる。これは、継ぎ目が多くなる、すなわちカバレージ・エリア間の干渉が大きくなることを意味する。
【０００５】
通信システム内で継ぎ目が増えるということは、ハンドオフ特に、より「ハードな」ハンドオフがより頻繁に行われるということである。継ぎ目が増えると、より多くの処理資源利用を必要とし、結果として、トラフィック相互接続による音声遅延が増大したり、呼処理手順の実行において待ち時間が長くなることがある。継ぎ目があると、余分なシステム・エンジニアリングが必要になり、多くの場合、呼の品質が低下する。
【０００６】
CDMA通信システムは、移動局がいくつかのBTSと通信することを可能にして、ハード・ハンドオフによって起こる呼品質の低下を削減するために、「ソフトな」あるいは「よりソフトな」ハンドオフと呼ばれるプロセスを採用する。ソフト・ハンドオフは、移動局があるBTSがカバーするエリアから別のBTSがカバーするエリアに移動する場合に採用すると有利である。ソフト・ハンドオフ中は、移動局は、BTSカバレージ・エリア間を移動しても、常に少なくとも１つのBTSとアクティブな通信状態にある。これは、BTSの各々が共通集合の無線周波数を用いる特定のBSCの制御下で動作するためである。
【０００７】
ハード・ハンドオフの継ぎ目は、ほとんどいつでも、呼品質に悪影響を与えるので、できる限りは回避される。ハード・ハンドオフは、移動局が第１BSCによりカバーされる地域から第２BSCによりカバーされる地域に移動すると起こる。第１BSCがサービスを提供するBTSと第２BSCがサービスを提供するBTSとの間のハンドオフでは、第２BSC内に第２BSCに接続する適切なBTSを介して通信リンクを開設することが必要になる。ハンドオフが必要な場合、すなわち移動局が第１BTSのサービス・エリアから第２BTSによりサービスを提供されるエリアに移動すると、移動局は第２BSCを介して呼を再度開設しなければならない。複数のBTSとの通信は、このモードでは一般的に不可能である。さらに重要なことは、移動局とBTS/BSCとの間の通信は、通常は、瞬間的に中断される。このため、付加的なMSC，BSCおよびBTSの形で容量を大きくすると、継ぎ目の数が増えて、特にハード・ハンドオフの継ぎ目を増やし、それに伴うサービスの中断が増えることを認識しなければならない。
【０００８】
従って、システムのユーザ数が増えるのに伴って簡単に容易に増大可能で拡張可能なワイヤレス通信システム・アーキテクチャが必要である。さらに重要なことは、このようなシステムの拡張が最小限のコストで、システム性能を低下させずに行われることである。
【０００９】
（好適な実施例の説明）
いくつかの好適な実施例、特に符号分割多重接続（CDMA）ワイヤレス通信システムに関するIS-95-A規準に準拠するワイヤレス通信システムに関して本発明を説明する。たとえば、図１を参照して、従来技術によるワイヤレス通信システム１０は、移動交換センタ（MSC）１２と、各々がサービス・エリア全体２２のうちサービス・エリア１８，２０にサービスを提供する第１基地局コントローラ（BSC）１４および第２BSC１６とを備える。このようなシステムに関しては周知の如く、各BSC１４，１６はそれに接続する複数の基地トランシーバ局（BTS）２４，２６をそれぞれ有する。サービス・エリア１８，２０毎に２つのBTSしか図示されないが、必要に応じて、また本発明の正当な範囲から逸脱せずに、より多くのあるいはより少ないBTSを構築することができることは言うまでもない。MSC１２，BSC１４，１６およびBTS２４，２６は、IS-95-A規準に準拠する仕様で動作し、サービス・エリア１８，２０内で動作する移動局（一般的に３０と示す）にワイヤレス通信サービスを提供する。しかし、この場合も、本発明は構築される特定の通信規準に限られることはなく、たとえば、アナログ・セルラ，汎ヨーロッパ・デジタル化移動体通信システム（GSM）デジタル・セルラおよびIS-55時分割多重接続（TDMA：time division multile access）デジタル・セルラなどの別の規準に関しても有用である。
【００１０】
BSC１４に接続し、IS-95-A規準に準拠するBTSは、無線周波数チャネルすなわち搬送波Ｃ１，Ｃ２を用いてサービス・エリア１８内でサービスを提供する。同様に、BSC１６は、無線周波数チャネルＣ１，Ｃ２を用いてサービス・エリア２０内でサービスを提供する。このようにしてシステム１０を分割すると、サービス・エリア１８と２０との間にハード・ハンドオフの継ぎ目２８ができる。すなわち、移動局３０がサービス・エリア１８からサービス・エリア２０に移動すると、BSC１４に伴うBTS２４からBSC１６に伴うBTS２６への移動局３０のハンドオフが必要になる。
【００１１】
図２に、通信システム１０を拡張したシステムを１０’と示す。図２では、システム１０の要素は文字「ａ」を付けて同じ番号とする。容量を拡張するために付加された要素は、文字「ｂ」を付けて同じ番号とする。システム１０’の容量は、MSC１２ｂおよびBSC１４ｂ，１６ｂを追加することでシステム１０と比べて２倍になる。図を簡単にするために図２にはBTSを図示しないが、サービス・エリア１８ａ，２０ａ，１８ｂ，２０ｂの各々においてBTSが利用されることを理解頂きたい。BSC１４ａ，１６ａは、個々のサービス・エリア１８ａ，２０ａにサービスを提供し続ける。BSC１４ｂ，１６ｂは、個々のサービス・エリア１８ｂ，２０ｂにサービスを提供する。BSC１４ａ，１６ｂ，１４ｂ，１６ｂは、搬送波Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を利用してそれぞれのサービス・エリアで動作する移動局にサービスを提供する。図２でもっとも目立つのは、このようにしてシステム１０をシステム１０’に拡張すると、ハード・ハンドオフの継ぎ目が増えることである。ハード・ハンドオフの継ぎ目２８ａはBSC１４ａ，１６ａの間に残り、新たな継ぎ目２８ｂがBSC１４ｂ，１６ｂの間に作られ、新たな継ぎ目２８ｃがBSC１６ａ／ＭＳＣ１２ａおよびBSC１４ｂ／MSC１２ｂの間に作られる。さらに、各サービス・エリアの物理的な寸法が小さくなり、ハード・ハンドオフの頻度が大きくなる。このようにして、システム１０’は、２つの追加搬送波と追加装置とを付加することで容量を大きくするが、サービス・エリアが小さくなりハード・ハンドオフの継ぎ目が増える。
【００１２】
次に図３を参照して、図１のシステム１０が、本発明の好適な実施例により再構築されたシステム１００として図示される。システム１００は、搬送波Ｃ１，Ｃ２のうちの一方でサービス・エリア１１８，１２０の各々においてそれぞれサービスを提供するように構築されるBSC１１４，１１６を備える。BSC１１４，１１６は、１つの搬送波ＣＸに対応するよう図示されるが、図示される搬送波は搬送波集合であることを理解頂きたい。たとえば、搬送波Ｃ１は搬送波ＣＡ，ＣＢ，．．．ＣＮを含む搬送波集合である。しかし、搬送波集合Ｃ１，Ｃ２は、区別しなければならない。また、BSC１１４，１１６の一方が万一不良となった場合にある程度のレベルの冗長性を提供することも可能である。このような実行例においては、搬送波集合、たとえばBSC１１６に割り当てられる搬送波集合Ｃ２を、BSCすなわちBSC１１６が不良の場合に、アクティブBSCすなわちBSC１１４が用いることができる。これを図３に破線で示す。
【００１３】
各サービス・エリア１１８，１２０の実際の寸法は、システム１００のサービス・エリア全体１２２に対応し、各サービス・エリア１１８，１２０は、にサービス・エリア全体１２２と実質的に同じ物理的寸法をカバーする。BSC１１４，１１６は、それぞれ基地局１２４，１２６と結合され（図示されない適切な間隔と帰路とを利用して）、基地局１２４，１２６は両方のBSC１１４，１１６により論理的に共有されてサービス・エリア１１８，１２０のいずれかで動作する移動局３０にサービスを提供する。
【００１４】
図３からわかるように、システム１００は、システム１０に見られるハード・ハンドオフ継ぎ目なしに全サービス・エリア１２２にワイヤレス通信サービスを提供する。BSC１１４，１１６の各々が結合されてBTS１２４，１２６を利用し、搬送波Ｃ１またはＣ２またはその両方を利用するという利点が得られる。モトローラ社（イリノイ州Schaumburg）から市販されるような典型的なBTS装置は、複数搬送波機能を有する。システム１００において、２搬送波BTSがBSC１１４，１１６の各々により論理的に共有される。あるいは、欠けている複数搬送波BTS，共有アンテナを利用する２つの単独搬送波BTSおよび他の無線周波数送受信ハードウェアたとえば電力増幅器，上方および下方周波数変換器などを、BSC１１４およびBSC１１６にそれぞれ結合することもできる。この後者の構造においては、複数のBTSは同じ１つの物理的位置を論理的に共有し、送受信ハードウェアを物理的に共有すると考えることができる。さらに言うまでもなく、適切な間隔と帰路（図示せず）とが提供され、BSC１１４，１１６の各々に関して区別される。
【００１５】
移動局３０は、適応可能なシステム規準に指定される方法でシステム１００に対してアクセスする。しかし、システム１００を適切な負荷分布および発散論理（load distribution and shedding logic）をもってさらに構築して、システム負荷と使用可能性とに基づいて移動局３０がBSC１１４，１１６のいずれかに割り当てられる。たとえば、移動局３０がシステムに対してアクセスを試み、BSC１１４に割り当てられる移動局が他にもある場合は、移動局３０はBSC１１６に割り当てられることもある。BSCの割当は、移動局の種類，サービス・オプション，位置および／または現在の、あるいは予測される移動性に基づいて行われることもある。さらに、システム１００内で動作する移動局３０をBSC１１４と１１６との間で転送してシステムの平衡をとることもある。本発明の正当な範囲から逸脱せずに、数多くの適切な移動局割当基準が構築できることを理解頂きたい。
【００１６】
次に図４を参照して、システム１００は２倍の容量に拡張されたシステム１００’として図示される。好適な実施例の説明では２倍の容量への拡張が論じられるが、本発明の正当な範囲から逸脱せずにより多い量または少ない量の拡張が実現できることは言うまでもない。図３に示されるシステム１００’の既存の要素には、文字「ａ」の付いた同じ参照番号が振られる。図３に示されるのと同様であるが、システム１００の容量を拡張するために追加された要素は、文字「ｂ」の付いた同様の参照番号が振られる。
【００１７】
図４を引き続き参照して、システム１００’は、それぞれMSC１１２に結合されるBSC１１４ａ，BSC１１６ａ，BSC１１４ｂおよびBSC１１６ｂを具備する。単独のMSCが図示されるが、複数のMSCを採用して容量を拡張し、システム冗長性を強化することもできる。BSC１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂの各々が、サービス・エリア全体１２２内の基地局（図４には図示せず）に結合されて、各サービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂにおいて通信サービスを提供する。言うまでもなく、また図示されるように、BSC１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂの各々は、サービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂの１つにおいて、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のうちの１つの搬送波を割り当てられる。サービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂは、それぞれ実質的に同じ物理的エリアすなわちサービス・エリア全体１２２をカバーする（サービス・エリアは、図４では明確にするために別々に図示される）。BTSは、複数搬送波BTS装置であるか、あるいは同一のアンテナと関連ハードウェアとを共有し、システム１００内で同じ物理的位置を論理的に共有する単独搬送波および複数搬送波BTS装置の組み合わせとすることができる。あるいは、BSC１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂは、サービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂの対においてそれぞれ搬送波対を動作することもある。
【００１８】
上記の如く、適切な負荷平衡および分散論理がBTSおよび／またはMSの一部として実現されるがBSCの一部として実現されることもある。移動局３０は、システム１００’に適用可能な規準に従ってアクセスを試み、搬送波の１つ、すなわちエリア全体１２２にサービスを提供するBSC１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂの１つに割り当てられる。
【００１９】
システム１００’は、各サービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂが互いに均一に重複し、サービス・エリア全体１２２をカバーした状態で図示される。しかし、言うまでもなく、基地局の位置と整合、アンテナ区画およびサービス・エリア構造に関する他の周知の技術に基づき、サービス・エリアがずれることもある。この構造を図５にシステム１００”と図示する。ここでも、同様の参照番号を用いて、同様の要素を説明するが、互いにずれており、図５に示される共通部分１３２を共有するサービス・エリア１１８ａ’，１２０ａ’，１１８ｂ’，１２０ｂ’に対してプライム記号を付して示す。このようにして、拡張は元のカバレージ・エリア１２２全体を越えて延長される。あるいは、好適とされるように、共通部分１３２などの通信トラフィック密度が高い一部エリアにおける資源の集合により、通信資源の利用または使用可能性が強化される。
【００２０】
引き続き図５を参照して、システム１００と１００’に関して、BSC１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂは、互いに物理的に遠隔に位置しており、それが好ましいことにさらに留意されたい。１つのBSCサイトにおいてシステム不良が起こった場合、残りのBSCを利用してサービス・エリア全体１２２にサービス・エリア１１８ａ，１２０ａ，１１８ｂ，１２０ｂを提供することができる。容量は装置の一部の不良により小さくなるが、サービス・エリアのブラックアウトは避けられる。各サービス・エリアのBTSは、好ましくは共通基地局ハウジング内に共存しており、基地局ハウジングと共に位置するアンテナに結合される。より好ましくは、BTSは基地局ハウジング内の共通装置ラック内に位置する。
【００２１】
本発明の説明全体を通じて、サービス・エリアに関する単独の通信規準が用いられる。言うまでもなく、第１エリアが第１規準による通信装置によりサービスを提供され、第２エリアが第２規準による通信装置によりサービスを提供されるシステムが構築される。たとえば、第１システムが音声通信に適応され、第２システムがデータ通信に適応される。あるいは、システムの各々が音声通信に適応されるが、異なる通信規準による音声通信に適応される。いずれの場合も、より高いレベルの通信要素が基地局装置を論理的に共有し、基地局は特定の送受信ハードウェアを物理的に共有する。
【００２２】
本発明のいくつかの好適な実行例を添付の図面を参照して開示および説明した。本発明が、本明細書に説明される特定の実施例を越えた用途を有することは当業者には理解いただけよう。そのため、本発明は、図示される好適な実施例に制限されるべきではなく、制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるワイヤレス通信システムの概略図である。
【図２】 ２倍の容量に拡張された従来技術によるワイヤレス通信システムの概略図である。
【図３】 本発明の好適な実施例により再構築された図１のワイヤレス通信システムの概略図である。
【図４】 本発明の好適な実施例により２倍の容量に拡張されたワイヤレス通信システムの概略図である。
【図５】 本発明の代替の実施例により２倍の容量に拡張されたワイヤレス通信システムの概略図である。

Claims (10)

1. 通信システム・プロトコルに従って動作し、第１通信搬送波周波数を含む第１通信資源を利用する第１基地局コントローラと、
   前記通信システム・プロトコルに従って動作し、第１通信搬送波周波数とは異なる第２通信搬送波周波数を含む第２通信資源を利用する第２基地局コントローラと、
   ワイヤレス通信サービス・エリア内に位置して、それにワイヤレス通信サービスを提供する複数の基地局と、前記第１通信資源および第２通信資源において前記サービス・エリア内でそれぞれ通信を行うために、前記基地局のうち第１基地局が前記第１基地局コントローラおよび第２通信基地局コントローラに結合され、および前記基地局のうち第２基地局が前記第１システム・コントローラおよび前記第２通信システム・コントローラに結合されることとを備え、
   前記第１基地局のサービスを受ける移動局は、基地局コントローラおよび通信搬送波周波数のうちの少なくとも一方を変えることなくハンドオフされることが可能である、ワイヤレス通信システム。
2. 前記第１および第２基地局は互いに区別された第１および第２の通信搬送波周波数を使用する複数の搬送波周波数基地局である、請求項１記載のワイヤレス通信システム。
3. 前記第１通信資源は第１の通信サービスの種類を提供するのに適し、前記第２通信資源は第２の通信サービスの種類を提供するのに適する、請求項１記載のワイヤレス通信システム。
4. 前記第１および第２の通信サービスの種類は音声およびデータからなる群のうちから選択される互いに異なる種類である、請求項３記載のワイヤレス通信システム。
5. ワイヤレス通信サービスエリアにワイヤレス通信を提供するための方法であって、
   一定の通信プロトコルにしたがって動作し、および第１通信搬送波周波数を含む第１通信資源を利用する、第１の基地局コントローラを設けるステップと、
   前記通信プロトコルにしたがって動作し、および第１通信搬送波周波数とは異なる第２通信搬送波周波数を含む第２通信資源を利用する、第２の基地局コントローラを設けるステップと、
   前記第１の基地局コントローラおよび前記第２の基地局コントローラのそれぞれと結合されるトランシーバ局を設けるステップと、
   前記第１の基地局コントローラと前記第２の基地局コントローラとの間で前記第１通信資源および第２通信資源を、前記サービスエリア内で送受信され、対応する搬送波周波数を通じて利用するためにトランシーバ局を論理的に共有するステップと、
   前記第１の基地局コントローラから第２の基地局コントローラに、トランシーバ局をスイッチングすることなく移動局をハンドオフするステップとを備える、方法。
6. 第１の通信プロトコルに従って第１の通信搬送波周波数を使用する第１の複数の通信信号を制御するための第１の基地局コントローラと、
   前記第１の通信プロトコルに従って第１の通信搬送波とは異なる第２の通信搬送波周波数を使用する第２の複数の通信信号を制御するための第２の基地局コントローラと、
   前記第１および第２の基地局コントローラのそれぞれに結合されて、第１および第２の通信資源をそれぞれ利用する前記第１および第２の複数の通信信号を、共有する通信サービスエリア内で送受信するための手段と、前記送受信するための手段からサービスを受ける移動局は、前記基地局コントローラ、前記送受信のための手段、および搬送波周波数のうちの少なくとも１つを変更することなく、基地局コントローラおよび送受信のための手段のうちの少なくとも１つを変更することとを備える、ワイヤレス通信システム。
7. 前記送受信のための手段は、前記第１の基地局コントローラに結合された第１の基地トランシーバ局と、前記第２の基地局コントローラに結合された第２の基地トランシーバ局とを備え、前記第１および第２の基地トランシーバ局は同一の送信および受信装置に結合されている、請求項６記載のワイヤレス通信システム。
8. 前記同一の送信および受信装置は、アンテナ、増幅器、上方周波数変換器および下方周波数変換器からなる群のうちの１つを備える請求項７記載のワイヤレス通信システム。
9. 前記通信プロトコルは、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）、汎ヨーロッパ・デジタル化移動体通信システム（ＧＳＭ）、およびアナログ・セルラからなる群のうちの１つからなる請求項６記載のワイヤレス通信システム。
10. 前記通信プロトコルは音声およびデータからなる群のうちの１つからなる請求項６記載のワイヤレス通信システム。

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