引き渡す

携帯 電話通信において、ハンドオーバーまたはハンドオフとは、進行中の通話またはデータ セッションを、コア ネットワークに接続された 1 つのチャネルから別のチャネルに転送するプロセスです。衛星通信では、サービスの損失や中断なしに、衛星の制御責任を 1 つの地球局から別の地球局に移すプロセスです。

アメリカ英語ではhandoff という用語が使用され、これは3GPP2などの一部の米国組織や、 CDMA2000などの米国発祥の技術で最も一般的に使用されています。イギリス英語ではhandoverという用語がより一般的であり、 ITU-T、IETF、ETSI、3GPPなどの国際組織や欧州組織で使用され、 GSMやUMTSなどの欧州発祥の標準規格で標準化されています。 handover という用語は学術研究出版物や文献でより一般的ですが、 handoff という用語はIEEEおよびANSI組織内でより一般的に使用されています。^{[独自の研究? ]}

電気通信においてハンドオーバーが行われる理由は様々である：^[1]

• 電話機が 1 つのセルのカバーエリアから離れて別のセルのカバーエリアに入ると、電話機が最初のセルの範囲外に出たときに通話が終了するのを避けるために、通話は 2 番目のセルに転送されます。
• 特定のセルの新規通話接続容量が使い果たされ、別のセルと重複するエリアにある電話機からの既存または新規の通話がそのセルに転送され、そのセルにのみ接続できる他のユーザーのために最初のセルの容量が解放される場合。
• 非CDMAネットワークでは、電話機が使用するチャネルが別のセル内の同じチャネルを使用する別の電話機によって干渉を受けると、干渉を回避するために、通話は同じセル内の別のチャネルまたは別のセル内の別のチャネルに転送されます。
• また、非 CDMA ネットワークでは、ユーザーの行動が変化すると、たとえば、大きなアンブレラ タイプのセルに接続している高速移動ユーザーが停止した場合、通話をより小さなマクロ セルまたはマイクロ セルに転送して、他の高速移動ユーザーのためにアンブレラ セルの容量を解放し、他のセルまたはユーザーへの干渉の可能性を減らすことができます (これは逆にも機能し、ユーザーが特定のしきい値よりも速く移動していることが検出されると、この移動によるハンドオーバーの頻度を最小限に抑えるために、通話をより大きなアンブレラ タイプのセルに転送できます)。
• CDMA ネットワークでは、携帯電話が現在のセルと良好な接続を維持している場合でも、「遠近」効果により、より小さな隣接セルへの干渉を減らすために、ハンドオーバー (下記参照) が誘発されることがあります。

ハンドオーバーの最も基本的な形式は、通話中の電話が 現在のセル（ソースと呼ばれる）から新しいセル（ターゲットと呼ばれる）にリダイレクトされる場合です。^[1]地上ネットワークでは、ソースセルとターゲットセルは、2つの異なるセルサイトから提供される場合もあれば、1つの同じセルサイトから提供される場合もあります（後者の場合、2つのセルは通常、そのセルサイト上の2つのセクターと呼ばれます）。ソースセルとターゲットセルが異なるセルである（同じセルサイト上にある場合でも）このようなハンドオーバーは、セル間ハンドオーバーと呼ばれます。セル間ハンドオーバーの目的は、加入者がソースセルのカバーエリアから移動してターゲットセルのエリアに入るときに、通話を維持することです。

特殊なケースとして、ソースとターゲットが 1 つの同じセルであり、ハンドオーバー中に使用されるチャネルのみが変更される場合があります。セルが変更されないこのようなハンドオーバーは、セル内ハンドオーバーと呼ばれます。セル内ハンドオーバーの目的は、干渉またはフェージングの可能性がある 1 つのチャネルを、よりクリアな新しい、またはフェージングの少ないチャネルに変更することです。

上記のセル間ハンドオーバーとセル内ハンドオーバーの分類に加えて、ハンドオーバーはハードハンドオーバーとソフトハンドオーバーに分類することもできます。^[1]

ハードハンドオーバー

これは、ソース セルのチャネルが解放され、その後にターゲット セルのチャネルが使用されるハンドオーバーです。したがって、ソースへの接続は、ターゲットへの接続が確立される前、または「確立されると同時に」切断されます。このため、このようなハンドオーバーはbreak-before-makeとも呼ばれます。ハード ハンドオーバーは、通話の中断を最小限に抑えるために、瞬時に行われるように設計されています。ネットワーク エンジニアは、ハード ハンドオーバーを通話中のイベントとして認識します。これは、サービスを提供するネットワークによる処理を最小限に抑えます。モバイルが基地局間にある場合、モバイルは任意の基地局に切り替えることができるため、基地局はモバイルとのリンクを前後にバウンスします。これは「ピンポン」と呼ばれます。

ソフトハンドオーバー

ソース セルのチャネルが保持され、ターゲット セルのチャネルと並行してしばらくの間使用されるハンドオーバーです。この場合、ソースへの接続が切断される前にターゲットへの接続が確立されるため、このハンドオーバーはmake-before-breakと呼ばれます。2 つの接続が並行して使用される間隔は、短い場合もかなり長い場合もあります。このため、ネットワーク エンジニアはソフト ハンドオーバーを、短いイベントではなく、通話の状態として認識します。ソフト ハンドオーバーでは、3 つ以上のセルへの接続が使用される場合があります。つまり、1 台の電話で 3 つ、4 つ、またはそれ以上のセルへの接続を同時に維持できます。通話がソフト ハンドオーバーの状態にある場合、特定の瞬間に使用されているすべてのチャネルのうち最適な信号を通話に使用することも、すべての信号を組み合わせてよりクリアな信号のコピーを作成することもできます。後者の方が有利であり、このような組み合わせがダウンリンク(順方向リンク) とアップリンク(逆方向リンク) の両方で実行される場合、ハンドオーバーはソフターと呼ばれます。ハンドオーバーに関与するセルが単一のセル サイトを持つ場合、よりソフトなハンドオーバーが可能になります。

ハンドオーバーは、使用されるハンドオーバー技術に基づいて分類することもできます。大きく分けて、次の 3 つのタイプに分類できます。

1. ネットワーク制御によるハンドオーバー
2. 携帯電話によるハンドオーバー
3. モバイル制御ハンドオーバー

ハード ハンドオーバーの利点は、どの時点においても 1 つの通話で 1 つのチャネルしか使用されないことです。ハード ハンドオーバー イベントは実に非常に短く、通常はユーザーには認識されません。古いアナログシステムでは、クリック音または非常に短いビープ音として聞こえましたが、デジタル システムでは気付かれません。ハード ハンドオーバーのもう 1 つの利点は、電話機のハードウェアが 2 つ以上のチャネルを並行して受信する機能を必要としないことです。そのため、コストが安く、簡単になります。欠点は、ハンドオーバーが失敗すると、通話が一時的に中断されたり、異常終了したりする可能性があることです。ハード ハンドオーバーを使用するテクノロジには通常、ターゲット セルへの接続が確立できない場合にソース セルへの接続を再確立できる手順があります。ただし、この接続の再確立は常に可能であるとは限らず (その場合は通話が終了します)、可能な場合でも、手順によって通話が一時的に中断されることがあります。

ソフト ハンドオーバーの利点の 1 つは、ソース セルへの接続が切断されるのは、ターゲット セルへの信頼性の高い接続が確立されたときだけであり、そのため、ハンドオーバーの失敗によって通話が異常終了する可能性が低くなることです。ただし、はるかに大きな利点は、複数のセルで同時にチャネルが維持され、すべてのチャネルが同時に干渉またはフェードした場合にのみ通話が失敗する可能性があるという単なる事実から生まれます。異なるチャネルでのフェードと干渉は無関係であるため、すべてのチャネルで同時に発生する可能性は非常に低くなります。したがって、通話がソフト ハンドオーバー中の場合、接続の信頼性が高くなります。セルラー ネットワークでは、ハンドオーバーの大半はカバレッジの悪い場所で発生し、チャネルが干渉またはフェードすると通話が頻繁に信頼できなくなるため、ソフト ハンドオーバーは、1 つのチャネルでの干渉またはフェードを重要ではなくなるようにすることで、これらの場所での通話の信頼性を大幅に向上させます。この利点は、電話機のハードウェアがより複雑になるという犠牲を払って得られ、複数のチャネルを並行して処理できる必要があります。ソフト ハンドオーバーのもう 1 つのデメリットは、1 つの通話をサポートするためにネットワーク内の複数のチャネルを使用することです。これにより、残りの空きチャネルの数が減少し、ネットワークの容量が減少します。ネットワーク エンジニアは、ソフト ハンドオーバーの期間と、ソフト ハンドオーバーが発生するエリアのサイズを調整することで、通話の信頼性が向上するという利点と、容量が減少するというデメリットのバランスを取ることができます。

理論的には、ソフト ハンドオーバーはアナログでもデジタルでもどの技術でも可能ですが、アナログ技術に実装するコストは非常に高く、過去に商業的に成功した技術 ( AMPS、TACS、NMTなど) にはこの機能がありませんでした。デジタル技術のうち、 FDMAに基づくものは電話機のコストも高くなります (複数の並列無線周波数モジュールが必要になるため)。TDMA または TDMA/FDMA の組み合わせに基づくものは、原理上、それほど高価ではないソフト ハンドオーバーの実装を可能にします。ただし、2G (第 2 世代) 技術にはこの機能がありません (GSM、D-AMPS / IS-136など)。一方、2G と3G (第 3 世代) のすべての CDMA ベースの技術にはソフト ハンドオーバーがあります。一方では、CDMA のソフト ハンドオーバーをサポートするそれほど高価ではない電話ハードウェアを設計できる可能性によってこれが容易になり、他方では、ソフト ハンドオーバーがないと、CDMA ネットワークはいわゆる遠近効果によって生じる大きな干渉に悩まされる可能性があるという事実によってこれが必要になります。

FDMA または TDMA/FDMA の組み合わせ (GSM、AMPS、IS-136/DAMPS など) に基づく現在のすべての商用テクノロジーでは、ハード ハンドオーバー中のチャネルの変更は、使用されている送信/受信周波数のペアを変更することによって実現されます。

セルラー ネットワークでのハンドオーバーを実際に実現するために、各セルには、このソース セルからそれらのセルに通話をハンドオーバーするために使用できる潜在的なターゲット セルのリストが割り当てられます。これらの潜在的なターゲット セルはネイバーと呼ばれ、リストはネイバー リストと呼ばれます。特定のセルに対してこのようなリストを作成することは簡単ではなく、専用のコンピュータ ツールが使用されます。これらのツールはさまざまなアルゴリズムを実装し、フィールド測定からの入力データや、セルがカバーするエリアでの電波伝搬のコンピュータ予測を使用する場合があります。

通話中、ソース セルのチャネルの信号の 1 つ以上のパラメータが監視および評価され、ハンドオーバーが必要になるタイミングが決定されます。ダウンリンク (順方向リンク) および/またはアップリンク (逆方向リンク) の方向が監視される場合があります。ハンドオーバーは、電話機またはそのソース セルの基地局(BTS) によって要求されることがあります。一部のシステムでは、隣接セルの BTS によって要求されることもあります。電話機と隣接セルの BTS は互いの信号を監視し、隣接セルの中から最適なターゲット候補が選択されます。主に CDMA に基づく一部のシステムでは、ターゲット候補は隣接リストにないセルの中から選択されることがあります。これは、前述の遠近効果による干渉の可能性を減らすために行われます。

アナログ システムでは、ハード ハンドオーバーを要求するための基準として使用されるパラメーターは通常、受信信号電力と受信信号対雑音比です(後者は、アナログ システムでは、送信機で捕捉された音声周波数帯域のすぐ外側の周波数で追加のトーンを挿入し、受信機でこれらのトーンの形状を評価することによって推定できます)。非 CDMA 2G デジタル システムでは、ハード ハンドオーバーを要求するための基準は、受信信号電力、ビット エラー レート(BER) およびブロック エラー/消失率(BLER)、受信音声品質 ( RxQual )、電話と BTS 間の距離 (無線信号伝搬遅延から推定) などの推定値に基づく場合があります。CDMA システム、2G、および 3G では、ハンドオーバーを要求するための最も一般的な基準は、パイロット チャネル ( CPICH ) および/またはRSCPで測定された Ec/Io 比です。

CDMA システムでは、ソフト ハンドオーバーまたはソフター ハンドオーバー中の電話が複数のセルに同時に接続されると、受信信号をrake 受信機を使用して並列に処理します。各信号は、rake フィンガーと呼ばれるモジュールによって処理されます。携帯電話の rake 受信機の通常の設計には、ソフト ハンドオーバー状態で同じ数のセルからの信号を処理するために使用する 3 つ以上の rake フィンガーと、他のセルからの信号を検索するために使用する 1 つの追加フィンガーが含まれます。ソフト ハンドオーバー中に信号が使用されるセルのセットは、アクティブ セットと呼ばれます。検索フィンガーが新しいセルから十分に強い信号 (高 Ec/Io または RSCP の観点から) を見つけた場合、このセルはアクティブ セットに追加されます。隣接リスト（CDMA隣接セットと呼ばれる）内のセルは、他のセルよりも頻繁にチェックされるため、隣接セルとのハンドオーバーが発生する可能性が高くなりますが、隣接リスト外の他のセルとのハンドオーバーも許可されます（GSM、IS-136/DAMPS、AMPS、NMT などとは異なります）。

ハンドオフが失敗することもあります。この問題については多くの研究が行われてきました。^{[例が必要]}この問題の原因は 1980 年代後半に発見されました。周波数は隣接セルで再利用できないため、ユーザーがあるセルから別のセルに移動すると、通話に新しい周波数を割り当てる必要があります。使用可能なチャネルがすべて使用されているときにユーザーがセルに移動すると、ユーザーの通話を終了する必要があります。また、隣接セルが互いに電力を供給しすぎて受信機の感度が低下するという信号干渉の問題もあります。

また、通話の接続が 1 つのアクセス テクノロジーから別のアクセス テクノロジーに転送されるテクノロジー間ハンドオーバーもあります。たとえば、通話が GSM から UMTS に、または CDMA IS-95からCDMA2000に転送されるなどです。

3GPP UMA/GAN標準により、GSM/UMTS から Wi-Fi へのハンドオフ、およびその逆が可能になります。

ハンドオフ要求の処理と管理には、システムごとに異なる方法があります。一部のシステムでは、新しい発信コールの処理と同じ方法でハンドオフを処理します。このようなシステムでは、ハンドオフが処理されない可能性は、新しい発信コールのブロックの可能性と同じです。ただし、通話の途中で突然コールが終了した場合、新しい発信コールがブロックされるよりも迷惑です。したがって、進行中のコールの突然の終了を回避するには、ハンドオフ要求を新しいコールに優先させる必要があります。これをハンドオフの優先順位付けと呼びます。

これには 2 つの手法があります。

ガードチャネルコンセプト

この技術では、セル内の利用可能なチャネル全体の一部が、セルにハンドオフされる可能性のある進行中の通話からのハンドオフ要求専用に予約されます。

キューイング

受信信号レベルがハンドオフしきい値を下回った時点と信号レベル不足により通話が終了する時点との間には有限の時間間隔があるため、ハンドオフのキューイングが可能になります。遅延サイズは、特定のサービス エリアのトラフィック パターンから決定されます。

システム間ハンドオフ

• 通話中にモバイル ユニットが 1 つのセルラー システムから別の MTSO によって制御される別のセルラー システムに移動する場合、通話の切断を回避するために使用されるハンドオフ手順は、システム間ハンドオフと呼ばれます。
• MTSO はこのハンドオフ システムを使用します。特定のセルでモバイル信号が弱くなり、MTSO がシステム内で通話を転送できる他のセルを見つけられない場合、システム間ハンドオフを使用します。
• システム間ハンドオフを実装する前に、MTSO の互換性を確認する必要があり、システム間ハンドオフでは市内通話が長距離通話になる可能性があります。

システム内ハンドオフ

• 通話中にモバイル ユニットが 1 つのセルラー システムから同じ MTSO によって制御される隣接セルラー システムに移動する場合、通話の切断を回避するために使用されるハンドオフ手順は、システム内ハンドオフと呼ばれます。
• MTSO はこのハンドオフ システムに関与します。特定のセルでモバイル信号が弱くなり、MTSO がシステム内で通話を転送できる他のセルを見つけると、システム内ハンドオフを使用します。
• システム内ハンドオフでは、ハンドオフ後も同じ MTSO によってコールが処理されるため、ローカル コールは常にローカル コールのみのままになります。

• 携帯電話ネットワーク
• ローミング
• モビリティ管理
• 無線リソース管理
• ウマ/ガン
• 音声通話の継続
• 交代報告、医療・看護部門における次の交代勤務者への業務の引き継ぎ
• フォロー・ザ・サン、ソフトウェア開発における次のシフトに業務を引き継ぐ

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• MSC 内 GSM ハンドオーバー コール フロー アーカイブ済み 2020 年 9 月 22 日、Wayback Machineにて
• MSC 間 GSM ハンドオーバー コール フロー アーカイブ済み 2020 年 9 月 22 日、Wayback Machineで
• 米国特許 3,663,762 :セルラー移動通信システム— エイモス エドワード ジョエル (ベル研究所)、1970 年 12 月 21 日出願、1972 年 5 月 16 日発行