JP2002112328A - 改善されたダウンリンク容量を備える移動通信ネットワーク - Google Patents

改善されたダウンリンク容量を備える移動通信ネットワーク

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JP2002112328A JP2001274666A JP2001274666A JP2002112328A JP 2002112328 A JP2002112328 A JP 2002112328A JP 2001274666 A JP2001274666 A JP 2001274666A JP 2001274666 A JP2001274666 A JP 2001274666A JP 2002112328 A JP2002112328 A JP 2002112328A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、同一チャネルの２人の移動ユーザ
の分解不可能性を防ぐ構成を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 ＳＤＭＡ手法によれば、ＧＳＭネットワ
ークの各基地局において使用されるビーム形成装置（３
２）は、多数の同一チャネルのユーザの各々に適切なビ
ームのパターン（２６、２８）を生成することにより、
セルセクタ内で許容される多数の同一チャネルのユーザ
を空間的に分離するように設計されている。しかし、基
地局ＢＳ内で監視されている同一チャネルの移動ユーザ
のうち１人のＣＩＲが、あらかじめ設定された閾値より
下に落ちる場合がある。この場合、このユーザについて
チャネルの再割り当てが命令される。これによって、各
セル／セクタ内の同じ数のユーザに対してチャネルのよ
り厳しい再使用が可能になるか、または、各セル／セク
タ内の同一チャネルのユーザの数を増大することが可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は改善されたダウンリ
ンク容量を備える移動通信ネットワークに関し、特に、
空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）技法を使用するＧＳＭ
（移動通信用グローバルシステム）ネットワークに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】各々のセルが単一のアンテナで基地局に
よってサービスを受ける、一連の隣接するセルとしてネ
ットワークが構成されているＧＳＭシステムでは、目的
は、サービスの質、すなわち、呼の間の干渉を最小にす
ることと、ユーザの数を最大にすることとの間のトレー
ドオフを改善することである。干渉を低減する一般的な
手法は、セル内にユーザを一人だけしか許容しないこと
か、または、セルは３つの１２０度のセクタに分割され
ているので、セクタ内に１人のユーザしか許容しないこ
とであるが、これはユーザの数を制限する。各セルまた
はセクタに多くの無線チャネルが提供されている場合、
１つのセクタの１つの無線チャネルについて１人だけの
ユーザしか許容しないことにより、容量にいくらかの増
大が提供される。
【０００３】各セルの基地局において多数のアンテナが
使用されている場合、ダウンリンクにビーム形成スキー
マが適用される。同じセルまたはセルセクタ内にいる多
数のユーザは、同じ無線チャネル上に割り当てられるこ
とが可能である。ユーザごとにビームが形成され、ビー
ムは適切な方向に向けて送信されたパワーを「操縦す
る」。この手法は空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）として
知られている。
【０００４】空間チャネルアロケータ（spatial channe
l allocator）は、１９９５年８月の、ＩＥＥＥ Tran
s. Vehicular Technology, Vol. 44, ６５１〜６６０ペ
ージの「The Spectrum Efficiency of a Basestation A
ntenna Array System for Spatially Selective Transm
ission」の中で、P ZetterbergおよびB Otterstenによ
って提唱された。この技法は、移動に関連するすべての
方向についての知識があると仮定し、同じチャネル上で
動作する移動が最大の角分離を有するように、空間チャ
ネルを割り当てる。しかしマルチパス環境ではすべての
方向を知ることは現実的ではなく、大きな角の広がりが
存在にあっては、到着の方向の推定はまったく失敗する
可能性がある。
【０００５】さらに、２人の移動ユーザがまず同じセク
タ内で許容可能な角距離で分離される環境では、１つま
たは両方の移動が移動することにより角距離が低減さ
れ、ビームが分解不可能になる場合がある。実際には、
ユーザは分離不可能になり、許容不可能なレベルの干渉
が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、同一
チャネルの２人の移動ユーザの角分解不可能性を防ぐ構
成を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、多数の
隣接する通信セルを有する移動通信ネットワークを動作
させる方法は、同じ通信セルまたはセルのセクタ内で、
かつ同じ通信チャネル上にある複数の移動ユーザに指向
性ビームを提供するステップを含み、さらにこの方法
は、各ユーザに関する搬送波干渉比を監視するステップ
と、監視された値を閾値と比較するステップと、ユーザ
が閾値に達した時にそのユーザに異なる通信チャネルを
割り当てるステップとを特徴とする。
【０００８】また、本発明によれば、移動通信セルセク
タ用の基地局は、複数のアンテナと、同じ通信チャネル
上で複数の指向性ビームのパターンを提供するビーム形
成手段と、基地局によってサービスを受ける各移動ユー
ザから空間情報を受信するように構成された受信手段と
を含み、この基地局はさらに、空間割り当て手段が、搬
送波干渉比の閾値を格納し、基地局によってサービスを
受ける各移動ユーザに関して搬送波干渉比を監視し、受
信された値を閾値と比較し、移動ユーザが閾値に到達し
た時にはその移動ユーザに対して異なる通信チャネルを
割り当てるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】本発明は図１と図２を参照して例として説
明される。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、５つの六角形のセルＣ１
〜Ｃ５を示し、各セルはセルＣ４の中のセクタ１０、１
２、１４など、３つの１２０度のセクタに分割されてい
る。ＧＳＭシステムなどのセルラシステムでは、ダウン
リンクでは、セルのセクタはたとえば１／３周波数再使
用パターンをとる同じ周波数チャネル干渉を使用し、セ
ルＣ４のセクタＣ４ＡおよびセルＣ５のセクタＣ５Ａ
は、セルＣ１のセクタＣ１Ａの中のユーザへの干渉の原
因となり、一方、セクタＣ１Ａは、セルＣ２のセクタＣ
２ＡおよびセルＣ３のセクタＣ３Ａの中のユーザへの干
渉の原因となることが知られている。
【００１１】指向性ビームの使用により、単一アンテナ
での全方向性の送信と比較すると、指向性ビームの使用
は望ましい方向に向けて効率的にパワーを送信すること
によって、ダウンリンク内の干渉の問題を軽減する。
【００１２】このような指向性ビームの１つがセルＣ１
のセクタＣ１Ａに示されている。ビームは必要な方向に
主ローブ１６を有し、かつ比較的小さなサイドローブ１
８を有する。これは、必要な移動にパワーを向けること
によってセル内の干渉を軽減する。
【００１３】図２は、指向性ビームの使用をより詳細に
示す。図２（ａ）では、六角形の通信セルＣ１０は、セ
クタごとに基地局ＢＳを有する３つのセクタ２０、２
２、２４に分割されている。セクタ２０の中には、２人
の移動ユーザＭＵ１とＭＵ２がいる。基地局ＢＳは、各
ユーザに対して１つの同じチャネル内で、指向性ビーム
２６、２８を生成する。ＭＵ１とＭＵ２はよく分離さ
れ、ビームとビームの間にはかなりの角度がある。
【００１４】図２（ｂ）では、ユーザＭＵ２が移動した
ので、ビーム間の角は大幅に減少している。図２（ｃ）
では、ユーザＭＵ２が移動したので、ビーム２６、２８
の間の角は非常に小さくなっている。ＭＵ１およびＭＵ
２は実際には、各ビームの主ローブの中にあり、ビーム
は分離不可能であり、その結果、移動ユーザの間にかな
りな干渉が生じる。
【００１５】本発明では、両方のユーザのＣＩＲ（搬送
波干渉比）が監視される。ビーム間の角度が減少すると
ＣＩＲも減少する。ＣＩＲの閾値が設定され、１つのＭ
ＵのＣＩＲが閾値に達すると、この移動には異なる無線
チャネルが割り当てられる。
【００１６】シミュレーションでは、クラスタ内にＮＣ
のセルがあり、各セルの中に３つの１２０度のセクタが
あると仮定する。各セクタは各セルに割り当てられた無
線スペクトラム全部（Ｓ＝１）を使用するか、スペクト
ラムの３分の１（Ｓ＝３）を使用する。同じセルセクタ
内にＵの同一チャネルのユーザがいる場合、空間分割多
元接続容量ＣＳＤＭＡは、
【数１】 と定義することが可能である。
【００１７】１９９６年のＧＳＭ０５．０５、バージョ
ン５．１０．０で定められたような典型的な都市のＧＳ
Ｍ無線環境を考えると、１９９８年２月、ＩＥＥ Pro
c. Radar, Sonar & Navig., Vol. １４５ Ｎｏ．１の
「Unified channel model formobile radio systems wi
th smart antennas」の中でJ. Fuhl, A F Molischおよ
びE Bonekによって確率論的な幾何学に基づいたチャネ
ルモデルが説明され、分析のために使用可能である。セ
ルは、５ｋｍの半径を有し、各セクタにおける基地局
は、波長の半分の素子間間隔を伴う、Ｎのアンテナ（N
antennae with halfa wavelength inter-element spaci
ng）の均一な線形アレイを使用する。
【００１８】ＣＩＲの計算では、干渉するセルの第１の
リング、たとえば、図１の１／３周波数再使用パターン
セルＣ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣ５のみが考慮される。パ
ス損失指数は４であり、対数正規シャドウフェージング
分布（log-normal shadow fading distribution）の標
準偏差は６ｄＢである。すべての移動ユーザの速度は５
０ｋｍ／ｈと仮定されている。ハンドオーバの最大数は
６であり、すなわち、１つの異なるチャネルに対して１
つの移動を割り当てる６つの割り当てが許可されてい
る。
【００１９】目的は、ＣＳＤＭＡと質の間のトレードオ
フを最適化することであり、質は減量（outage）の確立
Ｐｏｕｔによって特徴づけられ、Ｐｏｕｔは、
【数２】 である。
【００２０】閾値は９ｄＢとして設定される。
【００２１】トレードオフを最適化するために、固定容
量と最適化容量という２つの手法がとられる。
【００２２】固定容量手法では、ＳＤＭＡ同一チャネル
のユーザの数Ｕは固定されたままで、ユーザごとの質を
向上させることが目的となる。これは表１に示され、表
１の中では Ｎ＝チャネルの数 再使用＝周波数再使用パターン Ｕ＝セクタ内のユーザの数 であり、ＣＳＤＭＡは、等式１から計算される。
【００２３】ＣＩＲは等式２に与えられた累積密度関数
の５％として計算される。
【表１】 固定容量に関する空間チャネルの割り当て戦
略
【００２４】達成されたＣＩＲは容量強化の尺度であ
る。ついで、ＣＩＲの改善はより厳しい再使用（より小
さいＮｃ ｘ Ｓ）、すなわち、より積極的にチャネル
の再使用すること、したがって容量を改善することが可
能である。
【００２５】最適化容量手法では、各ユーザのＣＩＲ
が、例の中では９ｄＢであるあらかじめ指定されたレベ
ルよりも高いという制限を条件として、ＳＤＭＡの同一
チャネルのユーザの最大数が同じチャネルの上に割り当
てられる。これは表２に示されている。
【表２】 最適化容量のための空間チャネル割り当て戦
略
【００２６】達成されたＳＤＭＡユーザの数はこの手法
による容量の強化の尺度であり、すなわち、同じ無線チ
ャネル上の同じセルセクタ内の増加したユーザの数であ
る。実際には、セル内の同一チャネル干渉が緩和されて
いる。
【００２７】上記のシミュレーション結果では、セル間
の干渉は考慮されているが、セル間の干渉の緩和がない
スキーマが使用されている。さらに容量を改善するため
に、ＳＤＭＡ手法をセル間干渉緩和スキーマ、すなわ
ち、いわゆる、干渉低減のための空間濾波（ＳＦＩＲ）
手法と組み合わせることが可能である。
【００２８】本発明によって適応されたビーム構成は、
Zetterbergの従来技術に述べられたような到着方向の推
定を必要とせず、有効な基地局へ向けて各移動から送信
された情報に基づいていることが理解されるであろう。
このような情報はＧＳＭ基準の特徴であり、移動装置に
修正は必要ではない。
【００２９】次に非常に概略的な図３を参照すると、基
地局ＢＳはいくつかのアンテナ３０を有し、ビーム形成
装置３２および他の多くの構成要素（図示せず）を含
む。基地局ＢＳは移動ユーザＭＵごとに空間情報３４を
受信し、ビーム形成装置はビームパターンを各ＭＵに向
ける。図２は、図２の中でＭＵ１とＭＵ２に向けられた
ものと同じチャネル上の２つのビーム２６、２８を示
す。
【００３０】受信された空間情報３４は、アップリンク
上で使用可能である。本発明の用途に関しては、アップ
リンク情報は、各ユーザとアンテナアレイの間のチャネ
ル応答ベクトルに対応する共分散マトリックスの形式で
表現される。
【００３１】ＧＳＭ仕様の中で提供されているように、
ＭＵはそれ自体のＣＩＲ状態に関する情報３６をＢＳに
送信し、本発明による基地局では、このＣＩＲ情報は空
間割り当て回路３８に向けられる。回路３８はあらかじ
め設定されたＣＩＲ閾値を含み、各ＭＵからのＣＩＲ情
報はこの閾値と比較される。たとえばＭＵ２がＭＵ１に
近づきすぎてビーム分離ができなくなりＭＵ２のＣＩＲ
が望ましいレベルより下に落ちた時に、回路３８は基地
局に対して、ＭＵ２を異なるチャネルに割り当てるよう
に命令し、これによって同じチャネルを共有するように
なった移動ユーザの異なる組をビーム形成装置に通知す
るので、適切なビームパターンが形成される。もともと
ＭＵ２に割り当てられていたチャネルは次に、同じセク
タ内にあるが、ＭＵ１に対してより大きな角距離にある
異なる移動に割り当てることが可能である。新しい構成
がＣＩＲ閾値を満たさない場合、条件が満たされるか再
割り当ての最高数に達するまで、再割り当てが命令され
る。
【００３２】本発明の応用は、移動システムを修正する
ことを必要とせず、各基地局にわずかな追加機能を必要
とするだけである。ＣＩＲ閾値はネットワーク業者の制
御の元に置かれている可能性がある。
【００３３】指向性ビームに関して２つの移動ユーザが
分離不可能になる状況が展開することを防ぐことによ
り、本発明の使用は、ＳＤＭＡ容量とＣＩＲの間のトレ
ードオフの改善という結果を導く。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧＳＭシステムの５つの六角形セルを示す図で
ある。
【図２】ａ〜ｃは、通信セルの同じセクタ内で２つの指
向性ビームの使用を示す図である。
【図３】移動通信システムの基地局を示す図である。
【符号の説明】
１０ セクタ １２ セクタ １４ セクタ １６ 主ローブ １８ サイドローブ ２０ セクタ ２２ セクタ ２４ セクタ ２６ 指向性ビーム ２８ 指向性ビーム ３０ アンテナ ３４ 空間情報 ３６ ＣＩＲ情報 ３８ 回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K022 FF00 5K067 CC01 DD45 EE02 EE10 EE46 HH22 JJ38 KK02 KK03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数の隣接する通信セルを有する移動通
    信ネットワークを動作させる方法であって、同じ通信セ
    ルまたはセルセクタ内で同じ通信チャネル上にある複数
    の移動ユーザに指向性ビームを提供するステップを含む
    方法であって、該方法は、 ユーザごとに搬送波干渉比を監視するステップと、 該監視された値を閾値と比較するステップと、 前記ネットワーク内の任意の移動ユーザが該閾値に達し
    た時に、その移動ユーザに異なるチャネルを割り当てる
    ステップとを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記ネットワークはＧＳＭネットワーク
    である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記方法はダウンリンク内で適用される
    請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記セルセクタ内の同一チャネルのユー
    ザの数は一定に保持され、該ユーザ各々の搬送波干渉比
    は向上される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記移動ユーザ各々の搬送波干渉比は、
    許容可能なレベルに維持され、セルごとまたはセルセク
    タごとの同一チャネルのユーザの数は増加される請求項
    １ないし３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 移動通信ネットワーク用の基地局（Ｂ
    Ｓ）であって、 複数のビーム形成アンテナ（３０）と、 同じ無線チャネル上に複数の指向性ビームのパターン
    （２６、２８）を提供するビーム形成手段（３２）と、 前記基地局（ＢＳ）によって取り扱われる各移動ユーザ
    （ＭＵ１、ＭＵ２）から、空間情報（３４）を受信する
    ように構成された受信手段とを備える基地局であって、 空間割り当て手段（３８）は、 搬送波干渉比の閾値を格納し、 前記基地局（ＢＳ）によって取り扱われる各移動ユーザ
    （ＭＵ１、ＭＵ２）に関する搬送波干渉比情報を前記閾
    値と比較し、 １人のユーザ（ＭＵ２）に関して該閾値に達した時、そ
    の移動ユーザに対して異なる無線チャネルを割り当てる
    ように前記基地局に命令し、同じチャネルを共有する異
    なる移動ユーザの組を前記ビーム形成装置（３２）に知
    らせて、適切なビームパターンが形成されるように構成
    されていることを特徴とする基地局。
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