JP2002118873A

JP2002118873A - 移動体通信システム

Info

Publication number: JP2002118873A
Application number: JP2000309739A
Authority: JP
Inventors: Chuji Tokunaga; 忠次徳永; Toshiharu Kouchi; 利春古内
Original assignee: NEC Network and System Integration Corp
Current assignee: NEC Network and System Integration Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】移動局の移動速度が速くなることによる通話
チャンネルの切替頻度の増加を抑えて、通信網全体の負
荷を軽減して通信効率の高い移動体通信システムを提供
すること。【解決手段】無線通信のカバーエリアの狭いセルから
なる第１のレイヤと、第１のレイヤよりも無線通信のカ
バーエリアの広いセルからなる第２のレイヤとを重複さ
せることによって、通信網を形成して構成した通信回路
と、通信回線に相互に通信可能に接続された移動局とを
有して選択されたレイヤのセルの基地局にハンドオーバ
するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信システ
ムに関し、特に、複数のレイヤからなる通信網により移
動局の移動速度に応じてレイヤを切り替えて通信を行う
ことが可能な移動体通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の移動体通信におけるセルの通信網
は、複数のセルから構成された小レイヤ方式が採用され
ており、カバーエリアが、例えば、１Ｋｍ以内のマイク
ロセル及びカバーエリアが数Ｋｍ程度のマクロセルで構
成されている。

【０００３】マイクロセル及びマクロセルは、電波の届
く範囲の大きさに差はあるが、移動局がアクセスする順
位には差はない。

【０００４】移動局からの電波の発信は、エリア内のマ
イクロセル又はマクロセルの基地局が受信し、移動局へ
の着信は、移動局の位置登録情報に基づき、近接したセ
ルの基地局から一斉に呼び出しの送信を行うことにより
行われる。

【０００５】また、移動局が移動して、最初の呼を確立
したセルの外へ出る場合には、隣接セルの受信電界や空
きチャンネルを調査することにより、感度の高いセルの
基地局へ無瞬断で切り替える（いわゆるハンドオーバと
称される）。したがって、移動体通信は、マイクロセル
及びマクロセルからなる一つのレベルの通信網のみで構
成する通信回線で通話チャンネルの切替を行っている。
また、移動局の通話可能な範囲は、一つの移動体通信回
線網で構成しているため、地上及び陸地に接近した海上
のみである。

【０００６】近年、移動体通信の発展により、音声通話
はもとよりコンピュータによるデータ通信の比重が増し
てきている。また、マルチメディア等による画像情報伝
送での通信データ量も多くなり、通信速度の高速化、通
信品質の向上が望まれている。

【０００７】また、移動速度を比較すると、人は時速４
Ｋｍ、車は６０Kｍ、高速鉄道は時速２５０Ｋｍ、飛行
機は時速９００Ｋｍなどのように速度範囲が大きく変化
しているため、移動体通信は、人が歩いて音声通話をす
る範囲から高速鉄道、更に飛行機などによる高速移動中
での通話、データ通信までの対応が望まれている。

【０００８】従来のマイクロセル又はマクロセルによる
小レイヤ方式（例えば、マクロセルのカバーエリアが直
径５Ｋｍとする。）では、通話チャンネル切替によるハ
ンドオーバは、１時間当たり、人が歩いた場合は０〜１
回で済むが、時速６０Ｋｍの車は１６回、時速２５０Ｋ
ｍの高速鉄道は６０回の切替が必要となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】通話チャンネル切替
は、移動する移動局のセルへの移行の検出、先行先セル
の決定及びそのセルでの空きチャンネルの選択、移動局
に対するチャンネル切替指令の３段階の手順がふまれ
る。したがって、移動速度が速くなると、通話チャンネ
ル切替が煩雑になり、その情報伝達のための伝送信号の
領域が少なくなる。すなわち、小レイヤ通信網の負荷が
重くなり通信効率が低下するおそれがある。

【００１０】また、移動中での次のセルの基地局へのハ
ンドオーバで空きチャンネルが無い場合には、通信が切
断するおそれがある。

【００１１】そこで、本発明は、無線通信のカバーエリ
アの狭いセルからなるレイヤと、このレイヤよりも無線
通信のカバーエリアの広いセルからなるレイヤを重複さ
せて配置することによって構成した通信網と、移動局の
移動速度に応じてレイヤを選択して選択されたレイヤの
セルの基地局にハンドオーバすることによって通話チャ
ンネルの切替頻度を減らし、通信網全体の負荷を軽減し
て通信効率の高い移動体通信システムを提供することを
目的とする。

【００１２】また、本発明は、地上に限らず洋上の移動
局や高速で移動中の空中の移動局にも同一通信回線、同
一の移動局で対応することが可能な通信回線を有する移
動体通信システム提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体通信
システムは、無線通信のカバーエリアがほぼ同一の１以
上のセルからなる第１のレイヤと、第１のレイヤが有す
る前記セルよりも無線通信のカバーエリアが広く、しか
も無線通信のカバーエリアがほぼ同一の１以上のセルを
有する第２のレイヤとを重複させることによって通信網
を形成して構成した通信回線と、前記通信回線に相互に
通信可能に接続された移動局とを有するものである。

【００１４】また、本発明による移動体通信システムの
前記第１のレイヤは、無線通信のカバーエリアの狭いセ
ルからなる小レイヤで構成され、前記第２のレイヤは、
前記第１のレイヤである小レイヤのセルよりも広いカバ
ーエリアのセルからなる中レイヤと、前記中レイヤのセ
ルよりも広いカバーエリアのセルからなる大レイヤで構
成したものである。

【００１５】また、本発明による移動体通信システムの
前記第１のレイヤである前記小レイヤのセルは、地上セ
ル局で構成され、前記第２のレイヤである前記中レイヤ
のセルは、ビル局、鉄塔局又は成層圏の定点に停留した
成層圏プラットフォーム局で構成され、前記大レイヤの
セルは成層圏の定点に停留した成層圏プラットフォーム
局又は衛星局でそれぞれ構成されるものである。

【００１６】また、本発明による移動体通信システム
は、移動局の移動速度を検出する移動速度検出手段を備
え、前記移動速度検出手段により検出した前記移動局の
移動速度に応じて前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを
選択し、選択された第１のレイヤ又は第２のレイヤのセ
ルの基地局にハンドオーバすることを特徴とするもので
ある。

【００１７】また、本発明による移動体通信システムの
前記移動速度検出手段は、前記第１のレイヤ又は第２の
レイヤのセルの基地局と移動局との通話保持時間を計測
して、計測した前記通話保持時間を予め設定した通話保
持基準時間と比較して前記移動局の移動速度を検出する
ものである。

【００１８】また、本発明による移動体通信システムの
前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局と
移動局との通信方式は、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉ
ｓｏｎＭｕｌｔｉｐｅＡｃｃｅｓｓ）方式であるこ
とを特徴とするものである。

【００１９】また、本発明による移動体通信システムの
前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局に
は、固有の無線周波数体が割り当てられて前記第１のレ
イヤ又は第２のレイヤを固有の無線周波数体系により識
別することを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明による移動体通信システムの
前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局に
は、固有の拡散コードとしてＰＮ符号の短周期Ｍ系列符
号を割り当てて前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを固
有のコードにより識別することを特徴とするものであ
る。

【００２１】また、本発明による移動体通信システムの
移動局は、自己の移動速度を検出する移動速度検出手段
を備え、前記移動速度検出手段で検出した移動速度に基
づいて前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを選択し、選
択した第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局
に接続要求信号を発することを特徴とするものである。

【００２２】また、本発明による移動体通信システムの
移動局は、前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セル
の基地局の電波受信レベルに基づき、第１のレイヤ又は
第２のレイヤの通話に関する情報の表示を行う表示手段
を備え、前記表示手段により第１のレイヤ又は第２のレ
イヤと通話が可能であるとの情報が表示された場合に
は、移動局が備える操作手段により選択して前記第１の
レイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局に接続要求信
号を発することが可能な構成としたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明による移動体通信シ
ステムについての実施の形態について図面を参照して説
明する。

【００２４】図１は、無線通信のカバーエリアの狭いセ
ルからなるレイヤと、このレイヤよりも無線通信のカバ
ーエリアの広いセルからなるレイヤを重複させて配置し
た通信網を示す図である。

【００２５】図１に示すように、本実施の形態による移
動体通信システムの通信網は、無線通信のカバーエリア
の狭いセルからなる第１のレイヤとしての小レイヤＬ１
と、第１のレイヤとしての小レイヤＬ１のセルよりも広
いカバーエリアのセルからなる第２のレイヤとからな
る。

【００２６】第２のレイヤとしては、第１のレイヤとし
ての小レイヤＬ１のセルよりも広いカバーエリアのセル
からなる中レイヤＬ２と、この中レイヤＬ２のセルより
も広いカバーエリアのセルからなる大レイヤＬ３で構成
されている。

【００２７】第１のレイヤとしての小レイヤＬ１、第２
のレイヤとしての中レイヤＬ２及び大レイヤＬ３内に
は、多数のセルＣが存在しており、各レイヤ内のセルＣ
同士はは、無線通信のカバーエリアがほぼ同一である。
例えば、図１に示す、Ｌ１Ｃ１とＬ１Ｃ２とは同一であ
り、Ｌ２Ｃ１とＬ２Ｃ２とは同一であるが、第１のレイ
ヤ内のＬ１Ｃ１と第２のレイヤ内のＬ２Ｃ１とは同一で
はない。そして、図１に示す小レイヤＬ１におけるｎ番
目のセルをＬ１Ｃｎ（但し、ｎ＝１，２，・・・）とし
て示し、中レイヤＬ２におけるｎ番目のセルをＬ２Ｃｎ
（但し、ｎ＝１，２，・・・）として示している。更
に、大レイヤＬ３におけるｎ番目のセルをＬ３Ｃｎ（但
し、ｎ＝１，２，・・・）として示している。

【００２８】前述したように、通信網は、第１のレイヤ
としての小レイヤＬ１より第２のレイヤとしての中レイ
ヤＬ２、そして大レイヤＬ３が重複して配置されて階層
構造が形成されている。

【００２９】なお、本実施の形態によれば、第１のレイ
ヤを小レイヤＬ１とし、第２のレイヤを中レイヤＬ２、
大レイヤＬ３としているが、第２のレイヤを中レイヤＬ
２とし、第３のレイヤを大レイヤＬ３としてもよく、更
に、第４のレイヤを設けるようにしてもよい。

【００３０】次に、各レイヤを構成するセルＣの基地局
について説明する。

【００３１】セルＣの基地局は、移動局１（図５，図６
に図示）と無線で通信を行うものであり、この移動局１
は、携帯可能で音声通話及びデータ通信が行える移動端
末通信装置であり、前記セルＣの基地局と音声通話、デ
ータ通信が行える構成となっている。移動体通信システ
ムの各レイヤのセルＣの基地局と移動局１との通信方式
は、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｏｎＭｕｌｔｉ
ｐｅＡｃｃｅｓｓ）方式である。

【００３２】第１のレイヤとしての小レイヤＬ１のセル
Ｃの基地局は、地上セル局、第２のレイヤとしての中レ
イヤＬ２のセルＣの基地局は、数十メートルの高さのビ
ル又は鉄塔上にアンテナを取り付けたビル局、鉄塔局又
は、地上２０Ｋｍ上空の成層圏の定点に停留する飛行船
などからなる成層圏プラットフォームに取り付けた基地
局（成層圏プラットフォーム局）、大レイヤＬ３のセル
Ｃの基地局は、成層圏の定点に停留する飛行船などから
なる成層圏プラットフォーム局又は衛星局からなる。し
かしながら、本実施の形態による移動体通信システムの
第１のレイヤ及び第２のレイヤは、階層構造とした点に
特徴を有するものであるので、基地局のアンテナの高度
及び送信電力の大きさによってすべてが決定されるもの
ではない。けだし、第２のレイヤから発せられる無線通
信の範囲は、発射される角度及び範囲等を可変設定する
ことが可能な構成となっているからである。

【００３３】本実施の形態による移動体通信システムの
小レイヤＬ１のセルＣである地上セル局の地上でのカバ
ーエリアは、直径５Ｋｍ程度、中レイヤＬ２のセルＣで
あるビル局又は鉄塔局のカバーエリアは、直径１５Ｋｍ
程度、成層圏プラットフォーム局のカバーエリアは直径
１５０Ｋｍ、衛星局のカバーエリアは直径１０００Ｋｍ
となっている。

【００３４】なお、図２に示すように、成層圏プラット
フォーム局を以後ＳＰＦ局３と称する。

【００３５】前記ＳＰＦ局３は、図２に示すように、地
上からエレベーションアングル（仰角）１５度以内が通
信可能なエリアとなっている。このため、ＳＰＦ局３の
カバーエリアは、自動車、高速鉄道などの移動体２が移
動する地上では直径１５０Ｋｍであり、飛行機が飛行す
る地上より１０Ｋｍの高度でのカバーエリアは、直径７
５Ｋｍである。

【００３６】また、各レイヤにおけるセルＣの形状は、
講学上、正六角形で図示するのが好適であり、中心の正
六角形のセルを取り巻くようにセルを配置してレイヤが
形成される。正六角形とすることによって、隣接セルと
の関係が明確になるからである。

【００３７】次に、階層構造を形成するレイヤの通信形
態について説明する。

【００３８】本実施の形態による移動体通信システムの
各レイヤのセルＣと移動局１との通信方式は、ＣＤＭＡ
方式を利用している。したがって、前記ＣＤＭＡ方式に
より各レイヤを拡散コードによる区分と無線周波数体に
よる区分とを行い、各レイヤの識別が可能な構成として
いる。

【００３９】図３及び図４は、このような区別により図
示したものである。すなわち、図３は、各レイヤを拡散
コードにより区分したレイヤ構成を示す図、図４は、各
レイヤに固有の周波数体を割り当てて各レイヤを周波数
体系で区分した例を示す図である。

【００４０】図３に示すように、一つのセルＣは、指向
性を持つアンテナ（図示せず）を使用してセルＣ内を３
つのセクタに分割する。前記セクタは、無線周波数ｆ１
からｆ４（ｆ１〜４で図示）を使用している。しかし、
小レイヤＬ１、中レイヤＬ２及び大レイヤＬ３のコード
体系はそれぞれ異なっている。すなわち、拡散コードと
してのＷａｌｓｈ符号、長周期Ｍ系列符号、短周期Ｍ系
列符号からなる複数のＰＮ符号のうち、短周期Ｍ系列符
号は予め基地局のセルＣ・セクター毎に割り当てられよ
うにする。これにより、各レイヤを拡散コードで制御す
ることができる。

【００４１】また、図４に示すように、一つのセルＣ
は、指向性を持つアンテナ（図示せず）を使用してセル
Ｃ内を３つのセクタに分割する。また、図４に示すよう
に、小レイヤＬ１のセルＣは、無線周波数ｆ１からｆ４
（ｆ１〜４で図示）を使用している。また、中レイヤＬ
２のセルは無線周波数ｆ１１からｆ１４（ｆ１１〜１４
で図示）を使用し、大レイヤＬ３のセルは無線周波数ｆ
１０１からｆ１０４（ｆ１０１〜１０４で図示）を使用
している。各レイヤに異なる無線周波数を割り当てるこ
とにより、各レイヤを共通の拡散コードで制御すること
ができる。

【００４２】また、図５は、本発明による移動体通信シ
ステムの構成を示すブロック図である。なお、図５に示
す移動体通信システムは、中レイヤＬ２のセル（Ｌ２Ｃ
ｎ）の基地局を鉄塔局で、大レイヤＬ３のセル（Ｌ３Ｃ
ｎ）の基地局をＳＰＦ局３で構成した場合を想定したも
のである。

【００４３】図５に示すように、小レイヤＬ１の各セル
Ｃの基地局は、小レイヤＬ１のセルＣの基地局を総括、
制御する小レイヤ制御装置４と通信回線とで接続されて
おり、中レイヤＬ２の各セルＣの基地局は、中レイヤＬ
２のセルＣの基地局を制御する中レイヤ制御装置５と通
信回線とで接続され、また、大ゾーンＬ３の各セルＣの
基地局は、大レイヤＬ３のセルＣの基地局を制御する大
レイヤ制御装置６と無線回線とで接続されている。

【００４４】前記小レイヤ制御装置４、中レイヤ制御装
置５及び大レイヤ制御装置６の各レイヤ制御装置は、レ
イヤ間のハンドオーバ等の制御を行うレイヤ中央制御装
置７と接続されており、このレイヤ中央制御装置７は、
交換局と接続されて公衆回線網と接続されている。

【００４５】前記小レイヤ制御装置４、中レイヤ制御装
置５及び大レイヤ制御装置６を総称してレイヤ制御装置
と称する。

【００４６】次に、各レイヤのセルＣの基地局と無線通
信を行う移動局１の構成を図６のブロック図を参照して
説明する。

【００４７】図６に示すように、移動局１は、移動局１
は、電波の送受信を行うアンテナ１ｆと、電波の分配を
行う送受波分配部１ｇと、受信した電波の増幅、ミキシ
ング等を行う受信部１ｈと、信号を逆拡散して合成する
ＲＡＫＥ受信部１ｉと、制御チャンネル信号や音声信号
の分解、合成を行うチャンネル処理部１ｊと、マイク、
スピーカを含む音声アナログ信号を処理する音声処理部
１ｋと、送信データを拡散処理する拡散処理部１ｌと、
直交変調、電力増幅等を行う送信部１ｍと、前記受信部
１ｈ及び送信部１ｍへ高周波を供給する周波数シンセサ
イザ部１ｎと、演算及び制御を行う制御手段としての制
御部１ａと、液晶ドライバーと液晶ディスプレイよりな
る表示手段としての表示部１ｂと、番号等を入力する操
作手段としてのキーボード１ｃと、外部のコンピュータ
と接続する入出力部１ｄと、各部に電源を供給するバッ
テリ１ｏと、加速度計１ｅとを有している。

【００４８】制御手段としての制御部１ａは、ＣＰＵ
（セントラルプロセッサユニット）又はＤＳＰ（デジタ
ルシグナルプロセッサ）を中心として、プログラム及び
データを記憶するメモリ、表示部１ｂやキーボード１ｃ
等の入出力制御を行う入出力回路、時間を計測するタイ
マ（時計）等で構成されている。なお、加速度計１ｅ以
外の各部は、セルＣの基地局とＣＤＭＡ方式により音声
通話、データ通信を行うためのものである。

【００４９】図６に示すように、移動速度検出手段とし
ての加速度計１ｅは、移動中の加速度を測定して、この
測定した加速度の信号を制御部１ａに出力し、制御部１
ａで加速度計１ｅの加速度の信号を積分して移動局１の
速度を算出する。

【００５０】また、移動局１は、チャンネル処理部１ｊ
から出力される制御チャンネル信号からの各レイヤのセ
ルＣの基地局の電波の受信レベルを制御部１ａで処理し
て、各レイヤの通話可否を表示する表示手段としての表
示部１ｂは、各レイヤのセルＣの基地局の電波受信レベ
ルも表示する。通話者は、表示部１ｂの表示によってど
のレイヤが通話可能かを知ることができる。

【００５１】また、操作手段としてのキーボード１ｃ
は、操作スイッチを内蔵しており、通話者は、通話可能
なレイヤに操作スイッチを操作することによりレイヤの
セルＣの基地局に接続を要求して通話することが可能で
ある。しかして、本実施の形態による移動通信システム
の移動局１は、操作手段としてのキーボード１ｃを手動
操作してレイヤとの接続も可能であるが、通話可能なレ
イヤを自動探索してセルの基地局と接続可能な構成とな
っている。

【００５２】次に、移動局１の移動による各レイヤの切
替について説明する。

【００５３】図５に示すように、移動局１の移動速度を
検出する移動速度検出手段は、小レイヤ制御装置４、中
レイヤ制御装置５、大レイヤ制御装置６及びレイヤ中央
制御装置７により実行される一連の処理からなる。

【００５４】本発明による移動体通信システムの移動速
度検出手段は、同一セルＣの基地局と移動局１との通話
保持時間により移動局１の移動速度を検出する。しかし
て、レイヤＬ１、中レイヤＬ２、大レイヤＬ３は、基準
となる基準通話保持時間を予め設定して移動局１とセル
Ｃとの通話保持時間と基準通話保持時間とを比較して、
移動局１の移動速度の大きさを得る。例えば、各レイヤ
におけるセルＣの基準通話保持時間を分単位での定数Ｔ
ｖ１，Ｔｖ２とする。但し、基準通話保持時間の定数
（Ｔｖ１，Ｔｖ２）は、Ｔｖ１＞Ｔｖ２となるように設
定する。移動局１と、小レイヤＬ１内のセルＣの基地局
との通話保持時間をｔ１とすると、ｔ１＞Ｔｖ１のと
き、移動局１は低速で移動しており、Ｔｖ１＞ｔ１＞Ｔ
ｖ２のとき、移動局１は中速で移動しており、ｔ１＜Ｔ
ｖ２では、移動局１は高速で移動していると判断する。
また、移動局１とセルＣとの通話保持時間の計測は、例
えばセルがＬ１Ｃ１の場合は、小レイヤ制御装置４によ
り行われる。

【００５５】前記基準通話保持時間（Ｔｖ１，Ｔｖ２）
は、セルＣのカバーエリア、セルＣの通信チャンネル数
などから決められており、周辺の各レイヤのセルＣの空
きチャンネル数を調べ、トラフィック量に応じて基準通
話保持時間を可変して設定するようにしてもよい。

【００５６】次に、移動局１の移動におけるレイヤ間の
ハンドオーバについて、図５及び図７乃至図１０に示す
フローチャートを参照して説明する。

【００５７】図７に示すように、通話者は、図５に示す
操作手段としてのキーボード１ｃの操作スイッチにより
接続先の番号を指定して、発信キーを押す。この時、移
動局１の制御部１ａは、レイヤ指定の発信かを確認して
（ステップＳ１）、レイヤ指定の発信のときは、指定の
レイヤに接続要求信号を発する（ステップＳ２）。レイ
ヤ指定がない場合には、小レイヤＬ１のセルＣの基地局
に接続要求信号を発する（ステップＳ３）。

【００５８】移動局１がセルＣとの呼の確立がされたと
き、レイヤ制御装置は、通話開始の時間（時刻）を記憶
装置に記憶する（ステップＳ４）。そして、通話が開始
される（ステップＳ５）。通話中に、移動局１は、キャ
リアレベルの検出を行って（ステップＳ６）、キャリア
レベルが規定値以上であるかを判断する（ステップＳ
７）。

【００５９】キャリアレベルが規定値以下の場合には、
ステップ１０に移行する。

【００６０】キャリアレベルが規定値以上の場合には、
通話の品質検査を行い（ステップＳ８）、通話品質レベ
ルが規定値以上であるかを判断する（ステップＳ９）。

【００６１】通話品質レベルが規定値以上の場合には、
移動局１とセルＣとの通信は正常と判断して、ステップ
６からの手順を繰り返す。

【００６２】通話品質レベルが規定値以下の場合には、
通話状態が劣化したと判断して、そのときの時間（時
刻）をレイヤ制御装置の記憶装置に記憶する（ステップ
Ｓ１０）。

【００６３】次に、レイヤ制御装置は、通話開始時間よ
り通信劣化発生時間までの通話保持時間ｔ１を算出して
（ステップＳ１１）、レイヤ中央制御装置７に通話保持
時間ｔ１を通知する。レイヤ中央制御装置７は、通話保
持時間ｔ１と前述した基準通話保持時間Ｔｖ１，Ｔｖ２
とを比較して移動局１の移動速度を検出する（ステップ
Ｓ１２）。

【００６４】次に、レイヤ中央制御装置７は、移動局１
がどのレイヤのセルＣの基地局と通信しているかを判断
する（ステップＳ１３は小レイヤ（小ゾーン）、ステッ
プＳ１４は中レイヤ（中ゾーン））。

【００６５】移動局１が小レイヤＬ１と通信している場
合には、図８に示すように、ステップＳ２０に移行す
る。移動局１が中レイヤＬ２と通信している場合には、
図９に示すように、ステップＳ４０に移行する。また、
移動局１が大レイヤＬ３と通信している場合には、図１
０に示すように、ステップＳ６０に移行する。

【００６６】図８は、移動局１が小レイヤＬ１と通信し
ている場合のハンドオーバ手順を示すフローチャートで
ある。

【００６７】図８に示すように、通話保持時間ｔ１を基
準通話保持時間のＴｖ２と比較して（ステップＳ２
０）、ｔ１＜Ｔｖ２では、移動局１は高速で移動してい
ると判断する（ステップＳ２２）。レイヤ中央制御装置
７は、大レイヤＬ３の通信可能なセルＣの空きチャンネ
ルを検索して、移動局１と通信するチャンネルを決定す
る（ステップＳ２３）。小レイヤＬ１のセルＣの基地局
は、移動局１に大レイヤＬ３のセルＣの基地局及び通話
チャンネルを送信して、大レイヤＬ３のセルＣの基地局
にチャンネルを切り替えるよう指示する。移動局１は、
指定された大レイヤＬ３のセルＣの基地局と通信を開始
して、ハンドオーバを行う（ステップＳ２４）。

【００６８】また、ステップＳ２０で高速で移動してい
ないと判断した場合には、通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞
ｔ１＞Ｔｖ２であるかを比較して（ステップＳ２１）、
移動局１の通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞ｔ１＞Ｔｖ２の
ときには移動局１は中速で移動していると判断する（ス
テップＳ２５）。

【００６９】レイヤ中央制御装置７は、中レイヤＬ２の
通信可能なセルＣの空きチャンネルを検索して移動局１
と通信するチャンネルを決定する（ステップＳ２６）。
中レイヤＬ２のセルＣの基地局は、移動局１に中レイヤ
Ｌ２のセルＣの基地局及び通話チャンネルを送信して中
レイヤＬ２のセルＣの基地局にチャンネルを切り替える
よう指示する。移動局１は、指定された中レイヤＬ２の
セルＣの基地局と通信を開始してハンドオーバを行う
（ステップＳ２６）。

【００７０】また、ステップＳ２１で中速で移動してい
ない場合には、移動局１は低速で移動していると判断す
る（ステップＳ２８）。レイヤ中央制御装置７は、同一
レイヤ（小レイヤＬ１）の通信可能なセルＣの空きチャ
ンネルを検索して、移動局１と通信するチャンネルを決
定する（ステップＳ２９）。小レイヤＬ１のセルＣの基
地局は、移動局１に小レイヤＬ１のセルＣの基地局及び
通話チャンネルを送信して小レイヤＬ１のセルＣの基地
局にチャンネルを切り替えるよう指示する。移動局１
は、指定された中レイヤＬ２のセルＣの基地局と通信を
開始してハンドオーバを行う（ステップＳ３０）。

【００７１】図９は、移動局１が中レイヤＬ２と通信し
ている場合のハンドオーバ手順を示すフローチャートで
ある。

【００７２】図９に示すように、通話保持時間ｔ１を基
準通話保持時間のＴｖ２と比較して（ステップＳ４
０）、ｔ１＜Ｔｖ２では、移動局１は高速で移動してい
ると判断する（ステップ４２）。レイヤ中央制御装置７
は、大レイヤＬ３の通信可能なセルＣの空きチャンネル
を検索して、移動局１と通信する大レイヤＬ３チャンネ
ルを決定する（ステップＳ４３）。

【００７３】中レイヤＬ２のセルＣの基地局は、移動局
１に大レイヤＬ３のセルＣの基地局及び通話チャンネル
を送信して大レイヤＬ３のセルＣの基地局にチャンネル
を切り替えるよう移動局１に指示する。移動局１は、指
定された大レイヤＬ３のセルＣの基地局と通信を開始し
てハンドオーバを行う（ステップＳ４４）。

【００７４】また、ステップＳ４０で高速で移動してい
ないと判断したときには、通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞
ｔ１＞Ｔｖ２であるかを比較して（ステップＳ４１）、
移動局１の通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞ｔ１＞Ｔｖ２の
ときには移動局１は中速で移動していると判断する（ス
テップＳ４５）。

【００７５】レイヤ中央制御装置７は、同一レイヤ（中
レイヤＬ２）の通信可能なセルＣの空きチャンネルを検
索して移動局１と通信するチャンネルを決定する（ステ
ップＳ４６）。中レイヤＬ２のセルＣの基地局は、移動
局１に中レイヤＬ２のセルＣの基地局及び通話チャンネ
ルを送信して、中レイヤＬ２のセルＣの基地局にチャン
ネルを切り替えるよう移動局１に指示する。移動局１
は、指定された中レイヤＬ２のセルＣの基地局と通信を
開始して、ハンドオーバを行う（ステップＳ４７）。

【００７６】ステップＳ４１で中速で移動していない場
合には、移動局１は低速で移動していると判断する（ス
テップＳ４８）。レイヤ中央制御装置７は小レイヤＬ１
の通信可能なセルＣの空きチャンネルを検索して、移動
局１と通信する小レイヤＬ１のチャンネルを決定する
（ステップＳ４９）。中レイヤＬ２のセルＣの基地局
は、移動局１に小レイヤＬ１のセルＣの基地局及び通話
チャンネルを送信して小レイヤＬ１のセルＣの基地局に
チャンネルを切り替えるよう移動局１に指示する。移動
局１は、指定された中レイヤＬ２のセルＣの基地局と通
信を開始してハンドオーバを行う（ステップＳ５０）。

【００７７】図１０は、移動局１が大レイヤＬ３と通信
している場合のハンドオーバ手順を示すフローチャート
である。

【００７８】図１０に示すように、通話保持時間ｔ１を
基準通話保持時間のＴｖ２と比較して（ステップＳ６
０）、ｔ１＜Ｔｖ２では、移動局１は高速で移動してい
ると判断する（ステップＳ６２）。レイヤ中央制御装置
７は、同一レイヤ（大レイヤＬ３）の通信可能なセルＣ
の空きチャンネルを検索して移動局１と通信するチャン
ネルを決定する（ステップＳ６３）。大レイヤＬ３のセ
ルＣの基地局は、移動局１に大レイヤＬ３のセルＣの基
地局及び通話チャンネルを送信して大レイヤＬ３のセル
Ｃの基地局にチャンネルを切り替えるよう移動局１に指
示する。移動局１は、指定された大レイヤＬ３のセルＣ
の基地局と通信を開始してハンドオーバを行う（ステッ
プＳ６４）。

【００７９】また、ステップＳ６０で高速で移動してい
ないと判断した場合には、通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞
ｔ１＞Ｔｖ２であるかを比較して（ステップＳ６１）、
移動局１の通話保持時間ｔ１がＴｖ１＞ｔ１＞Ｔｖ２の
ときには移動局１は中速で移動していると判断する（ス
テップＳ６５）。

【００８０】レイヤ中央制御装置７は、中レイヤＬ２の
通信可能なセルＣの空きチャンネルを検索して移動局１
と通信するチャンネルを決定する（ステップＳ６６）。
大レイヤＬ３のセルＣの基地局は、移動局１に中レイヤ
Ｌ２のセルＣの基地局及び通話チャンネルを送信して、
中レイヤＬ２のセルＣの基地局にチャンネルを切り替え
るよう移動局１に指示する。移動局１は、指定された中
レイヤＬ２のセルＣの基地局と通信を開始してハンドオ
ーバを行う（ステップＳ６７）。

【００８１】ステップＳ６１で中速で移動していない場
合には、移動局１は低速で移動していると判断する（ス
テップＳ６８）。レイヤ中央制御装置７は小レイヤＬ１
の通信可能なセルＣの空きチャンネルを検索して、移動
局１と通信するチャンネルを決定する（ステップＳ６
９）。大レイヤＬ３のセルＣの基地局は、移動局１に小
レイヤＬ１のセルＣの基地局及び通話チャンネルを送信
して小レイヤＬ１のセルＣの基地局にチャンネルを切り
替えるよう移動局１に指示する。移動局１は、指定され
た中レイヤＬ２のセルＣの基地局と通信を開始してハン
ドオーバを行う（ステップＳ７０）。

【００８２】以上述べたレイヤ間のハンドオーバは、移
動速度検出手段として小レイヤ制御装置４、中レイヤ制
御装置５、大レイヤ制御装置６及びレイヤ中央制御装置
７による処理について述べたが、前述した移動局１に内
蔵した速度検出手段としての加速度計１ｅで移動速度を
算出して、この速度をレイヤ制御装置に通知してレイヤ
間のハンドオーバを行うことも可能である。

【００８３】次に、移動体２による移動中のレイヤ間の
ハンドオーバの一例を図１１を参照して説明する。

【００８４】図１１に示すように、移動体（自動車）２
が備える移動局１は、小ゾーンのセルＬ１Ｃ１で呼が確
立された後、小レイヤのセルＬ１Ｃ１における通話保持
時間ｔ１が基準通話保持時間Ｔｖ１より長い場合には、
小ゾーン内のセルＬ１Ｃ２にハンドオーバされる。

【００８５】自動車２が小ゾーン内のセルＬ１Ｃ２のカ
バーエリアを走行中に速度を上げて隣接する小ゾーン内
のセルＬ１Ｃ３に接近した場合、ハンドオーバが必要と
なる。

【００８６】小レイヤのセルＬ１Ｃ２における通話保持
時間ｔ１が基準通話保持時間Ｔｖ１より長い場合には、
小ゾーン内のセルＬ１Ｃ３にハンドオーバされるが、高
速移動中であるため、通話保持時間ｔ１が基準通話保持
時間Ｔｖ１よりも短くなってしまう。そこで、通話保持
時間ｔ１がＴｖ１＞ｔ１＞Ｔｖ２のとき、移動局１は中
速で移動しており、図１１に示すように、中レイヤのセ
ルＬ２Ｃ１にハンドオーバして通話チャンネルを切り替
える。通話保持時間ｔ１がｔ１＜Ｔｖ２では、移動局１
は高速で移動していると判断して、大レイヤのセルＬ３
Ｃ１にハンドオーバして通話チャンネルを切り替える。

【００８７】また、移動体２の速度が遅くなった場合に
は、中レイヤＬ２又は大レイヤＬ３のセルＣより小レイ
ヤＬ１のセルにハンドオーバして通話チャンネルを切り
替える。このように、移動局１のセル内の通話保持時間
によって、レイヤのセルＣを切り替えることにより、ハ
ンドオーバの回数を減らすことができ、通信回線の効率
を高めることができる。

【００８８】ハンドオーバする回数は、移動局１の移動
速度とセルのカバーエリアで決定される。セル半径をｒ
（ｋｍ）として一辺ｒの正六角形でセルを配置するとセ
ル間隔をｒ√３、移動速度をＳ（ｋｍ／Ｈ）、通信時間
をｔ（Ｈ）としたとき、ハンドオーバ回数Ｎは、Ｎ＝Ｓ
×ｔ／（ｒ√３）となる。但し、ハンドオーバ回数Ｎ
は、最初の接続がセルＣのほぼ中心で行われて移動方向
が隣接セルの中心方向を進むときのものである。

【００８９】図１２は、各レイヤのセルＣに於ける移動
局の移動速度に対するハンドオーバの回数を示す図であ
る。但し、通話時間は１５分とし、移動局１の速度は、
人が持参する場合は時速４Ｋｍ、車は時速１００Ｋｍ、
高速鉄道は時速２５０Ｋｍ、飛行機は時速９００Ｋｍと
した。図１２に示すように、通話時間１５分での飛行機
の大レイヤＬ３のＳＰＦ局のハンドオーバ回数は４であ
り、飛行機での通話が可能となる。また、高速鉄道で
は、ＳＰＦ局のハンドオーバは発生しない。

【００９０】以上述べたように、人の持っている移動局
は移動速度が遅いので、ある時間移動しても接続してい
る通信網は一つの小レイヤＬ１のセル（図１１の例では
Ｌ１Ｃ１）のみでよい。しかし、自動車が備える移動局
は移動速度がある程度早くなるので前記と同一時間の間
に進む距離は長くなるため、通話状態を維持するために
は小レイヤＬ１をいくつか切り替える必要があり、Ｌ１
レベルにおける通信効率が落ちる。したがって、自動車
で移動する速度に見合った大きなエリアをカバーするレ
イヤ、すなわち、中レイヤＬ２の通信網（図１１のＬ２
Ｃ１）で通信するとハンドオーバ回数を減らすことがで
きる。更に、速度の速い飛行機の場合も同様に、更に広
いエリアをカバーする大レイヤＬ３で構成するレベルの
通信網を使用することにより（図１１のＬ３Ｃ１）、ハ
ンドオーバ回数を減らすことができる。すなわち小レイ
ヤＬ１、中レイヤＬ２、大レイヤＬ３の順にセルＣの通
信カバーエリアが広く、移動速度に応じて小レイヤＬ
１、中レイヤＬ２、大レイヤというレベルの異なる通信
網を使用することにより移動体通信システムの通信効率
を向上させることができる。

【００９１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による移動体
通信システムによれば、移動局の移動速度に応じてレイ
ヤを選択して切り替えることにより、セルＣの基地間の
ハンドオーバの制御及び回数を減らすことができるた
め、通信回線の負荷を軽減して通信の効率を高めること
ができる。また、人の歩行速度から飛行機などの高速移
動時でも、同一な移動局と同一な通信回線で通信サービ
スを提供することができる。また、ＳＰＦを基地局とす
ることにより、地上のみならず海上及び空中での移動局
の通信も可能となる。更に、階層構造を形成するレイヤ
レイヤを拡散コード及び周波数帯で区分しているため、
レイヤ間のハンドオーバが容易に行える通信形態である
ため、安定した通話が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】小レイヤＬ１より中レイヤＬ２そして大レイヤ
Ｌ３が重複して配置した通信網の構成を示す図である。

【図２】高度２０Ｋｍ、エレベーションアングル（仰
角）が１５度のときの、ＳＰＦ局の通信可能なエリアを
示す図である。

【図３】各レイヤを拡散コードにより区分したときのレ
イヤ構成を示す図である。

【図４】各レイヤが周波数体系により区別したときのレ
イヤ構成を示す図である。

【図５】移動体通信システムの構成を示すブロック図で
ある。

【図６】移動局の構成を示すブロック図である。

【図７】移動局とレイヤ間のハンドオーバを示すフロー
チャートである。

【図８】移動局が小レイヤと通信している場合のハンド
オーバを示すフローチャートである。

【図９】移動局が中レイヤと通信している場合のハンド
オーバを示すフローチャートである。

【図１０】移動局が大レイヤと通信している場合のハン
ドオーバを示すフローチャートである。

【図１１】移動体２で移動中でのレイヤ間のハンドオー
バの一例を示す図である。

【図１２】各レイヤのセルの移動局の移動速度に対する
ハンドオーバの回数を示す図である。

【符号の説明】１移動局１ａ制御部１ｂ表示部１ｃキーボード１ｄ入出力部１ｅ加速度計２移動体３ＳＰＦ局４小レイヤ制御装置５中レイヤ制御装置６大レイヤ制御装置７レイヤ中央制御装置Ｌ１小レイヤＬ２中レイヤＬ３大レイヤＣセル

フロントページの続きＦターム(参考） 5K067 AA14 AA22 AA23 BB03 BB04 BB05 BB06 CC10 DD30 DD43 DD44 DD45 EE02 EE07 EE10 EE16 EE45 EE56 EE61 FF05 FF16 FF23 HH01 HH22 HH24 JJ04 JJ35 JJ39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線通信のカバーエリアがほぼ同一の１
以上のセルからなる第１のレイヤと、第１のレイヤが有
する前記セルよりも無線通信のカバーエリアが広く、し
かも無線通信のカバーエリアがほぼ同一の１以上のセル
を有する第２のレイヤとを重複させることによって通信
網を形成して構成した通信回線と、前記通信回線に相互に通信可能に接続された移動局とを
有することを特徴とする移動体通信システム。
【請求項２】前記第１のレイヤは、無線通信のカバー
エリアの狭いセルからなる小レイヤで構成され、前記第
２のレイヤは、前記第１のレイヤである小レイヤのセル
よりも広いカバーエリアのセルからなる中レイヤと、前
記中レイヤのセルよりも広いカバーエリアのセルからな
る大レイヤで構成したことを特徴とする請求項１記載の
移動体通信システム。
【請求項３】前記第１のレイヤである前記小レイヤの
セルは、地上セル局で構成され、前記第２のレイヤであ
る前記中レイヤのセルは、ビル局、鉄塔局又は成層圏の
定点に停留した成層圏プラットフォーム局で構成され、
前記大レイヤのセルは成層圏の定点に停留した成層圏プ
ラットフォーム局又は衛星局でそれぞれ構成されること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の移動体通信シ
ステム。
【請求項４】請求項１に記載の移動体通信システム
は、移動局の移動速度を検出する移動速度検出手段を備
え、前記移動速度検出手段により検出した前記移動局の
移動速度に応じて前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを
選択し、選択された第１のレイヤ又は第２のレイヤのセ
ルの基地局にハンドオーバすることを特徴とする移動体
通信システム。
【請求項５】前記移動速度検出手段は、前記第１のレ
イヤ又は第２のレイヤのセルの基地局と移動局との通話
保持時間を計測して、計測した前記通話保持時間を予め
設定した通話保持基準時間と比較して前記移動局の移動
速度を検出することを特徴とする請求項４記載の移動体
通信システム。
【請求項６】前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各
セルの基地局と移動局との通信方式は、ＣＤＭＡ（Ｃｏ
ｄｅＤｉｖｉｓｏｎＭｕｌｔｉｐｅＡｃｃｅｓ
ｓ）方式であることを特徴とする請求項１乃至請求項５
に記載のうち何れか１に記載の移動体通信システム。
【請求項７】前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各
セルの基地局には、固有の無線周波数体が割り当てられ
て前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを固有の無線周波
数体系により識別することを特徴とする請求項１乃至請
求項６に記載のうち何れか１に記載の記載の移動体通信
システム。
【請求項８】前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各
セルの基地局には、固有の拡散コードとしてＰＮ符号の
短周期Ｍ系列符号を割り当てて前記第１のレイヤ又は第
２のレイヤを固有のコードにより識別することを特徴と
する請求項１乃至請求項７に記載のうち何れか１に記載
の記載の移動体通信システム。
【請求項９】請求項１に記載の移動体通信システムの
移動局は、自己の移動速度を検出する移動速度検出手段
を備え、前記移動速度検出手段で検出した移動速度に基
づいて前記第１のレイヤ又は第２のレイヤを選択し、選
択した第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局
に接続要求信号を発することを特徴とする移動体通信シ
ステム。
【請求項１０】請求項１に記載の移動体通信システム
の移動局は、前記第１のレイヤ又は第２のレイヤの各セ
ルの基地局の電波受信レベルに基づき、第１のレイヤ又
は第２のレイヤの通話に関する情報の表示を行う表示手
段を備え、前記表示手段により第１のレイヤ又は第２の
レイヤと通話が可能であるとの情報が表示された場合に
は、移動局が備える操作手段により選択して前記第１の
レイヤ又は第２のレイヤの各セルの基地局に接続要求信
号を発することが可能な構成としたことを特徴とする移
動体通信システム。