JP2003500951A - 可変チャネルローディング式セルラー通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 時分割多元接続プロトコルに従って動作するセルラー無線通信システムは、種々のフラクショナル・ローディングフ率を異なるタイムスロットに割り当てる手段を有する。その結果と、それに加えてローカル伝搬条件の影響のため、異なるタイムスロットは異なる干渉レベルを有する。移動局がセルの端にあるとき、或いは、激しいシャドウフェージングを受けるときのように最悪ケースの伝搬環境における移動局は、低干渉レベルのタイムスロットが割り当てられる。一方、良好な伝搬環境にある移動局はより高い干渉レベルのタイムスロットが割り当てられる。本発明によれば、好ましくない伝搬環境におけるサービス品質が改良される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ［技術分野］ 本発明は、時分割多元接続プロトコル若しくはコンポーネントを保有し、或い
は、これらに準拠して動作するセルラー無線通信システムに関する。本発明は、
さらに、このシステムで使用するための主局及び従局と、このシステムを運用す
る方法とに関する。

【０００２】 ［背景技術］ セルラー無線通信システムにおいて、システムが動作する領域は、複数のセル
に分割され、各セルは基地局（ＢＳ）のカバレッジエリアによって定められる。
各基地局は、全システムの動作を統括するシステムコントローラに接続されるか
、又は、システム制御機能が基地局間に分散する。移動局（ＭＳ）は、現在滞在
中のセル内の基地局と呼通信が確立され、この通信は、明確な無線プロトコルに
従ってチャネルを介して行われる。このようなプロトコルの中には、たとえば、
汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ）及びＵＭＴＳ時分割二重通信方式（ＴＤ
Ｄ）標準が基礎を置くプロトコルが含まれ、その中の一つのプロトコルは、マル
チキャリア時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）である。このプロトコルによれば、
通信は、複数のキャリア周波数上で定義され、割り付けられたタイムスロットで
行われる。

【０００３】 たとえば、ＧＳＭ標準で動作するような多数のセルラー無線通信システムは、
一方のセルで使用された特定のキャリア周波数がある種の反復パターンに従って
他のセルで再利用される周波数再利用の考え方を採用する。システムの再利用率
は、システムによって使用されるキャリア周波数の総数を、いずれか一つのセル
で使用するため利用可能なキャリアの数で除算した結果の値として定義される。
再利用率が低い場合、各セルでは多数の周波数を利用することができるが、シス
テムは低い再利用率に因る干渉によって制限される（その理由は、同じ周波数が
近傍セル内で使用されるからである）。再利用率が高い場合、システム内の利用
者数は、各セル内で利用可能な減少したチャネルの数によって制限される。

【０００４】 このようなシステムの主要な問題点は、干渉が高く、移動局によって受信され
る電力が小さい最悪ケースの伝搬条件下で通信リンクを移動局へ与える問題であ
る。このような条件は、たとえば、移動局がセル境界付近に置かれたとき、或い
は、移動局が激しいシャドウフェージングを受ける場合に生ずる。再利用率の選
択は、一般的に、スペクトル効率性（及びシステム容量）と、最悪ケースの必定
条件の充足との間の兼ね合いによって決まる。

【０００５】 多数の非常に洗練されたセル設計及び再利用パターンがシステム容量を高める
ために提案されている。その提案内容を以下に列挙する。

【０００６】 第一に環状セル構造体が提案される。基地局の近くにある移動局は、基地局か
ら離れた場所にある移動局が使用するキャリア周波数とは異なるキャリア周波数
を使用する。このような構成は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムと時分
割多元接続（ＴＤＭＡ）システムの両方のシステムに好適である。この構成は、
付加的なキャリア周波数をシステムに割り付ける必要がある点で不利である。

【０００７】 第二に多重再利用パターンが提案される。この構成の場合、異なるキャリアの
組は、異なる再利用パターンを有し、一部のキャリア周波数が他のキャリア周波
数よりも頻繁に再利用される。この構成は、周波数ホッピング方式を採用するＴ
ＤＭＡシステム、たとえば、ＧＳＭに好適であり、干渉ダイバーシチを改良する
。そのため、移動局が非常に高い干渉レベルの影響を受けるとき、別のキャリア
周波数へホップすることが可能であり、このキャリアが元のキャリアとは別の再
利用パターンを有する場合には、干渉レベルも異なり、干渉レベルが低下する可
能性がある。この構成は、全体的な干渉レベルの低下だけを行うので、最悪ケー
スのコネクションを取り扱うために十分な干渉レベルの低下が得られない点で不
利である。

【０００８】 第三にフラクショナル・ローディングが提案される。この構成は、周波数ホッ
ピング方式を使用するＴＤＭＡシステムに適用可能である。時間スロット及び周
波数スロットの中の限定された一部分（フラクショナル・ローディング率）だけ
が、通常はランダムに、割り付けられる。フラクショナル・ローディング率を下
げると、平均干渉レベルが低下し、再利用率を下げることができる。アドミッシ
ョン制御（要求されたコネクションを設定するかどうかを決定するプロセスであ
り、このプロセスは集中プロセスでもよい）は、最大負荷を超えないことを保証
する。この構成も全体的な干渉レベルの低下しか行えない点が不利である。

【０００９】 ［発明の開示］ 本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を回避すると共に、システム容量を
より有効に利用することである。

【００１０】 本発明の第１の局面により提供されるセルラー無線通信システムは、主局及び
複数の従局を有し、主局と従局の間の伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで
行われる時分割多元接続プロトコルに従って動作し、異なるタイムスロットは異
なるフラクショナル・ローディング率を有する。

【００１１】 異なるフラクショナル・ローディング率を有するタイムスロットは、異なる干
渉レベルを有する。したがって、呼は、キャリヤ対干渉比（キャリヤと干渉の比
）が要求されたサービス品質を充足するために適切であることに基づいて、タイ
ムスロットへ割り当てられる。 たとえば、低い干渉レベルを有するタイムスロットは最悪ケースのコネクション
に割り付けられ、一方、高い干渉レベルを有するタイムスロットは良好なコネク
ションに割り付けられるので、システム容量を最適化することが可能である。

【００１２】 本発明の第２の局面によれば、主局及び複数の従局を有し、主局と従局の間の
伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで行われる時分割多元接続プロトコルに
従って動作するセルラー通信システムにおいて使用される主局が提供され、異な
るフラクショナル・ローディング率を異なるタイムスロットへ与える手段が設け
られる。

【００１３】 本発明の第３の局面によれば、主局及び複数の従局を有し、主局と従局の間の
伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで行われる時分割多元接続プロトコルに
従って動作するセルラー通信システムにおいて使用される従局が提供され、異な
るタイムスロットにおける干渉レベルを判定し、呼に対して要求されたサービス
品質を与えることができる最低のキャリヤ対干渉比を有するタイムスロットへの
コネクションの割り当てを要求する手段が設けられる。

【００１４】 本発明の第４の局面によれば、主局及び複数の従局を有し、主局と従局の間の
伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで行われる時分割多元接続プロトコルに
従って動作するセルラー無線通信システムを運用する方法が提供され、この方法
では、異なるフラクショナル・ローディング率が異なるタイムスロットに適用さ
れる。

【００１５】 本発明は、伝送フレームの異なるタイムスロットは、異なるフラクショナル・
ローディング率を取り得るという有利な事項の認識に基礎を置き、この認識事項
は従来技術には無い認識事項である。

【００１６】 ［本発明の実施態様］ 以下、一例として添付図面を参照して本発明を説明する。

【００１７】 図１に示されたセルラー無線通信システムの一部分は、中央コントローラ（Ｃ
ＯＮ）１０２と、複数のセル１０４とを含む。各セルは、セルの中心に置かれ、
全方向性伝送パターンを備えた（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのラベルが付けられた）主局（
ＢＳ）１０６を含む。指向性伝送パターンを備えた主局をセルの隅に設置しても
よい。セル１０４は、六角形の形状で図示されているが、実際には、セルの形状
は規則的でなくてもよく、各セル内のローカル無線環境に依存する。また、必ず
しも全てのセル１０４が同じサイズでなくてもよい。実際上、セルのサイズは、
異なる場所における様々なトラヒック要求に応じて屡々変更される。

【００１８】 コントローラ１０２は、コネクション手段１０８によって各基地局へ接続され
る。コネクション手段１０８は、たとえば、地上線コネクション手段、或いは、
無線コネクション手段によって構成される。コントローラ１０２は、全システム
の動作を協調させ、たとえば、必要な協調タスク及び同期タスクを実行する。一
部のシステムでは、コントローラ１０２の機能は、たとえば、複数の主局１０６
の間で分散している。本発明による一実施例のシステムの場合、コントローラ１
０２は、対応したチャネル及びタイムスロットに対するフラクショナル・ローデ
ィング率と再利用率とに関する情報を記憶し、この情報が更新される。ＰＳＴＮ
又は他の適当なネットワークへのコネクションは、コントローラ１０２を介して
行われる。或いは、各基地局１０６は専用コネクションを有する。

【００１９】 上記システムの一つのセル内の構造は図２に示される。一つのセル内には、基
地局１０６と、複数の従局（ＭＳ）２１０とが設けられる。基地局１０６は、マ
イクロコントローラ（μＣ）１０２と、無線伝送手段２０６へ接続されたトラン
シーバー手段２０４と、中央コントローラ１０２への接続用のコネクション手段
１０８とを含む。各移動局２１０は、マイクロコントローラ（μＣ）２１２と、
無線伝送手段２１６へ接続されたトランシーバー手段２１４とを含む。基地局１
０６から無線局２１０への通信は、ダウンリンクチャネル２２２で行われ、移動
局２１０から基地局１０６への通信は、アップリンクチャネル２２４で行われる
。

【００２０】 本発明は、シングルキャリア又はマルチキャリア方式ＴＤＭＡプロトコルに従
って動作するセルラー無線通信システムにも関連する。このようなシステムのた
めの無線チャネルの構造は図３に示されている。無線チャネル３００は、フレー
ム３０２の系列に分割される。各フレーム３０２は、基地局１０６と移動局２１
０の間の通信が行われる複数のタイムスロット３０４に細分される。無線チャネ
ル３００は、ダウンリンクチャネル２２２とアップリンクチャネル２２４の間で
共用され、或いは、ダウンリンク若しくはアップリンク方向の通信毎に専用でも
よい。

【００２１】 本発明によるシステムの場合、各タイムスロット３０４は、異なるフラクショ
ナル・ローディング率と、異なる再利用率とを有する。たとえば、各フレーム３
０２内の第１のタイムスロット３０４は、低いフラクショナル・ローディング率
（すなわち、低い再利用率）を有し、一方、第２のタイムスロット３０４は、高
いフラクショナル・ローディング率（すなわち，高い再利用率）を有する。フラ
クショナル・ローディング及び再利用率に関する情報はシステムコントローラ１
０２に蓄積される。

【００２２】 タイムスロット毎に異なる平均干渉レベルを保証するため周波数ホッピング（
又は、等価的なタイムスロットホッピング）が使用される。主局１０６間に明確
な協調を設ける必要はない。しかし、主局１０６間に、コントローラ１０２を介
して同期がある場合には、フラクショナル・ローディング割り当てへの同じタイ
ムスロットが各基地局１０６で使用される。主局１０６間に同期が無い場合、各
スロットのローディングは、干渉レベルを判定することによって測定されるべき
である。

【００２３】 異なるフラクショナル・ローディング率を異なるタイムスロットへ適用するこ
とにより、異なる再利用率を異なるタイムスロットへ適用できるようになる。し
たがって、各タイムスロットは、コントローラ１０２によって、或いは、無線リ
ンク毎に十分に低い干渉レベルを有するタイムスロットを選択するため動的チャ
ネル割り付け技術を使用することによって、協調された方法で主局１０６の間に
割り付けられる固有の再利用パターンを有する。周波数ホッピングにより生ずる
干渉レベルの平均化は本発明によるシステムにおいて必須ではないので、周波数
ホッピングは行わなくてもよい。

【００２４】 図１を参照して、ラベルＡが付された基地局１０６によって使用されるタイム
スロットについて考える。低いフラクショナル・ローディング率と、値１の再利
用率とを備えたタイムスロットだけがラベルＢを付された主局１０６によって使
用される。より高いフラクショナル・ローディング率と、より低い再利用率とを
備えたタイムスロットは、ラベルＣとラベルＤが付された主局１０６によって再
利用される。

【００２５】 異なるフラクショナル・ローディング率及び再利用率を異なるタイムスロット
において適切に使用するため、タイムスロットへの呼の割り当ては、選択された
タイムスロットにおけるキャリヤ対干渉比が呼のために要求されたサービス品質
を充足するために必要な程度を超えないように行われるべきである。このことは
、低い干渉レベルのタイムスロットが、所望の基地局１０６への最悪ケースの伝
搬路を有する移動局２１０で利用可能であることを保証する。この点で、このシ
ステムは、呼を成功させるために必要とされるキャリヤ対干渉比よりも非常に良
好な比が得られるとしても、新しい呼が最低干渉レベルを有する利用可能なスロ
ットへ割り当てられる欧州デジタルコードレス電話方式（ＤＥＣＴ）と対照的で
ある。

【００２６】 たとえば、最低限のサービス品質を必要条件とする一部のアプリケーションで
は、特定の呼からタイムスロットへの割り当てに関する見込み品質を査定する必
要がある。一般的に、そのためには、各タイムスロットに対する現在の干渉レベ
ルと、（伝搬条件及び送信器パワー出力に依存する）利用可能なキャリヤ信号レ
ベルを知る必要がある。このような情報は典型的な移動無線システムの場合には
容易に取得できる。基地局１０６の送信パワーは既知であり（かつ、放送され）
、干渉レベルは移動局２１０によって測定可能である。

【００２７】 本発明による移動局２１０が呼を開始する方法は図４に示されている。この方
法は、移動局２１０が呼を作成しようとするとき、ステップ４０２でスタートす
る。次に、ステップ４０４において、移動局２１０は、基地局１０６の送信に同
期するため基地局１０６から放送信号を獲得する。移動局２１０は、次に、ステ
ップ４０６において、利用可能なタイムスロットにおけるキャリヤ対干渉の比を
測定する。一般的に、多数のタイムスロットがあるキャリヤ対干渉比の範囲内で
利用可能である。要求されたサービス品質を充たす程度のキャリヤ対干渉比を有
するタイムスロットを選択することにより、より良好な特性を有するタイムスロ
ットは、より劣悪な伝搬環境において移動局２１０が使用するため確保される。
したがって、移動局２１０は、好ましくは、ステップ４０８で、実現されるべき
呼に対し要求されたサービス品質を実現する最悪ケースのキャリヤ対干渉比を有
するタイムスロットでのコネクションを開始するよう基地局１０６に要求する。

【００２８】 本発明によるシステムの主要な利点は、付加的な再利用パターンに高い再利用
率を与えるため、付加的なキャリヤ周波数を設ける必要が無いことである。すな
わち、既設のＴＤＭＡシステムのサービス品質、及び／又は、容量は、ハードウ
エアの変更を伴うことなく改良される。

【００２９】 アップリンクコネクションとダウンリンクコネクションのデータレートが異な
る場合、一般的に、アップリンクとダウンリンクには異なるローディング率が生
ずる。また、アップリンクとダウンリンクにおける対称トラヒック及び非対称ト
ラヒックの両方のトラヒックに対し、アップリンクスロット及びダウンリンクス
ロットを別々に割り当てることができるならば、多数のタイムスロット間のロー
ディング率は、システム容量を最大限に生かすため、アップリンクとダウンリン
クで別々に用意される。

【００３０】 本発明は、原理的に、ＧＳＭ方式、ＤＥＣＴ方式、ＵＭＴＳ方式及びＩＭＴ２
０００方式を含むＴＤＭＡコンポーネントを有する任意の無線システムへ適用可
能である（但し、現在ＤＥＣＴのため規定されているチャネル割り当て方式は、
上述の通り、本発明の一部の局面の実現を妨げる）。また、本発明は、アップリ
ンク伝送とダウンリンク伝送の両方へ同等に適用可能である。

【００３１】 ＣＤＭＡ技術が使用されるＵＭＴＳ ＴＤＤモードのようなアプリケーション
の場合、フラクショナル・ローディングは、一部のタイムスロットへ他のタイム
スロットよりも多数の拡散符号を割り当てることにより、簡単に実現され得る。
さらに、ローディングは、割り当てられた符号の拡散率を変更することによって
調整され、高いローディングは低い拡散率に対応する。このようなＣＤＭＡシス
テムの場合、リソースの割り付けを更に柔軟に行うことが可能である。たとえば
、スロットに対する所望のローディング率を超えない限り、呼は最良のキャリヤ
対干渉比を備えたタイムスロットに割り当ててもよい。隣り合うセル同士は同期
していることが望ましいが、ＣＤＭＡ−ＴＤＤシステムの場合、隣接セル間の同
期は必須ではない。さらに、周波数ホッピングとタイムスロットホッピングのい
ずれか一方又は両方を利用可能であるが、利用しなければならないわけではない
。

【００３２】 以上の本発明の開示内容から、当業者にはその他の置換が明らかになるであろ
う。このような置換の中には、セルラー無線通信システムとその構成部品に関し
て公知である他の事項が含まれ、これらの事項は、既に開示された事項の代替と
して、或いは、既に開示された事項に付け加えて使用される。

【００３３】 明細書の発明の詳細な説明の欄及び特許請求の範囲において、特に指定の無い
限り、構成要素は１個に限定されず、複数個でも構わない。また、「含」む、「
有」する、「具備」する、「備え」る、などの用語は、列挙されていない要素若
しくはステップを除外するものではない。

【００３４】 ［産業上利用性］ 本発明は、たとえば、ＧＳＭやＵＭＴＳのような無線通信システムの分野で利
用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 セルラー無線通信システムの一部の構成図である。

【図２】 無線通信システムの一つのセルの略構成図である。

【図３】 無線チャネルのフレーム及びタイムスロットへの分割の説明図である。

【図４】 本発明による呼を開始する方法のフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ Ｆターム(参考） 5K028 AA01 AA11 BB04 CC05 DD01 DD02 HH02 LL02 5K067 AA11 AA23 BB04 DD34 DD42 EE02 EE10 EE24 EE63 JJ38 JJ74 JJ76

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主局及び複数の従局を有し、主局と従局の間の伝送が伝送フ
   レーム内のタイムスロットで行われる時分割多元接続プロトコルに従って動作す
   るセルラー無線通信システムであって、 異なるタイムスロットは異なるフラクショナル・ローディング率を有する、 システム。
2. 【請求項２】 呼は、上記呼に対して要求されたサービス品質を充足し得る
   範囲内で最悪のキャリヤ対干渉比を有するタイムスロットへ割り当てられること
   を特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】 符号分割多元接続プロトコルに従って動作し、 異なる数の拡散符号を異なるタイムスロットに割り当てることによりフラクシ
   ョナル・ローディングが行われる、 ことを特徴とする請求項１又は２記載のシステム。
4. 【請求項４】 主局と従局の間の伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで
   行われる時分割多元接続プロトコルに従って動作するセルラー通信システムにお
   いて使用される主局であって、 異なるフラクショナル・ローディング率を異なるタイムスロットへ与える手段
   を具備した主局。
5. 【請求項５】 異なるタイムスロットにおける干渉レベルを判定し、呼に対
   して要求されたサービス品質を充足し得る範囲内で最悪のキャリヤ対干渉比を有
   するタイムスロットへ呼を割り当てる手段を具備することを特徴とする請求項４
   記載の主局。
6. 【請求項６】 上記システムは符号分割多元接続プロトコルに従って動作し
   、 異なる数の拡散符号を異なるタイムスロットに割り当てる手段を具備すること
   を特徴とする請求項４又は５記載の主局。
7. 【請求項７】 主局と従局の間の伝送が伝送フレーム内のタイムスロットで
   行われる時分割多元接続プロトコルに従って動作するセルラー通信システムにお
   いて使用される従局であって、 異なるタイムスロットにおける干渉レベルを判定し、呼に対して要求されたサ
   ービス品質を充足し得る範囲内で最悪のキャリヤ対干渉比を有するタイムスロッ
   トへのコネクションの割り当てを要求する手段を具備した従局。
8. 【請求項８】 主局及び複数の従局を有し、主局と従局の間の伝送が伝送フ
   レーム内のタイムスロットで行われる時分割多元接続プロトコルに従って動作す
   るセルラー無線通信システムを運用する方法であって、 異なるフラクショナル・ローディング率が異なるタイムスロットに適用される
   ことを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 呼に対して要求されたサービス品質を充足し得る範囲内で最
   悪のキャリヤ対干渉比を有するタイムスロットへ上記呼を割り当てることを特徴
   とする請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 上記システムは符号分割多元接続プロトコルに従って動作
    し、 異なる数の拡散符号を異なるタイムスロットに割り当てることを特徴とする請
    求項８又は９記載の方法。