JP2007194754A - 移動体通信システム及びそれに用いるセル配置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速で移動する移動機の通信品質を改善し、セルの通信容量を改善可能な移動体通信システムを提供する。
【解決手段】 通常セル１０２の配置に加えて、高速で移動する移動機（図示せず）を収容するための高速セル１０１を高速道路や鉄道に沿って線状に配置し、速度域を分割して移動機を収容している。通常セル１０２では、低速（静止〜一般道を法定速度で走行する自動車程度）で移動する移動機を収容する。高速セル１０１では、高速で移動する移動機を収容し、高速で移動する移動機は、高速道路上を走行する自動車上や鉄道を走行する列車上に限定される。高速セル１０１においては、セクタｎとセクタｎ＋１とがセル内の移動機の移動方向（遠ざかるか、近づくか）が一致するように配置され、ハンドオーバのためにオーバラップを設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は移動体通信システム及びそれに用いるセル配置方法に関し、特に移動体通信システムを構成する移動機を収容するセルの配置方法に関する。

従来、移動体通信システムにおいては、広範囲なエリアを移動する多数の移動機を収容するために、多数の無線基地局によって形成される多数のセル（無線ゾーン）によってサービスエリアをカバーするセルラ方式が一般的に採用されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、セル内においては、各移動機がその速度に関係なく、最寄りの無線基地局に無線接続され、各無線基地局は有線回線にて交換局に接続され、その交換局を通して他のネットワークへと接続されるようになっている。

これに対して、上記の特許文献１では、高速な移動機を、通常のセルよりも大きなセルに収容することで、高速な移動機におけるハンドオーバの頻度を低減する方法が提案されている。また、従来の移動体通信システムとしては、この種別や移動機の移動速度等を基に移動機が接続するのに最適な大きさのセルをカバーする無線基地局に接続させる方法も提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００３−００９２１６号公報 特開平０９−２０５６７３号公報 特開平０９−２０５６７９号公報

上述した従来の移動体通信システムでは、低速で移動する移動機と高速で移動する移動機とを区別せず、同じセルに収容しているため、高速で移動する移動機の通信品質が十分ではないという問題がある。

また、従来の移動体通信システムでは、高速で移動する移動機が低速で移動する移動機に比べて無線の所要電力（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が高いため、セルの電力リソースを余計に消費し、セルの通信容量を低下させるという問題がある。

これらの問題は、上述した特許文献１〜３に記載の技術、つまりハンドオーバの頻度の低減を図る技術や最適なセル選択を行う技術でも解決することが困難である。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、高速で移動する移動機の通信品質を改善するができ、セルの通信容量を改善することができる移動体通信システム及びそれに用いるセル配置方法を提供することにある。

本発明による移動体通信システムは、無線基地局が管理するセルに移動機を収容する移動体通信システムであって、
低速で移動する移動機を収容する通常セルと、高速で移動する移動機を収容するための高速セルとを設け、
前記通常セルと前記高速セルとにおいて速度域を分割して前記移動機を収容している。

本発明によるセル配置方法は、無線基地局が管理するセルに移動機を収容する移動体通信システムに用いるセル配置方法であって、
低速で移動する移動機を収容する通常セルと、高速で移動する移動機を収容するための高速セルとを設け、
前記通常セルと前記高速セルとにおいて速度域を分割して前記移動機を収容している。

すなわち、本発明の移動体通信システムは、移動機の移動速度に応じてセル配置を行い、セル毎に無線基地局装置の無線特性の最適化を行うことで、高速で移動する移動機の通信品質を改善するとともに、セルの通信容量を改善することを特徴としている。

より具体的に説明すると、本発明の移動体通信システムでは、通常のセル配置に加えて、高速で移動する移動機を収容するための高速セルを設け、速度域を分割して移動機を収容している。この場合、通常セルでは、低速（静止〜一般道を法定速度で走行する自動車程度）で移動する移動機を収容し、高速セルでは、高速で移動する移動機を収容する。高速で移動する移動機は、高速道路上を走行する自動車上や鉄道を走行する列車上に限定される。

これによって、本発明の移動体通信システムでは、通常セルにおいて、無線電力リソースをより多く消費する高速移動の移動機を収容しないので、通常セルの通信容量を改善することが可能となる。

また、本発明の移動体通信システムでは、高速セルにおいて、無線基地局の変復調部を既知のドップラー周波数に特化して動作させることによって、高速移動の移動機の通信品質の改善を図ることが可能となる。

さらに、本発明の移動体通信システムでは、高速セルにおいて、指向性の高い高利得のアンテナで移動機との通信を行うため、高速移動の移動機の送信電力を下げることが可能となり、隣接セルへの干渉を低減することが可能となる。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、高速で移動する移動機の通信品質を改善するができ、セルの通信容量を改善することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態による移動体通信システムのセル配置を示す図である。図１において、本発明の実施の形態による移動体通信システムでは、通常セル１０２の配置に加えて、高速で移動する移動機（図示せず）を収容するための高速セル１０１を設け、速度域を分割して移動機を収容している。

通常セル１０２では、低速（静止〜一般道を法定速度で走行する自動車程度）で移動する移動機を収容する。通常セル１０２に関しては、セルラ方式として公知であるので、その説明を省略する。一方、高速セル１０１では、高速で移動する移動機を収容する。高速で移動する移動機は、高速道路上を走行する自動車上や鉄道を走行する列車上に限定される。

図２は図１の高速セル１０１を説明するための図である。図２において、本発明の実施の形態による移動体通信システムでは、高速道路や鉄道に沿って線状に高速セル１０１を配置する。この高速セル１０１において、セクタｎとセクタｎ＋１とは高速セル１０１内の移動機の移動方向（遠ざかるか、近づくか）が一致するように配置し、ハンドオーバのためにオーバラップを設けている。

高速セル１０１における無線基地局（図示せず）では、セルが線状となるため、指向性のある高利得のアンテナを使用する。本発明の実施の形態では、進行方向別に高速セル１０１を構成することによって、ドップラー周波数をプラス側あるいはマイナス側に限定可能としている。

また、高速セル１０１においては、カバーするエリアが高速道路や鉄道に限定されるため、移動機の移動速度が比較的均一である。したがって、ドップラー周波数も比較的均一であり、高速セル１０１として代表的なドップラー周波数に対応すれば良く、個々の移動機のドップラー周波数に対応する必要がない。

このように、本発明の実施の形態では、通常セル１０２において、無線電力リソースをより多く消費する高速移動する移動機を収容しないので、通常セル１０２の通信容量を改善することができる。

また、本発明の実施の形態では、高速セル１０１において、無線基地局の変復調部を既知のドップラー周波数に特化して動作させることによって、高速移動の移動機の通信品質を改善することができる。

さらに、本発明の実施の形態では、高速セル１０１において、指向性の高い高利得のアンテナで移動機との通信を行うため、高速移動の移動機の送信電力を下げることができ、隣接セルへの干渉を低減することができる。

図３は本発明の一実施例による移動体通信システムの構成例を示すブロック図であり、図４は図３の無線基地局の変復調部の構成例を示すブロック図であり、図５は図４に示す位相回転部の動作を説明するための図である。

本発明の一実施例による無線基地局１は、図３に示すように、交通管制システム２に接続されており、交通管制システム２から高速道路や鉄道での平均速度情報を得ている。また、無線基地局１の変復調部は直交変調器１１と、位相回転部１２，１５と、信号点配置１３と、準同期検波器１４と、復調部１６と、位相角生成部１７とから構成されている。

本発明の一実施例による移動体通信システムのセル配置は、上記の図１に示す本発明の実施の形態によるセル配置と同様の配置となっており、そのセル配置における高速セル１０１も図２に示す本発明の実施の形態の仕組みと同様となっている。つまり、本発明の一実施例による移動体通信システムのセル配置では、通常セル１０２の配置に加えて、高速で移動する移動機を収容するための高速セル１０１を設け、速度域を分割して移動機を収容している。

通常セル１０２では、低速（静止〜一般道を法定速度で走行する自動車程度）で移動する移動機を収容している。高速セル１０１では、高速で移動する移動機を収容している。この場合、高速で移動する移動機は、高速道路上を走行する自動車上や鉄道を走行する列車上に限定される。

本実施例では、図２に示すように、高速道路や鉄道に沿って線状に高速セル１０１を配置している。この高速セル１０１において、セクタｎとセクタｎ＋１とは、高速セル１０１内の高速移動の移動機の移動方向（遠ざかるか、近づくか）が一致するように配置され、ハンドオーバのためにオーバラップを設けている。

高速セル１０１における無線基地局１では、セルが線状となるため、指向性のある高利得のアンテナを使用している。本実施例では進行方向別にセルを構成することによって、ドップラー周波数をプラス側あるいはマイナス側に限定可能としている。

高速セル１０１においては、カバーするエリアが高速道路や鉄道に限定されるため、移動機の移動速度が比較的均一である。したがって、ドップラー周波数も比較的均一であり、セルとして代表的なドップラー周波数に対応すれば良く、個々の移動機のドップラー周波数に対応する必要がない。

よって、本実施例では、図３に示すように、無線基地局１が高速セル１０１内の移動機の平均的な移動速度（平均速度情報）を交通管制システム２から取得している。無線基地局１の変復調部においては交通管制システム２から取得した移動速度を、対移動機の平均的なドップラー周波数の算出に利用する。本実施例では、高速セル１０１において、特定のドップラー周波数に特化して無線基地局１の変復調部を動作させることが可能となる。

本実施例による高速セル１０１の無線基地局１の変復調部において、位相角生成部１７は、交通管制システム２から取得した移動機の平均速度から必要な位相回転角θ（ｔ）を生成する。位相回転角θ（ｔ）はドップラー周波数に応じて時間とともに変化する。

また、無線基地局１の変復調部においては、直交変調器１１と位相回転部１２と信号点配置１３とが無線基地局の変調部を表わし、準同期検波器１４と位相回転部１５と復調部１６とが無線基地局の復調部を表わしている。位相回転部１２は、時刻ｔにおいて、信号点を（ｃｈｉｐ毎に）θ（ｔ）位相回転させる。位相回転部１５は、時刻ｔにおいて、受信信号を（サンプル毎に）θ（ｔ）位相回転させる。

上記の図４を参照して高速セル１０１における無線基地局１の変復調部の動作について説明する。高速セル１０１におけるドップラー周波数は、交通管制システム２から取得した移動機の平均速度と無線の波長とを用いて、
ドップラー周波数＝移動機の平均速度（ｍ／ｓ）÷無線の波長（ｍ）
・・・（１）
で与えられる。

したがって、図４の位相角生成部１７の出力θ（ｔ）は、
移動機が遠ざかるセルにおいて
θ（ｔ）＝＋２π×ｔ
×｛移動機の平均速度（ｍ／ｓ）÷無線の波長（ｍ）｝
・・・（２）
または、移動機が近づくセルにおいて、
θ（ｔ）＝−２π×ｔ
×｛移動機の平均速度（ｍ／ｓ）÷無線の波長（ｍ）｝
・・・（３）
で示される。

位相回転部１２，１５は、図５に示すように、入力された位相点（ｘ₀ ，ｙ₀ ）を、
ｘ₁ １＝ｘ₀ ・ｃｏｓθ（ｔ）−ｙ₀ ・ｓｉｎθ（ｔ） ・・・（４）
ｙ₁ １＝ｘ₀ ・ｓｉｎθ（ｔ）＋ｙ₀ ・ｃｏｓθ（ｔ） ・・・（５）
という式にて位相点（ｘ₁ ，ｙ₁ ）に位相回転して出力する。一般に、上りの無線周波数と下りの無線周波数とは異なっているため、変調機と復調機とで用いるθ（ｔ）は独立して生成する。

移動機の送信する信号を、
ｃｏｓω（ｔ）＋ｓｉｎω（ｔ） ・・・（６）
と表わす。ドップラーシフトをθｄ（ｔ）とすると、無線基地局１の復調部で受信する信号は、
ｃｏｓ（ω（ｔ）−θｄ（ｔ））＋ｓｉｎ（ω（ｔ）−θｄ（ｔ））
・・・（７）
で表わせる。

無線基地局１の復調部の位相回転部１５において平均的な移動速度によるθｂ（ｔ）の補正をかけると、
ｃｏｓ（ω（ｔ）−θｄ（ｔ）＋θｂ（ｔ））
＋ｓｉｎ（ω（ｔ）−θｄ（ｔ）＋θｂ（ｔ）） ・・・（８）
となる。無線基地局１の復調部では、ドップラーシフトが、
θｄ（ｔ）−θｂ（ｔ） ・・・（９）
となり、平均速度からの偏差にまで緩和することが可能である。

平均的な移動速度で移動している移動機については、
θｄ（ｔ）−θｂ（ｔ）≒一定値 ・・・（１０）
となり、ドップラーシフトが解消される。

このように、本実施例では、通常セル１０２において、無線電力リソースをより多く消費する高速移動の移動機を収容しないので、通常セル１０２の通信容量を改善することができる。

また、本実施例では、高速セル１０１において、無線基地局１の変復調部を既知のドップラー周波数に特化して動作させることによって、高速移動の移動機の通信品質を改善することができる。

さらに、本実施例では、高速セル１０１において、指向性の高い高利得のアンテナで移動機との通信を行うため、高速移動の移動機の送信電力を下げることができ、隣接セルへの干渉を低減することができる。

本発明の実施の形態による移動体通信システムのセル配置を示す図である。 図１の高速セルを説明するための図である。 本発明の一実施例による移動体通信システムの構成例を示すブロック図である。 無線基地局の変復調部の構成例を示すブロック図である。 図４に示す位相回転部の動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 無線基地局
２ 交通管制システム
１１ 直交変調器
１２，１５ 位相回転部
１３ 信号点配置
１４ 準同期検波器
１６ 復調部
１７ 位相角生成部
１０１ 高速セル
１０２ 通常セル

Claims (12)

1. 無線基地局が管理するセルに移動機を収容する移動体通信システムであって、
   低速で移動する移動機を収容する通常セルと、高速で移動する移動機を収容するための高速セルとを設け、
   前記通常セルと前記高速セルとにおいて速度域を分割して前記移動機を収容することを特徴とする移動体通信システム。
2. 前記低速で移動する移動機は、静止状態と一般道を法定速度で走行する状態とを含むことを特徴とする請求項１記載の移動体通信システム。
3. 前記高速で移動する移動機は、高速道路上を走行する状態と鉄道を走行する状態とに限定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体通信システム。
4. 前記高速セルにおいて、前記無線基地局の変復調部を既知のドップラー周波数に特化して動作させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の移動体通信システム。
5. 前記高速セルにおいて、指向性の高い高利得のアンテナで前記移動機との通信を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の移動体通信システム。
6. 前記高速セルを、高速道路及び鉄道線路のうちの少なくとも一方に沿って線状に配置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の移動体通信システム。
7. 無線基地局が管理するセルに移動機を収容する移動体通信システムに用いるセル配置方法であって、
   低速で移動する移動機を収容する通常セルと、高速で移動する移動機を収容するための高速セルとを設け、
   前記通常セルと前記高速セルとにおいて速度域を分割して前記移動機を収容することを特徴とするセル配置方法。
8. 前記低速で移動する移動機が、静止状態と一般道を法定速度で走行する状態とを含むことを特徴とする請求項７記載のセル配置方法。
9. 前記高速で移動する移動機が、高速道路上を走行する状態と鉄道を走行する状態とに限定されることを特徴とする請求項７または請求項８記載のセル配置方法。
10. 前記高速セルにおいて、前記無線基地局の変復調部を既知のドップラー周波数に特化して動作させることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか記載のセル配置方法。
11. 前記高速セルにおいて、指向性の高い高利得のアンテナで前記移動機との通信を行うことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか記載のセル配置方法。
12. 前記高速セルを、高速道路及び鉄道線路のうちの少なくとも一方に沿って線状に配置することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか記載のセル配置方法。

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