JP2007228422A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】同一周波数の使用によるセル間ハンドオーバーの容易性を維持しながら、同一周波数の使用による信号の衝突を回避可能な通信システムを得ること。
【解決手段】本発明にかかる通信システムは、セルをオーバーラップさせることによりサービスエリアを形成する複数の基地局（１，２）を備え、隣接セル間においてセルが重なる第１のエリア、および当該第１のエリアの周辺でかつ隣接セル間においてお互いの端末（３，４）を検出可能な第２のエリアについては、当該隣接セル間で同一周波数を共有し、一方、隣接セル間においてお互いの端末（３，４）を検出できない可能性がある第３のエリアについては、前記共有している周波数とは異なる周波数を使用して通信を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の基地局が設置され、セルをオーバーラップさせることによりサービスエリアを形成する通信システムに関するものであり、特に、隣基地局同士で同一周波数を使用する通信システムに関するものである。

下記特許文献１には、異なる近隣基地局同士で同一周波数を使用して通信を行う場合の一例が示されている。この従来技術では、一つの基地局が、他局の周波数使用状況をチェックし、他局が使用していると判断した場合には、あらかじめ決めている一定時間の間、通信を自粛する。一方で、空いていると判断した場合には、前記一定時間を自局のものと判断し、合図となる信号を送信する。そして、この基地局の配下に存在する、上記合図となる信号を検出した端末が、当該基地局との通信を開始する。

具体的には、基地局は、ビーコン信号の送信タイミングに至ると、周辺をモニタし、対象周波数が割り当てられた通信チャネルがアイドル状態かどうかを判断する。アイドル状態と判断した場合には、乱数を発生させて待ち時間ＴＣＷを決定する。次にタイマを起動し、ＴＣＷに至るまでに周辺の信号受信レベルを測定し、その測定結果がしきい値を超えることがなければビーコンを送信する（上記合図に相当）。また、ＴＣＷに至る前に測定受信レベルがしきい値を超えることがあれば、他局が対象通信チャネルを使用し始めたと判断し、次のビーコン送信タイミングまで待つ。一方、端末は、ビーコンを受信すると、それが、自局が属する基地局からのものかどうかを判断し、自局の属する基地局からであることを検出した場合、次のビーコン送信タイミングまでパケット通信を行う。

また、下記非特許文献１においては、上記とは異なる従来技術として、ＰＤＭＡ（Packet Division Multiple Access）と呼ぶ技術を使い、全てのセル（基地局がカバーするエリア）で同一周波数を利用した通信を実現している。

上記従来技術において示すように、近隣基地局が同一周波数を使用して通信を行う場合は、ハンドオーバーの動作が容易になる、という利点がある。たとえば、端末は、特定のセルに在圏し、ここで通信品質の劣化（信号受信レベルが低下またはパケット誤り率が悪化など）を検出した場合に、ハンドオーバーが必要であると判断し、在圏以外で良好な品質の供給が期待できるセルを検出するため、他セル検索と信号品質測定を行う。このとき、在圏セルと他セルが同一周波数を使用している場合には、端末は、自己の発振器から出力する信号の周波数切り替えを行う必要がないため、検索および測定動作が素早くできる。

特開２００２−２４７０５３号公報 ＳＩＭＰＬＥプロジェクト（http://www.simple-project.org）

しかしながら、隣接するセル（基地局）同士で同一周波数を使用する上記従来技術においては、以下の問題点がある。

図５は、従来技術の問題点を示す図である。図５では、基地局（ＢＳ）１０１と端末（ＵＥ）１０３，基地局１０２と端末１０４がそれぞれ通信を行い、双方が同一周波数ｆ１を使用している状態を示している。たとえば、無線ＬＡＮなどを代表とするＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）を用いた通信システムでは、送信局がパケットを送信する場合、事前にキャリアセンスを行うことで周波数ｆ１の使用状況をチェックする（図５では基地局１０１がキャリアセンスを行う場合について記載）。そして、チェックの結果、空きと判断した場合に、対象周波数ｆ１を使用して、基地局１０１が端末１０３に向けてパケットを送信する。しかしながら、他に周波数ｆ１を使用している端末１０４が離れている場合には、端末１０４からの信号レベルが低くなり、キャリアセンスを行っている基地局１０１において端末１０４の通信を検出することができない場合がある。

また、無線ＬＡＮで規格化されているキャリアセンスレベルは、比較的高い値が設定されており、上記キャリアセンスで検出できない一方で、同一周波数を用いた信号が衝突し、受信エラーになる可能性がある。すなわち、端末１０３においては、基地局１０１からの信号と端末１０４からの干渉信号が衝突し、受信エラーになる可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一周波数の使用によるセル間ハンドオーバーの容易性を維持しながら、同一周波数の使用による信号の衝突を回避可能な通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる通信システムは、セルをオーバーラップさせることによりサービスエリアを形成する複数の基地局を備え、隣接セル間においてセルが重なる第１のエリア、および当該第１のエリアの周辺でかつ隣接セル間においてお互いの端末を検出可能な第２のエリアについては、当該隣接セル間で同一周波数を共有し、一方、隣接セル間においてお互いの端末を検出できない可能性がある第３のエリアについては、前記共有している周波数とは異なる周波数を使用して通信を行うことを特徴とする。

この発明によれば、同一周波数を用いたセル間ハンドオーバーの容易性を維持しながら、同一周波数を用いることにより発生する可能性のある信号の衝突を防ぐことができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本発明にかかる通信システムは、複数の基地局が設置され、さらに、それぞれがカバーするエリア（セル）をオーバーラップさせることで面的なサービスエリアを形成することを前提とする。また、端末は、そのサービスエリア内を移動し、通信中は通信相手となる基地局を切り替え、待ち受け中には着信信号（自局に対する呼び出し信号が存在するかどうかをモニタする信号）の発信元基地局を切り替えるハンドオーバー技術を用いることとする。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの構成例を示す図であり、本実施の形態の周波数利用法を示している。セルが重なるエリアおよびそのエリアに近いエリアでは、隣接セル間で同一周波数を共有する（図１ではｆ１に相当）。その一方で、セルが重なるエリアから遠いエリアでは、共有している周波数ｆ１とは異なる周波数を使用する（図１では、基地局１においてｆ３，基地局２においてｆ２、をそれぞれ使用）。このように、セル内において、隣接セルと近いエリアと遠いエリアとの間で使用する周波数を別にする。なお、上記「セルが重なるエリアに近いエリア」とは、セル間において、お互いの端末がキャリアセンスにより検出可能な周辺エリアのことをいい、「セルが重なるエリアから遠いエリア」とは、お互いがキャリアセンスにより検出できない可能性があるエリアのことをいう。

従来は、端末３が周波数ｆ１を使用している場合において、遠く離れていてキャリアセンスにより検出はされないが、端末３での受信処理を妨げるような干渉（＝衝突）をおよぼす端末４が存在すること、が問題であった。しかしながら、本実施の形態では、端末４は異なる周波数ｆ２を使用するので、端末３の信号との衝突は発生しない。また、セルが重なるエリアに近いエリアでは、隣接セルと同一周波数を使用するが、このケースではお互いの距離が近いため、従来通りキャリアセンスによりお互いを検出することが可能であり、これにより、衝突を回避することができる。また、セルが重なるエリアで同一周波数を共有することで、セル間のハンドオーバーの容易性を維持することができる。

一方、本実施の形態では、同一セル内で複数の周波数を使用することから、セル内でハンドオーバーに似た動作をする必要がある。この点では、従来技術に比べて付加的な動作が必要となる。しかしながら、同一セル内であることからその動作は非常に簡単である。この理由をセル間ハンドオーバーと対比しながら説明する。

セル間では、切り替え先のセルが存在するかどうかを端末自身で検索しなければならないが、セル内であれば、すでに基地局と通信をしているため、切り替え先周波数の情報をもらうことができ、検索の必要がない。

また、セル間ではタイミング同期が取れているとは限らず、セル間ハンドオーバーの際にはタイミング同期を取り直す必要があるのに対し、セル内の周波数の変更では、同一基地局で周波数を変えるだけであるために、タイミングをそのまま維持できる。

また、セル間ハンドオーバーでは、認証などの手続きが必要であるが、セル内ハンドオーバーでは、同一基地局との通信が維持されるため、そのような手続きは必要ない。

以上のことから、セル内で周波数を変更することは、セル間ハンドオーバーに比べて非常に簡単な処理で実現可能である。

つづいて、セル内で周波数を変更する場合の処理について説明する。なお、図１は、周波数ｆ１のエリアと周波数ｆ２，ｆ３のエリアの間には明確な境界があるように描いているが、実際には重なる部分があることを先に述べておく。たとえば、図１のｆ１エリアにおいて、ｆ２エリアに近い場所ではｆ２を検出することができる。

図２は、セル内における周波数切り替えの手順を示す図である。端末（ＵＥ）と基地局（ＢＳ）が周波数ｆ１を使用して通信している状態（ステップＳ１１）において、端末は、受信レベルの低下を検出し、あらかじめ設定されているレベル以下となった場合、周波数切り替えの必要があると判断し、基地局へ周波数切り替え要求のメッセージを出す（ステップＳ１２）。周波数切り替え要求を受信した基地局は、新しい周波数ｆ２の存在を通知し（ステップＳ１３）、さらに、ｆ２を用いた報知情報（無線ＬＡＮではビーコン信号）を周期的に送信する（ステップＳ１４）。周波数通知を受けた端末は、通知を受けた周波数ｆ２の検出動作を行い、検出した後に通信を再開する（ステップＳ１５）。

上記の例では、端末が周波数切り替え要求を発した後に、基地局が別周波数の通知を行っているが、常に基地局が別周波数の通知を行っていてもよい。通常、セルラーシステムでは、基地局が報知情報を一定周期で送信している。そこで、その報知情報の中で別周波数の通知を行う。図３は、上記報知情報の中で別周波数の通知を行う方法を示している。

セル間ハンドオーバー（ステップＳ２１）後、基地局から送信される報知情報には、セルの重なりから遠いエリアで使用する周波数の情報（図３ではｆ２）があらかじめ通知される（ステップＳ２２）。よって、端末はｆ１で通信を行いながらも（ステップＳ２３）、その通信の空き時間を利用して周波数ｆ２の存在確認動作を行うことができる。なお、この動作のため、基地局は、ｆ２による報知情報の送信も行っている（ステップＳ２４）。端末では、通信中に周波数ｆ１と周波数ｆ２の信号を受信し、たとえば、受信信号レベルを比較して周波数ｆ２による信号のレベルの方が高くなったときなどに、自局が周波数切り替え位置に達したと判断し、基地局に対して周波数切り替え要求を送信する（ステップＳ２５）。周波数切り替え要求を受信した基地局は、周波数切り替え許可を送信し（ステップＳ２６）、端末は、改めて周波数ｆ２による報知信号で確認をとって（ステップＳ２７）、その後、通信状態に達する（ステップＳ２８）。なお、ステップＳ２５〜Ｓ２７の手順を省略することも考えられる。

また、図４は、セクタ化を行った場合の、基地局が送信した信号電力の強さを示す図である。これは、アンテナ送信利得のパターンを成形することによって実現する。ｆ１とｆ２の境界付近では、最大利得よりも小さい利得を持たせることによって、端末で信号を受信した場合に、ｆ１からの電力よりもｆ２からの電力が強い位置を作ることができる。よって、端末では、周波数ｆ１での信号受信電力と、周波数ｆ２での信号受信電力と、を比較し、その差がある一定値の範囲内に入った（ｆ１による電力＞ｆ２による電力の場合）場合、または一定値以上の差が生じた（ｆ１による電力＜ｆ２による電力の場合）場合、周波数切り替えの判断を行えばよい。

以上のように、本実施の形態では、同一周波数を用いたセル間ハンドオーバーの容易性を維持しながら、同一周波数を用いることにより発生する可能性のある信号の衝突を防ぐことができる。特に、端末が１次元的な動き（一方向に前進する）をする道路に基地局を配置していく場合などに有効である。すなわち、受信電力の増減が、単調増加または単調減少する傾向にある場合に有効である。

以上のように、本発明にかかる通信システムは、複数の基地局が設置され、セルをオーバーラップさせることによりサービスエリアを形成するシステムに有用であり、特に、隣基地局同士で同一周波数を使用する通信システムに適している。

本発明にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 セル内における周波数切り替えの手順を示す図である。 報知情報の中で別周波数の通知を行う方法を示す図である。 セクタ化を行った場合の、基地局が送信した信号電力の強さを示す図である。 従来技術の問題点を示す図である。

符号の説明

１，２ 基地局
３，４ 端末

Claims (3)

1. セルをオーバーラップさせることによりサービスエリアを形成する複数の基地局を備え、
   隣接セル間においてセルが重なる第１のエリア、および当該第１のエリアの周辺でかつ隣接セル間においてお互いの端末を検出可能な第２のエリアについては、当該隣接セル間で同一周波数を共有し、一方、隣接セル間においてお互いの端末を検出できない可能性がある第３のエリアについては、前記共有している周波数とは異なる周波数を使用して通信を行うことを特徴とする通信システム。
2. 端末は、セル内において、基地局からの信号受信レベルが一定値に達した場合に、使用周波数を切り替える制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 基地局が、セル内で使用可能な周波数を予め通知しておき、
   端末は、現在通信中の周波数の信号とセル内で使用可能な他の周波数の信号とを受信し、受信信号レベルを比較し、他の周波数の信号レベルの方が高くなった場合に、その周波数に使用周波数を切り替える制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。

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