JP2556279B2 - 移動通信システムの無線回線制御方式 - Google Patents

移動通信システムの無線回線制御方式

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JP2556279B2
JP2556279B2 JP5312966A JP31296693A JP2556279B2 JP 2556279 B2 JP2556279 B2 JP 2556279B2 JP 5312966 A JP5312966 A JP 5312966A JP 31296693 A JP31296693 A JP 31296693A JP 2556279 B2 JP2556279 B2 JP 2556279B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24Cell structures
    • H04W16/28Cell structures using beam steering

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セルラー方式の移動通
信システムに関し、特に基地局アンテナの指向性を移動
局毎に適応制御して、基地局と複数の移動局が、同一周
波数や隣接周波数のように互いに干渉し合う恐れのある
周波数のチャネルを使用して同時に通信する移動通信シ
ステムの無線回線制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車電話システムのような大容量の移
動通信システムでは、サービスエリアを複数の基地局に
よりカバーし、干渉妨害の発生しない基地局間では同一
周波数を繰り返し利用することにより、周波数の有効利
用を図っている。このような方式はセルラー方式と呼ば
れている。セルラー方式では、基地局に一つの無指向性
アンテナを設けるオムニ構成と複数の指向性アンテナを
設けるセクタ構成とがある。基地局数を増すこと無くセ
ルサイズを縮小して空間的な周波数利用効率を向上させ
ることができるため、現在ではセクタ構成の方が用いら
れることが多い。
【0003】セクタ構成においてより周波数利用効率を
向上させるセル構成方式の一例が、特開昭62−926
30号公報「移動通信における無線ゾーン構成方式」に
記載されている。この公報に記載されたセル構成方式
は、フロントバック比(指向性アンテナで前方方向への
放射レベルと後方方向へり放射レベルの比)が大きな基
地局アンテナを用いることにより、同一基地局の異なる
セクタセルで同一の周波数を再利用する。
【0004】また、固定された指向性の基地局アンテナ
を用いるよりも、移動局の状態に応じて指向性を適応的
に制御した方が、周波数利用効率が向上するという報告
がある。水平面内のアンテナ指向性制御方式の一例が、
1993年3月、電子情報通信学会春季大会講演論文集
分冊2、B−397、2−398頁、「セルラ基地局の
アンテナ指向性制御による周波数利用効率の改善」に記
載されている。この文献に記載されたアンテナ指向性制
御方式は、基地局アンテナとして8素子の円形アレーを
用い、各素子の給電位相を適応的に制御して干渉局にヌ
ル点を向けるアダプティブアレーを構成することによ
り、繰り返しセル数を1とすることができる。また、垂
直面内のアンテナ指向性制御方式の一例が、特開平4−
320122号に記載されている。この公報に記載され
たアンテナ指向性制御方式は、基地局アンテナを構成す
る複数のアンテナ素子の給電位相を制御することにより
メインビーム方向を傾斜させて、受信レベル対干渉レベ
ル比を最大とすることにより干渉軽減効果を得るもので
ある。干渉量が軽減されることにより、同一周波数の繰
り返し距離の短縮が期待できる。
【0005】上述した最初の従来技術は、固定的なアン
テナ指向性を持つ基地局アンテナを使用して同一基地局
内で同一周波数を2回以上使用するものである。残りの
2つの従来技術は、移動局毎に適応制御可能な指向性を
持つ基地局アンテナを使用して異なる基地局間での同一
周波数の再利用距離の短縮を図るものである。これらの
技術の組合せにより、移動局毎に適用制御可能な指向性
を持つ基地局アンテナを使用することにより、同一基地
局内で同一周波数を2回以上使用しながら、異なる基地
局間での同一周波数の再利用距離の短縮を図ることが容
易に推測される。
【0006】また、隣接する周波数のスペクトラムが重
なり合うインタリーブチャネル配置の場合には、同一基
地局内で隣接周波数や次隣接周波数も同時に使用しない
のが一般的であるが、同様の基地局アンテナを使用する
ことにより、同一基地局内で隣接周波数や次隣接周波数
を2回以上使用できるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】適応制御可能なアンテ
ナ指向性を持つ基地局アンテナを使用しながら、同一基
地局内で同一周波数や隣接周波数を2回以上使用する場
合、同一基地局内での干渉が問題になる。すなわち、通
信開始時には干渉が発生しないことを確認していても、
通信中に各移動局が移動して、同一周波数や隣接周波数
を同時に使用している移動局の基地局に対する方向が近
付くと、同一周波数や隣接周波数を使用しているアンテ
ナの指向性が重なり合うことにより干渉が発生するとい
う問題がある。
【0008】本発明の目的は、セルラー方式の移動通信
システムにおいて、移動局毎に適応制御可能な指向性を
持つ基地局アンテナを使用して同一基地局内で同一周波
数を2回以上使用し、通信中に同一基地局内で発生する
干渉を回避できる無線回線制御方式を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】複数の無線ゾーンのそれ
ぞれに配置された基地局と、これらの基地局と無線通信
を行なう移動局を備え、基地局が移動局ごとに異なるア
ンテナ指向性を適応的に形成するアンテナを使用して、
複数の移動局と互いに干渉し合う恐れのある周波数を用
いて同時に通信する移動通信システムにおいて、本発明
の第1の移動通信システムの無線回線制御方式は、移動
局ごとに形成されたアンテナ指向性のメインビーム方向
を検出し、互いに干渉し合う恐れのある周波数を同時に
用いている2つのアンテナ指向性のメインビーム方向の
角度差が一定値以下になると、いずれか一方のアンテナ
指向性を用いている移動局を干渉しない周波数のチャネ
ルへ切り替える。
【0010】本発明の第2の移動通信システムの無線回
線制御方式は、移動局に任意のチャネルを割り当てて通
信を開始する場合、通信を開始しようとする移動局に対
するアンテナ指向性のメインビーム方向と、当該チャネ
ルと互いに干渉し合う恐れのある周波数を用いて同時に
通信中の各移動局に対するアンテナ指向性のメインビー
ム方向との角度差を検出し、この角度差が一定値以上の
場合に当該チャネルの使用を許可する。
【0011】本発明の第3の移動通信システムの無線回
線制御方式は、通信中の各移動局に対するアンテナ指向
性のメインビーム方向の角速度を検出し、同程度の角速
度を示す移動局が互いに干渉し合う恐れのある周波数を
同時に使用するようにチャネル切替えを行なう。
【0012】
【作用】第1の発明では、互いに干渉し合う恐れのある
周波数を同時に用いている2つの移動局の基地局からの
アンテナ指向性のメインビーム方向の角度差が一定値以
下になると、いずれか一方の移動局のチャネルが切り替
えられる。
【0013】第2の発明では、通信を開始しようとする
移動局には、当該移動局に対するアンテナ指向性のメイ
ンビーム方向と一定角度差以内にある通信中の他の移動
局に干渉する恐れのない周波数のチャネルが割り当てら
れる。
【0014】第3の発明では、互いに干渉し合う恐れの
ある周波数のチャネルは、アンテナ指向性のメインビー
ム方向の角速度が同程度の通信中の移動局に割り当てら
れるように切り替えられる。
【0015】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0016】図1は本発明の無線回線制御方式を実現す
る基地局の基本構成を示すブロック図である。図におい
て、基地局は、4つの素子からなるアンテナ10と、各
チャネルごとにアンテナ指向性を可変設定できるように
する重み付け回路11、送受信機(以下TRXと略称す
る)12、移動局20から送られてくる希望波対干渉波
電力比(以下CIRと略称する)を最大にするような最
適な重みを計算する重み制御部13、重み制御部で計算
された重みの値からアンテナ指向性を計算し、メインビ
ームの方向を検出するビーム方向検出部14、ビーム方
向検出部の出力を考慮してチャネル割り当ておよびチャ
ネル切替えの制御を行なう無線回線制御部15とにより
構成される。
【0017】重み制御部13における最適な重みの求め
方は、IEEE Trans. Antennas and Propagation, Specia
l Issue on Adaptive Processing Antennas Systems,Vo
l.AP-34, No.3, Mar.1986.等の文献に詳述されている。
移動局毎にCIRを最大にするように指向性を合成する
このような構成の基地アンテナを用いれば、図1に示す
ように、同一周波数(f1)を同一基地局内で同時に使
用することが可能である。
【0018】ビーム方向検出部14におけるメインビー
ム方向の検出は以下のようにして行なうことができる。
簡単のために水平面内の指向性が無指向性のアンテナ素
子を用いた場合について説明する。各アンテナ素子に対
する重みの値(複素数)をw1〜w4、到来方向θの平
面波に関して各アンテナ素子のアンテナ素子群の中心に
対する相対位相差をp1(θ)〜p4(θ)とすると、
アンテナ指向性はΣwi・pi(θ)(i=1〜4)で
与えられる。この関数の最大振幅を与えるθがメインビ
ームの方向である。水平面内の指向性が有るアンテナ素
子を用いる場合には、各指向性特性gi(θ)をwi・
pi(θ)に掛けたΣgi(θ)・wi・pi(θ)
(i=1〜4)の振幅を最大にするθを求めればよい。
【0019】図2は、請求項1に記載の無線回線制御方
式を適用した基地局の制御を説明するための流れ図であ
る。本制御は、同一基地局内で同一周波数を同時に使用
している複数の移動局が、通信中に移動によりアンテナ
ビームが重なり合うことを未然に防止するために行な
う。ここで、基地局において現在通信中のTRXの数を
Mとする。
【0020】基地局の運用が開始されると、基地局は、
選択したTRXを識別する番号iを1に設定する(ステ
ップ100)。なお、これ以降はステップをSと略称
し、例えばステップ100をS100と記す。次に、上
記基地局は、選択TRX#iのメインビーム方向をビー
ム方向検出部14より読み込み、これをdiとする(S
101)。次に、上記基地局は、比較対象となるTRX
を識別する番号jを選択TRXの識別番号iよりも1だ
け大きい値に設定し(S102)、その比較対象TRX
の識別番号jの値と基地局が有するTRX数Mとを比較
する(S103)。
【0021】比較対象TRXの識別番号jの値が現在通
信中のTRX数M以下の場合には、TRX#iとTRX
#jとが同一周波数を同時に使用しているかどうかを調
べる(S104)。同一周波数を同時に使用している場
合には、TRX#jのメインビーム方向をビーム方向検
出部14より読み込み、これをdjとする(S10
5)。次に、diとdjとの差の絶対値と、予め定めて
おいた閾値θ1とを比較して(S106)、diとdj
との差の絶対値が閾値θ1よりも小さい場合には、干渉
が生じる可能性が高いと判断して、選択TRX#iを使
用している移動局の使用周波数を異なる周波数へ切り替
えるようにハンドオーバーを行なう(S107)。
【0022】一方、TRX#iとTRX#jとが同一周
波数を同時に使用していない場合(S104のNo)お
よびdiとdjとの差の絶対値が閾値θ1以上の場合
(S106のNo)には、干渉が生じる可能性は少ない
と判断して、比較対象TRXの識別番号jの値に1を加
えて(S108)、次の比較対象のTRXを選択してS
103〜S107の制御を繰り返す。
【0023】比較対象TRXの識別番号jの値が現在通
信中のTRX数Mを超えた場合(S103のNo)およ
び選択TRX#iを使用している移動局の使用周波数を
異なる周波数へ切り替えた場合(S107)には、選択
TRXの識別番号iの値に1を加えて(S109)、識
別番号iと現在通信中のTRX数Mとを比較する(S1
10)。識別番号iがTRX数Mよりも小さい場合に
は、次のTRX#iに対してS101〜S109の制御
を繰り返す。識別番号iがTRX数M以上の場合には、
識別番号iを1に戻してから(S100)、TRX#1
に対してS101〜S109の制御を繰り返す。
【0024】上述のS104においては、選択TRXと
同一周波数を同時に使用しているTRXの検出だけを行
なったが、インタリーブ配置のように隣接周波数からも
干渉を受けることがある場合には、隣接周波数を同時に
使用しているTRXを検出して同様の制御を行なうこと
もできる。
【0025】図3は、請求項2に記載の無線回線制御方
式を適用した基地局の制御を説明するための流れ図であ
る。本制御は、同一基地局内で同一周波数を同時に使用
する複数の移動局のアンテナビームが、できるだけ重な
り合わないようなチャネル割り当てを行なうことを目的
とする。基地局内において現在通信中のTRXの数をM
とする。各基地局において使用可能なチャネルの数はN
とする。
【0026】通信要求が発生すると、基地局は制御チャ
ネル上で受信した移動局からの信号から通信を開始しよ
うとする移動局に対するメインビーム方向を検出し、こ
れをdsとする(S200)。次に、上記基地局は、チ
ャネルを識別する番号nを1に設定する(S201)。
ついで、比較対象となるTRXを識別する番号jを1に
設定し(S202)、その比較対象TRXの識別番号j
の値と現在通信中のTRX数Mとを比較する(S20
3)。
【0027】比較対象TRXの識別番号jの値が現在通
信中のTRX数Mよりも小さい場合には、TRX#jが
チャネルnを同時に使用しているかどうかを調べる(S
204)。チャネルnを同時に使用している場合には、
TRX#jのメインビーム方向をビーム方向検出部14
より読み込み、これをdjとする(S205)。次に、
dsとdjとの差の絶対値と、予め定めておいた閾値θ
2と比較して(S206)、dsとdjとの差の絶対値
が閾値が閾値θ2よりも小さい場合には、チャネルnを
新に割り当てても干渉が生じる可能性が高いと判断し
て、チャネルの割り当てを諦め、チャネルを識別する番
号nに1を加える(S207)。次に、チャネル識別番
号nと基地局で使用可能なチャネル数Nとを比較し(S
208)、チャネル識別番号nが使用可能チャネル数N
以下の場合には、新しいチャネルnに対してS202以
降の制御を繰り返す。一方、チャネル識別番号nが使用
可能チャネル数Nを超えた場合には、使用可能なチャネ
ルがないため呼損として、制御を終了する。
【0028】TRX#jがチャネルnを同時に使用して
いない場合(S204のNo)およびdsとdjとの差
の絶対値が閾値θ2以上の場合(S206のNo)に
は、干渉が生じる可能性は少ないと判断して、比較対象
TRXの識別番号jの値に1を加えて(S209)、次
の比較対象のTRXを選択してS203〜S206の制
御を繰り返す。その結果、比較対象TRXの識別番号j
の値が現在通信中のTRX数Mを超えた場合には(S2
03のNo)、チャネルnを新に使用しても干渉が生じ
る可能性は少ないと判断して、通信要求に対してチャネ
ルnを割り当て(S210)、処理を終了する。
【0029】上述のS204においては、チャネルnを
同時に使用しているTRXの検出だけを行なったが、イ
ンタリーブ配置のように隣接周波数からも干渉を受ける
ことがある場合には、チャネルnの隣接周波数を同時に
使用しているTRXを検出して同様の制御を行なうこと
もできる。
【0030】図4は、請求項3に記載の無線回線制御方
式において使用する各チャネルに許容される基地局に対
する移動局の角速度を示す図である。チャネルの数は1
0であり、基地局に対する移動局の角速度が−ω2未満
の場合はチャネル1を、−ω2以上−ω1未満の場合は
チャネル2〜3を、−ω1以上ω1未満の場合はチャネ
ル4〜7を、ω1以上ω2未満の場合はチャネル8〜9
を、−ω2以上の場合はチャネル10を使用するように
チャネル切替え制御が行なわれる。
【0031】図5は、請求項3に記載の無線回線制御方
式を適用した基地局の制御を説明するための流れ図であ
る。本制御は、基地局に対する角速度がほぼ等しい複数
の移動局が同一基地局内で同一周波数を同時に使用する
ようにチャネル切り替えを行なうことにより、通信中に
移動によりアンテナビームが重なり合うことを未然に防
止する。基地局において現在通信中のTRXの数をMと
する。
【0032】基地局の運用が開始されると、基地局は、
選択した使用中TRXを識別する番号iを1に設定する
(S300)。ついで、ビーム方向検出部14より読み
込んだ選択TRX#iのメインビーム方向の時間的変化
から基地局に対する移動局の角速度を計算し、これをω
iとする(S301)。次に、上記基地局は、選択TR
X#iの使用しているチャネルを求め、これをnとし
(S302)、そのチャネルnに許容されている角速度
の最小値及び最大値を図4より求め、それぞれωmin
およびωmaxとする(S303)。
【0033】選択TRX#iの角速度ωiが、ωmin
からωmaxまでの範囲にあるかどうかを調べる(S3
04)。ωiがωmin未満またはωmax以上である
場合には(S304のNo)、干渉が生じる可能性か有
ると判断して、角速度ωiの移動局が使用可能なチャネ
ルを図4より元る手、チャネル切替え制御を行なう(S
305)。
【0034】チャネル切替え制御後およびωiがωmi
n以上ωmax未満である場合には(S304のYe
s)、選択TRXの識別番号iの値に1を加えて(S3
06)、使用中のTRX数Mと比較する(S307)。
【0035】選択TRXの識別番号iの値が使用中のT
RX数M以下の場合には、新に選択したTRX#iに対
してS301〜S306の制御を繰り返す。識別番号i
が使用中のTRX数Mを超えた場合には、識別番号iを
1に戻してから(S300)、TRX#1に対してS3
01〜S306の制御を繰り返す。
【0036】インタリーブ配置のように隣接周波数から
も干渉を受けることがある場合には、隣接する周波数の
チャネルに許容される角速度の差ができるかぎり小さく
なるように各チャネルの許容角速度を決めれば、干渉の
発生頻度を抑えることができる。
【0037】上述のように、3つの発明の実施例は、そ
れぞれ単独でも適用可能であるが、いずれの2つ、また
は3つの全てを併用することが可能であり、それによっ
てさらに相互間の干渉を回避して同一基地局内で同一周
波数の使用可能数を増加し、移動通信システムの周波数
の有効利用上大きな効果がある。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第1の発明
では、互いに干渉し合う恐れのある周波数を同時に用い
ている2つの移動局の基地局からのアンテナ指向性のメ
インビーム方向の角度差が一定値以下になると、いずれ
か一方のチャネルを切り替え、第2の発明では、通信を
開始しようとする移動局には、当該移動局に対するアン
テナ指向性のメインビーム方向と一定角度差以内にある
通信中の他の移動局に干渉する恐れのない周波数のチャ
ネルを割り当て、また、第3の発明では、互いに干渉し
合う恐れのある周波数のチャネルを、アンテナ指向性の
メインビーム方向の角速度が同程度の通信中の移動局に
割り当てられるように切り替えることにより、移動局ご
とに適応制御可能な指向性を持つ基地局アンテナを使用
して同一基地局内で互いに干渉し合う恐れのある周波数
を2回以上使用する移動通信システムにおいて、いずれ
の発明も単独で通信中に同一基地局内で発生する干渉を
回避することができる効果があるが、2つまたは3つの
発明を併用することにより、さらに移動局相互間の干渉
を回避して同一基地局内で同一周波数の使用可能数を増
加し、移動通信システムの周波数利用効率を向上できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無線回線制御方式を実現する基地局の
基本構成を示すブロック図である。
【図2】請求項1の実施例の基地局の制御を説明するた
めの流れ図である。
【図3】請求項2の実施例の基地局の制御を説明するた
めの流れ図である。
【図4】請求項3の実施例の各チャネルに許容される基
地局に対する移動局の角速度を示す図である。
【図5】請求項3の実施例の基地局の制御を説明するた
めの流れ図である。
【符号の説明】
10 アンテナ 11 重み付け回路 12 送受信機 13 重み制御部 14 ビーム方向検出部 15 無線回線制御部 20 移動局 S100〜S307 ステップ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の無線ゾーンのそれぞれに配置され
    た基地局と、前記基地局と無線通信を行なう移動局を備
    え、前記基地局が移動局ごとに異なるアンテナ指向性を
    適応的に形成するアンテナを使用して、複数の移動局と
    互いに干渉しあう恐れのある周波数を用いて同時に通信
    する移動通信システムにおいて、 移動局ごとに形成されたアンテナ指向性のメインビーム
    方向を検出するメインビーム方向検出手段と、互いに干
    渉しあう恐れのある周波数を同時に用いている2つのア
    ンテナ指向性のメインビーム方向の角度差を検出する角
    度差検出手段と、前記角度差検出手段により検出された
    角度差が一定値以下になると、いずれか一方のアンテナ
    指向性を用いている移動局を干渉しない周波数のチャネ
    ルへ切り替えるチャネル切替え制御手段とを備えること
    を特徴とする移動通信システムの無線回線制御方式。
  2. 【請求項2】 複数の無線ゾーンのそれぞれに配置され
    た基地局と、前記基地局と無線通信を行なう移動局を備
    え、前記基地局が移動局ごとに異なるアンテナ指向性を
    適応的に形成するアンテナを使用して、複数の移動局と
    互いに干渉しあう恐れのある周波数を用いて同時に通信
    する移動通信システムにおいて、 移動局に任意のチャネルを割り当てて通信を開始する場
    合、通信を開始しようとする移動局に対するアンテナ指
    向性のメインビーム方向と、当該チャネルと互いに干渉
    しあう恐れのある周波数を用いて同時に通信中の各移動
    局に対するアンテナ指向性のメインビーム方向との角度
    差を検出する角度差検出手段と、前記角度差検出手段に
    より検出された角度差が一定値以上の場合に当該チャネ
    ルの使用を許可する使用チャネル制御手段とを備える
    とを特徴とする移動通信システムの無線回線制御方式。
  3. 【請求項3】 複数の無線ゾーンのそれぞれに配置され
    た基地局と、前記基地局と無線通信を行なう移動局を備
    え、前記基地局が移動局ごとに異なるアンテナ指向性を
    適応的に形成するアンテナを使用して、複数の移動局と
    互いに干渉しあう恐れのある周波数を用いて同時に通信
    する移動通信システムにおいて、 通信中の各移動局に対するアンテナ指向性のメインビー
    ム方向の角度差を検出する角度差検出手段と、同程度の
    速度を示す移動局が互いに干渉しあう恐れのある周波
    数を同時に使用するようにチャネル切り替えを行なう
    ャネル切替え制御手段とを備えることを特徴とする移動
    通信システムの無線回線制御方式。
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