JP2602251B2 - 移動無線通信方法及び無線基地局 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセルラ形移動無線通信システムのうち、特に
ビル等の構内での使用に適し、構内内線電話との接続が
可能な移動無線通信式に関する。

〔従来の技術〕

無線通信の利点を最大限に生かす通信システムとし
て、自動車電話方式が実用化されている。本方式の基準
概念は、例えば文献（桑原守二監修，「自動車電話」，
電子通信学会,1985年）に詳しい。

一方、近年自動車電話方式を拡張し、より広いサービ
スエリアで無線電話を使用可能とするために、ビル，地
下鉄，空港等の構内でも同様のサービスを提供する、い
わゆる構内移動無線通信システムが検討されている。

上記構内移動無線通信システムは、現在実用化されて
いるコードレス電話とは異なり、ビル構内あるいは事業
所構内程度を１つの通話可能地域とし、その領域内であ
ればいかなる場所からでも通話可能であり、また通話状
態のまま移動することも差し支えないことが特徴であ
る。

このような無線通信システムの実用化に伴い、将来、
構内の内線電話は全て無線化されることも十分予想され
る。そのため、構内移動無線通信システムの移動端末密
度は現行の自動車電話等と比べ、はるかに高くなるもの
と思われる。

以上述べた背景から、構内移動無線通信システムの設
計においては、割り当てられた無線周波数資源を極限ま
で有効利用する技術が求められる。そのため、電波の到
達距離を短くして、同一周波数の再利用率を高める工夫
が必要である。

具体的な構内移動無線システムの構想としては、例え
ば文献（佐々木，服部，門馬：「マルチゾーンコードレ
ス電話の方式構成」，昭和61年度電子通信学会通信部門
全国大会、＃438）に示されているように、移動機（加
入者無線機）の送信電力を絞ることで電波到達距離を数
10メートル程度に制限し、移動機と通信を行なう無線基
地局を、構内全域に数10メートル程度の間隔で配置する
形態となる。無線チヤネルは数10チヤネルが使用可能で
あると思われるが、移動機が無線基地局と通信を行なう
に再しては、それらの無線チヤネル中から空きであるチ
ヤネルを選んで使用する、いわゆるマルチチヤネルアク
セス方式が用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような移動無線通信に必要な要素技術は、基本的
には従来の自動車電話方式でのそれと同様である。しか
し、構内通信独特の特性から、自動車電話方式の技術を
そのまま導入することができない部分も多い。

構内移動無線通信システムが物理的に従来の自動車電
話システムと異なる点の１つは、無線基地局の総数であ
る。上述の通り、構内移動無線通信システムでは数10メ
ートルの間隔で無線基地局を設置する必要があり、その
総数は膨大である。

このため、従来の自動車電話方式に見られるように、
中央に設けられた無線制御局で全無線基地局の周波数管
理を一括してコントロールすることは難しくなる。

加えて、構内では建造物の構造や設備の配置の影響に
より電波の伝搬特性が未知である場合が多く、また既知
であつたとしても室内のレイアイト変更等により、その
特性が大幅に変化することが予想される。そのため、従
来の自動車電話方式に見られるような、固定したセル構
造を設けることは困難である。

以上述べた問題点を解決する１つの方法は、適当な間
隔が配置された無線基地局自体が、近傍の無線基地局の
チヤンネルの使用状態を情報をえてそれぞれ独自に使用
すべき無線チヤネルを決定する、自律分散処理概念の導
入である。

自律分散処理方式においては、全無線基地局を統括，
管理する無線制御局は存在せず、従つて固定的な無線チ
ヤネル配分は行なわれない。そのかわりに、各無線基地
局が独自に無線チヤネルを選択して使用するため、必然
的に動的な無線チヤネル配分が行なわれる。

自律分散処理方式の１方法としては、例えば文献（昭
和60年度電気通信技術審議会答申，諮問第12号、「一般
化入電話網に端末として接続される無線設備に必要な技
術的条件」（一部答申）、電気通信振興会、昭和61年２
月24日）に述べられているような、いわゆるマルチチヤ
ネル・コードレス電話方式などが知られている。この方
式は、各々の無線基地局において無線チヤネルを順にモ
ニターし、各チヤネルの空塞状態、すなわちそのチヤネ
ルが空きであるか、あるいは近隣の他の基地局が使用中
であるかをキヤリアセンス法により探査し、最初に発見
した空きチヤネルを使用するものである。

上述の通り、上記マルチチヤネル・コードレス電話方
式は、各基地局が独自に無線チヤネルを獲得するもので
あり、極めて簡便ながら合理的であると言える。

ところが上記マルチチヤネル・コードレス電話方式で
は、各基地局において空きであると認めた無線チヤネル
をランダムに使用するため、周波数の利用効率は必ずし
も高いとは言えず、そのため加入者数が増大するにつれ
呼損率が急増するという欠点があつた。

一方、上記問題点を解決する手法として良く知られて
いるものに、文献（COX,REUDINK:“A Comparison of So
me Channel Assignment Strategies in Large−Scale M
obile Communications Systems",IEEE Trans.,vol.COM
−20,No2,Apr.1972）に公知のNearest Neighbours法が
ある。

Nearest Neighbours法において、第１図に示すように
全無線基地局201〜207を統括して無線チヤネルの割当て
を管理する制御局301が設けられている。各無線基地局
にはそれぞれ、あらかじめ定められたSN比以上の品質で
加入者無線局と通話を行なえる「通話エリア」、および
各無線基地局の電波が到達することにより他の無線基地
局が同一チヤネルを使用できない「干渉エリア」が存在
している。第１図においては通話エリア，干渉エリアの
典型的な大小関係が示されており、211は無線基地局201
の通話エリア、221は同無線基地局の干渉エリアを示
す。同図の通り、通常干渉エリアは通話エリアの数倍の
大きさを持つ。

制御局301は全無線基地局の無線チヤネル使用状況を
把握しており、ある第１の無線基地局において新たに無
線チヤネルを割り当てる必要が生じた場合、制御局は、
該第１の無線基地局の干渉エリア外に位置する最も近接
した無線基地局が使用中の無線チヤネルを該第１の無線
基地局に割り当てる。一例として、第１図において、無
線基地局201が制御局301から新たに無線チヤネルの割当
を受けようとするとき、その干渉エリア221の外側に位
置する最も近い無線基地局207が現在使用中である無線
チヤネルが割り当てられる。このときもし、基地局207
がいずれの無線チヤネルも使用していなければ、干渉エ
リア221の外側に位置する無線基地局でなくべく近い基
地局が使用中である無線チヤネルを選ぶ。

このような方式に従うと、各無線基地局が使用する無
線チヤネルは空間的に干渉エリアがすきまなく詰められ
る形となり、周波数の利用効率が向上することが知られ
ている。ところが、上記Nearest Neighbours法を適用す
るためには、全無線基地局の状態を把握する制御局が必
要となり、前述の通り無線基地局数が膨大となる構内移
動システムでは実現が難しい。という問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、従来、上記Nearest Neighbours法
で制御局が行なつていた無線チヤネルの管理を各無線基
地局が自律的に行なうものとし、次のような手段により
Nearest Neighbours法に匹敵する高能率な無線チヤネル
割り当てを可能にした。

まず本発明においては、各無線基地局において、それ
ぞれの無線基地局の干渉エリア内に位置するすべての近
隣無線基地局との間で、自局における無線チヤネルの使
用状況、ならびに各無線チヤネルの空塞状態をモニター
した結果（以下「内部情報」と略記）を有線回線もしく
は無線回線にて互いにやりとりする機構を設けた。

これにより、各無線基地局は加入者無線局との通話を
始めるために新たに無線チヤネルを獲得する必要が生じ
たときは、互いにやりとりされた上記内部情報を基にし
て、自局の干渉エリア内に位置する近隣の無線基地局
が、他の無線基地局からの干渉により使用できない状態
にある無線チヤネルの番号を知る。次に該無線基地局は
上記近隣無線基地局が使用できない状態にある無線チヤ
ネルをモニターし、該無線チヤネルが自局において使用
可能であるかどうかを調べ、その結果もし使用可能であ
れば該無線チヤネルから優先的に使用するものとした。
但し、通話エリアとは各無線基地局が加入者無線局と予
め定められたS/N比で信号を通信し得る範囲、干渉エリ
アとは通話エリア外に電源が到達するため、他の無線基
地局が同一のチヤネルを使用できない範囲を表す。

〔作用〕

上記手段に基づき無線チヤネルの割り当を行なえば、
次に述べる理由により周波数の利用効率を求めることが
可能となる。

まず、第２図において、201〜203は無線基地局、211
および213はそれぞれ無線基地局201,203の通話エリア、
221および223はそれぞれ無線基地局201,203の干渉エリ
ア、401,402は加入者無線局である。

通話に使用する無線チヤネルは全ての無線基地局が使
用可能なチヤネルが数十波程度用意されている。

ここで同図において、今、無線基地局201が加入者無
線局402と通信を始めるために、新たに無線チヤネルを
獲得する必要が生じたものとする。このとき、無線基地
局201からやや離れた無線基地局203において、既に第１
番目の無線チヤネルを使用して加入者無線局401との間
で通信が行われていたものとする。

このとき、同図に示されているごとく、干渉エリア22
3の内側に位置する無線基地局202では、無線基地局203
からの干渉を受けてあり、第１番目の無線チヤネルを使
用することはできない。一方、無線基地局202は無線基
地局201の干渉エリア内にも位置しており、そのため、
もし無線基地局201が第１番目の無線チヤネル以外のチ
ヤネル、例えば第２番目の無線チヤネルを使用したもの
とすれば、無線基地局202においては、第１番目のチヤ
ネル、第２番目のチヤネルがいずれも使用不能となる。

ところが、ここで無線基地局201において、仮に無線
基地局202の状態を知ることができ、202が他からの干渉
により使用できない状態にある無線チヤネルの番号を知
ることができれば、該無線基地局201は、202が使用不能
であり、かつ201自身は使用可能である無線チヤネルを
探して使用することにより、近隣無線基地局である202
が使用不能になる無線チヤネルの数を増すことなく、新
たに無線チヤネルを獲得することが可能となる。第２図
の例に従えば、無線基地局202は第１番目の無線チヤネ
ルが使用不能の状態にあるため、その事実を知つた無線
基地局201は第１番目の無線チヤネルを優先的に使用す
ることになる。そのため無線基地局202においては、第
１番目の無線チヤネルのみが使用不能になるだけであ
り、結果的に無線チヤネルをランダムに選ぶ方式に比
べ、周波数の利用効率を高めることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を詳細に
説明する。

第３図は本発明に係る移動無線通信システムの概念図
である。同図において201〜208は無線基地局、801は無
線回線交換機、802は構内電話交換機、807は公衆網に接
続するための局線である。本実施例においては第３図の
ごとく、および建造物の各部屋毎に無線基地局が配置さ
れている。各無線基地局は第４図に示す通りに接続され
ており、無線回線交換機801を中心としたスター状に通
話信号線で接続されている。無線回線交換機801は加入
者無線局の移動に応じて相対する無線基地局を切替えて
接続するものであり構内電話交換機802がデイジタル制
御方式である場合は該構内電話交換機内にソフトウエア
として収容する事も可能である。構内電話交換機802に
は上記無線回線交換機以外に従来の有線式内線電話803
〜806も接続される。

各無線基地局は通話信号線により無線回線交換機に接
続される他、制御信号線701〜705を介して互いに近隣の
無線基地局と接続されている。該制御信号線は上記各無
線基地局間で無線チヤネルの使用状況その他の情報を互
いに授受するためのものであり、その動作については後
で詳しく述べる。

第５図は各無線基地局の内部構造を示すブロツク線図
である。同図において501は送信機、502は受信機、503
は合・分波器、504は周波数シンセサイザ、505はマイク
ロコンピユータ・ユニツト、506はメモリー、507はアン
テナ、508は制御信号線接続端子、509は通話信号線接続
端子である。

第５図では簡単化のため、１ケの無線基地局内に１組
の送・受信機が内蔵された例を示しているが、一般には
複数組の送・受信機を設けて構成しても良い。その場合
はマイクロコンピユータ・ユニツト505は複数組の送受
信機を制御する。この形態の無線基地局の一実施例を第
６図に示す。

次に本実施例の動作を詳細に説明する。各無線基地局
201〜206は、加入者無線局と通信を行つていない状態に
おいては無線チヤネルを順に検索し、どの無線チヤネル
が使用可能であるか、あるいはどの無線チヤネルが使用
不可能であるかを調査する。本システムに割当てられる
無線チヤネル数を数10チヤネル程度と仮定すると、上記
無線チヤネルの調査は次に示す手順により行なう。

まず、マイクロコンピユータ・ユニツト505はあらか
じめ定められた順序に従つて無線チヤネルの検査順序を
定め、該検索順序に従つて周波数シンセサイザ504を該
無線チヤネルの周波数にセツトする。これにより受信機
502は該無線チヤネルの受信状態に入る。マイクロコン
ピユータ・ユニツト505は受信機502の出力を監視し、該
無線チヤネルの信号強度を読み取り、メモリー506に記
憶する。その際、受信された信号強度に応じて、該無線
チヤネルが他からの干渉により使用不能であるか、干渉
はあるものの一応使用可能であるか、もしくは他からの
信号が観測されず、空きであるかを信号強度のしきい値
により判別し、その結果をメモリー506に記憶する。こ
の記憶リストの例を第７図（ａ）に示す。また上記検索
手順の流れ図を第８図に示す。上記検索手順は該無線基
地局が加入者無線局と通信を行つていない間は常に継続
して行なわれる。

また第６図に示すごとく、無線基地局内に複数の送受
信機を有する場合は、加入者無線局と通信を行つていな
い全ての受信機を並行して動作させる事により、より短
時間で無線チヤネルの空塞状態を把握する事ができる。

次にマイクロコンピユータ・ユニツト505は、あらか
じめ定められた一定時間ごとに、または上記空塞状態が
変化するつど、第７図（ａ）に例として示した自局にお
ける無線チヤネルの観測結果（内部情報）を制御信号線
701〜705を通じて近隣の無線基地局に配送し、同時に近
隣無線基地局が送出する内部情報を受信、メモリー506
内に記憶する。従つてメモリー506内には自局が観測し
た無線チヤネルの空塞状況と、近隣基地局が観測した空
塞状況とが記憶される。この一例を第７図（ｂ）に示
す。

第７図（ｂ）の例では無線基地局201のメモリー内容
の例を示している。この場合、各無線基地局の配置を第
４図の通り仮定しており、無線基地局202〜204が無線基
地局201の近隣局として登録されている。それ以外の基
地局については距離が十分遠く、無線チヤネルの割当て
に関して互いに影響をおよぼさないものとする。

次に、各無線基地局が上記情報を基に無線チヤネルの
割当てを行う動作を説明する。各無線基地局は、加入者
無線局から発呼要求を受けつける等、加入者無線局との
通信を開始するために新たに無線チヤネルを獲得する必
要が生じると、まずマイクロコンピユータ・ユニツト50
5がメモリー506に記憶されている自局の内部情報および
近隣無線基地局の内部情報を参照する。次に該情報のリ
ストの中から自局においては使用可能であり、なおかつ
近隣無線基地局では使用不能となつていは無線チヤネル
を探す。もし該条件に合致する無線チヤネルが複数存在
する場合は、最も多数の近隣無線基地局において使用不
能であり、かつ自局では使用可能である無線チヤネルを
選択する。第７図（ｂ）に記載された例においては、チ
ヤネル番号５の無線チヤネルは２つの近隣無線基地局で
使用不能であり、なおかつ自局では使用可能であるた
め、チヤネル番号５が選択される。

上記手続きに従い、無線チヤネルを獲得した各無線基
地局は、周波数シンセサイザ504を該無線チヤネルの周
波数にセツトし、加入者無線局との通信を開始する。ま
た同時に制御信号線701〜705を通じて近隣無線基地局に
対し、該無線チヤネルを獲得し、使用を開始した事を宣
言する。該宣言はパケツト形式のデイジタル信号により
構成され、少なくとも自局の識別番号および使用を開始
した無線チヤネルの番号を含む。

一方、該宣言を受信した近隣無線基地局は、該宣言中
に記載された無線チヤネルをモニターし、該無線チヤネ
ルの受信信号強度を観測して内部情報を更新する。その
ため、上記の新たに無線チヤネルを獲得した無線基地局
は、無線チヤネル使用開始後、一定時間を経たのち、近
隣無線基地局の内部情報を収集すれば、自局の発射する
電波が影響をおよぼす近隣無線基地局の範囲を知ること
ができる。すなわち、自局の干渉エリア内に入る近隣無
線基地局を動的に特定することができる。そのため、本
システムが設定されたのち、電波の伝搬状況が変化し、
各無線基地局の干渉エリアの大きさ，形状が変化するこ
とがあつても、無線基地局自身が自律的に干渉エリア形
状を認識できるシステムとなる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、全無線基地局を
統括する無線回線制御局を設けることなく、公知のNear
est Neighbours法に匹敵する高能率な無線チヤネルの割
当てが、各無線基地局の自律的な分散処理により実現可
能となる。

そのため、例えば構内移動通信システムなど、無線基
地局の総数が膨大となつて、無線チヤネルの割当て・管
理を無線回線制御局において一括距離することが難しい
場合において顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は通話エリアと干渉エリアの大小関係を示す概念
図、第２図は本発明の原理を示す概念図、第３図は本発
明の適用場所を示す一実施例、第４図は本発明の構成を
示す一実施例、第５図は無線基地局の構成を示すブロツ
ク線図、第６図は複数の送受信機を内蔵した無線基地局
の構成を示すブロツク線図、第７図は無線基地局の内部
情報の例、第８図は無線基地局の動作を示す流れ図であ
る。 201〜207……無線基地局、301……制御局、401〜402…
…加入者無線局、801……無線回線交換機、802……構内
電話交換機。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−112443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−164722（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−101034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−244137（ＪＰ，Ａ) ＣＯＸ，ＲＥＵＤＩＮＫ：“Ａ Ｃｏ ｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｓｏｍｅ Ｃ ｈａｎｎｅｌ Ａｓｓｉｇｍｅｎｔ Ｓ ｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｉｎ Ｌｒａｇｅ −Ｓｃａｌｅ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ ｓ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．，ＶＯ Ｌ．ＣＯＭ−20，ＮＯ．２，Ａｐｒｉｌ 1972，ＰＰ．190−195

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の無線基地局が、共有の複数の無線チ
   ャネルを選択的に利用して、通信領域内の加入者無線局
   と通信する移動無線通信方法において、 各無線基地局は、上記複数の無線チャネルのそれぞれに
   ついて、その信号強度を読み取り、上記読み取った信号
   強度に基づきその無線チャネルが使用可能であるか否か
   を示す内部情報を記憶し、 各無線基地局は、上記記憶された自局の内部情報をその
   近隣の他の無線基地局に送信するとともに、上記近隣の
   他の無線基地局から受信した上記近隣の他の無線基地局
   の内部情報を記憶し、 加入者無線局からの発呼要求を受け付けた無線基地局
   は、上記自局の内部情報及び上記近隣の他の無線基地局
   の内部情報を参照し、自局において使用可能である無線
   チャネルのうち、上記近隣の他の無線基地局では使用不
   能である無線チャネルを優先的に特定し、上記特定され
   た無線チャネルにより上記加入者無線局と通信を開始す
   ることを特徴とする移動無線通信方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の移動無線通信
   方法において、 上記特定された無線チャネルにより上記加入者無線局と
   通信を開始した無線基地局は、その近隣の他の無線基地
   局に少なくとも自局の識別番号及び上記特定された無線
   チャネルの番号を通知し、 上記通知を受けた無線基地局は、上記特定された無線チ
   ャネルの信号強度を読み取り、上記読み取った信号強度
   に基づき内部情報を更新し、 上記加入者無線局と通信を開始した無線基地局は、上記
   通知を受けた無線基地局の上記更新された内部情報を受
   信することを特徴とする移動無線通信方法。
3. 【請求項３】共有の複数の無線チャネルを選択的に利用
   して通信領域内の加入者無線局と通信する無線基地局で
   あって、 アンテナと、 上記複数の無線チャネルの周波数に順次セットされる周
   波数シンセサイザと、 上記アンテナにより受信した、上記周波数シンセサイザ
   がセットされた周波数の信号強度を出力する受信機と、 上記受信機からの信号強度に基づき上記複数の無線チャ
   ネルのそれぞれが使用可能であるか否かを示す内部情報
   を出力する内部情報出力手段と、 上記内部情報出力手段からの自局の内部情報と近隣の他
   の無線基地局から受信した上記近隣の他の無線基地局の
   内部情報とを記憶するメモリと、 加入者無線局からの発呼要求を受け付けた場合、上記メ
   モリに記憶された自局の内部情報と上記近隣の他の無線
   基地局の内部情報とを参照し、自局において使用可能で
   ある無線チャネルのうち、上記近隣の他の無線基地局で
   は使用不能である無線チャネルを優先的に特定し、上記
   特定された無線チャネルにより上記加入者無線局と通信
   を開始するよう制御する制御手段と、 を有することを特徴とする無線基地局。