JP2724914B2 - 共有キャリア周波数ホッピング - Google Patents

共有キャリア周波数ホッピング

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JP2724914B2 JP3507820A JP50782091A JP2724914B2 JP 2724914 B2 JP2724914 B2 JP 2724914B2 JP 3507820 A JP3507820 A JP 3507820A JP 50782091 A JP50782091 A JP 50782091A JP 2724914 B2 JP2724914 B2 JP 2724914B2
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    • H04W16/24—Cell structures

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は周波数ホッピング（frequency hopping）
に関する。
より特定的には、この発明はセルラ無線電話システム
において、種々のキャリア共有技術を用いることにより
ホッピングのためにキャリアの利用可能性を増大するこ
とに関する。
発明の背景 キャリア周波数の地理的再使用がセルラ無線電話シス
テムにおける限られた無線スペクトルの問題に対する実
行可能な解決方法として急増している。伝統的には、サ
ービスされる領域はそれらにグループのキャリアを割当
てたセルラカバレージ領域の集団（clusters）に細分さ
れる。これらの集団は集団から集団へと再使用されるキ
ャリアが地理的に十分に互いに分離され不当な妨害なし
にキャリアの同時的な再使用ができるようにして反復さ
れる。
周波数ホッピングは低速のフェーディングに対する感
度の改善を与えるためかつセルラ無線電話システムにお
けるキャリア対妨害比（C/I）マージンを改善するため
に用いることができる。与えられたカバレージ領域内で
の送信はそのカバレージ領域に割当てられたグループ内
の１つのキャリアからそのグループ内の他のものにホッ
ピングされ、一方から他方にホッピングされる。しかし
ながら、各々のカバレージ領域においてホッピングされ
るべき十分な数のキャリアがなければならず、さもなけ
れば周波数ホッピングの利点がなくなる。言い換えれ
ば、低密度のセルラ再使用およびより大きな周波数ホッ
ピングの双方が与えられたカバレージ領域における性能
を改善するが、両方とも通常まったく同じ（かつ欠乏し
た）スペクトルから引き出される。従って、１つの技術
によって得られるものは他のものを犠牲にして得られ
る。
現在提案されている時分割、多重アクセス（TDMA）セ
ルラシステムにおいては、特に現存するアナログセルラ
システムへの付加物として使用された時、あるいは１つ
より多くのオペレータが共存する場合には、より少数の
キャリアが使用のため利用でき、あるいはそのために必
要とされるが、それは８個までの通話が単一のキャリア
の８個の反復するタイムスロットにおいて生じ得るから
である。従って、同じチャネル容量を伝達するために８
分の７（seven-eighths）までのより少ないキャリアが
必要とされるのみである。各々のカバレージ領域に利用
できるキャリアのこの減少は効率的なシステム増強策と
して周波数ホッピングを使用するための機会を低減す
る。
この発明はこれらの欠点を克服しかつ以下に述べるよ
うなある利点を実現することを目的とする。
発明の概要 TDMAセルラネットワークにおいては、共有キャリア周
波数ホッピングのための機構が提供される。その機構
は、フレームのベースでまたはフレームを基礎として、
あるタイムスロット（単数または複数）の間に１つのカ
バレージ領域に対しある再使用直径（reuse diameter）
または再使用パターン内でTDMフレームのホッピングさ
れるキャリアのたくわえ（プール:pool）から少なくと
も１つを割当てる段階、およびフレームを基礎として、
他のカバレージ領域に対しそのキャリア再使用パターン
内である他の実質的に重ならないタイムスロット（単数
または複数）の間にそのフレーム−ホッピングされる
（frame-hopped）キャリアを、すべてそのキャリアの任
意の近傍の再使用と実質的に妨害なしに時間同期して、
割当てる段階を具備し、それにより周波数ホッピングの
利点が得られる。言い換えれば、前記機構は、１つの時
点で、ある再使用パターン内で１つのカバレージ領域に
対し複数のホッピングされるキャリアの内の少なくとも
１つを割当てる段階、およびその同じ時点で、そのキャ
リア再使用パターン内で他のカバレージ領域に対し、す
べてそのキャリアの任意の近傍の再使用と時間同期し
た、その複数のホッピングされるキャリアの内の他のも
のを割当てる段階を具備する。制御およびアクセスキャ
リアもまた前記ホッピングのプールに含めることがで
き、あるシーケンスにおいてホッピングされるべきある
タイムスロットが他のものと異なるようにする。ホッピ
ングされるキャリアのプールはさらに同じ場所に配置さ
れたサイトの内でホッピンググループに配分され、それ
によりシステム内部の同期の必要性を低減する。近傍／
遠方の問題（near/far problem）を解決するため、ホッ
ピング境界を縁どるTDMタイムスロットはより遠くない
移動ユーザに優先的に割当てられる。
図面の説明 本発明の他の目的、特徴および利点は図面とともに以
下の詳細な説明からより明瞭に理解でき、かつその好ま
しい実施例における発明の実施のために意図された最善
の形態も（制限的でない例により）理解でき、添付の図
面においては、 第１図は、本発明の好ましい実施例が動作するネット
ワークの概略図である。
第２図は、本発明によって解決される近傍／遠方の問
題を示す。
第３図は、本発明の好ましい実施例に従って割当てら
れるタイムスロットを示す。
詳細な説明 本発明の好ましい実施例はTDMAキャリアの固有の可分
性（divisibility）を認識し、かつ利用し、そしてそれ
らを伝統的な戦略による場合よりもはるかに大きなホッ
ピングプールを提供可能な共有キャリアとして割当て
る。
第１図は、本発明の好ましい実施例が動作するネット
ワークの概略図である。
第１図は、現在提案されているGSM汎ヨーロッパ・デ
ジタル・セルラ（GSM/PEDC）システムにおいて反復可能
なクラスタ（cluster）を構成する９個のカバレージ領
域（Ａ−Ｉ）を示す。各々のカバレージ領域は120°の
セクタ化されたアンテナによってサービスを受ける。完
全に25MHzの帯域幅が利用できない（すなわち、１つよ
り多くのオペレータが共存する、あるいは現存のアナロ
グ・セルラシステムが存在する）領域においては、（24
のキャリアの）5MHzの帯域が次のように９個のカバレー
ジ領域の間で配分される。
（キャリア周波数は順に番号付けられているが、隣接
していない。） 伝統的な技術によれば、ホッピングは各セクタにおい
て利用可能な少数のキャリアのみ（２つ、または多くて
も３つ）にわたって可能であり、ホッピングしないシス
テムに対し限られた性能の改善を与えるに過ぎないこと
が認識されている。さらに悪いことには、各カバレージ
領域における１つの指定されたキャリア周波数はシステ
ムのシグナリング、アクセスおよび制御に共通に使用さ
れ、かつ常に送信しており従って固定的に割当てられ、
ホッピングのために利用可能なキャリアをさらにカバレ
ージ領域ごとに１つまたは２つに減少させる（あるい
は、TDMAの場合には、制御およびアクセスキャリアのあ
るタイムスロットはホッピングのために利用できな
い）。
しかしながら、もし９個の専用アクセス制御チャネル
（１−９）を除くすべてが、個々のカバレージ領域に固
定的に割当てられるのではなく、ホッピングプールを形
成するために戻されれば、ホッピングシーケンスが個々
のカバレージ領域の間で時間同期しておれば、ホッピン
グプールはカバレージ領域ごとに１つまたは２つからカ
バレージ領域ごとに15（10-24）に増大する。言い換え
れば、小さなグループのホッピングキャリアをその中で
すべてのホッピングを行わなければならない個々のカバ
レージ領域に割当てる代わりに、９個のカバレージ領域
の各々に、すべての15の、プールされたホッピングキャ
リアを有する巡回シーケンス（またはさもなければ決定
論的なシーケンス）に順次インデクスするために独自の
時間またはインデクスオフセットが割当てられる。ホッ
ピングは再使用パターン内で同じチャネル（共チャネル
再使用）妨害および隣接チャネル妨害を避けるためにセ
クタからセクタへかつクラスタからクラスタへ少なくと
も大ざっぱに時間同期して行われる。
以下の表は各々５つの３つのホッピンググループの内
の15のキャリアを割当てるための２つの異なる機構を示
す。X/Y/Zホッピングにおいては、すべての15のキャリ
ア（10-24）は同じ場所に配置されたセクタサイト（た
とえば、A,B,C）各々につき使用される。これはU/V/Wホ
ッピングよりもより大きなサイト対サイト同期を必要と
し、そこではホッピンググループ（たとえば、Ｕ）は同
じ場所に配置されたセクタ（すなわち、A,BおよびＣ）
のみからのキャリアからなり、これは同じ場所に配置さ
れていないサイト（D/E/FまたはG/H/I）とより少ない同
期を必要としかつ何らかの同期障害の影響を低減する。
上に述べたのものはノイズ／妨害性能においてかなり
の改善を与え、それが合計スペクトル（1-24）の、たと
えかなりの大きさの部分でも、一部分（10-24）におい
てのみ生ずることは注目に値する。これは再使用パター
ンより小さいものにより分離された任意の他のカバレー
ジ領域（ＡおよびＡ′）において再使用できないカバレ
ージ領域ごとに１つのキャリア（１−９）を専用するこ
とによる。それにもかかわらず、改善されたシステム性
能のために、（固定キャリア１−９ではなく）ホッピン
グキャリア10-24が優先的に最大の必要性を有する加入
者に割当てできる。携帯可能な、手持ち無線電話ユーザ
は、それらのより低速の移動およびより低い送信電力の
ため、低速フェーディングに対する改善された感度およ
び周波数ホッピングによって与えられる妨害に対する増
大した頑丈さから最も利益を受ける。ホッピングキャリ
ア（10-24）はまた劣化した信号品質（増大したビット
エラー率）を受けているものに優先的に割当てることが
できるが、その理由はそれが信号強度よりも低速フェー
ディングおよび妨害をより良く表示するからである。こ
れらの技術は固定（１−９）およびホッピング（10-2
4）キャリアの利用を最適化するよう試みるが、すべて
のキャリア（1-24）をホッピングプールに含めることが
より望ましい。
前述の説明は基本的には時間的に同期して種々のカバ
レージ領域の間でキャリアを共有することに依存してい
るが、スロット化されたTDMAチャネル構造を要求しな
い。しかし、実際には、GSM/PEDCはTDMAシステムであ
り、各キャリアは反復する８個のタイムスロットのフレ
ーム（スロット０−スロット７）において８個の別個の
チャネルに細分されている。各カバレージ領域における
指定されたキャリアでのスロット０（かつ多分他のもの
も）はシステムへのアクセスのために確保されかつ専用
され、かつ、従って、ホッピングのために利用できない
が、スロット１−７は他のトラフィックのために利用で
きる。さらに複雑なことは各カバレージ領域における指
定されたキャリアはその専用周波数を連続的に送信しな
ければならず、それによりその信号強度はハンドオーバ
の候補の評価のために隣接カバレージ領域においてユー
ザによって監視することができるようにしなければなら
ず、従ってこの周波数はその再使用パターン内で再使用
できない。不幸なことに、各キャリアのスロット０を確
保することは利用可能な容量の８分の１の受入れられな
い損失を生ずる結果となる。ホッピングプールの一部分
でないカバレージ領域ごとに１つのキャリアを確保する
ことは前の説明において提案された解決方法であった
が、他の解決方法がある。スロット０のものとは異なる
ホッピングシーケンスがスロット１−７について可能で
ある。タイムスロット０はホッピングすることができ、
…abcde abcde…、一方でスロット１−７はホッピング
しており、…abcdef abcdef…、この場合キャリアｆ
（およびそのスロット０）はアクセスおよび制御のため
に指定されている。従ってキャリアｆのスロット０は常
にシグナリング、アクセスおよび制御のために利用でき
る。
アクセスおよび制御のためにスロット０を含みかつ常
に送信していなければならないスロット１−７を含む、
５つのホッピングキャリア（ａ−ｅ）および１つのキャ
リア（ｆ）を有する、１つのセクタ化されたカバレージ
領域（たとえばＡ）のための例示的な８スロットTDMAシ
ステムにおいて、Ａのためのスロット／キャリア割当て
は次のようになる。
再使用パターン内では、キャリアｆはホッピングのた
めに利用できないが、ａ−ｅは利用できる。もしキャリ
アｇが、たとえば、カバレージ領域Ｂに専用されれば、
Ｂに対する受入れ可能なスロット／キャリア割当ては次
のようになる。
そこに与えられるユーザトラフィックがない場合にも
ハンドオーバの候補を評価する加入者のためにｆのキャ
リアが常に送信されていることを保証するため余分の送
信機器が必要であるかもしれないことに注目すべきであ
る。GSM/PEDCにおいては、ダミーバーストがこの目的の
ために規定されている。さらに、送信機器は、専用キャ
リアを含まずかつフレームからフレームへのホッピング
能力に対する暗に示された影響を含まない前記説明に反
し、スロットごとのベースで周波数を変えることができ
なければならない。
この機構を使用すると、遠方のセルラ加入者が差分的
な送信遅延による妨害を被る場合がある。両方のセルサ
イトが同期しており（t0）かつ上に述べたように、同じ
ホッピングプールを共有するものと仮定する。
第２図は、本発明によって解決される近傍／遠方問題
を示す。加入者が彼の領域のセルサイトから比較的遠い
が、スロット間に限られたガード時間を有する、フレー
ム境界（周波数が変わるとき）において、他方のもの
（Ｂ）よりも一方のもの（Ａ）にいくらか近い場合に
は、彼は他方のもの（Ａ）の始めとオーバラップする一
方のもの（Ｂ）の後部（tail）から妨害を受けるかもし
れない。加入者がより遠くに出ると、よりオーバラップ
しやすくなり（かつ苛酷になる）。第３図は、本発明の
好ましい実施例によるタイムスロット割当てを示す。こ
の周波数ホッピングのあり得る複雑化に対する解決方法
はフレーム境界に最も近いタイムスロットを遠方の加入
者に割当てず、それらを代わりに（たとえば、タイミン
グ進みにより測定した）サイトにより近い加入者に割当
てることである。もし周波数ホッピングがフレームベー
スで行われ、周波数変化がスロット７からスロット０に
のみ（かつ専用制御キャリアの場合にはスロット０から
スロット１に）生ずれば、フレーム境界のいずれの側の
前のスロット７および後続のスロット０（およびキャリ
アf/gのスロット１）はより近傍の加入者に割当てら
れ、一方スロット２−６はより遠方の加入者に割当てら
れるであろう。タイムスロットのこの割当てにより、近
傍／遠方問題は実質的に低減される。加入者−セルサイ
ト方向での逆の近傍／遠方問題は全く同じ戦略によって
解決される。
上に述べた様式で時間同期的にキャリアのポインタを
割当てるための巡回キュー手段（あるいは、決定論的ア
ルゴリズム手段）は第２図の割当て制御プロセッサ内に
使用されているセルラベースステーション制御方法に習
熟した者にとって容易に可能である。
従って、TDMAセルラネットワークにおいて、共有キャ
リア周波数ホッピングのための機構が提供された。その
機構は、フレームのベースによりある再使用パターン内
であるタイムスロット（単数または複数）の間に１つの
カバレージ領域に対しプールされたTDMフレーム・ホッ
ピング・キャリア（TDM-frame-hopped carriers）から
少なくとも１つを割当てる段階、およびフレームのベー
スでそのキャリア再使用パターン内で他のカバレージ領
域に対しある他の実質的にオーバラップしないタイムス
ロット（単数または複数）の間にそのフレームホッピン
グされるキャリアを、すべてそのキャリアの任意の近傍
の再使用と実質的に妨害なしに時間同期して割当てる段
階を具備し、それにより周波数ホッピングの利点が得ら
れる。言い換えれば、前記機構は、１つの時点におい
て、ある再使用パターン内で１つのカバレージ領域に複
数のホッピングされるキャリアの内の少なくとも１つを
割当て、かつその同じ時点でそのキャリア再使用パター
ン内で他のカバレージ領域に対しその複数のホッピング
されるキャリアを、すべてそのキャリアの任意の近傍の
再使用と時間同期して、割当てる段階を具備する。制御
およびアクセスキャリアもまた前記ホッピングプールに
含めることができ、あるタイムスロットが他のものとは
異なるシーケンスでホッピングされるようにする。ホッ
ピングされるキャリアのプールはさらに同じ位置に配置
されたサイトの間でホッピンググループに配分され、そ
れによりシステム内部の同期要求を低減する。近傍／遠
方問題を解決するため、ホッピング境界を縁どるTDMタ
イムスロットはより遠くない移動ユーザに優先的に割当
てられる。
この発明の付随的な利点はより小さな数のキャリアか
らはるかに大きなホッピングプールの準備ができ、ホッ
ピングがこれらの状況において完全にシステム増強とし
て提供できること、ホッピングシーケンスにおけるアク
セスおよび制御キャリアの利用、改善されたC/Iおよび
フェーディング性能、システム内同期に対する依存性の
低減、および近傍／遠方問題の解決である。
本発明の好ましい実施例が説明されかつ示されたが、
当業者にはこの発明の他の変更および修正が可能である
ことが理解される。好ましい実施例の説明はセクタ化さ
れた再使用に関するものであったが、本発明の概念をそ
のように限定する理由はなく、本発明は、たとえば、全
方向性アンテナ周波数分割多重アクセス（FDMA）にも同
様に適用可能である。同様に、本発明がTDMAに限定され
る理由はない。
これらおよび他の変形および適用は添付の請求の範囲
の範囲内にあることが期待される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−251929（ＪＰ，Ａ) 欧州公開189695（ＥＰ，Ａ１) ＤＯＲＮＳＴＥＴＴＥＲ，ＶＥＲＨＵ ＬＳＴ：”ＴＥＨ ＤＩＧＩＴＡＬ Ｃ ＥＬＬＵＬＡＲ ＳＦＨ 900 ＳＹＳ ＴＥＭ”，ＩＥＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴ ＩＯＮＡＬ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ Ｏ Ｎ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ’86 ｖｏｌ．２，ＪＵＮＥ 1986，ＴＯＲＯ ＮＴＯ ＣＡ，ＰＰ．1151−1155

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セルサイトおよび複数の移動ユーザを含む
    通信システムにおいて使用するための共有キャリア周波
    数ホッピング方法であって、 フレームを基礎としてあるキャリア再使用パターンの第
    １のカバレージ領域に、第１のタイムスロットの間に、
    プールされたフレーム・ホッピング・キャリアから第１
    のフレーム・ホッピング・キャリアを割当てる段階、 フレームを基礎として、前記キャリア再使用パターンの
    第２のカバレージ領域に、前記第１のタイムスロットに
    関し実質的に重ならない第２のタイムスロットの間に、
    前記第１のフレーム・ホッピング・キャリアを割当てる
    段階、そして ホッピング境界を縁取る少なくとも１つのタイムスロッ
    トを前記セルサイトに比較的近い複数の移動ユーザの内
    の第１の移動ユーザに割当てる段階、 を具備する共有キャリア周波数ホッピング方法。
  2. 【請求項２】ホッピング境界を縁取らない少なくとも１
    つのタイムスロットが前記セルサイトから比較的遠い移
    動ユーザに割当てられる、請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】フレーム境界を縁取る少なくとも１つのタ
    イムスロットがより遠くない移動ユーザに割当てられ
    る、請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】セルサイトおよび複数の移動ユーザを含む
    通信システムを使用する共有キャリア周波数ホッピング
    のための装置であって、 フレームを基礎として、キャリア再使用パターンの第１
    のカバレージ領域に対し、第１のタイムスロットの間
    に、プールされたフレーム・ホッピング・キャリアから
    第１のフレーム・ホッピング・キャリアを割当てるため
    の第１の手段、 フレームを基礎として、前記キャリア再使用パターンの
    第２のカバレージ領域に、前記第１のタイムスロットに
    関し実質的に重ならない第２のタイムスロットの間に、
    前記第１のフレーム・ホッピング・キャリアを割当てる
    ための第２の手段、そして ホッピング境界を縁取る少なくとも１つのタイムスロッ
    トを前記セルサイトに比較的近い前記複数の移動ユーザ
    の内の第１の移動ユーザに割当てるための第３の手段、 を具備する共有キャリア周波数ホッピングのための装
    置。
  5. 【請求項５】前記割当てるための第３の手段はホッピン
    グ境界を縁取らない少なくとも１つのタイムスロットを
    前記セルサイトから比較的遠い移動ユーザに割当てる、
    請求の範囲第４項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記割当てるための第３の手段はフレーム
    境界を縁取る少なくとも１つのタイムスロットをより遠
    くない移動ユーザに割当てる、請求の範囲第４項に記載
    の装置。
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