JP2790078B2

JP2790078B2 - 移動通信システムのアンテナ指向性制御方法およびチャネル構成方法

Info

Publication number: JP2790078B2
Application number: JP7138201A
Authority: JP
Inventors: 敏仁金井
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: US5708441A; JPH08331040A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセルラ方式の移動通信シ
ステムに関し、特に、高利得かつ指向性可変の基地局ア
ンテナを用いることによって基地局と移動局との通信可
能距離を拡大した移動通信システムにおける制御チャネ
ル用アンテナの指向性制御方法および制御チャネル構成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車電話システムや携帯電話システム
などの移動通信システムでは、複数の基地局を分散配置
することにより、広い範囲に分布する移動局に対して通
信サービスを提供している。このようなにサービスエリ
ア内を小ゾーンに分割して移動通信を行なう方式はセル
ラ方式と呼ばれている。

【０００３】基地局と移動局との通信可能距離は、使用
する周波数帯での電波の伝搬特性の他に、無線機送信電
力、アンテナ利得、変復調方法等の無線伝送技術にも依
存する。この通信可能距離が大きい方が、同じ範囲をカ
バーするのに必要な基地局数が少なくて済むので、より
経済的なシステムを構築出来る。

【０００４】無線機の送信電力は、移動局（特に携帯端
末）側において通話可能時間や人体等ヘの電磁波の影響
を考慮すると、むやみに増加させることはできない。し
たがって、基地局側のアンテナの利得を増加させること
により、通信可能距離を大きくすることが一般に行われ
ている。ただし、アンテナの利得を大きくすると、その
分、アンテナの指向特性が鋭くなって、ビーム幅が狭く
なる。このため、アンテナの利得を大きくした場合に
は、基地局から見て全方向にサービスを行なうために必
要なアンテナの数が増加してしまう。現行の自動車電話
システムの基地局では、半値幅（利得の最大方向から、
利得が３ｄＢ低下する方向の間を測った角度）が３０゜
〜９０゜程度の指向性アンテナを、３もしくは６本用い
た構成が一般的である。このような構成は、それぞれ３
セクタ構成、６セクタ構成と呼ばれている。

【０００５】セクタ構成とは別に、指向性の高利得アン
テナを使用しながらアンテナ数の増加を抑える方法が、
特開昭５９−１５２７３９号公報「無線基地局アンテナ
方向自動設定方式」および特開平３−７６４３９号公報
「移動通信システム」に開示されている。特開昭５９−
１５２７３９号の方法は、基地局に無指向性アンテナと
アンテナ回転台に載せた指向性アンテナとを用意し、通
信開始時に移動局側から場所指定信号（すなわち接続要
求信号）を送信してこの場所指定信号を無指向性アンテ
ナで受信し、場所指定信号で示された移動局の方向に指
向性アンテナの向きを自動的に変更して、以後の通信は
指向性アンテナを用いて行なうとするものである。ま
た、特開平３−７６４３９号の方法は、基地局に備える
指向性アンテナを予め回転させておき、移動局からの接
続要求信号を受信した時点でアンテナの回転を停止さ
せ、通信を行なおうとするものである。これら両公報に
開示の方法では、いずれも、通信が必要になった場合に
限って基地局の指向性アンテナが移動局の方向に向けら
れるので、全方向を同時にカバーするだけのアンテナを
用意する必要はない。

【０００６】特開昭５９−１５２７３９の方法では、通
信開始時に移動局から送信される場所指定信号を無指向
性の基地局アンテナで受信するので、通信可能距離はこ
の無指向性アンテナによって制約される。したがって、
指向性アンテナの使用によって通信中の移動局の送信電
力を低減することができるが、サービスエリアの拡大は
それほど期待出来ない。一方、特開平３−７６４３９に
示すように移動局側からの接続要求信号も指向性アンテ
ナで受信する場合には、指向性アンテナによって通信可
能距離が定まるので、大きなサービスエリアを得ること
ができる。

【０００７】なお、アンテナの指向性の方向を回転させ
る方法としては、指向性の鋭いアンテナを機械的に回転
させる方法のほか、複数素子からなるアンテナを用い各
素子に給電する送信電力の位相差を変化させたり各素子
への分配比を変化させたりする電気的な方法などがあ
る。本明細書では、指向性の鋭いアンテナを回転させる
という場合には、機械的にアンテナを回転させることの
ほか、アンテナ素子に給電する電力の位相差や分配比な
どを変化させ総合的な指向性の最大方向を回転させるこ
とも含まれるものとする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、指向性の鋭
い基地局アンテナを回転させる場合には、制御チャネル
上での制御信号の送受信がうまく行なえないことがある
という問題点が生じる。以下、この点について説明す
る。

【０００９】図１１(a)は、基地局アンテナの指向性パ
タンの一例である。図示した例では、基地局９１を中心
として、アンテナの指向性パタン９２の方向（ビームの
方向）が左回りに時間とともに回転する。図１１(b),
(c)は、回転する基地局アンテナからの信号を移動局で
受信した場合の受信レベルの時間変化を示すグラフであ
って、(b)は回転速度が大きい場合、(c)は回転速度が小
さい場合に相当する。指向性の鋭いアンテナが回転して
いるため、移動局側で十分な強度の信号が受信できるの
は、限られた時間の間である。この受信可能な時間幅
は、図示されるように、アンテナの回転速度に依存して
いる。すなわち、回転速度が大きいほどこの時間幅は短
くなる。

【００１０】図１２は、移動局での信号受信レベルと下
り制御チャネル（基地局から移動局ヘの方向）の信号と
のタイミングの関係を示す図である。チャネル多重方式
として３チャネルのＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式を
仮定し、その内の―つを制御チャネル（Ｃｃｈ）に、残
りの二つを通話チャネル（Ｔｃｈ）に割り当てている。
図１２(a)の例では、受信レベルがしきい値を上回って
いる間に制御チャネルを受信しているため、正しい制御
情報を得ることができる。一方、図１２(b)の例では、
受信レベルがしきい値を上回っている間には制御チャネ
ルの一部分しか受信できないため、正しい制御情報は得
られない。もしこの受信することができなかった情報が
その移動局ヘの呼出し信号であった場合には、移動局に
正しく着信を伝えることができない。そして、図１２
(a)のような状態がたまにしか起こらず、ほとんどの場
合は図１２(b)のような状態であれば、制御信号の送受
信は極めて信頼性の低いものになる。

【００１１】さらに、下り制御チャネルのチャネル構成
としては、報知チャネル（ＢＣＣＨ）、個別セル用シグ
ナリングチャネル（ＳＣＣＨ）、一斉呼び出しチャネル
（ＰＣＨ）等の相互に機能が異なる複数のスロットを、
これらが周期的に繰り返されるように配置したものが一
般的である。システムを正しく運用するためには、これ
らの全て種類の制御チャネルの受信を移動局に対して保
証することが不可欠である。

【００１２】このように、指向性の鋭い基地局アンテナ
を回転させる場合、回転速度が速過ぎると制御チャネル
上での制御信号の送受信がうまく行なえないという問題
が生じるが、特開平３−７６４３９号公報には、これに
対する解決策が何も述ベられていない。

【００１３】最も簡単にこの問題を解決するためには、
指向性アンテナの回転速度を十分に遅くすれば良い。と
ころが単に回転速度を遅くした場合には、指向性の中心
の方向が一周する時間が長くなって呼接続に要する時間
も増加し、サ一ビス性が低下するという別の問題を生じ
る。以上、下り制御チャネルを例に説明してきたが、上
り制御チャネル（移動局から基地局ヘの方向）でも同様
の問題が生じる。

【００１４】本発明の目的は、指向性の中心方向が回転
する基地局アンテナを使用する移動通信システムにおい
て、サービス性の低下をもたらすことなく制御信号の送
受信の信頼性を高めることができるアンテナの指向性制
御方法およびチャネル構成方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の移動通信システ
ムのアンテナ指向性制御方法は、基地局と前記基地局に
対応する無線ゾーン内に配置され前記基地局と無線通信
を行なう移動局とを有し、前記基地局では指向性の方向
が可変であるアンテナが使用される移動通信システムに
おける、前記指向性の方向の制御方法において、移動局
ごとに、時分割多重された少なくとも１つのチャネル上
のいずれかの連続するｎ＋１個（ｎは自然数）のスロッ
トの１番目のスロットの最初からｎ＋１番目のスロット
の最後までの時間の間は、信号受信レベルが所要値以上
となるように、基地局アンテナの指向性の方向を連続的
に変化させることを特徴とする。

【００１６】ここで、基地局アンテナの指向性の方向が
一周するのに要する時間が、同一チャネル上のスロット
の繰り返し周期の整数倍になるように、基地局アンテナ
の指向性の方向の回転速度を設定することが望ましい。

【００１７】

【００１８】本発明の移動通信システムのチャネル構成
方法は、本発明のアンテナ指向性制御方法が適用される
移動通信システムのチャネル構成方法であって、移動局
が受信するチャネルの周期に対して、前記チャネル上に
多重された同一機能を持つスロットの繰り返しの周期が
素な関係である。

【００１９】

【作用】制御信号の送受信の信頼性を確保するために
は、どの移動局においても、十分な強度の信号が受信で
きる限られた時間の間に、必ず制御チャネルが現れるよ
うにすればよい。また、これを実現しながら、基地局ア
ンテナの指向性の方向の回転速度をできるだけ高速化す
ることが、サービス性の向上につながる。

【００２０】請求項１に記載の本発明のアンテナ指向性
制御方法では、基地局アンテナの指向性の方向を連続的
に回転させる場合に、制御チャネル上の連続するｎ＋１
個のスロットについて、１番目のスロットの最初からｎ
＋１番目のスロットの最後までの時間に比べ、ゾーン内
の任意の移動局において信号受信レベルが受信レベルし
きい値を上回っている時間（典型的は、ゾーン境界にあ
る移動局で受信レベルしきい値を上回っている時間）が
等しいか長くなるように、アンテナの指向性パタンの回
転速度を設定する。このようにすると、いずれの移動局
においても、その移動局において信号受信レベルがしき
い値を上回っている間に、必ずｎ個の制御チャネルスロ
ットを送受信することができるようになる。その際、請
求項２に示すように、基地局アンテナの指向性の方向が
一周するのに要する時間が、同一チャネル上のスロット
の繰り返し周期の整数倍になるようにすると、移動局で
は制御チャネルスロットを同じ周期で送受信することが
できる。

【００２１】本発明のアンテナ指向性制御方法には、基
地局アンテナの指向性の方向を連続的に回転させる場合
の他、指向性の方向をステップ的に回転させる場合も含
まれている。このような場合には、ステップ移動の間の
アンテナの指向性の方向が固定している間に、制御チャ
ネル上の連続するｎ個のスロットを送受信するようにす
る。このためには、連続するｎ＋１個のスロットの１番
目のスロットの最初からｎ＋１番目のスロットの最初ま
での期間ごとにアンテナの指向性の方向を変化させるよ
うにする。このようにすると、いずれの移動局において
も、その移動局で信号受信レベルがしきい値を上回って
いる間に、必ずｎ個の制御チャネルスロットを送受信す
ることができるようになる。

【００２２】請求項４に記載の本発明のチャネル構成方
法では、上述のアンテナ指向性制御方法を用いる移動通
信システムにおいて、移動局が受信する制御チャネルス
ロットの周期に対して、制御チャネル上に多重された同
一機能を持つスロットの繰リ返しの周期が互いに素な関
係になるように制御チャネルを構成する。このようにす
ると、移動局は制御チャネル上に多重された全ての機能
のスロットを受信できるようになる。

【００２３】

【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。

【００２４】図１は、本発明の一実施例の制御チャネル
用アンテナ指向性制御方法および制御チャネル構成方法
が適用される可変指向性アンテナを有する基地局の基本
構成を示すブロック図である。この基地局は、移動局２
０との間での通信を行なうために使用されるものであ
る。この基地局には、４つの素子からなるアンテナ１０
と、２台の通信チャネル用無線送受信機１２と、１台の
制御チャネル用無線送受信機１３を備えている。また、
アンテナ１０の各素子に対する重み付けを変えてアンテ
ナ１０の指向性を可変設定できるようにするための重み
付け回路１１が、各無線送受信機１１,１２ごとに設け
られている。この３個の重み付け回路１１の出力がアン
テナ１０の素子ごとにまとめられて各素子に接続してい
る。結局、通信チャネルおよび制御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なっている。

【００２５】通信チャネル用無線送受信機１２に対応す
る重み付け回路１１には、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
大にする最適な重み係数を計算してその重み付け回路１
１に出力する通信チャネル用の重み制御装置１４が接続
されている。同様に、制御チャネル用無線送受信機１３
に対応する重み付け回路１１には、制御チャネル用の指
向性パタンの方向が変化するように重み係数を計算し、
その重み付け回路１１に入力する制御チャネル用の重み
制御装置１５が接続されている。また、制御チャネル用
の重み制御装置１５には、制御チャネルのビーム方向を
この重み制御装置１５に指示するアンテナ指向性制御装
置３０が接続されている。ここでは、基地局のアンテナ
１０の指向性パタンを電気的に回転させるものとして説
明を行なうが、上述の特開昭５９−１５２７３９や特開
平３−７６４３９にあるように、アンテナを機械的に回
転させることによって、指向性パタンを回転させること
も可能である。図１においては、符号２１によって、瞬
間的な指向性パタンが示されている。

【００２６】通信チャネル用の重み制御装置１４におけ
る移動局ごとにＣＩＲを最大にする最適な重みの求め
方、および指示されたビーム方向に指向性パタンを向け
るための制御チャネル用の重み制御装置１５における重
みの求め方は、一般的なものであって、例えば、IEEE T
rans. Antennas and Propagation, Special Issue on A
daptive Processing Antennas Systems, vol. AP-34, N
o. 3, Mar. 1986.等の文献に詳述されている。

【００２７】図２は、本実施例における移動局２０での
信号受信レベルと下り制御チャネルとのタイミングを示
す図である。ここでは、基地局のアンテナ１１の指向性
パタンを連続的に回転させているが、その回転速度は、
制御チャネル上の連続する二つのスロットの最初のスロ
ットの先頭から二番目のスロットの最後までの時間と、
最悪条件での移動局での信号受信レベルがしきい値を上
回っている時間とが等しくなるように設定している。こ
こで最悪条件での移動局とは、ゾーン境界にあるなどの
理由により、そのゾーン内の移動局のうち信号受信レベ
ルが最低となる移動局のことである。また、しきい値
は、信号受信が正常に行なわれるための基準として信号
受信レベルに設定される値である。なお、制御チャネル
上の連続するスロットに間には、一般に、通信チャネル
に属するいくつかのスロットが存在する。

【００２８】このようにすると、図２(a)に示すよう
に、ある移動局では信号受信レベルがしきい値を上回る
のと同時に制御チャネルのスロットが受信され始め、信
号受信レベルがしきい値を下回るのと同時に制御チャネ
ルの次のスロットの受信が終了する。したがってこの移
動局では、制御チャネル上の連続する二つのスロットを
受信することができる。このように制御チャネルのタイ
ミングと基地局アンテナが回転するタイミングとが合う
ことは極めて希であリ、ほとんどの場合は図２(b)に示
すように、両者のタイミングはずれている。しかしなが
ら、制御チャネルのタイミングがどちらの方向にずれて
いたとしても、必ず一つの制御チャネルスロットを受信
することができる。図２では、どの移動局にも一つ以上
の制御チャネルスロットを受信させるための基地局アン
テナの回転速度について説明しているが、ｎ個の連続す
る制御チャネルスロットを確実に移動局に受信させるた
めには、連続するｎ＋１個の制御チャネルスロットの１
番目の制御チャネルスロットの最初からｎ＋１番目の制
御チャネルスロットの最後までの時間と、最悪条件の移
動局で信号受信レベルがしきい値を上回っている時間と
が等しくなるように、基地局アンテナの指向性を回転さ
せれば良いことは明らかである。

【００２９】さて、このように平面内で指向性パタンの
向きを回転させるために使用される制御チャネル用のア
ンテナ指向性制御装置３０の構成が、図３に示されてい
る。このアンテナ指向性制御装置３０には、回転速度算
出部３１とビーム方向更新部３２とが設けられている。
アンテナ指向性制御装置３０の入力は、制御チャネルス
ロットの繰り返し周期（図中ではフレーム長と呼ぶ）Ｔ
_frame、スロット長Ｔ_s _lot、連続して受信させたい制御
チャネルスロット数Ｎ、ゾーン境界すなわち最悪条件の
移動局において信号受信レベルがしきい値以上となるア
ンテナの回転角度幅θである。これらの情報は、回転速
度算出部３１に入力される。回転速度算出部３１は、ω
＝θ／（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）の計算式によリ、制御
チャネル用の指向性アンテナの回転速度ωを求め、ビー
ム方向更新部３２に通知する。ビーム方向更新部３２
は、ビーム方向の更新時間間隔をΔｔとすると、更新時
間ごとにビーム方向をωΔｔだけ回転させ、その旨を重
み制御装置１５ヘ出力する。なお、更新時間間隔Δｔは
微小であって、みかけ上、ビーム方向は連続的に変化し
ている。

【００３０】このアンテナ指向性制御装置３０を用いれ
ば、ゾーン内の全ての移動局が、その移動局で信号受信
レベルがしきい値を上回っている間に必ずｎ個の制御チ
ャネルスロットを送受信することができるようになる。
次に移動局が受信する制御チャネルスロットの周期につ
いて考えてみる。図４(a)〜(c)は、それぞれ、基地局の
アンテナ１０の指向性パタンすなわちビーム方向の回転
が、ｎ周目、ｎ＋１周目、ｎ＋３周目の場合における、
移動局の信号受信レベルと下り制御チャネルとのタイミ
ングを説明する図である。ここで、基地局は、基地局ア
ンテナの指向性パタンが一周する間に、３Ｍ＋１個（Ｍ
はある自然数）のスロットを送信するものと仮定する。
そして、連続する２つの制御チャネルスロット（Ｃｃ
ｈ）の間には、２つの通信チャネルスロット（Ｔｃｈ）
があるものとする。

【００３１】図４(a)と図４(b)を比べると分かるよう
に、ｎ＋１周目に移動局が制御チャネルを受信するタイ
ミングは、ｎ周目の時よりも１スロット分早まってい
る。図では示していないが、ｎ＋２周目の場合にも移動
局が制御チャネルを受信するタイミングは、ｎ周目の時
よりも２スロット分早まっているはずである。ところ
が、ｎ＋３周目の場合には、移動局はｎ周目の時よりも
３スロット分早いタイミングでは制御チャネルスロット
を受信することができずに（３スロット分早い制御チャ
ネルは、移動局受信可能範囲の境界にまたがってい
る）、ｎ周目と同じタイミングで受信する。この結果、
ｎ周目とｎ＋１周目との間、ｎ＋１周目とｎ＋２周目と
の間で受信する制御チャネルスロットの間隔は３Ｍであ
るが、ｎ＋２周目とｎ＋３周目との間で受信する制御チ
ャネルスロットの間隔は３Ｍ＋３となり、他の場合より
も間隔が延びている。

【００３２】このように、受信可能な制御チャネルスロ
ットの周期が異なる場合には、待ち受け中の端末の間欠
受信間隔をこれに合わせる必要があり、制御が複雑にな
る。これを避けるためには、基地局が基地局アンテナの
指向性が一周する間に、３Ｍ個（Ｍはある自然数）のス
ロットを送信するようにすれば良い。このように基地局
アンテナの指向性が一周するのに要する時間が、制御チ
ャネル上のスロットの繰り返し周期の整数倍になるよう
にすれば、移動局は常に同じタイミングで制御チャネル
スロットを受信できるようになる。制御チャネルスロッ
トの繰り返し周期をＴ_frame、スロット長をＴ_slot、移
動局に連続して受信させたい制御チャネルスロット数を
Ｎ、ゾーン境界の移動局において信号受信レベルがしき
い値以上となるようなアンテナのビーム方向の回転角度
θとすると、指向性アンテナの回転速度ωは、 ω＝θ／（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）であるから、一周するのに要する時間Ｔは、Ｔ＝３６０゜／ω ＝３６０゜（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）／θ で与えられる。この時間Ｔが制御チャネル上のスロット
の繰り返し周期のＭ倍であれば良いので、制約条件は３６０゜（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）／θ＝Ｔ_frame×Ｍとなる。この式を、アンテナのビーム方向の回転角度θ
について解くと、 θ＝３６０゜（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）／（Ｍ×Ｔ_frame）となる。したがって、このように回転角度を定めればよ
いことになる。

【００３３】図５は、このような回転角度θで指向性パ
タンを回転させるために使用されるアンテナ指向性制御
装置３０の構成を示すブロック図である。このアンテナ
指向性制御装置３０には、受信可能角度幅算出部３３と
回転角度算出部３４とビーム方向更新部３５とが設けら
れている。そして、このアンテナ指向性制御装置３０の
入力は、基地局アンテナの指向性パタンが一周する間に
送信される制御チャネルスロットの数Ｍ（フレーム
数）、制御チャネルスロットの繰り返し周期（図中では
フレーム長と呼ぶ）Ｔ_frame、スロット長Ｔ_slot、移動
局に連続して受信させたい制御チャネルスロット数Ｎで
ある。これらの情報は、受信可能角度幅算出部３３に入
力される。受信可能角度幅算出部３３では、 θ＝３６０゜（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）／（Ｍ×Ｔ_frame）の計算式により、ゾーン境界の移動局において信号受信
レベルがしきい値以上となるアンテナの回転角度θを求
め、回転速度算出部３４および重み制御装置１５に通知
する。回転速度算出部３４には、アンテナの回転角度θ
に加えて、フレーム長Ｔ_frame、スロット長Ｔ_slot、移
動局に連続して受信させたい制御チャネルスロット数Ｎ
が入力される。回転速度算出部３４では、 ω＝θ／（Ｔ_frame×Ｎ＋Ｔ_slot）の計算式により、制御チャネル用の指向性アンテナの回
転速度ωを求め、ビーム方向更新部３２に入力する。ビ
ーム方向更新部３２では、ビーム方向の更新時間間隔を
Δｔとすると、更新時間ごとにビーム方向をωΔｔだけ
回転させ、重み制御装置１５ヘ出力する。重み制御装置
１５では、アンテナ指向性制御装置３０に指示されたア
ンテナ回転角度θおよびビーム方向を実現するような重
み係数を計算し、重み付け回路１１に入力する。

【００３４】以上の説明では、基地局アンテナの指向性
パタンは連続的に回転するものとしてきたが、本発明に
おいては、ステップ的に回転させる、ビームの方向をス
テップ的に変化させることも可能である。

【００３５】ここでは、基地局４０からのビームの指向
性パタン４１が、図６(a)に示されるように変化するも
のとする。なお、１回のステップ状の変化による回転角
φは、φ＝３６０°／Ｌ（Ｌは自然数）で表わされ、Ｌ
回の方向の変化は経てビーム方向がちょうど１周するよ
うになっている。また、制御チャネル上の連続する二つ
のスロットの最初から最後までの時間と、最悪条件の移
動局での信号受信レベルがしきい値を上回っている時間
とが等しくなるように、基地局アンテナの指向性パタン
を回転させている。図では、連続する３ステップ分の指
向性パタンが含まれている。また、移動局の位置とし
て、Ａ点とＢ点を考える。Ａ点は、ステップ状の回転の
いずれかの時点でビームの軸上にあたる位置に配置され
ており、Ｂ点は、基地局から見てＡ点から３６０°／２
Ｌずれた位置にある。すなわち、Ａ点は受信レベルが最
大となる地点であり、Ｂ点は、受信レベルが最小となる
地点である。図６(b)は、Ａ点とＢ点での受信レベルの
変化を示している。ステップ状にビームの方向を変化さ
せた場合、移動局の位置によって受信レベルの変化の仕
方が異なる。特に、Ｂ点では、隣り合う二つの指向性パ
タンから同じ強さの信号を受信するので、受信レベルの
最大値は他の地点に比ベて小さいものの、その地点での
最大値を記録する時間が他の位置に比ベて倍になる。

【００３６】図７(a),(b)は、基地局アンテナの指向性
パタンをステップ的に変化させた場合における、移動局
の信号受信レベルと下り制御チャネルとのタイミングを
示している。ここでは、Ａ点での受信レベルが最大とな
る時間の間だけ、受信レベルがしきい値を越えるように
回転速度が設定されているものと仮定する。こうする
と、図７(a)に示すように、あるタイミングでは信号受
信レベルがしきい値を上回るのと同時に制御チャネルの
スロットが受信され始め、信号受信レベルがしきい値を
下回るのと同時に制御チャネルの次のスロットの受信が
終了する。したがってこの場合では制御チャネル上の連
続する二つのスロットを受信することができる。制御チ
ャネルのタイミングと基地局アンテナが回転するタイミ
ングとそれぞれ別個に設定し、両者間に関連を持たせな
い場合には、両者のタイミングが合うことは極めて希で
あり、ほとんどの場合は図７(b)に示すように、両者の
タイミングはずれている。しかしながら、制御チャネル
のタイミングがどちらの方向にずれていたとしても、必
ず一つの制御チャネルスロットを受信することができ
る。

【００３７】ところが、基地局アンテナの指向性パタン
をステップ的に変化させる場合には、制御チャネルのタ
イミングと基地局アンテナが回転するタイミングとを同
期させることにより、信号受信レベルがしきい値を上回
っている時間を連続的に回転させる場合に比べて短く
し、指向性パタンの回転を高速化することできる。図８
は、このように制御チャネルのタイミングと基地局アン
テナの指向性パタンのステップ状の変化とを同期させた
場合における、移動局での信号受信レベルと下リ制御チ
ャネルとのタイミングを示している。

【００３８】ここでは、制御チャネル上の連続する二つ
のスロットの最初のスロットの先頭から二番目のスロッ
トの最初までの時間と、信号受信レベルがしきい値を上
回っている時間とが等しくなるように、基地局アンテナ
の指向性パタンをステップ状に回転させる。その際、ビ
ーム方向は、制御チャネルスロットの開始時点で切り替
える。このようにすると、図８に示すように、Ａ点の移
動局では信号受信レベルがしきい値を上回るのと同時に
制御チャネルのスロットが受信され始め、信号受信レベ
ルがしきい値を下回るのと同時に制御チャネルの次のス
ロットが開始する。したがってこの移動局では制御チャ
ネル上の一つのスロットを受信することができる。ま
た、Ｂ点の移動局では信号受信レベルがしきい値を上回
るのと同時に制御チャネルのスロットが受信され始め、
信号受信レベルがしきい値を下回るのと同時に制御チャ
ネルの三番目のスロットが開始する。従ってこの移動局
では制御チャネル上の二つのスロットを受信することが
できる。Ａ点、Ｂ点以外にある移動局では、受信レベル
の強さに応じて、Ａ点のように一つのスロット受信可能
な場合と、Ｂ点のように二つのスロット受信可能な場合
がある。図８では、どの移動局にも一つ以上の制御チャ
ネルスロットを受信させるための基地局アンテナの回転
速度について説明しているが、これをｎ個の連続する制
御チャネルスロットを確実に移動局に受信させるために
は、連続するｎ＋１個の制御チャネルスロットの１番目
の制御チャネルスロットの最初からｎ＋１番目の制御チ
ャネルスロットの最初までの時間と、一方向にアンテナ
指向性を固定している時間とが等しくなるように、基地
局アンテナの指向性をステップ的に回転させれば良いこ
とは明らかである。

【００３９】図９は、このように指向性パタンをステッ
プ状に回転させる場合に使用されるアンテナ指向性制御
装置３０の構成を示すブロック図である。アンテナ指向
性制御装置３０は、ビーム方向更新部３６のみを備えて
おり、また、入力は制御チャネルの開始タイミングだけ
である。制御チャネルスロットの開始タイミングが、ｎ
スロットごとにビーム方向更新部３６に入力されると、
更新時間（ｎスロット分の時間）ごとにビーム方向を予
め定めた値φだけ回転させ、重み制御装置１３ヘ出力す
る。

【００４０】以上、どの移動局に対しても、受信レベル
がしきい値を上回っている間に、任意の数の制御チャネ
ルスロットを受信させるための指向性パターンの制御方
法について述ベた。上述の指向性制御方法を用いれば、
制御チャネルスロットをある周期で必ず受信することが
できる。以下では、制御チャネルの受信可能スロットが
周期性を持つ場合の制御チャネル構成方法について説明
する。

【００４１】図１０は、ある移動局の信号受信レベルと
下り制御チャネルとのタイミングを示している。ここ
で、フレームごとに制御チャネルと一緒に時分割多重さ
れている下り通信チャネルは省略している。一般に、下
り制御チャネルには、機能が異なる複数の種類があり、
報知チャネル（ＢＣＣＨ：図中はＢと記す）、個別セル
用シグナリングチャネル（ＳＣＣＨ：図中はＳと記
す）、一斉呼び出しチャネル（ＰＣＨ：図中はＰと記
す）と呼ばれている。移動局はその番号によりグループ
に分けられ、グループごとに呼び出しが行われるため、
一斉呼び出しチャネルはさらに複数に分割される（図中
ではＰ１〜Ｐ４と記す）。

【００４２】図１０(a)に示す例では、制御チャネルの
繰り返しの周期（これをスーパーフレームと呼ぶ）は１
２フレームである。また、移動局が受信可能な制御チャ
ネルの周期も１２フレームであるとする。このように、
制御チャネルの繰り返し周期と、移動局が受信可能な制
御チャネルの周期とが一致している場合、移動局ではい
つも同じ種類の制御チャネル（図ではＢＣＣＨ）を受信
し、他の種類の制御チャネルを受信できない。これで
は、呼び出しや通信チャネル割り当てを受け取ることが
できない。

【００４３】移動局が全ての種類の制御チャネルを受信
できるようにするには、制御チャネルの繰り返しの周期
と、移動局が受信可能な制御チャネルの周期とを、互い
に素な関係にすれば良い。図１０(b)に示す例では、制
御チャネルの繰り返しの周期（これをスーパーフレーム
と呼ぶ）を１３フレームにしている。こうすれば、受信
する制御チャネルのフレーム番号が一つずつ小さくなる
ので、全ての種類の制御チャネルが受信可能である。

【００４４】以上、本実施例においては、下り制御チャ
ネルを用いて説明を行ったが、上リ制御チャネルにおい
ても、同様の制御チャネル用アンテナ指向性制御装置お
よび制御チャネル構成方法を適用することが可能であ
る。また、制御チャネル以外に、通信チャネルに対して
も本発明のアンテナ指向性制御方法およびチャネル構成
方法を適用することも可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アンテ
ナ指向性が回転する基地局アンテナを使用する移動通信
システムにおいて、信頼性およびサービス性の高い制御
信号の送受信を確保することができるという効果があ
る。

【００４６】特に、請求項１に記載の発明によれば、全
ての移動局が、信号受信レベルがしきい値を上回ってい
る間に、必ずｎ個の制御チャネルスロットを送受信する
ことができるようになる。請求項２に記載の発明によれ
ば、請求項１に記載の発明において移動局で制御チャネ
ルスロットを同じ周期で送受信することができる。請求
項３に記載の発明によれば、基地局アンテナの指向性を
ステップ的に回転させる場合に、全ての移動局が、信号
受信レベルがしきい値を上回っている間に、必ずｎ個の
制御チャネルスロットを送受信することができるように
なる。請求項４に記載の発明によれば、移動局が制御チ
ャネル上に多重された全ての機能のスロットを受信でき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアンテナ指向性制御方法お
よびチャネル構成方法を実現する可変指向性アンテナを
有する基地局の基本構成を示すブロック図である。

【図２】(a),(b)は、それぞれ、移動局の信号受信レベ
ルと下り制御チャネルとのタイミングの一例を説明する
図である。

【図３】アンテナ指向性制御装置の構成を示すブロック
図である。

【図４】(a)〜(c)は、それぞれ、アンテナの指向性パタ
ンの回転のｎ周目、ｎ＋１周目、ｎ＋３周目における移
動局の信号受信レベルと下り制御チャネルとのタイミン
グの一例を説明する図である。

【図５】アンテナ指向性制御装置の構成の別の例を示す
ブロック図である。

【図６】(a)は基地局アンテナの指向性パタンをステッ
プ的に変化させることを説明する図、(b)は各移動局で
の受信レベルの変化を説明する図である。

【図７】(a),(b)は、基地局アンテナの指向性パタンを
ステップ的に変化させた場合における、移動局での信号
受信レベルと下り制御チャネルとのタイミングを説明す
る図である。

【図８】制御チャネルに同期して指向性の方向を切り替
えた場合の移動局での信号受信レベルと下り制御チャネ
ルとのタイミングを説明する図である。

【図９】制御チャネルに同期して指向性の方向を切り替
える場合のアンテナ指向性制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】(a),(b)は、本発明の制御チャネル構成方法
を適用した場合における、移動局での信号受信レベルと
下り制御チャネルとのタイミングの一例を説明する図で
ある。

【図１１】(a)は基地局アンテナの指向性パタンの回転
を示す図、(b),(c)は、それぞれ、回転速度が大きい場
合と小さい場合におけると移動局での信号受信レベルの
変化を説明する図である。

【図１２】(a),(b)は、移動局での信号受信レベルと下
り制御チャネルとのタイミングを説明する図である。

【符号の説明】

１０アンテナ１１重み付け回路１２通信チャネル用無線送受信機１３制御チャネル用無線送受信機１４,１５重み制御装置２０移動局３０アンテナ指向性制御装置３１,３４回転速度算出部３２,３５,３６ビーム方向更新部３３受信可能角度幅算出部４０基地局

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基地局と前記基地局に対応する無線ゾーン
内に配置され前記基地局と無線通信を行なう移動局とを
有し、前記基地局では指向性の方向が可変であるアンテ
ナが使用される移動通信システムにおける、前記指向性
の方向の制御方法において、移動局ごとに、時分割多重された少なくとも１つのチャ
ネル上のいずれかの連続するｎ＋１個（ｎは自然数）の
スロットの１番目のスロットの最初からｎ＋１番目のス
ロットの最後までの時間の間は、信号受信レベルが所要
値以上となるように、基地局アンテナの指向性の方向を
連続的に変化させることを特徴とする移動通信システム
のアンテナ指向性制御方法。
【請求項２】基地局アンテナの指向性の方向が一周する
のに要する時間が、同一チャネル上のスロットの繰り返
し周期の整数倍になるように、基地局アンテナの指向性
の方向の回転速度を設定する、請求項１に記載の移動通
信システムのアンテナ指向性制御方法。
【請求項３】請求項２に記載のアンテナ指向性制御方法
が適用される移動通信システムのチャネル構成方法であ
って、移動局が受信するチャネルの周期に対して、前記チャネ
ル上に多重された同―機能を持つスロットの繰り返しの
周期が素な関係である移動通信システムのチャネル構成
方法。