JP2976211B2 - 無線セルを設計するための方法 - Google Patents

無線セルを設計するための方法

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JP2976211B2 JP2505000A JP50500090A JP2976211B2 JP 2976211 B2 JP2976211 B2 JP 2976211B2 JP 2505000 A JP2505000 A JP 2505000A JP 50500090 A JP50500090 A JP 50500090A JP 2976211 B2 JP2976211 B2 JP 2976211B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、無線セルを設計するための方法、特に、シ
ステム内のセルと、トラヒック要求に応じて変化するチ
ャンネル割当能力との間の相互作用を制御することによ
ってセルを設計するための方法に関するものである。こ
の方法は、フィールド強度測定および割当アルゴリズム
を使用し、セルシステムの簡単な適用を可能とし、すな
わち、変化するトラヒック要求によってセルの数を増加
または減少させる。特に、本発明は、自動車無線セルの
設計に関するものである。トラヒック要求の変化は、通
信量の毎日の変化、およびルートネットワーク等の変化
によるより長期的な変化に関係し得る。
本発明は、また、無線システムにおける供給源の割当
に対する除外マトリックスを構成するための方法に関係
する。無線システムは、例えばページングシステムの場
合には、ただ１つの方向の通信を伴って単方向となり、
例えば、自動車無線システムの場合には双方向となり得
る。適用の際には、自動車無線システムを考察すること
が好ましいが、本発明は、また単方向システムにも適用
可能である。自動車無線システムにおいて、利用可能な
周波数供給源は、システムの能力が、顧客が受け入れ可
能な質を得るという条件の下に最適化されるべく使用さ
れることが重要である。人口稠密な領域でのマイクロセ
ルシステムにおいては、チャンネルの割当が、実際の通
信分布に適合可能となっていることが望ましい。これは
非常に差し迫って要求される仕事であり、システムのオ
ペレータが、システムにおいて固有の妨害を完全に制御
する場合になされる大きな利点がある。与えられた周波
数領域における質の改善および通信処理の改善によっ
て、さらなる周波数の節約がなされる。
次の前提条件が与えられる。すなわち、例えばストッ
クホルムのトラヒック要求の分布、良好な受信のために
はどちらのC/I（搬送対混信）混信比が必要とされる
か、およびどの程度の混信が隣接するチャンネルで受信
機に許容されるかを規定するシステムパラメータ、並び
に、制限されたチャンネル数を有するシステムに対する
周波数帯域が与えられる。与えられた周波数の範囲で、
チャンネルを異なる基地局に割り当て、よって、顧客に
よって経験される通信の質が、与えられた最小限の要件
を満たすようにすることが目的である。
さらに、本発明は、自動車無線システムにおけるアッ
プリンク混信を決定するための方法、言い換えれば、他
のセル内の自動車ユニットの混信に対する特定のセル内
の混信度を決定するための方法に関するものである。
従来技術 初期の自動車無線セル設計法は静的な方法であり、す
べてのセルは、常に同一のチャンネル割当によって作動
するものであった。直接的なフィールド強度測定が以前
には用いられていなかったため、実測混信比のチェック
がなされず、また、新たなチャンネルの割当を行うこと
が困難であった。これは、常時作動している全てのセル
に対して供給源を不経済に使用するものである。
本発明の第１の特徴によれば、混信比、すなわちシス
テム内の相互作用が、常時完全に制御される。すなわ
ち、本発明は、支配的なトラヒック要求に簡単に適合す
る方法を提供する。
従来技術において、供給源の割当の問題は、本質的に
以下のように解決されてきた。系統的な記述が、いわゆ
る除外マトリックスの形でチャンネル分布に適用される
あらゆる制限を与えられる。除外マトリックスは、異な
る基地局が、あるいは異なる有効範囲内における自動車
ユニットが、いかにして、同一チャンネルに対しておよ
び隣接チャンネルに対して同時に存在し得るのかに関す
る、記号の形での記述を与える。このとき、割当アルゴ
リズムは、異なる基地局が、満足されるべき通信の質に
対する最小限の要件に対してどのチャンネルをもつべき
かを、正確に見出すために用いられる。この方法はほと
んど用いられない。なぜなら、大都市を波の伝播に関し
て、有用なフィールド強度および混信フィールド強度
が、関係のある地点、例えば幹線道路に沿って、数dBの
範囲内で予測さ得るように特徴づけることは困難だから
である。地形モデルに基づく巨大な予測プログラムを用
いてなされる試みの例が存在する。しかしながら、実際
には、例えばすべてのアンテナの形態が、いかにして極
端に不規則な形態をともなって見えるかに関する情報を
提供する可能性はない。すなわち、このような試みは、
全く非現実的な計算量を生じさせる傾向がある。
本発明の第２の特徴によれば、基本的に簡単で、かつ
全く現実的な方法が、除外マトリックスを計算するに適
した、例えばストックホルムに適した、波の伝播情報を
与えるために使用される。除外マトリックスは順次、割
当アルゴリズムを実行することを可能とし、チャンネル
割当が、良好な通信の質を保証する非常によく知られか
つ望まれた混信度を有する状況に対して得られる。
自動車無線システムにおける混信度を決定するとき、
ダウンリンクのみ、すなわち、他のセルにおける基地局
からの混信のみが以前に考慮されていた。これは、特
に、他のセルにおける移動する自動車ユニットからの混
信を特徴づけるためのいかなる方法も存在しないという
理由から、十分なものであると仮定されてきた。しかし
ながら、ダウンリンクおよびアップリンクの間に重大な
差の存在することが示された。通常、混信度は、ダウン
リンクの状況よりもアップリンクの状況においてより大
きい。これは、ダウンリンクの混信度は許容し得るが、
アップリンクの混信度は非常に高い供給源の割当がなさ
れ得ることを意味しており、また、当然、システムが全
体として受け入れられないものであることを意味してい
る。
本発明の第３の特徴によれば、アップリンクの場合に
対する混信度を、効果的な方法で決定することが可能と
なり、その結果、この問題が解消される。
発明の要約 本発明によれば、トラヒック要求が地理的エリアに関
して見積もられ、トラヒック要求の許容し得る有効範囲
が、適当な送信電力およびアンテナ装置を備えた多数の
セルによって生成され、有効範囲および混信の測定が各
セルに対して実行され、測定結果が測定データ基地局に
記憶され、各セルが、許容し得るブロッキングの範囲を
考慮しつつ、見積もられたトラヒック要求に対応する多
数のチャンネルを割り当て、システム内のセル間の相互
作用を表す除外マトリックスが測定結果に基づいて計算
され、確率化の技法を用いて各セルに対するチャンネル
割当の異なる集合を与える割当アルゴリズムが繰り返さ
れ、チャンネルの最大数に対してチャンネルを割り当て
ることが不可能な場合には前述の一連のステップが再度
実行され、チャンネル数が十分に高い場合に許容し得る
無線セルの設計が得られるような、無線セルを設計する
ための方法が提供される。
本発明は、また、最適のチャンネル割当に対する上述
の除外マトリックスを形成するための方法を提供する。
本発明は、さらに、自動車無線システムにおけるアッ
プリンク混信を決定するための方法を提供する。
本発明のさらに別の特徴が、従属請求項に記載されて
いる。
発明の詳細な記述 本発明を、自動車無線システムに関して詳細に説明す
る。
自動車無線システムの主要な機能は、自動車無線通信
を処理することである。このため、セルを設計する際に
なされるべき第１のことは、どれだけのトラヒック要求
が地理的に分布しているかを見積もることである。この
ような分布がどのうようにして規定されるかを詳細に説
明すべき理由が存在する。なぜなら、無線システムの作
動エリア内の各地理的な位置でのトラヒック要求は、例
えば、時間につれて変化するからである。１つの形式の
分布が、特定の場合に対して必要とされないセルを閉鎖
し、この状況に対して許容されるチャンネル割当を用い
ることによって、長時間の通信における変動に適合する
システムにおいて用いられなければならない。また、す
べてのセルが、常に同一のチャンネルを使用して作動し
ている状況に対しては、また別の形式の分布が用いられ
なければならない。後者の場合は、現存する自動車無線
システムにおける現在の技術水準に基づいているが、こ
の場合、セルは、１セルごとに計算されまたは全システ
ムにわたって全体として計算される、許容し得る平均ブ
ロッキングに対応する範囲を伴う最大負荷に対してその
大きさが規定されねばならない。
第２に、セルの設計は、トラヒック要求の主要部が生
じるそれぞれの場合に、有効範囲が存在することを保証
しなければならない。これは、順次、基地局の位置がい
かにして選択されるのか、また、どのアンテナが使用さ
れ、また、どのような大きさの送信電力が使用されるべ
きかを決定する。一般に、単指向性アンテナが使用され
る。基地局がこのようにして設計されるとき、テスト測
定が、有効範囲および混信に関して行われ、そして他の
すべての基地局の有効範囲および混信を含むデータ基地
局内に配置されなければならない。現在、ほとんどすべ
てのトラヒック要求がパスネットワーク内の主ルートか
ら処理されるためには、データ基地局がこれらの主ルー
トに関する有効範囲および混信を含んでいれば十分であ
る。基地局は、１セルごとに十分に多くのチャンネルを
含み、有効範囲内のトラヒック要求を処理可能なもので
なければならない。
次のステップにおいて、いわゆる除外マトリックスが
問題となる地理的領域、例えば、ストックホルムエリア
の全自動車無線システムに対して計算される。
前提条件は、それぞれ、その有効範囲、および制限さ
れた数のチャンネルをもつシステムに対する周波数帯域
を有する多数の基地局が存在するということである。ま
た、どのC/I混信比が良好な受信に対して必要であるの
か、そして、どの程度の混信を、隣接チャンネルにおい
て受信機が許容するのかに対する要件が存在する。本発
明によれば、フィールド強度が、各有効範囲内の重要な
パスに沿って測定される。測定値から、送信機間の混信
比を数値によって特定する交差混信マトリックスが計算
される。交差混信マトリックスから、異なる有効範囲内
の基地局間、自動車ユニットおよび基地局間の混信比
を、記号形式で特定する除外マトリックスが計算され
る。チャンネル割当が、除外マトリックスの結合によっ
て実行され得る。
特に、較正された受信装置を使用すれば、すべての基
地局からの受信電力が、自動車無線システムによって占
有される地理的領域における適切な通信ルート上におい
て測定される。測定されたフィールド強度は、これらの
測定に対し、20m（約30波長）平方の部分にわたる平均
値を与える。そして、各部分は、座標表示に結びつけら
れる。フィールド強度値は、受信シグナル電力の測定結
果においてdBmの単位で表される。測定はそれほど多く
なされるものではない。なぜなら、12までの基地局から
のフィールド強度が、同一の手続きで一度に登録され得
るからである。有効範囲および混信を含む１つのセルに
対するすべての必要な測定を一夜にして行うことが可能
である。これらの形式の測定は、既に、ストックホルム
エリア内で十分に実施されている。
測定は、自動車ユニットが地理的領域のどこにあって
も、自動車ユニット内の受信機が、異なるセルからどん
な潜在的な電力を受けなければならないかに関する情報
を与える。また、任意の基地局で潜在的に受信された、
有効範囲内の自動車ユニットに源を発する電力を計算す
ることは容易である。したがって、自動車ユニットおよ
び基地局両方の混信状態が知られる。
こうして、除外マトリックスは、異なる有効範囲内の
異なる基地局あるいは自動車ユニットが、いかにして同
一チャンネルおよび隣接チャンネルに対して同時に存在
し得るかに関する、記号形式での系統的な記述を与え
る。このマトリックスの出現は、どの限界値が混信およ
び有効範囲に対して設定されるかに依存する。除外マト
リックスは、チャンネルがいかに配置され得るかに関す
る情報を含んでいるにもかかわらず、周波数に基づいた
量ではなく、空間内のフィールド強度間の関係を記述す
るものであることを理解することが重要である。
混信は、一方において、基地局の受信機に対して記述
され、他方において、自動車ユニットの受信機に関して
記述され得るので、アップリンクマトリックスおよびダ
ウンリンクマトリックスが存在する。（当然、ページン
グシステムにおいては、ダウンリンクマトリックスのみ
が用いられる。）異なるチャンネル割当が、実際、アッ
プリンクおよびダウンリンクに対して使用され得るな
ら、これらのマトリックスは、対称化された後、これら
の割当を行うためにそれぞれ直接使用され得る。しかし
ながら、それは、両方向において同一の割当を用いるこ
とを意図するものであり、割当アルゴリズムがこれらの
マトリックスの結合に適用されることを意味する。
ダウンリンクの状況を図１に示した。すべての基地局
ステーションが、対応するサービスエリアとともに１か
らＮまでの数字をつけられているものと仮定する。図１
には、２つの状況ｉおよびｊが、関係するサービスエリ
アとともに示してある。ｉ番目の有効範囲にある自動車
ユニットＭは、それ自身の基地局から所望の電力Piを受
信し、基地局ｊから望まない混信電力Pjを受信する。用
語「サービスエリア」と、用語「有効範囲」との間には
わずかな差異がある。有効範囲は、与えられた基地局に
対して、満足のいく受信を可能とする十分に高い受信電
力を有する、すべての測定されたパスを意味する。サー
ビスエリアにおいて、良好な受信を可能とする測定され
ない地点が見出され得る。
受入れられ得る同一チャンネルの質に対する最小の許
容C/I（搬送対混信）ノイズ比は、LP1、第１の隣接チャ
ンネルにおけるノイズを伴う許容し得る質に対する最小
の許容C/Iノイズ比は、LP2等である。（ｋ−１）番目の
隣接チャンネルに対し、C/IはLPkより大きくなければな
らず、ｋ≦Ｍである。混信無能数ｐは、有効範囲の関数
として定義される。これに対し、次式が成立する。
Pi/Pj＜LPk ｋ＝1,2,・・・・,M ここで、Ｍは必要な同一チャンネルおよび隣接チャン
ネル限界値の数である。
一般のＮ次の交差混信マトリックスの要素Pijが、関
係式 Pij（LPk）＝ｐ によって与えられる。
対角要素はゼロとなるように設定される。すなわち、 すべてのｉおよびｋに対して、Pij（LPk）＝０ である。
この交差混信マトリックスＰは、ダウンリンクの状況
に関係しており、どの程度の混信を自動車ユニットが送
信基地局に対して受けているのかを記述する。
図２は、アップリンクの状況を示したものである。こ
の図は、関係するサービスエリアを伴った基地局ｉおよ
びｊを示している。この場合、基地局ｉは、基地局ｊの
有効範囲内の自動車ユニットMjからの混信Qjを受ける。
基地局ｉは、その有効範囲内の自動車ユニットMiから望
まれた電力Qiを受信する。有効範囲は、前述の場合と同
様にして規定され、また、アップおよびダウンリンクに
対する電力の割り当て量の不均衡を調節し得る。
自動車ユニットMiが基地局ｊの全有効範囲を通過した
と仮定したとき、混信電力は、基地局ｉにおいて生じる
ことになる。基地局ｊの有効範囲のｙ％に対して、自動
車ユニットMjによって生じる混信電力を超える基地局ｉ
での混信電力は、Qjyによって表される。ｙの適当な値
として、50または90をとることができる。同一チャンネ
ルの許容される質に対する最小許容C/Iノイズ比は、LQ
1、第１の隣接チャンネルの許容される質に対する最小
許容C/Iノイズ比は、LQ2等と表される。（ｋ−１）番目
の隣接チャンネルに対し、C/Iは、前述のように、LQkよ
り大きく、ｋ≦Ｍでなければならない。
混信無効化数ｑは、基地局ｉに対する有効範囲の比と
して定義される。これに対して、 Qi/Qjy＜LQk が成立する。
一般のＮ次の除外マトリックスが、関係式 Qij（LQk）＝ｑ によって定義される。
このマトリックスの対角要素は、前述したのと同様
に、ゼロとなるように設定される。すなわち、 すべてのｉおよびｊに対し、Qii（LQk）＝０ である。
こうして、交差混信マトリックスが、ｋ＝1,2,・・・
・,Mに対して得られる。この交差混信マトリックスＱ
は、アップリンクな状況に関係し、基地局内の受信機
が、送信モービルユニットに対して受ける混信の程度を
記述する。
また、アップリンクマトリックスが、以下のようにし
て計算され得る。図２の自動車ユニットMjが、基地局ｊ
の全有効範囲を通過するとき、混信電力が基地局ｉにお
いて生じる。混信電力は、混信を引き起こす自動車ユニ
ットの瞬間的な位置に依存して変化する。そして、これ
らの異なる混信電力の結果は、分布関数によって統計的
に特徴づけられ得る。
ａ）分布関数は、測定されたフィールド強度値から起点
によって計算される。混信値が、前記分布関数にしたが
って確率化を実行すること（モンテカルロ法）によって
生成される。これは、例えば、すべての混信結果が表形
式で表されるようにし、この表のすべての数値にわたっ
て均一な選択を実行することによってなされ得る。混信
値はすべて、それぞれの記憶位置に記憶され、選択は、
これら記憶位置の全アドレスにわたって均一に実行され
る。
自動車ユニットMiが有効範囲ｉを通過し、そして、自
動車ユニットが有効範囲の与えられた地点に位置すると
き、それによって、基地局が有効範囲フィールド強度Qi
およびランダムな混信フィールド強度Qjを受けるものと
仮定する。混信無効化数ｑ（ｑは、アップリンクに対す
る交差混信マトリックスの要素Qij（LQk）である）は、
基地局ｉの有効範囲の比として定義され、 Qi/Qj＜LQk が成立する。
混信フィールド強度Qjが確率化されるという事実によ
り、比Qi/Qjは確率的な変数となる。結果、Ｑは、計算
が実行されるごとに新たな値をとる確率的な変数とな
る。実際、こうして計算されるＱの値は、その平均値の
まわりにうまく集められ、単一の値が代表値とみなされ
得ることがわかる。万一これで十分でなければ、上述の
ようにして、数回、混信を生じる自動車ユニットの影響
をシミュレートすることによって、ｑの平均値を見積も
ることが常に可能である。
ｂ）分布関数は、近似的に、対数的な正規分布によっ
て近似される。よく知られているように、基地局から同
一の距離に位置する自動車ユニットから生じる混信フィ
ールド強度は、ほとんど対数的な正規分布を有してい
る。これは、また、隣接する有効範囲内の自動車ユニッ
トからの、基地局内の混信フィールド強度に対しても、
よい近似として適用される。対数正規分布は、平均値お
よび偏差によって、どのパラメータが、与えられた測定
混信フィールド強度から容易に計算され得るかを、完全
に決定する。ａ）の場合と比較すると、計算されるの
は、分布関数ではなく、混信値の真の分布に対する平均
値および偏差のみである。真の分布は、さらに対数的な
正規分布によって近似される。真の対数化された混信フ
ィールド強度に対するメジアンは、対数正規分布におけ
る平均値として非常によく用いられ得る。シミュレート
された混信電力は、正規分布する数値を発生するジェネ
レータおよび、前記平均値および偏差の知識によって発
生せしめられる。交差混信マトリックスの要素Qij（LQ
k）が、前述のａ）で特定されるものに対して類似的に
計算される。
基地局および自動車ユニット間の送信損失は、送信方
向に依存しないという事実により、基地局における、送
信する自動車ユニットからの電力値Ｑは、送信基地局か
らの電力値Ｐに直接関係づけられ得る。Ｐの値は、測定
された波伝播データから得られるのみであるから、これ
はまた、Ｑの値に適用される。
周波数互換性を計算するために、各有効範囲が、他の
有効範囲の全てに対して調べられる。これは、同一チャ
ンネル混信および隣接チャンネル混信に対応するしきい
値のすべてに対してなされなければならない。これは、
すべての適切な交差混信マトリックスのすべての要素
が、計算されなければならないことを意味している。測
定データの処理に際し、少なくとも同一チャンネルの場
合に関して、交差混信に対するダウンおよびアップリン
クマトリックスのすべての要素を計算することは、一般
に避けられない。そして、第１の隣接チャンネルにおけ
る混信の場合、すなわち、２つの交差混信マトリックス
がダウンリンクに対して計算され、２つの交差混信マト
リックスがアップリンクに対して計算されなければなら
ない。
交差混信マトリックスからの起点とともに機能する割
当プログラムを作成することによって、すばらしい結果
が得られる。しかしながら、もしマトリックスが実際に
用いられる場合、または、マトリックスがそれほど詳細
でない情報をもつ簡単な形を有している場合に必要とな
る、マトリックスを編集しおよびマトリックスを変形す
る方がより簡単である。これは、ここで除外マトリック
スと呼ばれる単純化された表現に移ることを意図したか
らである。このマトリックスにおいて、質の増大する程
度に応じて、通常、「．」、「Ｘ」、または「Ａ」と呼
ばれる、少なくとも３つの異なる混信度が区別される。
記号「．」は、無視し得る乱れを示す。対角要素は、通
常０で表され、マトリックス内のどの基地局行または列
が関係しているのかを特定する。例えば、行ｊにおける
０は、すべての混信が、基地局ｊの有効範囲に関係して
いることを意味する。
要素PiJ（LPk）を有するダウンリンクに対する交差混
信マトリックスから、例えば、対応する除外マトリック
スが以下のようにして形成され得る。
同一チャンネルおよび第１の隣接チャンネルエリアに
対する限界値が、適当な唯一のものであると仮定する。
これは、２つの交差混信マトリックスPij（LP1）、Pij
（LP2）が存在することを意味する。もし、除外マトリ
ックスがUijによって表され、混信無効の程度の限界値
が、両方の場合においてpxであるならば、マトリックス
要素Uijが、以下のようにして得られる。すなわち、 Uij＝“0";i＝ｊ Uij＝“A";Pij（LP2）＞px Uij＝“X";Pij（LP1）＞px Uij＝“.";Pij（LP1）≦px アップリンクマトリックスにおけるマトリックス要素
Vijは、対応する方法において、交差混信マトリックスQ
ij（LQ2）およびQij（LQ1）、並びに対応する混信無効
の程度の限界値pyを用いることによって、形成される。
図3aには、交差混信マトリックスPij（LP2）を、図3b
には、交差混信マトリックスPij（LP1）をそれぞれ示し
てある。Pij（LP2）≦Pij（LP1）が成立する。その他に
関し、２つのマトリックス間に関係はなく、また、マト
リックスは共に、対称的ではない。
上述の方法を用いることによって、除外マトリックス
が、px＝0.05に対し、図3aおよび図3bの交差混信マトリ
ックスによって計算され得る。除外マトリックスが、図
4aに示してある。記号「．」、「Ｘ」および「Ａ」は、
混信の質の増大する程度に対応する。「．」に対応する
混信は、同一チャンネルの混信として許容され得るもの
である。記号「０」は、どの有効範囲が同一の列の混信
に関係するのかを示す。図4aに対応するマトリックス
は、以下のように解釈され得る。基地局１からの有効範
囲をともなう自動車ユニットは、有効範囲２および４内
の自動車ユニットと、通信のために１つのチャンネルを
共有することができない。しかしながら、有効範囲３内
の自動車ユニットとは１つのチャンネルを共有すること
ができる。有効範囲４内の自動車ユニットによって使用
されるチャンネルに隣接するチャンネルは、それによっ
て使用されることができない。他方、基地局２からの有
効範囲をともなう自動車ユニットは、有効範囲１内の自
動車ユニットとの通信のために１つのチャンネルを共有
することができる。すなわち、有効範囲２内の自動車ユ
ニットは、基地局１からの混信を受けないが、基地局２
からの混信を受ける。当然、実際には、これは、基地局
１および２は、同一の送信周波数を用いることができな
いことを意味している。その結果、対称的な除外マトリ
ックスのみが、すべての実際的な値を有している。
除外マトリックスは、したがって、より強い混信度を
表すマトリックス要素を適用せしめることによって、対
称化される。もし、図4aのマトリックスが対称化される
ならば、この場合に、ダウンリンクマトリックスを表
す、図4bのマトリックスが得られる。
アップリンクマトリックスの例を、図５に示してあ
る。このマトリックスにしたがって、基地局１は、その
受信モードにおいて、基地局２、３および４と、１つの
チャンネルを共有することができず、また、基地局４に
隣接するチャンネルをもつこともできない。基地局２
は、基地局３および４の有効範囲内の自動車ユニットか
ら、無視し得る混信を受け、したがって、これらの基地
局等と１つのチャンネルを共有することができる。
既に説明したように、アップリンクおよびダウンリン
ク方向において、同一のチャンネル割当をもつことが望
まれる。両方向において同一の割当を行うために使用さ
れ得るマトリックスを形成するために、マトリックスＵ
およびＶの結合マトリックスが定義される。２つのマト
リックスの結合は、各マトリックスの対応する要素の結
合を有するマトリックスとして定義される。２つのマト
リックス要素の結合に対する記号は、より強い混信を表
す要素に対する記号となる。
図６には、図4bおよび図５のマトリックスの結合マト
リックスを示した。チャンネルの割当のために、こうし
て結合された除外マトリックスは、その行を結合するこ
とによって使用される。もし、個々には許容し得る混信
への微小な寄与が、割当のなされる間にあまり大量に加
え合わされないようにすべくある種の制御が望まれる場
合、さらに２つのレベル「Ｙ」および「Ｚ」が次のよう
にして導入され得る。ダウンリンクマトリックスに対し
て、マトリックス要素が、 Uij＝“0";i＝ｊ Uij＝“A";Pij（LP2）＞px Uij＝“X";Pij（LP1）＞px Uij＝“Y";px/2＜Pij（LP1）≦px Uij＝“Z";px/4＜Pij（LP1）≦px/2 Uij＝“.";Pij（LP1）≦px/4 として設定される。ここで、前述と同様にして、px＝混
信無効の程度の限界値である。アップリンク状況に対す
る除外マトリックスは、ある場合に、対応する方法で形
成され得る。これは、アップリンク混信が、前述した統
計的な方法によって計算されるとき、特に可能である。
図７は、ストックホルムにおいて、基地局に対して計
算された除外マトリックスの例を示したものである。マ
トリックスは、表形式で表され、よって、より容易に読
み取り可能である。各基地局レコードごとに、Ｘ除外は
５行のグループにおいて特定され、Ａ除外は３行のグル
ープにおいて特定される。この表から、例えば、レコー
ド番号７で表されるハガルントは、８がレコード番号７
でＸ除外としてあらわれ、またその逆が生じているとい
う事実により、レコード番号８で表されるハロンベルゲ
ンと同一のチャンネルをもつことができないということ
が読み取られ得る。
同一の供給源を割り当てる際のさらに別の支援手段
は、混信状況に関するプロットを生ぜしめるプロッティ
ングプログラムである。これは、除外マトリックス内の
要素が、次の３つの分類の１つに属することによるもの
である。
1.例えば、互いに非常に長い距離離れたセル間の明確な
非除外。計算するには、有効範囲が互いに重複しないこ
とで十分である。すなわち、非常に簡単な計算となる。
2.例えば、ともにグループ化されたセル間、すなわち、
同一のマストまたはアンテナを共有するセル間の明白な
除外。集合的なグループ化が、各基地局の座標を比較す
ることによって容易に見出される。
3.除外が存在するか否かを決定するのが困難な不確定な
セルのペア。不確定なペアは、すべてのセルのペアの組
よりもかなり小さい組である。
厳密に言えば、除外マトリックスを形成する場合に、
不確定なセルのペアに関係する交差混信マトリックスの
要素のみが、計算される必要がある。これは、前述のア
ルゴリズムを、問題となるセルのペアに対するダウンリ
ンクおよびアップリンクのプロットを与える、プロッテ
ィングプログラムと結合して用いることによって、適当
になされる。アップリンクに対し、ａ）およびｂ）にお
いて説明したモンテカルロ法を用いることが好ましい。
プロッティングプログラムは、混信度（交差混信マトリ
ックス内の対応する要素の値）を計算し、セルの極めて
正確な設計、および他のセルとの相互作用を与える混信
状況に関する画像による説明を与える。設計は、混信数
に関してだけでなく、全混信パターン、および、例えば
ハンドオーバーバウンダリーに関してもまた実行され得
る。基地局の電力および自動車ユニットの電力分類を変
化させ、また、各セルに対する有効範囲を個々に調節す
ることが可能である。これは、ダウンリンクおよびアッ
プリンクの両方に対して同時になされ得る。加えて、混
信数に対する固定された限界値にもはや拘束される必要
はなく、その代わり、一義的な通信パターンに関してセ
ルを個々に設計することが可能となる。
例えば、混信は、これが別のセルの有効範囲に属する
ものとみなされ得る場合には、通常の通信負荷をともな
ういかなる問題も引き起こさない。その方法は、高度な
作業であるが、極めて高い質の結果を与える。
除外マトリックスは、多くのチャンネル割当が、いわ
ゆる割当アルゴリズムを用いて、現在のシステムに対し
てなされることを可能とする。そして、これは、同一お
よび隣接チャンネルの混信に対する限界値、固定された
割当をともなう隣接する境界等に関して、システム内の
すべての存在する適切な２次的な条件を考慮する。チャ
ンネル割当に対する適当な方法が、本出願と同日に出願
された、われわれの国際出願「無線システムにおけるチ
ャンネル割当のための方法」に記載されている。
チャンネル割当の組から、あらたに設計されたセル内
に生じる通信が、どの程度、与えられた数の許可された
チャンネル内で処理されるのかが評価され得る。もし、
これがなされ得なければ、新たに設計された有効範囲の
環境における送信電力またはアンテナの配置の調節が試
みられ得るか、または有効範囲が、より多くのより小さ
いセルに分割され得る。これに、除外マトリックスの新
たな計算、およびさらなるチャンネル割当の構成が続
く。許可される最大数の範囲内で、多数のチャンネルを
分割する状況は、すべて実行可能であると考えられる。
ここに説明してきたことは、人間とコンピュータとの
相互に作用する繰り返し的な手続きである。原則とし
て、もし個々の有効範囲が十分に小さければ、セルは常
に、同一周波数の範囲内に加えられ得る。このタイプの
設計のコストは、新たに加えられた通信需要を吸収すべ
く加えられなければならない新たなセルの数に、主とし
て存在する。各セルは、ある種の通信処理能力を有して
おり、そして、単位エリアあたりに処理される通信は、
セルの数とともに増大することは明らかである。
手続きは繰り返し的であり、初期段階で少なくとも１
つの基地局をもつ、現存する自動車無線セルシステムの
連続的な拡大をともなう方法に関係している。当然、多
数の既に存在する基地局に対し、これらはいずれも、以
下の繰り返し手続きにしたがって再設計されるように設
定され得る。問題となるセル設計のための全体的な戦略
は、「詳細な指示がしてある本」をもって記述すること
はできないが、自動車無線システムの特徴に関するオペ
レータの判断および知識に委ねられなければならない。
手続きは、以下の要点を含んでいる。
1.トラヒック要求を地理学的に見積もること。
2.適当な方法で、かつ送信出力およびアンテナの配置に
関して、問題となる可能な最低の供給源を用いて、交通
需要量の許容量を捕捉する１つまたはいくつかのセルを
形成すること。
3.セルの有効範囲および混信を測定すること。この情報
を用いて、測定データ基地局を更新すること。関係する
セルの有効範囲および隣接するセル内の混信のプロッテ
ィングを行うこと。このプロットは、基地局から自動車
への（ダウンリンク）混信および自動車から基地局への
（アップリンク）混信の両方に対してなされる。混信
が、除外マトリックスを形成し、上述のようにアップリ
ンク混信を測定するための方法にしたがって、好都合
に、プロッティングプログラムにおいて計算される。セ
ル間の混信、すなわち、チャンネルに関して、除外が存
在するか否かが、プロットを用いて、制御の限界がどこ
に適度に存在するのか等のような、システムの特徴を考
慮しつつ評価され得る。プロッティングプログラムの助
けによって、精密な調節が、こうして自動車ユニットに
対する電力の分類、基地局の電力、および有効範囲の完
全な制御に要する全時間並びにダウンリンクおよびアッ
プリンクの両方における混信度に対して、実行され得
る。
4.計算された許容し得るブロッキングの範囲を含む、見
積もられたトラヒック要求に対応する、１セルあたりの
チャンネル数を設計すること。
5.再設計および新規設計を生ぜしめる環境との相互作用
に依存する、適当に大きな地理的エリアに対し、除外マ
トリックスを計算すること。
6.モンテカルロ形式の割当アルゴリズム（確率化の技
法）を用いること。既になされた割当に対する限界を考
慮すること。チャンネル割当の１つの組が得られ、指定
されたバンド幅の範囲内での新たな配置を実行する可能
性に関する情報が与えられる。
7.もし、実行が可能でなければ、少なくとも１つの加え
られたセル、あるいは第２の現存するセルが、より小さ
い有効範囲を有するより小さいセルに分割されなければ
ならない。有効範囲の総和は、依然として要求される有
効範囲を与えなければならない。新たな分割セルごとの
チャンネル数が、調節される必要がある。要求される有
効範囲および通信処理能力が、項目２の手続きを繰り返
すことによって得られる。最小のアンテナ電力が項目２
において使用されない場合には、実行可能性を達成する
ために、１つまたはそれ以上のセルにおいて電力を減少
させることで、ときどき十分である。もし、実行が可能
であれば、その場合、問題は解決される。しかし他方、
この問題は、後にさらにセルの数が増大するにつれて、
１つのまたは別の理由によって、実行されなければなら
ない再設計を行う際に、再び現れる可能性がある。
8.新たなセルを設計すること、または現存するセルを再
設計すること。上記項目６および７において、第２の有
効範囲内の基地局からの（ダウンリンク）混信、または
自動車ユニットからの（アップリンク）混信に対する、
有効範囲内の混信状況のプロットを生じせしめるプロッ
ティングプログラムを使用することが現実的である。プ
ロットプログラムは、混信度を計算し、そしてセルのさ
らに正確な設計並びに他のセルとの相互作用を生ぜしめ
る混信状況の画像による説明を与える。設計は、混信の
量に関してだけでなく、全混信態様に関してもまた、さ
らに、制御限界のようなシステムの特徴を考慮して実行
され得る。基地局の電力および自動車ユニットの電力の
分類を変化させ、また、各セルに対するそれぞれの有効
範囲を調節することが可能である。これは、ダウンリン
クおよびアップリンクの両方に対して同時になされ得
る。もはや、混信量に対する固定された限界値に拘束さ
れる必要はなく、セルは、一義的な混信の態様に関して
個々に設計され得る。例えば、混信は、これらの混信が
別のセルの有効範囲に属するとみなされる場合に、通常
の通信負荷によるいかなる問題も引き起こすことがな
い。方法は作業集中的であるが、非常に高い質を有する
結果を生じさせる。
図８〜図10は、オーデンプラン（Odenplan）での基地
局のまわりの有効範囲からの混信に対する、フェーリン
グバイ（Vaellingby）における基地局のサービスエリア
のプロットを示したものである。ダウンリンク状況が、
図８に示してあり、ここで有効範囲に対する限界値は、
−93dBmである。有効範囲は、プロットされたラインに
よって規定され、一方、オーデンプランからの混信は、
0.によって示されている。混信度（すなわち交差混信マ
トリックスの要素）は、0.8％と計算される。
図９は、アップリンクに対する対応する状況のプロッ
トを示したものである。すなわち、図９には、オーデン
プランの基地局の有効範囲内の自動車ユニットが、いか
にしてフェーリングバイの基地局と混信するのかが示し
てある。混信度は、ここに、ダウンリンクの場合より約
10倍大きい。これは、通信の質に関して許容され得ない
ことを意味している。
図10は、有効範囲の限界値が、−88dBmまで増大した
ときの、アップリンク状況のプロットを示したものであ
る。有効範囲はわずかに減少するが、混信状況は、約４
％の混信度、すなわち図９の場合と比較して半分小さく
なっており、許容され得るものとなっている。
こうして、図８〜図10は、アップリンク混信を考慮す
ることのみが不十分であることを示している。なぜなら
ば、上述の例において、混信度はダウンリンクの場合よ
りも10倍大きくなるからである。もしこの状況が許され
るならば、アップリンクにおける通信、すなわち１つの
自動車ユニットから別の加入者への通信は、たとえ他の
方向における通信が許可されていても、非常に不良であ
る。
当然、説明した手続きは、不合理に繰り返されること
はできない。セルが極めて小さいとき、制御が非常に頻
繁になされ、これは欠点となる。セルが、直径方向に約
1kmの広がりを有しているとき、より低い限界値に達
し、システムはさらに能力を増大させるべく拡張される
ことができない。当然、再設計が、地理的エリアに対し
てシステム能力を減少させる意図のもとに、ときどき実
行され得る。上述した同一の手続きが、またこの場合に
用いられ得る。この場合の、減じられて見積もられたト
ラヒック要求は、それぞれの基地局がオペレーションを
行うことができるようなセルの連合またはセルの拡大を
もたらす。
ここに説明した本発明の実施例によれば、測定された
フィールド強度値が、除外マトリックスを形成するため
に使用される。しかしながら、本発明は、利用可能な場
合に使用される計算されたフィールド強度値を排除する
ものではない。
図面の簡単な説明 図１は、自動車ユニットが、どのようにして隣接する
基地局からの混信を受けるかを示した図である。
図２は、基地局が、どのようにして隣接領域内の自動
車ユニットからの混信を受けるかを示した図である。
図3aおよび図3bは、交差混信マトリックスの例を示す
図である。
図4aおよび図4bは、図3aおよび図3bの交差混信マトリ
ックスに属する除外マトリックスを示す図であり、図4b
に示したマトリックスは、対称化されたダウンリンクマ
トリックスである。
図５は、アップリンクマトリックスを示す図である。
図６は、図4bおよび図５に示したマトリックスに属す
る除外マトリックスを示す図である。
図７は、除外マトリックスの例を表形式で示した図で
ある。
図８は、異なる混信状況のプロット例を示す図であ
る。
図９は、異なる混信状況のプロット例を示す図であ
る。
図10は、異なる混信状況のプロット例を示す図であ
る。
１、２、３、４……基地局、Ｍ、Mi、Mj……自動車ユニ
ット、 Pi、Pj……基地局からの電力値、 Qi、Qj……自動車ユニットからの電力値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ８９００７４５−４ (32)優先日 1989年３月３日 (33)優先権主張国 スウェーデン（ＳＥ） (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれ、その有効範囲と、制限された数
    のチャンネルを有するシステムに対する周波数帯域とを
    備えた多数の基地局が与えられた場合に、無線セルを設
    計するための方法において、 （ａ）トラヒック要求を地理的エリアに関して見積もる
    ステップと、 （ｂ）前記トラヒック要求の許容し得る有効範囲を、適
    当な送信電力およびアンテナ配置を有する多数のセルに
    よって規定するステップと、 （ｃ）有効範囲および混信の測定を前記セルに対して実
    行し、その測定結果を測定データベースに記憶させるス
    テップと、 （ｄ）前記セルのそれぞれが、許容し得るブロッキング
    の範囲を考慮しつつ、前記見積もられたトラヒック要求
    に対応する多数のチャンネルを割り当てるステップと、 （ｅ）システム内にある前記セル間の相互作用を表す除
    外マトリックスを前記測定結果に基づいて計算するステ
    ップと、 （ｆ）前記除外マトリックスの操作を含み、確率化の技
    法を用いて前記セルに対する多数のチャンネル割当てを
    与える割当アルゴリズムを繰り返し、それによって、前
    記確率化の技法による異なるチャンネル割当てを含み、
    現在なされている試みの実行可能性に関する情報を与え
    るチャンネル割当ての集合を生成するステップと、 （ｇ）可能なチャンネル割当が制限された数のチャンネ
    ルに関して得られない場合、上記ａ）〜ｆ）のステップ
    を再度実行するステップと、 からなることを特徴とする無線セルを設計するための方
    法。
  2. 【請求項２】前記ステップ（ｇ）において前記ａ）〜
    ｆ）のステップを再度実行することが、前記ステップ
    （ｂ）における１つまたはそれ以上の前記セルが、より
    小さい有効範囲をもつセルに分割されること、または、
    前記ステップ（ｂ）における２つまたはそれ以上の前記
    セルが、第１の前記セルの有効範囲より大きい有効範囲
    をもつ単一のセル内において結合されることを意味して
    いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ステップ（ｇ）において前記ａ）〜
    ｆ）のステップを再度実行することが、前記ステップ
    （ｂ）における１つまたはそれ以上の前記セルが、基地
    局の電力をそれぞれ増大または減少させることによっ
    て、または警告限界値（制御警告）を変化させることに
    よって、より大きなまたはより小さな有効範囲を与えら
    れることを意味することを特徴とする請求項１または請
    求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記ステップ（ｇ）において前記ａ）〜
    ｆ）のステップを再度実行することが、前記ステップ
    （ｂ）における１つまたはそれ以上の前記セルが、トラ
    ヒック要求の変化する状況に適合すべく、各セルごとに
    異なる数のチャンネルを与えられることを意味すること
    を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方
    法。
  5. 【請求項５】前記トラヒック要求の許容し得る有効範囲
    が、現存する無線セルシステムによって形成され、前記
    無線セルシステムを変化したトラヒック要求に適合させ
    るべく、前記システムに多数のセルが加えられ、あるい
    は前記システムから多数のセルが除去されることを特徴
    とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】各有効範囲および自動車ユニットを含む基
    地局を有する、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
    無線システム内の無線セルを設計するための除外マトリ
    ックスを形成するための方法であって、 前記すべての基地局からのフィールド強度が、前記自動
    車無線システムの地理的エリア内の適切な通信ルート上
    において測定されおよび／または計算され、送信基地局
    および受信自動車ユニットに対する混信比を記述するダ
    ウンリンクマトリックスが形成され、前記マトリックス
    の各要素を、 Pij（LPk）＝ｐ、 ここで、ｐは有効範囲の比であって、これに対してPi/P
    j＜LPkが成立し、ここで、Piは自動車ユニットでそれ自
    身の基地局から受信される電力、Pjは自動車ユニットで
    混信する基地局から受信される電力、LPkはメリットを
    もつある種の数をそれぞれ表す、と設定することによっ
    て形成される少なくとも１つの交差混信マトリックスに
    よって、前記マトリックスの各要素が、２つの基地局間
    の関係に帰することを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】送信自動車ユニットおよび受信基地局に対
    する混信比を記述するアップリンクマトリックスが形成
    され、前記アップリンクマトリックスの各要素が、２つ
    の基地局の間の関係に帰し、前記除外マトリックスが、
    前記ダウンマトリックスおよび前記アップマトリックス
    の結合として形成され、前記ダウンおよびアップマトリ
    ックスの結合が、対応するマトリックス要素の結合を有
    するマトリックスとして定義され、前記２つのマトリッ
    クス要素の結合が、最大の混信強度を表す要素として定
    義されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記アップリンクマトリックスが、そのマ
    トリックス要素を、 Qij（LQk）＝ｑ、 ここで、ｑは有効範囲の比であって、これに対してQi/Q
    j＜LQkが成立し、ここで、Qiは基地局でそれ自身の自動
    車ユニットから受信される電力、Qjは基地局で混信する
    自動車ユニットから受信される電力、LQkはメリットを
    もつある種の数を表す、と設定することによって形成さ
    れることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記ランダム混信フィールド強度値Qjが、
    混信する自動車ユニットに対する各有効範囲における地
    理的な座標に関係づけられ、前記混信する自動車ユニッ
    トの瞬間的な位置を記述する統計学的なモデルによって
    表されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記混信する自動車ユニットのフィール
    ド強度値が、表形式で表され、均一な選択が、前記表の
    すべての値にわたって実行されることを特徴とする請求
    項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記混信する自動車ユニットのフィール
    ド強度値が、前記混信フィールド強度値の平均値、メジ
    アンおよび偏差に基づく、対数的な正規分布関数によっ
    て表されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記アップリンクマトリックスが、各マ
    トリックス要素を、 Qij（LQk）＝ｑ、 ここで、ｑは有効範囲の比であり、これに対してQi/Qjy
    ＜LQkが成立し、ここで、Qiは基地局でそれ自身の自動
    車ユニットから受信した電力、Qjyは、混信する自動車
    ユニットの有効範囲のある部分が自動車ユニットによっ
    て生ぜしめられる混信電力を超える電力値、LQkは、メ
    リットを有するある種の数によって設定することによっ
    て形成される、少なくとも１つの交差混信マトリックス
    によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】前記２つの交差混信マトリックスが、各
    ダウンリンクマトリックスおよびアップリンクマトリッ
    クスに対して形成され、前記メリットを有する数LP1お
    よびLQ1が、同一チャンネルの混信に関係し、前記メリ
    ットを有する数LP2およびLQ2が、第１の隣接するチャン
    ネルの混信に関係していることを特徴とする請求項６〜
    請求項12のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記ダウンリンクマトリックスが、マト
    リックス要素を、 Uij＝“0";i＝ｊ Uij＝“A";Pij（LP2）＞px Uij＝“X";Pij（LP1）＞px Uij＝“.";Pij（LP1）≦px ここで、pxは前記ダウンリンクマトリックスに対する混
    信無効の程度の限界値を表す、と設定することによって
    形成され、前記アップリンクマトリックスが、マトリッ
    クス要素を、 Vij＝“0";i＝ｊ Vij＝“A";Qij（LQ2）＞py Vij＝“X";Qij（LQ1）＞py Vij＝“.";Qij（LQ1）≦py ここで、pyは前記アップリンクマトリックスに対する混
    信無効の程度の限界値を表す、と設定することによって
    形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記ダウンリンクマトリックスが、マト
    リックス要素を、 Uij＝“0";i＝ｊ Uij＝“A";Pij（LP2）＞px Uij＝“X";Pij（LP1）＞px Uij＝“Y";px/2＜Pij（LP1）＞px Uij＝“Z";px/4＜Pij（LP1）≦px/2 Uij＝“.";Pij（LP1）≦px/4 ここで、pxは前記ダウンリンクマトリックスに対する混
    信無効の程度の限界値を表す、と設定することによって
    形成され、前記アップリンクマトリックスが、マトリッ
    クス要素を、 Vij＝“0";i＝ｊ Vij＝“A";Qij（LQ2）＞py Vij＝“X";Qij（LQ1）＞py Vij＝“Y";py/2＜Qij（LQ1）≦py Vij＝“Z";py/4＜Pij（LQ1）≦py/2 Vij＝“.";Qij（LQ1）≦py/4 ここで、pyは前記アップリンクマトリックスに対する混
    信無効の程度の限界値を表す、と設定することによって
    形成されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
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