JP2980083B2 - 移動通信システムの基地局配置方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セルラー方式の移
動通信システムのチャネル割り当て方式に関する。

【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
チャネルを繰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。

【０００３】近年、収容可能な加入者数を増加させるた
めに、マイクロセルと呼ばれるサービスエリアの小さな
セルラーシステムの導入が検討されつつある。マイクロ
セル化は加入者数を増加させるものの、単位面積当たり
の基地局設置費用が増加するため、全てのエリアをマイ
クロセルで構成することは現実的では無いとされてい
る。現実的な解として、図４に示すような加入者の多い
エリアをマイクロセル化し、マイクロセルでサービスさ
れるエリアをも覆う形でマイクロセルよりもサービスエ
リアの大きいマイクロセルで全体を覆う階層的な構成方
式が検討されている。

【０００４】各基地局で使用するチャネルの割当方式に
は、通信毎に干渉妨害が発生しないチャネルを選んで使
用するダイナミックチャネル割当てと呼ばれる方式があ
る。

【０００５】ダイナミックチャネル割当て方式は、制御
方式や装置構成が複雑になるものの、干渉妨害が発生し
ない限りどのチャネルも自由に使用できるために、収容
可能な加入者数が多いという利点があり、自動車電話シ
ステムにおいて採用されつつある。階層的なセルラーシ
ステムにおいても、従来用いられている動的なチャネル
割り当てを用いることで収容可能な加入者数を多くする
ことは、周波数有効利用の点から有効である。

【０００６】従来のダイナミックチャネル割当て方式の
１つとして、例えば特開平４−３５１１２６号公報に
は、図８に示す方式が提案されている。図８を参照し
て、複数のセルにそれぞれ設けられた基地局が、通話要
求に対して、全セルに互いに同一の順序に従って全通話
チャネルの中から一つの通話チャネルを選択し（ステッ
プ８０３、８０９）、通話チャネルにおける希望波対干
渉波電力比と所定値とを比較し（ステップ８０４〜８０
６）、希望波対干渉波電力比が所定値以上であった場合
に通話チャネルを割当てる（ステップ８０７）ものであ
る。

【０００７】すなわち、前記特開平４−３５１１２６号
公報において、通話チャネルが全部でＮチャネルあると
し、各基地局とも通話チャネル＃１から優先的に選択す
るものとする。このようにすると通話チャネルが使用さ
れている頻度は＃１程高く、通話チャネル＃ｎ程低くな
る。従ってどの基地局またはどの移動局で空き通話チャ
ネルの干渉波レベルを測定しても、通話チャネル＃１程
干渉波レベルが大きく、通話チャネル＃ｎ程干渉波レベ
ルが小さいという傾向が観測される。

【０００８】このような状況において通話チャネル＃１
から優先的に選択していくと、希望波対干渉波電力比の
マージンの少ない通話チャネルを割り当てることにな
る。

【０００９】また、基地局近傍の移動局に対しては、希
望波レベルが十分に大きいために干渉波レベルの大きな
優先度の高い通話チャネルが割り当てられ、基地局から
離れた移動局に対しては、希望波レベルが小さいために
優先度の低い通話チャネルが割り当てられるという傾向
が生じる。従って、通話を使用している基地局と移動局
との距離が同程度に揃うことになり、優先度の高いチャ
ネルは基地局近傍の移動局により頻繁に繰り返し使用さ
れ、優先度の低いチャネルは基地局から離れた移動局に
より大きな繰り返し間隔で使用されるという周波数利用
効率の高いチャネル割り当てが実現される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のダイナミックチ
ャネル割当て方式は１階層のセルラー方式に適用されて
いたものである。

【００１１】これをサービスエリアが階層的にマイクロ
セルとマクロセルという具合に覆われている場合のセル
ラー方式に適用し両階層に同じ通話チャネルを使用し階
層間でも効率が向上するように制御することを考える。

【００１２】この場合、各階層とも同じ優先順位がつけ
られているために、＃１程高い頻度で使用しようとす
る。

【００１３】しかし、マクロセルで＃１を高い頻度で使
用できたとすると、それはマイクロセルの階層では干渉
となり、高い頻度で繰り返し使用することが出来なくな
る。

【００１４】この階層間の干渉によりシステム全体とし
て、優先度の高いチャネルほど繰り返し使用され、優先
度の低いチャネル程大きなくり返し間隔で使用されると
いう秩序が崩されてしまう。その結果、収容可能な加入
者数を多くすることが出来なくなってしまうという問題
が生じる。

【００１５】従って本発明の目的は、上記問題点を解消
し、セルラー方式の基地局のカバーエリアが階層的に重
なり合う場合に階層間で通話チャネルを共有し、ダイナ
ミックチャネル割当てにより周波数の有効利用を図り、
収容可能な加入者数を増大するチャネル割当て方式を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、複数のセルにそれぞれ設けられた基地局
が、通話要求に対して、全通話チャネルの中から通話チ
ャネルを選択し、前記通話チャネルにおける希望波対干
渉波電力比が所定値以上であった場合に、前記通話チャ
ネルを割り当てる、複数階層化されたセルラー方式の移
動通信システムのチャネル割り当て方式であって、通話
チャネルに所定のチャネル選択順序を割り当て、前記複
数の基地局を複数の各階層毎のグループに分け、前記基
地局はそれぞれのグループの毎に異なった初期値から前
記チャネル選択順序に従って通話チャネルを選択するこ
とを含んで構成される。本発明においては、好ましく
は、通話チャネルは等しい選択順序が割り当てられるも
のとする。

【００１７】本発明においては、好ましくは、前記初期
値は、呼損になった呼の数が多いグループほど他のグル
ープより選択順序の高い順位から選択を開始することを
特徴とする。

【００１８】本発明においては、好ましくは、呼損の代
わりにハンドオーバー失敗回数を用いること特徴とす
る。

【００１９】本発明においては、好ましくは、呼損の代
わりに呼損になった呼の数とハンドオーバー失敗回数と
の和を用いてもよい。

【００２０】

【作用】本発明によれば、従来のセルラー方式のような
１階層でのダイナミックチャネル割当て方式を複数階層
化されたセルラー方式に対して適用される。それぞれの
基地局の動作は、通話チャネルが全部でＮチャネルある
として、通話チャネルにはチャネルの選択順位が設定さ
れているものとする。また、各セルともチャネル選択順
位の高い方から順に使用可能なチャネルが探索され、通
話チャネルを選択するものとする。

【００２１】各局では、チャネル選択順位が高い通話チ
ャネルほど頻繁に使用するようになるため、各局間で同
じチャネル選択順位を設定すると、選択順位の高いチャ
ネルは基地局近傍の移動局により頻繁に繰り返し使用さ
れ、優先度の低いチャネルは基地局から離れた移動局に
より大きなくり返し間隔で使用されるという周波数利用
効率の高いチャネル割当てが実現されるように動作す
る。

【００２２】しかしながら、本発明においては、従来の
ダイナミックチャネル方式の問題であった階層間の干渉
を回避するために、互いに他の階層における使用頻度の
高い通話チャネルをできる限り低い頻度で使用するよう
に構成されている。

【００２３】本発明においては、グループの通話チャネ
ルに付されるチャネル選択順序を各基地局で同一とし、
基地局を各階層毎のグループに分ける。そして、前述し
たように、互いに使用頻度の高い通話チャネルをできる
限り低い頻度で使用するようにチャネル選択順序を各グ
ループ毎にオフセット値（初期値）を設ける。

【００２４】このようにチャネル選択順序を設定する
と、ある階層間の高い頻度で使用している通話チャネル
は他の階層では全く使用されず他階層からの干渉がなく
なる。

【００２５】従って、ダイナミックチャネル方式の特徴
である順位の高いチャネルは基地局近傍の移動局により
頻繁に繰り返し使用され、優先度の低いチャネルは基地
局から離れた移動局により大きなくり返し間隔で使用さ
れるという特性が実現される。

【００２６】他のオフセットが施されたチャネル選択を
開始している階層では、他の階層の使用頻度が低いので
やはり干渉が軽減され、オフセットが施されたチャネル
より順位の高いチャネルが使用頻度が高くなるというよ
うに使用されて行くため、従来のダイナミックチャネル
方式の特徴が各階層で実現されることになる。

【００２７】また、本発明は、オフセット値の制御情報
として各局で得られる単位時間当たりに得られる呼損の
数を用いることにより、オフセット値を最適に制御して
各層で使用するチャネルを最適分配するものである。オ
フセット値の値が大きいほどチャネルを多く必要とする
ため、各階層間でのチャネル分配を相対的に多くなるよ
うにオフセット値を制御し、システム全体の呼損率が均
一になるようにする。

【００２８】さらに、本発明は、オフセット値の制御情
報の代わりにハンドオーバーの失敗確率を用いる。これ
はハンドオーバーの失敗の原因がチャネルが少ないこと
に関係していることを適用したものである。ハンドオー
バーの失敗が多い階層、またはセルほどチャネルが足り
ないことを意味している。従って、そのような階層又は
セルに対してオフセット値を制御してできるだけ高い選
択順位から開始するように制御することにより、システ
ム全体にハンドオーバー失敗確率が均一になるように制
御する。

【００２９】そして、本発明では、オフセット値の制御
情報とハンドオーバーの失敗率との和を用いる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施例
を以下に説明する。

【００３１】

【実施例１】本発明の第１の実施例を図４に示した移動
通信システムの構成例を用いて説明する。図４はマイク
ロセルとマクロセルにより２階層化されたチャネル割当
方式が用いられている移動通信システムの構成例を示し
ている。

【００３２】図４を参照して、移動通信システムは、交
換局２００、２０１、２０２、２０７等の複数の基地局
２０３、２０４、２０９等の複数の移動局から構成さ
れ、マイクロセル２０５、２０６に基地局２０１、２０
２が設けられ、マクロセル２０８に基地局２０７が設け
られている。

【００３３】また、図４において、ＤｕＰは基地局２０
１における上り希望波レベル、Ｕｕｐｓは基地局２０１
における同一階層からの上り干渉波レベル、Ｄｄｏｗｎ
は移動局２０３における下り希望波レベル、Ｄｄｏｗｎ
ｓは移動局２０３における同階層からの下り干渉波レベ
ル、Ｕｕｐｏは基地局２０１における他階層からの上り
干渉波レベル、Ｕｄｏｗｎｏは移動局２０３における他
階層からの下り干渉波レベルをそれぞれ示している。

【００３４】基地局２０１のセルに在圏する移動局２０
３に通話要求が発生した場合、基地局２０１における上
り希望波対干渉波電力比（Ｄｕｐ−Ｕｕｐｓ−Ｕｎｐ
ｏ）及び移動局２０３における下り希望波対干渉波電力
比（Ｄｄｏｗｎ−Ｕｄｏｗｎｓ−Ｕｄｏｗｎｏ）が所要
値以上となる通話チャネルを選んで使用する。

【００３５】本実施例においては、ダイナミックチャネ
ル割当て方式の特徴である順位の高いチャネルは基地局
近傍の移動局により頻繁に繰り返し使用され、かつ階層
間でできるだけ高い頻度で使用される通話チャネルが他
の階層で使用されないように、各グループ（階層）で通
話チャネルのチャネル選択順序を決定する。

【００３６】一例として、２階層の場合は第１の階層
（マイクロセル）が通話チャネルの番号（「＃ｎ」で表
わす、但しｎ＝１、２、３…）の順に選択することと
し、第２の階層（マクロセル）が通話チャネルの番号の
逆から順に選択するものとする。

【００３７】図１は、本実施例のチャネル割当方式にお
ける、マイクロセル階層及びマクロセル階層の基地局の
制御を説明するための流れ図である。

【００３８】基地局は、定期的に空き通話チャネルの干
渉波レベル（同一階層及び他階層からの上り干渉波レベ
ル）Ｕｕｐｓ（ｉ）＋Ｕｕｐｏ（ｉ＝１、２、…）の値
を受信して記憶している。また、移動局の送信電力
（「Ｐｍｓ」という）及び基地局の送信電力（「Ｐｂ
ｓ」という）は既知であるとする。

【００３９】図１を参照して、通話要求が発生した場
合、または基地局は制御チャネルで受信した発呼要求が
発生した場合、基地局は制御チャネルで受信した発呼要
求信号（移動局発呼の場合）または呼出応答信号（移動
局着呼の場合）の受信レベルを、上り希望波レベル（Ｄ
ｕｐ）として記憶する（ステップ１００）。

【００４０】次に、移動局の送信電力Ｐｍｓから上り希
望波レベルＤｕｐを差し引いた値を、基地局−移動局間
の伝搬損（「Ｌ」という）とする（ステップ１０１）。

【００４１】上り回線と下り回線には可逆性が成り立
ち、伝搬損Ｌは同一と想定されることから、基地局の送
信電力ＰｂｓからＬを差し引くことによって移動局にお
ける下り希望波レベル（Ｄｄｏｗｎ）を求めることがで
きる（ステップ１０２）。

【００４２】ここで、通話チャネルを識別するパラメー
タｉをマイクロセル階層ではｊに、マクロセル階層では
ｋに設定する（ステップ１０３）。ｊ、ｋの値としては
マクロセルをオフセットさせることとし、ｊ＝１、ｋ＝
１＋ｌ（ｌ＞０）に初期設定される。

【００４３】Ｄｕｐから通話チャネル＃１（マイクロセ
ル階層の場合）又はチャネル＃（１＋ｌ）（マクロセル
階層の場合）の上り干渉波レベルＵｕｐｓ（１）＋Ｕｕ
ｐｏ（１）を引いた値、即ち上り希望波対干渉波電力比
と所要値（「ＣＩＲｔｈ」という）とを比較する（ステ
ップ１０４）。

【００４４】上り希望波対干渉波電力比がＣＩＲｔｈ以
上の場合、基地局は移動局に通話チャネル＃１の下り干
渉波レベルＵｄｏｗｎｓ（１）＋Ｕｄｏｗｎｏ（１）の
測定を指示し、結果を移動局から受け取る（ステップ１
０５）。

【００４５】そして、ＤｄｏｗｎからＵｄｏｗｎｓ
（１）＋Ｕｄｏｗｎｏ（１）を差し引いた値、即ち下り
希望波対干渉波電力比とＣＩＲｔｈとを比較する（ステ
ップ１０６）。

【００４６】その結果、下り希望波対干渉波電力比もＣ
ＩＲｔｈ以上であれば、通話チャネル＃１又はチャネル
＃（１＋ｌ）を通話要求に対して割り当てる（ステップ
１０７）。

【００４７】通話チャネル＃１又はチャネル＃（１＋
ｌ）の上り希望波対干渉波電力比または下り希望波対干
渉波電力比がＣＩＲｔｈ未満の場合、パラメータに１を
加え次のチャネル＃２またはチャネル＃（２＋ｌ）を選
択する（ステップ１０９）。

【００４８】以下、同様にしてステップ１０４〜１０６
を繰り返すことにより干渉条件の判定を行う。

【００４９】最後の通話チャネル＃ｎに対して判定を行
ったが（ステップ１０８）、使用可能な通話チャネルが
見つからなかった場合には、呼損となる（ステップ１１
０）。

【００５０】図２は、本実施例により得られる各チャネ
ルの使用頻度をあらわしている。２を参照して、マイク
ロセルではチャネル＃１から使用され、マクロセルでは
オフセット処理されチャネル＃ｋ（ｋ＞１）から使用さ
れる。

【００５１】図２に示すように、オフセットが施されて
いない階層（本実施例ではマイクロセル階層）において
高い頻度で使用されているチャネルはマクロセル階層か
らは干渉されない。そして、マクロセル階層が使用する
チャネルは、マイクロセル階層では使用頻度が低いため
に干渉が軽減され、マクロセル階層でもダイナミックチ
ャネルの効果が現われることになる。

【００５２】図３に各階層における通話チャネルの選択
順位（プライオリティ；優先順位）の様子を示す。各図
において変数ｊはマイクロセルのオフセット値、ｋはマ
クロセルのオフセット値を示し、値が大きいほどオフセ
ットが大きいことを意味する。

【００５３】

【実施例２】本発明の第２の実施例を図５を参照して以
下に説明する。図５は分散制御で行う時の各基地局の制
御の流れ図を示している。

【００５４】図５を参照して、各基地局は変数Ｍを零に
設定して（ステップ３０１）、タイマーをスタートさせ
る（ステップ３０２）。

【００５５】タイマーがタイムアウトする間、呼損が発
生したか否かを判定し（ステップ３０４）、呼損が発生
した時には変数Ｍを増加させる。

【００５６】タイムアウトが発生すると（ステップ３０
３）、変数Ｍとして得られる一定期間の呼損の回数を予
め設定したしきい値ＢＴと比較する。このしきい値はネ
ットワーク全体の平均呼損値の基準値であり、この基準
値を超えている場合はこのセルに与えているチャネルが
足りないためにオフセット値を少なくする（ステップ３
０７）。

【００５７】また、その逆はオフセット値を増大させて
（ステップ３０８）、チャネルを開放させる。もし、一
方の階層に優先権を持たせる時は、その階層の基地局に
渡り、図５の制御を行わない方法もある。

【００５８】図６に、図５の端子Ａ、Ｂ間の制御にヒス
テリシス特性を設けた時の制御の流れ図を示す。この場
合、しきい値ＢＴの代わりに上限のしきい値ＢＴ１と下
限のしきい値ＢＴ２とを設定する。

【００５９】そして、各オフセット値がこのＢＴ１、Ｂ
Ｔ２の間に入るように制御する。

【００６０】図６を参照して、図５におけるタイムアウ
ト後（ステップ３０３）、オフセット値を上限のしきい
値と比較判定する（ステップ３１１）。

【００６１】その結果、上限を超えていればチャネルが
少ないために呼損が発生していると判断し、オフセット
値を少なくする（ステップ３１３）。

【００６２】また、上限のしきい値を超えていない時は
オフセット値を下限のしきい値と比較する（ステップ３
１２）。

【００６３】下限のしきい値を超えている場合にはチャ
ネルが多いと判断しオフセット値を大きくする（ステッ
プ３１４）。

【００６４】図７に本実施例を集中制御で行う時の制御
局の制御の流れ図を示す。

【００６５】この場合、各基地局は移動交換局（図４の
２００）等に各基地局の情報が集められる。全体の制御
の流れは図５と等しく、変更点は各基地局が制御を行わ
ず交換局が制御を行う点と、制御の流れを示す図５の端
子Ａ、Ｂ間と端子Ｃ、Ｄ間が図７の制御に変更されてい
ることである。

【００６６】タイマーがタイムアウトを起こすまでの
間、マイクロセルで呼損が発生する（ステップ３４０）
と変数Ｍを増加させ（ステップ３４２）、マクロセルで
呼損が発生する（ステップ３４１）と変数Ｎを増加させ
る。

【００６７】独立した変数Ｍ、Ｎで求められたそれぞれ
の階層の呼損値は、タイムアウト（図５のステップ３０
３）の後、オフセットの制御のために用いられる。変数
Ｍ、Ｎを上限、下限のしきい値ＢＴ１、ＢＴ２と比較し
（ステップ３３０、３３１、３３４、３３５）、各オフ
セット値がこのＢＴ１、ＢＴ２の間に入るように制御す
る。

【００６８】本実施例では、初めにマイクロセルのオフ
セットの制御をステップ３３０〜ステップ３３３で行
う。また、続いてマクロセルの制御をステップ３３４〜
ステップ３３７で行う。各制御は図６と同じものであ
る。

【００６９】

【実施例３】本発明の第２の実施例を以下に説明する。
本実施例は、前記第１の実施例の図５のステップ３０
４、または前記第２の実施例の図７のステップ３４０、
３４１の呼損をそれぞれハンドオーバー（移動局が通話
中に一の基地局のエリアから他の基地局エリアに移動し
た際の回線の切り換え）の失敗回数、または呼損とハン
ドオーバーの失敗回数の加算値に変更したものである。

【００７０】以上、本発明を上記各実施例に即して説明
したが、本発明は上記態様にのみ限定されず、本発明の
原理に準ずる各種態様を含むことは勿論である。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な制御と単純なチャネル選択順序の直交化とによ
り、階層化されたセル構造のセルラー方式において周波
数利用効率の高いチャネル割当て方式を提供することが
できる。

【００７２】また、本発明によればオフセット値を制御
することにより、更に最適な配分が得られると共に、シ
ステム全体が呼損、ハンドオーバー失敗確率に対して、
いずれか、または同時に均一になるように制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における基地局の制御を説明
するための流れ図である。

【図２】本発明の一実施例における各通話チャネルの使
用頻度の状態例を説明する図である。

【図３】本発明の一実施例において２階層化時の各階層
でのチャネル選択順序例を示す図である。

【図４】移動通信システムの階層化されたセル構造の構
成例を説明するための図である。

【図５】本発明の別実施例における制御を説明するため
の流れ図である。

【図６】本発明の別の実施例においてヒステリシス特性
を持たせた場合の制御を説明するための流れ図である。

【図７】本発明の別の実施例における集中制御時の制御
を説明するための図である。

【図８】従来のダイナミックチャネル割当て方式の制御
を説明するための図である。

【符号の説明】

２００ 交換極 ２０１、２０２ 基地局 ２０３、２０４ 移動局 ２０５、２０６ マイクロセル ２０８ マクロセル ＤｕＰ 基地局２０１における上り希望波レベル Ｄｄｏｗｎ 移動局２０３における下り希望波レベル Ｄｄｏｗｎｓ 移動局２０３における同階層からの下り
干渉波レベル Ｕｕｐｓ 基地局２０１における同一階層からの上り干
渉波レベル Ｕｕｐｏ 基地局２０１における他階層からの上り干渉
波レベル Ｕｄｏｗｎｏ 移動局２０３における他階層からの下り
干渉波レベル

───────────────────────────────────────────────────── 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 - 7/26 102 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のセルにそれぞれ設けられた基地局
   が、通話要求に対して、全通話チャネルの中から通話チ
   ャネルを選択し、前記通話チャネルにおける希望波対干
   渉波電力比が所定値以上であった場合に前記通話チャネ
   ルを割り当てる、複数階層化されたセルラー方式の移動
   通信システムのチャネル割り当て方式において、 前記通話チャネルに所定のチャネル選択順序を割り当て
   ると共に、前記複数の基地局を複数の各階層毎のグルー
   プに分け、前記基地局はそれぞれのグループ毎に異なっ
   た値を有する初期値から前記チャネル選択順序に従って
   通話チャネルを選択することを特徴とする移動通信シス
   テムのチャネル割当方式。
2. 【請求項２】前記通話チャネルに等しくチャネル選択順
   序を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の移動
   通信システムのチャネル割当方式。