JP3224189B2

JP3224189B2 - 通信システム

Info

Publication number: JP3224189B2
Application number: JP30761395A
Authority: JP
Inventors: 保夫菅村
Original assignee: モトローラ株式会社
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH09148981A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スペクトラムすな
わち周波数の有効利用をなす手法に関する。本発明はま
た、かかる手法が適用される通信システムに関し、特に
基地局を経由して通信を行う移動通信システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無線通信は、電波によって１つの空間を
共同利用するため、同じ周波数の電波を同時に、同じ場
所で、同一の目的（伝搬方向）には使用できない。すな
わち、一旦電波を発射すれば他者の使用を制限しなけれ
ばならず、この利用は一定のルールの下で秩序正しく行
われねばならない。

【０００３】このような点に鑑み、１つのサービスエリ
アを１つの基地局でカバーする単一ゾーン構成（大ゾー
ン構成）や、１つのサービスエリアを複数の基地局でカ
バーする複数ゾーン構成（小ゾーン構成）を採って、周
波数の有効利用を図った通信システムがある。ここで、
ゾーンとは基地局が通信できる物理的範囲を指し、無線
ゾーンないしはセルとも呼ばれ、これにはそのゾーンに
割り当てられた所定の周波数が配分される。また、小ゾ
ーン構成には、基地局が水平面内に無指向性で電波を放
射するオムニゾーン構成の他に、９０度，１２０度など
水平面に指向性を持たせて電波を放射する扇形（セク
タ）ゾーン構成がある。このように、サービスエリアの
小ゾーン分割すなわちマイクロ・セル化もしくはセクタ
化が行われているシステムとして、具体的には、セルラ
ーシステムやＭＣＡシステム等がある。

【０００４】しかしながら今日の無線通信の急激な需要
の増大に伴い、周波数のさらなる有効利用が望まれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上述
した点に鑑み、周波数のさらなる有効利用を図ることの
できる方法及び通信システムを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による通信システ
ムは、少なくとも１つの無線ゾーンにおいて割り当てら
れた周波数で電波の送受信を行う基地局及び移動局を有
する通信システムであって、前記無線ゾーンの１つにお
いて、前記基地局は、前記移動局の位置に向けて前記移
動局に対する電波の放射指向性を制御し、前記移動局
は、前記基地局の位置に向けて前記基地局に対する電波
の放射指向性を制御し、前記基地局は、通信中のチャネ
ルに使用されている周波数と同一周波数で、接続すべき
新たな移動局の位置に向けて放射指向性を制御しつつ電
波を放射しても前記通信中のチャネルに実質的に干渉を
与えないものと判断した場合にのみ、自局において前記
同一周波数を前記新たな移動局に対する電波の送受信に
割り当てかつ前記新たな移動局の位置に向けて放射指向
性を制御するとともに、前記同一周波数を示す割当周波
数信号及び前記新たな移動局の前記基地局に対する電波
の放射指向性を制御するための制御信号を生成してこれ
を前記移動局に送信し、前記基地局は、通信中のチャネ
ルに使用されている周波数と同一周波数で、接続すべき
新たな移動局の位置に向けて放射指向性を制御しつつ電
波を放射しても前記通信中のチャネルに実質的に干渉を
与えないものと判断できなかった場合は、自局において
通信中のチャネルに使用されていない異周波数を前記新
たな移動局に対する電波の送受信に割り当てかつ前記新
たな移動局の位置に向けて放射指向性を制御するととも
に、前記異周波数を示す割当周波数信号及び前記新たな
移動局の前記基地局に対する電波の放射指向性を制御す
るための制御信号を生成してこれを前記移動局に送信
し、かつ前記移動局は、前記割当周波数信号及び前記制
御信号を受信し、これに応じて放射指向性を制御しかつ
前記基地局に対する電波の送受信を行う。さらに、前記
基地局は、前記新たな移動局の位置と、前記新たな移動
局からの電波の受信電界強度もしくは前記新たな移動局
における前記基地局からの電波の受信電界強度とに基づ
いて、前記移動局までの電波の伝搬における見通しの程
度を判定し、前記見通しの程度に応じて自局における放
射ビームの幅を制御するとともに、前記見通しの程度を
示す判定見通し信号を生成してこれを前記移動局に送信
し、かつ前記移動局は、前記判定見通し信号を受信して
これに応じて自局における放射ビームの幅をさらに制御
する。

【０００７】

【０００８】

【発明の実施の形態】上記スペクトラム有効利用法のよ
り詳しい態様としては、無線ゾーンの１つにおいて、第
１移動局の位置に向けて基地局の第１移動局に対する下
り指定周波数の電波の放射指向性が制御され、基地局の
位置に向けて第１移動局の基地局に対する上り指定周波
数の電波の放射指向性が制御されると同時に、第２移動
局の位置に向けて基地局の第２移動局に対するその同じ
下り指定周波数の電波の放射指向性が制御され、基地局
の位置に向けて第２移動局の基地局に対するその同じ上
り指定周波数の電波の放射指向性が制御される（１−
１）。そしてこの態様において第１移動局−基地局間チ
ャネルと第２移動局−基地局間チャネルとは、実質的に
相互干渉を起こしていない状態である（１−２）。

【０００９】また、上記通信システムは、基地局が、通
信中のチャネルに使用されている周波数と同一周波数
で、接続すべき新たな移動局の位置に向けて放射指向性
を制御しつつ電波を放射しても通信中のチャネルに実質
的に干渉を与えないものと判断した場合にのみ、自局に
おいて同一周波数を新たな移動局に対する電波の送受信
に割り当てかつ新たな移動局の位置に向けて放射指向性
を制御するとともに、同一周波数を示す割当周波数信号
及び新たな移動局の基地局に対する電波の放射指向性を
制御するための制御信号を生成してこれを移動局に送信
し、移動局が、当該割当周波数信号及び制御信号を受信
し、これに応じて放射指向性を制御しかつ基地局に対す
る電波の送受信を行う、という態様を採ることができる
（２−１）。ここで基地局が、通信中のチャネルに使用
されている周波数と同一周波数で、接続すべき新たな移
動局の位置に向けて放射指向性を制御しつつ電波を放射
しても通信中のチャネルに実質的に干渉を与えないもの
と判断できなかった場合は、自局において通信中のチャ
ネルに使用されていない異周波数を新たな移動局に対す
る電波の送受信に割り当てかつ新たな移動局の位置に向
けて放射指向性を制御するとともに、異周波数を示す割
当周波数信号及び新たな移動局の基地局に対する電波の
放射指向性を制御するための制御信号を生成してこれを
移動局に送信すると良い（２−２）。

【００１０】また、上記通信システムの一態様として
は、移動局にＧＰＳを設けて移動局の位置情報を得、基
地局にその位置情報に応じた位置信号を送信することが
できる（２−３）。放射指向性の制御は、通信チャネル
に割り当てられた周波数の電波を対象とすることができ
る（２−４）。指向性制御の他にも、基地局が、新たな
移動局の位置と、新たな移動局からの電波の受信電界強
度もしくは新たな移動局における基地局からの電波の受
信電界強度とに基づいて、移動局までの電波の伝搬にお
ける見通しの程度を判定し、見通しの程度に応じて自局
における放射ビームの幅を制御するとともに、見通しの
程度を示す判定見通し信号を生成してこれを移動局に送
信し、移動局は、判定見通し信号を受信してこれに応じ
て自局における放射ビームの幅をさらに制御することが
できる（２−５）。さらにこの放射ビームの幅のみなら
ず、基地局が、見通しの程度もしくは放射ビームの幅に
応じて自局における新たな移動局に対する電波の送信電
力をもさらに制御し、移動局が、受信した判定見通し信
号に応じて自局における送信電力をもさらに制御するこ
とも可能である（２−６）。上記指向性を含む放射特性
の制御は、基地局及び移動局においてそれぞれ使われる
アレイ・アンテナによって実現することができる（２−
７）。無線ゾーンが複数の小ゾーンからなる場合、本通
信システムは、その小ゾーン毎に、上述した放射指向性
の制御を行うことができる（２−８）。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面を参照しつつ詳細に説明
する。先ず、基本となるスペクトラム有効利用法を説明
する。図１は、単一の無線ゾーンすなわち大ゾーン構成
にてサービスエリアの通信を行う場合の一例を示してい
る。この場合、基地局Ｂは、当該ゾーン内にある移動局
Ｍ１〜Ｍ４との通話の状態監視及び制御を集中して行
う。このゾーンに割り当てられたチャネルすなわち搬送
波周波数は、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple
Access：周波数分割多重化接続）などでは一般に１つの
移動局に対し１つが基地局によって割り振られ各移動局
との通信が行われるが、本発明では、必要な所定数の送
受信機を基地局に備え２つ以上の移動局に対し１つの搬
送波周波数を割り当て各移動局との通信を行うことを可
能としている。その手法は、基地局Ｂ及び移動局Ｍ１〜
Ｍ４の電波の伝達焦点を移動局Ｍ１〜Ｍ４の位置に応じ
て適宜制御することである。

【００１２】すなわち、移動局Ｍ１，Ｍ３及びＭ４は、
図示の如く離れた位置にあり、このような状態のとき基
地局Ｂはこれらの移動局にそれぞれ同一の搬送波周波数
Ｆ１を割り当てる。そして基地局Ｂは、移動局Ｍ１との
通信に際しては移動局Ｍ１に向けて焦点を絞り込んで電
波を放射し、移動局Ｍ３との通信に際しては移動局Ｍ３
に向けて焦点を絞り込んで電波を放射し、移動局Ｍ４と
の通信に際しては移動局Ｍ４に向けて焦点を絞り込んで
電波を放射する。また、移動局Ｍ１，Ｍ３及びＭ４は、
基地局との通信に際してそれぞれ基地局Ｂに向けて焦点
を絞り込んで電波を放射する。かかる焦点の絞り込み
は、具体的には、目的とする方向に尖鋭な指向性をもっ
て電波を放射すること、目的位置への電波の到達に十分
な送信電力で電波を放射することを含む。図１における
一点鎖線は、基地局の移動局に対する絞り込みを模式的
に示している。移動局Ｍ１，Ｍ３及びＭ４は、焦点の絞
り込み制御によって各移動局の通信電波が相互干渉を生
じないような位置関係にあるので、同一の搬送波周波数
で電波を送受しても個々に基地局との通信を不具合なく
遂行することができるのである。

【００１３】一方、移動局Ｍ２は移動局Ｍ１に近い位置
にあり、このような状態のとき基地局Ｂは移動局Ｍ２に
移動局Ｍ１とは異なる搬送波周波数Ｆ２を割り当てる。
これは、移動局Ｍ２に搬送波周波数Ｆ１を割り当ててし
まうと基地局Ｂ及び移動局Ｍ１，Ｍ２が焦点の絞り込み
制御を行っても移動局Ｍ１，Ｍ２の各通信電波が相互に
干渉を起こしてしまうことを回避するためになされる。
従って上述のように焦点の絞り込み制御によって各通信
電波が相互干渉を生じないような位置関係ないしは状態
にある移動局にのみ同一の搬送波周波数を割り当て、そ
れ以外の移動局には異なる搬送波周波数を割り当てるの
である。

【００１４】このような手法により、１つの搬送波周波
数で大ゾーン内の複数の移動局が同時に通信を行うこと
ができ、当該ゾーンに割り当てることのできるチャネル
数を増やすことができる。またこのことは、ゾーン内で
の周波数の再利用が図られたことに相当するので、所期
の目的であるスペクトラムのさらなる有効利用が達っせ
られることとなる。

【００１５】図２は、複数の無線ゾーンすなわち小ゾー
ン構成にてサービスエリアの通信を行う場合の一例を示
している。この場合、小ゾーンに正六角形ゾーンが採用
され、サービスエリアは多数の小ゾーン（セル）で網羅
ないしは敷き詰められる。基地局Ｂ１〜Ｂ７は、サービ
スエリア内にある移動局との通話の状態監視及び制御を
小ゾーン毎に分散して行う。チャネルすなわち搬送波周
波数は、小ゾーン毎に割り当てられる。この場合も、基
本的には１つの小ゾーンにおいて１つの移動局に対し１
つの搬送波周波数が基地局によって割り振られ各移動局
との通信が行われるが、本発明では、１つの小ゾーンに
おいて２つ以上の移動局に対し１つの搬送波周波数を割
り当て各移動局との通信を行うことができる。その手法
は、図１の大ゾーン内の基地局及び移動局の絞り込み制
御を同様に小ゾーンにおいて行うことである。

【００１６】故に上述と同様、１つの搬送波周波数で小
ゾーン内の複数の移動局が同時に通信を行うことがで
き、当該ゾーンに割り当てることのできるチャネル数を
増やすことができ、もって各小ゾーン内での周波数の再
利用が図られ、所期の目的が達せられることとなる。な
お、図１及び図２においては共にオムニゾーン構成であ
ることを前提に説明したが、ゾーン構成がセクタゾーン
構成であっても上述したような手法を適用し得ることは
勿論である。

【００１７】さらに具体的にこの手法を実現するに当た
り、次のような態様を採ることができる。１．絞り込み制御は、通信（通話）チャネルで行い、
制御チャネルでは行わない。２．移動局は、ＧＰＳ（Global Positioning System
）等の位置検出機能を持ち、その現在位置を制御チャ
ネルで基地局に伝達する。

【００１８】３．基地局は、対象とする移動局へ向か
う放射指向性に制御し、通信チャネルの搬送波を送出す
る。４．移動局は、基地局へ向かう放射指向性に制御し、
通信チャネルの搬送波を送出する。５．基地局は、移動局の位置情報と移動局からの電波
の受信電界強度とから、電波伝搬上の見通し（基地局と
移動局との間に電波の伝搬に障害となる建物や地形など
がどの程度あるか、あるいは伝搬電波がどの程度回折し
て相手局に到達するか）を判定する。基地局及び移動局
は、見通しが利くと判定された場合は、その程度に応じ
て放射指向性の尖鋭の度合いを大きくし、そうでない場
合はその程度に応じて小さくする。

【００１９】６．基地局及び移動局は、放射指向性の
尖鋭の度合いに反比例もしくは略反比例する送信電力に
て電波を放射する。これにより、各局の消費電力を節約
し他局への干渉を軽減することができる。７．基地局は、通信中の各移動局の位置とその焦点の
絞り度（放射指向性における放射ビームの方向及びその
尖鋭の度合い並びに送信電力（もしくは見通しの程
度））の所要データを記憶しておく。基地局は、通信す
べき移動局が新たに出現したら、これら記憶データ及び
その新たな移動局の位置情報及び見通しの程度に基づい
て新たな移動局へのチャネル割当を行う。より詳しく
は、新たな移動局に対し現在使用中の通信チャネルの搬
送波周波数を割り当てても絞り込み制御をすれば干渉が
生じないと判断した場合は、新たな移動局にも現在使用
中の通信チャネルの搬送波周波数を割り当て、絞り込み
制御とともに新たな移動局との通信を開始する。逆に、
新たな移動局に対し現在使用中の通信チャネルの搬送波
周波数を割り当てると絞り込み制御をしても干渉が生じ
てしまうと判断した場合は、新たな移動局に現在使用中
の通信チャネルの搬送波周波数とは別の搬送波周波数を
割り当て、絞り込み制御とともに新たな移動局との通信
を開始する。

【００２０】８．移動局、基地局ともにアレイ・アン
テナ等の焦点の絞り込み可能なアンテナを使用すること
により各局の放射指向特性を制御する。次に、以上に述べたスペクトラム有効利用法の適用例を
説明する。図３は、かかる適用例の本発明によるＴＤＭ
Ａ（Time Division Multiple Access：時分割多重化接
続）方式通信装置の構成を示している。

【００２１】図３において、電波の放射方向及び放射ビ
ーム形状を含む指向特性の可変なフェイズド・アレイ・
アンテナ１は、送受信共用のアンテナであり、ＴＤＤ
（TimeDivision Duplex）方式が採用される。アンテナ
１の信号端子は、アンテナスイッチ２を介して受信部３
及び送信部４のいずれか一方に接続され、アンテナ１の
制御端子は後述するＣＰＵ１９に接続される。アンテナ
スイッチ２は、本例では受信部３との接続の選択を定常
状態としている。

【００２２】受信部３において、アンテナ１により捕捉
されアンテナスイッチ２を通じた受信信号である高周波
信号は、帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）５によって帯域制
限された後、高周波増幅器６に供給される。高周波増幅
器６によって増幅された信号は、帯域制限フィルタ７を
介してダウンコンバータ８に供給される。ダウンコンバ
ータ８は、供給された高周波信号にＶＣＯ９からの局部
発振信号を混合して中間周波信号を生成する周波数変換
を行う。この中間周波信号は、Ａ／Ｄ変換器１０によっ
てディジタル化された後、ＤＳＰ（ディジタル信号処理
器）１１に供給される。

【００２３】ＤＳＰ１１は、供給されたディジタル化中
間周波信号を検波する。すなわち受信信号に含まれる音
声信号及び制御信号等のベースバンド信号を検出すべ
く、ディジタル化中間周波信号に対し、例えば１６ＱＡ
Ｍの復調処理を施して復調データを得、チャネルコーデ
ィング論理回路１２に供給する。ＤＳＰ１１はまた、復
調処理とともに受信信号中にプリアンブルのパターンが
到来しているか否かをビット毎（またはサンプル毎）に
検定しフレーム同期を確立させる。チャネルコーディン
グ論理回路１２は、ＤＳＰ１１からの復調データをフレ
ーム毎にＣＰＵ１９の指定に応じたタイムスロットにつ
き分解し、復調データ中の通信データをボイスＣＯＤＥ
Ｃ（コーデック）２１またはデータ入出力インターフェ
ース２２に、復調データ中の制御データをＣＰＵ１９に
転送する。チャネルコーディング論理回路１２における
このタイムスロット分解には、復調データを復号するデ
コーダとしての動作を伴う。ボイスＣＯＤＥＣ２１に転
送されたデータは、そこでアナログ変換され、スピーカ
アンプ２４を通じてスピーカ２６より音響出力される。
なお、通信データが音声データならばボイスＣＯＤＥＣ
２１に、音声データ以外ならばデータ入出力インターフ
ェース２２に供給される。

【００２４】一方、マイクロホン２５からのアナログ音
声信号は、マイクロホンアンプ２３を通じてボイスＣＯ
ＤＥＣ２１に供給される。ボイスＣＯＤＥＣ２１は、供
給された音声信号を所定フォーマットにてディジタル化
しディジタル音声信号を生成し、通信データとしてチャ
ネルコーディング論理回路１２に供給する。チャネルコ
ーディング論理回路１２にはさらに、データ入出力イン
ターフェース２２から所定フォーマットのディジタル信
号が通信データとして供給される。チャネルコーディン
グ論理回路１２は、ボイスＣＯＤＥＣ２１またはデータ
入出力インターフェース２２からの通信データを、ＣＰ
Ｕ１９が指定するタイムスロットに挿入する。このタイ
ムスロットへの挿入には、予め定められた符号変換を施
すコーダとしての動作を伴う。こうして得られるチャネ
ルコーディング論理回路１２の出力データは、ＤＳＰ１
１に転送される。ＤＳＰ１１は、ＣＰＵ１９からの指定
によって、プリアンブルパターンをフレーム内の所定タ
イムスロットに挿入し、チャネルコーディング論理回路
１２からの転送データとともに一連の送信データを形成
しつつ、この送信データに対し例えば上述した１６ＱＡ
Ｍに基づく変調処理を行なう。変調処理により得られた
データは、送信部４に供給される。

【００２５】送信部４は、ＤＳＰ１１から受け取ったデ
ータを、Ｄ／Ａ変換器１３においてアナログ変換し、ア
ナログ信号としてアップコンバータ１４に供給する。ア
ップコンバータ１４は、供給された信号にＶＣＯ１５か
らの発振信号を混合して送信すべき周波数に周波数変換
する。周波数変換された信号は、前段増幅器１６によっ
て増幅され、更に電力増幅器１７によって電力増幅され
アンテナスイッチ２を介してアンテナ１に供給され輻射
される。

【００２６】ＤＳＰ１１の変調及び復調処理、並びに後
述するアンテナ制御やチャネル割当制御を含む各種の処
理は、ＣＰＵ（中央処理装置）１９によっても制御され
る。アンテナスイッチ２の切換動作、ＶＣＯ９，１５の
発振周波数及び電力増幅器１７の増幅動作は、ＤＳＰ１
１の動作状態によって制御される。ＣＰＵ１９は、キー
ボード２０からの操作に応じてＤＳＰ１１を制御すると
共に、チャネルコーディング論理回路１２及びボイスＣ
ＯＤＥＣ２１の各動作モードも制御する。

【００２７】ダウンコンバータ８からは、受信電界強度
を示すＲＳＳＩ（Received SignalStrength Indicato
r）信号が発せられ、図示せぬインターフェイスを介し
てＣＰＵ１９に供給される。かかる構成は、基地局（ま
たはマスタ局）及び移動局（スレイブ局）の双方におい
て採用されるが、移動局に採用される構成にはさらにＧ
ＰＳ３０が設けられる。このＧＰＳ３０は、アンテナス
イッチ２からの受信信号を入力とし、この受信信号から
移動局の位置情報を得る。この位置情報はＣＰＵ１９に
送られ、後述するアンテナ制御及びチャネル割当制御に
使用される。また、基地局には、図３の構成（ＧＰＳを
除く）の送受信機が所定の数だけ備えられている。

【００２８】ＴＤＭＡにおける基地局及び移動局間の基
本的な通信形態は以下の如くである。図４は、３多重の
ＴＤＭＡ方式の通信形態を示している。図４において、
（ａ）は１つの移動局（第１通信局）の送受信モードを
示しており、移動局から基地局（第２通信局）への送信
期間である上り期間と、基地局から移動局への送信期間
である下り期間とが時分割でかつ交互に繰り返されてい
る。そして移動局は、上り期間の例えば先頭に割り当て
られた所定時間帯（タイムスロットとも呼ばれている）
に送信動作を行い、下り期間の同じく先頭に割り当てら
れた所定時間帯に受信動作を行う。一方基地局では、こ
の移動局の送受信動作にほぼ同期して、上り期間で受信
を、下り期間で送信を行う。

【００２９】移動局の送信動作期間すなわち１フレーム
に対応する送信データのフォーマットの一例は、図４の
（ｂ）及び（ｃ）に示される。この送信データは、制御
チャネルにおいて、先頭から順に過渡応答用ランプタイ
ム（Ｒ）、プリアンプル（ＰＲ）、同期ワード（ユニー
クワード：ＵＷ）、チャネル種別（ＣＩ）、相手局の呼
出符号である着識別符号（ＤＡ）、自局の呼出符号であ
る発識別符号（ＯＡ）、リンクチャネル割り当て等のた
めの制御データ、そして誤り検出用付加情報（ＣＲＣ：
Cyclic Redundancy Check ）からなる。通信チャネルに
おける送信データは、先頭から順に過渡応答用ランプタ
イム（Ｒ）、プリアンプル（ＰＲ）、同期ワード（ユニ
ークワード：ＵＷ）、チャネル種別（ＣＩ）、通信デー
タ、そして誤り検出用付加情報（ＣＲＣ）からなる。な
お、隣合う送受信通信時間帯の間には通常所定数ビット
分のガードタイムが置かれ、また送信データ中には適宜
パイロット信号が挿入されるが、ここでは省略してい
る。

【００３０】なお、図４は移動局の送信態様を主体に示
しているが、基地局の送信態様（すなわち移動局の受信
態様）においても、（ｂ）及び（ｃ）と同等のフォーマ
ットの送信データが移動局に送信される。図５は、通信
の開始から終了までの動作が示されており、本発明によ
る基地局及び移動局のアンテナ制御及びチャネル割当制
御を含む処理動作が含まれている。

【００３１】図５において、先ず制御チャネルにおいて
基地局から移動局に着呼または発呼がなされる（Ｓ
１）。これに応答して、移動局は、キーボード２０の操
作に基づくリンクチャネル確立要求の制御データを含む
送信波をアンテナ１より輻射する（Ｓ２）。基地局は、
制御チャネルにおけるこの移動局から基地局へのリンク
チャネル確立要求を受けると、移動局の所在位置を示す
情報を要求する制御データを含む送信波をアンテナ１か
ら輻射する（Ｓ３）。移動局は、この位置情報要求を受
け取ると、ＧＰＳ３０から得られる自局の位置情報をＣ
ＰＵ１９に取り込み、ＣＰＵ１９は、取り込んだ位置情
報に対応する信号をＤＳＰ１１をして所定のフォーマッ
ト化ないし変調を施させかつ送信波に含ませてアンテナ
１から輻射し、基地局への位置情報の応答を行う（Ｓ
４）。これによって基地局は、移動局の位置情報を得る
と、既述の如きこの移動局との通信に使用すべきチャネ
ルの割当処理を行う（Ｓ５）。

【００３２】すなわち、かかるチャネル割当処理は、上
記７．に従う。チャネル割当処理の前においては、例え
ば図６に示されるように、基地局Ｂは、既に通信（通
話）中の各移動局Ｍ１〜Ｍ３の位置（ｘ₁ ，ｙ₁ ），
（ｘ₂ ，ｙ₂ ），（ｘ₃ ，ｙ₃ ）とその焦点の絞り度
（放射指向特性における放射ビームの方向及び送信電力
（もしくは見通しの程度）＝ベクトルＤｄ₁ ，Ｄｄ₂ ，
Ｄｄ₃ 、及び放射ビームの尖鋭の度合い＝ビームＤ0₁，
Ｄ0₂，Ｄ0₃の形状）の所要データをＣＰＵ１９に予め記
憶している。図６の例では、移動局Ｍ１〜Ｍ３の通信が
同じ搬送波周波数Ｆ１で行われている最中であり、他に
通信をしている移動局はないものとしている。図５の行
程Ｓ１で着呼の対象となった新たな移動局が移動局Ｍ４
でありその位置が（ｘ₄ ，ｙ₄ ）である場合、基地局の
ＣＰＵ１９は、チャネル割当処理において、移動局Ｍ１
〜Ｍ３に関する記憶データ及び新たな移動局Ｍ４の位置
情報（ｘ ₄ ，ｙ₄ ）に基づいて、移動局Ｍ４に対し搬送
波周波数Ｆ１で通信を行いかつ絞り込み制御をしたとき
に干渉が生じるかどうかを所定のアルゴリズムにより判
定する。

【００３３】このＣＰＵ１９が実行するアルゴリズムに
は、ＲＳＳＩによって得られる例えば基地局が行程Ｓ４
において受信した新たな移動局からの電波の受信電界強
度が、どの程度のものかを判断して当該基地局−移動局
間の見通しを判定する処理を含むことが好ましい。つま
り制御チャネルではある特定の送信電力及び指向性にて
移動局が電波を発するようになされ、ＣＰＵ１９は、測
定した受信電界強度から移動局から基地局までの間の電
波の減衰量を把握する。ＣＰＵ１９は、この減衰量が移
動局から基地局まで距離の割りに小なるとき、その程度
に応じて見通しが良好であるものと判断し、逆に大なる
ときはその程度に応じて見通しが不良であると判断す
る。そしてＣＰＵ１９は、その見通しの程度に応じ放射
すべきビームの形状及び送信電力を決定する。従ってＣ
ＰＵ１９は、当該新たな移動局に向けた放射方向だけで
なくその決定した形状及び送信電力での放射ビームで新
たな移動局との通信を行った場合を推算して他の移動局
の通信に干渉を生じないかどうかを判定するのである。
なお、見通しの判定は、移動局で行うようにすることも
できるが、移動局側の通信機器の構成及び動作の簡素化
等を考慮すれば、本例のように基地局で行う方が有利で
ある。

【００３４】図６の場合、移動局Ｍ４は、ビームＤ0
₁ ，Ｄ0₂ ，Ｄ0₃ に離れた位置にあり、また、基地局ま
での見通しも比較的良いので、絞り込み制御をすれば図
示の如きビームＤ0₄が形成され搬送波周波数Ｆ１で通信
を行っても干渉が起きないものと想定される。このこと
が上記アルゴリズムにより判定されると、新たな移動局
Ｍ４にも既に使われている搬送波周波数Ｆ１を割り当て
るのである。

【００３５】これとは異なり、図５の行程Ｓ１で着呼の
対象となった新たな移動局が移動局Ｍ５でありその位置
が（ｘ₅ ，ｙ₅ ）である場合、基地局のＣＰＵ１９は、
チャネル割当処理において、移動局Ｍ１〜Ｍ３に関する
記憶データ及び新たな移動局Ｍ５の位置情報（ｘ₅ ，ｙ
₅ ）に基づいて、移動局Ｍ５に対し搬送波周波数Ｆ１で
通信を行いかつ絞り込み制御をしたときに干渉が生じる
かどうかを同じく所定のアルゴリズムにより判定する。
この場合、移動局Ｍ５は、ビームＤ0₁の近くに位置し、
絞り込み制御をしたとしても形成されるビームＤ0₅はビ
ームＤ0₁と空間的に重複するので、搬送波周波数Ｆ１で
通信を行うと干渉が起きてしまうものと想定される。こ
のことが上記アルゴリズムにより判定されると、新たな
移動局Ｍ５には搬送波周波数Ｆ１を割り当てず、他の搬
送周波数Ｆ２を割り当てるのである。

【００３６】さらに別の場合も考えられる。図５の行程
Ｓ１で着呼の対象となった新たな移動局が移動局Ｍ６で
ありその位置が（ｘ₆ ，ｙ₆ ）である場合、基地局のＣ
ＰＵ１９は、チャネル割当処理において、移動局Ｍ１〜
Ｍ３に関する記憶データ及び新たな移動局Ｍ６の位置情
報（ｘ₆ ，ｙ₆ ）に基づいて、移動局Ｍ６に対し搬送波
周波数Ｆ１で通信を行いかつ絞り込み制御をしたときに
干渉が生じるかどうかを同じく所定のアルゴリズムによ
り判定する。この場合、移動局Ｍ６は、ビームＤ0₁，Ｄ
0₂から比較的離れているものの、見通しが悪く、移動局
Ｍ６に確実に電波の到達をなすためには放射ビームの幅
を広くかつ送信電力を比較的大なるものにしなければな
らない。故に絞り込み制御をして形成されるビームＤ0₆
はビームＤ0₁もしくはＤ0₂と空間的に重複するので、搬
送波周波数Ｆ１で通信を行うと干渉が起きてしまうもの
と想定される。このことが上記アルゴリズムにより判定
されると、新たな移動局Ｍ６には搬送波周波数Ｆ１を割
り当てず、他の搬送周波数Ｆ２を割り当てる。もしも移
動局Ｍ６の位置が見通しが良ければ、絞り込み制御によ
って狭い幅のビームＤ0₆´を形成することができ、使用
中の搬送波周波数Ｆ１を割り当てることができたのであ
る。

【００３７】図６では新たな移動局が着呼されたときに
既に使用されている搬送波周波数が１つであった場合の
チャネル割当について説明したが、既に使用されている
搬送波周波数が複数であった場合にも、同様の趣旨でチ
ャネル割当が行われる。つまり絞り込み制御とともに新
たな移動局と通信を行っても他の移動局の通信に干渉を
与えない搬送波周波数を選定するのである。

【００３８】例として図７に新たな移動局が着呼された
ときに既に２つの搬送波周波数Ｆ１，Ｆ２が移動局Ｍ１
〜Ｍ４を対象に使用されている場合が示される。新たな
移動局Ｍ５へのチャネル割当は、移動局Ｍ５の通信に搬
送周波数Ｆ１を採用しかつ絞り込み制御をしたときにチ
ャネルＣＨ１，ＣＨ２に干渉を与えるかどうか（もしく
はチャネルＣＨ５に干渉を生じるか）が判定される。こ
の場合のようにチャネルＣＨ１に干渉を与えてしまうと
判定されると、搬送周波数Ｆ１の割当を断念し、次いで
移動局Ｍ５の通信に搬送周波数Ｆ２を採用しかつ絞り込
み制御をしたときにチャネルＣＨ３，ＣＨ４に干渉を与
えるかどうか（もしくはチャネルＣＨ５に干渉を生じる
か）が判定される。そして、この場合のようにチャネル
ＣＨ３，ＣＨ４のどれにも干渉を与えないと判定される
と、移動局Ｍ５の通信には搬送波周波数Ｆ２が初めて採
用されるのである。

【００３９】また、新たな移動局Ｍ６へのチャネル割当
も、同様に、干渉を生じることなく、絞り込み制御をし
て搬送周波数Ｆ１，Ｆ２を移動局Ｍ６との通信に採用し
得るか否かが順次判定される。ここで移動局Ｍ６は、見
通しが悪く絞り込み制御を行ってもビームＤ0₆の如き広
域に亘る形状とならざるを得ず、搬送波周波数Ｆ１，Ｆ
２のどちらを採用してもチャネルＣＨ２，ＣＨ４のいず
れかに干渉を与えてしまう。従ってこの場合移動局Ｍ６
の通信には、Ｆ１，Ｆ２とは異なる搬送周波数Ｆ３が採
用される。

【００４０】基地局は、このように各場合に適応する搬
送波周波数の割当演算をＣＰＵ１９において行うが、基
地局は、かかる搬送波周波数の割当のみならず、移動局
が制御すべき移動局の送信波の放射特性（放射ビームの
方向やビームの幅（形状）、送信電力）をも推算する。
勿論基地局自身が制御すべき放射特性も上記アルゴリズ
ムの実行結果に基づき保持しておく。

【００４１】かくして行程Ｓ５においては、基地局が確
定させた搬送波周波数を示す割当周波数信号を含む制御
データ、及び判定見通し信号を含みかつ移動局の放射特
性を示す制御データを有する送信波をアンテナ１から輻
射し、移動局がこれを受信し制御データの内容から移行
すべきリンクチャネルならびに制御すべきアンテナ１か
らの電波放射特性を識別する。

【００４２】次いで基地局及び移動局は、それぞれ確定
したリンクチャネル（通信チャネル）への移行を行うと
ともに、保持した放射特性及び識別した放射特性となる
よう絞り込み制御を行う（Ｓ６Ｂ，Ｓ６Ｍ）。リンクチ
ャネルへの移行は、ＶＣＯ９によって受信周波数を、Ｖ
ＣＯ１５によって送信周波数を、確定した搬送波周波数
に対応するよう制御することで行われる。絞り込み制御
（アンテナ制御）では、保持もしくは識別した放射特性
となるよう、ＣＰＵ１９は、アレイアンテナ１に対し放
射ビームの方向及びビーム形状を制御するアンテナ制御
信号を供給し、またＤＳＰ１１を介して電力増幅器１７
に電力制御信号を供給する。

【００４３】通信チャネルへ移行すると、先ず、移動局
が基地局へ同期バーストを供給し（Ｓ１０）、基地局か
ら移動局へ同期バーストを供給する（Ｓ１１）。そし
て、移動局から基地局への通信モード設定要求の供給が
行われ（Ｓ１２）、基地局から通信モード設定に対する
応答が行われる（Ｓ１３）。さらに移動局から基地局へ
の着呼応答の供給がなされ（Ｓ１４）、基地局から移動
局への呼設定の供給がなされると（Ｓ１５）、移動局は
当該呼設定に対する応答を行い（Ｓ１６）、通話とな
る。

【００４４】通話の終了において移動局は、キーボード
２０の操作に基づく基地局との通話を断とすることを知
らせる制御データを含む送信波をアンテナ１より輻射す
る（Ｓ２０）。基地局は、これを受け使用していた通信
チャネルの解放を行う（Ｓ２１）。移動局が制御チャネ
ルを含む無線チャネルの切断をさらに要求すると（Ｓ２
２）、基地局は、移動局に対する無線チャネルを切断し
その通信を断とする（Ｓ２３）。

【００４５】上述したような基地局及び移動局の放射特
性の制御によって、両局においては図８に示されるよう
な通信形態をなすことができる。図８は、３多重の複数
波ＴＤＭＡ方式の通信形態であって、基地局側の１フレ
ーム構成を示しており、先の図６の例に従っている。基
地局は、新たな移動局Ｍ４が出現する前において、移動
局Ｍ１〜Ｍ３とアンテナ放射特性の振り分けによる同一
搬送周波数Ｆ１の個別チャネルでの通信がなされる。す
なわち図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるよう
に、基地局は、上り期間において同一の受信時間帯で移
動局Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３からの各電波を受信し、しかもそ
の間においては各電波の放射方向でどの移動局からの電
波なのかを識別するようにしている。また、下り期間に
おいても、同一の送信時間帯で移動局Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３
への各電波を送信し、そしてその間においては各対応す
る移動局に向けた放射特性の制御を伴う。このように基
地局は、送受信電波の異なる放射特性によって同一の搬
送周波数及び時間帯で複数の移動局と通信することを可
能としている。これは、基本的に、基地局自身が図３の
如き送受信機を複数備え、そのうち第１ないし第３の送
受信機が（ａ），（ｂ），（ｃ）のフレーム系列を担当
し、同一の送受信時間帯でそれぞれに定められた放射特
性にて通信を行うことで実現している。新たな移動局Ｍ
４が出現しても、その通信には移動局Ｍ１〜Ｍ３と同じ
搬送波周波数Ｆ１が割り当てられ、図８の（ｄ）の如く
書くことができる。この場合、基地局における第４の送
受信機が（ｄ）のフレーム系列を担当し、第１ないし第
３の送受信機とともに同一の送受信時間帯でそれぞれに
定められた放射特性にて通信が行われる。新たな移動局
Ｍ５やＭ６が出現した場合は、別の搬送周波数Ｆ２がそ
の通信に割り当てられるので、第５の送受信機によって
図８の（ｅ）のように異なる搬送波周波数Ｆ２のフレー
ム系列が形成される。

【００４６】図８の（ａ）〜（ｅ）の各系列では、それ
ぞれ上り期間及び下り期間に空きの通信時間帯すなわち
空きチャネルがあるものとして描かれている。この空き
チャネルは、ＴＤＭＡ方式においては当然使用可能なも
のである。要するに、従来ＴＤＭＡ方式においては１つ
の搬送波周波数を使って通信するのに唯１つのフレーム
系列で３つのチャネルしか割り当てられなかったのであ
るが、本実施例によれば、搬送波周波数Ｆ１のフレーム
系列は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と４つ形成す
ることができ、しかもフレーム系列毎に３つのチャネル
を有することができるので、合計で１２ものチャネルを
１つの搬送波周波数で担うことができるのである。な
お、絞り込み制御をしても、新たなフレーム系列を形成
することができなくなってから以降において、順次使用
可能なフレーム系列の空きチャネルを使用するようにし
ても良いし、ある１つのフレーム系列（例えば図８の
（ａ））のチャネルを全て使用した後にのみ絞り込み制
御を行って別のフレーム系列（例えば図８の（ｂ））を
形成する、という動作を繰り返すようにしても良い。

【００４７】なお、上述の通信システムにおいては、変
調方式として１６ＱＡＭが採用され、通信方式としてＴ
ＤＭＡが採用されているが、これらのことに特に限定さ
れないことは勿論である。また、移動局の位置情報を検
出する手段として移動局に設けられたＧＰＳを挙げた
が、移動局の位置を検出する方法は、他にも種々周知の
ものを採用し得ることは勿論である。但し、ＧＰＳを採
用した場合は、その検出精度ないしはコストパフォーマ
ンス等の面で有利となり得る。かくして本発明は、所定
のサービスエリアに所定の周波数で無線通信を提供する
システム一般に適用可能であり、各構成要素の設計的な
改変を行い得ることも勿論である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の周波数の有
効利用法およびこれを用いた通信システムによれば、周
波数利用率を飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】大ゾーン構成に本発明の手法を適用した場合の
模式図。

【図２】小ゾーン構成に本発明の手法を適用した場合の
模式図。

【図３】本発明による一実施例のＴＤＭＡ方式通信装置
の構成を示すブロック図。

【図４】図３の通信装置の動作例として３重のＴＤＭＡ
方式の通信形態を示す図。

【図５】図３の通信装置の動作例として基地局及び移動
局の通信の開始から終了までの態様を示す行程図。

【図６】図５におけるチャネル割当及びアンテナ制御の
さらに詳しい態様の一例を示す模式図。

【図７】図５におけるチャネル割当及びアンテナ制御の
さらに詳しい態様の他の例を示す模式図。

【図８】本発明による通信システムが可能とする通信形
態を示すタイムチャート。

【符号の説明】

Ｂ，Ｂ１〜Ｂ７基地局Ｍ，Ｍ１〜Ｍ６，Ｍ11，Ｍ12，Ｍ21，Ｍ22，Ｍ31，Ｍ3
2，Ｍ41，Ｍ42，Ｍ51，Ｍ52，Ｍ61，Ｍ62，Ｍ71，Ｍ72
移動局１アレイ・アンテナ２アンテナスイッチ３受信部４送信部５，７ＢＰＦ６高周波増幅器８ダウンコンバータ９，１５ＶＣＯ１０Ａ／Ｄ変換器１１ＤＳＰ１２チャネルコーディング論理回路１３Ｄ／Ａ変換器１４アップコンバータ１６前置増幅器１７電力増幅器１９ＣＰＵ２０キーボード２１ボイスＣＯＤＥＣ２２データ入出力インタフェース２３マイクロホンアンプ２４スピーカアンプ２５マイクロホン２６スピーカ３０ＧＰＳ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの無線ゾーンにおいて割
り当てられた周波数で電波の送受信を行う基地局及び移
動局を有する通信システムであって、前記無線ゾーンの
１つにおいて、前記基地局は、前記移動局の位置に向け
て前記移動局に対する電波の放射指向性を制御し、前記
移動局は、前記基地局の位置に向けて前記基地局に対す
る電波の放射指向性を制御し、前記基地局は、通信中のチャネルに使用されている周波
数と同一周波数で、接続すべき新たな移動局の位置に向
けて放射指向性を制御しつつ電波を放射しても前記通信
中のチャネルに実質的に干渉を与えないものと判断した
場合にのみ、自局において前記同一周波数を前記新たな
移動局に対する電波の送受信に割り当てかつ前記新たな
移動局の位置に向けて放射指向性を制御するとともに、
前記同一周波数を示す割当周波数信号及び前記新たな移
動局の前記基地局に対する電波の放射指向性を制御する
ための制御信号を生成してこれを前記移動局に送信し、前記基地局は、通信中のチャネルに使用されている周波
数と同一周波数で、接続すべき新たな移動局の位置に向
けて放射指向性を制御しつつ電波を放射しても前記通信
中のチャネルに実質的に干渉を与えないものと判断でき
なかった場合は、自局において通信中のチャネルに使用
されていない異周波数を前記新たな移動局に対する電波
の送受信に割り当てかつ前記新たな移動局の位置に向け
て放射指向性を制御するとともに、前記異周波数を示す
割当周波数信号及び前記新たな移動局の前記基地局に対
する電波の放射指向性を制御するための制御信号を生成
してこれを前記移動局に送信し、前記移動局は、前記割当周波数信号及び前記制御信号を
受信し、これに応じて放射指向性を制御しかつ前記基地
局に対する電波の送受信を行い、前記基地局は、前記新たな移動局の位置と、前記新たな
移動局からの電波の受信電界強度もしくは前記新たな移
動局における前記基地局からの電波の受信電界強度とに
基づいて、前記移動局までの電波の伝搬における見通し
の程度を判定し、前記見通しの程度に応じて自局におけ
る放射ビームの幅を制御するとともに、前記見通しの程
度を示す判定見通し信号を生成してこれを前記移動局に
送信し、かつ前記移動局は、前記判定見通し信号を受信
してこれに応じて自局における放射ビームの幅をさらに
制御することを特徴とする通信システム。
【請求項２】前記基地局は、前記見通しの程度もしく
は前記放射ビームの幅に応じて自局における前記新たな
移動局に対する電波の送信電力をもさらに制御し、前記移動局は、受信した判定見通し信号に応じて自局に
おける送信電力をもさらに制御することを特徴とする請
求項１記載の通信システム。
【請求項３】前記基地局及び移動局は、それぞれアレ
イ・アンテナを有し、このアレイ・アンテナによって各
局の放射指向性を制御することを特徴とする請求項１記
載の通信システム。
【請求項４】前記無線ゾーンは複数の小ゾーンであ
り、前記小ゾーン毎に、前記基地局は、前記移動局の位
置に向けて前記移動局に対する電波の放射指向性を制御
し、前記移動局は、前記基地局の位置に向けて前記基地
局に対する電波の放射指向性を制御することを特徴とす
る請求項１記載の通信システム。