JP3279191B2 - 無線システム - 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、住宅及びオフィス
等の固定端末に対して、電話、データ、画像、映像又は
マルチメディア等の通信サービスを提供するための、加
入者線通信、並びにこれらの固定端末に対して、ビデオ
・オン・デマンドを含むテレビジョン等の放送を提供す
るための通信に係る無線システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の固定端末又は固定無線局を
対象とする無線局として加入者無線システムの親局や多
方向多重無線装置等があるが、一定の地域を複数の基地
局で全面的にカバーしてサービスを提供するような無線
システムは、固定通信の分野では提案されていない。一
方、移動通信の分野では、自動車・携帯電話等に見られ
るように一つの基地局に複数のアンテナを設置してセル
をセクターに分けてサービスを提供しているが、周波数
分割多元接続方式又は時分割多元接続方式あるいは、こ
れらを組み合わせた多元接続方式の場合は、一つの基地
局のセクターの周波数はセクター間の干渉を防止するた
めに全て異ならせている。

【０００３】一般的に限られた周波数帯域で多数の端末
に通信サービスを提供する方法としては、図１０に示す
ように、サービス提供地域を略中心に基地局を配備した
６角形の幾つかのセルに分割して、何個かのセル毎に同
じ周波数帯域を繰り返して使用する方式が用いられてお
り、セルの大きさを小さくすることによって、この繰り
返し回数を大きくして、全体として周波数の利用効率を
高くする方法が自動車・携帯電話やＰＨＳ等の移動通信
分野では用いられている。しかしながら、セルを小さく
することは基地局の数を増やすことになり、経済的でな
い。また、セルを小さくする代わりに、一つの基地局に
複数のアンテナを設置して、セクター化することによっ
て等価的にセルを小さくしたのと同様な効果を得る方法
も採用されているが、この場合も一つの基地局のセクタ
ー間では同一周波数を使用していないために所要周波数
帯域を狭くできない。

【０００４】さらに、従来の移動通信で用いられている
セルの場合は、何個か（最小でも３個）のセルの中では
干渉をさけるために同一周波数を使用することはできな
かった。これは、基地局と端末局との距離の差によって
干渉をさけることが必要であったためであるが、この最
小でも３個のセルの中では同一周波数を使用できないた
めに、所要周波数帯域を狭くすることができない。これ
を解決するために、固定端末であるという利点を活用し
て、固定端末局のアンテナを鋭いビームとし、基地局の
高さを高くして、垂直面内でのアンテナパターンによっ
て干渉を低減することは可能であるが、そのためには基
地局の設置位置を高くせざるを得ずコストが高くなる。

【０００５】ある地域全体の多数の端末局に対してサー
ビスを提供する無線システムでは、図１０のようにその
地域を幾つかのセルに分割して、各セルの略中心に基地
局を置くいわゆるセルラー方式が用いられている。従来
のセルラー方式では図１１ａのように水平面に無指向性
のアンテナを用いるか、図１１ｂのように水平面に指向
性のある複数のアンテナ（ここでは、例として６個）を
用いて各アンテナの周波数帯域をＦ１〜Ｆ６のように異
ならすものとするかのいずれかの方法がとられてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の無線システム
は、所要周波数帯域を狭くすることができないが、この
技術をもって、多数の固定端末との間で高速の無線通信
を行うためには、広い周波数帯域が必要となる。特に、
将来広帯域ＩＳＤＮサービスが提供される時代には、伝
送速度が１０Ｍｂｉｔ／ｓ程度以上と考えられており、
これに必要となる周波数帯域は実現が困難なほど広帯域
となる。一つのセル内の固定端末数をＮ台、１つの固定
端末局当たりの片方向通信の平均ビットレートをｐ（Ｍ
ｂｉｔ／ｓ）とし、変調方式をＱＰＳＫ、ロールオフ率
をα、ビットの有効利用率をηとすると、片方向通信の
所要周波数帯域Ｂ（ＭＨｚ）は、Ｂ＝Ｎｐ（１＋α）／
２ηで与えられる。例えば、今後のマルチメディア通信
を想定して、一つの固定端末局当たり平均１０Ｍｂｉｔ
／ｓが必要とし、これに対してＮ＝６００、α＝０．
５、η＝０．７５と仮定すると、所要帯域幅Ｂは６００
０（ＭＨｚ）と極めて大きな値となるため、周波数帯域
の確保や広帯域での機器の性能確保などの点で、実現が
著しく困難となる。

【０００７】本発明は、多数の固定端末局に通信サービ
スを提供する無線システムの所要周波数帯域を低減し、
経済的に実現可能な無線システムを得ることを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
無線システムは、一定の地域を複数のセルに分割し、各
セルの略中心にそれぞれ基地局を設置して、この基地局
と該基地局が設置されている当該セル内の多数の固定端
末局との間で無線通信を行う無線システムにおいて、各
基地局には、水平面内のビーム幅が略等しく、かつ水平
指向方向の異なるｎ個の（但し、ｎは４以上の正数）ア
ンテナが設けられており、これら各アンテナのアンテナ
ビームは全体として水平面内の全方位をカバーしてお
り、かつこれら各アンテナのアンテナビームは隣接する
ｍ個（但し、ｍは２以上の正数で、ｍ＜ｎ）毎に同一周
波数帯域となるように複数の周波数帯域を配列構成し、
隣接するｍ個の基地局の周波数帯域の配列順序が同じ配
列であり、かつ同一周波数帯域を使用するアンテナビー
ムの中心方位を上記ｍ個の基地局相互間で略アンテナビ
ーム幅程度異ならせたものである。

【０００９】また、本発明の請求項２に係る無線システ
ムは、請求項１に係る発明において、さらに、基地局の
任意のアンテナビームの略中心方位に最も至近の他の基
地局を配備したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 図１ａ及びｂは、本発明に係る周波数帯域と基地局に複
数設置したアンテナのサービスエリアとを示す平面図で
ある。図において、Ｂは基地局、Ｆ１〜Ｆ３は各アンテ
ナのサービスエリアにおける使用周波数帯域である。図
１ａ及びｂに示されるように、本発明は、一つの基地局
に同じ周波数帯域を使用するアンテナを複数組設けてい
る。図１ａの場合は、周波数帯域Ｆ１を使用するアンテ
ナ３個と、周波数帯域Ｆ１とは異なる周波数帯域Ｆ２を
使用するアンテナ３個とを交互に配列したものである。
つまり、各アンテナは、隣接する２つ毎（交互に）に同
一周波数帯域となるように配列されており、同じ周波数
帯域のアンテナ間の干渉が生じないようになっている。
また、図１ａは、図１１と比較すれば明らかなように、
基地局Ｂの使用する周波数帯域は３分の１に低減されて
いる。

【００１１】一方、図１ｂの場合は、基地局Ｂに周波数
帯域Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を使用するアンテナを順番に配列
したもので、各アンテナは、隣接する３つ毎に同一周波
数帯域となるように順次配列されており、同じ周波数帯
域のアンテナ間の干渉が生じないようになっている。図
１ｂは、図１１と比較すると基地局Ｂの使用する周波数
帯域は２分の１に低減されている。

【００１２】即ち、前述と同じセル内の固定端末局数Ｎ
＝６００、がセル内に均等に分布していると仮定する
と、一つのアンテナがカバーする領域には固定端末が１
００局存在し、これら一つの固定端末局当たり１０Ｍｂ
ｉｔ／ｓのサービスを提供するために必要な周波数帯域
は、前述の式をそのまま用いると、１０００ＭＨｚとな
る。図１ａの場合には、この周波数帯域がＦ１とＦ２の
２つ必要であるので、ガードバンドを無視すると、片方
向通信の所要周波数帯域は２０００ＭＨｚとなって、こ
の発明を用いない前述の６０００ＭＨｚの３分の１とな
る。同様に、図１ｂの場合には、片方向通信の所要周波
数帯域は３０００ＭＨｚとなって、この発明を用いない
６０００ＭＨｚの２分の１となる。

【００１３】さて、図２は図１ｂの形態の所要周波数帯
域及びアンテナの配置とした基地局を隣接する３つのセ
ルに設置した無線システムを示したものである。図２に
おいて、基地局Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれ同じ配列順
序としたＦ１、Ｆ２、Ｆ３の３つの周波数帯域を持ち、
かつ、各基地局のアンテナは同じ周波数帯域を使用する
アンテナビームの水平指向方向が互いに６０度異なった
関係になるように配置構成している。これにより、各基
地局Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、同じ周波数帯域Ｆ１、Ｆ２、
Ｆ３を使用していても他の基地局との間に干渉を生じる
ことなく、当該セル内の固定端末局Ｃ１と無線通信する
ことができる。一方、図３に示すように、各基地局のア
ンテナを同じ周波数帯域を使用するアンテナビームの水
平指向方向が同一方向を向く関係になるように配置構成
した場合には、基地局Ｂ１のセル内に設置された固定端
末局Ｃ１は実線矢印で示すように当該基地局Ｂ１からの
周波数帯域Ｆ２の受信波を受信すると同時に、波線矢印
で示すように他の基地局Ｂ２からの周波数帯域Ｆ２の干
渉波をも受信する。

【００１４】図４ａはこの様子を垂直面で示したもので
ある。一般的に基地局のアンテナはビーム幅が広いため
に、基地局Ｂ１から固定端末局Ｃ１方向への放射電力レ
ベルも、基地局Ｂ２から固定端末局Ｃ１方向への放射電
力レベルも同等と考えられる。そこで、干渉を低減する
ために、基地局Ｂ１の高さを高くする一方、固定端末局
Ｃ１において指向性の鋭いアンテナで受信するようにす
れば、ある程度は干渉を低減できる。しかし、基地局の
高さを高くすることには限度があり、かつ、経済的観点
から困難な場合が多い。従って、基地局Ｂ１の高さを高
くすることができない場合、受信波と干渉波が入射する
角度の差θ１が小さくなり、干渉の低減が基地局Ｂ１と
Ｂ２との距離ｒ１１とｒ２１の差によるものを加えたと
しても不十分となり、干渉によって回線品質が劣化する
恐れがある。

【００１５】一方、図２の場合は、基地局Ｂ２から固定
端末局Ｃ１の方向に放射されるビームの周波数帯域はＦ
３であるため当該セル内に設置された基地局Ｂ１からの
周波数帯域Ｆ２の受信波とは干渉することはない。た
だ、図２のように配置構成した場合に干渉が予想される
のは、図５に示したケースである。図５の固定端末局Ｃ
２は、当該基地局Ｂ１から周波数帯域Ｆ３の受信波を受
信すると同時に基地局Ｂ４からも周波数帯域Ｆ３の干渉
波を受信することになる。この場合の様子を垂直面で示
したものが図４ｂである。図４ａ及びｂを対比すれば明
らかなように、θ２はθ１より若干ながら大きく、ま
た、ｒ４２もｒ２１より大きいので、図４ａよりも図４
ｂの方が干渉レベルを低く押さえることができ、基地局
Ｂ１の高さを高くすることなく、干渉レベルが低減でき
ることが判る。

【００１６】さらに、同様に６分割の配置構成の場合で
も、図６のように基地局Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の隣り合った
アンテナビームの重なり合う部分が最も至近の基地局の
方位を向くと、結果的に図３の場合と同様に、固定端末
局Ｃ１には基地局Ｂ１及びＢ２から同一周波数帯域の入
射波及び干渉波を受信する場合が極一部の領域で存在す
る。従って、基地局の任意のアンテナビームの略中心の
方位に最も至近の他の基地局が配備されるように配置構
成するのが最も好ましい。

【００１７】実施の形態２． 図７は、この発明の実施の形態２を示す平面図である。
図７は、各基地局のアンテナを１２個とし、隣接する３
個毎に同一周波数帯域となるようにＦ１、Ｆ２、Ｆ３の
３つの周波数帯域を順次配列構成したものである。この
実施の形態２の場合、前述の例と同じ場合を適用する
と、一つのアンテナのカバーする固定端末局は５０局と
なり、これら一つの固定端末局当たり１０Ｍｂｉｔ／ｓ
のサービスを提供するために必要な周波数帯域は、前述
の式を用いると５００ＭＨｚとなる。図１１の場合に
は、この周波数帯域がＦ１、Ｆ２、Ｆ３の３つ必要であ
るので、ガードバンドを無視すると、片方向通信の所要
周波数帯域は１５００ＭＨｚとなって、この発明を用い
ない６０００ＭＨｚの４分の１となる。

【００１８】実施の形態３． 図８及び図９は、この発明の実施の形態３を示す平面図
である。まず、図８は、セルを正方形としたものであ
り、各基地局のアンテナを４個とし、隣接する２個毎に
同一周波数帯域となるようにＦ１、Ｆ２の２つの周波数
帯域を順次配列構成したものである。一方、図９は、同
様にセルを正方形としたものであり、各基地局のアンテ
ナを８個とし、隣接する４個毎に同一周波数帯域となる
ようにＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の４つの周波数帯域を順
次配列構成したものである。このように配置構成するこ
とにより、図８及び図９のいずれもが前述の実施の形態
１及び２と同様に所要周波数帯域を小さくすることがで
きる。

【００１９】なお、上記実施の形態の説明では、アンテ
ナの数と周波数帯域の繰り返しについて幾つかの例を示
したが、上記以外にもこれらの組み合わせは多数存在す
ることは言うまでもない。また、実際の実施に当たって
はセルの形が正六角形及び正方形から若干ずれる場合
や、基地局の位置がセルの中心から若干ずれる場合もあ
ると考えられるが、本発明はこのような場合にも適用で
きることは明らかである。また、以上の説明では、簡単
のため、基地局からの送信に着目して干渉の説明を行っ
たが、基地局の受信についても、同一周波数を利用する
場合の干渉については、電波の向きが逆になるだけで同
様のことが言えることは明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１に
係る無線システムによれば、基地局と該基地局が設置さ
れている当該セル内の多数の固定端末局との間で無線通
信を行う無線システムにおいて、各基地局には、水平面
内のビーム幅が略等しく、かつ水平指向方向の異なるｎ
個の（但し、ｎは４以上の正数）アンテナが設けられて
おり、これら各アンテナのアンテナビームは全体として
水平面内の全方位をカバーしており、かつこれら各アン
テナのアンテナビームは隣接するｍ個（但し、ｍは２以
上の正数で、ｍ＜ｎ）毎に同一周波数帯域となるように
複数の周波数帯域を配列構成し、隣接するｍ個の基地局
の周波数帯域の配列順序が同じ配列であり、かつ同一周
波数帯域を使用するアンテナビームの中心方位を上記ｍ
個の基地局相互間で略アンテナビーム幅程度異ならせた
ものとしたので、多数の固定端末局に通信サービスを提
供する無線システムの所要周波数帯域を著しく低減する
ことができ、かつ、至近の他の基地局との間に干渉を生
じる恐れがない。

【００２１】また、本発明の請求項２に係る無線システ
ムによれば、請求項１に係る発明において、さらに、基
地局の任意のアンテナビームの略中心方位に最も至近の
他の基地局を配備するものとしたので、多数の固定端末
局に通信サービスを提供する無線システムの所要周波数
帯域を著しく低減することができ、かつ、至近の他の基
地局との間に干渉を生じる恐れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る周波数帯域とアンテナのサー
ビスエリアを示す平面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１の無線システムにおけ
る隣接する基地局間の使用周波数帯域とアンテナビーム
の配列関係を示す平面図である。

【図３】 本発明を説明するための隣接する基地局間の
使用周波数帯域とアンテナビームの配列関係を示す平面
図である。

【図４】 本発明の干渉の状況を説明するための立面図
である。

【図５】 本発明を説明するための隣接する基地局間の
使用周波数帯域とアンテナビームの配列関係を示す平面
図である。

【図６】 本発明を説明するための隣接する基地局間の
使用周波数帯域とアンテナビームの配列関係を示す平面
図である。

【図７】 本発明の実施の形態２の無線システムにおけ
る隣接する基地局間の使用周波数帯域とアンテナビーム
の配列関係を示す平面図である。

【図８】 本発明の実施の形態３の無線システムにおけ
る隣接する基地局間の使用周波数帯域とアンテナビーム
の配列関係を示す平面図である。

【図９】 本発明の実施の形態３の無線システムにおけ
る隣接する基地局間の使用周波数帯域とアンテナビーム
の配列関係を示す平面図である。

【図１０】 従来の無線システムのサービス地域のセル
分割と基地局との関係を示す平面図である。

【図１１】 従来の周波数帯域とアンテナのサービスエ
リアを示す平面図である。

【符号の説明】

Ｂ，Ｂ１〜Ｂ４ 基地局、 Ｆ１〜Ｆ４ 周波数帯域、
Ｃ１ 固定端末局

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の地域を複数のセルに分割し、各セ
   ルの略中心にそれぞれ基地局を設置して、この基地局と
   該基地局が設置されている当該セル内の多数の固定端末
   局との間で無線通信を行う無線システムにおいて、各基
   地局には、水平面内のビーム幅が略等しく、かつ水平指
   向方向の異なるｎ個の（但し、ｎは４以上の正数）アン
   テナが設けられており、これら各アンテナのアンテナビ
   ームは全体として水平面内の全方位をカバーしており、
   かつこれら各アンテナのアンテナビームは隣接するｍ個
   （但し、ｍは２以上の正数で、ｍ＜ｎ）毎に同一周波数
   帯域となるように複数の周波数帯域が配列構成され、隣
   接するｍ個の基地局の周波数帯域の配列順序が同じ配列
   であり、かつ同一周波数帯域を使用するアンテナビーム
   の中心方位が上記ｍ個の基地局相互間で略アンテナビー
   ム幅程度異なっていることを特徴とする無線通信システ
   ム。
2. 【請求項２】 基地局の任意のアンテナビームの略中心
   方位に最も至近の他の基地局が配備されていることを特
   徴とする請求項１記載の無線システム。