JP3363507B2 - セルラ方式電話システムに於けるセル拡張 - Google Patents

セルラ方式電話システムに於けるセル拡張

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    • H04W16/24Cell structures
    • H04W16/26Cell enhancers or enhancement, e.g. for tunnels, building shadow

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には基地局と移動
局との間で情報伝送を行うためのチャンネルを有するセ
ルラ方式電話システムに関する。更に詳細には本発明
は、基地局から遠く拡張された距離においても移動局が
動作可能なセルラ方式電話システムに関する。
【0002】
【従来の技術】セルラ方式電話システムの運営者はしば
しば電話サービスを、利益率の高く人口密度の高い市街
地と、また同様に比較的利益率が低くまた人口密度の低
い田園地域または沿岸地域にも提供しなければならな
い。従ってセルラ方式電話システムは最少の設備で可能
な限りの領域をカバーすることが望ましい。この目的を
実現するための1つの方法は比較的大きなセルを使用す
ることである。
【0003】公共目的で使用された最初のセルラ方式移
動無線システムはアナログシステムであって、通常は音
声またはその他のアナログ情報のために使用された。こ
れらのシステムは多重無線チャンネルを有し、アナログ
変調された無線信号を伝送することによって基地局と移
動局との間のアナログ情報の伝送を行う。その様なシス
テムの1つは、ノルディック移動無線システム(Nor
dic MobileTelephone Stste
m)NMT−450である。別の知られているセルラ方
式無線システムは、合衆国内でのAMPS移動無線シス
テムである。移動無線システムの急速な普及の結果、時
分割多重アクセス(TDMA)技術または、コード分割
多重アクセス(CDMA)技術を用いてより多数の移動
局を収容出来る、より新しく更に進んだディジタル式シ
ステムの開発が必要となってきた。
【0004】ディジタル式移動電話システム、例えばG
SM,ADC,およびJDCに於いては各々の無線搬送
波はフレームに分割され、各々のフレームは多くの時間
スロットに副分割されている。各々の時間スロットは通
常1つの接続(チャンネル)を搬送し、データの1つの
バーストが各々の時間スロットの間に伝送される。これ
らの型のシステムはTDMAシステムと呼ばれている。
無線信号の伝搬速度制限があるため基地局から離れた距
離にある移動局は、データの1つのバーストまたは無線
信号が基地局に正しい時間スロットの期間内に到着する
ように、移動局で識別したフレーム構造に対してある時
間余裕をもってデータの1つのバーストを伝送しなけれ
ばならない。
【0005】基地局は通常、データのバーストアクセス
の到着時間を測定している。後続の伝送を行うために適
切な時間間隔が計算されて移動局に送信される。GSM
システムではこの時間間隔のコーディングと、指定され
たTDMA構造との組合せの結果、セルの最大半径はお
よそ35キロメートルとなっている。
【0006】GSMシステムの様なTDMAシステムに
於いては、移動局は単一の搬送波信号を共有することが
できる、これは信号がフレームに分割されているためで
ある。各々のフレームは時間スロットに副分割されてい
て、移動局にはその伝送モードに応じて1つまたは複数
の時間スロットが割り当てられている。各々の移動局は
その時間スロットの間に短いデータのバーストを伝送
し、この時間スロットは必要に応じて継続される。種々
の公開されている標準、例えば欧州に於けるGSMディ
ジタル式移動システムの標準、合衆国に於けるEIAイ
ンターリム標準(IS−54)は、ディジタルデータの
バーストで変調された搬送波信号の伝送仕様を規定して
いる。例えばGSM標準では搬送波信号は図1に示すよ
うに八つの均等な時間スロットから構成されるフレーム
に分割されている。搬送波は基地局から移動局に伝送さ
れる際にはダウンリンク(DL)と呼ばれ、移動局から
基地局に伝送される際にはアップリンク(UL)と呼ば
れる。
【0007】図1に示すように通常の伝送モード時に
は、各々のチャンネルは各々のアップリンクおよびダウ
ンリンクフレームの間1つの時間スロットのみを使用す
る。従ってGSM標準のもとでは1つのフレームは八つ
のトラヒックチャンネルを収容できる。通常伝送モード
で運転する際には、移動局は比較的基地局に近い場所に
いなければならず、従って有効セルサイズが限定されて
いる。
【0008】図2に示す従来の拡張伝送モードでは、G
SMシステムに於けるセルの有効サイズは拡大できる、
これは従来の拡張範囲チャンネルはより長い時間スロッ
トを有しているのでこれはより長い伝送遅れを取り込め
るためである。従来の拡張伝送モードでは、データが伝
送されているチャンネルは1つのフレーム内で隣接する
2つの時間スロットを使用する。従って、GSM標準の
もとでは単一フレームは、図2に示す4つのアップリン
クチャンネル0,2,4,および6の様に、4つの従来
形拡張チャンネルを収容できる。
【0009】注意しておく必要があるのは、図1および
図2の両方に於けるアップリンク伝送はダウンリンク伝
送に較べて時間スロット3つ分の差があることである、
これはGSM標準に従った従来技術に於けるTDMAシ
ステムでは典型的な仕様である。この差は拡張範囲とは
無関係である。言葉を代えればダウンリンク伝送(基地
局から移動局へ)の第0番時間スロットの開始は、アッ
プリンク伝送(移動局から基地局へ)の第0番時間スロ
ットに対して丁度時間スロット3つ分進んでいるという
ことである。基地局の時間スロットは基準時間スロット
と考えられている。
【0010】図1の通常範囲チャンネルと図2の従来型
拡張範囲チャンネルとを小さなセル内で更に同一搬送波
信号の上で組み合わせることが可能である。従って通話
はその距離に応じて適切なチャンネル型のチャンネル上
に設定され、もしもその距離が変わるとその通話を別の
チャンネル型に通話中チャンネル切り替えすることが出
来る。唯一の制限は従来の拡張チャンネルは2つの通常
時間スロットで構成される、1つのスロットの間で通話
中チャンネル切り替えアクセスバーストを受け入れるこ
とが出来なければならないということである。
【0011】GSMシステムの従来型拡張伝送モードは
基本的に基地局から移動局への通話距離を増すことが出
来るが、それに対応してトラヒック負荷の減少がある、
これはチャンネル数が8から4に減少させられるためで
ある。従って、移動局が基地局からかなり離れた距離で
運転できかつそれに対するチャンネル数の減少を伴わな
いセルラ方式電話システムの必要がある。
【0012】
【発明の目的と要約】本発明はTDMAチャンネルを有
する型の改善されたセルラ方式電話システムを提供する
ことである。改善されたシステムでは移動局が基地局か
ら拡張された距離で運転することを可能とし、これによ
って利用可能なチャンネル数を減ずることなく基地局の
セルサイズを効率的に拡張する。本発明に於いてアップ
リンク伝送の時間スロットの開始時点は、基地局に於い
て見られるダウンリンク伝送の時間スロットの開始時点
に対して付加的な固定時間分のオフセットが付けられて
いる。アップリンク伝送の時間スロットの開始時点を、
ダウンリンク伝送に対してオフセットを付け、伝送毎に
タイミング調整を含めることに依って、移動局は基地局
から指定された距離の間で従来技術の様な容量の減少を
伴うことなく運転することが可能となる。本発明は特に
田園並びに沿岸地域での使用に適している。本発明はま
たトラヒック密度の高い地域でも、多くの湖、高速道路
の様な過酷な障害を克服するためにも特に適している。
【0013】
【実施例】本発明に於いて通信チャンネルはTDMA技
術を使用したディジタル式チャンネルである。言葉を代
えれば、各々の搬送波信号はフレームに分割され、フレ
ームは更に時間スロットに副分割されている。基地局と
移動局間での通信中、移動局には特定のチャンネルが割
り当てられている。本発明に適用可能な無線チャンネル
の構造を以下に詳しく記述する。チャンネルは一般的に
基地局と移動局との間に通信を設定するための制御情報
を伝送する(1)アクセスチャンネルか、または音声ま
たはデータの様な通信を実際に伝送するための(2)指
定チャンネルのいずれかに分類できる。アクセスチャン
ネルは基本的に接続を設定する際と移動局の登録、すな
わち移動局が配置されているセルの基地局に報告する際
の、移動局の監視と制御に使用される。
【0014】先に説明したように、セルラ方式電話シス
テム内でセルの範囲を拡張する従来の方法は、2つの連
続する時間スロットを占めるチャンネルを使用してい
る。先行の伝送時間の調整は、GSMシステムでは63
ビット期間と定められている最大先行時間に達するまで
行われる。次にバーストが2つの時間スロットの二番目
にスライドされる。この解法は図2に示されている。
【0015】本発明の新奇な拡張セルは基地局に於い
て、TDMA構造を変更することに依って実現でき、こ
れは新しく拡張されたセル領域にサービスを行うアップ
リンク接続の時間基準にオフセットを加えて行われる。
時間スロット基準の時間遅れによって、遠く離れた移動
局から発せられた伝送バーストが、正しい時間スロット
内に到着する事を可能とする。また特記すべきは本発明
は基地局に於ける変更のみを必要とし、移動局での変更
は必要としない点である。
【0016】本発明のTDMA構造は、図3に示されて
いる。図3に於いて、ダウンリンク(DL)伝送の時間
スロットは従来型GSMシステムと同様0−7で示され
ている。アップリンク(UL)の時間スロットもまた0
−7で示されており、アップリンク伝送の時間スロット
は時間スロット3つ分シフトされ、次に時間スロットか
ら予め定められた量の両端矢印ラベルで示されたオフセ
ット分だけオフセットが付けられている。図3に於いて
アップリンク伝送の第0番目時間スロットは、図示され
るようにダウンリンク伝送の第0番目時間スロットから
三時間スロット分シフトされ、次に時間スロットのほぼ
半分のオフセットが付けられている。従来型GSMシス
テムに於いてアップリンク伝送の第0番目時間スロット
の開始時点は、ダウンリンク伝送の第0番目時間スロッ
ト開始時点より丁度時間スロット3つ分シフトされてい
る。従って本発明は図3に示すように時間スロットを半
時間スロット分だけ更にオフセットが付けられている。
本発明は時間スロットの開始を半時間スロット分だけの
オフセットに限定するものではない。実際、時間スロッ
トの開始のオフセット量を更に増やせば、それに対応し
てセルサイズも増加する。
【0017】本発明のアクセスチャンネルは従来技術に
よるアクセスチャンネルと基本的に同一である。移動局
が通常サイズセルの距離からシステムにアクセスした場
合、アクセスバーストはアクセスチャンネル上を伝送さ
れる。このバーストは通常バーストより短いため、たと
え先行伝送オフセットが無くても、予定された時間スロ
ット内に到着する。時間スロット内でのアクセスバース
ト位置が測定され、先行伝送の制御機構が開始される。
移動局が通常最大セル半径、GSMシステムでは35キ
ロメートル、より離れた距離からシステムにアクセスす
る場合は、アクセスバーストは予定されたものより1つ
後ろの時間スロットにずらされる。従って本発明は好適
に、基地局から拡張距離に居る移動局のアクセスチャン
ネルとして、少なくとも1つの従来型拡張範囲チャンネ
ル(2つの時間スロットチャンネル)を含む。従来型拡
張範囲チャンネルでは、アクセスチャンネル処理には変
更が加えられていて、任意の2つの連続した時間スロッ
トの間に到着するアクセスバーストは検知出来、遅れも
測定できる。
【0018】測定されたアクセス遅れは、次に呼出が通
常チャンネル上に設定されるべきかまたは拡張範囲能力
を有するチャンネル上に設定されるべきかの判断を行う
ために使用される。本発明の改善された無線通信システ
ムに於いて使用されるアクセスチャンネルは、従来方式
拡張伝送モードであろうが、新奇の拡張伝送モードであ
ろうが、いずれの場合も同じである。
【0019】次に図4A,4B,および4Cに於いて、
これらは通常伝送モード、従来方式拡張伝送モード、お
よび本発明に基づく新奇な拡張モードとの比較が行える
ものである。図4A,4B,および4Cは基地局と移動
局との間のダウンリンクおよびアップリンク伝送を示し
ている。基地局から移動局へのダウンリンク伝送はBS
−MSと示され、移動局から基地局へのアップリンク伝
送はMS−BSと示されている。
【0020】図4Aでは、通常伝送モードに於いてダウ
ンリンクおよびアップリンク伝送は共に八つの時間スロ
ット0−7に分割され、アップリンク伝送の第0番目時
間スロットの開始時点はダウンリンク伝送の第0番目時
間スロットの開始時点から、丁度時間スロット3つ分だ
けシフトされていることが理解される。また0チャンネ
ル時間スロット内のバーストは時間t(ADJ)分だけ
調整されていることが理解される。この時間量t(AD
J)の意味するところは、移動局でそのタイミング調整
がなされていないときのバースト到着時刻と、移動局が
基地局から調整指令を受けた後のバースト到着時刻とを
差引比較した量である。この時間量t(ADJ)は、こ
れに依ってバースト到着時刻が正しい時間スロット内に
入るように時間間隔を調整するように指令される。
【0021】次に図4Bには従来型拡張モードで運転さ
れているセルラ方式電話システムでのダウンリンク伝送
およびアップリンク伝送の図が示されている。従来型拡
張モードでは、ダウンリンク伝送BS−MSは八つの時
間スロットに分割され、アップリンク伝送MS−BSは
4つの時間スロットに分割されている。アップリンク伝
送の第0番目時間スロットの開始時点はダウンリンク伝
送の第0番目時間スロットの開始時点から、丁度時間ス
ロット3つ分だけシフトされていることが理解される。
また0チャンネル時間スロット内のバーストは時間t
(ADJ)分だけ調整されていることが理解される。
【0022】次に図4Cには本発明の新奇な拡張伝送モ
ードでのダウンリンクおよびアップリンク伝送が示され
ている。ダウンリンク伝送およびアップリンク伝送は共
に時間スロット0−7に分割されている。移動局がセル
の通常範囲の外(但し許容された拡張範囲内)にある
時、移動局からのバーストは図のNOT ADJグラフ
に従って受信される。もしも基地局でオフセットが付加
されなければ、バーストは第二番目の時間スロット1に
ずれ込む。しかしながら基地局でのTDMA構造は拡張
範囲に於ける移動局を処理するためにオフセット(ほぼ
半スロット分)が付けられている。更に、受信されるバ
ーストを基地局のスロットタイミングの中に納めるため
に、拡張範囲に存在する移動局にはt(ADJ)だけ調
整(その伝送時間を進める)するように指令が出され
る。タイミングを進めることおよび基地局オフセットに
依って、バーストは図4Cの下部に示すように正しく第
0番目時間スロット内で受信される。
【0023】次に図5A,5B,および5Cに於いてこ
れらの図はそれぞれ、通常伝送モード、従来型拡張伝送
モード、および本発明に基づく新奇な拡張伝送モードで
運転されている際のカバー領域またはセルサイズを示し
ている。図5Aに示すようにGSMシステムの通常伝送
モードでは、カバー領域またはセルサイズは通常35キ
ロメートルの半径R1を有する円形領域Aである。GS
Mシステムでは、距離が35キロメートル付近にある移
動局から受信されるバーストが正しい時間スロット内に
到着するように、基地局は移動局に対して伝送時間進み
を調整する。
【0024】図5Bに示されるようにGSMシステムの
通常拡張モードでは、カバー領域は通常70キロメート
ルの最大半径R2を有する斜線を施した円形領域Bを含
む部分に拡張される。従来型拡張伝送モードに於いて
は、バーストの到着が最大、時間スロット1つ分まで遅
れることが許されるため、半径R2はほぼ70キロメー
トルの距離まで拡張できる。
【0025】図5Cに示されるように本発明の新奇な拡
張伝送モードでは、もしも付加オフセットがほぼ半時間
スロットの場合は、カバー領域は半径R3を有する環状
領域Cを含む。環状領域Cの外周部は図5Bに示す従来
型拡張モードの外周部よりも僅かに少ない。新奇の拡張
伝送モードでは、もしもオフセットが更に半径R3に対
応する時間tよりも大きな時間t1まで増やされると、
セルの有効半径は半径R4まで増加でき、カバー領域は
更に大きな環状領域を含むことになる。カバー領域の半
径を十分に増加できる能力は、海上で使用するための固
定基地局を配置することが困難な沿岸領域で特に重要で
ある。
【0026】発明を提案された実施例に基づいて記述し
てきたが、ここで使用した言葉は限定する事よりも記述
を目的としたものであって、これらは本発明の請求範囲
の各条項に於いて広い意味での観点から見た、本発明の
範囲から離れることなく変更しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常モードで運転されているGSMシステムの
従来技術による、ダウンリンクおよびアップリンク時間
スロットを示す図。
【図2】従来型拡張モードで運転されているGSMシス
テムの従来技術による、ダウンリンクおよびアップリン
ク時間スロットを示す図。
【図3】本発明に基づく新奇なダウンリンクおよびアッ
プリンク時間スロットを示す図。
【図4】時間スロットの比較図であって、Aは通常伝送
モードの時間スロット図、Bは従来型拡張モードの時間
スロット図、Cは本発明の伝送モードの時間スロット
図。
【図5】各モードで動作しているチャンネルがカバーす
る領域図であって、Aは通常伝送モード時のカバー領域
図、Bは従来型拡張モード時のカバー領域図、Cは本発
明に基づく新奇な拡張伝送モード時のカバー領域図。
【符号の説明】
DL ダウンリンク UL アップリンク R1,R2,R3,R4 通信可能半径
フロントページの続き (56)参考文献 欧州特許出願公開451694(EP,A 1) 欧州特許出願公開171525(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共通範囲セルに対する拡張セル範囲を有
    するセルラ電話通信システムであって、 共通ダウンリンクおよびアップリンクTDMAチャ
    ネルと、 少なくとも1つの拡張セル領域に存在する移動局で使用
    される共通TDMAアップ・リンク・チャネルであっ
    て、移動局が属する拡張領域に応じて基地局オフセッ
    トが与えられ、移動局からのTDMAバーストは、実質
    的に拡張された範囲から利用可能なチャネル数を減ずる
    ことく適切な時間スロットに適合できるようにされる
    前記共通TDMAアップリンク・チャネルとを含み、 前記拡張セルは、田園または沿岸地域のような通話量の
    少ない地域および湖や高速道路のような厳しい障害を解
    消するために通話量の多い地域で実行される 前記セルラ
    電話通信システム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセルラ電話通信システム
    であって、少なくとも1つのアクセス・チャネルは、到
    来する受け渡しバーストを受信する2つの連続した時間
    スロットを占有する前記セルラ電話通信システム。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のセルラ電話通信システム
    であって、少なくとも1つの拡張領域は、環状である前
    記セルラ電話通信システム。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のセルラ電話通信システム
    に於いて、少なくとも1つの拡張領域は、環状である前
    記セルラ電話通信システム。
  5. 【請求項5】 共通範囲セルに対応する拡張セル範囲を
    有する無線通信システムであって共通 範囲セルのフレーム構造を有する第一信号を通信す
    る第一移動局であって、第一信号は、第一のアップ
    ンク時間スロットを含む前記第一移動局と、 第一移動局に対して拡張範囲セルのフレーム構造に変更
    される第二信号を通信する第一基地局であって、前記第
    二信号は、前記第一信号の第一アップリンク時間スロ
    ットの開始点から別の固定オフセットを含む開始点を有
    する第一ダウン・リンク時間スロットを含み、第一基地
    局は、相対的に短い長さを有する第一ダウン・リンク時
    間スロットに比較して相対的に長い長さを有する第二ダ
    ウン・リンク時間スロットを含み、第一基地局は第一
    移動局からバーストを受信し、第一移動局は利用可能
    チャネル数を減少することなく実質的に拡張された範
    囲で第一基地局からバーストを受信する前記無線通信シ
    ステム。
  6. 【請求項6】 請求項記載の無線通信システムであっ
    、第二ダウンリンク時間スロットは、少なくとも1
    つのアクセス・チャネルを含む前記無線通信システム。
  7. 【請求項7】 請求項記載の無線通信システムであっ
    、第一基地局および第一移動局が第一アップリンク
    時間スロットと第一ダウンリンク時間スロットの間で
    相互に通信可能なカバー範囲は、環状領域を含む前記無
    線通信システム。
  8. 【請求項8】 請求項記載の無線通信システムであっ
    、第一アップリンク時間スロットの開始点は、対応
    する第一ダウンリンク時間スロットの開始点とは一致
    していない前記無線通信システム。
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