JP3948630B2 - ８セル用周波数再利用計画に対する周波数割り当て方法 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の技術分野
本発明は、周波数再利用構造に関し、より詳細には、８セル・クラスタを含み隣接チャネル干渉をほぼ除去する周波数再利用構造に関する。
関連技術の説明
周波数再利用パターンは、セルに基づく構造であって、セルラー無線システムにおける周波数チャネルは、周波数再利用パターンによって割り当てられる。いかなる周波数再利用パターンも、その最も基本的な単位はセルである。周波数再利用パターンにおける各セルには、いくつかの周波数チャネルが割り当てられる。一緒に結合されるセルのグループは、クラスタと呼ばれる。クラスタは、特定のセルラー無線システムに使用可能なすべての周波数チャネルを含む。セルラー・システムの特定のエリアをセル方式でサービスするために複数グループのクラスタが使用される。１つのクラスタの中の全周波数チャネルを共通使用すること（association）によって、そのセルラー・システム全体にわたる周波数チャネルの再利用が可能になる。
クラスタが構築されると、それらのクラスタ内の周波数は、再利用の距離を長くするとともに、同一チャネル干渉および隣接チャネル干渉を限定するように割り当てられる。同一チャネル干渉は、２つの異なるセル・クラスタ内で使用される同一周波数の間で発生する干渉から成る。隣接チャネル干渉は、同一クラスタ内あるいは２つの異なるクラスタ内の隣接周波数チャネルの間の干渉によって発生する。セルラー・システムにおける干渉を軽減するためには、同一チャネル干渉および隣接チャネル干渉を共に最小にしなければならない。これらの要求条件と競合することは、ますます増大するシステム容量に対するニーズである。一般に、移動無線システムにおけるクラスタで比較的少数のセルが使用されている場合、システムの容量が大きくなると同一チャネルを再利用できる距離が短くなる。チャネル再利用距離が短いと、同一チャネル干渉が増大することは勿論である。
セルラー産業においては、周波数再利用パターンが詳細に研究されている。大きさが９セルより大きいセル・クラスタに対して、隣接チャネル干渉を最小にする周波数再利用パターンが提案されている。しかし、現在の研究結果においては、クラスタ内のセルの数が９未満の場合、隣接チャネル干渉を回避できないことが主張されている。９未満のセルを使用する従来の周波数再利用パターンは、すべて隣接チャネル干渉の問題に難点がある。９未満のセルを含むクラスタの使用を可能にしてチャネル容量を改善し、同一チャネル干渉の特性を良好にし、さらに隣接チャネル干渉の問題をほぼ除くことのできるシステムがあれば、セルラー電話サービスのユーザとプロバイダとに多大な利便を提供するであろう。
発明の要約
本発明は、周波数再利用パターン用に改善されたセル・クラスタを用いて、前述の問題およびその他の問題を克服する。第１の実施例においては、セル・クラスタは、隣接する水平、垂直あるいは対角線方向の第１および第２の列に配列された８つのセルから構成される。この２つの列は４つのセルを含み、外形が矩形の形をしたクラスタを形成する。この８つのセルのそれぞれに、８つの異なる周波数グループが割り当てられる。各周波数グループは非隣接周波数チャネルから構成されるので、この８つの周波数グループは、この８つのセルのどのセルの間にも隣接チャネルが存在せず、同様に構成され、かつこの８セル・クラスタに結合するどのセル・クラスタにも隣接チャネルが存在しないように割り当てられる。
上に説明したセル・クラスタは、８つのセルの中心に８つの無指向性アンテナが配置された無指向性構成によって動作するか、８つの周波数グループのそれぞれが３つのサブグループを含み、中心で励振されセクタ化されたアンテナ構成によって動作する。周波数グループに関連するサブグループのそれぞれに、隣接周波数チャネルが含まれることはない。
第２の実施例においては、８つのアンテナ・サイトが第１および第２の列あるいは行に配置され、この配置における各列あるいは各行は４つのアンテナ・サイトを含む。各アンテナ・サイトには、各アンテナ・サイトに関連する３つのセルがあり、各セルは３つの指向性アンテナを使用するので、２４セル・クラスタが形成される。各アンテナ・サイトは、各アンテナ・サイトに関連する３つのセルに送信するセクタ化された３セクタ・アンテナが配置される。それぞれ３つのサブグループから構成され、隣接周波数チャネルをもたない８つの周波数グループは、８つのアンテナ・サイトのそれぞれに割り当てられ、８つのアンテナ・サイトに関連する２４のセルのどのセルの間にも隣接周波数チャネルが存在せず、そのセル・クラスタに関連する同様に構成されたどのセル・クラスタとの間にも隣接チャネルが存在しないように、各セルがサブグループを受信する。
【図面の簡単な説明】
本発明をより完全に理解するために、添付の図面とともに以下の詳細な説明に言及する。添付の図面中、
図１は、同一クラスタ内に隣接チャネル干渉を与えない無指向性アンテナ構成を使用する８セル・クラスタの図であり、
図２は、２つの異なるクラスタ間で隣接チャネル干渉を与えない無指向性アンテナ構成を使用するＮ＝８のセル・クラスタ用の周波数再利用計画の説明図であり、
図３は、８セル・クラスタ内の中心励振形（center-excited）のセクタ化されたアンテナ構成であって、８つの周波数グループのそれぞれが、同一クラスタ内に隣接チャネル干渉を与えない３つの別々のサブグループをさらに含む前記アンテナ構成の説明図であり、
図４は、２つの異なるクラスタ間に隣接チャネル干渉を与えない中心励振形のセクタ化されたアンテナ構成を使用するＮ＝８のセル・クラスタ用の周波数再利用パターンの説明図であり、
図５は、クラスタ構造を使用するクローバー形構成の説明図であり、
図６は、クローバー形構成用の周波数再利用パターンの説明図である。
発明の詳細な説明
添付の図面、より詳細には図１を参照すると、Ｎ＝８の無指向性パターンの基本クラスタが図示されている。ここで、Ｎは、クラスタにおける周波数再利用の数（セルの数）に等しい。このパターンは、垂直方向に整列した他の４つのセル１４と直接隣接する垂直方向に整列した４つのセル１２を有し、セルの４×２アレイを形成する矩形の形をしたセル・クラスタである。ごく短時間で十分に考察できるこのパターンと、それに関連する周波数割り当て方法は、繰り返し可能性、分割可能性および適用可能性など、従来の再利用パターンの基本的特性のすべてを備えている。また、４セルの２つの列１２、１４は、垂直方向よりはむしろ水平方向あるいは対角線方向に配列されうる。
ここに提案した図１に示す無指向性アンテナ・サイト用のＮ＝８の周波数計画は、利用可能な全周波数チャネルを、グループごとに約ｔ／８チャネルをもつ８つの周波数グループあるいは８の倍数の周波数グループに分割することに基づいている。ここで、ｔは、関係当局によって指定される周波数帯域で利用可能なチャネルの総数である。表１は、無指向性アンテナ・システムに対するチャネル割り当てを示す。

表１から判るように、周波数チャネルのそれぞれは、各周波数チャネル・グループに順次割り当てられている。さらに周波数チャネル・グループは、そのクラスタ内および隣接する複数のクラスタに対して、隣接周波数チャネルが除かれるように各セルに関連づけられている。特定のエリアにセルのサービス範囲を提供するために、これらの同じ周波数が第１のクラスタに割り当てられた後で、これらの同じ周波数は、同じ割り当て構成に従って他の複数のクラスタによって再利用されうる。
基本となる８セル・クラスタは、奇数および偶数チャネルの分配方法を使用し、基本クラスタの偶数および奇数チャネルは、以下に示す２つのベクトル、ＡとＢを形成する。

ベクトルＡは、４つの周波数チャネル・グループを含み、ベクトルＢも４つの周波数チャネル・グループを含む。ベクトルＡは１つの列に割り当てられ、ベクトルＢはもう１つの列に割り当てられる。図および表から判るように、隣接周波数チャネル・グループは、クラスタ内に隣接周波数チャネルが存在することを除くため、垂直方向あるいは水平方向に少なくとも１つの他の周波数チャネル・グループだけずれている。したがって、隣接周波数チャネル・グループはそれぞれ、少なくとも１つの他のグループだけ相互に離れている。
８セル・クラスタは、図２に示す周波数再利用パターンに関連づけられている。セルラー・システムに割り当てられたチャネル周波数は、各クラスタによって再利用される。Ｎ＝８の無指向性アンテナ・サイトの基本的クラスタの形状のため、基本的クラスタを拡張することは、垂直方向および水平方向だけに可能である。このことは、図２の構造の周波数グループを繰り返す順番を与えており、下記の表２に示すように、この順番は同一チャネル干渉を除去するとともに、隣接チャネル干渉を除去する。

表２から判るように、水平方向の同一チャネルは、両側のサービス・セルから常に１セル（セルの半径をＲとして、中心から中心までの距離で３Ｒ）だけ離れている。垂直方向の同一チャネルは、常に３セル（中心から中心までの距離で８Ｒ）離れており、対角線方向の同一チャネルは、水平方向で中心から中心までの距離で３Ｒ、垂直方向で８Ｒだけ離れている。これによって、同一チャネル干渉の程度（performance）は、通常の７セル・クラスタ構成と同等か、あるいは通常の７セル・クラスタ構成よりもいくらか良くなる。
このＮ＝８の無指向性アンテナ・パターンの最も重要な特徴は、このパターンでは２つの異なるクラスタ間だけでなく、クラスタ内でも隣接チャネル干渉がないことである。したがって、この特定の周波数再利用パターンは、通常のＮ＝７のシステムよりトラヒック容量が小さいけれども、隣接チャネル干渉がないことによって、移動電気通信システム内の干渉の全体が非常に小さくなる。これは、移動電気通信システムにおいては、干渉は、雑音プラス隣接チャネル干渉、プラス同一チャネル干渉で構成されるためである。移動電気通信環境においては雑音は制限されているので、このことは、隣接チャネル干渉または同一チャネル干渉のいずれか、またはその両方を小さくする必要があることを意味する。この構成にすると、同一チャネル干渉がほとんど同じか若干良好になるので、隣接チャネル干渉を除去すると、システム性能が改善される。
本発明の周波数再利用パターンは、セクタ化されたアンテナ・セル構成にも使用されうる。３セクタ指向性アンテナ・サイトの場合、この構成は、グループごとに約ｔ／２４チャネルをもつ８サイト再利用パターンで２４の周波数グループを使用できるであろう。このタイプのチャネル割り当てが表３に示されている。

この表から判るように、各周波数グループ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）は、３つの別々のサブグループ（ａ１，ａ２，ａ３；ｂ１，ｂ２，ｂ３；ｃ１，ｃ２，ｃ３；以下同様）に分割され、サブ周波数グループからの周波数割り当ては、各セクタに対して行われる。セクタ化され中心で励振されるセル計画および周波数計画は、無指向性アンテナ構成を直接拡張したものである。周波数グループの割り当て方法は、セクタ化された計画における各周波数グループが各位置で３つのサブグループに分割されることを除き、無指向性アンテナ・パターンにおける割り当て方法と同じである。たとえば、無指向性計画の周波数グループ「ａ」は周波数グループａ１，ａ２，ａ３に分割され、周波数グループ「ｂ」は周波数グループｂ１，ｂ２，ｂ３に分割される（以下同様）。さらに周波数グループａ１，ａ２，ａ３は、セクタ化されたサイトの３つのセクタに割り当てられる。２つの異なるセクタ化されたセル・パターンが利用可能である。すなわち、中心励振形セル・パターンとクローバー形セル・パターンである。
図３は、中心励振形の３セクタ指向性アンテナ・パターンを示す。各サイトは、３つのセクタ２０があり１２０°だけ離れた方位角を指すアンテナを備えた１つのアンテナ・サイト１８を含む。図３は３セクタ構成に関して説明されているが、他の複数セクタ構成を使用できることも理解できるはずである。各セクタ２０は、菱形の形に近似する。各セクタは、たとえば、６０°、９０°または１２０°の送信アンテナと、同じ方位角を指す２つの対応するダイバーシティ受信器アンテナとを使用することができる。中心励振形３セクタ・パターンは、サイトを表す六角形を３つの菱形に分割するとともに、３つのサブグループをもつ周波数グループを各サイトに割り当てる。チャネル周波数グループの３つのサブグループは、図３に示されているように、サイトの各セクタ２０に割り当てられる。
図４を参照すると、無指向性アンテナ構成と同様、３セクタ中心励振形構成のクラスタの形状は、垂直方向および水平方向に拡張できるだけである。この構成では、同一チャネルが両側のサービス・セルから（中心から中心で）３Ｒの距離だけ水平方向に離れる。垂直方向の同一チャネルは、（中心から中心で）

の距離だけ離れる。対角線方向の同一チャネルは、水平方向に３Ｒ、垂直方向に

の距離だけ離れる。第１の同一チャネルの層（tier）には８つの同一チャネル干渉（interferers）が存在する。ここでも、無指向性アンテナ計画と同様、隣接セル、セクタまたはクラスタに対して割り当てられた隣接チャネルは存在しないため、隣接チャネル干渉も存在しない。
図５を参照すると、セクタ化された３セクタ指向性アンテナ・パターンに対するクローバー形構成のクラスタが示されている。サイトの形状は、各アンテナ・サイトにおいて３つのセルを含み、アンテナが指す各セルの方位角は１２０°だけ離れており、３つのセルはクローバーの葉のように配列されている。各セルは、ほぼ六角形の形をしており、たとえば、６０°、９０°または１２０°の送信アンテナと、各アンテナが指す方位角に沿って２つの対応するダイバーシティ受信器アンテナとを使用する。
クローバー形パターンは、３つのセルから構成されており、これらのパターンの中心にアンテナの位置がある。各アンテナ・サイトは、中心励振形構成に関して考察した方法と同じように３つのサブグループを含む周波数グループが割り当てられる。したがって、各セルは、図示のように、周波数、ａ１，ａ２，ａ３；ｂ１，ｂ２，ｂ３等の割り当てを含むであろう。クローバー形パターンによって使用される８つのアンテナ・サイトの割り当てられた周波数チャネルの相互関係は、無指向性または中心励振形のセクタ化された構成に関する周波数チャネル割り当て関係に対する相互関係と同じである。アンテナ・サイトは、実質的に長方形または平行四辺形の形に配列される。アンテナ・サイトは、１つのセルの中心に配置されるのではなく、３つの隣接セルの交点（intersection）に配置される。
クローバー形構成のクラスタ再利用パターンが図６に示されている。セクタ化された８／２４計画の基本的クラスタ形状のため、基本的クラスタは垂直方向および水平方向に拡張できるだけである。図６で判るように、水平方向の同一チャネルは、両側のサービス・セルから（中心から中心で）６Ｒ、垂直方向の同一チャネルは、（中心から中心で）１２Ｒの距離だけ常に離れている。対角線方向の同一チャネルは、水平方向に６Ｒ、垂直方向に１２Ｒ離れている。第１の同一チャネルの層には総計８つのチャネル干渉が存在する。ここでも、クラスタ内の隣接セルに割り当てられる隣接チャネルが存在しないので、隣接チャネル干渉はクラスタ間でも発生しない。
アンテナの指向性のため、垂直方向および対角線方向に配置された同一チャネルは、同一チャネル干渉に対する影響が大きく、水平に配置されたチャネルはサービス・セルに関する影響は小さい。しかし、垂直方向に配置された同一チャネルは、より長い距離離れており、このためアンテナの指向性に起因する同一チャネル干渉の影響を相殺する。本発明の方法および装置の好適実施例を添付の図面に示すとともに、前述の「詳細な説明」で説明してきたが、本発明は、開示された実施例に限定されるのではなく、本発明から逸脱することなく、添付の請求の範囲によって記述され定義されるように、多数の再構成、修正および代替が可能であることが理解されている。

Claims (21)

1. 周波数再利用パターンに使用するためのセル・クラスタにおいて、
   垂直方向に隣接して配列された４つのセルをそれぞれ含む第１及び第２の列を有し、該第１の列に含まれる該４つのセルと該第２の列に含まれる該４つのセルとが互いに隣接するように水平に配された８つのセルと、
   前記８つのセルのうち隣接するいかなるセル間にも隣接チャネルが存在しないように、前記８つのセルにそれぞれ割り当てられた８つの周波数グループと、
   を含むことを特徴とするセル・クラスタ。
2. 前記８つのセルは、複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であっても、隣接するセル・クラスタ間において隣接するいかなるセル間にも隣接チャネルが存在しないように前記８つの周波数グループが割り当てられていることを特徴とする請求項１に記載のセル・クラスタ。
3. 複数の前記セル・クラスタが互いに水平方向に配された場合、該水平方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、３Ｒであることを特徴とする請求項２に記載のセル・クラスタ。
4. 複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向に配された場合、垂直方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、
   

   

   であることを特徴とする請求項２に記載のセル・クラスタ。
5. 複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であって、垂直方向と水平方向とを結ぶ対角線方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、水平方向で３Ｒ、垂直方向で
   

   

   であることを特徴とする請求項２に記載のセル・クラスタ。
6. 前記８つのセルのそれぞれに関連する無指向性アンテナ・サイトをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のセル・クラスタ。
7. 前記８つのセルのそれぞれの中心に配置されたセクタ化されたアンテナ・サイトをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のセル・クラスタ。
8. 複数の前記セル・クラスタが互いに水平方向に配された場合、水平方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセクタ間の距離は、セルの半径をＲとすると、３Ｒであることを特徴とする請求項７に記載のセル・クラスタ。
9. 複数の前記セル・クラスタが互いに垂直に配された場合、垂直方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセクタ間の距離は、セルの半径をＲとすると、
   

   

   であることを特徴とする請求項７に記載のセル・クラスタ。
10. 複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であって、垂直方向と水平方向とを結ぶ対角線方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセクタ間の距離は、セルの半径をＲとすると、水平方向で３Ｒ、垂直方向で
    

    

    であることを特徴とする請求項７に記載のセル・クラスタ。
11. 前記８つの周波数グループは、それぞれ、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示され、該８つの周波数グループがそれぞれ割り当てられた前記８つのセルは、複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であっても、隣接するセル・クラスタ間において隣接するいかなるセル間にも隣接チャネルが存在しないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセル・クラスタ。
12. 周波数再利用システムであって、
    アンテナ位置を中心として方位角が１２０度となるように互いに隣接して配列された３つのセルを含むアンテナ・サイトを、それぞれ４つずつ垂直方向に配列してなる第１及び第２の列を備え、該第１の列に含まれる該４つのアンテナ・サイトと該第２の列に含まれる該４つのアンテナ・サイトとが互いに隣接するように水平方向に配された８つのアンテナ・サイトを有するセル・クラスタを複数備え、
    前記複数のセル・クラスタは、互いに垂直方向または水平方向に隣接して配されており、
    前記アンテナ・サイトは、垂直方向または水平方向に隣接するいかなるアンテナ・サイト間にも隣接チャネルが存在しないように、８つの周波数グループが割り当てられていることを特徴とすることを特徴とする周波数再利用システム。
13. 前記各アンテナ・サイトは、前記３つのセル内で信号を送受するようセクタ化されていることを特徴とする請求項１２に記載の周波数再利用システム。
14. 前記複数のセル・クラスタが互いに水平方向に配されていた場合、水平方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、６Ｒであることを特徴とする請求項１２に記載の周波数再利用システム。
15. 前記複数のセル・クラスタが互いに垂直方向に配されていた場合、垂直方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、１２Ｒであることを特徴とする請求項１２に記載の周波数再利用システム。
16. 前記複数のセル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配されていた場合であって、垂直方向と水平方向とを結ぶ対角線方向に隣接するセル・クラスタ間において同一チャネルが割り当てられているセル間の距離は、セルの半径をＲとすると、水平方向で６Ｒ、垂直方向で１２Ｒであることを特徴とする請求項１２に記載の周波数再利用システム。
17. 周波数再利用計画に使用するためのセル・クラスタであって、
    垂直方向に隣接して配列された４つのセルをそれぞれ含む第１及び第２の列を有し、該第１の列に含まれる該４つのセルと該第２の列に含まれる該４つのセルとが互いに隣接するように水平に配された８つのセルを備え、
    前記８つのセルは、複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であっても、隣接するセル・クラスタ間において隣接するいかなるセル間にも隣接チャネルが存在しないように８つの周波数グループが割り当てられていることを特徴とするセル・クラスタ。
18. 前記８つのセルのそれぞれに関連する無指向性アンテナ・サイトをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のセル・クラスタ。
19. 前記８つのセルのそれぞれの中心に配置されたセクタ化されたアンテナ・サイトをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のセル・クラスタ。
20. 前記８つの周波数グループは、それぞれ、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示され、該８つの周波数グループがそれぞれ割り当てられた前記８つのセルは、複数の前記セル・クラスタが互いに垂直方向または水平方向に配された場合であっても、隣接するセル・クラスタ間において隣接するいかなるセル間にも隣接チャネルが存在しないように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のセル・クラスタ。
21. 前記周波数グループは、前記周波数グループに割り当てられた非隣接周波数チャネルをもつ３つのサブグループを備えることを特徴とする請求項１７に記載のセル・クラスタ。

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