JP4481508B2 - 適応セクター化 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は一般にセルラー通信ネットワークシステム内のセルのセクター化、特にセル間の干渉に関連する問題に関する。
【０００２】
（関連技術）
セルラー無線システムは、移動体ユーザーへの電話通信サービスを提供する。これらの移動体ユーザーは、システムの移動体ユーザーとの通信を受け持つ基地局を持つ「セル」と呼ばれるシステムの地理的な領域に分割されるセルラーシステム内を移動する。
【０００３】
各セルラーシステムは移動体ユーザーと通信をするために使用する周波数帯域を割り当てる。使用する周波数はセルに分割され、ゆえに一定の周波数リソースが一定のセルによって再利用され、再利用周波数間の差は共通回線インターフェースを耐えられるレベルに保つ。小さな再利用周波数の差において、高い容量がセルラー電話ネットワークによって提供される。再利用距離周波数の差は下り線に関して、同じ周波数を用いる共通回線セルからのインターフェースレベルによる受信が制限される。通常、受信（基地局から移動局への伝送）は制限リンクである。システムがノイズで制限されているとき、伝送を制限できる。
【０００４】
通信の要求の増加を満足するために、干渉を減少するように多数の方法が開発された。この結果セルラーシステムの容量が増加した。良く知られている解決法のひとつは、カバーしている領域をセクターに分割することで、セルラーシステムの容量を増加させることである。セルラーシステム内では、システムの領域内で移動体システムへの通信を供給するために各基地局の位置にはアンテナが設置されている。各基地局は複数の周波数上で通信を提供するために、複数のセクター化されたアンテナを有している。アンテナは６０度または１２０度の角度をカバーし、この角度は使用するアンテナの数に依存する。ＰＤＣシステムセクターが通常は６０度なのに対し、ＧＳＭとＤ−ＡＭＰＳシステムでは、１２０度のセクターが広く用いられている。
【０００５】
セクター化法の主な欠点は、各セルの無線送受信機が固有のセクターを占有し、重大な非効率中継を導入することである。実際には、より多くの送受信機は同容量の全方位セルよりも各基地局を必要とすることを意味する。さらに、セルの各セクターはセルラーシステムによって分離したセルとして取り扱われる。これは、システムの移動体ユーザーがあるセクターから別のセクターへ移動し、一般的なより高次のネットワークと、容量の減少を要求する別のセクターへの通話へ要求されるのに相当の影響がある。
【０００６】
セクター化法の他の欠点は、送受信機があるセクターを占有し、他のセクターを使用しないため、ハードウエアの複雑さが増加することである。ハードウエアの割り当ての柔軟さが不足している従来のセクター化法およびその技術は主な問題を提示する。もしある特別な時間のトラフィックがあるセクターで高く、別のセクターでは低い場合、高いトラフィックセル内の容量を増加させるために低いトラフィックセクターセル内の送受信機を用いることができない。
【０００７】
報知チャンネルまたはビーコンは、全てのセルラー無線システムの基本的要素である。各セクター／セルは、単一周波数すなわちビーコン周波数に割り当てられ、基地局から伝送される単一報知チャンネルを持つ。該報知チャンネルは基地局を、領域内で第１の局として、また例えばハンドオーバーに対して用いる付加的なチャンネルとして、移動体局が確認するために用いられる。また報知チャンネルはシステム内の移動体局への同期や一般的なシステム情報を提供する。各移動体局はいくつかのまたは全ての受信できる報知チャンネルを測定する。測定の結果は基地局またはセクターの変更に用いられる。
【０００８】
報知チャンネルは、基地局と接続するために使用する周波数を移動局に伝えるために使用され、基地局が移動局からの着信を受信している時に使用される。現在のセルラー無線システム内のプロトコルは、セル全体において連続的に伝送されるための報知チャンネルを要求する。例えばＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ、またはＤ−ＡＭＰＳ内で幅広く使用されている第２のシステムでは、ビーコン周波数はセクターの境界を定義するのにも用いられる。これらのシステム内では、周波数はこの目的のために各セクター内へ割り当てられる。これは、各セクターのビーコン信号の制御部分の繰り返しを含み、ゆえに全方位サイトと比較してｎセクターサイトに対する周波数リソースはｎ倍を占める。さらに、ビーコン周波数は低いスペクトル効率に抑えられ、電力制御やビーコン周波数上での伝送の中断の様な目的には使用できない。
【０００９】
接続するために狭いビームを用いる現在のシステムは、移動体ユニットはセル内の全てのセクターをカバーする多数の狭いビームを用いなければならない。現在のナロービームシステムは異なる方法での全方向報知チャンネルを生成する。ある解決法は、ナロービームは同時に伝送できる。しかしながら、この結果は移動の問題において、基地局だけでなく近隣の基地局にも移動の問題を生じる。
【００１０】
別の解決法は、付加的な全方向アンテナを用いることである。この方法の問題点は、全方向アンテナはナロービームアンテナより利得が低いことである。トラフィックチャンネルとして同等の範囲をカバーするために、全方向アンテナは高強度電力増幅器を必要とする。
【００１１】
別の従来技術は、セクター化されたサイト内での移動性送受信機と呼ばれるAU-9475006に記載された方法である。該移動性送受信機は、必要なトラフィック容量に依存するサイトによってカバーされる、異なるセクターとセル間の切り替えができる。移動性送受信機は、１つのセル識別符号を用いる代わりに同じ基地局からの異なるセクター／セルを割り当てる。AU-9475006に記載された技術ではビーコンキャリアの主要な問題が解決できない、また異なるセクター間での交換ができない固定された多数の送受信機も含まない。
【００１２】
さらに他の方法は、EP 0795257に示したように、複数のアンテナ開口部を配置した基地局アンテナを持つ方法である。これは、トラフィックおよび報知チャンネルが同じ開口部に割り当てられ、選択手段が報知チャンネルを伝送するためのナロービームを選択する。しかしながら、本発明は報知チャンネルは割り当てられる時間の移動局によって受信し、これは別の問題を発生させる欠点がある。別の問題は、セル内の全てのビームからというよりはむしろ同時に１つのビームを与えられた移動体局から受信する。これは、例えばランダムアクセスに関する問題の原因である。さらに、伝送信号は、結合された後増幅されるが、現在の標準例えばＧＳＭでは不可能である。
【００１３】
別の従来技術は、国際特許公報95/09490に記載されている、適応性のアンテナアレイを用いることである。適応性アンテナは、空間的に分離しているアンテナアレイで構成されている。移動体ユーザーからの信号はアレイによって受信される。これらは、もし同じ周波数帯域を占める場合でも、受信した合成された信号から個々の信号を抽出するために結合される。このとき、ナロー適応性アンテナを用いることによって空間的に分離しているユーザーを識別することが可能になる。このナロー適応性アンテナの使用は、位置またはより詳細には、移動体局へおよび移動体局から受信そして／または伝送に対する最も良い空間フィルタを必要とする。本発明の解決方法は、報知チャンネル上の重要な情報の伝送には広角アンテナを用いる。この技術は、信号が移動体局の最もふさわしい方向に伝送されることを意味している。この適応性アンテナを用いる技術によって、伝送の干渉はセクター化の場合よりさらに減少させることができる。
【００１４】
しかしながら、側波制御信号（ビーコン）でセル内の適合する範囲を提供することの難しい問題は、従来技術の適応性アンテナはアドレス付けられないことである。さらに、従来の適応性アンテナの使用は、複雑で高度なハードウエア、すなわちリニア増幅器、校正その他を含むデジタル波形の構造を含むため、コストが高くなる。
【００１５】
解決すべき問題は、セル内で同時に保持するまたは干渉局を改善する、全セクターで利用できる送受信ハードウエアを配置することである。さらに、重複するビーコンチャンネルの問題にも役立つ。
【００１６】
（発明の要旨）
本発明は一般にセルラー電話ネットワーク内でのセルのセクター化に対応する問題に関し、特に上述の問題に関する。本発明によるこれらの問題の解決手段は、以下に要約する。
【００１７】
上述のように、セクター化、例えばＧＳＭ、Ｄ−ＡＭＰＳを用いる現在のセルラー電話ネットワークの干渉に関して現在の方法では問題が未だに残っている。これらのシステムはセル内のセクター全体にビーコン信号を送出しなければならない。セクター全体に同時に信号を送出する場合位相の問題が発生する。全方向アンテナの使用では、重大な低利得の問題を受ける。移動送受信機の方法は、主要な問題を解決できなく、ハードウエアが複雑になる。
【００１８】
よって、本発明の目的は、セクター化されたシステムにおいて、ハードウエアの複雑化を減少し、共通チャンネルインターフェースを減少させる方法を提供することである。
【００１９】
本発明は、与えられたセルサイトのセクター間のハードウエアの配置の分配の柔軟さを提供することを可能にする。これはトラフィックが１日のうちで異なる時間で異なって分配されるときに利点があり、全ての送受信機は３６０度全範囲にアクセスできる。同時に、干渉の減少が、全方位サイトからセクター化されたサイトへスムーズに移行できる。
【００２０】
またビーコンキャリアの重複する使用は回避できる。通常の３セクター化においては、本発明による適応セクター化では３つのビーコンキャリアが必要である。またビーコンの１つのキャリアを、各セクターと言うよりは各セルに配置だけでよい。
【００２１】
さらに、通常要求される範囲の形状のサイトへ提供される範囲を形成することによって異なるアンテナパターンを結合できる。
【００２２】
ダイバシティー送信は無相関のアンテナパターンの重複によって得ることができる。
【００２３】
本発明は上述の概要を持ち、本発明による方法は請求項１によって定義される。他の変形例はさらに従属請求項２から１７で定義される。
【００２４】
（詳細な記載）
上述のような従来のシステムにおけるセクター化のいくつかの問題は、適応セクター化を用いる本発明によって解決された。適応セクター化の原理は、図１に示したような複数の受信機１２０と、スイッチ１４０に接続しているひとつの送信機１３０を有する送受信機の構成１１０を基礎としている。この送受信機の構成１１０は、フィルターとセクターアンテナ１６０の集合を有するアンテナシステムの結合の送受切り替え手段１５０に接続されている。
【００２５】
図１は、通常基地局に設置される送受信機の構成１１０を示しており、セクターアンテナの集合１６０へ接続され、セルサイト全体をカバーすることができる。接続は移動体が位置しているセクター内で伝送され、それによって余分なビーコン信号とセクター間のハンドオーバーを回避する。ダウンリンク上の伝送はアップリンクの品質と、移動体が例えば信号処理モジュール１７０内で行う要求された信号強度を測定することによって決定される。図１に示した送受信機は多くの異なる形状のアンテナへ接続される。
【００２６】
図２は図１の送受信機１１０が接続できるアンテナ形状２１０を示している。サイトは同様な構造のアンテナによって全方向をカバーされる。図２は６セクター２３０を示しており、それらはサイトの全方向に割り当てられる。ビーコン搬送波２２０は全方向アンテナ２４０に接続され、ビーム全てが同じカバー領域に分配される。
【００２７】
他に、図１に示した送受信機１１０が接続できる他の可能なアンテナ形状もまた可能である。またこれらは異なる偏向や輻射パターンを有するかもしれない。これはセル領域を効果的にカバーする形状を可能にし（これは通常図２に示したように円形である）、それによって局所的な環境にも適合する。山岳、道路、森林のような局所的な伝搬特性は適正なタイプのアンテナと共に形成することによって欠点を克服できる。個々のローブは全体の形状を適合させることによって減少か増加させることができる。
【００２８】
さらに、トラフィックの分配、例えば都市または主要道路、はこれらの方向により狭いセクターを配置することを考慮し、それによって高いトラフィックをもつこれらの方向のインターフェースを減少させられる。アンテナの下方角についても同様である。下方角は異なるセクター間で異なるように選ばれる。
【００２９】
図３に示したように、不規則な領域３１０に対しては異なる輻射パターンを選ぶことによってカバーできる。図３は６の不規則形状のセクター３３０を示しており、およそサイトの全方向に分配できる。ビーコン搬送波３２０は全方向アンテナ３４０に接続され、全てのビームを全領域に配分できる。不規則形状はまた信号を減少されることによっても達成できる。不規則領域３１０は図示したように連続的かまたは、図示しないが不連続的（すなわち分割）でも良い。いくつかの方向では、アンテナアレイは、例えば図示したような現実的な方法でセクターを生成するために用いられるビーム形状を形成する手段を有する。
【００３０】
ビームは例えば±４５度で交互に偏向してインターリーブされるかもしれない。なぜならこれらの交流ビームは非相関であり、この利点は、同じ移動体からの信号は非相関偏向で受信されるので、上り線のダイバシチー利得を増加させる。
【００３１】
非相関輻射特性での近隣セクターを持つことの他の利点は、ビーコン周波数の伝送に対する個々のセクターアンテナの形状を結合の可能性である。これは以下により詳細に説明する。
【００３２】
図２で示したような円状の領域に対するビーコン周波数の伝送は容易に得られる。これはセクターによって提供される同じエリアで伝送する外部全方向アンテナを単に付加することによってなされる。
【００３３】
しかしながら、図３で示したような不規則な形状のセクター全てを１つのビーコンアンテナポートでカバーするならば、その形状はやや複雑になる。本発明の１つとしては、不規則領域全体をカバーする１つのアンテナポートに接続された個々のセクターアンテナの結合である。ここで重要な点は、近隣アンテナからの信号は非制御の方法によって、結合することができ、輻射域内に要求されないピークを含むことである。ここで交流非相関偏向の特性は、異なる信号の結合を回避するために利用される。近隣セクターからの信号は非相関であると仮定して、１つのビーコンパターンを異なるセクターの結合として作成することが可能となる。
【００３４】
図４は図１に示したシステムの別の実施例である。図１内に示されているさらなる特徴は、図４は１つの例としてビーコン信号４７０は各セクターアンテナ４６０へ伝送するためのそれぞれの信号と結合されることを示している。特別な例として、ビーコン信号４７０は結合される４９０前に最初に分割される。分割ビーコン信号４８５は異なるセクター上で異なる重み付けされる。またビーコン搬送波４７０は送受切り替え器４５０とアンテナエレメント４６０の間に、例えば容易に取り付けられるように設置することもできる。しかしながら、これは受信側に結合損失を導入する。
【００３５】
ビーコン信号をアンテナポートに導入するこの方法は、単純でありビーコンサービスエリア全方向に対する外部アンテナの搭載を要求しない。さらに、ビーコンサービスエリアは、個々のアンテナ端末の同期の必要性を回避できる。
【００３６】
もしアンテナ端末が同位相または同期されているならば、ビーコン信号に対する結果的な輻射パターンのビーム形状を作るために結合する前に位相と振幅を適合させる可能性がある。この方法では相関アンテナ、例えば同じ偏向特性のアンテナ、は近隣セクター内で使用することができる。
【００３７】
図１と４に示した送受信機構成１１０、４１０の他の応用は、図５に示したようなマイクロセルへの応用である。本発明による新しい送受信機構成は１つの送受信機に１つの送信ユニットを含み、ゆえに通常マイクロセル基地局の制限因子である占有空間や電力を余り必要としない。さらに、外部アンテナ利得はより明確な領域をカバーするアンテナ間の切り替えによって得ることができるＥＩＲＰを増加するために利用される。
【００３８】
マイクロ基地局５１０からの伝搬は、制御が難しく、例えば経路５２０に沿って長い距離を伝搬できる。図５で示したようなマイクロセルへの応用での適応セクター化を用いることによって、伝送インタ−フェースは同時に１方向のみに制限される。
【００３９】
マイクロセルの応用におけるビーコンサービスエリアは個々のセクターアンテナを結合させることによって上に記載したのと同様な方法で得ることができる。送信および受信インターフェースはそのような方法を導入することによってトラフィック周波数上で減少される。上り線は４アンテナ全てで動作するダイバシチー結合アルゴリズムであり、下り線は移動体電話が位置しているところのアンテナへ切り替えられる。この場所は例えば送受信機内にあるロケーションアルゴリズムによって計算される。
【００４０】
図５は４アンテナ５３０に接続されている送受信機５１０を示しており、各々は自身の方向をカバーする。数字４は典型であるがここでは図を記載するためのみの目的である。もし、適応セクター化送受信機が８の受信機を含むならば、以下のような方法で下り線ダイバシチーを導入できる。
【００４１】
最初の仮定は、各４アンテナ５３０は２重偏向であり、両偏向は同一の領域をカバーする。これは８の受信機に接続される８のアンテナポートを提供する。送信切り替えは送信のための８アンテナポートの１つの出力を選択する能力が同様にある。
【００４２】
もし移動体局が図５に示したようなアンテナ４によってカバーされている経路上に位置しているとき、ロケーションアルゴリズムは同じ領域内の２つの偏向を選ぶことができる。該ロケーションアルゴリズムは、下り線内の２つの可能な偏向間で高速に切り替えるために、例えばバーストレベルでより速い方法で切り替えられる。さらに上り線ダイバシチーは同じ信号が２つの偏向で受信されたままで改良される。
【００４３】
本実施例は上の記載に役立つように示したものでこれに限定されるものではない。当業者には明確であるが、本発明の精神と範囲から離れることなく上の記載から実施できる。本発明は記載した例に限定されることなく、以下の請求項の範囲に等しい。
【図面の簡単な説明】
本発明は例示および図に示された本発明の好適な実施例を参照してより詳細に記述される。
【図１】 図１は本発明による送受信機の構成の図である。
【図２】 図２は通常のセルラー対象領域の図である。
【図３】 図３は不規則なセルラー対象領域である。
【図４】 図４はセクターアンテナ内にビーコン信号が結合された送受信機の構成である。
【図５】 図５はマイクロセルにおける本発明の使用である。

Claims (12)

1. セルラー無線通信システムで使用する送受信機（４１０）を備える基地局（５１０）であって、前記基地局は複数のセクターを有する１つのセルに対応し、前記基地局は複数のアンテナを有し、各前記セクターは前記複数のアンテナに対応する１つの対応アンテナを有し、前記基地局は全てのセクター（５２０、５３０）に１つの報知ビーコン信号（４７０）を送信する手段を持つ少なくとも１つのアンテナを有していて、
   前記アンテナの全てから送信する、前記送受信機内の１つの送信機と、
   各前記アンテナに対する前記送受信機内の１つの受信機と、前記送信機は異なるセクター内のアンテナへ切り替え可能に接続され、
   報知ビーコン信号と結合された、複数のアンテナ（４６０）上の信号を送信する手段とにより特徴付けられる基地局。
2. 前記複数のアンテナのそれぞれと、前記切り替え可能な接続のための切り替え器とに接続された少なくとも１つの送受切り替え器（４５０）をさらに備え、
   前記ビーコン信号を分割するように構成された分割器（４８０）と、
   前記切り替え器と前記少なくとも１つの送受切り替え器との間に位置している、前記報知ビーコン信号を結合するように構成された結合器（４９０）とにより特徴付けられる請求項１に記載の基地局。
3. 前記複数のアンテナのそれぞれと、前記切り替え可能な接続のための切り替え器とに接続された少なくとも１つの送受切り替え器（４５０）をさらに備え、
   前記報知ビーコン信号を分割するように構成された分割器（４８０）と、
   前記少なくとも１つの送受切り替え器と前記アンテナとの間に位置している、前記報知ビーコン信号を結合するように構成された結合器（４９０）とにより特徴付けられる請求項１に記載の基地局。
4. サービスエリアを変形するため輻射パターンを形成し、それにより送信の方向の干渉を減少させるのに適した手段により特徴付けられる請求項１ないし３に記載の基地局。
5. サービスエリアは不連続で、それにより複数の個々のサービスエリアを有することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. アンテナの下方角を調節する手段により特徴付けられる請求項４に記載の基地局。
7. 信号強度の減衰によってアンテナ信号を形成する手段により特徴付けられる請求項４に記載の基地局。
8. アンテナは相関および干渉があり、それにより形成がビーム形成手段によって達成されることを可能にすることを特徴とする請求項４に記載の基地局。
9. 適応性アンテナは非相関であることを特徴とする請求項１ないし７に記載の基地局。
10. アンテナは、それぞれ、−４５度と＋４５度の偏向を持つことによって非相関であり、交流パターン内に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. アンテナは、相関および干渉があり、または、校正され、それにより形成が各アンテナからの信号の位相または振幅を調節することにより可能であることを特徴とする請求項４に記載の基地局。
12. 基地局は、下り線上で移動体局へ送信するように構成され、上り線で受信するように構成され、上り線は複数のアンテナから結合された信号を備え、下り線は移動体局の位置しているセクターに対応するアンテナ上で送信されることを特徴とする請求項１に記載の基地局。

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