JP4601625B2 - タイムスロットリソース管理による基地局の干渉制御 - Google Patents

タイムスロットリソース管理による基地局の干渉制御 Download PDF

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Description

関連出願
本出願は、2003年12月19日提出の米国仮出願第60/531,419号による優先権の恩恵を請求する。本出願は、2002年10月25日出願の米国出願第10/280,773号の一部継続出願である。
本発明は、一般的な無線通信に関する。特に本発明は、従来の無線ネットワークに組み込まれるピコ/個人基地局について、タイムスロット管理を通じて行う干渉制御に関する。
従来から無線通信ネットワークの立ち上げに関してはさまざまな事項を検討するが、中でも重要なのは、セル方式システム内の基地局すべてに周波数チャネルを割り当てる処理である。この処理は周波数再利用または周波数割当計画と呼ばれ、利用可能な周波数、セル配置、アンテナの種類および地形等いろいろな要素を考慮して実施される。
周波数再利用の処理において重要となるパラメータに、無線周波数の搬送波の電力レベルとチャネル内干渉信号の電力レベルの比を測定する搬送波対干渉(C/I)比が挙げられる。C/I比に基づいて、セル方式システムが提供するサービスの質を許容可能な水準にとどめておける干渉のレベルを決定する。
GSM屋外マクロ基地局ネットワークを新しく立ち上げる場合に、標準の4/12セルクラスタ配置再利用パターン(図1を参照のこと)の利用を前提とすると、サービスの質を許容可能な水準に保つためには少なくとも12の周波数が必要となる。許容可能なサービスの質とは、GSMネットワークの場合、C/I比が9db以上となることを意味する。
GSM屋外ミクロ基地局ネットワークあるいはピコ基地局ネットワークを新しく立ち上げる場合に利用する周波数割当計画には、候補が幾つかある。そのうちの1つでは、通信事業者が利用可能な未使用の周波数を所有するかどうか確認して、新しい(未使用の)周波数をミクロ/ピコセルに割り当てる。別の方法として、既に存在するマクロセルネットワークに割り当てられた周波数を使用するとしてもよい。どちらの場合でも、標準の4/12セルクラスタ配置再利用パターンを前提とすると、GSMミクロ/ピコセルネットワークでC/I比が9db以上という条件を満たすために必要な周波数の数は、少なくとも9から12となる。ミクロ/ピコセルの場合の方が必要な周波数の数が少ないのは、セルがクラッタの高さよりも低い位置に配設され、距離が遠くなればなるほど信号損失が大きくなるので、干渉レベルが低減されるという効果があるためである。
基地局ネットワークを立ち上げる場合、特に屋内ピコ基地局または個人基地局の場合は、新しい(未使用の)周波数を割り当てるのが望ましい。これは、特に高層建築物の場合に顕著な、より強力な屋外マクロ基地局との干渉を避けるためである。屋内ネットワークを新たに立ち上げる場合、新しい(未使用の)周波数を割り当てることは、マクロセルおよびミクロセルと周波数を共有することに比べると、望ましい方法であるが(適用が容易)、幾つかの理由により必ずしも実行できるわけではない。
第一に、通信業者が所有する周波数のうち未使用のものが少ない。通信業者が持つ帯域幅で未使用の周波数は普通、認可された帯域幅の最両端にある2つのガード周波数しかない。しかし、別の通信業者に認可および使用されている周波数との間で干渉が発生する可能性があるので、実際にはガード周波数を使用することはできない。第二に、仮にガード周波数を使用するとした場合、サービスの質に関する上述のC/I比が9db以上という条件を満たすことができない。
通信業者にとって、屋内ピコ/個人基地局GSMネットワークを立ち上げる場合に用いる理想的な周波数割当計画は、a)新たに使用する未使用の周波数の数は1または2(ガード周波数の使用が好ましい)、b)GSMでC/I比が9db、c)既存の屋外マクロ/ミクロネットワークと問題なく統合できること、という条件を満たす方法または機構である。
従来のタイムスロット割当管理について: 従来のネットワークはタイムスロット割当管理を利用して、別々のセルに属する移動局間ではなく、一つのセルにある移動局間の干渉を制御していた。基地局または基地局コントローラは、同一タイムスロット内で2つの移動局が信号の送信または受信を行わないように、あるセル内の移動局すべてにチャネル内のタイムスロットを割り当てる。このようにして、同じセルに属する移動局間で干渉が生じるのを避ける。さらに、移動局は信号強度または信号品質を(ビットエラー率を参照に)測定して、その測定情報を基地局コントローラへ渡す。なお、基地局コントローラは、電力レベルを変更すべきかどうか、および変更のタイミング、またはハンドオーバーを開始するかどうか、および開始のタイミングを最終的に判断する。
従来のチャネル構造とタイムスロットの使用について: 無線周波数帯は、限られており多くのユーザで共有すべきなので、できる限り多くのユーザ間で帯域幅を分割する方法を考案する必要がある。GSMでは、時分割多元接続(TDMA)および周波数分割多元接続(FDMA)を組み合わせた方法を採用している。FDMAでは、周波数を単位として全長MHzの帯域幅を分割し、200KHzの帯域幅を持つ割り当て可能な搬送周波数へと分割する。そして、各基地局に搬送周波数を割り当てる。各搬送周波数は、デュプレックス距離(例えば、GSM900では45MHz)で分離された、帯域幅が200KHzのチャネルを2つ有する。一方の周波数はダウンリンク(BTS→MS)に、他方はアップリンク(MS→BTS)に使用される。このような一対の200KHzのチャネルは、デュプレックスチャネルと呼ばれる。
デュプレックスチャネルの各チャネルは、TDMA方式に基づいて8個のタイムスロットに時分割される。連続する8個のタイムスロットによって1つのTDMAフレームが構成される。ここで、1TDMAフレームの期間は4.615msである。各タイムスロットは、変調ビットの送信バーストが送信されるバースト期間(BP)である。移動局が行う送信(アップリンク)および受信(ダウンリンク)には異なるタイムスロットが使用される。移動部が送受信を同時に行わないように、送信用および受信用タイムスロットの間には時間的なずれがある。
GSMにおけるBPの長さは、15/26ミリ秒(ms)(または約0.577ms)である。バースト期間を8個集めて、1つのTDMAフレーム(120/26ms、約4.615ms)を構成する。1TDMAフレームは、論理チャネルを定義する上で基本的な単位となり、永久に繰り返されるBP/タイムスロット送信の周期である。
論理チャネルは、バースト期間またはタイムスロットの数および位置により定義され、移動局と基地局の間で情報を送受信するために使用される。論理チャネルは、アイドルモードの移動局が使用する共通チャネルと、ある1つの移動局に割り当てられる専用チャネルに分けられる。1つの論理チャネル内で、移動局への送信(ダウンリンク)は、移動局からの受信(アップリンク)より3つ前のタイムスロットで行われる。
セル内で最初に使用される搬送波を報知チャネル(BCCH)搬送波と呼ぶ。このBCCH搬送波は、タイムスロット0において、アクセス許可チャネル、ページングチャネルおよび(通常は)SDCCHチャネルを通じて、BCCHシステム情報を送信する。BCCH搬送波は、どのタイムスロットでも、周囲のセルおよび同じセル内にある移動局がBCCH搬送波信号を確認できるように、常時オンになっていなければならない。BCCH搬送波信号の別の特徴として挙げられるのは、送信が基地局によって行われるが、この送信は一定の出力電力で実施されることである。通信チャネルが使用中であり、BCCH搬送波信号との間に干渉を生じる可能性がある場合でも、BCCH搬送波信号の送信は、全タイムスロットにわたり一定の出力電力で行われる。セル内のほかの周波数の搬送波(TCH搬送波)については、通信が行われていない搬送波/タイムスロットでは電力を落とすとしてもよい。
従来の電力制御について: 同一チャネル干渉の削減と節電のため、移動局および基地局を動作させるための電力は、信号品質を適切な水準に保つことのできる限り、下げられる。電力レベルは、2db単位で、ピークレベルから最小13db(20ミリワット)またはGSM1900では2.5ミリワットまで、上昇および下降させることができる。電力制御は一般的に、TCH搬送波上で行われる。移動局および基地局の送信電力は接続を確立するために必要な水準に達していればよく、それ以上に引き上げる必要はない。また、電力が低いと干渉も少なくなる。
移動局および基地局は信号強度または信号品質を(ビットエラー率を参照して)測定して、その測定情報を基地局コントローラへ渡す。なお、基地局コントローラは、移動局または基地局で電力レベルを変更すべきかどうか、および変更のタイミングを最終的に判断する。動作が不安定になる可能性があるので、電力制御は慎重に行う必要がある。つまり、移動局の電力が引き上げられると、同一チャネル干渉が増加し、その結果別の移動局の電力も引き上げることになる。
GSMではタイムスロット割当管理を使用して干渉を制御するが、従来と本発明ではその使用目的が異なる。本発明では隣接するセル間での干渉を制御する(セル間干渉制御)ために必要な周波数の数を減らす目的でタイムスロット割当管理を用いている。本発明は、マクロ基地局およびピコ/個人基地局に対し、このような機能を持つ機構を提供する。
米国特許第6577617号明細書 米国特許第6519240号明細書 米国特許第6400704号明細書 米国特許第6987750号明細書 米国特許第5280630号明細書 米国特許出願公開第2003/0220103号明細書 米国特許第5959983号明細書 米国特許第5920557号明細書 米国特許出願公開第2002/055367号明細書 米国特許出願公開第2003/0100269号明細書 米国特許出願公開第2002/0015393号明細書 米国特許第6567459号明細書 米国特許第6684079号明細書 米国特許第6591108号明細書 米国特許第7158807号明細書 米国特許出願公開第2002/0119782号明細書 米国特許第7236793号明細書 米国特許第7356355号明細書 米国特許第6449484号明細書
米国特許出願第10/280,733号(出願日:2002年10月25日)の譲渡人は本願と同じで、当該出願はインターネットを介して従来の無線ネットワークと移動可能な基地局の間の無線通信を行う、携帯可能な低電力基地局を開示している。基地局は「個人」基地局あるいは「ピコ」基地局(PBS)としてもよい。この基地局はユーザが選択する場所でインターネットに接続し、マクロセルネットワーク内に小無線領域を確立する。基地局の動作パラメータはユーザが設定する。当該米国出願(第10/280,733号)は参照することにより本願に組み込まれ、その主題は対応する国際公開第WO2004/040938号で公開されている。
本発明は、[背景技術]セクションで述べた条件を満たす屋内ピコ基地局または個人基地局(PBS)ネットワークを実現する方法を提供する。当該方法は特に、1または2の未使用周波数を使って、既存のマクロ基地局ネットワーク内に、許容可能な質のサービスを提供するピコ基地局または個人基地局ネットワークを実現する。具体的には、さまざまなタイムスロット管理機構を用いて隣接するピコ/個人基地局間の干渉を制御することにより、この目的を達成する。
本発明は、隣接するピコ/個人基地局(PBS)間の干渉制御に必要な周波数の数を低減する方法も提供する。本発明は、タイムスロット干渉検出、タイムスロット電力低減、タイムスロット割当、タイムスロットオフセット調整、およびタイムスロット同期といったGSM・TDMAタイムスロットリソース管理方法のうち1以上を含む。これらのリソース管理方法のうち1以上を、BCCHタイムスロットおよびTCHタイムスロットに応用する。このような機能は、さまざまな構成(機構および実施形態)によって実現できる。
本発明は、通信事業者が屋内ピコ/個人基地局ネットワークを新たに立ち上げる時に、既存または未使用の周波数のうちどちらを使用する場合でも、効果を奏する。また、本発明は、PBSセル間の干渉制御だけでなく、既存の周波数を使用する場合にPBSセルとマクロ基地局セルの間の干渉を制御することもできる。
PBS干渉検出およびリソース管理方法の基本は単純である。図1は、隣接する2つのPBSセルと干渉を起こしている移動局から送信される信号を示す。図2には、2つのPBS干渉検出データベースを初期化、更新および管理する処理フローの一例を示す。図3および図4は、「電力オフ」状態で「電力オン」イベントが発生した場合の処理(電力オン開始処理)およびタイムスロット干渉検出、干渉データベース更新およびタイムスロットリソース管理といった「電力オン」状態で行われる処理を示す。
図2に示すように、各PBSは干渉データベース(DB)を管理している。図示した2つのPBSDBは、隣接するPBSとの間で生じるTCHタイムスロット干渉およびBCCHタイムスロット干渉を記録するために用いられる。BCCHDBは、隣接するPBSの移動に応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する長期(週および月)用データベースである。TCHDBは、隣接するPBSが提供する移動局サービスにリアルタイムで応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する短期(分、時間、日)用データベースである。
PBSの動作モードは2つあり、どちらかのモードで動作する。「電力オン開始」手順中のPBSは、移動局モード(ダウンリンク周波数で受信する)である。「電力オン」状態のPBSの動作モードは、BCCH干渉信号を検出するべく、通常基地局モード(ダウンリンク周波数で送信およびアップリンク周波数で受信)とサンプリングモード(移動局モードと同じ)の間で断続的に切り替わる。
本発明の実施形態によれば、「電力オン開始」処理では、PBSはBCCH信号を隣接するPBSに基づき検出して、干渉を生じているタイムスロットをリストに追加し、「電力オン」状態では、PBSは断続的にサンプリングモードに切り替わり、隣接するPBSに基づきBCCH信号を検出し、BCCHDBのアクティブ干渉リストにタイムスロットを追加(信号が検出された場合)または当該リストからタイムスロットを削除する(以前に検出された信号が長期間(例えば数ヶ月)にわたって検出されない場合)。本発明の実施形態によれば、同時に、「電力オン」状態のPBSは、隣接する移動局に基づいてTCH信号を検出して、リアルタイムでTCHDBのアクティブ干渉リストにタイムスロットを追加あるいは削除する。
BCCHDBまたはTCHDBの内容が変化した場合(タイムスロットが追加あるいは削除された場合)、または各種フラグおよびカウンタがTCHまたはBCCHのタイムスロットにおいて干渉の発生を検出したと示す場合、PBSは以下に示す処理のうち1以上を実行しタイムスロットリソースを適切に管理する。タイムスロットを管理するため行う処理の例としては、タイムスロット割当(移動局サービス要求に対して、非干渉タイムスロットを選択)、タイムスロット電力制御(干渉タイムスロットの電力を低減、非干渉タイムスロットの電力を上昇)、タイムスロットオフセット調整(隣接するPBSの制御信号との干渉を避けるためにBCCHのTDMAタイムフレームをオフセットする)、およびタイムスロット同期(タイムスロット周波数ドリフトに起因した干渉が生じないよう、隣接するPBSとTDMAのタイムフレームを同期させる)が挙げられる。
本発明の実施形態に係るタイムスロット割当は、同じPBSセル内で生じる移動局サービス要求に対し、PBSDBのアクティブ干渉リストに含まれていない非干渉タイムスロットを選択する処理である。
本発明の実施形態に係るタイムスロット電力制御は、隣接するPBCセルがアクティブに使用している干渉タイムスロット上でのPBCセルの送信強度を低減する処理である。PBSセルが干渉信号を受信しなくなったら、電力レベルは元のレベルまで戻される。
本発明の実施形態に係るタイムスロットオフセット調整は、干渉を避けるためにPBSセルがBCCHのTDMAタイムフレームをオフセットする処理である。具体的には、隣接するPBSセルと同じBCCHタイムフレームの使用を避ける。
本発明の実施形態に係るタイムスロット同期は、タイムスロット周波数ドリフトに起因して干渉が生じないよう、PBSセルのTDMAタイムフレームクロックを、たとえばGPSやインターネットといった基準クロックまたは隣接するPBSのTDMAタイムフレームクロックと同期させる処理である。
以下に示す図面および詳細な説明に基づき、本発明に係る上記以外のシステム、方法、特徴および効果を明らかにする。上述以外のシステム、方法、特徴および効果は、本明細書に記述するものとし、本発明の開示範囲に含まれ、本願によって保護されるものとする。
以下の詳細な説明および添付の図面により、本発明に係る上記およびそれ以外のシステム、方法、特徴および効果を明らかにする。図中の素子(構成要素)は必ずしも実寸と対応したものではなく、むしろ本発明の内容および構成要素同士の相互関係を明確に説明することを重要視している。また、複数の図面または表において共通の素子(構成要素)がある場合は、一貫して同様(同一)の参照記号あるいは説明を付している。
図1は、隣接する部屋にある隣接するPBSセルに含まれる移動局間の干渉を示すブロック図である。
図2は、タイムスロットを管理するために、PBSがどのようにTCHDBおよびBCCHDBを管理および使用するのか示すブロックフローチャートである。
図3は、PBSの電力オン開始処理を示すブロックフローチャートである。
図4は、図3の続きを示すブロックフローチャートであり、BCCHDB/TCHDBを継続的に更新する処理、および継続的にタイムスロットリソースを管理する処理を示している。
図5は、隣接するPBSセル間での干渉を制御するための、論理タイムスロット割当および電力低減によるリソース管理を示すブロック図である。
図6は、BCCHタイムスロットオフセット調整を行う初期PBS開始処理およびそれに続くタイムスロットリソース管理を示すブロック図である。
は、基地局間のタイムスロットが非同期になった場合の電界強度への影響を示すブロック図である。
はじめに
米国特許出願第10/280,733号(出願日:2002年10月25日)の譲渡人は本願と同じで、当該出願はインターネットを介して従来の無線ネットワークと移動可能な基地局の間の無線通信を行う、携帯可能な低電力基地局を開示している。基地局は「個人」基地局あるいは「ピコ」基地局(PBS)としてもよい。この基地局はユーザが選択する場所でインターネットに接続し、マクロセルネットワーク内に小無線領域を確立する。基地局の動作パラメータはユーザが設定する。当該米国出願(第10/280,733号)は参照することにより本願に組み込まれ、その主題は対応する国際公開第WO2004/040938号に公開されている。
第1.0章 実施例
本発明の実施形態は、タイムスロット干渉検出およびデータベース更新、タイムスロット電力低減、タイムスロット割当、タイムスロットオフセット調整およびタイムスロット同期といったリソース管理方法のうち1以上を含む方法とする。これらのリソース管理方法のうち1以上を利用して、TDMAを用いたGSMにおけるBCCH/TCHタイムスロットリソースを管理する。第2.0章ではPBS開始処理を説明する。このPBS開始処理は、最初に隣接するPBSセル間の干渉を検出し(図1)、干渉データベースであるBCCHDBおよびTCHDBへ書き込みを行い(図2)、続いてタイムスロットリソース開始管理を実行する(図3から図7)。第3.0章では、干渉を継続的に検出、BCCHDBとTCHDBの更新、およびタイムスロットリソースを継続的に管理する(図2から図7)処理を説明する。
第2.0章 PBS開始電力オン処理
インターネットへの接続または停電などが生じた後、新規のPBSを初めて起動させる場合あるいは既存のPBSを始動する場合、図3に示す電力オン開始処理が実施される。実施形態に係る電力オン開始処理の説明は、第2.1章から第2.6章を参照されたい。
第2.1章 電力オン開始処理
一実施形態に係る電力オン処理は、停電または電力スイッチがオフに切り替わってPBSへの電力供給が断たれた場合に行われる。停電から回復した後または電力スイッチがオンに切り替わった時に、PBSはリセットされ開始モードに入る。
別の実施形態に係る電力オン処理は、PBSがインターネット接続を失った場合に行われる。PBSがインターネットに再接続された時に、PBSはリセットされ開始モードに入る。
さらに別の実施形態に係る電力オン処理は、一番最近のTCHデータ入力と現在時間クロックをPBSが比較した場合に行われる。一番最近の入力と現在時間クロックの差(TD)が所定の時間差上限(TD−int、例えば7日間)を超える場合、PBSはリセットされ開始モードに入る。
第2.2章 DB入力項目削除
各PBSは干渉データベースを管理する(図2を参照のこと)。2つのPBSデータベースは、隣接するPBS間でのTCHタイムスロット干渉およびBCCHタイムスロット干渉を記録するために用いられる(図1を参照のこと)。BCCHデータベース(DB)は、隣接するPBSの移動に応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する長期(週および月)用データベースである。TCHDBは、隣接するPHSが提供する移動局サービスにリアルタイムで応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する短期(分、時間、日)用データベースである。
一実施形態に係るDB入力項目削除処理は、上記第2.1章で説明した実施形態に係る電力オン処理に基づき開始モードであることをPHSが検出した場合に、PHSのTCHDBおよびBCCHDB(図2参照)からアクティブな入力項目をすべて削除する処理である。
第2.3章 PBSをMSモードに設定
電力が入れられた時、PBSの最初のモードは、基地局モードではなく移動局開始モードとなる。移動局モードのPHSは、移動局と同様に、基地局から送信されたダウンリンクデータを受信することができる。ここで注記すべきは、移動局モードにあるPHSは信号を送信しない。
実施形態に係るPHS・MSモード設定処理は、第2.2章で説明した実施形態に係るDB入力項目削除処理と類似している。一実施形態に係るPHS・MSモード設定処理は、上記第2.1章で説明した実施形態に基づき開始モードであることをPHSが検出した場合に、自動的にPHSを移動局開始モードとすることであってもよい。
第2.4章 BCCH検出開始
移動局モードのPHSは、移動局に対してサービスの送信や提供は行わず、BCCH信号を割り当てられた周波数で送信中の隣接するPHSセルを探す。この動作は図1に示されている。移動局モード中に走査を行い、PBSは処理を実行して干渉タイムスロットを検出する。
一実施形態に係る干渉検出処理を以下で説明する。移動局モードにおいて、PBSは割り当てられた周波数上のすべてのタイムスロット内にあるBCCH信号を走査する。ダウンリンクパスにBCCHメッセージを検出すれば、PBSは対応するタイムスロットをBCCHDBに追加する。
別の実施形態では、検出されるBCCHタイムスロット干渉信号は所定のしきい値FS−BCCHを超えていなければならない構成となっている。しきい値を超えている場合、フラグ(F−int)あるいは「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を用いて、あるタイムスロットで干渉状態が発生していると示し(例えばtrueと設定)、BCCH検出を知らせる。例えば、PBSがBCCHメッセージを受信することができ、さらに受信したダウンリンクパスの電界強度がFS_BCCH(例えば−80dBm)を超えていれば、BCCHタイムスロット干渉を検出したことになる。
別の実施形態に係る干渉検出処理では、絶対電界強度を利用しない。移動局開始モードのPBSは、割り当てられた周波数上のBCCH信号を走査する。復号化されたBCCH信号が検出された場合干渉が発生しているとし、タイムスロット干渉フラグあるいは「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばtrueと設定)、BCCH検出を知らせる。
第2.5章 BCCHオフセット設定
BCCHオフセット設定処理では、電力オン処理中にPBS用のBCCHタイムスロットを設定し、干渉が発生しているBCCHタイムスロットに対しタイムスロットを1以上増やしてタイムフレームをオフセットする。BCCHタイムスロットオフセットの例を、図6に示す。
一実施形態に係るBCCHオフセット設定処理を以下で説明する。オフセットを行う前に、PBSは、第2.4章で説明したBCCH検出処理の実施形態のいずれかに従って、干渉が生じているPBSセルについて、タイムスロット(例えば図6に示すタイムスロット2)のBCCH信号を検出する。次にPBSは、TDMAフレームをリセット(再調整)して、あるPBSタイムスロット(例えば、図6に示すタイムスロット2)で検出された干渉BCCH信号が後続で別のタイムスロット(例えば、図6に示すタイムスロット6)で検出されるようにする。このオフセット処理が行われるのは「移動局モード」中であるので、BS−MS遅延オフセットを考慮しなければならない。PBSが基地局モードに移行した後で、このPBSのBCCHタイムスロットが隣接するPBSセルの干渉BCCHタイムスロットのいずれとも重複しないことが確認された場合に、BCCHオフセット処理は「正しい」とされる。
第2.6章 BCCHDBへの書き込み
BCCHDBは、隣接するPBSの移動に応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する長期用データベースである。一実施形態に係る、移動局モードのPBSが行うBCCHDB書き込み処理では、アクティブな干渉が生じているタイムスロットを特定してBCCHDBに追加するために、上述したBCCH検出開始処理(第2.4章を参照のこと)で「true」と設定されたタイムスロット干渉フラグまたはほかの2進法指標を使用する。BCCHDBは長期間にわたって管理されるとしてもよいが、初期書き込み処理にかかる時間は数秒にすぎない。
第2.7章 PBSをBSモードに設定
BCCHDBへの書き込みが終了した後、PBSはMSモードからBSモードに移行する。BSモードのPBSは、移動局が送信を行っている周波数帯域で受信を行い、ほかの基地局が送信を行っている周波数帯域で送信を行う。つまり、普通の基地局と同様に、アップリンクで受信、ダウンリンクで送信を行う。
第2.8章 その他の処理開始
「電力オン」状態への移行中には、各々異なる処理を開始させる複数のメッセージが送信され、「電力オン」状態になればこれらのメッセージに対応する機能がアクティブとなるよう準備しておく。その他の処理開始の例を挙げると、「TCH検出開始」は、TCH検出処理を開始させ、継続してタイムスロットを監視させる処理である。また、「電力制御開始」は電力制御/電力低減処理を開始させる。同様の処理に、「BCCH検出開始」および「同期開始」がある。これらの詳細については以下で説明する。
第3.0章 「電力オン」状態のPBS
PBSが「電力オン」状態になると、アクティブな処理が増え(上記参照)、図4に示すイベントが生じる。「電力オン」状態で行われる処理は、第3.1章から第3.6章で説明する。
TCH検出開始(TCH検出/TCH非検出)
セル間干渉を制御するために、本発明では干渉が発生していることを検出(TCH検出)、または干渉が発生していないことを検出(TCH非検出)する。この検出処理は、PBSのアイドル状態のタイムスロットの電界強度を監視するとともに、干渉発生数(図5を参照)を計数することによって行う。
一実施形態に係る干渉発生監視・計数処理では、まず電界強度しきい値であり干渉の限度を指す、FS_int(例えば、−75dBm)を定義する。このしきい値に基づいて、タイムスロット信号のサンプルを取得し(監視)、タイムスロット干渉発生数を特定する(計数)。タイムスロット信号監視時間を設定し(例えば1タイムスロットの存続時間とするが、非同期の問題に関連してこれより短い場合もある)、各信号サンプルについて、しきい値であるFS_intと比較し、カウンタであるN_intの値を変更する(つまり、必要に応じて増加または減少させる)。
一実施形態に係るTCH検出処理(干渉発生)を以下に説明する。タイムスロット信号サンプルの電界強度(FS)を測定し、測定値がしきい値であるFS_intより大きい場合、カウンタ(N_int)の値を指定された数(例えば1)だけ増加させる。逆に、しきい値のFS_intを超えない場合、カウンタ(N_int)の値を、指定された数(例えば1)だけ減少させる。カウンタ(N_int)の値が限界値UP_int(例えば3)に到達すると、干渉状態が成立しTCH検出を知らせる。カウンタN_intの値は、上限であるUPPER_int(例:5)まで増加させることができる。逆に信号サンプルの電界強度がしきい値(FS_int)より小さい場合、カウンタN_intの値は、指定された数(例えば1)ずつ、最低0まで減少させる。カウンタの値が限界値LOWER_int(例えば2)に到達すれば、干渉状態は非成立となり、TCH非検出を知らせる。この処理は逆条件で行うとしてもよい。つまり、しきい値以上であればカウンタの値を減少させ、しきい値より小さければカウンタの値を増加させる構成としてもよい。
別の実施形態に係るTCH検出(干渉発生)を以下に説明する。電界強度(FS)を測定し、その測定値がしきい値FS_intより大きい場合、干渉状態が発生していることを指し示すようにフラグ(F_int)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばtrueと設定)、TCH検出を知らせる。測定を行った結果、監視されている(受信した)電界強度がしきい値FS-intを超えない場合は、干渉状態が発生していないことを指し示すようにフラグ(F_int)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばfalseと設定)、TCH非検出を知らせる。
第3.2章 BCCH検出開始(BCCH検出/BCCH非検出)
「電力オン」状態で行われるBCCH検出処理は、電力オン開始処理中に行われるBCCH検出処理(第2.4章)に類似している。基地局モードのPBSは、アイドルタイムスロット用のサンプリングモード(受信モード)に移行することができる。
一実施形態に係るアイドルタイムスロット用のサンプリングモード移行処理を以下に説明する。PBSはアイドル状態のタイムスロットを特定する。アイドル状態のタイムスロットとは、BCCH情報についてもアクティブな通話についても使用されていないタイムスロットのことである。特定されたアイドルタイムスロットについて、PBSは送信器をオフにして、受信器を調整して先行する送信周波数に合わせることにより受信帯を反転させる(ダウンリンクモードからアップリンクモードに切り替える)。こうすることで、PBSは、同一または異なる周波数で動作しているほかの基地局からダウンリンクタイムスロットのサンプルを取得することができるようになる。ダウンリンクスロットのサンプル取得中、PBSの送信タイムスロットおよび受信タイムスロットはアイドル状態でなければいけない。つまり、セル内のアクティブな移動局との間で、ダウンリンクで送信を行っているタイムスロットも、アップリンクで受信を行っているタイムスロットも存在しない。
一実施形態に係る干渉検出処理を以下に説明する。最初に、すべてのタイムスロットを走査する。PBSがダウンリンクパスでBCCHメッセージを検出すると、対応するタイムスロットをBCCHDBに追加する。PBSがダウンリンクパスでBCCHメッセージを検出しなかった場合には、BCCH非検出を知らせ、対応するタイムスロットをBCCHDBから削除する。
別の実施形態によると、検出されたBCCHタイムスロットの干渉信号はFS-BCCHしきい値を上回っている必要がある。この条件が満たされれば、そのタイムスロットについて干渉状態が発生していることを指し示すようにフラグ(F_int)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばtrueと設定)、BCCH検出を知らせる。この条件が満たされない場合は、そのタイムスロットについて干渉状態が発生していないことを指し示すようにフラグ(F_int)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標をリセットし(例えばfalseと設定)、BCCH非検出を知らせる。例えば、PBSがBCCHメッセージを受信でき、受信したダウンリンクパスの電界強度がFS_BCCH (例えば−80dbm)を上回った場合に、BCCHタイムスロット干渉を検出したとする。
別の実施形態によると、BCCH検出をアップリンクモードで行う。つまり、PBSは通常基地局モードから移動局モードに移行しない。PBSは、SDCCHメッセージやRACHメッセージと同様に、アップリンクパスでのBCCHメッセージの測定を試みる。当該実施形態では、BCCH干渉についてのDB入力項目削除処理に時間がかかる(数週間あるいは数ヶ月必要)が、一方BCCH干渉についてのDB入力項目追加処理にかかる時間は短い(数分または数時間しかかからない)。つまり、隣接するPBSが今後動作しないと仮定できるのは、隣接するPBSセル内の移動局から長期間干渉信号を受信しない場合に限られる。干渉タイムスロットをDBに追加する処理と同様に、タイムスロット削除処理の場合もカウンタ(例えばN_noint)を利用するとしてもよい。ただし、BCCH非検出では、BCCHメッセージを受信しなかった場合にカウンタを増加させるとしてもよい。カウンタN_nointの値が所定の値(例えば10,000)に達すれば、あるタイムスロットについてBCCH干渉が発生していないことを指し示すようにフラグ(F_noint)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばfalseと設定)、BCCH非検出を知らせる。
別の実施形態に係るBCCH検出を以下で説明する。アイドル状態で干渉が生じていないタイムスロットについてBCCHメッセージがあるかどうか確認し、BCCHメッセージを受信しない場合、カウンタ(N_int)をリセットし(例えば0にする)、BCCHメッセージが検出される度にカウンタの値を所定の値ずつ増やす。この処理において、測定する電界強度を考慮しないとしてもよいし、BCCHメッセージがしきい値を上回るという条件を設定して行ってもよい。カウンタの値がN−BCCH−MAX(例えば2)になった場合、「BCCH検出」の条件が満たされ、あるタイムスロットについてBCCH干渉が発生していることを指し示すようにフラグ(F_int)または「YES」・「NO」のいずれかを示す2進法指標を設定し(例えばtrueと設定)、BCCH検出を知らせる。
ここで、上記処理はカウンタの値の増減基準を逆にして行うとしてもよい。例えば、BCCHメッセージを受信した場合にカウンタの値を減らす構成としてもよい。
第3.3章 BCCHDBおよびTCHDBの更新(干渉の追加/削除)
BCCHDBは、隣接するPBSの移動に応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する長期(週や月)用データベースである。TCHDBは、隣接するPBSが提供する移動局サービスにリアルタイムで応じて、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストを調整する短期(分、時間、日)用データベースである。PBSデータベースの構成は、図2に示す。
一実施形態に係るBCCHDBおよびTCHDBの更新処理を以下に説明する。第3.1章(TCH検出/TCH非検出)または第3.2章(BCCH検出/BCCH非検出)で説明した実施形態に係る処理のうち1以上の処理を利用して、アイドル状態のタイムスロットに、PBSが新たにTCH干渉またはBCCH干渉を検出した場合、あるいは干渉がないことを検出した場合、アクティブな干渉があるタイムスロットのリストにタイムスロットを追加または削除することにより、対応するBCCHDBまたはTCHDBを適切に編集する。
TCH電力制御の開始(電力低減)
セル間の干渉を制御する方法として、本発明の一部の実施形態では、PBSが利用するタイムスロットのうち選択されたものについて送信電力を調整(低減)する。BCCH搬送波を送信する基地局は一般的に、全アイドルタイムスロットにおいて一定の電力レベル(通常電力)でBCCH信号の送信を行うが、ほかのセル内の移動局との間で干渉を起こす可能性がある。この干渉を制限するべく、本発明ではBCCH搬送波用のタイムスロットの電力レベルを変化させる。電力制御を行えるのは以下の理由からである。基地局の電力を低減させると何百という移動局に影響が及ぶマクロセルとは異なり、セル領域が狭く出力電力も低いPBSの場合は、電力を下げても影響が及ぶ可能性があるのは近場で隣接する数個の移動局にすぎない。また、移動局の位置がわずかに変わっただけでも(数メートル程度)電界強度が大幅に変わり、送信電力レベルを変更することは隣接するセル間で生じる干渉を制限する上で高い効果がある。さらに、すべてのタイムスロットで出力電力を最大にする必要があるのは、移動局がマクロセル内でPBSセルの近くにあり、マクロセルからPBSセルへのハンドオーバーまたはセル再選択が生じうる場合に限られる。しかし、このような状況は頻繁にあるわけではない。また、移動局の電界強度測定に影響があるのは、電力レベル低減期間中に測定を行った場合だけである。電力が低減させられたタイムスロットについて測定を行った場合でも、電界強度の低減度合は出力電力の低減幅に正比例する(例えば6dB)。
図1は、移動局(MS1およびMS2)および個人基地局(PBS1およびPBS2)を含む隣接する2つの部屋(APT1およびAPT2)を示すブロック図である。本発明によれば、MS1があるタイムスロットで干渉を発生する可能性があることをPBS2が検出すると、PBS2は対応するタイムスロットの出力電力を調整(低減)する処理を行うとしてもよい。この処理により、PBS2からMS1へのダウンリンクでの干渉を低減する。図5は、PBS2の出力電力を削減した結果、タイムスロット3でのBCCH電界強度に生じた影響を示す。タイムスロット3での通信チャネルの実質信号ノイズ(S/N)比は大幅に低下しており、このためPBS2からMS1へのダウンリンクで干渉が生じる可能性も低くなる。
一実施形態に係るPBS電力調整処理を以下に説明する。N_intカウンタ、F−inフラグ、TCHDBまたはBCCHDBに基づいて、PBSがあるタイムスロットの出力電力を低減すると判断した場合、電力低減処理を行うが、低減幅は指定された一定値Tx−int(単位はdb、例えば6dB)(干渉タイムスロット電力)とする。一方、N_intカウンタ、F−inフラグ、TCHDBまたはBCCHDBに基づいて、あるタイムスロットで干渉は生じていないとPBSが判断した場合、このタイムスロットの出力電力は「通常電力レベル」に設定される。
別の実施形態によれば、N_intカウンタ、F−inフラグ、TCHDBまたはBCCHDBに基づいて、PBSが出力電力を低減する必要があると判断した場合、PHSに対して電力低減処理を行うが、低減幅は、PHS電界強度と電界強度しきい値FS_intの差分とする。例えば、FS_intが−80dBmで干渉信号の電界強度が−75dBmの場合、「通常電力」レベルからの低減幅は5dBとなる。
TCH割当開始
セル間の干渉を制御する方法として、本発明の一部の実施形態では、干渉PBSセルが使用しているタイムスロットの送信電力を低減させる処理を行うだけでなく、干渉が生じているタイムスロットの使用を禁止して、同じセル内の移動局が新たに開始する通話には、未使用で干渉が生じていないタイムスロットを割り当てる(与える)。
図5に示すとおり、本発明では、移動局(MS1)がタイムスロット3で干渉を生じる可能性があることを個人基地局(PBS2)が検出した場合、まずタイムスロット3の出力電力を低減させる(上記参照)。この電力低減処理により、ダウンリンク(PBS2〜MS1)の干渉を制限することができる。この後PBS2はさらに、同セル内にある移動局が新たに通話を行う場合にタイムスロット3の使用を禁止し、同セル内にある移動局(MS2)が新たに開始する通話に対して未使用で干渉のないタイムスロット、例えばタイムスロット6を割り当てる。この割当処理により、アップリンク(MS2→PBS1)での干渉発生を避けることができる。
一実施形態に係るTCHタイムスロット割当開始処理を以下に説明する。N_intカウンタ、F−inフラグ、BCCHDBまたはTCHDBに基づいて、PBSがあるタイムスロットで干渉を検出した場合、PBSはa)干渉が検出されたタイムスロットを、新規のサービス(新規の通話)を要求する、同PBSセル領域内の移動局が使用することを禁止(制限)し、b)新規のサービス(新規の通話)を要求する、同PBSセル内の移動局に対して、未使用で干渉のないタイムスロット(例えば、測定された信号の電界強度が最も低いタイムスロット)を割り当てる(与える)。どのタイムスロットにも何らかの干渉がある場合は、干渉のレベルが最も低いタイムスロットが選択され、サービス提供に用いられる。
第3.6章 同期開始
本発明はさらに、任意で行われるBCCHタイムスロット同期処理を提供する。図7に図示するこの同期処理は、BCCHタイムスロットでの干渉および隣接するPBS間で生じるドリフトを避けるために実施される。PBS2は、タイムスロット3にMS1からのアップリンクで干渉が発生することを検出する。図5に示した通り、PBS2は同じセル内の移動局が要求するサービスについてタイムスロット3の使用を禁止する処理を行い、タイムスロット3の期間中は出力電力を低減させ、同じセル内の移動局が開始する通話に対し、未使用のタイムスロット(例えばタイムスロット6)を割り当てる。ここで、図2に示したように、隣接する2つのセル(セル1およびセル2)の物理タイムスロットが、時間が経つと非同期になってしまう問題がある。つまり、2つのセルのタイムスロットの関係が、時間的に同時発生的でなくなってしまう。
この2つのセル間の非同期ドリフトがそれほど大きくなければ、何もする必要はない。前述した実施形態に係るさまざまな方法や処理を実施すれば、干渉を低減する効果が得られるはずである。しかし非同期ドリフトが非常に大きい場合には、隣接するPBSセルを同期する処理をさらに行う必要が出てくる。
タイムスロット同期を行う方法は2通りある。共通基準クロックに基づいて、全PBSセル間で(GPSまたはインターネットを介し)グローバル同期を再確立する方法と、BCCH搬送波信号に基づいて、近隣のPBSセル間だけで、(セル間受信モードを用いて)局所的な同期を再確立する方法であり、どちらか一方を用いる。
本発明の一実施形態によれば、GPS基準クロックに従ってすべてのPBSセルを同期させる。類似の実施形態によれば、インターネットを介して送信されてくる単一の信号に従ってすべてのPBSセルを同期させる。
本発明の別の実施形態によれば、TDMAフレームを最も近くにあるPBSからのBCCH信号に合わせるために、所定の時間間隔で(例えば60秒毎に)すべてのPBSを定期的に受信モードに切り替える。このような処理が可能なのは、PBSがBCCHで送信を行う必要があるのはタイムスロット0と例えばタイムスロット1(アクティブな通話がある場合)だけであるためである。残りのタイムスロットについては、デュプレックス周波数への同調、電界強度の測定、隣接するセルのBCCHフレームの検出に利用することができる。
第4.0章 利用可能な技術分野
上述した実施形態の大半はGMSを前提としたものだが、本発明はCDMA、iDENおよび3G/UMTSといったほかの技術分野にも応用可能である。
本発明の開示範囲には、既存の通信ネットワークにおいて、新規のピコセル、ミクロセルまたはマクロセルを使用する場合、既に利用されている周波数または新規の周波数を割り当てる実施形態も含まれる。新規のピコ基地局、ミクロ基地局またはマクロ基地局が周波数を共有して用いるのであれば、本発明の開示範囲は住宅、公共エリア、ビジネス分野、大学キャンパスや空港などにも応用される。「タイムスロット」という単語は論理上の概念を意味し、ダウンリンク用タイムスロット(例えばts0)とアップリンク用タイムスロット(例えばts0+3)があることを指す。この1対のタイムスロットは論理タイムスロットと呼ばれ、ダウンリンクおよびアップリンク用のタイムスロット両方を意味するものである。ダウンリンクタイムスロットとアップリンクタイムスロットは、デュプレックス周波数で分離された互いに異なる周波数を利用している。
第5.0章 結論
最後に、上述した本発明の実施形態、特に「最良の」形態は、単なる実施可能例にすぎず、本発明の内容への理解を深めるための説明にすぎない。上述の実施形態については、本発明の原則を実質的に超えずに、さまざまな変形例を実施するとしてもよい。このような変形例はすべて、本発明および本明細書の開示範囲に含まれるものとする。

Claims (7)

  1. インターネットに接続され、小無線領域を確立する個人基地局であって、
    隣接する個人基地局の移動に応じて前記隣接する個人基地局との間のアクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する長期用データベースと、
    前記隣接する個人基地局が提供する移動局サービスにリアルタイムで応じて前記隣接する個人基地局との間のアクティブな干渉があるタイムスロットのリストを編集する短期用データベースと、
    前記短期用データベースおよび長期用データベースの内容に基づくタイムスロット管理機構により、前記隣接する個人基地局との干渉を制御する手段
    を備え、
    前記干渉を制御する手段は、前記短期用データベースまたは長期用データベースの内容が変化した場合に、
    移動局サービス要求に対して干渉のないタイムスロットを選択することにより、タイムスロットを追加および削除し、
    干渉しているタイムスロットの電力を減少させ、干渉していないタイムスロットの電力を増加させることにより、タイムスロット電力を管理し、
    タイムスロット周波数ドリフトに関する干渉を避けるべく、前記隣接する個人基地局との間でタイムスロットを同期する
    ことにより、前記隣接する個人基地局との干渉を制御し、
    前記個人基地局は、前記個人基地局が移動局モードで動作している場合に、前記短期用データベースおよび前記長期用データベースの少なくとも一方を更新する
    個人基地局。
  2. 前記個人基地局は、
    前記個人基地局が前記移動局モードで動作している間に、1以上のタイムスロットにおいて干渉する前記隣接する個人基地局を検出して、報知チャネル(BCCH)から得られた情報を用いて前記長期用データベースを更新し、前記隣接する個人基地局によって提供される移動局サービスによって生じる干渉を前記短期用データベースに記録し、
    干渉が検出された信号が別のタイムスロットにおいて検出されるようフレーミングを再調整する
    請求項1に記載の個人基地局。
  3. 前記干渉を制御する手段は、移動局サービス要求に対し干渉のないタイムスロットを選択する
    請求項1または2に記載の個人基地局。
  4. 前記干渉を制御する手段は、干渉があるタイムスロットでの電力を低減するとともに干渉のないタイムスロットでの電力を増加する
    請求項1から3のいずれかに記載の個人基地局。
  5. 前記干渉を制御する手段は、隣接する報知チャネルとの干渉を避けるように報知チャネルをオフセットする
    請求項1から4のいずれかに記載の個人基地局。
  6. 前記干渉を制御する手段は、タイムスロット周波数ドリフトに関する干渉を避けるために、前記隣接する個人基地局とTDMAタイムスロットを同期させる
    請求項1から5のいずれかに記載の個人基地局。
  7. 前記長期用データベースおよび前記短期用データベースは、それぞれ前記隣接する個人基地局との間で干渉しているBCCHタイムスロットおよびTCHタイムスロットを記録する
    請求項1から6のいずれかに記載の個人基地局。
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