JP4657719B2 - 周波数再利用のための最適化機構 - Google Patents

Description

本発明は、概して移動電気通信網、特に周波数再利用に関連したシステム品質の最適化に関する。

基本的な移動電気通信網において、移動交換局（ＭＳＣ:mobile switching center）はデジタル送信リンクにより複数の基地送受信局にリンクされる。ＧＳＭにおいて、例えば、デジタル送信リンクは、無線基地局（ＲＢＳ:radio base station）を基地コントローラ（ＢＳＣ:base station controller）に接続し、これがこれらの基地局を制御し、かつ管理し、ＭＳＣに対するトラヒックを集める。これら基地局とコア・ネットワークとの間における音声及びデータ・トラヒックの送信は、重要なタスクであり、しばしばバックホール(backhaul)と呼ばれている。モバイル・オペレータは、典型的には、専用回線（Ｔ１／Ｅ１:leased lines）、私設回線（光回線を含む）、又はバックホール処理用のマイクロ波リンクを採用している。しかしながら、専用Ｔ１又はＥ１回線は、一般的に、支払いが必要な固定電話プロバイダからこれらをリースすることを含むものであり、これは、直接的な競合者となり得る誰かに対する高額の月料金となり得る。代わって、これらのオペレータはそれ自身のワイヤ回線を使用することもできるが、しかし、これはしばしばインフラストラクチャーを構築している回線を掘り起し、かつ布線することから来るに高コストの設置のために魅力がない。他の欠点は、回線を設置する比較的に遅い配置、及び拡張に対する非柔軟性は、移動通信のような急速な成長を経験している産業において大きな制約となる。

より魅力的なオプションは、マイクロ波無線、例えばポイント・ツー・ポイント・リンクを使用してバックホールを提供することであり、これによって基地局は互いに直接通信する見通し線搭載のマイクロ波アンテナ（line-of-sight mounted microwave antenna）を介してＢＳＣに接続される。使用される他の変形は、例えば種々の基地局を単一のＢＳＣ位置に接続するポイント・ツー・マルチポイント・リンクである。増大するパケット／セル・トラヒック量を搬送するモバイル・ネットワーク及び３Ｇネットワークの成長は、これらのネットワークのバックホール部分において更なる容量及び柔軟性に対する要求を増大させるに至るであろう。マイクロ波リンクは、Ｅ１／Ｔ１中継線に匹敵し得る比較的多量のデータを搬送でき、オペレータに新しい多量の高ビット速度サービスを提供可能にする。更にマイクロ波リンクのコスト効果は、モバイル・オペレータが同一セクタ内でセルラ・バックホールをビジネス・アクセスと組み合わせるのを可能にして広範な専門的サービスを可能にし、市場及び急速に成長するビジネスに対して速やかなアクセスを可能にする。

新しいパケット交換アプリケーションと共に音声及び映像を含むサービスにおける拡大は、新しい顧客を引きつけるために新しい機会をオペレータに提供する。しかしながら、オペレータにとって第１の関心は、顧客端末に高いネットワーク品質及び信頼性のある品質のサービス（ＱＯＳ:quality of service）を提供することである。ネットワーク品質を低下させる要因には、スペクトラム効果及び過大な干渉が含まれており、これらは、セルラにおける非効率のトラヒック・リソースの割り付け、及び高い周波数再利用率によると思われる。

以上の観点から、ビジネス・アクセス・アプリケーションのような高ビット速度サービスにおけるサービスの信頼性及び品質を保証するために、モバイル・ネットワーク・インフラストラクチャーにおけるシステム品質及び周波数再利用を最適化する改良ネットワーク計画機構を提供することが望まれる。

（発明の概要）
複数の実施例により、及びその関連する特徴を簡単に説明すると、例えばブロードバンド・ワイヤレス・アクセス・システム又はＬＭＤＳにおけるマイクロ波ポイント・ツー(to)・ポイントとポイント・ツー・マルチポイント・リンクとのインテリジェント組み合わせを使用することにより、モバイル・ネットワーク・インフラストラクチャー及びビジネス・アクセス・アプリケーション用の周波数再利用に関連してシステム品質を最適化するネットワーク設計機構のための方法及びシステムが提供される。本発明の一実施例において、無線基地局（ＲＢＳs）サイトは、光ファイバ回線、専用回線又は好ましいマイクロ波リンクの組み合わせにより、スイッチ・サイトに接続されてもよい。この実施例は、いくつかのエンド・サイトからのトラヒックを選択した複数のハブ・サイトに集中可能にする。例えば、ポイント・ツー・ポイント・リンク及びポイント・ツー・マルチポイント・リンクのネットワーク設計は、第２のＲＢＳサイトと同一位置に配置されたアクセス端末が第１のＲＢＳ及び第２のＲＢＳの両者からハブ・サイトへのトラヒックを経路設定するように、ポイント・ツー・ポイント端末により、第１のＲＢＳサイトを第２のＲＢＳサイトに接続可能にする選択がなされてもよい。これは、第１のＲＢＳサイトのトラヒックがリモート・ポイントからマルチポイント・サイトへの共通チャネル干渉により影響されるのを大幅に低減可能にする。

本発明のシステム構成において、システムは、組み合わせられたポイント・ツー・マルチポイント及びポイント・ツー・ポイント・リンク解決法により、ポイント・ツー・マルチポイントによりカバーされたセクタのある部分内で過大な干渉のために受け得る品質劣化を最小化することによって、最適化される。ハブ方向において過大な干渉を受ける計画段階におけるＲＢＳは、ポイント・ツー・マルチポイント・ハブに直接接続されてはいないが、しかしポイント・ツー・ポイント・リンクを介して前の周波数と視野方向で異なるＲＢＳ（又はビジネス・ユーザ）と同一位置に配置されたアクセス端末に接続される。続いて、アクセス端末は、ポイント・ツー・マルチポイント・ハブを接続して構築すべき周波数の周波数再利用率を可能にする。ポイント・ツー・ポイント・リンクは、割り付けられた周波数を使用することなく、単一のワイド・バンド・チャネルからなるポイント・ツー・マルチポイント周波数ブロックの一部を使用し、かくして大幅な干渉の軽減に帰結する周波数の周波数再利用率の安全な使用を可能にする。

本発明は、更なる目的及びその効果と共に、添付する図面と連携して以下の説明を参照することにより最もよく理解される。

（発明の詳細な説明）
（１．適用範囲）
本発明の一実施例において、例えばマイクロ波ポイント・ツー・ポイント・リンクとポイント・ツー・マルチポイントとの組み合わせ利用、ブロードバンド・ワイヤレス・アクセス・システム、又はローカル・マルチポイント分散システム（ＬＭＤＳ：Local Multipoint Distribution System）により、モバイル・ネットワーク・インフラストラクチャー及びビジネス・アクセス・アプリケーションのために周波数再利用を最適化する機構が提供される。例えば、ファイバー・ネットワークを構築するために比較的長時間と比較して、ＬＭＤＳネットワークが極めて迅速にロール・アウト（構築）されて複数の日月程度で顧客サービスを提供することができるので、ＬＭＤＳの展開は特に魅力的である。

図１は、モバイル・ネットワーク・アプリケーション用アクセス・ネットワークの一例を示す。エンド無線基地局（ＲＢＳs）は、光ファイバ、専用回線又はマイクロ波リンクの組み合わせによりスイッチ・サイトに接続されてもよい。この最新技術は、経済的及び展開速度の両方の理由から好ましいものである。更に、図１は、どのようにすれば、いくつかのエンド・サイトからのトラヒックを選択されたハブ・サイト（ハブ・サイト１〜４）に集中できるのかを示す。図において、トラヒックが集中するサイトは、ハブ・サイトと呼ばれる。ビジネス・アクセス・アプリケーションは、ＲＢＳをビジネス・ユーザによって単純に置換しても図１によって依然として説明され得る。本発明は、マイクロ波ポイント・ツー・ポイント技術とポイント・ツー・マルチポイント技術とのインテリジェントな組み合わせが、ポイント・ツー・マルチポイント又はポイント・ツー・ポイント配置の排他的使用と比較して、どのようにすればスペクトラム効率を大きく改善することができるのかを示す。

２．モバイル・インフラストラクチャー及びビジネス・アクセスにおけるポイント・ツー・マルチポイント・システムの使用
モバイル・インフラストラクチャー及びビジネス・アクセスのアプリケーションにおいてポイント・ツー・マルチポイント・システムを使用することでの主な利点は、前出のセクタで述べたように、ロール・アウトの柔軟性、最適トラヒック・リソース割り付けによるトラヒック集合、及びポート集合である。

非同期転送モード（ＡＴＭ）、及び高速ダイナミック割り付け（ＦＤＣＡ：Fast Dynamic Capacity Allocation）を有するＴＤＭＡアクセス機構に基づくポイント・ツー・マルチポイント・システムは、ポイント・ツー・ポイント・リンク又は専用回線に比較して、いくつかの利点がある。テレコム用に最適化されたパケット転送技術としてのＡＴＭは、保証されたサービス品質（ＱｏＳ:guaranteed Quality of Service)、及びリアル・タイムと非リアル・タイムのトラヒックを搬送する能力を提供する。変動する容量要求に適応するためにＡＴＭを使用する正味の利益は、ネットワークがＱｏＳを今まで通り提供すると共に、登録されたユーザ数の見地から「加入超過(oversubscribed)」となって、オペレータにとってコスト節減になり得る。更に、ＡＴＭは、異なるサービス及びユーザ間で異なる優先順位、品質パラメータ及び料金を提供し、かつＩＰ及びレガシー・サービス(legacy service)をサポートすることができる。

高速ダイナミック容量割り付け（Ｆ−ＤＣＡ：Fast Dynamic Capacity Allocation）は、ＡＴＭセル・ベース上でポイント・ツー・マルチポイント・システムに容量を割り付けるためのキーである。Ｆ−ＤＣＡの利益は、セクタ上で容量を完全な柔軟性をもって共有する能力である。ＬＤＭＳソルーションの一例は、ブロードバンド・ワイヤレス・アクセス・システムであるエリクソンのＭＩＮＩ−ＬＩＮＫ ＢＡＳ（登録商標）であり、これは高速インターネット、ＶＰＮ、ＬＡＮ−ＬＡＮ相互接続及びビデオ会議のような高度の帯域幅サービスのために基地局間で容量が専用される、又はダイナミックに割り付ける能力を有するポイント・ツー・マルチポイント・マイクロ波を使用するブロードバンド無線アクセスシステムである。

ポイント・ツー・マルチポイント・システムを構築するときにロール・アウト柔軟性（roll out flexibility）は、システムにより固有に提供されるエリア・カバレッジから来る。トラヒック集合の利益は、粒状ゲインに関連し、かつ潜在的なトラヒック・オーバーブッキングに関連して得られる。最後に、ポイント・ツー・マルチポイント・システムにおける組み込みＡＴＭコンセントレータ (concentrator) は、ハブ・サイト又はスイッチ・サイトにコスト効率的なポート集合を可能にする。

ポイント・ツー・マルチポイント・マイクロ波伝送は、経済的に競合する基地局又はビジネス・ユーザの最小密度を要求する。簡単に云うと、ポイント・ツー・マルチポイント・システムは、４〜５基地局又はビジネス・ユーザが中央のポイント・ツー・マルチポイント・ハブに接続可能されているときに、興味のあるオプションとなる。ポイント・ツー・マルチポイントが密な領域にあるポイント・ツー・ポイント上で明確な利点を有すると共に、２つの技術が組み合わせて使用され続けることになるはずである。ポイント・ツー・ポイント・マイクロ波は、典型的には、距離又は干渉がこれを必要とするときに、基地局が少ない密度領域に、かつポイント・ツー・マルチポイントとの組み合わせにより、配置される。

ここで使用された定義及び用語は、下記を適用する。
・ポイント・ツー・マルチポイント − 特定の媒体を介し、かつ特定の多重アクセス機構を使用することによっていくつかのアクセス端末を接続した単一のハブ施設からなるマイクロ波システム技術。
・ポイント・ツー・マルチポイント・ハブ − 無線接続を通して１以上のアクセス端末をインターフェースする機器。通常、これはアンテナ及びモデムを有する少なくとも１台の無線ユニット（ただし、限定されなくともよい）からなる。これはハブ・サイトに配置される。
・ＡＴ−アクセス端末 − 無線接続を介してポイント・ツー・ポイント・ハブに向かってハブ・サイトにリモート・サイトを接続するために使用される端末装置。
・ポイント・ツー・ポイント − ２ポイントを接続する単一リンクからなるマイクロ波システム・トポロジー機構。
・ポイント・ツー・ポイント端末 − ポイント・ツー・ポイント・リンクの２端で必要とされる端末装置。

（３．問題説明）
ポイント・ツー・マルチポイント・システムは、セルラ構造に配置され、また周波数再利用が成功した配置に対して基本となる。１セクタにおける全ての端末、即ち同一のポイント・ツー・マルチポイント・ハブに接続された全てのアクセス端末は、典型的には、ＴＤＭＡアクセス機構を有するブロードバンド・ポイント・ツー・マルチポイント・システムに対して同一周波数を使用する。

ここで図２を参照すると、再利用率は、オペレータに利用可能なチャネル数と、同一セクタにおいて使用可能なチャネル数との間の比として定義されてもよい。低い再利用率により、良好なスペクトラム効率が達成される。以下では、１及び２の再利用率による配置を比較する。例えば、ポイント・ツー・マルチポイント・システムを有する３Ｘ３ハブ・サイトによってある特定領域をカバーする必要があるものとする。図２に２及び１の再利用によるセル・パターンを示す（星はハブ位置を示す）。図示の「再利用２」のパターンは、２つの周波数（Ａ／Ｂ）及び２つの偏波（ａ／ｂ）を使用し、一方、図示の「再利用１」のパターンは、１つの周波数及び２つの偏波（ａ／Ａ）を使用している。

ここで図３を参照すると、全領域にわたるフリー視野方向（free line of sight）を仮定したセル・パターンは、図３に全領域について示し、かつ図４に最悪セクタについて示すＣＩＲ（搬送波対干渉比）パターンを発生する。受信機の劣化を限定し、かつシステムの誤りのない動作を達成するために、ＣＩＲ（又はＣ／Ｉ）は使用した変調機構に依存する値を超える必要がある。

ポイント・ツー・マルチポイント・セルラ配置は、主として正方形のセクタの側面及び対角線に沿って、カバー・セクタ内の領域の一定部分が共通チャネル／共通偏波リモート・ハブのために過大な干渉を受ける恐れがあるような存在であると結論してもよい。この部分は、再利用率が低い時に高くなる。

ポイント・ツー・マルチポイント・セルラ配置は、カバーされたセクタ内の数個所が共通チャネル／共通偏波リモート・ハブのために過大な干渉を受ける恐れがある。これは、高い周波数再利用（例えば２以上）により回避され得る。従って、この選択は、スペクトラム効率とネットワーク品質との間に存在する。

本発明の実施例は、スペクトラム効率及び最高品質を同時に可能にするネットワーク計画機構を意図している。最高スペクトラム効率を達成するために、ポイント・ツー・マルチポイント・システムが周波数の周波数再利用について計画される。ネットワーク品質の低下を回避するために、設計段階においてポイント・ツー・ポイント・リンクが使用され、例えば各位置においてＣ／Ｉ値の関数としてポイント・ツー・マルチポイントか、又はポイント・ツー・ポイント端末が選択される。

図５はＲＢＳ−１を示し、アクセス端末（ＡＴ）を通ってローカル・ハブに接続されているときは、リモート・ポイント・ツー・マルチポイント・ハブからの共通チャネル干渉により影響される。代わって、ＲＢＳ−１がポイント・ツー・ポイント端末によりＲＢＳ−２に接続されているときは、アンテナ角の弁別がＣ／Ｉ値及びネットワーク品質を改善する。最後に、ＲＢＳ−２と同一位置に配置されたＡＴは、ＲＢＳ−１及びＲＢＳ−２トラヒックの両者をハブへ経路設定する。ポイント・ツー・ポイント・リンクは、ポイント・ツー・マルチポイント・スペクトラムの一部（例えば、２８ＭＨｚポイント・ツー・ポイント周波数ブロック割り付け内の７ＭＨｚ）を再利用することができ、図６に示されているように、高いスペクトラム効率的解決法を可能にすることに注意すべきである。更に、図５は、モバイル・インフラストラクチャー・アプリケーションを例示しているが、しかしＲＢＳは、説明した概念を変更することなく、ビジネス・ユーザにより置換されてもよいことに注意すべきである。

本発明は、ポイント・ツー・マルチポイントとポイント・ツー・ポイントとの組み合わせ使用を意図しており、実施例の解決方法は、完全なアクセス・ネットワーク配置にとって十分となるように（ハブ間の可能リンクを除く）、ポイント・ツー・マルチポイント・システム・チャネル・サイズに等しい単一周波数ブロックの使用を可能にし、かつスペクトル効率に関して大きな改善が得られる。必要とする全体の周波数ブロックがポイント・ツー・マルチポイント、ブロードバンド・ワイヤレス・アクセス・システム又はＬＭＤＳのチャネル・サイズに等しくなるように、最小スペクトラム使用により、ポイント・ツー・マルチポイントとポイント・ツー・ポイント・リンクの使用を組み合わせて、マルチ・サイト・セルラ配置の各カバーされたセクタにおいて、システム品質が最適化される。更に、スペクトラム使用は、トラヒック経路設定ダイバーシティに連携して角アンテナ弁別により最小化される。

前の周波数による視野方向において、計画段階にハブの方向に過大な干渉を受けるＲＢＳ又はビジネス・ユーザが、ポイント・ツー・マルチポイント・ハブに直接接続されず、異なるＲＢＳ又はビジネス・ユーザと同一位置に配置されたアクセス端末（ＡＴ）に接続しているポイント・ツー・ポイント・リンクを介して接続されるという改善がある。ＡＴは、ポイント・ツー・マルチポイント・ハブを順次接続する。ポイント・ツー・ポイント・リンクは、いかなる専用周波数も使用しないが、単一ワイド・バンド・チャネル（１の再利用）からなるポイント・ツー・マルチポイント周波数ブロックの一部を使用する。干渉は遮断され、かつネットワーク品質は、ポイント・ツー・ポイント端末の高指向性アンテナの角度保護に対して排他的なために、ごく僅かなスペクトラム浪費をもって維持される。

本発明は、その明示的な実施例を参照していくつかの観点から説明されたが、変形及び変更は、この技術分野に習熟する者に明らかとなる。従って、下記の請求項は限定的な解釈を与えるのではなく、開示した発明の要旨から導き出される変形及び変更を包含するように見るべきである。

例示的なアクセス・ネットワークの説明である。 それぞれ１及び２の周波数再利用率を使用した結果のセル・パターンを示す。 それぞれ１及び２の周波数再利用率に対する全ＣＩＲパターンを示す。 最悪セクタに対するＣＩＲパターンを示す。 周波数１の周波数再利用率の安全使用を可能にするポイント・ツー・マルチポイントとポイント・ツー・ポイント・リンクとの組み合わせを示す。 ポイント・ツー・マルチポイント周波数スペクトラム内に含まれるポイント・ツー・ポイント・リンクを示す。

Claims (10)

1. 複数の無線基地局（ＲＢＳ）サイトにマイクロ波リンクで接続された複数のハブ・サイトにさらに接続されたスイッチ・サイトを備えたモバイル・ネットワーク・インフラストラクチャー用のネットワーク計画方法において、
   前記モバイル・ネットワークは、ワイヤレス・データ及び音声サービスを提供するように構成され、
   ＲＢＳサイトをハブサイトに接続するために、当該ＲＢＳサイトの位置におけるＣ／Ｉ値の関数として、当該ＲＢＳサイトと同一位置に配置されたポイント・ツー・マルチポイント端末又はポイント・ツー・ポイント端末のいずれかを選択し、
   前記ポイント・ツー・ポイント端末が、前記ハブサイトにポイント・ツー・マルチポイント・リンクにより接続されている他のＲＢＳサイトに、ポイント・ツー・ポイント・リンクにより前記ＲＢＳサイトを接続することにより、前記ＲＢＳサイトを前記ハブサイトに接続し、前記ＲＢＳサイトのＣ／Ｉ値および前記モバイル・ネットワークの品質を改善すること、を特徴とする方法。
2. 前記ポイント・ツー・マルチポイント・リンクはマイクロ波リンクであり、かつ単一のワイド・バンド・チャネルのみの使用を必要とする周波数の周波数再利用を実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ポイント・ツー・ポイント・リンクはマイクロ波リンクであり、かつ専用周波数を使用することなく、周波数再利用を有する単一のワイド・バンド・チャネルからなる前記ポイント・ツー・マルチポイント周波数ブロックの一部を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記モバイル・ネットワークにおけるスペクトラム利用はトラヒック経路ダイバーシティと連携した角度アンテナ弁別により最小化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ＲＢＳサイトが、高ビット・レートビジネス・アクセス・アプリケーションを受信し、かつ実行するビジネス・ユーザにより置換されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 複数の無線基地局（ＲＢＳｓ）にマイクロ波リンクで接続された複数のハブ・サイトにさらに接続されたスイッチ・サイトを有するモバイル・ネットワークにおいて、該モバイル・ネットワークは、無線データおよび音声サービスを提供するように構成され、
   ＲＢＳサイトをハブサイトに接続するために、当該ＲＢＳサイトの位置におけるＣ／Ｉ値の関数として、当該ＲＢＳサイトと同一位置に配置されたポイント・ツー・マルチポイント端末又はポイント・ツー・ポイント端末のいずれかを選択する手段を有し、
   前記ポイント・ツー・ポイント端末が、前記ハブサイトにポイント・ツー・マルチポイント・リンクにより接続されている他のＲＢＳサイトに、ポイント・ツー・ポイント・リンクにより前記ＲＢＳサイトを接続することにより、前記ＲＢＳサイトを前記ハブサイトに接続し、前記ＲＢＳサイトのＣ／Ｉ値および前記モバイル・ネットワークの品質を改善することを特徴とするモバイル・ネットワーク。
7. 前記スイッチサイトと前記複数のハブサイトとの間のリンクは、無線マイクロ波リンク、光ファイバ回線又は銅線のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載のモバイル・ネットワーク。
8. 前記ポイント・ツー・ポイント端末は、前記ポイント・ツー・ポイント・リンクを、干渉を減少させるために高い角度弁別を有する無線アンテナの使用により確立することを特徴とする請求項６に記載のモバイル・ネットワーク。
9. 前記ポイント・ツー・ポイント・リンクは、マイクロ波リンクであり、かつ単一のワイド・バンド・チャネルからなるポイント・ツー・マルチポイント周波数ブロックの一部を使用し、専用周波数を使用することなく、周波数再利用をすることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のモバイル・ネットワーク。
10. 前記ＲＢＳサイトは、高ビット・レートビジネス・アクセス・アプリケーションを受信し、かつ実行するビジネス・ユーザにより置換できることを特徴とする請求項６に記載のモバイル・ネットワーク。

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