JPH02210923A - 移動体通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、将来、世界規模で展開されるＧＰＳシステム
と、自動車電話やテレターミナル等、ゾーン切換方式で
ゾーン管理を行っている移動体通信システムに関するも
のである。

〈従来技術〉 自動車電話、携帯電話、テレターミナル等、移動体通信
では、多くの加入者回線を確保し、周波数を有効利用す
る立場から、ゾーン切換方式を採用している移動体通信
システムが用いられている。

このゾーン切換方式では、サービスエリアを多くのゾー
ンと呼ばれるエリアに分割し、この分割されたゾーン内
をカバーする端末局をゾーンごとに設置している。この
場合、ある周波数を用い−Ｃいるゾーンから、干渉の起
らない程度前れた別のゾーンでは、再び同じ周波数を利
用することができる為、周波数の有効利用ができ、確保
回線数を上げることができる。

このゾーン方式の例を第３図に示す。

第３図において、第３図＜ａ）は１サ一ビスエリア１ゾ
ーン方式、第３図（ｂ）は中ゾーン方式、第３図（Ｃ）
は小ゾーン方式のモデル図である。

図中、２１の円はサービスエリアを示し、ゾーンは仮に
六角形ゾーンとする。また、Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄはそのゾーンにおいて用いる移動体通信の周波数を示
している。

第３図（ａ）においては１サービスエリアに１ゾーンし
か存在しないので、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの全周波数を用いて
いる。第３図（ｂ）、第３図（Ｃ）においては周波数を
隣接ゾーンでは干渉しない様変える必要があるので、４
種（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）に周波数分割している。

上記の状態での各方式による有効回線数を次に試算する
。

各周波数（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）当り、１０チヤンネルの回
線を確保できるとすると、次のとおりとなる。

１サ一ビスエ１夫ア１ゾーン方式・・・・・・・・・１
０Ｘ４＝４０チヤンネル １サ一ビスエリア中ゾーン方式・・・・・・１２Ｘ１０
＝１２０チヤンネル（１部エリア外含む）１サ一ビスエ
リア小ゾーン方式・・・・・・２０Ｘ１０＝２００チヤ
ンネル（１部エリア外含む）従って、ゾーンは小さくす
る程、周波数の再利用ができ、多くの回線数を確保でき
る。

そのため、移動体通信システムではゾーンの小エリア化
が望まれている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このようなゾーン切換方式を用いた移動体通信システム
では、次の２つのシステムが必要とされるＯ ■移動体の位置検出に係るシステム。

■移動体の移動時におけるゾーン間制御に係るシステム
。

以下、この２つのシステムについて説明を行なう。

■ 移動体の位置検出に係るシステム。

移動体では送受信が行われるため、その移動体がどのゾ
ーンに存在するか、在圏ゾーンの把握が必要である。

そのシステムを自動車電話を別に説明する。

移動体局より発信時においては、その電波をその周辺の
端末局の数周（例えば７局）で受信し、その電界強度の
最も高い局が在圏間として、登録され、送受信を受けも
つ。

一方、受信時は、移動体局は、常時受信できる様、端末
局の送信信号を常にモニターし、同じように電界強度を
用いて自分の在圏ゾーンを判定し、在圏ゾーンがかわっ
たときには、移動ゾーン信号を発し、基地局にゾーン移
動を知らせる。基地局ではこの信号にて移動局の位置を
登録し直し、いつでも、その移動体に対し呼び出し送信
を行えるようにしている。

このようにして、基地局では移動体の送受信時には、常
に移動体の在圏ゾーンが検出できるようになっており、
そのゾーン内で周波数を割りあてて、通信できるシステ
ムとなっている。

■　移動体の移動時におけるゾーン制御に係るシステム
。

ゾーン切換方式、特に小ゾーン方式では、移動体が送受
信中（回線交信中）に移動し、他のゾーンに移ってしま
う可能性がある。そのため、ゾーンがかわっても継続し
て回線を保つシステムが必要である。これがゾーン間制
御と呼ばれるシステムである。

在圏ゾーン端末局は、移動体からの受信電界強度が下が
ってくるとゾーン端に移動体がきていると判断し、隣接
端末局にて、その電界強度を探知し、最も電界強度の強
い局が次の在圏ゾーンであることを判断し、チャンネル
を切り換えて回線を保つようにしている。

このシステムによって、移動体が数ゾーンにわたって移
動しても、連続して回線が保たれ、交信できる様になる
。

このような在圏を管理するシステムにおいては次のよう
な問題点を生じていた。

（１）　　移動体の位置・在圏ゾーン決定には、電界強
度という方向性のないスカラー値を用いているため、移
動体の具体的な位置がわからず、受信可能端末局全てに
おいて受信し、電界強度測定を行い、その測定結果を比
較して在圏ゾーン局を決定する必要がある。

次に、移動体が移動中に受信電界強度が下がった時の様
子を第５図に従って説明する。同図は電界強度分布のモ
デル図で一般に電界強度分布は地図平面上では同心円方
向に等しくなる。

（但し、送受信アンテナが無指向性の場合）。

従って図中（７）〜（ト）ゾーンの円は各送受信可能な
電界強度領域を示している。

また（７）ゾーンのうち２２の円内は強電界強度領域、
２３の斜線部は弱電界強度領域を示している。

移動体が移動中に他の在圏ゾーンに移る場合、電界強度
が下がってくると、次の在圏ゾーン間に切り換えて、回
線を保つ訳であるが、地上に設置したアンテナ局を用い
て、電界強度を測定した場合、しやへい物の存在、伝搬
路状態、マルチパス、フェージング等によシ、電界強度
の下がった領域（弱電界強度領域）は一定の距離に決め
られず、図中の２３の領域のように広い領域となる。

従って、端末局で電界強度が下がって１次の在圏ゾーン
端末局に切換える場合、弱電界強度領域２３の斜線部の
どこかに移動体は存在するもののその中のどこにいるか
わからない。従って、全隣接ゾーン端末局（本例の場合
（イ）〜（２）局の８局）で電界強度測定を行ない、そ
の測定結果を比較して、新在圏ゾーンを決定する為に、
新在圏ゾーンでのチャンネル確保等、全隣接ゾーン間に
わたって、大きな負担をかけることになる。これは、移
動体の存在位置が、どの隣接ゾーン間に近いかあるいは
移動中かが不明なためにおこるものである。

＋２１　　＋１＋にも記した様に、電界強度は、しやへ
い物の存在、伝搬路状態、フェージング、マルチパス等
により一定にならない。−例として、第４図に自動車電
話のフェージングデータを示す。

このデータは市街地で自動車を１０ｍ程度の距離にわた
り、移動し、その受信電界強度をデシベル値であられし
たものである。

このように電界強度の変化は常に大きく生じており、そ
のため、弱電界強度領域、特にゾーン端部では、（７）
の在圏ゾーン内に移動体があってもこれらの影響で隣接
ゾーン間（仮に（ｆ）局）の方が電界強度が強いと判断
し誤ったゾーン確定をしてしまうおそれがある。

ところで、ゾーン間制御においては移動体がゾーン間を
（７）→（イ）→（７）→（イ）と移動中の場合例えば
ゾーン端部）、最大受信電界強度局も（７）＝（イ）→
（７）→（イ）とかわシ、在圏ゾーンも（７）→（イ）
→（７）→（イ）とかわることになる。これは一般にバ
タツキ現象と呼ばれている。

しかしながら、前記の例のように、比較的電界強度の弱
いゾーン周辺部を移動中においては、同一ゾーンに在圏
しているにもかかわらず、７エージング、しやへい物の
存在等により、電界強度が強弱し、バタツキ現象と同等
に見なされる危険性があった。このため、本来、同一ゾ
ーンにいるため、（７）局でのみ対応すればよい回線チ
ャンネルを、両方のゾーンにて回線チャンネルの準備、
制御を行う必要があるため、電波の活用効率の低下、制
御局の負担増等の問題が生じていた。また、この現象は
、小ゾーン化、送受信機の小電力化を施こすことでさら
に増加する危険性がある。

本発明は以」二のような点に鑑み、移動体の位置、在圏
ゾーンの決定に方向性がなく、かつ、測定安定性のない
電界強度値を用いることなしに、直接、移動体の物理的
位置（緯度、経度）を与えることにより、在圏ゾーンを
決定し、また移動方向も得ることにより、よυ正確で、
制御が簡単な、かつ電波利用効率を高めることのできる
在圏管理を有する移動体通信システムを提供することを
目的とするものである。

く問題を解決するための手段〉 本発明はゾーン切換方式を有する移動体通信システムに
おいて、移動体が、ＧＰＳ受信機でゆ調し、得られた位
置情報を固定端末・基地局に伝送することで、この物理
的情報で移動体の位置を検出し、在圏ゾーンを確定する
移動体通信システムとする構成をとっている〇 く作用〉 本発明においては、在圏ゾーンの確定は、移動体の物理
的（地理的）位置情報をもとに、あらかじめ電波伝搬な
どを考慮して物理的（地理的）に決められた端末局ゾー
ンに割り合てることで行っている。その結果、従来の問
題点のもとになっていた存在位置の不確さの解消、進行
方向、移行シーの確定が明確に行えるだめ、ゾーン間制
御の簡単化、電波の有効活用をはかることができる。

又、移動体の位置が連続的に極めて精度よく認識できる
ため個々の移動体の運行管理としても応用できる。

〈実施例〉 本発明の実施例を第１図に示す。

図中、１は移動体通信機を示し、２は端末局■、３は端
末局■、４は移動体通信システムの制御装置を示す。

また、１３．１４は各々制御装置４と端末局■２と、端
末局■３を結ぶ有線系で、端末局の制御信号の伝送路で
ある。

次に各通信機の構成を示す。移動体通信機１は、ＧＰＳ
受信機５及びそのアンテナ７、移動体通信送受信部６及
びそのアンテナ８よシなる。端末局■、■（各々２．３
）は、送受信部及び端末制御部１０，１２、アンテナ９
，１１より構成される。

また、図中１５の無線電波は、移動体通信に用いられて
いる周波数割りあてされている電波（周波数）を示して
いる。

次に本実施例を用いて、移動体通信システムについて動
作を説明する。

１ず、移動体通信機１はＧＰＳ受信機５を用いてその物
理的位置（緯度、経度）の検出を行う。

ここでＧＰＳ受信機５の構成について説明すれは次の通
りである。

現在、移動体の位置検出手段として、人工衛星を利用し
てマイクロ波通信によってこれを行うＧ　Ｐ　Ｓ　（Ｇ
ｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）
があり、これによれば、世界のどこにいても自己の位置
を極めて精度よく検出することが可能となる。

更に言えば、移動体に人工衛星（ＧＰＳ衛星）からの信
号を受信し、復調するＧＰＳ受信機を設置し、このＧＰ
Ｓ受信機のおかれた緯度、経度、高度情報を幾何学的に
精度よく検出するものである。

ＧＰＳでは地上から４個以上のＧＰＳ衛星が常時見える
ように衛星を打ち上げておき、一方性上における移動体
には衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機を備えてお
く。ＧＰＳ受信機は各衛星から送られＧＰＳ受信機にお
いて受けられる受信信号（１〜２ＧＨｚ程度）に含まれ
る衛星の軌道データを用いケプラーの方程式を解くこと
によって各衛星の位置を求め、次に各衛星から移動体ま
での距離を衛星から送られる電波の伝搬時間によって測
定し、これらより連立方程式を解くことにより移動体の
位置を算出する（雑誌　エレクトロニクス（オーム社発
行）昭和５９年１２月号　参照）。

上記ＧＰＳ受信機５によって得られた位置データはその
移動体の存在位置として、移動体通信機１を介して端末
局■２へ伝送される。端末局■２では、端末局内の端末
制御部１０或いは、移動体通信システム制御装置４によ
り、この移動体通信機の物理的（地理的）位置及びあら
かじめ電波伝搬などをベースに物理的（地理的）に決定
している端末局のゾーン情報から、この移動体の在圏ゾ
ーンが端末局■２のものであることを確定し、登録を行
い、端末局■２にて送受信を受けもつ。

また、端末局■２で受信していても、在圏ゾーンが端末
局■３であれば、在圏ゾーンが端末局■３であることを
確定し、登録を行い、端末局■３で受信を受けもつ。こ
のときの接続制御の一例を第６図にフローチャートで示
す。

図中のフローチャートのうち左側が移動体通信機、右側
が基地制御局の動作プロセスを示している。

移動体通信機１に組み込まれるＧＰＳ受信機５では常に
ＧＰＳ受信［相］を行い、移動体の位置データを算出［
相］し、移動体通信送受信部６にその位置データを与え
ている。

移動体通信送受信部６では、電源投入時に在圏ゾーンの
制御チャンネルの端末局コードを受信［相］し、異なれ
ば自分のＩＤコード、位置信号を通信中桟にもとづき送
受信［相］、［相］し、制御装置４側で担当端末局をそ
の物理的位置情報により決定［株］。

［相］する。このようにして、常に物理的位置にもとづ
いた担当端末局の決定を行い、移動体通信機１ではこの
端末機に合ったコードの登録を行う［相］。

［相］、［相］ｌ＠ｔ。

また、着発信時０には、基地局との接続手順にのっとシ
、接続を行う［株］、［相］。移動体通信機１では切換
指令が来るまで、位置情報を含んだ通話内容を交信［相
］、［相］する。制御装置４では、位置情報にもとづき
、在圏ゾーンを判定［相］し、また、ゾーン切換の際に
は次のゾーン決定◎、チャンネル決定■、切換指令など
Ｏを行い、物理的位置にもとづいたゾーン切換管理を行
っている。切換指令が出た場合には、移動体通信機と基
地局は再び接続手順にのっとυ、新しい端末局との間で
接続を行う■、［有］、［相］。

本動作において、従来の問題点となっていだ■移動体位
置検出と移動時の新在圏ゾーン決定、■誤在圏ゾーン確
定、の検証を行う。

■　本発明においては、端末局■２において移動体通信
機１の物理的場所がわかるため、周辺開会てで受信し、
かつ、全受信電界強度レベルの比較という複雑な位置検
出プロセスを行う必要がない。

また、移動時には、その移動方向、すなわち、次にうけ
もつべき新在圏ゾーン端末局が明確に決定できるため、
隣接ゾーン全てでの電界強度レベル測定、比較のプロセ
スがなくなり、かつ、新在圏ゾーン予定端末局のみチャ
ンネル準備を行えばよい。また、情報処理により、新ゾ
ーン圏到達時間を知ることも可能なため、より細かなマ
ルチチャンネルアクセスを行うことができ、アクセス効
率を上げることができる。

■　ＧＰＳ受信機においては、数十ｍの誤差で物理的位
置を確定できるため、ゾーン境界部や周辺部においても
誤って他ゾーンに切換えたシすることが全くなくするこ
とができる。また、小ゾーン化においては、境界領域が
増える為、実際にゾーン間を行き来する移動体も増える
が、移動体の速度や進行方向のデータベース次第では、
信号処理ソフトによυゾーン間のオーバーラツプを許し
て、チャンネルを切換えない等の効果的なアクセス方法
も可能となる。

尚、本移動体通信機１においては、ＧＰＳ受信機５．移
動体通信送受信部６は一体として示しているが、３割し
てもよく、ＧＰＳ受信機５は個別に動作・表示機能を持
っていてもよい。

葦だ、位置情報の送信方法は、連続９間欠いずれでもま
だ、いかなる方法でもシステムに応じればよい。

次に第２の実施例全く第２図〉に示す。

これは、移動体通信機１９の別の形態を示したもので、
移動体通信システムのうちの移動体通信機のみあられし
ている。

本実施例において、１６は自動車を示し、１７はＧＰＳ
用アンテナ、１８はＧＰＳ受信機を含んだナビゲーショ
ンシステム、１９は移動体通信機、２０はその通信機１
９のアンテナを示す。

本実施例の基本動作は第１の実施例と全く同じであるが
、自動車に用いられる地図表示装置等を装備したナビゲ
ーションシステム１８を移動体通信システムのゾーン管
理（切換）に兼用する方式である。このナビゲーション
システム１８には、ＧＰＳ受信機が含まれておシ、緯度
、経度を得ることができ、このデータを移動体通信機１
９に伝送することにより、簡易な移動体通信機１９を構
成することができる。

〈発明の効果〉 本発明においては、ゾーン切換方式を有する移動体通信
システムにおいて、その移動体のゾーン管理をＧＰＳ受
信機を用いた物理的（地理的）位置にて行う。

その結果、移動体の位置が明確にわかる為、端末局の決
定、ゾーン間移動における端末局切換が正確に行われア
クセス効率が上がると共に、他端未開への負担をなくす
ることができる。また、誤ゾーン動作がなくなり、バタ
ッキに対しても効果的な対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る移動体通信システムの一実施例の
構成説明図、第２図は移動体の具体例の構成説明図、第
３図はゾーン方式の移動体通信システムのモデルの説明
図、第４図は市街地の短区間における受信レベル変動を
示す波形図、第５図はゾーンの電界強度分布を示す説明
図、第６図は移動体通信システムの接続制御のフローチ
ャートを示す。 図中、１ ：移動体通信機 ：端末局■ ：端末局■ ：移動体通信システムの制御装置 ：ＧＰＳ受信機 ：移動体通信送受信部 ：ＧＰＳアンテナ ：移動体通信アンテナ ：端末局■アンテナ ：端末局■送受信部及び端末制御部 ：端末局■アンテナ ：端末局■送受信部及び端末制御部 ：有線系伝送路■ ：有線系伝送路■ １５：無線電波 １６：自動車 １７：ＧＰＳ用アンテナ １８：ナビゲーションシステム １９：移動体通信機 ２０：移動体通信機アンテナ ２１：サービスエリア ２２：強電界領域 ２３：弱電界領域 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ｄ 蓼　２　図 距鎚（ｍ） 七鈴叱めルｎｋおｉ７Ｄ　ｔＪ　Ｌベル（−区）（動（
永ｆＨ動、孕ビ、１閘竹了５テナ４Ｌ羽）第　４図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ＧＰＳ受信機と移動体通信機を有する移動体、及び
   固定端末・基地局から構成されるゾーン切換方式を有す
   る移動体通信システムにおいて、移動体が前記ＧＰＳ受
   信機で復調した上記移動体の位置情報を上記移動体通信
   機より送出し、上記固定端末・基地局は、該移動体の物
   理的（地理的）位置を受信することにより、移動体の物
   理的位置を把握し、その位置をベースに、物理的に決め
   られた移動体在圏ゾーンを切換えることを特徴とした移
   動体通信システム。