JPH0337336B2

JPH0337336B2 -

Info

Publication number: JPH0337336B2
Application number: JP60232458A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sakamoto; Hitoshi Oodate
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1991-06-05
Also published as: JPS6292630A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は場所的繰返しによる周波数利用効率向
上を図つた移動通信における無線ゾーン構成方式
に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車電話方式等の小ゾーン構成移動通信方式
では、同一周波数を場所的に繰返して使用するこ
とにより周波数の有効利用を図つている。

その例を第２図をもとに説明する。ゾーン１と
２で同一周波数を使つているとき、１のゾーン内
にいる移動機が最も強く干渉を受ける点はゾーン
１の周辺でかつゾーン２に最も近い点５である。

ところで移動通信の電波伝搬特性は第３図に示
すように数ｍ程度の短区間を走行したときの受信
レベル瞬時変動と、数十〜百ｍ程度の長区間を走
行したときの短区間受信レベル平均値の変動と、
基地局・移動局間距離で決まるこの長区間におけ
る平均値の距離特性とからなつている。通常受信
レベルの瞬時変動はレイリー変動に、短区間受信
レベル平均値の変動は対数正規変動（そのdB値
が正規分布するもの）に従う。瞬時変動は反射・
散乱された複数の電波が合成して受信されるため
に生じ、短区間受信レベル平均値の変動は移動局
近傍の伝搬路上の地形・地物による遮蔽によつて
生じる。

例えば、短区間受信レベル平均値の希望波対妨
害波比（以下Ｄ／Ｕという）の所要値を15dBと
規定し、さらにこの値が満足されているべき場所
率をゾーン周辺で10％と規定する場合については
次のようになる。第２図の場合の希望波と妨害波
は伝搬路が異なることから瞬時変動、短区間受信
レベル平均値変動とも無相関である。

短区間受信レベル平均値は陸上移動無線では標
準偏差が6.5dBのdB正規分布で近似できることが
知られている。（例えば研究実用化報告第26巻第
７号「自動車電話無線回線設計」第46頁参照）希望波と妨害波の相関が０であることからdB
表示した希望波対妨害波比の値、即ちＤ／Ｕの分
布は標準偏差が6.5×√２＝9.2dBの正規分布に従
う。ゾーン周辺の場所率10％とは、点５において
Ｄ／Ｕが所要値15dBを下回わる確率が10％とい
うことである。正規分布の性質から10％点は平均
値より1.3×標準偏差だけ低い。

従つてＤ／Ｕの平均値、即ちＤ／Ｕの長区間平
均値は 15dB＋1.3×9.2≒2.7dB となる。陸上移動通信での伝搬距離特性は距離を
Ｒとしたとき電気通信学会発行の「自動車電話」
の第24頁に記載のように−35logR（dB）で近似
できる。

従つて点５において −35logr−（−35log（ｄ−ｒ））＝27dB であるからｄ／ｒ＝6.9となる。

このとき繰返しゾーンＮは上記文献の第71頁の
記載のようにＮ＝１／８（ｄ／ｒ）²＝15.9となる。平
面をすきまなくおおう条件からＮは上記文献第75頁
の記載より３、４、７、９、12、13、16、19…と
いつた離散的な値をとる。以上より繰返しゾーン
数Ｎは16となる。

この場合の周波数繰返しを第４図に示す。f₁、
f₂…f₁₆は周波数群であり、同一の周波数群を記入
してあるゾーンは同一周波数を繰返して使用する
ことを表わしている。但し図面を見易くするため
各ゾーンは六角形で表わしてある。即ち16組の周
波数群があれば全ての平面をカバーし得る。周波
数の総数を1000とすれば１ゾーン当り使用できる
チヤネル数は62チヤネルとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の説明で判るように、周波数利用率をさら
に向上させるためには繰返しゾーン数を小さくす
ればよい。しかし繰返しゾーン数を小さくするこ
とは劣化の場所率が大きくなる（即ちＤ／Ｕ比が
劣化する）ことである。即ち周波数利用率の一層
の向上のためには品質を犠性にする必要がある。

本発明の目的は品質、即ちＤ／Ｕを低減させる
ことなく周波数の場所的繰返しを向上させるもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は基地局のアンテナに扇形の指向性を有
する複数の指向性アンテナと無指向性アンテナを
使用し指向性アンテナの干渉量が小さい、所謂逆
方向の指向性アンテナで同一周波数を使用し、さ
らにこの場合に移動機が特定の場所にいて希望波
対干渉波レベル比が規定値以下となる場合には、
無指向性アンテナのチヤネルを使用させることに
よつて、周波数利用効率の向上と干渉の増大を同
時に達成するものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の内、指向性アンテナ
とこれによる周波数繰り返し使用を説明する図で
あつて、６〜１１は例えば６ヶ月の指向性アンテ
ナによつて夫々カバーされる領域（以下これをセ
クタという）であり、１２は基地局位置である。
即ちこの例は、水平面内60℃の指向性を持つ６ヶ
のアンテナによりゾーンを６ヶのセクタに分割し
たものである。指向性アンテナは例えば第５図に
示すような反射板付アンテナで実現できる。１
３，１４は反射板、１５，１６，１７はダイポー
ル素子である。基地局アンテナの構成方法は第６
図に示すようにポール１８のまわりに第５図の指
向性アンテナ６基をとりつけることで実現でき
る。１９〜２４のアンテナが第１図のセクタ６〜
１１に対応する。

第１図においてセクタ７と１０では同一周波数
群F₁を、セクタ８と１１ではF₃を、セクタ９と
６ではF₂を使用する。このように周波数を繰返
し使用したとき、例えばセクタ７においては、反
対側にあつて同一周波数を使用しているセクタ１
０のアンテナ２３からの電波が干渉波となる。し
かしこの干渉波は以下に示すように問題にはなら
ない。

セクタ１０のアンテナ２３からセクタ７へ放射
される電波はアンテナのフロントバツク比（指向
性アンテナで前方方向への放射レベルと後方への
放射レベル、すなわち干渉レベルの比、以下Ｆ／
Ｂという）だけレベルが低い。一般に指向性アン
テナのＦ／Ｂを25dB以上とすることは簡単に可
能である。しかも本発明においては通常はアンテ
ナ２０と２３はポールをはさんだ直近に設置でき
ることが多いためアンテナ２０と移動局間及びア
ンテナ２３と移動局間の伝搬路は同一である。伝
搬路が同一であるからアンテナ２０及び２３から
の電波を移動局で受信した場合、夫々の受信レベ
ルは瞬時変動も含めて完全に同一である。この様
子を第７図に示す。２５は希望波の瞬時受信レベ
ル、２６は干渉波の瞬時受信レベルであり、通常
の方法で製作されたアンテナであればＦ／Ｂを
25dB以上確保することは容易である。

一般的に移動通信で採用される周波数変調方式
（FM）ではキヤプチヤ効果によつて希望波と干
渉波のレベル比（dB表示ではレベル差）が数dB
あれば干渉波は十分抑圧される。従つてレベル差
が25dB以上の場合には全く問題にならない。

一方、セクタ１０のアンテナ２３からセクタ７
へ放射される電波は、アンテナのＦ／Ｂによるも
のだけでなく、第８図に示すようにアンテナ２３
からは前方方向へ放射された電波が建物27等で反
射されて結果的にセクタ７へ入り移動局２９で受
信されるものがある。

この反射波レベルはアンテナＦ／Ｂを実効的に
約3dB劣化させるとの測定結果がある（A.
Davidson and B.Hiben、“Measurement and
Analysis of Corner Reflector Backlobe
Levels”、1984IEEE Vehicular Technology
Conference、1984）。このときは、アンテナＦ／
Ｂによる干渉波に加えて、これとほぼ同レベルの
建物等からの干渉波として加わることを意味して
いる。この反射波と移動局との伝搬路は、希望波
と移動波との伝搬路と完全に同じではない。しか
し希望波と干渉波が同一方向から到来するため移
動局近傍の地形・地物は同一である。従つて希望
波と干渉波の瞬時値は無相関に変動するが、短区
間受信レベル平均値の変動は非常に相関が強い。
希望波と反射による干渉波の短区間受信レベル平
均値（dB）の相関をρとしたとき、相関あるガ
ウス分布の差であるＤ／Ｕの分布は次のようにな
る。

但しｘ＝Ｄ／Ｕ、Ｘは長区間におけるＤ／Ｕの
平均値、σは希望波及び干渉波の短区間受信レベ
ル平均値の対数正規変動の標準偏差であり、陸上
移動通信ではσ6.5である。

前述のようにρは１に近いが１例としてＸ＝
25ρ＝0.8の場合について短区間Ｄ／Ｕであるｘが
その所要値15dB以下となる確率を求めると、0.7
％となり、十分無視できる値である。

以上により１つのゾーン内で同一周波数を２回
繰返して使用できることを説明した。ゾーン間で
の繰返しは第４図に示した従来の方法と同様であ
り、F₁、F₂、F₃を第４図のf₁等とみて繰返せばよ
い。この結果必要な周波数群は、本実施例のよう
に６セクタ構成で、かつ２つのセクタで同一周波
数を共用する場合、３×16＝48となり、１群に割
当られる周波数の数は1000/48≒20波となる。従
つてゾーン当り使用できるチヤネル数は20×６＝
120となり、従来方式のほぼ２倍となる。（1000/1
６、1000/48が整数でないためにきつちり２倍とな
らなかつたが、これらな値が整数になる場合には
丁度２倍となる）以上説明したように品質を劣化させることな
く、周波数利用率を２倍に高めることができる。

以上の説明ではゾーン６ケのセクタに分割する
場でかつ繰返しゾーン数が１６の場合について説
明したが、他の場合でも本発明が適用可能なこと
は明らかである。

上記の場合、上り回線（移動局送信、基地局受
信）において基地局アンテナでは反対側セクタよ
り同一周波数干渉を受ける。

本発明は、この対策として反対側セクタの受信
信号を補償用信号として用い、干渉補償を行う。

第９図は本発明の他の実施例で、セクタ７に移動
局２９がおり、その信号を基地局アンテナ２０で
受信している。この信号は希望波３１である。セ
クタ１０には移動局３０がおり、その信号３２を
基地局アンテナ２３で受信している。このとき、
移動局３０が移動局２９と同一周波数のチヤネル
を使用した場合、アンテナ２０では後方結合によ
り移動局３０の信号が干渉波３３として受信され
る。（同様にアンテナ２３においても移動局２９
の信号が干渉波として受信されるが、説明はアン
テナ２０にて行う。）第１０図に各受信信号の様子を示す。アンテナ
２０受信信号において希望波３１と干渉波３３と
は伝搬路が異なるため無相関であるが、アンテナ
２０受信信号である３２は３３とは実施例１で説
明したように完全に同一の変動であり３２と３３
のレベル比はアンテナ２０のＦ／Ｂ比に等しい。

したがつて、３２を用いて３３を補償すること
ができる。

その方法は、送受分波用フイルタ３４および３
４′（３４はアンテナ２０，３４′はアンテナ２３
にそれぞれ接続されている）の受信波出力におい
て、３４′の出力を分岐し減衰器３５および移相
器３６を通した後、合成器３７において３４の出
力と合成し、その出力を受信器３８へ入力する。
ここで、３５の減衰量および３６の位相変化量は
３７で３３と３２が同レベルでかつ逆相となつて
合成されるように調整される。したがつて、干渉
波３３は反対側セクタの受信信号を補償用信号と
して用いることにより充分低減することができ
る。

なお、本方式における補償は本実施例で示す無
線周波数帯のみならず、中間周波数帯においても
有効なことは明らかである。

さらに、基地局受信信号の平均レベルが一定と
なるように移動局において送信電力制御を行え
ば、希望波と干渉波の平均レベル比はアンテナ
Ｆ／Ｂ比となり上り回線干渉はさらに軽減される
ことは明らかである。

以上説明した指向性アンテナによる周波数繰り
返しの場合、移動局が基地局の極く近傍にいると
きは、アンテナを横又は下から見ると形となり、
干渉波レベルが前述のＦ／Ｂの値だけ減衰しない
場合が考えられる。この対策として基地局近傍に
いる移動局にだけサービスするチヤネル群を別に
設け、無指向性アンテナで放射する。例えばゾー
ン半径ｒの1/4までをカバーさせるには実効送信
電力を約20dB低くすればよい。隣接基地局距離
は第１１図に示すように√３ｒであるからr/4の
ゾーンを隣りのゾーンとの間で繰返すとした場合
第２図のｄ／ｒに相当する値は√３ｒ／ｒ／４＝6.9 となり、前述の繰返し条件と同一である。即ち
ｒ／４のゾーン半径を持つ仮想的ゾーンは繰返し
ゾーン数１で繰返し使用が可能である。

以上のように本発明によれば基地局の極く近傍
にいる移動局に対しても良好な品質でかつ周波数
利用率を高めてサービス可能である。

以上に述べたチヤネル割り当ては、移動局に対
する最初のチヤネル割り当ての時に実行するのは
当然であるが、一度チヤネルを割り当てた後であ
つても移動局が移動すれば伝搬条件が変化するか
ら随時再割り当てにより最適なチヤネルを使用さ
せることができる。即ち、指向性アンテナのチヤ
ネルを使用している場合に、大きな干渉妨害が生
じた時は無指向性アンテナのチヤネルに割り当て
直し、逆に無指向性アンテナのチヤネルを使用し
ている場合であつても指向性アンテナのチヤネル
の内、干渉波レベルが小さな空きチヤネルがあれ
ばこれに割り当て直すことが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、セクタ
アンテナによつて周波数利用率を著しく向上させ
ることができると共に、移動機が特定の場所にい
る場合に、この方法によつて生じるおそれがある
大きな干渉妨害を無指向性のアンテナのチヤネル
によつて回避することができる。即ち周波数利用
率向上と、この時の干渉妨害増大の回避とを同時
に達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例でセクタ化とセクタ間
の周波数繰返し使用を説明する図、第２図は周波
数繰返し使用を説明する図、第３図は移動通信に
おける電波伝搬特性を説明する図、第４図は地理
的繰返し状況を説明する図、第５図はセクタ化す
るための指向性アンテナの構成例、第６図は指向
性アンテナを組み合せて６ケのセクタを構成する
ための基地局アンテナ系、第７図は希望波と干渉
波の瞬時受信レベル変動を説明する図、第８図は
建物等による反射波が干渉波となることを説明す
る図、第９図は実施例２を説明する図、第１０図
は基地局受信の瞬時受信レベル変動を説明する
図、第１１図は実施例３を説明する図である。１，２……ゾーン境界線、３，４……基地局位
置、５……干渉量悪点、６〜１１……セクタ、１
２……基地局位置、１３，１４……反射板、１５
〜１７……ダイポール素子、１８……ポール、１
９〜２４……指向性アンテナ、２５……希望波レ
ベル、２６……干渉波レベル、２７……建物、２
８……基地局、２９……移動局、３０……移動
局、３１……希望波、３２……反対側セクタの受
信波、３３……干渉波、３４……送受分波用フイ
ルタ、３５……減衰器、３６……移相器、３７…
…合成器、３８……受信器。

Claims

【特許請求の範囲】

１無線ゾーンを構成する基地局に扇形の水平面
内指向性を有する複数の指向性アンテナと少なく
とも１つの無指向性アンテナを設置し、前記指向
性アンテナにより前記無線ゾーンを指向性アンテ
ナ数に等しいセクタにより構成し、ある第１のセ
クタを形成するアンテナの指向性利得が予め定め
た値より小さくなる方向に対応する第２のセクタ
に第１のセクタと同一の周波数の第一のチヤネル
を用いることとし、さらに前記無指向性アンテナ
では指向性アンテナとは異なる周波数で、かつ小
さい放射電力の第二のチヤネルを使用し、前記基
地局と前記無線ゾーン内に在圏する移動機との間
の通信チヤネルの割当に際して、前記第一のチヤ
ネルの干渉量が特定の値以上の時に前記第二のチ
ヤネルを割当てることを特徴とする移動通信にお
ける無線ゾーン構成方式。