JPH04290098A - 移動通信システム - Google Patents

移動通信システム

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JPH04290098A
JPH04290098A JP3054322A JP5432291A JPH04290098A JP H04290098 A JPH04290098 A JP H04290098A JP 3054322 A JP3054322 A JP 3054322A JP 5432291 A JP5432291 A JP 5432291A JP H04290098 A JPH04290098 A JP H04290098A
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木下 康昭
Arata Nakakoshi
中越 新
Hideya Suzuki
秀哉 鈴木
Hideo Nakazawa
秀夫 中澤
Yukinari Fujiwara
藤原 行成
Michiaki Kurosawa
黒沢 迪彰
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    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,交換機に接続されたビ
ル構内や市街地における広域コードレス電話に係り,特
に基地局のサービスエリアを通話中に変更しても,通話
を中断することなく移動交換を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の類似装置は市街地の自動車電話サ
ービスであり,「ベルシステム・テクニカルジャーナル
,第58巻,第1号(1979年),第43頁から第9
5頁(Bell  System  Technica
l  Journal,Vol.58,No.1(19
79)  pp.43〜95)」に論じられている。則
ち,移動機が通話中の基地局から隣接する基地局のサー
ビスエリア内に移動して通話CHを切換える場合には,
中央局がその必要性と最寄り隣接局を判定し,その最寄
局に空通話CHを用意させ,(CH:チャネルの略記)
移動機の位置登録を変更すると共にその基地局に通話C
Hを切換える。この手順を更に具体的に説明する。第4
図のように移動機の受信電界強度がEoより低下すると
,移動機は基地局の変更を中央局に上りデータ回線を通
じて要請する。この要請により,中央局は基地局1の受
信電界強度ならびに周辺基地局の受信電界強度から切換
えるべき最寄基地局2を判定し,移動機の受信電界強度
が設定値Et以下になると状態関数S(r)をS1から
S2に判定し,通話CHを基地局1から2へ切換える。
【0003】移動機が基地局2のサービスエリアから基
地局1に戻る場合も同様に状態関数S(r)をS2から
S1に判定するが,図に示した様に履歴応答となってい
るので,移動機が両基地局の境界re上を移動しても,
状態関数S(r)がS1とS2の間で頻繁に切換えない
ように考慮してある。この履歴応答は基地局の受信電界
強度にも発生するように考慮されている。しかし,以後
は移動機の場合を中心に説明する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の類似技術をビル
構内や市街地の広域コードレス電話に適用する場合の第
1の問題点は,送信電力が小さいのでサービスエリアが
狭くなり,移動機1台当りの基地局切換え頻度が増大す
ることである。
【0005】第5図は,サービスエリアをセル半径で表
し,この半径を移動機が平均時速4Kmで通過する場合
の時間を示している。この図から,広域コードレス電話
は移動機1台当りの基地局切換え頻度が約10倍になる
ことが示されている。自動車電話でもセル半径の小さい
マイクロセルラ方式が同様な問題があることを第5図は
示している。
【0006】第2の問題点は,ビル構内のセル形状がオ
フィス調度品の配置やその変更により複雑でありかつ変
化することである。従って,第4図の履歴応答を与える
ために,Etを場所によって変る例外処理が複雑化し,
また基地局環境の変化に応じて手直しする保守業務が繁
雑化することである。
【0007】本発明の目的は,上記第1と第2の問題点
を解決し,基地局の話中切換えを可能にすることにある
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に,本発明はまず第1に (a)基地局セルの境界線,則ち両基地局の電界強度が
等しくなる第3図のrcを中央局が事前に学習しておき
,(b)複数の基地局が移動機の電界強度を測定してそ
の位置を算出し,移動機がセル境界線に到達する時間を
計算して緊急度を判定し,(c)緊急度に従って基地局
切換えの優先順位を定めて,その処理量を低減させるも
のである。
【0009】第2に,セル境界線の学習に当っては,基
地局の設置後に移動機を試験的に移動させ,中央局がフ
ァジィ推論を用いてオンラインで学習し,学習ソフトウ
ェアを簡素化する。また基地局の環境変化に対しての保
守業務を簡易化する。
【0010】第3には境界線を学習したことにより基地
局1から基地局2へとゆるやかに切換える,いわゆるソ
フトハンドオフをファジィ推論を用いて実現し,第3図
の履歴現象を複雑なセル形状に応じて例外処理する演算
を不要にして,ソフトウェアを簡素化する。
【0011】
【作用】セル境界線を事前に学習し,かつ移動機の位置
を測定したことにより,緊急に基地局のハンドオフを要
する移動機が判別できることを第2図によって示す。移
動機4,5,6,7,8,9の矢印は,移動機の位置と
速度ベクトルを表す。中央局は最も急を要する移動機7
と次に急を要する移動機8を他の不要不急な移動機4,
5,6,9から識別して,ハンドオフ処理量を減すこと
ができる。則ち中央局は,基地局1,2,3で移動機の
電界強度を周期的に測定して,移動機の位置とその速度
を算出し,境界線rcに達する時間を予測することによ
り,緊急にハンドオフを要する移動機7と8を選別して
優先順位を定め,その処理量を大幅に低減することがで
きる。
【0012】また,移動機が基地局1,2,3の電界強
度を定期的に測定して中央局に報告し,中央局がその位
置と速度を計算し,事前に学習した境界線と比較して緊
急度を判定することも同様に可能であることは勿論であ
る。
【0013】このセル境界線は,ビル構内の場合は極め
て複雑である。第5図にその実測例を示す。電波障害が
無いと仮定した同図上の初期値からかけ離れている。こ
の境界線の学習に当っては,文献「日本ファジイ学会誌
,Vol.2,No.3(’90年8月)429頁から
437頁」に見られる如く,ファジィ推論により実測値
を教師データとして最急降下方向へオンライン学習させ
るアルゴリズム学習ソフトウェアが簡素で学習も早い。
【0014】さらに,この境界線を学習したことにより
,この境界線の近傍で基地局1から基地局2へとゆるや
かにソフトハンドオフする方法もファジィ推論により容
易に実現できる。この方法によって,第2図に示した履
歴応答を保持させることなしに境界線上の移動時に頻繁
切換えを防止することができる。
【0015】また,前述の優先順位判定にif〜the
n〜形式のファジィ推論則を用いると,フェージングに
よる位置測定の誤差吸収に当り,言語表現を用いること
ができるので,演算ソフトウェアを簡素化できる。
【0016】
【実施例】以下,本発明の一実施例を第6図により説明
する。第6図に示したxy座標において,セルの境界線
の理想モデルyを多項式
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】
【0019】
【数3】
【0020】で近似し,ファジィ出力ymと後件部真理
値Wkで表現し,理想モデルyの実測値10〜20点を
教師データとし,図上の初期値から最急降下の方向へt
からt+1へと逐次的に収束させて学習させる。ここで
,Mkは
【0021】
【数4】
【0022】のように3変数x1,x2,x3のメンバ
シップ関数A1k(x1),A2k(x2),A3k(
x3)の積で表す。メンバシップ関数は第7図の様に単
純な三角形のものでよく,たとえばk=1では,
【0023】
【数5】
【0024】の如く表現される。
【0025】またkはファジィ推論のルール番号であり
,たとえばk=1では, if x, is low and x2 is lo
w and x3 is low then y is
 w1=y(x1)=y(x2)=y(x3)k=2で
は, if x1 is high and x2 is h
igh and x3 is high then y
 is w2=y(x1)=y(x2)=y(x3)を
用いるとき,この推論ルールに合致したメンバシップ関
数をμkの(5)式に用いる。
【0026】計算機シュミレーションによれば,第8図
の様な3次関数y=x3+3x2−150x+500の
対象s字部を20分割した教師データを用いて,t=1
.0で100回学習させると相対誤差10−4程度に収
束させることができた。5次関数y=x5−2x4−1
09x3+110x2+1800xではt=1.0の1
00学習で相対誤差10−3程度に収束できた。第8図
(a)の様に教師データに異常データが含まれている場
合は誤差を曲線全体に分散させることもできる点は最小
自乗法の様な確定論的方法に見られないファジィ推論法
の長所である。
【0027】セル境界線を実際に学習させる場合には,
移動機が受信した基地局1の受信電界強度の統計的平均
値E1 ̄(r)が
【0028】
【数6】
【0029】になることが知られている。従って,
【0
030】
【数7】
【0031】なる電界強度距離ベクトル(以下,強度距
離と略す)なる概念R(r)を用いれば,電界強度E1
(r)が単調に減少していると見做せる範囲内で,A(
r)はゆるやかに変動するベクトル係数となる。
【0032】強度距離R(r)は物理的位置ベクトルr
からの写像空間であり,この空間では電波障害がある場
合でも各セルのセル半径は近似的に等しくなる。
【0033】従ってセルの境界線も近似的に直線になり
,その学習も容易になる。
【0034】この写像空間は,第2図〜第4図の小文字
を大文字に読換えて(r→R,rc→Rc,等)示すこ
とができる。この空間における移動機の位置座標(X,
Y)は以下の様に容易に求まる。第2図において,物理
距離b(強度距離B)だけ離れた座標(0,0)の基地
局1と座標(0,b)の基地局2から,それぞれR1と
R2の位置にある移動機の座標(X,Y)は
【0035
【数8】
【0036】と簡単に求まる。ここで,セルの境界線は
近似的にY〜B/2となり,両基地局の電界強度が等し
くかつ最大となる位置を示し,実測値で定める。Xの複
号土は基地局3との強度距離R3を測定して容易に判定
できる。しかし,基地局1と基地局2のハンドオフに当
っては,境界線Rcとの距離(Y成分)が重要であり,
複号は基地局3にハンドオフの相手局を変更する場合に
重要になる。
【0037】境界線の方程式は(1)式の学習により

0038】
【数9】
【0039】となり,A0〜B/2である。移動機と境
界線との距離Hは(9)式を直線近似して
【0040】
【数10】
【0041】と容易に求まる。境界線を通過したかどう
かの判定は,R1とR2の大小で行う。移動機の移動速
度はHを周期的に測定して,Hの変化△Hの大きさで判
定する。移動機の移動速度のY軸成分Vyが重要であり
,境界線に達する予測平均時間Tは
【0042】
【数11】
【0043】である。ここに△tはHを測定する周期で
あり,ビル構内では△t=1秒程度である。移動機に優
先順位を定めるには,
【0044】
【数12】
【0045】なるT〜が有効であり,T〜<1であれば
次にHを測定する時間△tよりも早く移動機が境界線を
通過する可能性が高く,最優先でハンドオフすべき移動
機と判定される。
【0046】T〜<0であれば,移動機はY軸の負方向
に移動しているので放置して良い。T〜》1であれば静
止に近いと判断される。従って,移動機の位置測定とT
〜の演算を余裕を見てT〜/2回だけ省略して,ハンド
オフ処理量を低減することが可能である。現実の強度距
離はフェージング現象による誤差を伴う。従って,上記
演算も数回の平均値を用いると良い。より激しいフェー
ジングには,物理距離と強度距離の移動平均値間の事前
学習で解決できる。
【0047】次にセルの境界線が複雑化する問題点を解
決する実施例を第3図に示す。基地局の設置環境から,
基地局アンテナの配置を工夫しても,第3図(A)の様
に,設定電界強度Etより境界線電界強度Ecが低下し
,ハンドオフが不安定になる領域が発生する。自動車電
話では,基地局3で測定した電界強度を用い,この領域
ではEtをEcより低下させて履歴応答を回復する。E
tを低下させ,履歴応答を広範囲に設計すると例外処理
は不要になる。しかし,単位セル内の発呼と着呼の移動
機数が等しくない場合に呼損が増加し,周波数再利用率
が低下する。
【0048】基地局の周辺環境が更に複雑化して第3図
(B)の様に電界強度E1(r)が単調減少と見做せな
くなる場合は,状態関数S(r)は不安定点と履歴応答
の両者を持つ様になる。この時,強度距離Rは物理距離
rの3値関数となり,(11)式の速度は符号が逆転す
る。第3図(B)の様に符号逆転範囲が広範囲な場合は
,数回の平均値を用いても対処できないので,この部分
では基地局2の替りに基地局3を用いる等の例外処理が
必要になる。
【0049】本発明は,上記の如き複雑なセル形状の場
合でも,代表的境界線を事前に中央局が学習しておき,
この境界線の前後に履歴応答の起点を与えて,ハンドオ
フ処理を安定化する。則ち,第3図の様に,例えば境界
線Rcの前後に0.9Rcと1.1Rcを設定して履歴
応答を演算する。第3図(B)の如く,境界線が電界強
度Ec1,Ec2,Ec3の3者に対応している場合は
,中央のEc2に対応した境界線Rcを設定し,これを
用いて履歴応答を保持する論理演算を行う。
【0050】この様にセルの境界があいまいであること
を積極的に利用して,ファジィ推論によりハンドオフ処
理を実施することも可能である。ここでは,ファジィ推
論を最も積極的に利用するソフトハンドオフの実施例を
以下に述べる。則ち,第2図の基地局1と2の境界線r
cの近傍では基地局1と2を同時に併用し,第4図に示
した履歴応答を不要にし,演算アルゴリズムを簡素化す
る。則ち事前に学習した境界線を基準に取入れたメンバ
シップ関数を用い,中央局が測定した第2図の強度距離
R1とR2に次の様なファジィ推論ルール2件を定める
【0051】
【数13】
【0052】ここでP1P2は,それぞれ基地局1と2
の音声信号e1とe2の合成比である。言語変数nea
rとfarに第7図のようなメンバシップ関数kAij
(Ri)を定義し,上記ルールの前件部真理値μkと後
件部真理値の論理積和を用いて,P1とP2を
【0053】
【数14】
【0054】から求める。明らかに音声合成比は第8図
に示したシュミレーション図形のようにメンバシップ関
数と同形のP1とP2がえられる。
【0055】従って,合成出力e1P1+e2P2は移
動機がセル境界線Rcを境にして,ゆるやかに基地局1
と2の間を切換えることができ,音声出力の瞬断をなく
することができる。メンバシップ関数にはセルの境界線
Rcが含まれているので,第1図の境界線上のどの部分
を通過してもソフトハンドオフが可能である。メンバシ
ップ関数の傾斜が終る位置は設計パラメータであり,た
とえばセル境界線Rcの95%と105%に設定する。
【0056】なほ,セル内の全領域を上記のソフトハン
ドオフ法を用いると,基地局1と2を全時間占用して不
経済であるから,上記のメンバシップ関数の傾斜開始位
置に達したことを前述の方法で判定した後に,本方法の
ソフトハンドオフ法を用いることは勿論である。本方式
を現実に採用するには,上下回線ともに適用できるデジ
タル方式に有効であり,3つの基地局の音声信号を合成
させる方式に拡張して使用すると更に有効である。
【0057】なほ,ビル構内の段階部分などセル境界線
が曲面になる場合への拡張も容易であることは明らかで
ある。
【0058】次に本発明による構成図の実施例を第1図
に示す。ビル構内に複数の基地局1,2,3,・・・を
設置し,移動機7,8,・・・とタイムスロット10を
介して相互にピンポン方式で通信する。
【0059】移動機は無線送受信機,周波数シンセサイ
ザと電界強度表示部11を備え,夫々の端子は送受信器
と制御装置に接続されている。基地局も移動機と同等の
構成であり,タイムスロット10の通話チャネル数3に
等しい音声回路数を具備し,無線回線接続装置12に接
続されている。中央局15は私設交換機13に無線内線
網を増設した構成であり,通話路スイッチ14を介して
無線回線接続装置12に接続されている。
【0060】中央局15は,回線制御装置16によって
通話路スイッチ14を制御して移動機との通話を私設交
換機13に接続する。回線制御装置16は基地局や移動
機で測定した電界強度を強度距離に変換して移動機の位
置を演算し,基地局のハンドオフを判定する。演算に必
要なソフトウェアのうち高速性を有するものは内部メモ
リに,移動機の固有識別番号など高速性を要さないもの
は外部メモリ17に記憶している。空きCHの選択は基
地局内の受信機と電界強度表示部11を用いて各基地局
が判定し,各基地局はその判定制御装置を内蔵している
【0061】ソフトハンドオフを行う場合のメンバシッ
プ関数発生装置は回線制御装置16に内蔵する場合と無
線回線接続装置12に内蔵する場合の両者があり,後者
の方が音声信号の遅廷誤差が少い。
【0062】本実施例の他の特徴は,第1図の中央局に
ディスプレイを増設し,測定した移動機の強度距離で移
動機の位置を表示できることである。セルの境界線を事
前に学習したことにより,移動機が位置登録した基地局
を示すだけでなく,基地局からどの方向にどの程度離れ
ているかディスプレイに表示させることができる。
【0063】
【発明の効果】本発明によれば,セル境界線を事前に学
習し,複数の基地局を用いて移動機の位置を測定するこ
とにより,中央局のディスプレイに移動機の位置を表示
することができる。ディスプレイの図面上に各基地局の
位置と移動機の位置を表示することができる。
【0064】更に,セル形状の複雑さに対するハンドオ
フの例外処理を大幅に減少させ,演算ソフトウェアを簡
素化できる。また,移動機の移動速度を測定できるので
,緊急にハンドオフを要する移動機を判別してその処理
量を低減できる。
【0065】境界線の近傍でソフトハンドオフさせると
上記例外処理の演算を不要にしてソフトウェアを簡素化
できるばかりでなく,ハンドオフに伴う瞬断を無くし,
マルチパスフェージングを抑圧して,ファクシミリ通信
やデータ通信の品質を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基地局,移動機と中央局の構成図。
【図2】基地局と移動機の位置を示す平面図。
【図3】基地局の電界強度とハンドオフレベルの関係を
示す断面図。
【図4】基地局の電界強度が減少する様子を示す断面図
と状態関数の履歴応答を示す図。
【図5】セルを平均的に横断する位置と時間を示す図。
【図6】セル境界の実測例を示す平面図。
【図7】セル境界線を多項式で近似して学習するに用い
るメンバシップ関数の図。
【図8】多項式の高次関数を学習をシュミレートした例
を示す図。
【図9】ソフトハンドオフの音声合成比を示す図。
【符号の説明】
1…基地局1,2…基地局2,3…基地局3,4と5と
6…基地局切換えに急を要しない移動機,7と8…同上
に急を要する移動機,10…送受信タイムスロット,1
1…電強度表示部,12…無線回線接続装置,13…私
設交換機,14…通話路スイッチ,15…中央局,16
…回線制御装置,17…外部メモリ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の基地局が中央局と接続され,複数の
    移動機が上記基地局と複数の無線チャネルを経由して通
    信でき,上記基地局のサービスエリアであるセルが相互
    に隣接し,移動機がセル間を移動して通信できる移動通
    信方式において,移動機の送信電波を2つの上記基地局
    で受信したときに電界強度が等しくなるセルの境界線を
    基準として記憶し,上記移動機を複数の上記基地局で受
    信した電波の電界強度で定まる位置データを用いて,上
    記境界線を超えて移動する移動機を上記境界線に属する
    他の上記基地局の無線チャネルに切換えることを特徴と
    する移動通信方式。
  2. 【請求項2】前記移動機の送信電波の替りに,2つの前
    記基地局の送信電波を上記移動機が受信したときに電界
    強度が等しくなるセルの境界線を基準とすることを特徴
    とする請求項1項記載の移動通信方式。
  3. 【請求項3】複数の前記基地局で受信した電波の電界強
    度の替りに,複数の前記基地局から送信した電波の電波
    の電界強度で定まる位置データを用いて,前記基地局の
    無線チャネルに切換えることを特徴とする請求項1項記
    載の移動通信方式。
  4. 【請求項4】前記境界線の定義を含むメンバシップ関数
    に音声信号の合成比を与え,移動機の前記位置データと
    上記境界線から上記メンバシップ関数を引用して上記合
    成比を求め,複数の前記基地局を経由する音声信号を合
    成することを特徴とする請求項1又は請求項2又は請求
    項3記載の移動通信方式。
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