JPH05506131A - 三次元セルラ通信システム - 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】 三次元セルラ通信システム 発明の分野 本発明は、一般的にセルラ通信システムに間し、特に、三次元状に構成されたセ ルを有するセルラ通信システムに間するものである。

発明の背景 既存の二次元セルラ通信システムのような、無線通信システムは、干渉を減少し 、主に二次元（即ち、ｌ水平面）にて周波数の再使用を改善するように配置され た複数のセルから成るものである。しかしながら、現行の二次元セルラシステム は、マルチレベルの構造（ｍｕｌｔｉ−１ｅｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）にお いて、通信の要求を満足できないでいる。

マルチレベル構造では、ユーザは局所的に非常に高い密度の需要を発生するので 、現行のセルラシステムの容量をすぐに使い果たしてしまう、二次元システムで は、セルの半径がマルチレベル構造のサイズより遥かに大きく、更に１つのセル 半径には１つ以上のマルチレベル構造が含まれ得るので、問題はより複雑となっ ている。

加えて、これらのシステムはマルチレベル構造の異なるレベルのユーザ間で区別 を行なわないので、既存のセルラ通信システムの容量をすぐ超過してしまう、即 ち、これらのセルラシステムは、特定のユーザがどのレベルであるかに係わらず 、ある指定した領域のユーザ全てに、同一周波数のチャンネルを割り当てるので ある。したがって、マルチレベル構造（例えば、忙しいオフィスビルディング、 病院、銀行、及びホテル等）を示す高い需要は、すぐに現行の二次元セルラシス テムを妨げてしまい、余りに多（の呼び出し通話が妨げられるので、これらマル チレベル環境においてそれらを効果のないものにしてしまう。

マルチレベル構造では、従来の回線電話システムのユーザは、彼等の仕事が高い 度合いの移動性を必要とすると、−貫して通話ができなくなる。秘書は上司また は同僚の行方を突き止める困難さを頻繁に経験しているが、これは。

彼等がいると思われる所にいないからである１重要な通話を逃がす個人は、ペー ジャ（ｐａｇｅｒ）を持ち歩（ことを選択することもできるが、ページャは、全 二重（ａち２方向）移動通信の必要性を満足させるものではない、したがって５ 通信システムの効果的な代替物が、全二重通信を提供する従来の回線式机上電話 器に代って、必要とされている。このシステムは、既存の二次元セルラシステム としてユーザの移動性を満足するものであるが、マルチレベル構造内のユーザに よって、これらのシステムになされる局所的密度及び高い周波数に対する需要に 関連する問題を解決しなくてはならない。

したがって、必要とされるのは、移動が二次元に制限されないが、垂直及び水平 方向（即ち三次元）によって−貫して特徴付けられる人々（例えば、マルチレベ ル構造）のこの非常に局所的な密度に対して、非常に必要とされている通信サー ビスを満足する。三次元セルラシステムである。

発明の概要 １つの形式で本発明を遂行するために、三次元に配置された複数のセルを有する 三次元セルラ通信システムから構成される無線電話システムを提供する。

図面の簡単な説明 第１図は、二次元セルラ通信システムのシステム図である。

°第２Ａ図は１本発明の第１の実施例の等周回（ｉｉｏｍｅｃｒｉｃｖ　ｉ　ｅ 　ｗ　）である。

第２Ｂ図は、ＷＺＡ図の等周回である。

第３図は１本発明の第１の実施例の平面図である。

′Ｍ４図は、本発明の［３の実施例の平面図である。

第５図は５本発明の第４の実施例の平面図である。

好適実施例の説明 第１図を参照すると、従来のセルラ通信システムは、公衆または個人の電話ネッ トワークによってシステム制御装置＋０２に接続されている電話機１０１を備え ている。システム制御装置１０２は、無′ｉａ周波数送受信機１０３の動作を監 視し、入力及び出力アドレスを夫々の地上線及びセルラ熾線電話アドレッシング の規定に適合する既知のフォーマットに、エンコード及びデコードする。電話信 号は、無線周波数送受信機１０３に結合されている少なくとも１本のアンテナに よって、無線電話機１０５に送信され、そしてそこで受信される。

＠２Ａ図の本発明の好適実施例の等角図によれば、レベルＮは、複数のセル２１ ６を備えたセルラ通信システムを示している。レベルＮは、セル２０２，２０４ ．２０６，２０８．２１０．２１２及び２１４を含む、複数のセルクラスタも備 えている０例示されたクラスタ２２０は、クラスタ構成光たり７つのセルを示し ており、当業者には既知のクラスタタイプのいくつかの例の１つを表わしたもの である。

同様に、第２Ａ図のレベルＮ＋１は、同様に複数のセル２１８と、セル２０２， ２０４．２０６．２０８．２１０，２１２゜２１４を含むセルクラスタ２２２と を備えた、同様の通信システムを例示している。

１つのセル（例えばセル２１４）は、少なくとも１つの送信機と１つの受信機と を有する予め定義された通信領域を備えており、全ての同様に付番されたセル２ ＋４は、他の同様に付番されたセル２１４の全てからある固定距離の所に配置さ れている。共通チャンネル・セル間の距離は、選択されたクラスタ・サイズ２２ ０（例えば、クラスタ当たり３　、４．７．９及び１２セル等）及びセルの半径 によって、設定される。全ての同様に付番されたセルをチャンネル・セルと呼び 、隣接する共通チャンネル・セルに好ましくない干渉を生ずることなく、２つ以 上の前記同様に付番されたセルにおける同時通信を容易に行なうように、十分に 隔てられている。所与のクラスタ内の各セル（例えばセル２１４）は、唯一の周 波数、或いは前記クラスタ２２０内に含まれている他のセル２０２．２０４．２ ０６，２０８．２１０．２１２の周波数とは異なる１組の周波数を含んでいる。

Ｍ２Ａ図によれば、Ｍ２の複数のセル２１８を、第１の複数のセル２１６の上に 積み重ねており、そして少なくとも３つの寸法の少なくとも１つにおいてオフセ ット（ｏｆｆｓｅｔ）され、干渉を最少化しつつ周波数の再使用を増加するよう にしている。この構成は、三次元システムの好適な実施例を含んでいる。

更に第２Ａ図を参照すると、本発明の第１の実施例の等角図は、マルチレベル環 境において１次の複数のセルをオフセットする幾つかの方法の１つを示している 。セルの各垂直方向に分離したレベルのオフセットは、３つの次元（ｘ、ｙ及び Ｚ座標で示している）の少なくとも１つによって、決定することができる。三角 形の輪郭２２４は１次の垂直方向共通チャンネル・セル２１４に対するオフセッ トを決定するのに用いられる、このような方法の１つを例示したものである。こ の三角形の輪郭２２４は、３つの最も接近している隣接共通チャンネル・セル２ １４を接続して引かれたものである。三角形の輪郭の中心ＣＩは、Ｘ−Ｙ平面に おけるオフセットを決定する。参照レベルＮの中心から始まって１次のレベルＮ ＋１に垂直に上向きに移動し、前記マルチレベル構成上の第２の複数のセルの次 の共通チャンネル・セル２１４に対して、中心Ｃ３を決定する０次に、他のセル をこの共通チャンネル・セル２１４の周囲に配量して、第２Ａ図のレベルＮ＋１ に示すように、同様の複数のセルを完成させる。

既存の二次元セルラ・システムでは、全てのセルまたは隣接する共通チャンネル ・セルは同一水平面上（即ち二次元に）配置されているので、周波数を効果的に Ｘ及びＹ座標のみで制限して、水平方向において周波数の再使用を可能にしてい る。しかしながら、本発明は、三次元通信がｘｌＹ及びＺ座標にて周波数を制限 することを必要としていることを考慮する。これは、付加的に第３の次元におい て周波数を再使用する結果となる９本発明による第３の次元（例えば、Ｚ座標） のこの付加的な周波数制限は、至上の周波数再使用を垂直方向に導入することが できるので、このシステムのユーザが垂直的に移動することを可能とする。

それでも、異なる垂直レベルに配置された共通チャンネル・セルは、干渉を低減 するのに十分な程離間されているので、ユーザは既存の二次元システムにおいて 得られる鮮明で信頼性のある通信を行うことができる。

第２Ｂ図を参照すると１本発明の第２の実施例の等角図が示されている０次の垂 直方向共通チャンネル・セル２１４に対するオフセットを決定するのに用いられ る第２の方法は、台形状輪郭２２６の使用を必要とする１台形状輪郭２２６は、 ４つの最も接近した隣接共通チャンネル・セル２１４を接続しながら引いたもの である９台形状輪郭の中心Ｃ２は、基準レベルＮ上のＸ−Ｙ平面内の最初のオフ セットを決定する。中心Ｃ２にて開始し１次のレベルＮ＋１に垂直方向に上向き に移動し、別のレベルＮ＋１上の次の共通チャンネル・セル２１４に対して中心 Ｃ４を決定する。

次に、他のセルをレベルＮ＋１上の共通チャンネル・セル２１４周囲に配置して 、第２Ｂ図のレベルＮ＋１に示すような同様の複数のセルを完成することができ る。

第３図は、　第２Ａ図に示した２レベルの実施例の平面図を示すものである。こ の図では、垂直方向周波数の再使用を達成するための２つのレベルのオフセット が、より明確に見られる。Ｒ初のレベルＮは、背景を真黒にした共通チャンネル ・セル３０１を有し、実線で示されている。２醤目のレベルＮ＋１は、右上がり の斜線を引いた背景の共通チャンネル・セル３０１を有し、破線で示されている 。レベルＮ上のレベルＮ＋１の配置は、上述の繰り返し可能な２レベル・システ ムを含んだ三角オフセット方法によって。

決定される。

Ｎ４図の平面図も前記三角法によって作成されたもので、垂直方向共通チャンネ ル・セルの３つのレベルに対する、本発明の第３の実施例を示したものである。

最初のレベルＮ上の共通チャンネル・セル４０１は、くまどりを施し背景を黒く しである。２番目のレベルＮ＋１上の共通チャンネル・セル４０１は、くまどり をし、背景に右上がりの斜線を施しである。Ｒ後に、３醤目のレベルＮ＋２上の 共通チャンネル・セル４０１は、くまどりをし、背景に左上がりの斜線を施して １本発明の３レベルの実施例を与えている。こζでも、レベル間のオフセットが 明確に見られる。

マルチレベル構造上の共通チャンネル・セル４０１をオフセットする三角法は、 結果的に対称的に配置された共通チャンネル・セル４０１を有する、独特な反復 可能３レベルシステムを得るものである。対称的な３レベル反復可能Ｂターンを 有するこの第３の実施例を生成することは、ｌ、）かなるマルチレベル環境にお いても遍在的通信を提供するそれら通信システムにおいて、非常に望ましいもの である。

また、異なるレベル上の共通チャンネル・セルをオフセットする台形法を用いる と、第６図の平面図に示す本発明の第４の実施例を得る結果となる。この方法は 、上述のように、図に示す４レベルのシステムを得るように反復させることがで きる。この構成は、いかなるマルチレベル構造内でも適用できるように１反復可 能な対称的パターンを有する４レベルを生成するものである。共通チャンネル・ セル５０１　（真黒な背景のもの）を、最初のレベルＮ上に示す、共通チャンネ ル・セル５０１　（背景に右上がりの斜線を施したもの）を、２番目のレベルＮ ＋１上に示す、共通チャンネル・セル５０１　（背景に左上がりの斜線を施した もの）を、３番目のレベルＮ＋２上に示す、共通チャンネル・セル５０１　（背 景にジグザグ模様を施したもの）を、４番目のレベルＮ＋３上に示す、このよう に１台形法は。

共通チャンネル・セル５０１の対称的４レベル反復可能な単位を、結果として得 るものであり、一方三角法は、共通チャンネル・セルの対称的３レベル反復可能 な単位を、結果として得るものである。いずれかのセル配置方法を用いれば、こ の反復可能なセル単位を互いの上、下、隣りに配置して構造全体にわたる適用範 囲を拡張することによって。

異なるサイズのマルチレベル構造への適用を達成することができる。

二次元（例えば単一レベル）セルラ・システムでは、クラスタあたりのセル数を 増加することによって、搬送波対干渉（Ｃ／Ｉ）を高められることが知られてい る。しかしながら、マルチレベル・システムでは、そうするには、Ｃ／夏特性を 高めようとする特定のレベルの上及び下に積み重ねられたレベルに厳格な注意を 払わなければならなし）ので、単にクラスタあたりのセル数の増加するだけでは 、Ｃ／Ｉを高めることはできない、三角法の３レベル対称ノ＼ターン（第４図参 照）及び台形法の４レベル対称／＜ターン（笥５図参照）を用いると、床の垂直 方向オフセットが余りに短くなければ、より多い数のセルを用いることによって 、Ｃ／Ｉを高めることができる。床間の垂直方向オフセットが短すぎると見做さ れるのは、垂直方向にオフセットされたセルから生じた共通チャンネルの干渉が 全Ｃ／Ｉを支配し、クラスタあたりのセル数を増加することによって、Ｃ／Ｉを 効果的に高めることができない時である。し力・しながら、レベル間の距離が短 すぎるなら、セルを交互のレベルに配置すればよい（例えば、オフセットしたセ ルを配置する時レベルを１つおきにとばす）、こうすれば、水平及び垂直方向両 方の距離が増加され、三次元全てにおけるＣ／Ｉを測定することによって垂直及 び水平方向のシステム特性を合致させて、三次元全てにおける減衰を等しくする ことができる。

したがって、Ｃ／Ｉ特性を高めるには、三次元全てにおける距離を比例して増加 して１等化した特性を維持する。

これは、クラスタ当たりのセル数を増加し、異なる垂直方向レベル間の距離が短 すぎるならセルを交互のレベルＧこ配置することによって、達成できるものであ る。セル間の垂直方向の高さを増加しないと、積み重ねたセル（例えば、基準レ ベルの上及び下のセル）が干渉を支配し、クラスタ・サイズを増加しても、結果 的にＣ／Ｉは殆ど或いは全く変化しないことになる。

ここで論じた三角及び台形技法は、マルチレベル構造の通信の必要性を満足する 、減少した周波数スペクトルの要求を容易に得るものである。マルチレベル構造 のスペクトルの可用性及び伝達特性にしたがって、共通チャンネル・セルをオフ セットする適切な方法を選択し、所与のシステムの適切な変調体系に必要なＣ／ ｒに対応させることができる。即ち、周波数の可用性が余りに制限されており、 レベル間の距離が厳しい干渉を生じないなら、三角法が好ましいであろう、しか しながら、一方の方法の他方の方法に対する優先度は、環境に依存するもので、 シミュレーシゴン及び／または現場試験によって、最良に選択することができる 。他のオフセット技法を用いることもできるが、非対称的パターンを与えること がある。

要約すれば、セルをオフセットしながら積み重ね、垂直方向において周波数の再 使用の便宜を図ることによって、三次元セルラ通信システムが提供される８本シ ステムの反復可能なマルチレベル構成は、三次元全てにおいて定義され、マルチ レベル環境全体に連続的かつ対称的な通信を提供するものである。ここで開示し た三角法及び台形法は、三次元全てにおけるセルのオフセット配置を解決し、マ ルチレベルシステム全体の連続的通信を達成するように反復可能な対称的単位を 得ることによって、セルを三次元に拡張する時に遭遇する間圧を容易に解決する ものである。

要約書 三次元セルラ通信システム（第１図）は、マルチレベル環境（第２図）に構成さ れた複数のセル（２０２〜２１４）を備え、前記マルチレベル環境の異なるレベ ル上に積み重ねられたセルをオフセットすることによって、干渉を減少し、水平 （Ｘ−Ｙ）及び垂直（Ｚ）方法において周波数の再使用を改善するものである。

ｍｅ謹査磐告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．第１及び第２のレベルを有する構造におけるセルラ通信システムにおいて： 前記第１のレベル上の第１の複数のセル；及び前記第２のレベル上の第２の複数 のセルから成ることを特徴とするセルラ通信システム。
2. ２．請求項１記載のセルラ通信システムにおいて、前記第１の複数のセルの配置 は、前記第２の複数のセルの配置からオフセットして、周波数再使用を改善する ようにしたことを特徴とするシステム。
3. ３．請求項１記載のセルラ通信システムにおいて、前記第１の複数のセルの配置 は、前記第２の複数のセルの配置からオフセットして、それらの間の干渉を減少 するようにしたことを特徴とするシステム。
4. ４．無線システムにおいて： 第１の複数の通信機であって、各々第１の複数のセルの１つを定義する通信領域 を有し、第１、第２及び第３の次元にて第１の信号によって通信するようにした 通信機；及び 第２の複数の通信機であって、各々第２の複数のセルの１つを定義する通信領域 を有し、第１、第２及び第３の次元にて第２の信号によって通信し、前記第１の 複数の通信機を、前記第２の複数の通信機から、第１及び第２の次元にて、それ らの間の干渉を最少化するように、オフセットしてある通信機； とから成ることを特徴とする無線システム。
5. ５．請求項４記載の無線システムにおいて、前記第１及び第２の信号は実質的に 同一周波数からなることを特徴とする無線システム。
6. ６．請求項４記載の無線システムにおいて、前記第１及び第２の複数の通信機は 、第３の次元において更にオフセットされていることを特徴とする無線システム 。
7. ７．請求項４記載の無線システムにおいて、前記通信システムは、セルラ電話シ ステムを備えており、前記第１及び第２の複数の通信機は、トランシーバを備え ていることを特徴とする無線システム。
8. ８．請求項７記載の無線システムにおいて、前記第１の複数の通信機は、実質的 にある構造の第１のレベル上に配置され、前記第２の複数の通信機は、実質的に 前記構造の第２のレベル上に配置されていることを特徴とする無線システム。
9. ９．請求項４記載の無線システムにおいて、前記第１の複数の通信機は、実質的 にある構造の第１のレベル上に配置され、前記第２の複数の通信機は、実質的に 前記構造の第２のレベル上に配置されていることを特徴とする無線システム。
10. １０．請求項４記載の無線システムにおいて、前記第１の複数のセルは互いに隣 接しており、前記第２の複数のセルは互いに隣接していることを特徴とする無線 システム。
11. １１．請求項４記載の無線システムにおいて、前記第１の複数のセルは、前記第 ２の複数のセルと隣接していることを特徴とする無線システム。
12. １２．第１，第２及び第３の次元において、第１の複数の通信機から、ある周波 数を有する第１の信号によって、通信する段階；及び 第１，第２及び第３の次元において、第２の複数の通信機から、実質的に同一周 波数を有する第２の信号によって、通信する段階から成り、前記第１及び第２の 複数の通信機を、他方に対して、前記第１，第２及び第３の次元における周波数 の再使用を最大にするように構成してあることを特徴とする方法。