JPH08294167A - ストリートマイクロセル方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自局から放射した電波の遅延波の影響と隣接
基地局間干渉の影響を低減し、通信品質及び干渉耐力に
優れたストリートマイクロセル方式を提供することを目
的とする。 【構成】 無線通信用マイクロセルを形成する基地局の
空中線が、主放射ビームの垂直面内ビーム半値幅が５度
より大きく、主放射ビームの最大指向性利得に対する水
平面内での相対指向性利得が−１５ｄＢ以下となるよう
に主放射ビームを俯角方向にビームチルトされ、前記空
中線を道路沿いの電波反射係の高さとほぼ同じ高さに設
置してマイクロセルを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動通信におけるマイク
ロセル方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロセル方式は、基地局空中線の高
さを周辺建物高よりも低くし、電波を道路に沿って伝搬
させることによって単位セル長が１００〜３００ｍ程度
の通信セルを形成しようとするものである。このような
ストリートセルを形成することによって、自動車電話方
式などゾーン半径が１．５ｋｍ以上もあるセルラー方式
に比して空間的な周波数利用効率を高くできることがマ
イクロセル方式の大きな特徴である。

【０００３】マイクロセル方式においても、その無線回
線は多重波伝搬環境下にあり、端末使用者が移動するに
伴って受信レベルは深いフェージング変動を示し、また
基地局から移動局への伝搬パスには様々な経路を通るも
のが混在するため遅延波の影響が無視できない。これら
電波伝搬上の問題は、特にディジタル信号伝送方式にと
っては無視することのできない問題である。従来のセル
ラー方式と同様、マイクロセル方式もディジタル公衆電
話網との整合性の観点から、信号伝送方式はディジタル
伝送方式を採用しており、従って本質的に上記伝搬上の
問題に直面する方式であることに変わりはない。

【０００４】しかるに、マイクロセル方式は、その単位
セル長が１００〜２００ｍと小さいことから、一般に遅
延波の影響は極めて小さく無視し得ると考えられてお
り、遅延波に対する対処技術は方式の必須技術としては
取り扱われていない（例えば、ＲＣＲ ＳＴＤ−２８，
第二世代コードレス電話システム標準規格（第１版）平
成５年１２月２０日策定）。

【０００５】ところが、道路端がＴ字路になっていて、
道路沿いに伝搬した波がＴ字路でのビル壁面で反射する
ような場合には大きな遅延波が生じ、マイクロセル方式
が必ずしも遅延波の影響を無視できるシステムとは言え
ないことが指摘されている（多賀，「低アンテナ高マイ
クロセルにおける道路構造と遅延スプレッド特性に関す
る一検討」，１９９３年信学会秋季全大，Ｂ−１７）。

【０００６】そのような遅延波に対する対処技術として
は、等化器や誤り訂正技術などが揚げられるが、基地局
・移動局のコストアップや信号のスループット低下など
の問題が新たに生じることとなる。また、チルトビーム
空中線を基地局空中線として用いることの有効性も指摘
されている（同上文献，１９９３年信学会秋季全大，Ｂ
−１７）が、その場合の空中線に対する要求条件は明ら
かにされていない。

【０００７】後者の技術に近い従来技術としては、自動
車電話方式で用いられているビームチルト空中線があ
り、ビルの屋上に設けられた鉄塔上に空中線を設置して
無線ゾーンを形成するものであるが、この導入技術はゾ
ーン半径が１．５ｋｍ以上のセルラー方式における隣接
基地局間干渉を低減する効果を得るためのものであっ
た。そのため、自動車電話方式の空中線（全方向性空中
線での利得：１２．５ｄＢｉ）は、図７に示すように主
放射ビーム１３はその垂直面内ビーム半値幅が４度以下
という極めてシャープな放射ビームに成形され、該主放
射ビーム１３は俯角方向に６度程度ビームチルトせしめ
られ、また最大指向性利得に対する仰角方向サイドロー
ブレベルは−２０ｄＢ以下となるよう設計されている
（例えば、Ｙ．Ｙａｍａｄａ ａｎｄ Ｍ．Ｋｉｊｉｍ
ａ ａｎｄ Ｈ．Ｋｉｍｕｒａ，“ＡＷｉｄｅ−Ｂａｎ
ｄ ａｎｄ Ｓｌｅｎｄｅｒ Ｂａｓｅ−Ｓｔａｔｉｏ
ｎ Ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉ
ｏ，”Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ＡＰ−Ｓ，ｐ．１０５７，１
９９２．）。このときの水平面内指向性利得は最大指向
性利得の−２５ｄＢ以下のレベルになっている。

【０００８】上記従来技術におけるビームチルト空中線
は、最大指向性利得に対する水平面内利得の相対値にお
いて、本発明構成要件の一部を満足するが、マイクロセ
ル用の基地局空中線としての観点からは、上記特性のみ
では以下に述べる欠点があった。即ち、

【０００９】（１）マイクロセル方式の実効放射電力は
セルラー方式のそれよりも２２ｄＢ以上小さいことか
ら、従来技術のように垂直面内ビーム半値幅が狭く空中
線下方方向のサイドローブレベルが低いと、アンテナ高
が地上より２０ｍ以上となるような場合に基地局直下付
近の場所における電界強度レベルが著しく低下し、直接
波レベルに対する遅延波レベルが相対的に上昇する。そ
の結果、遅延スプレッドが許容値以上となり、図８に示
すようにマイクロセルの中心部（基地局直下付近）で通
信品質が著しく劣化し、通信サービスが困難となる欠点
があった。図８において、１４は基地局設置位置、１５
はビルなどの建物、１６は通信品質が規格値を満足する
無線ゾーン、１７は通信品質が規格値を割るゾーンであ
る。

【００１０】（２）ビル屋上に基地局空中線を設置した
場合、隣接基地局との間には、空中線を設置したビルと
同程度の高さのビルが林立するが、隣接基地局間から伝
搬してくる到来電波は多くのビルでの反射や回折により
図９に示すようにある程度空間的に広がりをもって到来
する波群となる。図９において、１５はビルなどの建
物、１ａ、１ｂは基地局空中線、１８は基地局空中線１
ａから基地局空中線１ｂに伝搬する波群、１９は大地
面、１２は基地局空中線１ｂにおいて観測される到来波
群の仰角面方向の強度分布であり、該到来波強度分布１
２は水平方向に最大強度をもち、仰角方向に±１０度程
度の標準偏差をもつガウス分布的な広がりをもつ。図１
０に示すようにビル屋上に鉄塔を立てて設置されるセル
ラー方式の場合、自由空間伝搬のような直線的な伝搬波
となる。図１０において、１５はビルなどの建物、１
ａ、１ｂは基地局空中線、２０は基地局空中線１ａから
基地局空中線１ｂに伝搬する波（直接波）、１９は大地
面、２１はビル屋上に設置されている鉄塔、２２は基地
局空中線１ｂにおいて観測される到来波の仰角面方向の
強度分布であり、該到来波強度分布２２は水平方向に最
大強度をもち、仰角方向には顕著な広がりをもたない。
従って、隣接基地局からの干渉波は水平面内のみの空中
線利得で受信されるので、干渉波低減に効果を発揮す
る。しかしながら、図９に示したように、到来波が仰角
方向にガウス分布的な強度分布をもつ場合には、図１１
に示すように空中線利得の高い指向性特性で到来波群の
一部を受信することになってしまう。図１１において１
３は主放射ビーム、１２は仰角方向に±１０度程度の標
準偏差をもつガウス分布的な到来波強度分布である。そ
の結果、従来技術では垂直面内ビーム半値幅が狭すぎる
こと（空中線利得が高すぎること）並びにビームチルト
角が浅いことのために、干渉波に対する空中線実効利得
は水平面内指向性利得よりも著しく大きくなる。従来の
ビームチルト空中線における干渉波に対する空中線実効
利得は５．５ｄＢｉ程度となり、本来の設計値であった
水平面内指向性利得（−７．５ｄＢｉ以下）に比して極
めて大きいものとなる。このことによって、隣接基地局
からの干渉波受信レベルがき大きくなり、干渉低減効果
が著しく劣化する欠点があった。

【００１１】以上述べたように、基地局の設置高がビル
屋上程度でしかも隣接基地局間距離が数百メートル程度
と短いマイクロセル方式においては、従来の空中線によ
る干渉低減技術を用いると基地局直下の通信品質が劣化
するとともに、隣接基地局間干渉レベルが高くなってし
まい、干渉による使用可能チャネル数の減少により周波
数利用効率が低下するという欠点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビル
屋上の高さ（２０ｍ〜４０ｍ）程度の位置に基地局の空
中線設備を設けて道路沿いに無線ゾーンを形成するスト
リートマイクロセル方式において、自局から放射した電
波の遅延波の影響をストリートマイクロセルの中心部か
ら端部までの全域に亘って低減するビームチルト空中線
の必要条件と隣接基地局間干渉の影響を低減するビーム
チルト空中線の必要条件の双方の条件を満たすビームチ
ルト空中線を適用することにより、上記従来技術では成
し得なかった通信品質及び干渉耐力に優れるストリート
マイクロセル方式を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基地局空中線
垂直面内放射指向性の主放射ビームの垂直面内ビーム半
値幅を５度よりも大きくし、かつ主放射ビームの最大指
向性利得に対する水平面内での相対指向性利得が−１５
ｄＢ以下となるように主放射ビームを俯角方向にビーム
チルトせしめた空中線を具備し、該空中線を道路沿いの
電波反射体とほぼ同じ高さに設置して基地局空中線と成
し、道路に沿ったストリートマイクロセルを形成するこ
とを最も主要な特徴とする。

【００１４】なお、ここで道路とは、車輛の通行のみな
らず、船、人の通行のための施設を含むものとする。

【００１５】

【作用】基地局空中線に対する２つの条件−（１）主ビ
ーム半値幅条件（５度以上）と（２）主ビームのチルト
条件（水平面内での相対指向性利得が−１５ｄＢ以下）
−を同時に満足する空中線を適用し、これを道路沿いの
電波反射体とほぼ同じ高さ（例えばビルの屋上）に設置
する。これにより、自局から放射した電波の遅延波の影
響をストリートマイクロセルの中心部から端部までの全
域に亘って低減するビームチルト空中線の必要条件と隣
接基地局間干渉の影響を低減するビームチルト空中線の
必要条件の双方の条件を満たし、上記従来技術では成し
得なかった通信品質及び干渉耐力に優れるストリートマ
イクロセル方式を提供することができ、本発明の目的が
達成される。なお、電波反射体は、例えば、高さが２０
〜４０ｍ程度で、道路にそって建てられるビルとするこ
とができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明のストリートマイクロセル方式
の実施例を説明する図であって、１は基地局空中線、２
は無線設備本体、３はビルなどの建物壁面、４は基地局
設備の設置金具、５は基地局を設置したビルに面した道
路、６は道路５の見通し内にあるビル壁面である。

【００１７】また図２は空中線１の垂直面内指向性であ
って、７は主放射ビーム、８は仰角方向の第一サイドロ
ーブ、９は主放射ビーム７の水平面内指向性利得を示す
点である。本実施例では、水平面内指向性利得９が主放
射ビーム７の指向性利得（最大利得）に対して１５ｄＢ
低い特性をもつ空中線を適用した場合を示している。

【００１８】図３は道路５での遅延スプレッド距離特性
を示す図であり、１０は本実施例でのセル構成における
特性、１１はチルト無し空中線を用いたセル構成におけ
る特性である。遅延スプレッド距離特性１１における山
なりの大きな遅延スプレッド特性は、主に基地局空中線
から放射された電波が見通しとなるビル壁面６で反射さ
れたことによって生じるものである。

【００１９】図４に横軸を水平面内指向性利得９をと
り、縦軸にゾーン長を３００ｍとしたときのゾーン内遅
延スプレッドの累積９９％値を取った場合の特性例を示
すが、遅延スプレッドは水平面内指向性利得を小さくす
るほど低減できる。また図４のシェード部分が本発明の
請求範囲に対応する領域である。図３に示す遅延スプレ
ッド距離特性１０は、図４において横軸が−１５ｄＢの
場合に対応し、主放射ビーム７の水平面内指向性利得９
を主放射ビーム７の最大指向性利得よりも１５ｄＢ以上
小さくすることによってゾーン内での遅延スプレッドの
累積９９％値が６５０ｎｓ以上もある伝送路を３００ｎ
ｓ以下にまで半減する効果をもたせることができるので
ある。

【００２０】一方、図５に本実施例での空中線の垂直面
内指向性と隣接基地局からの干渉波群との関係を示す。
７は本実施例で適用する空中線の主放射ビーム、８は仰
角方向の第一サイドローブ、１２は隣接基地局からの干
渉波群の到来波強度分布図である。ビル屋上での干渉波
群の到来波強度分布１２の標準偏差は１０度程度である
が、本実施例の空中線の垂直面内指向性は主放射ビーム
７の半値幅を従来例よりも大きくし、しかも水平面内の
相対指向性利得が−１５ｄＢ以下となるようにしている
ことから、ビームチルト角が従来例に比して増大する
（１３度程度）ものとなる。従って図５に示す如く主放
射ビーム７が到来波強度分布１２と重なる角度範囲が減
少し、その結果、干渉波に対する利得（実効利得）が低
くなる。図９に示したビル屋上での干渉波に対する利得
（実効利得）は２ｄＢｉ程度となり、従来例（５．５ｄ
Ｂｉ）よりも３．５ｄＢ干渉特性が向上する。この効果
は、隣接基地局にも本実施例を施すことによって倍増す
るから、従来例の空中線を適用する場合に比して７ｄＢ
も干渉特性が改善されることとなる。干渉波低減効果は
マイクロセルのクラスタサイズの増大に効果を及ぼし、
３ｄＢの干渉波低減効果は約１．５倍のクラスタサイズ
の増大を可能ならしめることから、本発明のストリート
マイクロセル方式によれば、従来技術の場合に比して２
倍以上のクラスタサイズを実現できるものである。言い
換えると、２倍以上の周波数有効利用を可能ならしめる
ものである。図６にビル屋上に空中線を設置した場合の
水平面内指向性利得に対する干渉波への実効利得特性の
傾向図を示すが、空中線の主ビーム幅を大きくするほど
実効利得が低くでき、従って干渉波の抑圧に効果が高い
ことが分かる。図中シェード部分は本発明の請求範囲に
対応する領域を表す。また、水平面内指向性利得を最大
指向性利得よりも低くするほど、従来例よりも干渉に対
する実効利得が低くなり、干渉抑圧効果が向上すること
を付記するものである。

【００２１】更に、主放射ビームの半値幅を従来よりも
大きくし、かつ主放射ビームのチルト角を大きくしたこ
とによって、基地局直下の電界強度レベルの低下をも防
ぐ効果が実現できる。市街地でのビル屋上に本発明の方
式を適用した場合の基地局直下の伝搬損失を実測した結
果では、空中線の大地面からの高さが３０ｍのときで
も、伝搬損失は９５ｄＢ以下であり、送信電力が２０ｍ
Ｗのマイクロセル方式を想定した場合の許容伝搬損失以
下になることが確認できた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方式はス
トリートマイクロセル（道路沿いに形成する樹枝状セ
ル）を用いる移動通信システムにおいて、信号伝送特性
の劣化要因である自局からの遅延波レベルを大きく低下
せしめて遅延スプレッドを半減させ、自局マイクロセル
の通話品質・接続品質を良好なものとせしめることがで
きる。従って、等化器や誤り訂正方式などの他の遅延波
低減技術の導入あるいはマイクロセルの実効セル長の短
縮などが不要であり、更に基地局直下における電界強度
の低下もないため基地局直下の不感地対策である基地局
の増設も不要にできるため、経済性の高いマイクロセル
移動通信システムを実現する上で極めて大きな効果があ
る。また本発明は、隣接基地局間の干渉波に対する空中
線の実効利得を低減せしめることができ、隣接基地局間
距離を小さくできるため空間的な周波数の再利用率を向
上でき、有限な周波数資源の有効利用に貢献するという
極めて重要な効果を合わせもつものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のストリートマイクロセル方式の実施例
の概念図である。

【図２】本発明のストリートマイクロセル方式に適用す
る空中線の垂直面内指向性である。

【図３】本発明のストリートマイクロセル方式による無
線ゾーン内での遅延スプレッド距離特性とビームチルト
無しの空中線を適用するマイクロセル方式による遅延ス
プレッド距離特性との比較図である。

【図４】水平面内指向性利得に対するゾーン内遅延スプ
レッド累積９９％値の低減効果を示す図である。

【図５】ビル屋上での干渉波群の到来強度分布と本発明
のストリートマイクロセル方式に適用する空中線の垂直
面内指向性との関係を説明する図である。

【図６】主ビーム半値幅を増大せしめた場合のビル屋上
間伝搬干渉波に対する実効利得特性の傾向を示す図であ
る。

【図７】従来のセルラ方式（自動車電話方式）における
空中線の垂直面内指向性図である。

【図８】マイクロセルの中心部に不感地ゾーンが生じる
ケースを示す概念図である。

【図９】ビル屋上間伝搬における到来波の広がり特性の
概念図である。

【図１０】ビル屋上に設けられた鉄塔などに空中線が設
置される従来のセルラ方式における基地局間伝搬波（干
渉波）の概念図である。

【図１１】ビル屋上での干渉波群の到来強度分布と従来
のセルラ方式（自動車電話方式）における空中線の垂直
面内指向性との関係を説明する図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ 基地局空中線 ２ 無線設備本体 ３ ビルの建物壁面 ４ 基地局設備の設置金具 ５ 基地局を設置したビルに面した道路 ６ 基地局を設置したビルに面した道路の見通し内にあ
るビル壁面 ７ 主放射ビーム ８ 仰角方向の第一サイドローブ ９ 主放射ビーム７の水平面内指向性利得（を示す点） １０ 本発明のマイクロセル方式における遅延スプレッ
ド距離特性 １１ 従来のビームチルト無し空中線を用いるマイクロ
セル方式における遅延スプレッド距離特性 １２ 隣接基地局から到来する干渉波群の到来波強度分
布 １３ 従来のセルラ方式における空中線の主放射ビーム １４ 基地局設置位置 １５ ビルなどの建物 １６ 通信品質が規格値を満足する無線ゾーン １７ 通信品質が規格値を割る無線ゾーン １８ ビル屋上程度の高さに基地局空中線を設置した場
合の基地局間伝搬波群 １９ 大地面 ２０ 従来のセルラ方式における基地局間伝搬波（直接
波） ２１ ビル屋上に設置されている鉄塔 ２２ 従来のセルラ方式における干渉波の到来波強度分
布

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年５月３１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】（２）ビル屋上に基地局空中線を設置した
場合、隣接基地局との間には、空中線を設置したビルと
同程度の高さのビルが林立するが、隣接基地局間から伝
搬してくる到来電波は多くのビルでの反射や回折により
図９に示すようにある程度空間的に広がりをもって到来
する波群となる。図９において、１５はビルなどの建
物、１ａ、１ｂは基地局空中線、１８は基地局空中線１
ａから基地局空中線１ｂに伝搬する波群、１９は大地
面、１２は基地局空中線１ｂにおいて観測される到来波
群の仰角面方向の強度分布であり、該到来波強度分布１
２は水平方向に最大強度をもち、仰角方向に±１０度程
度の標準偏差をもつガウス分布的な広がりをもつ。図１
０に示すようにビル屋上に鉄塔を立てて設置されるセル
ラー方式の場合、自由空間伝搬のような直線的な伝搬波
となる。図１０において、１５はビルなどの建物、１
ａ、１ｂは基地局空中線、２０は基地局空中線１ａから
基地局空中線１ｂに伝搬する波（直接波）、１９は大地
面、２１はビル屋上に設置されている鉄塔、２２は基地
局空中線１ｂにおいて観測される到来波の仰角面方向の
強度分布であり、該到来波強度分布２２は水平方向に最
大強度をもち、仰角方向には顕著な広がりをもたない。
従って、隣接基地局からの干渉波は水平面内のみの空中
線利得で受信されるので、干渉波低減に効果を発揮す
る。しかしながら、図９に示したように、到来波が仰角
方向にガウス分布的な強度分布をもつ場合には、図１１
に示すように空中線利得の高い指向性特性で到来波群の
一部を受信することになってしまう。図１１において１
３は主放射ビーム、１２は仰角方向に±１０度程度の標
準偏差をもつガウス分布的な到来波強度分布である。そ
の結果、従来技術では垂直面内ビーム半値幅が狭すぎる
こと（空中線利得が高すぎること）並びにビームチルト
角が浅いことのために、干渉波に対する空中線実効利得
は水平面内指向性利得よりも著しく大きくなる。従来の
ビームチルト空中線における干渉波に対する空中線実効
利得は５．５ｄＢｉ程度となり、本来の設計値であった
水平面内指向性利得（−７．５ｄＢｉ以下）に比して極
めて大きいものとなる。このことによって、隣接基地局
からの干渉波受信レベルが大きくなり、干渉低減効果が
著しく劣化する欠点があった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線通信用マイクロセルを形成する基地
   局の空中線が、 主放射ビームの垂直面内ビーム半値幅が５度より大き
   く、 主放射ビームの最大指向性利得に対する水平面内での相
   対指向性利得が−１５ｄＢ以下となるように主放射ビー
   ムを俯角方向にビームチルトされ、 前記空中線を道路沿いの電波反射体の高さとほぼ同じ高
   さに設置してマイクロセルを形成することを特徴とする
   ストリートマイクロセル方式。
2. 【請求項２】 前記電波反射係が道路沿いの建物であ
   り、前記空中線が前記建物の屋上に設置される請求項１
   に記載のストリートマイクロセル方式。