JPH09215045A - マイクロセルを用いた移動通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一周波数繰り返し距離を短縮する。 【解決手段】 １フレームを例えば３スロットＡ，Ｂ，
Ｃに分割し、同一チャネルを用いる各基地局でスロット
の同期をとり、セル１０で使用スロットの優先順位を
Ｂ，Ｃ，Ａ、セル１７での使用スロットの優先順位を
Ｃ，Ａ，Ｂと互いに異ならせ、各セルの基地局でその時
の空スロットの中の優先順位の最も高いスロットでこれ
と同期してパケットを送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の周波数又
は拡散コードを繰り返し利用し、複数のマイクロセルの
エリアを統合した通信領域を構成し、その各マイクロセ
ルに基地局を設け、各基地局と移動局との間の通信を行
う移動通信方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、周波数の利用効率を向上させ
るため様々なマイクロセル構成の方法が提案されてき
た。これらについては、例えば、「ディジタル移動通
信」（桑原守二著 科学新聞社出版）第１２３頁から第
１３６頁に記述されているとおり、正六角形セルモデル
に基づく構成方法が提案され、必要な繰り返し周波数の
数は、同書第１３６頁から第１４３頁に記述されている
とおり、方式設計上必要とされる所要ＣＩＲ（搬送波電
力対干渉波電力比）を満足するように決定されていた。

【０００３】ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式を用いた
ディジタル移動無線通信においては、ＰＨＳ（パーソナ
ル・ハンディーホーン・システム）に見られるように、
スロット化されたＴＤＭＡフレームに基地局間の同期を
自律分散的にとることにより、マイクロセル間の時分割
多重信号の干渉を軽減する方式が提案されてきた。ＰＨ
Ｓでは、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」の第４章 図４．２．４
に記載のとおり、ＴＤＭＡフレーム中に８つのスロット
が用意され、上り制御用物理スロット及び下り制御用物
理スロットに１スロットずつが、上下の通話用物理スロ
ットに３スロットずつが割り当てられている。ＰＨＳ
は、回線交換方式であるためその制御用物理スロットを
除き、通話用物理スロットは呼の開始から終了まで基地
局と移動局の通信に占有される。このため、一旦割り当
てられた通話用物理スロットは、他からの干渉の少ない
チャネルとなるが、呼の完了まで開放されることがな
く、その間、設定された回線（周波数チャネル）が使用
されているため無線パケットなどの離散的に発生するバ
ースト信号の伝送においては、周波数チャネルは拘束す
るが、情報を伝送しない多くの空スロットが生じること
となり、伝送効率すなわち周波数の利用効率の低下とな
っていた。

【０００４】また、スロット化されたＴＤＭＡフレーム
を用いたランダムアクセス方式については、例えば、前
述のＰＨＳの上り制御用物理スロットについてはスロッ
ト付きＡＬＯＨＡ方式が採用されている。しかしなが
ら、同一周波数を用いる複数のマイクロセルから構成さ
れるエリアにおいて、ランダムアクセス制御について
は、各マイクロセル間で協調的にスロット割り当て制御
されることがなかったため、通信効率が低下していた。

【０００５】このことについて図を参照して少し述べ
る。即ち図４Ａに正六角形セルモデルにより７周波数の
繰り返し利用によるゾーン構成の例を示す。マイクロセ
ル１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６は各々第
一の周波数ａ、第二の周波数ｂ、第三の周波数ｃ、第四
の周波数ｄ、第五の周波数ｅ、第六の周波数ｆ、第七の
周波数ｇが割り当てられ、マイクロセル１７〜２２はマ
イクロセル１０から最も近い位置に配置される第一の周
波数ａが割り当てられたマイクロセルである。マイクロ
セル１０はその周囲に存在する同一の周波数ａが割り当
てられた複数のマイクロセル１７〜２２から主要な干渉
を受ける。図４Ａはチャネルを周波数軸上で分割して構
成したものであるが、チャネルを直交性のある拡散コー
ドで分割して構成する場合は、それぞれａからｇなる拡
散コードを用いたマイクロセルと読み替えることで以
下、同様の説明が適用される。ここで直交性のある拡散
コードは、代表的にはＭ系列が使用される。また、完全
な直交性は保証されないものの、相関性の低いコードと
してゴールド符号の適用も可能である。

【０００６】マイクロセル１０がその周囲のマイクロセ
ル１７〜２２から受ける干渉量の総和が、マイクロセル
１０における通信品質の要求条件を満たすようにこれら
マイクロセル間の距離が調整される。干渉量すなわちＣ
ＩＲを低く抑えなければならない場合は、同一の周波数
あるいは同一の拡散コードを用いたマイクロセル間距離
（以下、繰り返し距離）を大きくしなければならず、よ
り多くの周波数チャネルあるいは拡散コードが必要とな
り、この移動通信サービスのため広い周波数帯域又は多
くの拡散コードを占有してしまうことになる。

【０００７】図４Ｂは、従来のマイクロセル１０とマイ
クロセル１７での無線チャネルの使用例を時間軸上に示
したものである。本図は、時間軸を連続的に使用した例
であり、マイクロセル１０および１７では、任意のタイ
ミングでバースト送出が行われる。無線媒体をバースト
が占有する時間帯２１〜２８中の斜線を施した時間帯２
１と２２は２５と、２４は２７と２８と時間軸上で重な
りがあるため、ＣＩＲが劣化し品質の不安定なバースト
である。一方、時間帯２３と２６は時間軸上の重なりが
ないため品質の安定したバーストである。

【０００８】図４Ｃに示すように従来において、時間軸
をスロットに分割して、例えば１フレームがＡ，Ｂ，Ｃ
の３スロットから構成され、マイクロセル１０および１
７では、フレーム、スロットが互いに同期され、スロッ
トの開始タイミングに合わせてバースト送出が行われ
る。バーストの発生タイミングと送出開始タイミングに
最大１スロット分の遅延が生じる可能性があり、発生し
たバーストは一旦バッファに蓄積される。無線媒体をバ
ーストが占有する時間帯３１乃至３８中の斜線を施した
３２と３５と、３４と３７とは時間軸上で重なりがある
ため、ＣＩＲが劣化し、品質の不安定なバーストであ
る。一方、時間帯３１，３３，３６及び３８は時間軸上
の重なりがないため品質の安定したバーストである。図
４Ｂでは、バーストが任意の時間で発生していたのに対
し、図４Ｃではスロットタイミングに制限されたため、
バーストの衝突確率が軽減され、結果としてＣＩＲが劣
化する時間率を抑圧することができる。つまりパケット
伝送では、パケットが１ビットでも重なると両パケット
は干渉となるため、図４Ｂよりも図４Ｃの方がパケット
の重なりが少なくなり、干渉が少なくなる。しかし、図
４Ｃに示すようにセル１０，１７間でスロット割り当て
が干渉しないように考慮されていないため、まだ干渉を
十分小にすることができなかった。

【０００９】さらに、マイクロセルの基地局間の同期
は、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」の第３章 ３．２．１５スロ
ット送信条件に記載のとおり、各基地局は下り制御用物
理スロットとして使用予定のスロットの先行及び後続バ
ーストをキャリアセンスすることで使用予定スロットの
タイミング及び空を検出し、自律分散的に近接基地局と
のフレーム同期を確立するものであった。このため、当
該基地局との通信路が確立されていない基地局あるいは
移動局（いわゆる隠れ端末）からの干渉が検出されず通
信品質の劣化となっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】マイクロセルを用いて
通信エリアを構成する場合において、同一周波数を用い
るマイクロセル間ではスロット同期はとっていたものの
マイクロセル間で協調的なランダムアクセス制御が行わ
れていなかったため、データがバースト的に発生するよ
うなディジタル無線パケット通信においては周波数利用
効率が低下していた。

【００１１】この発明は、バースト的トラヒックを伝送
する無線パケット通信において周波数又は拡散信号の利
用効率が低かった点を解決したディジタル無線通信方法
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、同一の周波
数又は拡散コードを用いるマイクロセル間で、スロット
化したＴＤＭＡフレームに効率良く同期させるため、マ
イクロセル内の基地局間同期のためビーコンを送出し、
スロット同期確立後、使用スロットの割り当て優先順位
を各基地局ごとに異ならせる。

【００１３】つまりこの発明によれば、同一の周波数拡
散コードチャネルを用いるマイクロセル間のＴＤＭＡタ
イムスロットが同期され、かつ、ＴＤＭＡフレーム内の
スロットにマイクロセル毎に異なる割り当て順位が設定
されるので、同一のスロットでバースト信号が衝突する
確率を軽減することができる。マイクロセル間でトラヒ
ックの発生はランダムであり、統計的に重なることが少
なく、同時に発生しても、何れのマイクロセルでもスロ
ットが使用されていない場合は使用スロットが互いに異
ならされているため、マイクロセル間のトラヒックの時
間的重なりが緩和され、方式に要求されるＣＩＲへの要
求条件も緩和されることとなり、より少ない周波数ある
いは拡散コードによる繰り返し利用が可能となり高い周
波数利用効率が実現される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１Ａにこの発明の実施例を示
す。この実施例は図４Ａに示したセル配置を前提とし、
各フレームはスロット化されたチャネルをＡ，Ｂ，Ｃの
３グループに分割した場合である。３グループへの分割
はこの発明の概念の説明のためであり任意の数にグルー
ピングが可能であることは容易に理解されるところであ
る。各マイクロセルにおいて、トラヒックに応じて、フ
レーム毎に０個から３個までのスロットの割り当てが制
御される。つまりトラヒックがゼロでスロット割り当て
は０であり、トラヒックが１つ発生すると、１個のスロ
ットを割り当て、トラヒックが２個同時に発生すると２
つのスロットを割り当て、以下同様にする。更にマイク
ロセル１０は、第一優先スロットとしてＢを、トラヒッ
クが時間的に集中した場合は、スロットＢに加え、順次
スロットＣ，Ａを使用してバースト送信を行う。一方、
マイクロセル１７は、第一優先スロットとしてＣが割り
当てられており、トラヒックが時間的に集中した場合
は、スロットＣに加え、順次スロットＡ，Ｂを使用して
バースト送信を行う。このようにマイクロセルによりス
ロットの使用優先順位を異ならせる。無線媒体をバース
トが占有する時間帯４１〜４８は図１Ａに示すように、
比較的トラヒックが小さい（バーストが間欠的な）時
は、４１から４８に示すバーストの時間的重なりを抑圧
することができる。

【００１５】各マイクロセルが、複数のスロットグルー
プ群からスロットを使用する順序を決定する方法につい
ては、事前に固定的に割り当てる方法が簡易な手段とし
て適用されるが、自立分散的に決定されるようなアルゴ
リズムを適用することが、システムの制御負荷を減ら
し、拡張性を確保する点からも有効である。このような
自律分散アルゴリズムの代表がランダム選択方式であ
る。より具体的には、システムの運用開始時に、タイム
スタンプあるいは基地局の識別コードを適当な乱数発生
関数にかけ、その発生乱数列でスロットの割り当て順
位、つまり使用可能な全スロットをどれから順に使用す
るかを指定する方式により実現可能である。

【００１６】請求項２の発明ではマイクロセル間の同期
が確立される。この同期確立のために各マイクロセルで
用いられるＴＤＭＡフレームの構成例を図１Ｂに示す。
ＴＤＭＡスロットタイミングの調整を実施するためのガ
ードタイム期間、５１，５４，５５のそれぞれの次にＴ
ＤＭＡスロットタイミングを調整するための情報となる
ビーコン（同期用基準バースト信号）群を送出し受信す
るためのキャリアセンス期間５２，５５，５８が続き、
更にバーストデータ送受信期間５３，５６，５９が続
く。キャリアセンス期間とバーストデータ送受信期間は
固定時間長であるが、他のマイクロセルとのタイミング
差及びビーコンのジッタを吸収するためにガードタイム
期間が使用される。この例ではキャリアセンス期間に３
つのビーコン信号が一定周期で送信される。

【００１７】図２に基地局（マイクロセル）間でスロッ
トを同期させる様子を図１Ｂ中のキャリアセンス期間５
２の部分を拡大して示す。ビーコン信号６１から６３は
マイクロセル１０の基地局から送出され、ビーコン信号
６５から６７はマイクロセル１７の基地局から送出さ
れ、ビーコン信号６９から７１はマイクロセル１８の基
地局から送出され、マイクロセル１０，１７，１８にお
ける各基地局のバーストデータ送受信期間は６４，６
８，７２である。この概念の説明の目的で１ＴＤＭＡフ
レーム中のビーコン数を３つとしているが、２つ以上の
任意のビーコン数の適用が可能であり、数の選定は個々
のシステムの設計事項である。

【００１８】例えば、図２Ａではマイクロセル１０にお
いては、基地局がビーコン６１を送出した後、マイクロ
セル１７からビーコン６５、マイクロセル１８からビー
コン７０をそれぞれ受信する。マイクロセル１８から送
出されたビーコン６９は、ビーコン６１の送出前にマイ
クロセル１０の基地局に到来するため受信することはな
い。つまり各基地局は自局からビーコン信号の送信を開
始してから他基地局からのビーコン信号の受信を始め
る。同様にマイクロセル１０の基地局がビーコン６２を
送出した後、マイクロセル１７，１８からのビーコン信
号６６，７１をそれぞれ受信する。マイクロセル１０の
基地局がビーコン信号６３を送出した後は、マイクロセ
ル１７からのビーコン信号６７のみしか受信しない。

【００１９】また、図２Ｂにおいてはマイクロセル１７
とマイクロセル１８のスロットの同期がとられた状態で
あり、マイクロセル１０では、基地局がビーコン６１を
送出した後、マイクロセル１７及び１８からのビーコン
６６，７０が重畳受信される。また、同様にビーコン６
２を送出した後、マイクロセル１７及び１８からのビー
コン６７及び７１が重畳受信される。マイクロセル１０
の基地局がビーコン６３を送出した後は、マイクロセル
１７及び１８からのビーコンはいずれも受信されない。
図２Ｃにおいては、マイクロセル１０、マイクロセル１
７及びマイクロセル１８の各スロットの同期がとられた
状態であって、各マイクロセル１０，１７，１８で送出
されるビーコンのタイミングは一致している。

【００２０】また、請求項２の発明によれば、各マイク
ロセルから送出される同期確立のためのビーコンは各基
地局に同期する任意の移動局からも、基地局に同期して
送出する。移動局は、基地局と通信を行うためには基地
局と同期を確立することが必要であり、基地局の送出す
る同期ビーコンを受信し、同期が確立した後、当該移動
局も基地局のビーコンタイミングで同期ビーコンを送出
するよう移動局の送信機を設定する。このようにすると
各マイクロセルから送出される同期用ビーコンは、基地
局のみではなくそのマイクロセル内の移動局からも送出
されるので、他のマイクロセルの基地局は前記基地局か
らのビーコンとその移動局からのビーコンとが重畳受信
され、それだけＣＩＲが大となり、より明確に当該マイ
クロセルの同期ビーコンを捕捉することが可能となる。
この場合、伝搬距離の異なる複数の送信機（基地局と移
動局）からビーコンが送出されるので、より厳密には、
受信機では個々のビーコンがずれて受信される可能性が
ある。よって受信機では、ビーコン群の包絡線のピーク
電力を与えるタイミングをビーコンのタイミングとして
同期調整を図ればよい。上述のビーコンのずれは同期の
ジッタとして、スロット間のガードタイムを適当な値に
設定することで同期を収束させることは可能である。例
えば、伝搬路差が３０ｍの環境では、約１００ナノ秒の
ジッタが発生する可能性がありスロット間に１００ナノ
秒以上のガードタイムを挿入することでジッタの影響を
吸収することは可能である。

【００２１】図３に、ＴＤＭＡスロットタイミングの調
整アルゴリズムを示す。これを図２に示した例を用いて
説明する。マイクロセル１０においては、基地局がビー
コン６１を送出した後、最初に検出する他局ビーコンは
マイクロセル１７から送出された６５であり、かつ各局
は自局よりの最初のビーコンを送出してから同期動作を
開始するため、マイクロセル１０の基地局は、自局より
も進み位相であってビーコン６１の送出後、二つのビー
コンしか受信されないマイクロセル１８の基地局からの
ビーコン７０，７１を無視し、ビーコン６１と６５間、
ビーコン６２と６６間、ビーコン６３と６７間の各時差
を測定し、必要ならばこれの時差を平均化等の処理を施
した後、マイクロセル１７の基地局のビーコンとのタイ
ムスロット差を算出する（９３）。マイクロセル１０の
基地局は、自局の送出ビーコン数と同数のビーコン数を
検出しているので、自局のビーコンの方が時間的に進ん
でいると判断して（９３）、自局のビーコン送出タイミ
ングの補正は行わない。

【００２２】一方、マイクロセル１７においては、基地
局がビーコン６５を送出した後、最初に検出する他局ビ
ーコンはマイクロセル１８から送出されたビーコン７０
であるので、マイクロセル１８の基地局はマイクロセル
１０の基地局から送出されるビーコン６２，６３を無視
し、ビーコン６５と７０間、ビーコン６６と７１間の各
時差を測定し、これらを必要ならば平均化等の処理を施
した後にマイクロセル１８の基地局のビーコンとのタイ
ムスロット差を算出する（９２）。マイクロセル１７の
基地局は、自局の最終ビーコン６７の後にマイクロセル
１８からのビーコンを検出しなかったので、自局のビー
コンの方が時間的に遅れていると判断して（９３）、自
局のビーコン送出タイミングの補正を行う（９４）。こ
の結果、図２Ｂに示した様に、マイクロセル１０の基地
局のスロットタイミングはそのままであるが、マイクロ
セル１７の基地局はマイクロセル１８の基地局のスロッ
トタイミングと同期がとられることとなる。さらに、次
のフレームにおいて再度同様に調整が行われ、図２Ｃに
示した様に、マイクロセル１０の基地局もマイクロセル
１８の基地局に同期することができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば基地局間でスロットの
同期をとり、かつ１フレーム内での使用スロットの優先
順位を互いに異ならせ（又は互いにランダムに与え）て
いるため、各基地局で互いにランダムに発生するパケッ
トのような信号は、同一周波数又は拡散コードを使用す
る基地局で同時に送信される確率が少なく、それだけ干
渉が発生し難い。よって周波数又は拡散コードの繰り返
し距離の短縮が可能となり、必要なチャネル数を削減で
き、周波数又は拡散コードの使用効率を上げることがで
きる。この場合、パケットの送出をスロットと同期させ
ることにより一層干渉のおそれがなくなる。

【００２４】基地局から同期用のビーコンを送信するこ
とにより基地局間でスロットの同期を比較的容易にとる
ことができる。移動局もその在圏セルの基地局と同期し
てビーコンを送信すると、他の基地局でのビーコン受信
のＣＩＲを大とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の実施例におけるセル１０，１７
のスロット占有状態の例を示す図、Ｂはこの発明に用い
るＴＤＭＡのフレーム構成の例を示す図である。

【図２】セル１０，１７，１８における同期用ビーコン
の送信、受信状態と、互いに同期化する遷移を示す図。

【図３】スロット同期化の処理手順の例を示す流れ図。

【図４】Ａは移動通信における正六角形セルによる７周
波数の繰り返し構成例を示す図、Ｂ及びＣはそれぞれ従
来のパケット送信におけるセル１０，１７による無線媒
体占有状態の例を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の周波数チャネル又は拡散コードを
   繰り返し利用し、複数のマイクロセルのエリアを統合し
   て通信エリアを構成し、前記各マイクロセルに基地局を
   設置し、前記基地局と移動局間で通信を行うマイクロセ
   ルを用いた移動通信方法において、 同一の周波数チャネル又は拡散コードを用いる近接基地
   局及びその基地局内の移動局は、スロット化されたＴＤ
   ＭＡフレームに同期し、 前記ＴＤＭＡフレーム内には複数のデータ転送用スロッ
   トを用意し、 前記、各マイクロセル毎に当該データ転送用スロットの
   割り当て順位を他のマイクロセルにおける割り当て順位
   と異なるように制御することを特徴とするマイクロセル
   を用いた移動通信方法。
2. 【請求項２】 前記各基地局は、前記ＴＤＭＡフレーム
   内において一定周期で複数のその基地局に決められた短
   いビーコンを送出し、前記ビーコンとビーコンとの間の
   センス時間に他基地局の送出するビーコンをセンスする
   ことで自基地局ビーコンとの時間差を計測し、当該時間
   差を最小に収束させることを特徴とする請求項１に記載
   のマイクロセルを用いた移動通信方法。
3. 【請求項３】 マイクロセル内に存在する移動局はその
   マイクロセルの基地局が放射するビーコンに同期し、Ｔ
   ＤＭＡフレーム内において一定周期で複数の短いビーコ
   ンを送出することを特徴とする請求項２に記載のマイク
   ロセルを用いた移動通信方法。