JPH11500297A - 無線通信システム - Google Patents

無線通信システム

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JPH11500297A JP9520897A JP52089797A JPH11500297A JP H11500297 A JPH11500297 A JP H11500297A JP 9520897 A JP9520897 A JP 9520897A JP 52089797 A JP52089797 A JP 52089797A JP H11500297 A JPH11500297 A JP H11500297A
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(57)【要約】 複数の移動ステーション405,407に無線通信サービスを提供するために複数のセル201,203,205を使用する無線通信システム200である。非常に小さな地理的領域内、例えば大きなオフィスビルディング207、内の移動ステーションの大きな集中にサービスするセルにおいては、前記セル201によってサービスを受ける地理的領域内に複数の無線周波(RF)カプセル209が設けられる。放送制御チャネル(BCCH)を提供するためのベースサイト300を持つことに加えて、セル201はトラフィックチャネルを送信しかつ受信し、ならびにベースサイトによってサービスされる地理的領域の一部における複数の移動ステーションからランダムアクセスチャネル(RACH)バーストを受信するための複数のRFカプセル313を含む。RFカプセル313はBCCHを提供せず、BCCHは特定のセル201にサービスしているマイクロセル送受信機311によって提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 無線通信システム 発明の分野 一般に、この発明は無線通信システムに関し、かつより特定的には標準セル内 で無線周波(RF)カプセルを使用するセルラ無線通信システムに関する。 発明の背景 伝統的なセルラシステムはある地理的領域をセルのグループに分解する。各々 のセルはそのセル内に含まれる移動ステーションに対し通信サービスを提供する 。これらのサービスを提供するために、ベースステーションはそのセル内に含ま れるすべての移動ステーションが聴取することができる所定の周波数による放送 (broadcast)制御チャネルを提供する。これに応じて、移動ステーシ ョンはランダムアクセスチャネルのバーストをサービスを行っているベースサイ トに送信することができ、これに応じてベースサイトは移動ステーションがベー スサイトに通信して音声および/またはデータサービスのような通信サービスを 提供することができるトラフィックチャネルを割り当てる。 ベースサイトが通信サービスを提供できる移動ステーシ ョンの数に関して固有の制限がある。この制限はセルの大きさ、セルおよびその 周囲のセルの周波数再使用パターン、およびセルラシステムに割り当てられた周 波数またはトラフィックチャネルの数によって決定される。あるセルラシステム によって提供される容量を増大するためには、セルの物理的寸法を低減し、それ によって特定のシステム内でより多くのセルを提供することができる。 我々の社会においてセルラシステムがより普及しかつシステムの使用が増大す るに応じて、セルラシステム内でより大きな容量を提供する必要が生じる。大き な建物内でセルラシステムを実施する場合、数多くの妨害の発生源がありかつま たシステムを使用できる人々の大きな集中(concentration)があ る。伝統的なシステムは建物内のすべてのユーザにサービスを提供するために数 多くの極めて小さなセルを提供する。この複数の非常に小さなセルを提供するこ とにより、しばしばセルの間でより頻繁にハンドオーバ(hand over) を行う必要が生じセルの間で多量のオーバヘッド通信を生じさせる。そのような ハンドオーバ手順の例はGlobal System for Mobile communications(GSM)勧告に見ることができる。 さらに、これらのシステムは隣接するセルによって引き起こされる妨害に極め て敏感であり、その結果それらは地理的に固定されかつシステムのダイナミクス のそれぞれの 変化に対して再計画されなければならない。 図1は、3つの別個の細胞状のセル101,103および105において通信 サービスを提供するセルラ通信システム100を示す。3つのセルサイトの各々 はセルによって規定されるその特定の地理的領域に対する放送制御チャネルを送 信するベースステーション107,109および111を含む。さらに、それぞ れのセル内に含まれる各々の移動ステーション113,115および117はベ ースサイト107,109および111へとランダムアクセスチャネル(Ran dom Access Channel:RACH)バーストを送信する。もし これらのセルの物理的寸法が直径において数メートルに収縮すれば、第1のセル 101と第2のセル103との間のハンドオフの複雑さはより頻繁になりかつシ ステムのアーキテクチャにおいてより扱いにくいものとなる。さらに、セルの重 複は妨害の問題を生じ、これらの問題は伝統的なシステムによっては測り知れな いものでありかつ従って事業を思いとどまらせるもである。従って、そのような 小さなシステムを適切に設計するために、セルの配置は注意深く計画されなけれ ばならず、かつ壁を取りこわすオフィスの再配置あるいは単にオフィス内の家具 を移動するような何らかの変更はセルラシステムの再計画が必要とされる十分な 重複を生じさせシステムの実施者に対し大きな頭痛の種を生じさせる。 従って、大きなオフィスビルディングにおけるユーザの ような、小さな地理的領域におけるユーザの高い集中に対して、現在必要とされ ている扱いにくいハンドオーバ手順および周波数計画手順なしに、サービスを行 うことができるセルラシステムを提供することが有利であろう。 発明の概要 本発明は、第1の地理的領域内に位置する複数の移動ステーションに対し無線 通信サービスを提供するための第1のベースステーションを備えた無線通信シス テムを開示し、前記第1のベースステーションは前記第1の地理的領域のために 放送制御チャネル(BCCH)を送信する。前記無線通信システムはさらに、前 記第1の地理的領域内に位置し複数の移動ステーションとの間でトラフィックチ ャネルを送信しかつトラフィックチャネルおよびランダムアクセスチャネル(R ACH)を受信する少なくとも第1のカプセルを備え、前記少なくとも第1のカ プセルは前記第1の地理的領域の少なくとも第1の部分にわたりカバレージを提 供する。もし第2のカプセルが設けられれば、前記第1および第2のカプセルに よってカバーされる地理的領域は有意的にまたは大きく(significan tly)オーバラップする可能性がある。 さらに、前記第1のベースステーションからBCCHを受信する移動ステーシ ョンがRACHを送信したとき、前記少なくとも第1のカプセルの各々は前記R ACHをある 品質レベルで受信する。コントローラは前記少なくとも第1のカプセルの各々に 対する前記品質レベルを決定しかつ前記複数の移動ステーションの前記第1のも のに対して前記少なくとも第1のカプセルの1つを割り当てる。コントローラは また前記品質レベルを使用する前記少なくとも第1のカプセルの各々の間の伝播 損失を示すマトリクスを構築する。この無線通信システムは複数の移動ステーシ ョンが第1の地理的領域内で同じ周波数および同じタイムスロットによって送信 できるようにする。 利用できる場合には、前記トラフィックチャネルの第1の周波数および第1の タイムスロットを維持しながら、前記第1の移動ステーションに対するトラフィ ックチャネルの割り当てを第1のカプセルから第2のカプセルに切り替えること によりカプセル間(Inter−capsule)ハンドオフが行われる。さら に、前記少なくとも第1のカプセルの各々はベースステーションがサービス不能 部分(unservable portion)にBCCHを提供できない場合 にBCCHを前記第1の地理的領域のサービス不能部分に選択的に提供する手段 をさらに備えることができる。 図面の簡単な説明 図1は、従来技術において利用可能な伝統的なセルラシステムの説明図である 。 図2は、本発明に係わるセルラシステムのセルのレイアウトの説明図である。 図3は、本発明に係わるセルラ通信システムを示すブロック図である。 図4は、本発明に係わる特定の構成でのセルの説明図である。 図5は、本発明に係わる特定の構成でのセルの説明図である。 図6は、本発明に係わる特定のセル構成の説明図である。 図7は、本発明に係わるセル構成の説明図である。 好ましい実施形態の説明 好ましい実施形態は複数の移動ステーションに対して無線通信サービスを提供 するために複数のセルを使用する無線通信システムの説明を含む。大きなオフィ スビルディングのような、非常に小さな地理的領域内の高い集中状態の(hig h concentrations)移動ステーションにサービスを行うセルに おいては、該セルによってサービスを受ける地理的領域内に複数の無線周波(R F)カプセルが与えられる。 放送制御チャネル(Broadcast Control Channel: BCCH)を提供するためにベースサイトをもつことに加えて、セルはトラフィ ックチャネルを送信しかつ受信し、ならびにベースサイトによってサー ビスを受ける地理的領域の一部のまたはある部分の複数の移動ステーションから ランダムアクセスチャネル(RACH)バーストを受信するための複数のRFカ プセルを含む。該RFカプセルはBCCHを提供せず、むしろBCCHはその特 定のセルにサービスを行っているベースステーションによって提供される。 呼のセットアップの間に、移動ステーションはRACHバーストを送信する。 このRACHバーストはセル内の複数のRFカプセルによって受信される。セル サイトのためのコントローラはRFカプセルによって受信された各々のRACH バーストに対する品質レベルを決定する。コントローラは次にRFカプセルの内 の1つをその特定の移動ステーションに割り当てる。その後、その移動ステーシ ョンは割り当てられたRFカプセルを介してあるトラフィックチャネルでセルサ イトへと通信する。トラフィックチャネルは少なくとも第1の周波数および少な くとも第1のタイムスロットによって規定される。 移動ステーションが割り当てられたRFカプセルに通信している間に、近傍の RFカプセルはこれらの通信を品質につき監視している。前述のように、コント ローラは監視した通信の品質に応じてこの特定の移動ステーションのためのトラ フィックチャネルの割り当てを割り当てられたカプセルから新しく割り当てられ たカプセルへと切り替え、好ましくはそのトラフィックチャネルの選択された周 波数 およびタイムスロットを維持している。従って、ハンドオフは特定の移動ステー ションによって気付かれないで進行する。 さらに、コントローラは前記複数のRFカプセルの各々の間の伝播損失(pr opagation loss)を示すマトリクスを構築する。該伝播損失は個 々のRFカプセルによって受信されたRACHバーストの品質指示を使用して決 定される。好ましい実施形態では、前記マトリクスは前記RFカプセルの各々の 間の平均伝播遅延のリストを含む。各々のカプセルの間の伝播損失を監視するこ とにより、使用されている前記特定のRFカプセルはその特定の移動ステーショ ンによってセル内に含まれるRFカプセルに対する周波数妨害の影響を知ること になる。この伝播損失情報はコントローラが同じセル内の周波数再使用を動的に 割り当てることができるようにする。 さらに、大きな建物内では、しばしばベースステーションのBCCHによって サービス不能なブロックスポット(block spots)がある。そのよう な状況では、好ましい実施形態はセルが通信サービスを提供するものと思われる 地理的領域のさもなければサービス不能な部分に対しBCCHを選択的に提供す るためにカプセルを提供する。例えば、地下室、またはしゃへいされた領域にお いては、選択されたRFカプセルはベースサイトによってその地理的領域のこの サービス不能部分へと放送されたBCC H情報を反復または中継することができ従ってその特定の領域のためにサービス を提供する。 図2は、第1のセル201、第2のセル203および第3のセル205を含む 無線通信システムの説明図である。大きな建物207が四角形で示されており、 該四角形内では複数のRFカプセル209が第1のセル201内で使用されて非 常に小さな地理的領域内の高い集中度の移動ステーションに無線通信サービスを 提供する。この特定の構成では、第1のセル201は六辺形で示された第1のセ ルの地理的領域内に位置するすべての移動ステーションのためにBCCHおよび 通信カバレージを提供する。建物207内には、5つのRFカプセルがあり、こ れらはそれらのカバレージ領域内に含まれる任意の移動加入者の間でトラフィッ クチャネル通信を提供しかつ移動加入者からRACHバーストを受信するようセ ットアップまたは構成される。これらの特定のカプセルの制御の詳細については 図3に示されている。RFカプセルのカバレージは不規則な形状の円209で示 されており、これらはその領域内の移動ステーションに提供されるサービスの品 質に対し何らの影響(repercussions)を与えることなくお互いに 激しく重複することができる。 図3は、本発明に係わるベースサイトの説明図である。ベースサイト300は Aライン305を介して伝統的なBSC(ベースサイトコントローラ)303に 相互接続され た標準的なMSC(移動交換センタ:mobile switching ce ntre)301を含んでいる。さらに、ベースサイト300は少なくとも1つ のローコストのベース送受信機システム(Base Transceiver System:BTS)307およびコントローラ309を含みカプセル間のハ ンドオフおよび移動ステーションの以下に説明するような特定のカプセルへの割 当てを制御する。ベースサイト300はさらにセル領域全体のためにBCCHを 提供しならびにRFカプセルのカバレージの外側の領域において伝統的なセルラ サービスを提供するためにオーバレイ方式のマイクロセル送受信機(overl aid microcell transceiver)311を含む。図2で 示されたようにサービスを提供するためにベースサイト300には複数のRFカ プセル313が配置されている。好ましい実施形態では、RFカプセルは特に小 さな形状のものでありかつ毎秒270キロビット(KBPS)伝送ライン315 を介してベース送受信機システムに接続されている。システムアーキテクチャの 詳細はモトローラ・リミテッドにより1995年12月4日に出願された同時係 属の特許出願CE30155Pに見ることができる。 前記オーバレイ方式のマイクロセル送受信機311は図2の固定された地理的 領域201内でサービスを受ける移動ステーションに対し絶えずBCCHを放送 する。これに 応じて呼をセットアップすることを希望する移動ステーションはそのロケーショ ンからランダムアクセスチャネルのバーストを送信する。該RACHバーストは 移動ステーションからRACHバーストを監視するための距離内にある任意のR Fカプセル313によって受信される。各々のRFカプセル313はRACHバ ーストを受信し次に受信バーストの品質を決定するかあるいは受信バーストをB TS307に送信し戻す。コントローラ309は次にその結果を分析しあるいは RFカプセルの各々からの受信RACHバーストの品質を決定し、かつ移動ステ ーションにサービスを提供するために最も適切なRFカプセル313を決定する 。 好ましい実施形態では、受信されたRACHバーストの品質は受信されたRS SIおよび実効ビットエラー率によって決定される。最も高い品質を提供するR Fカプセル313がRFカプセルにサービスを提供するために選択される。もし 受信されたすべてのRACHバーストの品質がある与えられたしきい値より低け れば、無線通信サービスは伝統的なセルラ方式で前記オーバレイ方式のマイクロ セル送受信機311によって提供されることになる。 伝統的なセルの代わりにカプセルを使用する主な理由はハンドオーバのオーバ ヘッドを低減しかつ伝統的なセルラシステムから再使用率(re use fa ctor)を改善することである。知られた良好なチャネルのリストは コントローラ309によって維持される。図4は図3のベースサイト300を使 用したセルの説明図である。ここでは、マイクロセルのカバレージ領域401は 伝統的なセルラ方式でオーバレイ方式のマイクロセル送受信機311によって提 供される。さらに、オーバレイ方式のマイクロセル送受信機311は401で示 されるカバレージ領域の地理的領域内に含まれるすべてのRFカプセル403の ためにBCCHを放送する。この特定の例では、5つのRFカプセル403が示 されている。これらのRFカプセル403はトラフィックチャネルの送信および 受信を提供し、ならびにRACHバースト受信は図3のコントローラ309によ って制御される。 図4においては、セル領域401内に2つの移動ステーション405および4 07があり、各々独立のRFカプセル403によってサービスを受ける。両方の 移動ステーションはそれらのトラフィックチャネルをそれらのそれぞれのRFカ プセルに放送し戻すために周波数3およびタイムスロット5を使用する。これは RFカプセルの間の知られた伝播損失の以下に説明する技術によって提供できる 。移動ステーション405がその現在のRFカプセル403の境界に向かって移 動するとき、理想的には該移動ステーションはそれがサービスを他のRFカプセ ル403に切り替えるときに同じ周波数およびタイムスロットを維持することに なる。しかしながら、両方の移動ステーション405, 407が同じRFカプセルに向かって移動すると、該移動ステーションの内の1 つのみが同じ周波数およびタイムスロットによってサービスを受けることができ る。コントローラ309はどの1つがその周波数およびタイムスロットによって より良好にサービスを受けるかを決定しかつ第1のRFカプセルから第2のRF カプセル403へと制御を切り替える。図5に示されるように、第2の移動ステ ーション407が第1の移動ステーション405に対して優先度を持たないこと が決定されかつその代わりに伝統的な方式でハンドオーバされる。従って、移動 ステーションの助けによりその周波数および/またはタイムスロットを変更する 。上に述べた例から明らかなように、ハンドオフは移動ステーション405に対 してでしゃばらないまたは押しつけでない(non obtrusive)方法 で提供でき、かつより悪い場合それが移動ステーション407に対して行うよう な伝統的な方法で提供することができる。 前に述べたように、本発明の1つの観点はコントローラ309において伝播マ ップ(propagation map)を提供し、それによって1つのセル4 01内に含まれるRFカプセル403の間の伝播損失が知られるようにすること である。図6は、伝播マップが展開できるセルの説明図である。ここでは、セル 601は5つのRFカプセル603を含んでいる。移動ステーション605が呼 のセットアップを開始するためにRACHバーストを送信する とき、前記5つのRFカプセルの各々は該RACHバーストを受信する。前記R Fカプセルの各々によって受信されるRACH情報の品質はある期間にわたり集 められる。この情報は次に知られた方法でセルの間に発生される妨害の確率を予 測するために使用される。好ましい実施形態では、コントローラ309は前記R Fカプセル603の各々の間の平均伝播損失を示すマトリクスを発生する。 セルの間の平均伝播損失を決定した後、RFカプセルの間の伝播損失に基づき セル601内でいつ同じ周波数が使用できるかを予測することができる。例えば 、ある移動ステーションが図6のRFカプセル1内に位置しかつ第2の移動ステ ーションがRFカプセル4内で動作しているものとする。もしRFカプセル4お よびRFカプセル1の間の平均伝播損失があるしきい値を超えれば、これら2つ の移動ステーションに対して同じ周波数をセル601内で再使用することができ る。好ましい実施形態では、前記しきい値は70dBに等しい。 図7は、3つのセル701,703,705を有する無線通信システムの説明 図である。前と同様に、大きな建物707が設けられ、RFカプセル709で示 されるように、RFカプセルが小さな地理的領域内における移動ステーションの 大きな集中に対してセルラサービスを提供している。この特定の場合には、セル 701に侵入する大きな矢印711で示されるように周波数1(F1)によって 引き起こ される外部妨害がある。この妨害は隣接するセルラシステムまたは何らかの他の 妨害発生源によって引き起こされる。伝統的には、この妨害はセル701全体に サービスするセル送受信機によってのみ検出できる。しかしながら、この特定の 場合には、RFカプセルがより小さな領域を受信するために使用されているから 、周波数F1は図7の円713で示される領域において使用できる。周波数F1 を使用することは建物707および他のアイソレーション生成物によって生成さ れるセル701内のアイソレーションのために可能となる。 ある状況では、サービスを行っているマイクロセル701は、技術的によく知 られているように地下構造および金属の周囲構造のような領域におけるアイソレ ーションおよび伝播損失により、RFカプセルによってサービスされる領域全体 にわたりBCCHを効率的に放送できないかもしれない。これを克服するために 、RFカプセルは伝統的なセルラ方式で局部化された隔離された領域においてB CCHデータの再送信を切り替え可能に中継または反復する能力を有している。 従って、以上の説明から明らかなように、本発明の無線通信システムは小さな 地理的領域における移動ステーションの高い集中に対し改善されたハンドオフを 提供し、さらに伝統的なセルラシステムのセルラ計画要求を容易にすることがで きる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.無線通信システムであって、 第1の地理的領域内に位置する複数の移動ステーションに対し無線通信サービ スを提供するための第1のベースステーションであって、該第1のベースステー ションは前記第1の地理的領域に対する共通の制御チャネル情報を送信するもの 、そして 前記第1の地理的領域内に位置しトラフィックチャネル情報を前記複数の移動 ステーションの少なくとも第1の部分に送信しかつトラフィックチャネル情報を 前記複数の移動ステーションの少なくとも第1の部分から受信するための少なく とも第1のカプセル、 を具備し、前記複数の移動ステーションの内の第1のものは共通の制御情報を 送信し、前記無線通信システムはさらに、 前記少なくとも第1のカプセルおよび前記第1のベースステーションの各々は 前記共通の制御チャネル情報をある品質レベルで受信するための受信機を有し、 そして 前記少なくとも第1のカプセルの各々に対する前記品質レベルを決定するため のコントローラ、 を具備することを特徴とする無線通信システム。 2.さらに、前記コントローラによって決定された品質レベルに基づき前記複 数の移動ステーションの内の前記第 1のものに対する通信サービスを提供するために前記少なくとも第1のカプセル の1つを割当てるための手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線 通信システム。 3.さらに、前記第1の地理的領域内に位置し前記第1の地理的領域の少なく とも第2の部分にわたりカバレージを提供するための第2のカプセルを具備し、 前記第1の地理的領域の前記第1の部分および前記第1の地理的領域の前記第2 の部分は大きく重複可能であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信シス テム。 4.前記コントローラはさらに前記品質レベルを使用して少なくとも第1のカ プセルの各々の間の伝播損失を示すマトリクスを構築するための手段を具備する ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 5.第1の移動ステーションは第1のタイムスロットの間に第1の無線周波数 で送信しておりかつ第2の移動ステーションは第1の地理的領域内で同じ第1の 無線周波数および同じ第1のタイムスロットにより送信していることを特徴とす る請求項3に記載の無線通信システム。 6.前記コントローラはさらに、 第1のトラフィックチャネルの通信品質を監視するための第1の手段であって 、第1の移動ステーションが前記第1のトラフィックチャネルを介して通信して おり、前記第1のトラフィックチャネルは少なくとも第1の周波数および第1の タイムスロットを有するもの、 第2のカプセルを通して前記第1のトラフィックチャネルの前記通信品質を監 視するための第2の手段、そして 前記監視するための第1および第2の手段に応答して、前記トラフィックチャ ネルの第1の周波数および第1のタイムスロットを維持しながら、前記第1の移 動ステーションのためのトラフィックチャネルの割当てを前記第1のカプセルか ら前記第2のカプセルに切り換えるための手段、 を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 7.前記少なくとも第1のカプセルの各々はさらに前記ベースステーションが 前記共通の制御チャネル情報をサービス不能部分に提供していない場合に共通の 制御チャネル情報を前記第1の地理的領域のサービス不能部分に選択的に提供す るための手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 8.前記複数の移動ステーションの第1のものによって送信される前記共通の 制御情報はランダムアクセスチャネル(RACH)情報であることを特徴とする 請求項1に記載の無線通信システム。
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