JP2001036949A - 無線通信方法および無線通信システム - Google Patents
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Abstract
線通信において、特定の場所にトラフィクが集中するこ
とがあっても、基地局での消費電力を押さえることがで
き、しかも、通信品質が良く、従来の無線端末には変更
を要することのないようにする。 【解決手段】マルチセクタモデルで、広範囲セクタとそ
の広範囲セクタに部分的に重なる狭範囲セクタの二種の
セクタを定めて、広範囲セクタ用の広範囲アンテナと狭
範囲セクタ用の狭範囲アンテナを別々に基地局に用意し
て、狭範囲セクタ内に位置する無線端末に対して、広範
囲アンテナと狭範囲アンテナの双方を使用して、信号を
送信する。特に、CDMAでは、トラフィクチャネルの
み同一の信号を送信する。
Description
び無線通信システムに係り、特に、セルラー方式等の無
線通信システムにおいて、一つのセルを複数のセクタと
して運用するマルチセクタモデルで、特定の場所にトラ
フィクが集中する場合に用いて好適な無線通信方法およ
び無線通信システムに関する。
した通信方法として、CDMA(CodeDivision Multiple
Access)が注目されている。このCDMAの通信モデル
として、セルを複数のセクタに分割して運用するマルチ
セクタモデルが提案されている。
線通信システムの通信モデルについて説明する。図11
は、従来技術に係る無線通信システムの通信モデルの構
成を示す概念図である。
て、基地局制御装置13に接続されている。基地局制御
装置13は、交換局14と接続されている。さらに、基
地局制御装置13は、通信回線12を介して一つまたは
複数の基地局11と接続され、無線インタフェースの終
端および基地局11からの信号の切り換え、チャネルの
切り換え等を行う機能を有する。
一つのセルが、指向性アンテナにより3つのセクタS1
〜S3に分割されている。このような従来のCDMAセ
ルラーシステムにおいて、セルを構成するセクタS1〜
S3は、セクタ内の角度について、一様な送信電力分布
で送信されている。この際、セクタ全体のトラフィクは
考慮されているが、セクタ内部におけるトラフィク分布
は考慮されていない。
ては、レイク(Rake)受信機が知られている。レイク受
信機については、 (1)A.J.Viterbi "CDMA Principles of Spread Spectrum
Communication" Addison-Wesley 1995 (2)K.S.Gilhousen "Optimum bandwidth for CDMA" Inte
rnational Conference on Personal, Mobile Radio, an
d Spread Spectrum Communications, Beijin, China, O
ctober 12-14, 1994 (3)R.D.Blakeney, et al "Demodulation Element Assig
nment in a System Capable of Receiving Multiple Si
gnals" USP# 05,490,165 Feb. 6, 1996 などに述べられている。
トラフィクが増えると送信電力も増加する。ところで、
実際のトラフィクでは、トラフィクが集中する所と比較
的そうでない所がある。例えば、図11に示した例で
は、A駅やB駅の周辺などがトラフィクが集中する所で
あろう。
ざるを得ないが、セルに対して一様に送信電力を増加さ
せるのでは、低トラフィクの部分にも多くの送信電力を
使うことになり無駄である。これに比較して、図11の
ように一つのセルをセクタに分割するマルチセクタの場
合には、セクタ毎に送信電力を変えられるために、送信
電力の無駄はある程度押さえることができる。送信電力
をトータルで押さえるためには、トラフィクの集中する
ことが予想される地域に対して細かくセクタの分割をす
れば良いのである。しかしながら、セクタを細かく分割
しすぎると、その境界での通信にチャネルを用意しなけ
ればならないために、実効的なチャネル数が減ると言う
いわゆるハンドオフマージンの問題や、高速に移動する
ユーザの端末で頻繁にハンドオフが発生すると言う問題
点がある。また、セクタ間での干渉も問題になり通信品
質が確保しづらくなる。
されたもので、その目的は、基地局と無線端末が通信を
おこなうセルラー無線通信において、特定の場所にトラ
フィクが集中することがあっても、基地局での消費電力
を押さえることができ、しかも、通信品質が良く、従来
の無線端末には変更を要することのない無線通信方法お
よび無線通信システムを提供することにある。
に、本発明の無線通信方法に係る発明の第一の構成は、
基地局と無線端末が通信をおこなうセルラー無線通信方
法において、基地局のカバーするセルをいくつかのセク
タに分割し、そのセクタを広範囲セクタとその広範囲セ
クタに部分的に重なる狭範囲セクタの二種のセクタを定
めて、前記広範囲セクタをカバーする広範囲アンテナと
前記狭範囲セクタをカバーする狭範囲アンテナを別々に
前記基地局に用意して、前記狭範囲セクタ内に位置する
無線端末に対して、前記広範囲アンテナと前記狭範囲ア
ンテナの双方を使用して、信号を送信するようにしたも
のである。
て、前記広範囲アンテナから送信する信号と前記狭範囲
アンテナから送信する信号とが、同一の信号であるよう
にしたものである。
て、一つの広範囲セクタの中に複数の狭範囲セクタが存
在する場合に、それらの複数の狭範囲セクタの各カバレ
ッジは位置的に重なっていないようにしたものである。
て、前記基地局で、前記無線端末からの信号を前記広範
囲アンテナと一つの狭範囲アンテナで受信し、双方の受
信信号を合成して信号を取り出すようにしたものであ
る。
通信方法に係る発明の第二の構成は、上記無線通信方法
において、前記基地局と無線端末の通信が、CDMA
(CodeDivision Multiple Access)によるものであるよ
うにしたものである。
て、前記基地局から、CDMAで扱うチャネルの内でト
ラフィクチャネルの信号のみ、前記広範囲アンテナと一
つの狭範囲アンテナの双方を使用して送信するようにし
たものである。
て、前記基地局で、前記無線端末からの信号に含まれる
ダウンリンク電力制御情報を抽出し、そのダウンリンク
電力制御情報に応じて、前記広範囲アンテナと一つの前
記狭範囲アンテナの各々で送信するにあたり、その無線
端末向けの送信電力を制御するようにしたものである。
て、前記基地局で、前記広範囲アンテナと前記狭範囲ア
ンテナで受信した無線端末からの信号の強度比に応じ
て、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲アンテナの
各々で送信するにあたり、その無線端末向けの送信電力
比を制御するようにしたものである。
おいて、前記基地局で、前記広範囲アンテナと前記狭範
囲アンテナの各々で送信するにあたり、その無線端末向
けの送信電力比はあらかじめ定められているようにした
ものである。
て、前記基地局と前記無線端末の双方で、受信信号を合
成するときにレイク合成をおこなうようにしたものであ
る。
通信システムに係る発明の構成は、基地局と無線端末が
通信をおこなうセルラー無線通信システムにおいて、基
地局のカバーするセルをいくつかのセクタに分割し、そ
のセクタを広範囲セクタとその広範囲セクタに部分的に
重なる狭範囲セクタの二種のセクタを定めて、しかも、
狭範囲セクタの各カバレッジは位置的に重なっていない
ようにして、前記基地局は、前記広範囲セクタをカバー
する広範囲アンテナと、前記狭範囲セクタをカバーする
狭範囲アンテナと、前記狭範囲セクタ内に位置する無線
端末に対して、前記広範囲アンテナと前記狭範囲アンテ
ナを使用して信号を送信する送信機と、前記広範囲アン
テナの受信信号と一つの前記狭範囲アンテナの受信信号
を合成して信号を取り出す受信機と、前記送信機と前記
受信機とを制御する制御部とを有し、前記制御部は、前
記狭範囲セクタ内に位置する無線端末に対して、前記広
範囲アンテナと一つの前記狭範囲アンテナの双方から信
号を送信するように前記送信機を制御するようにしたも
のである。
いて、前記基地局と前記無線端末の通信がCDMAによ
るものであり、前記基地局の制御部は、トラフィクチャ
ネルの信号のみ同一の信号を前記広範囲アンテナと前記
一つの狭範囲アンテナの双方から信号を送信するように
前記送信機を制御するしたものである。
いて、前記基地局の制御部は、前記広範囲アンテナと前
記狭範囲アンテナで受信した無線端末からの信号の強度
比に応じて、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲ア
ンテナの各々で送信するにあたり、その無線端末向けの
送信電力比を制御するようにしたものである。
おいて、前記基地局の前記広範囲アンテナと前記狭範囲
アンテナは互いに異なる偏波された信号を送信し、前記
無線端末は、両偏波信号を受信するアンテナと、受信し
た偏波信号をから信号を合成して取り出す受信機を持つ
ようにしたものである。
通信システムの基地局に係る発明の構成は、基地局と無
線端末が通信をおこなうセルラー無線通信システムの基
地局において、基地局のカバーするセルをいくつかのセ
クタに分割し、そのセクタを広範囲セクタとその広範囲
セクタに部分的に重なる狭範囲セクタの二種のセクタを
定めて、しかも、狭範囲セクタの各カバレッジは位置的
に重なっていないようにして、この基地局は、前記広範
囲セクタをカバーする広範囲アンテナと、前記狭範囲セ
クタをカバーする狭範囲アンテナと、前記狭範囲セクタ
内に位置する無線端末に対して、前記広範囲アンテナと
前記狭範囲アンテナを使用して信号を送信する送信機
と、前記広範囲アンテナの受信信号と一つの前記狭範囲
アンテナの受信信号を合成して信号を取り出す受信機
と、前記送信機と前記受信機とを制御する制御部とを有
し、前記制御部は、前記狭範囲セクタ内に位置する無線
端末に対して、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲
アンテナの双方から信号を送信するように前記送信機を
制御するようにしたものである。
線通信システムの構成によると、以下のような作用があ
る。
N−セクタ(狭角度セクタ)をオーバーレイした領域
は、その送信可能な電力に見合う分だけ容量が増加する
(ただし、オーバーレイ領域の最大容量は、1セクタで
運用した場合の最大容量と等価である)。よって、W−
セクタの中にN−セクタのオーバーレイ領域を一つまた
は複数設定することにより、トラフィクが多い領域にの
み通信容量を増加することができ、トラフィクの空間的
な偏りに有効に対処することができる。
波数で運用し、同一符号チャネルを同期させて用いてい
るため、セクタを増やしたにも拘わらず、セクタ間識別
をおこなわずに、多セクタ化では必要なハンドオフによ
るオーバーヘッド分の容量が不要となる。
カバーするために必要な最小限の電力で、N−セクタが
オーバーレイされた領域以外のトラフィクに見合う電力
を送信すればよいので、送信電力を低く押さえることが
でき、省電力化を図ることができる。
を、図1ないし図10を用いて説明する。各実施形態で
は、主にCDMA方式のセルラ無線通信システムを例に
採って説明する。CDMA方式が本発明の一番応用の期
待される通信方法であるからである。
実施形態を、図1ないし図8を用いて説明する。 (I)本発明の適用されるセクタモデル 先ず、図1を用いて本発明の適用される通信モデルにつ
いて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る
セルラ通信のセクタモデルを示す概念図である。
前提としたものである。すなわち、基地局と無線端末の
通信するに際して、基地局がその中にある無線端末と通
信できるカバレージを、セル状にとって、サービスエリ
アをそのようなセルで敷き詰める。そして、そのセルを
さらに、細かなセクタと言われる管理領域に分割する。
等の基地局1は、通信回線2を介して、基地局制御装置
3に接続されている。基地局制御装置3は、定められた
インタフェースで以って交換局4と接続されている。
2を介して一つ又は複数の基地局1と接続されていて、
無線インタフェースの終端および基地局1からの信号の
切り替えや、チャネルの切換え等をおこなう機能を有す
る。
ある。すなわち、セルを広角度でカバーする広角度セク
タ(W−セクタ)と、その中で狭角度でカバーする狭角度
セクタ(N−セクタ)と言う概念を持ちこむ。エリアの取
り方については、N−セクタは、W−セクタの中にオー
バレイするようにとり、N−セクタどおしでは、オーバ
レイしないように取る。
る一つのセルが、3つのW−セクタW1〜W3に分割さ
れている。このW−セクタW1〜W3は、セクタ内の領
域に、その角度につき、信号が一様な送信電力分布で送
信されている。そして、W−セクタW1には、N−セク
タN1とN−セクタN2がオーバーレイされている。こ
のオーバーレイされている領域は、この例の鉄道の駅の
ように、例えば、地理的または時間的にトラフィクが集
中している高トラフィク領域が想定される。
うな高トラフィク領域に比べてトラフィクが低い領域で
あり、W−セクタW1のみによりカバーされている。
独立した指向性アンテナにより実現される。また、アダ
プティブアレイアンテナで実現しても良い。
の信号の要件 上記のようなセクタモデルで、W−セクタとNセクタ用
にそれぞれ信号を送信するのであるが、この発明を適用
するにあたっては、従来の無線端末がそのまま使えるこ
とが望ましい。一般に、無線端末は、マルチパスに対処
する機能を持っている。すなわち、W−セクタとN−セ
クタがオーバレイする領域は、これらの機能を使用する
ことにより基地局からの信号を有効に受信できることが
必要になる。
については、大別して二種類の方法が考えられる。
同一のものを用いる。
必ずも同一のものではなく、制御に関するチャネル(オ
ーバヘッドチャネル)を共用する。
と、マルチパスで二種類の信号が送信されてきたように
見えるから問題ない。
共用するにあたって、N−セクタでのユーザデータに関
するチャネル(トラヒィクチャネル)の信号を矛盾なく受
信できることが必要になる。そのため、W−セクタ用の
信号とN−セクタ用の信号は、チップレベルでの送信タ
イミング同期が確保されていなければならない。ここ
で、チップレベルの同期とは、論理レベルの信号を直交
符号化等により符号化し、さらに拡散処理(スクランブ
ル)したときの個々のチップ(又は、ビット等)におい
て同期がとれている状態をいう。
べるように、(1)に比べてN−セクタでのオーバヘッド
チャネルの分の信号を送信しないため有利である。
1との通信について説明すると以下のようになる。
ついては、A駅、B駅の周辺のように高トラフィク領域
に位置する無線端末は、W−セクタ1とN−セクタN1
またはN−セクタN2のアンテナの両方からの電波を受
信する。無線端末は、W−セクタとN−セクタからの信
号は、マルチパスとして認識する。そして、無線端末で
は、良くおこなわれているようにレイク受信機を用いて
受信信号をレイク合成する。
ついては、無線端末がA駅、B駅の周辺のように高トラ
フィク領域に位置するときには、基地局1では、W−セ
クタ1とN−セクタN1またはN−セクタN2による空
間ダイバシティ(または、マルチパス)として受信す
る。この受信信号は、通常の多セクタ構成の基地局と同
じ方法で、合成される。
信電力 次に、図2を用いて上記(2)の方法で通信がおこなわれ
るときに、送信電力がどのようになるかを説明しよう。
図2は、W−セクタ用とN−セクタ用の信号のチャネル
毎に送信電力を示した模式図である。
MAの主用規格の一つであるTIA/EIA/IS−9
5Aを例に挙げて説明する。
ンテナとN−セクタ用アンテナを使用して、それぞれ各
セクタ用の信号として、無線端末へ信号を送信するわけ
であるが、ここで(2)の通信方法を用いることにしてい
るため、オーバヘッドチャネルの送信のみが両者で異な
ることになる。
である。W−セクタでは、ダウンリンクでは、送信され
るチャネルの種別は、Pilot channel、C
TRL channel(IS−95Aでは、このチャ
ネルは、Sync channelとPaging c
hannelからなる)、Traffic chann
elである。この内で、上でオーバヘッドチャネルと言
っているの該当するのは、Pilot channe
l、CTRL channelであり、これらのチャネ
ルは、同期制御やシステム情報の伝達などの役割を担っ
ている。
あり、W−セクタと比べて、オーバヘッドチャネルに相
当するところがないことが分る。すなわち、N−セクタ
では、送信されのは、Traffic channel
のみである。
ネル毎の最大送信電力であり、実際のチャネルで使用さ
れる送信電力は、この範囲内に収まることになる。
送信電力とW−セクタとN−セクタの送信電力比は、後
述するように無線端末の位置、無線端末からの電力制御
情報、および各セクタで受信される電力比によって定め
られる。W−セクタとN−セクタの電力比を定める詳細
については、後述するものとする。また、両セクタの送
信電力はトラフィクチャネル毎に独立に制御される。
分布 次に、図3を用いて上述のセクタモデルの下でのシステ
ムキャパシティの地理的分布について説明する。図3
は、本実施形態に係るセクタモデルとシステムキャパシ
ティの地理的分布を対比して示した模式図である。
デルで、W−セクタW1と、これにオーバレイされたN
−セクタN1、N−セクタN2でのシステムキャパシテ
ィ(通信システムとしてみたときの送信電力限界)につい
て説明しよう。この図3(b)は、図3(a)の矢印で
のセクタ断面におけるシステムキャパシティの分布を示
していて、図3(a)の位置a,b,c,d,eおよび
fは、図3(b)のセクタ断面の各地点に対応してい
る。
周辺の高トラヒィク領域と、それ以外の低トラフィク領
域とからなっている。本発明の考え方は、低トラヒィク
領域では、システムキャパシティを低く押え、高トラヒ
ィク領域では、システムキャパシティを高く取れるよう
にするものである。図3(b)に示されるように、N−
セクタ以外の低トラヒィク領域の容量は、W−セクタW
1の容量と一致しており、W−セクタW1の容量は、C
DMAシステムキャパシティ限界に比較して低く設定さ
れる。
N1とN−セクタN2は、独自に信号を送信するため、
図3(b)に示されるようにCDMAのシステムキャパ
シティの限界までとられることになる。このようにすれ
ば、トラフィクが多い領域に重点的に電力を分配するこ
とができ、一様に電力を配分するのに比べて無駄な電力
消費をなくすことができはるかに省電力になる。
おける制御の概要について説明する。
ておこなわれる。すなわち、基地局では、W−セクタと
N−セクタというセクタを意識して信号を送信している
が、無線端末では、W−セクタとN−セクタは同じ一つ
のセクタであると認識している。
び基地局から発呼する場合の呼制御は、通常の多セクタ
のシステム運用と同じであり、特に新たな機能を必要と
しない。
間の移動時の制御について説明する。
域に位置する場合、無線端末の送信信号は、両セクタの
アンテナにて受信される。基地局受信系では両セクタに
よる受信信号を、通中のCDMA通信でおこなわれてい
るようにレイク合成する。したがって、無線端末は、そ
れぞれのセクタ間の信号を受信していても、W−セクタ
とN−セクタを全く意識せずに、基地局と通信すること
ができる。また、当然のことながら、無線端末では、W
−セクタとN−セクタとを一つのセクタとして認識して
いるため、W−セクタとN−セクタの境界においてハン
ドオーバーの手続きが必要となることはない。
について説明する。図4は、本発明に係る無線端末の構
成を示すブロック図である。
信機を用いた無線端末受信系の構成を示したものであ
る。一般に、無線端末は、受信系と送信系を備えるが、
本発明の無線通信システムに用いられ無線端末は、従来
の無線端末と変わらないものであり、レイク受信が重要
な役割を担っているので、受信系のみを簡単に説明する
ものとする。
v.)31、サーチエレメント(SearchElement)32、受信
エレメント(フィンガ)(Demodulation Element(finge
r))33(各受信エレメントは、33iで表す)、制御
部(Controller)34、合成器(Symbol Combiner)35お
よび復号器(Dec.)36を備える。高周波回路31は、ア
ンテナ30に接続され、また、ディジタルコンバータを
含んでいる。また、復号器36は、例えば、ビタビデコ
ーダ(Viterbi Dec.)で構成されている。
よる複数の受信信号は、サーチエレメント32により各
パルスの位相が判断される。そして、制御部34は、サ
ーチエレメント32の出力に従い、各受信エレメント3
31 〜33n に各信号を割り当てるとともに、受信信号
に対する位相、遅延、電力推定、受信エレメント33へ
の入力タイミング等の調整および制御をおこなう。
により、マルチパスによる各信号の位相、遅延、振幅等
の重み付けをして、受信信号を加算合成する。これが、
いわゆるレイク合成である。これにより、無線端末は、
弱い信号でも良好に受信することができる。合成された
信号は、復号器36により復号化される。
タとN−セクタから送信される信号は、チップ同期等の
同期がとれ、同一符号が用いられている。すなわち、無
線端末では、両方のセクタを区別することなく、同じセ
クタからの信号と認識し、受信する。また、無線端末で
は、W−セクタをN−セクタからの信号が伝搬遅延のた
めに時間的にずれて受信されたとしても、それらをマル
チパスとして認識し、受信することができる。
と動作について説明する。図5は、本発明に係る基地局
送信系の構成を示すブロック図である。
る場合の基地局の構成について説明する。図1のセル
は、W−セクタとして、W−セクタW1、W−セクタW
2、W−セクタW3の三つのセクタ、N−セクタとし
て、W−セクタW1とオーバレイしているN−セクタN
1、N−セクタN2に分割されているものであった。そ
こで、W−セクタW1、W−セクタW2、W−セクタW
3をそれぞれ、セクタA、セクタB、セクタCと記号化
する。
セクタN2とオーバレイしているので、W−セクタ自身
をa−セクタ、N−セクタN1、N−セクタN2をそれ
ぞれ、a−1セクタ、a−2セクタと記号化して表すも
のとする。
と、高周波ユニット(RF-UNIT)41〜43、制御部(Cont
roller)45、ボコーダおよびレイヤー2,3の処理イ
ンタフェース(Vocoder and Layer 2/3 Processing Inte
rface)(VLPインタフェース)46、チャネルエレメ
ント(CH Element)47、信号選択・合成部(Sector Sele
ctor and Signal Combiner)48を備える。
ヤー2,3の処理ユニットを有するVLP49を備え、
交換局4の交換機からの受信信号を処理する。VLP4
9は、音声符号処理、レイヤー2のリンク確立、レイヤ
3ーの信号の受け渡しなどの処理をおこなう。このVL
P49の出力は、通信回線2を経て、基地局1のVLP
インタフェース46に入力される。
化する多重変換装置を有する。基地局送信系/受信系の
両ブロックでは、パケット信号あるいはATMなどの信
号フォーマットの形で信号処理がおこなわれている。チ
ャネルエレメント47におけるトラフィク信号およびシ
グナリング(制御信号)等を、これらのフォーマットに
変換する処理が必要であり、VLPインタフェース46
は、この変換機能を司る部分である。また、VLPイン
タフェース46は、チャネルエレメント47とVLP4
9間の伝送装置としての機能も有する。CDMAの場
合、VLPインタフェース46はパケットあるいはAT
Mの多重変換装置であることが多い。
等、信号選択・合成部48、チャネルエレメント47に
おける送信電力情報を制御し、あらかじめ設定されたシ
ステムパラメータ通りに運用されているか否かの確認お
よびパラメータの修正を実施する。また、チャネルエレ
メント47の送信回線への割り当てに関するリソースの
管理をおこなう。ここで、リソースとは、例えば、割り
当てられるハードウエア、符号、信号電力、許容干渉電
力等である。さらに、制御部45は、基地局におけるプ
ロトコルの監視、タイミング情報の報知や管理を行う。
メント47の信号を合成して、高周波ユニットにより送
信信号に変換する。ここでは、W−セクタであるaセク
タに対しては高周波ユニット(RF-UNIT)41が、N−セ
クタであるa−1セクタa−2セクタに対しては、高周
波ユニット(RF-UNIT)42および43が、それぞれ異な
るアンテナを使用して信号を送信する。
の通りである。
信号は、各回線ごとに個々のチャネルエレメント47に
より符号化と直交符号等によるスクランブリングとがお
こなわれ、その後、信号合成部48へ運ばれる。そし
て、信号の属性に応じて、制御部45からの指示によ
り、信号は一つのセクタあるいは複数のセクタで適切な
電力配分により分配され、各セクタのアンテナから送信
される。
と動作について説明する。図6は、本発明に係る基地局
受信系の構成を示すブロック図である。
号化してあらわす。
された高周波ユニット(RF-UNIT)51〜53、制御部(Co
ntroller)55、VLPインタフェース(VLP Interface)
56、チャネルエレメント(CH Element)57、信号分配
部(Signal Distributor)58を備える。基地局制御装置
3は、ボコーダおよびレイヤー2,3の処理ユニットを
有するVLP59を備え、交換局4の交換機への送信信
号を処理する。VLPインタフェース56の出力は、通
信回線2を経て、基地局1のVLP59に入力される。
制御部55は、送信系の制御部45と接続され、データ
交換をおこなう。制御部45と55は一つの制御部で実
現されてもよい。
置を有し、基地局送信系と同様に、フォーマット変換機
能を司る部分であり、また、チャネルエレメント57と
VLP59間の伝送装置としての機能も有する。
等、信号分配部58、チャネルエレメント57における
受信電力情報を収集し、あらかじめ設定されたシステム
パラメータ通りに運用されているかどうかの確認および
動作の修正等をおこなう。また、制御部55は、チャネ
ルエレメント57の受信回線への割り当てに関するリソ
ース(割り当てられるハードウエア、符号、信号電力、
許容干渉電力)の管理、また、基地局におけるプロトコ
ルの監視、タイミング情報の報知および管理等をおこな
っている。
周波ユニット(RF-UNIT)51が受信し、N−セクタであ
るa−1およびa−2セクタに対しては、高周波ユニッ
ト(RF-UNIT)52および53がそれぞれ受信する。各セ
クタのアンテナで受信された信号は、高周波ユニット5
1〜53等によりフィルタリングおよびダウンコンバー
トされた後、信号分配部58へ配分され、各チャネルエ
レメント57にて受信信号が復調される。
レイすることはあるが、N−セクタ同士がオーバレイす
ることがないようにセクタを取っておけば、各チャネル
エレメントでは、W−セクタとN−セクタのアンテナで
受信された信号の合成がおこなわれる場合でも、N−セ
クタで受信される信号は、高だか一つであることに注意
しよう。
エレメントでのEb/No(対象信号と雑音のエネルギ
ー比を表す指標)は、制御部55にて管理され、チャネ
ルエレメントでのレイク合成および無線端末への電力制
御情報となるほか、送信系でのW−セクタおよびN−セ
クタごとの電力配分に反映される。
地局の回線(チャネル)単位の制御について説明する。 (VI−1)回線単位の基地局の構成 先ず、図7により基地局の回線単位の制御機能の構成に
ついて説明しよう。図7は、本発明に係る基地局の回線
単位の制御機能の構成を示すブロック図である。
信号分配部(Signal Distributor)58およびチャネル毎
のチャネルエレメント受信系57を備えている。また、
送信系としては、信号合成部76とスイッチ73(図4
では、信号選択・合成部48として表されたもの)およ
びチャネル毎のチャネルエレメント送信系47を備えて
いる。さらに、各機能を制御する制御部45,55を備
えている。
受信機(Rake Receiver)を含む復調器(demodulator)72
1、これを動作させるための疑似ノイズ発生器(PN Gene
rator)722、およびデインタリーバおよびデコーダ
(復号器)723を有している。
Eb/Noモニタ(Eb/No Monitor)741、疑似ノイズ
発生器(PN Generator)742、ディジタル電力制御部(D
ig-Pw Ctrl)743、インタリーバおよびエンコーダ(In
terleaver/Encoder)745、ディジタル変調器(Dig Mo
d)746、ゲイン部747を有している。
御の説明に必要のない要素は、図7では省略されてい
る。
作について説明しよう。
おける受信信号は、図6に示した各高周波ユニット51
〜53にて増幅され、周波数のダウンコンバートがおこ
なわれて、信号分配部58へ伝送される。
グ、利得調整、ディジタル信号変換のためのサンプリン
グ、および各チャネルエレメントへの信号の分配等であ
る。チャネルエレメント受信系57へは、これらの処理
がなされた信号として入力される。信号分配部58は、
各セクタの受信信号に対して、符号の探索と同期をおこ
ない、特定の符号系列の受信信号を復調して、チャネル
エレメント受信系57に割り当て分配する。前にも注意
したように、複数のN−セクタの受信信号が1つのチャ
ネルエレメント受信系57に入力されることはない。ど
のN−セクタでも受信信号が検出できない場合には、W
−セクタのみ受信信号をチャネルエレメント受信系57
に分配する。
号の逆拡散とレイク合成および誤り訂正の復号をおこな
う。その動作は制御部55により管理されている。電力
の設定に関する動作は制御部55を介して、送信系と連
絡されている。
線回線を識別するためのPN符号を出力する。復調器7
21で十分なEb/Noが得られる信号と判定される
と、疑似ノイズ発生器722の符号およびその位相をロ
ックし、制御部55は、回線をそのチャネルエレメント
57に割り当てることができる(チャネルエレメント割
り当て信号752(CE Assignment)の出力)。
リーバおよびデコーダ723へ伝送され、インタリーブ
された信号をもとに戻すとともに、デコーダにより誤り
訂正がおこなわれる。
アップリンク(上り回線、無線端末から基地局方向)送
信電力およびダウンリンク(下り回線、基地局から無線
端末方向)送信電力を制御する電力制御ループの機能
と、セクタ単位で受信される電力を推定する機能を有す
る。これらについては、(VI−4)の所で後述する。
う。
される情報について、インタリーバおよびエンコーダ7
45にて、誤り訂正符号化およびインタリーブがおこな
われる。そして、制御部45からの指示で、疑似ノイズ
発生器742によりPN符号等の符号をユーザごとに割
り当てる。ディジタル変調器746は、割り当てられた
符号を用いて拡散をおこなう。この過程において、Eb
/Noモニタ741により、アップリンク電力制御ビッ
ト744の挿入がおこなわれる。アップリンク電力制御
ビット744は、無線端末からの受信信号の強さにより
送信電力を制御するための情報である。電力制御につい
ては、次で詳述する。
のゲイン部747では、ディジタル信号のゲインを決定
する。
説明する。
電力制御ループ機能である。基地局では、受信信号の強
さを測定し、その情報をアップリンク電力制御ビットに
設定する。そして、それを無線端末に知らせる。これに
より、基地局での受信信号が弱いという報告が無線端末
に行ったときには、無線端末でアップリンク(無線端末
送信)の信号を強くする。
は、無線端末から基地局からの信号の強弱をダウンリン
ク電力制御ビットとして報告させ、それに従って、基地
局の送信信号の強さを制御する。
とN−セクタの二種のセクタを設けることがあった。電
力制御においても、この特徴を生かすべく、W−セクタ
とN−セクタごとの受信電力を監視している。これは、
チャネルエレメントごとのEb/No等に基づいて、各
チャネルの受信電力の強さを測定し、各セクタの受信電
力を、そのセクタの属するチャネルの総和として求め
る。そして、送信信号の電力をその各セクタの受信電力
の比に従って分配する。これにより、受信信号の弱いセ
クタでは、送信信号の電力は弱くなり、受信信号の強い
セクタの送信電力は強くなるので通信しようとする端末
に対して実効的な送信電力の制御をおこなうことができ
る。
端末送信)とダウンリンク(基地局1送信)の電力制御
ループがある。
で復調された受信信号のEb/NoをEb/Noモニタ
741によりしきい値と比較し、その結果に応じて送信
信号にアップリンク電力制御ビット744を設定する
(Set Uplink Pw-Ctrl Bit)。無線端末はこのビットに
従って送信電力を調整する。すなわち、受信信号が弱い
とされたときには、無線端末の送信電力を強くするよう
に制御する。
身では測定できないため、無線端末からリポートさせる
必要がある。すなわち、無線端末は、ダウンリンクして
基地局からの受信信号の強さに応じてダウンリンク電力
制御ビットを設定し、基地局1側に送信する。
からダウンリンク電力制御ビットを抽出し、その結果を
制御部55を介して、チャネルエレメント送信系47へ
抽出ダウンリンク電力制御ビット(Extract Downlink Pw
-Ctrl Bit)信号751として伝送する。送信系はこのビ
ットにしたがって、該当チャネルの送信電力(W−セク
タもN−セクタも)も決められた割合に調整する。
ータの送信電力をW−セクタをN−セクタへの割り当て
る方法について説明する。図8は、各セクタの電力割り
当てのアルゴリズムを示すフローチャートである。
ナは、それぞれ信号を受信する(S1201)。信号分
配器58は、あるしきい値を超える受信電力を持つ信号
の符号チャネルを識別して、その符号と受信電力を制御
部55に報告する(S1202)。制御部55は、符号
テーブルに信号分配器58からの報告を符号チャネルご
とに記録する(S1203)。一つの符号チャネルに2
つのN−セクタから報告があった場合(S1204)に
は、制御部は、受信電力が強い方のN−セクタを選択す
るようにする(S1205)。
チパス対応の受信回路)を内蔵しており、一つのFinger
に一つのマルチパス成分、すなわち、W−セクタからの
信号とN−セクタからの信号が割り当てられる。復調器
721は、各Finger回路ごとに受信電力を計算する。復
調器721は、各Finger回路ごとの推定信号電力と、そ
の信号を受信したセクタを、制御部55に信号753と
して報告する。制御部55はチャネルごとに、受信電力
を集計し、さらにそのチャネルの属するセクタに従っ
て、セクタごとの受信電力の総計を求める。そして、こ
のときの受信電力のセクタ間の電力配分値を、そのまま
送信系のセクタ間の電力配分値とする(S1207)。
ネルエレメント47の電力制御回路(Dig-Pw Ctrl)7
43へ入力される(S1208)。送信信号は、誤り訂
正+インタリーブ745、情報変調746に入力され
る。利得制御・電力分配回路747は、電力制御回路(D
ig-Pw Ctrl)743からの情報に基づきチャネルごとの
送信電力のゲインの調整をおこなう。その際、ステップ
1208で受け取った電力比に応じてセクタごとに電力
を配分する(S1209)。その後、スイッチ73によ
り、チャネルエレメント47と信号合成部76間のパス
が切り替えられ、各セクタの信号はRF-Unit(高周波回
路)にて、複素変調されアンテナより送信される(S1
210)。
8を一定周期毎に実行し、その度に送信電力比は更新さ
れる。
の実施形態で取り上げたように、W−セクタに二つのN
−セクタがオーバレイした場合で説明しているが、この
アルゴリズムは、N−セクタは一つしか存在しない場合
や三つ以上存在する場合にも同様に適用できる。
セクタとW−セクタ間の送信電力配分を変えるようにし
ているが、各セクタ間の送信電力の配分は、この様な受
信電力強度によらずに、ある定められた一定比でするこ
とにしてもよい。
実施形態について説明する。第一の実施形態では、無線
端末の位置により、電力制御をおこなう方法について説
明したが、この他にも、通信システムの制御のファクタ
ーはいろいろ考えることができる。
タに基づいて、各セクタの方向、角度、形状等を設定・
変更してもよい。このような設定・変更は、入出力部1
0のアンテナの方向や指向性を制御する制御機を設ける
ことより実施することができる。さらに、これらの制御
を上述の電力制御と組み合わせることもできる。
に係る第三の実施形態について説明する。図9は、偏波
送信機能を有する基地局送信系の構成を示す概念図であ
る。
ィ機能を利用したものである。
クタを設定したときに、干渉を考慮してW−セクタとN
−セクタ間で、例えば直交偏波を適用することで、回線
品質を向上させることができる。この場合、基地局1に
おいては、W−セクタとN−セクタで、ユーザ回線あた
りの電力配分を設定し、両偏波に分離して送信するよう
にし、一方、無線端末においては、無線端末に偏波分離
合成機能を有する受信機を設けることにより、偏波ダイ
バーシティを実現することができる。
形態1と同様とする。図9の基地局の送信系の構成で、
図5に示した基地局送信系構成と異なるのは、高周波ユ
ニット41〜43に各々偏波ユニット81〜83が設け
られている点である。ここでは、一例として、W−セク
タであるa−セクタについては、V(垂直)偏波を与え
る偏波ユニット81が設けられ、一方、N−セクタであ
るa1−セクタ、a2−セクタについては、H(水平)
偏波を与える偏波ユニット82,83がそれぞれ設けら
れている。同様の偏波ユニットは、基地局受信系にも設
けることができる。また、いずれかのセクタを適宜垂直
・水平偏波にしてもよく、さらに、円偏波等の他の偏波
方式を適用してもよい。
明に係る第四の実施形態について説明する。図10は、
本発明の第二の実施形態に係るセルラ通信のセクタモデ
ルを示す概念図である。
N−セクタを扇形に配したものであったが、その他にも
オーバーレイ配置は考えられる。
クタによりオーバーレイを実現していたが、この他にも
本発明を適用することができる。
の中の高トラフィク領域の場所であるB駅、A駅にスポ
ット的に、半径の小さい楕円型の小セクタL1、小セク
タL2をオーバーレイしたものである。この場合、RF
−UNITとアンテナは、基地局から離れて配置され
る。この例では、実際上、アンテナは、セクタの中心部
にある両駅におかれるであろう。信号合成器と信号分配
器は、一つの基地局に実装される。図1や図9で示した
ように、1つの大セクタ(またはW−セクタ)内に複数
の小セクタ(またはN−セクタ)が含まれる場合、小セ
クタまたはN−セクタのカバレッジどうしは重ならない
ように配置されなくてはならない。
トラフィクチャネルのデータ送信時にのみW−セクタ、
N−セクタの両方を使用した。しかしながら、オーバー
ヘッドチャネル(IS−95Aのダウンリンクでは、P
ilot channel、Pagingchanne
l等)を含むすべてのチャネルのデータ送信に両セクタ
を使用してもよい。
信をおこなうセルラー無線通信において、特定の場所に
トラフィクが集中することがあっても、基地局での消費
電力を押さえることができ、しかも、通信品質が良く、
従来の無線端末には変更を要することのない無線通信方
法および無線通信システムを提供することができる。
クタモデルを示す概念図である。
毎に送信電力を示した模式図である。
システムキャパシティの地理的分布を対比して示した模
式図である。
である。
ク図である。
ク図である。
成を示すブロック図である。
フローチャートである。
す概念図である。
セクタモデルを示す概念図である。
ルの構成を示す概念図である。
交換局、W1〜W3…広角度セクタ、N1,N2…狭角
度セクタ、41〜43…高周波ユニット(RF-UNIT)、4
5…制御部、46…VLPインタフェース、47…チャ
ネルエレメント、48…信号選択・合成部、51〜53
…高周波ユニット、55…制御部、56…VLPインタ
フェース、57…チャネルエレメント、58…信号分配
部。
Claims (15)
- 【請求項1】 基地局と無線端末が通信をおこなうセル
ラー無線通信方法において、 基地局のカバーするセルをいくつかのセクタに分割し、 そのセクタを広範囲セクタとその広範囲セクタに部分的
に重なる狭範囲セクタの二種のセクタを定めて、 前記広範囲セクタをカバーする広範囲アンテナと前記狭
範囲セクタをカバーする狭範囲アンテナを別々に前記基
地局に用意して、 前記狭範囲セクタ内に位置する無線端末に対して、前記
広範囲アンテナと前記狭範囲アンテナの双方を使用し
て、信号を送信することを特徴とする無線通信方法。 - 【請求項2】 前記広範囲アンテナから送信する信号と
前記狭範囲アンテナから送信する信号とが、同一の信号
であることを特徴とする請求項1記載の無線通信方法。 - 【請求項3】 一つの広範囲セクタの中に複数の狭範囲
セクタが存在する場合に、それらの複数の狭範囲セクタ
の各カバレッジは位置的に重なっていないことを特徴と
する請求項1記載の無線通信方法。 - 【請求項4】 前記基地局で、前記無線端末からの信号
を前記広範囲アンテナと一つの狭範囲アンテナで受信
し、双方の受信信号を合成して信号を取り出すことを特
徴とする請求項3記載の無線通信方法。 - 【請求項5】 前記基地局と無線端末の通信が、CDM
A(Code DivisionMultiple Access)によるものである
ことを特徴とする請求項4記載の無線通信方法。 - 【請求項6】 前記基地局から、CDMAで扱うチャネ
ルの内でトラフィクチャネルの信号のみ、前記広範囲ア
ンテナと一つの狭範囲アンテナの双方を使用して送信す
ることを特徴とする請求項5記載の無線通信方法。 - 【請求項7】 前記基地局で、前記無線端末からの信号
に含まれるダウンリンク電力制御情報を抽出し、そのダ
ウンリンク電力制御情報に応じて、前記広範囲アンテナ
と一つの前記狭範囲アンテナの各々で送信するにあた
り、その無線端末向けの送信電力を制御することを特徴
とする請求項5記載の無線通信方法。 - 【請求項8】 前記基地局で、前記広範囲アンテナと前
記狭範囲アンテナで受信した無線端末からの信号の強度
比に応じて、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲ア
ンテナの各々で送信するにあたり、その無線端末向けの
送信電力比を制御することを特徴とする請求項4記載の
無線通信方法。 - 【請求項9】 前記基地局で、前記広範囲アンテナと前
記狭範囲アンテナの各々で送信するにあたり、その無線
端末向けの送信電力比はあらかじめ定められていること
を特徴とする請求項4記載の無線通信方法。 - 【請求項10】 前記基地局と前記無線端末の双方で、
受信信号を合成するときにレイク合成をおこなうことを
特徴とする請求項4記載の無線通信方法。 - 【請求項11】 基地局と無線端末が通信をおこなうセ
ルラー無線通信システムにおいて、 基地局のカバーするセルをいくつかのセクタに分割し、 そのセクタを広範囲セクタとその広範囲セクタに部分的
に重なる狭範囲セクタの二種のセクタを定めて、しか
も、狭範囲セクタの各カバレッジは位置的に重なってい
ないようにして、 前記基地局は、前記広範囲セクタをカバーする広範囲ア
ンテナと、 前記狭範囲セクタをカバーする狭範囲アンテナと、 前記狭範囲セクタ内に位置する無線端末に対して、前記
広範囲アンテナと前記狭範囲アンテナを使用して信号を
送信する送信機と、 前記広範囲アンテナの受信信号と一つの前記狭範囲アン
テナの受信信号を合成して信号を取り出す受信機と、 前記送信機と前記受信機とを制御する制御部とを有し、 前記制御部は、前記狭範囲セクタ内に位置する無線端末
に対して、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲アン
テナの双方から信号を送信するように前記送信機を制御
することを特徴とする無線通信システム。 - 【請求項12】 前記基地局と前記無線端末の通信がC
DMAによるものであり、前記基地局の制御部は、トラ
フィクチャネルの信号のみ同一の信号を前記広範囲アン
テナと前記一つの狭範囲アンテナの双方から信号を送信
するように前記送信機を制御することを特徴とする請求
項11記載の無線通信システム。 - 【請求項13】 前記基地局の制御部は、前記広範囲ア
ンテナと前記狭範囲アンテナで受信した無線端末からの
信号の強度比に応じて、前記広範囲アンテナと一つの前
記狭範囲アンテナの各々で送信するにあたり、その無線
端末向けの送信電力比を制御することを特徴とする請求
項11記載の無線通信システム。 - 【請求項14】 前記基地局の前記広範囲アンテナと前
記狭範囲アンテナは互いに異なる偏波された信号を送信
し、 前記無線端末は、両偏波信号を受信するアンテナと、受
信した偏波信号をから信号を合成して取り出す受信機を
持つことを特徴とする請求項11記載の無線通信システ
ム。 - 【請求項15】 基地局と無線端末が通信をおこなうセ
ルラー無線通信システムの基地局において、 基地局のカバーするセルをいくつかのセクタに分割し、 そのセクタを広範囲セクタとその広範囲セクタに部分的
に重なる狭範囲セクタの二種のセクタを定めて、しか
も、狭範囲セクタの各カバレッジは位置的に重なってい
ないようにして、 この基地局は、 前記広範囲セクタをカバーする広範囲アンテナと、 前記狭範囲セクタをカバーする狭範囲アンテナと、 前記狭範囲セクタ内に位置する無線端末に対して、前記
広範囲アンテナと前記狭範囲アンテナを使用して信号を
送信する送信機と、 前記広範囲アンテナの受信信号と一つの前記狭範囲アン
テナの受信信号を合成して信号を取り出す受信機と、 前記送信機と前記受信機とを制御する制御部とを有し、 前記制御部は、前記狭範囲セクタ内に位置する無線端末
に対して、前記広範囲アンテナと一つの前記狭範囲アン
テナの双方から信号を送信するように前記送信機を制御
することを特徴とする無線通信システムの基地局。
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2000
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