JP3984623B2 - ３個のセルの無線通信システム - Google Patents

Description

本発明はセルラー無線通信システムに関する。より詳しくは、本発明は３個のセルの繰り返しパターンを含むセルラー無線通信システムに関する。

無線通信システムにおいては、一般に、受信機はその動作領域において、１つの信号は受け入れるが他の信号は受け入れないというように複数の信号の間で識別を行う必要がある。当該技術における１つの一般的な方法は周波数分割（ＦＤＭＡ）であり、ここでは、別々の周波数が各通信チャンネルに割り当てられる。当該技術における他の一般的な方法は、時間分割（ＴＤＭＡ）であり、ここでは、周期的な１つの時間フレームにおいて別々の時間スロットが各通信チャンネルに割り当てられる。

当該技術において生じていた１つの問題点は、無線通信を用いる大きな領域の連続的なサービス範囲は多数のセルを有し、従って１つのセル当たりで利用可能なただ小数の周波数を有するセルラー形状を必要とする。ＦＤＭＡシステムにおいては、丁度隣接するセルではなく比較的近いセルのすべては異なった複数の周波数で動作する必要があり、当該複数の周波数は、これらの周波数を用いる局がもはや干渉しないように十分に離れていれば再び用いてもよい。一般に、等しい条件のもとで等しい送信電力の送信機を用いるときに、複数の周波数セルの境界線間の距離は１つのセルの直径の少なくとも２倍から３倍である必要がある。このことは、セルラーネットワークのための共通の使用において７つのセルの形状を導いてきた。

３次元の形状において複数のセルを設けるときに、特に多くの送信機がきわめて近接した低い電力のアプリケーションにおいて、もう１つの問題が生じていた。近接した送信機に対して干渉の問題を避けることに加えて、これらのシステムは、自動車局を１つのセルからもう１つのセルに受け渡しかつ用いられていない周波数を再び割り当てるための複雑な技術を必要とするかもしれない。このことは、各セルの中心局の物理的な位置決めを非常に正確に位置させる必要があるようなクリティカルな状態にし、従って、全体の通信システムのレイアウトの注意深い調整を必要とする。

米国特許第４，７９０，０００号は当該技術を説明している。

従って、本発明の目的は、減少された数のセルを有するパターンを含む無線通信システムを提供することにある。本発明の他の別の目的は、複雑さを軽減し、セルの大きさを減少させ、２次元の形状から３次元の形状に容易に拡張することができ、干渉の問題を解決することができ、かつ多重の通信システムの独立した提供を可能にすることができる無線通信システムを提供することにある。

本発明は、各セルのための基地局送信機とユーザ局送信機とに、そのセルにおいて無線信号通信を変調するためのスペクトル拡散コードを割り当てることができる、複数のセルの繰り返しパターンを含む無線通信システムを提供する。従って、そのセルにおいて用いられる無線信号は、ある隣接するセルにおける基地局受信機とユーザ局受信機の両方が１つのセルにおいて発信する通信を別のセルからの発信と識別することができるように十分に広い帯域幅にわたって拡散される。（好ましくは、隣接する複数のセルは複数の識別可能な周波数と複数の識別可能なコードを使用してもよいが、そのことは、もし複数の隣接するセルは複数の識別可能な周波数と複数の同一のコードとを使用するならば十分である。）複数のセルの繰り返しパターンは、複数のコードのそれぞれを複数のセルにおいて再び用いることを可能にしている。

好ましい実施例においては、制限された数（３が好ましい。）のスペクトル拡散コードを、最小の相互相関属性に対して選択され、複数のセルを図１に示すように３個のセルの繰り返しパターンにおいて設けてもよい。局ＩＤ情報は、複数の基地局と複数のユーザ局とが複数の送信局と複数のアドレス受信局とを識別することができるようにデータ通信メッセージとともに含めてもよい。複数の自動車ユーザ局は１つのセルから次のセルに移動するときの基地局間で受け渡しをするようにしてもよい。

好ましい実施例においては、複数のコードは、他の複数のシステムによる使用のための課金処理を実行した後、複数の独立した通信システムのそれぞれによって各セルに対して動的に割り当ててもよい。好ましくは、もし第２のシステムのための制御局は、２個のコードが当該制御局に最も近い使用中であるとき、当該制御局はその最も近いセルにおける使用のための第３のコードを選択してもよく、その初期の割り当てに対して課金するために他の複数のセルのための複数のコードを動的に割り当ててもよい。第１のシステムのための制御局はまた、第２のシステムの存在のために課金処理を実行するために、複数のコードを再び動的に割り当ててもよい。好ましくは、この技術はまた３次元形状の複数のセルに対して適用してもよい。

好ましい実施例においては、時間分割と周波数分割は複数の局送信機間の干渉の可能性を軽減する。好ましい実施例においては、各独立した通信システムは、複数のコードが制限された数のコードから動的に割り当てられかつ再び割り当てられる方法と同様に、他の複数のシステムによる使用に対して課金処理を実行した後、制限された数（３が好ましい。）の周波数から使用すべき１つの周波数又は複数の周波数を動的に割り当て（再び割り当て）てもよい。

図１は３個のセルの繰り返しパターンを示す。

図２は無線通信システムを示す。

複数のユーザ局２０２間の通信のための無線通信システムは、複数のセル２０３を含み、各セルは、典型的にはセル２０３の中心に位置する基地局２０４を有する。各局（複数の基地局２０４と複数のユーザ局２０２の両方）は一般に、１つの受信機と１つの送信機を備える。

好ましい実施例においては、制御局２０５（また１つの受信機と１つの送信機を備える）は、当該システム２０１の複数の資源を管理する。制御局２０５は、そのセル２０３における無線信号通信を変調するためのスペクトル拡散コードを各セル２０３における複数の基地局２０４と複数のユーザ局２０２に対して割り当てる。従って、そのセル２０３において用いる複数の無線信号は、ある隣接するセル２０６における基地局２０４の複数の受信機とユーザ局２０２の複数の受信機の両方が第１のセル２０３において発信する通信を、隣接するセル２０６において発信する通信と識別することができるように十分に広い帯域幅にわたって拡散される。

好ましい実施例においては、隣接するセル２０３は複数の識別可能な周波数と複数の識別可能なコードとを使用してもよいが、それはもし隣接するセル２０３が複数の識別可能な周波数と複数の同一のコードとを使用するならば十分である。従って、間に介在するセル２０３によって分離される複数のセル２０３は、複数の周波数を１つのきっちりと詰め込まれた繰り返しパターンにおいて再び使用できるように、同一の周波数と識別可能なコードを使用してもよい。ここで述べるように、高い直交性（又は高い相互相関性）を有する複数のスペクトル拡散コードはより容易に識別可能であり、それ故好ましい。

セル２０３は図１に図示するように、繰り返しパターンにおいて設けてもよい。セル２０３は、次の３つのクラス（ｃｌａｓｓ：組、種類、階級、集合）のうちの１つであろう：第１のクラスＡ２０７、第２のクラスＢ２０８、又は第３のクラスＣ２０９。クラスＡ２０７のセル２０３はクラスＡ２０７の任意の他のセル２０３に隣接することはなく、クラスＢ２０８のセル２０３はクラスＢ２０８の任意の他のセル２０３に隣接することはなく、クラスＣ２０９のセル２０３はクラスＣ２０９の任意の他のセル２０３に隣接することはない。好ましい実施例においては、３個のスペクトル拡散コードは、例えば最小の相互相関属性に対して、予め選択してもよく、そのような１つのコードが割り当てられるように、複数のセル２０３の各クラスに割り当てられる。

しかしながら、ここにおける明細書と図面と請求の範囲の精読の後には、複数のセル２０３の変形例の配置がまた動作可能であることが、当業者の一人に対して明らかになるであろう。例えば、複数のセル２０３は異なったパターンで位置させてもよい。とって代わって、各基地局２０４と各ユーザ局２０２は１つの独立したコードを割り当てられることができ、このときこのコードはその局を識別するために用いられる。例えば共通のコードを複数の局の指定されたクラスに対して割り当てるなど、これら２つの極端なものの間の混成物は環境が利点を有するところで好ましいかもしれない。そのような変形例は実行可能であって当該発明の範囲内に含まれることは、当業者の一人に明らかになるであろう。

好ましい実施例においては、ただ１つのコードが１つのセル２０３におけるすべての基地局２０４とユーザ局２０２に対して用いられる。基地局２０４又はユーザ局２０２によって送信されるメッセージ２１０は、例えば送信局に対する唯一なＩＤのような局ＩＤ情報を含む部分２１１を備えてもよい。このことは、複数の基地局２０４と複数のユーザ局２０２が送信局を識別することを可能にするとともに、メッセージ２１０の１つ又は複数の受信局のアドレス指定を可能にしている。

１つの自動車ユーザ局２０２が第１のセル２０３に存在し隣接するセル２０６に入ったとき、ユーザ局２０２は、当該技術において公知であるように、第１のセル２０３から隣接するセル２０６に受け渡される。ユーザ局２０２が受け渡されるべきときの決定は、信号強度、ビットエラーレート、相互相関の干渉度の測定、到着時間又は位置測定に基づく距離の測定、又は当該技術において公知である他の技術を含むいくつかの方法のうちの１つを用いて実行してもよい。とって代わって、自動車ユーザ局２０２は、第１のセル２０３の基地局２０４との通信を簡単に切断し、また当該技術において公知である技術の方法によって、隣接するセル２０６の基地局２０４との通信を再び確立してもよい。

図３は、複数の独立した通信システムを有する１つの領域を示す。

好ましい実施例においては、１つの領域３０１は、無線通信のために、第１のシステム３０２と第２のシステム３０３との両方を備えてもよい。第１のシステム３０２の複数のセル２０３は、第２のシステム３０３の複数のセル２０３とは異なるであろう。第１のシステム３０２又は第２のシステム３０３のいずれかの複数のセル２０３を、衝突するかもしれない、すなわち一致しないかもしれない複数の繰り返しパターンに設けるよりはむしろ、複数のセル２０３のそれぞれは、第２のシステム３０３による使用及びそれへの使用に対する課金処理を実行しながら、第１のシステム３０２とともに、動的に割り当てられた（又は再び割り当てられた）１つのコードを有するようにしてもよい。

好ましい実施例においては、第１のシステム３０２は、例えば図１のそれのように、制限された組のコードと繰り返されたパターンとに基づいて、１つのコードを複数のセル２０３のそれぞれに対して割り当ててもよい。次いで、第２のシステム３０３は、第２のシステム３０３のための制御局２０５に最も近接した使用中である制限された組におけるこれらの複数のコードを決定してもよい。次いで、第２のシステム３０３は、残っている複数のコードのうちの１つを選択してもよく、当該選択されたコードをその制御局２０５を備えたセル２０３に対して割り当ててもよい。次いで、第２のシステム３０３のための制御局２０５は、例えば図１におけるそれのように、同一の制限された組の複数のコードと１つの繰り返しパターンとに基づいて１つのコードを第２のシステム３０３における複数のセル２０３のそれぞれに対して割り当ててもよい。好ましい実施例においては、当該制限された組は、３つのコードを備え、最大２つのそれのような最も近接したコードを決定してもよい。

より一般的には、第１のシステム３０２と第２のシステム３０３はそれぞれ、制限された組の共通のコードに基づいて、１つのコードをそれらの各システムにおいて複数のセル２０３の各々に対して割り当ててもよい。複数のセル２０３のそれぞれのために、第１のシステム３０２又は第２のシステム３０３のいずれかは、そのセル２０３の基地局２０４を管理するであろうし、従ってそのセル２０３の制御のもとにあるであろう。そのセル２０３の制御のもとでのシステムは、セル２０３のための基地局２０４に対して最も近接した使用中である制限された組からそれらの複数のコードを動的に決定してもよく、残っている複数のコードの１つを選択し、次いで、上記選択されたコードをセル２０３に対して割り当ててもよい。

ここにおける明細書、図面及び請求の範囲の精読後に、複数のセル２０３に対して３次元の形状のセル２０３で複数のコードを動的に割り当てる（及び再び割り当てる）ための開示された技術のアプリケーションは用いることが動作可能であって、本発明の範囲に含まれるということは、当業者の一人に明らかになるであろう。

好ましい実施例においては、時間分割がまた用いられる。当該技術でよく知られているように、パルス送信機をベースとするシステム、最小化されたパルス数、及び各パルスの最小化された周期は、衝突（干渉）の確率を減少させる。従って、当該技術でよく知られているように、多重の複数の送信機はすべて同一のコードと同一の周波数を使用してもよい。

好ましい実施例においては、周波数分割がまた用いられる。次の３つの技術が開示される。第３は多くの想像された環境のための好ましい実施例である。しかしながら、ここにおける明細書、図面及び請求の範囲の精読後に、他の技術が動作可能であって、本発明の範囲に含まれるということは、当業者の一人に明らかになるであろう。また、これらの技術は、周波数分割の代わりにスペクトル拡散周波数オフセット技術を使用してもよいことが、当業者の一人に明らかになるであろう。

（１）もし領域３０１は第１のシステム３０２のみを備えているならば、２つの周波数を用いてもよい。基地局２０４のすべては第１の周波数を使用する一方、ユーザ局２０２のすべてが第２の周波数を使用する。従って、基地局２０４のすべては、ユーザ局２０２のすべてから信号を受信することができるが、十分に相互相関性を有する多重のスペクトル拡散コードの使用は、各基地局２０４がそれ自身のセル２０３の外側からの信号を拒絶させることを可能にする。（高い相互相関性を有する複数のスペクトル拡散コードが好ましい。）第１の周波数と第２の周波数は、干渉が生じないように十分に分離される必要がある。

（２）もし領域３０１が第１のシステム３０２と第２のシステム３０３の両方を備えるならば、周波数が動的に割り当てられてもよい。各システムにおける基地局２０４の送信機のすべては、ある制限された組から選択された第１の周波数を使用する。各システムにおけるユーザ２０２の送信機のすべては、必ずしも同一の組ではないある制限された組から選択された第２の周波数を使用する。さらに、各システムは、コードの動的な割り当てと再割り当てのために上記で開示された方法と同様に、複数の周波数を動的に割り当てかつ再割り当てしてもよい。コードに関する同様の方法において、好ましい実施例においては、上記制限された組は、３個の周波数を含んでもよいし、最大２個のそのような最も近接した周波数を決定してもよい。

（３）もし領域３０１が第１のシステム３０２と第２のシステム３０３の両方とを備えているならば、複数の周波数が動的に割り当てしてもよい。各セル２０３における基地局２０４の送信機のすべてとユーザ局２０２の送信機のすべては、ある制限された組から選択された１つの周波数を使用する。各基地局２０４は動的に、当該基地局２０４に最も近接した使用中の上記制限された組からそれらの周波数を動的に決定し、セル２０３における使用のために残っている複数の周波数のうちの１つを選択する。基地局２０４の送信機とユーザ局２０２の送信機は時間分割多重で動作されてもよい。（時間分割多重は、当該技術でよく知られている。）複数のコードに関する同様の方法において、好ましい実施例においては、上記制限された組は３つの周波数を含んでもよいし、最大２個のそのような最も近接した周波数を決定してもよい。

周波数間で要求される周波数分離量（また、コード分割及び時間分割技術を用いて）は信号で符号化される変調と復調のために用いられる技術に依存するのと同様に、各セル２０３におけるユーザ局２０２間の距離に依存する。当該技術でよく知られているように、幾つかの変調技術は、中心周波数が他の相互相関信号間で識別するために必要な最小量だけオフセットされる上記中心周波数を有する広帯域信号を重ね合わせることを可能にする。好ましい実施例においては、そのような変調技術を用いてもよく、これによって、周波数スペクトルのより効率的な使用を可能にするとともに、複数の周波数をより近接した状態で再使用することを可能にする。
(とって変わる実施例)
複数の好ましい実施例がここで開示されているが、本発明の範囲に入る多くの変形例が可能であって、これらの変形例は、ここにおける明細書、図面及び請求の範囲の精読の後に、当業者の１人に明らかになるであろう。

例えば、ここにおける明細書、図面及び請求の範囲の精読の後に、例えば調整可能な電力制御、セルのセクタリング（セルを扇形に分割すること）、方向性アンテナ、アンテナ・ダイバーシティなどの他の及び別の技術を、本発明の原理を使用する無線通信システムの性能を高めるために用いてもよいことが、当業者の１人に明らかになるであろう。さらに、そのような及び別の技術をまた利用する１つのシステムは動作可能であって、本発明の範囲に入ることが、当業者の１人に明らかになるであろう。

３個のセルの繰り返しパターンを示す図 無線通信システムを示す図 複数の独立した通信システムを有する１つの領域を示す図

Claims (1)

1. ３個のセルの繰り返しパターンを備えた無線通信システムであって、
   該３個のセルの各パターンの第１のセルは、基地局とユーザ局とを含み、
   該基地局と該ユーザ局とは、時間分割多重接続を用いて互いに双方向に通信し、
   該第１のセルにおけるすべての送信機は、該第１のセルからの無線通信を変調するための第１のスペクトル拡散コードに割り当てられ、
   該第１のセルにおいて通信される無線信号は、該第１のセルに隣接する少なくとも１つのセルにおける受信機が、該第１のセルにおいて発信する通信と該第１のセルに隣接する該少なくとも１つのセルにおいて発信する通信とを識別することができる帯域幅にわたって拡散され、
   該第１のスペクトル拡散コードは、該第１のスペクトル拡散コードを用いる該第１のセルが該第１のスペクトル拡散コードを用いる他のセルには隣接しないように複数のセルにおいて再利用される、無線通信システム。

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