JPH10503636A - 狭ビームセクタの間で加入者を割り当てる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 狭ビームセクタの間で加入者を割り当てる方法は、第１の実施形態では、現在のセクタがある負荷しきい値を超えて負荷されるようになった場合に加入者を代りのセクタにオフロードする段階を含む。最大の信号品質尺度（例えば、電力設定）を有する加入者（単数または複数）が好ましくはオフロードのために選択され、これはそのような加入者は典型的には他のセクタと最大のオーバラップを有する（例えば、アンテナに近い）領域にあるからである。選択された加入者（単数または複数）は代りのセクタに転送され、代りのセクタは好ましくは前記加入者と最善の受信信号品質を有しかつまた負荷しきい値より低い負荷を有するものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】 狭ビームセクタの間で加入者を割り当てる方法 発明の分野 この発明は一般的には通信システムに関し、かつ、より特定的には、通信シス テムにおいて加入者のチャネルを割り当てる方法に関する。 発明の背景 セルラ無線システムはそれらのサービスエリアに無線信号を供給するために、 典型的には建物またはタワーに取り付けられたベースステーション無線送受信機 を使用する。古典的なアナログシステムにおいては、かつ大部分のデジタルシス テムにおいては、別個の周波数を有する数多くの通信チャネルがおのおののベー スステーションにおいて使用され、かつこれらのチャネルは最小再使用距離だけ 離れた他のベースステーションにおいて再使用される。この再使用の効率を改善 するため、セクタ化されたアンテナが使用されてセルを３つまたはそれ以上のセ クタに分割する。セルをこのように分割することにより、典型的なアナログセル ラシステムはその再使用パターンを１つのクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）における １２セルからクラスタごとに７セルへと低減することができ、この場合クラスタ は再使 用が許容される前の独自の周波数／チャネルセットを備えたセルの数である。従 って、クラスタサイズを低減することにより、おのおののセルにおいてより多く のチャネルが利用可能になり、これは容量の改善を生み出す。 しかしながら、全方向性パターン（ｏｍｎｉ ｐａｔｔｅｒｎ）をセクタ化さ れたパターンに分割することにより、ある与えられたセクタにおける送信および 受信アンテナはそのセクタの一部または一断片（ｆｒａｃｔｉｏｎ）のみを見る ことになる。このため、周波数割り当てはセクタの間で分割されなければならな い。言い換えれば、セクタ１，２および３が与えられれば、セクタ１のチャネル は、一般に、セクタ２または３をカバーするために使用することができず、それ は前記アンテナは異なる方向に向いているからである。従って、もしセルがセク タ化されればおのおののセクタに対して別個の周波数グループが存在する。 図１は、アーラン（Ｅｒｌａｎｇ）Ｂ分布の従来技術のテーブルである。これ は典型的な３〜６セクタのベースステーションをずっと大きな数のセクタに再分 割する影響を説明する背景情報としてここに与えられている。ＡＭＰＳ（Ａｄｖ ａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）セルラに対しては典 型的に、３セクタ７−セル／クラスタシステムは均等に分配された周波数割当て 計画を備えた、セクタごとに１９までのチャネルを有するものと想定できる。付 加的なセクタを加えることにより、クラ スタサイズが低減されても、セクタごとの周波数の数は一般に少なくなる。６セ クタ４−セル／クラスタシステムに対しては、チャネルの数はセクタごとに１６ まで低減される。現在セルごとに２４までのセクタの数を示唆する提案があるか ら、セクタごとのチャネルの数はそれらが標準的な再使用計画におけると同様に 等しく分割された場合には大幅に低減するであろう。図１は１つのチャネルセッ トにおいてより少ないサーバを有する効果を示している。結果としてはトランキ ング効率の損失であり、すなわち、サポートできるサーバの平均数はチャネルの 数より早く減少する。 図２はベースステーションのカバレージ領域５に対する標準的な３セクタパタ ーンを示す従来技術の説明図であり、この場合各セクタ１０，２０，３０はおの おの１２０度のアンテナパターン１１，２１，３１によってサービスされる。こ れらのセクタ１０，２０，３０は典型的には建物またはタワーに取り付けられた ３つの別個のアンテナを使用することにより構成される。 もしセルがセクタに分割されれば、おのおののセルまたはセクタにおける実際 の容量はおのおのの周波数グループにおいて利用可能な周波数の数の関数である 。ユーザのトラフィックは一様なプロセスでないから、すなわち、ユーザはポア ソン過程（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を表すように到達する傾向がある から、かつ指数関数的な呼 の持続期間を有するから、前記容量は通常ある与えられた閉そく率（ｂｌｏｃｋ ｉｎｇ ｒａｔｅ）でアーランＢ容量として特定される。例えば、もしあるセク タにおいて１９の利用可能な周波数があれば、アーランＢテーブルに従って、平 均１２．５のユーザがサービスを受けることができかつこれは２％の閉そく率を 与え、このことは２％の時間、１９より多くのユーザがサービスを得ようと試み ることを意味する。従って、１９の周波数のチャネルセットは前記与えられたグ レードオブサービス（ＧＯＳ）または閉そくパーセンテージにおいて１２．５ア ーランのトラフィックをサポートする。 セクタ化は典型的にはセルのレンジおよび容量を改善し、前記レンジはセクタ 化されたアンテナに固有の加えられたアンテナ利得によるものであり、かつ前記 容量は再使用の改善によるものである。従って、セル内のセクタの数をある非常 に大きな数へと増大することは有利であろう。世界で使用される典型的なセクタ の数は３〜６である。しかしながら、６より多くのセクタを使用することに伴う 問題は周波数グループをますます小さなグループへと分割する影響である。典型 的には、小さな、例えば３セクタの、グループの周波数を保ち、一方このグルー プ内の周波数をこのチャネルセット内のより狭いビームを介して使用するために 切り替えることができるのが望ましい。しかしながら、これは例えば２０の周波 数を１２０度のセクタ内のいずれ かの数のビームに切り替えるために莫大な量のハードウエアを必要とする。従っ て、周波数グループをサポートされるべきビームの数へと単純に分割することが 望ましい。しかしながら、アーランの数が急速に低減するため、これは容量の制 約を生じる。例えば、ビームごとに８チャンネル、かつ２％のＧＯＳによれば、 各ビームにおいて２．５のアーランが得られるのみである。 従って、狭ビーム通信システムにおいて加入者にチャネルを割り当てる改善さ れた方法が必要である。 図面の簡単な説明 図１は、２％の閉そくに対するアーランＢ負荷の従来技術の図表である。 図２は、あるベースサイトカバレージ領域に対する典型的な従来技術の３セク タアンテナパターンを示す説明図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係わるプロセスを示す流れ図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係わる狭ビームアンテナパターン構成を示 す説明図である。 発明の詳細な説明 これらおよび他の目的は本発明の改善された方法によって達成される。本発明 の第１の実施形態では、セクタの見 かけの容量（ａｐｐａｒｅｎｔ ｃａｐａｃｉｔｙ）が、該セクタの負荷がその ピーク容量に近い場合に、十分にベースに近いユーザを動的に負荷から外す（ｏ ｆｆ ｌｏａｄｉｎｇ）ことにより改善される。従って、該セクタが十分に満杯 であるとき、例えば、最大値からある所定の数のユーザ内にある場合、または最 大値にある場合、サービスを受けているユーザはより軽い負荷の他のセクタから サービスされる可能性について確認される。これはあるグループのセクタ内での チャネルの使用に関してより平均化されかつピークが低くなる結果、すなわち負 荷の分配（ロードシェアリング：ｌｏａｄ ｓｈａｒｉｎｇ）を生じる結果とな り、従って与えられたセクタ内で閉そくが生じるポイントを遠ざけることになる 。これは従ってセルがサービスできる容量を好適に増大する。 このプロセスはさらに離れたユーザにとって標準的な３セクタパターンによっ て実施するのはより困難であり、それはアンテナが劇的に異なる（鈍角の）角度 を指すからである。最も近いユーザは彼らのベースへの短い距離による非常に低 い経路損失、ならびに近隣のクラッタ（ｃｌｕｔｔｅｒ）により生じる反射およ び屈折による隣接セクタへの経路を強化する局部的散乱（ｌｏｃａｌ ｓｃａｔ ｔｅｒｉｎｇ）の信号伝搬効果により利益を受けることになる。しかしながら、 数多くの狭いビームを有し、オーバラップするビームでありかつセクタ間のその 角度がより小さいベ ースでは、信号を隣接セクタへと結合するのに必要な局部的散乱は最小になる。 また、典型的な環境は十分な局部的散乱を示し、加入者に関するそれらの角度に 応じて、いくつかまでのセクタからの十分良好な信号経路を提供する。ベースに 近いユーザは十分に良好な隣接するセクタへの経路を持つ傾向にあり、従ってユ ーザがこれらのセクタに再割当てされることを許容する。セルのエッジ近くの、 遠くのユーザは総合的な経路マージンの残りが少なく、かつシステム利得の限界 近くで動作することになる。 従って、本発明のこの第１の実施形態に従って、第１のセクタがその容量限界 に近い場合により近くのユーザを隣接セクタへオフロードするために選択するの が一般に望ましい。近いユーザの識別は、電力制御レベル、加入者がパワーダウ ンされる量、（いくつかのデジタルシステムにおいて）ベースと加入者との間の 無線伝搬の急過（ｆｌｉｇｈｔ）時間に基づき距離を測定するために使用される タイミングの前進（ｔｉｍｉｎｇ ａｄｖａｎｃｅ）、その他のような、任意の 都合の良い尺度に基づき行うことができる。第１の実施形態の一部として電力制 御方法を以下に説明するが、それはこの方法がほぼすべての形式のセルラシステ ムとともに動作すべく最も広く使用される方法であると現在考えられるからであ る。 次に図３に移ると、包括的に１００で示された、本発明の好ましい第１の実施 形態に係わるプロセスを示す流れ図 が示されている。このフローチャートはブロック１１０で始まり、そこでベース ステーションにおけるおのおのの狭ビームセクタに対する通信チャネルの利用状 況が監視されかつ使用統計量が記録される（例えば、加入者呼またはチャネルの 使用が変化したとき）。そのような統計量は好ましくは負荷レベル（例えば、ユ ーザの数を合計チャネルで除算したもの、あるいは使用されていないチャネルの 数）とすることができるが、任意の負荷の尺度、例えばフレーム占有のパーセン テージのような周期的チャネル使用（Ｅ−ＴＤＭＡ（強化時分割多元接続）シス テムの場合のような）、適応測定、その他、を含むことができる。次に好ましく はブロック１１５が実行されて、ほぼ負荷がかかった、例えば、新しい呼に対し て利用できるチャネルが非常に少ない、セクタを識別する。もし該セクタが所定 の負荷しきい値を超えて負荷を受けていなければ、ブロック１２０が実行されて 次のセクタを調べる。 いったん、あるセクタが前記所定のしきい値を超えて負荷されていれば、ブロ ック１２５においてそのセクタによってサービスを受けている現在のユーザが分 析されて、他のセクタへオフロードされ／再割当てされるべき最も適格のユーザ （または、加入者通信チャネル）を決定する。最も適格のユーザを特定するため の基準は好ましくは各ユーザの電力設定であるが、前に延べたように、他のセク タへの転送（例えば、ハンドオフまたはスイッチング）のため の任意の適切なオフロード品質尺度（または、再割当て品質尺度）を使用するこ ともできる。最も低い電力設定を有するユーザがこの場合選択されるのが好まし いが、それはそのようなユーザは典型的にはベースステーションに近いユーザで あるためである。セルラ無線システムにおいては、典型的には加入者の送信電力 レベルに対して数多くの電力設定があり、例えば、おのおの次の設定からある数 のｄＢとされる。該セクタを介して通信している加入者を判定しかつ最も高い電 力設定を備えたユーザ（単数または複数）を取り上げることにより、ベースステ ーションに最も近いユーザ（単数または複数）が選択される可能性が最も高くな る。使用できる別の選択基準は加入者がある電力レベルより上で費やした時間の 量である。これはさらにグループを最も長い時間量の間近いユーザへと分割する 。 得られる品質尺度、またはＱファクタ、は従ってＱ＝Ａ＊ＰＬ＋Ｂ＊Ｔ＋Ｃと して示すことができ、この場合ＡおよびＢは設計者によって調整できるスケーリ ング係数であり、ＰＬは加入者ユニットの送信電力設定に対して調整されるベー スステーションで受信される信号の電力レベルであり、かつＴは加入者がある電 力設定にセットした時間であり（従ってその動作の一貫性を示すものである）。 Ｃは前記量を適切なレンジにスケーリングするために使用される定数である。前 記Ｑファクタがどのように使用されるかの例として、加入者電力レベルが整数値 で０から９へ変わ る場合を考える。この場合９は最も強力なレベルである。また、Ｔ＜１０ｓ（秒 ）に対しＢ＝０．２であり、かつＴ＞１０ｓに対してＢ＝２．０であり（従って 量Ｂ＊Ｔは０から２におよびかつ１０秒より大きなＴに対し２に留まっている） ものと仮定する。この場合、Ｑはすべての可能な範囲にわたり、Ｃ＝０に対し、 ０から１１におよぶ。従って、前記電力レベルはＱファクタに対しより大きな寄 与物であるが、時間は合計の量に対しより小さな変動を加える。別の方法として 、信号レベルおよびユーザが信号レベルしきい値より高い時間の双方を２つの異 なるパラメータとともに別個に特定することができる。本実施形態の動作を変え ないが、ユーザに調整すべきいくらか異なる組のパラメータを与えることになる 。 前と同様に、当業者は前記品質尺度を特定するために種々の他の要素を使用す ることができ、かつ構成要素を変更し、または他のパラメータを付加することは オフロード／ハンドオフのための選択にとって適格なものとして加入者を評価す るための本発明の進歩性あるプロセスの範囲内にあることを理解するであろう。 いったん、最も適格なユーザが、例えば、Ｑファクタに基づき、選択されると 、ベースステーションにおける一群のセクタのおのおのに対する走査受信機が好 ましくは使用されてその受信信号品質、例えば、受信信号におけるその電力レベ ル、の読み、ならびに任意選択的に識別トーン、 またはデジタルワード、を得るために選択されたユーザを走査する。これはブロ ック１３０において達成され、該ブロックは典型的には局部的平均（ｌｏｃａｌ ｍｅａｎ）電力レベルの推定値または計算値を得るために高速フェーディング （レイリー）変動を平均化するために適切な平均インターバルを含む。前記グル ープは、ｎの最も近い／近隣のセクタ（およびサービスしているアンテナ）、負 荷されたセクタとしてソースパネルからのすべてのサービスしているアンテナ、 セルのすべてのセクタ、または任意の他の都合のよい手段としてあらかじめ定め ることができる。ブロック１３５はブロック１４０においてさらに処理するため に得られた読みを順序づけ、これはおのおののセクタにつきチャネル負荷しきい 値に対し順序づけられたリストを比較する。もし最善のセクタが所定の負荷しき い値より低くなければ、ブロック１４５はブロック１４０において試験するため に前記順序づけられたリストにおける次のセクタ（すなわち、次に最も大きな品 質尺度を有するもの）を選択する。前記所定の負荷しきい値を満たすセクタが検 出された後、ブロック１５０が好ましくは実行される。このブロックにおいては 、前記信号レベルが試験されかつブロック１２５において決定された品質尺度に よって指示されるレベルと比較する。もしこれら２つの差が与えられた数のｄＢ 内にあれば、加入者ユニットは好ましくは異なるセクタの新しいサーバ（例えば 、送受信機ポート）に転送 され、かつ前記電力レベルがこの新しいサーバによる動作のために適切な値でセ ットされる。あるいは、同じサーバが維持され、一方それを、任意選択的に新し い周波数で、新しいサービスセクタへとスイッチングする。ブロック１５５を完 了した後、処理は始めに戻る。もしブロック１５０の結果が否定的であれば、ユ ーザは切り替えることを許容されず、それは劣化の量がブロック１５０のしきい 値に基づきあまりにも大きすぎると考えられるからである。好ましくは、ブロッ ク１５０は信号レベルの関数として規定され、異なる量の信号劣化がスタートレ ベルに基づき許容される。従って、転送の試みの前に信号が強力であれば、より 多くの信号劣化が許容されるが、もし信号レベルがより弱ければ、許容される信 号劣化はより少なくなる。このようにして最小の信号レベルフロアも特定できる 。 図４は、本発明が使用できる数多くの狭ビームセクタを備えたセル４００を示 す説明図である。この場合、おのおの１５度のビーム幅の８つのビーム（例えば 、１つのパネルから放射される１２０度のカバレージ領域における４０１〜４０ ８）を備えた、３つのパネルアンテナによって発生される、２４の狭ビームセク タがある。 従って、当業者には本発明により、上に述べた目的、目標、および利点を完全 に満たす負荷された狭ビームセクタから加入者を再割当てする方法が提供された ことは明らかであろう。 本発明がその特定の実施形態に関連して説明されたが、当業者には以上の説明 に照らして数多くの置換え、修正および変更をなすことができることは明らかで あろう。例えば、本発明はセルラ通信システムのみへの用途に限定されるのでは なく、狭ビームアンテナを使用する他の形式の通信システムにも適用できる。従 って、本発明は添付の請求の範囲の精神および範囲内にあるすべてのそのような 置換え、修正および変更を含むものと考える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ベースステーションの複数のセクタの間でのロードシェアリングのための 方法であって、 （ａ）前記ベースステーションの前記複数のセクタの内の各セクタに対する負 荷レベルを監視し、かつ第１のセクタの負荷レベルが所定のしきい値を超えたと き、最大のオフロード品質尺度を有する、該第１のセクタを介して通信している 、第１の加入者を決定する段階、そして （ｂ）前記第１の加入者との通信のために最大の受信信号品質を有する前記ベ ースステーションの他のセクタへ前記第１の加入者をオフロードする段階、 を具備する、ベースステーションの複数のセクタの間でのロードシェアリング のための方法。 ２．前記段階（ｂ）は前記第１のセクタの近隣のセクタにサービスする、一群 の所定の近隣のセクタのアンテナによって最大の受信信号品質を測定する前記所 定の近隣のセクタの内の他のセクタを決定するために前記第１の加入者からの信 号の受信信号品質を測定する段階、および前記他のセクタを介して前記第１の加 入者のために通信を確立する段階を具備する、請求項１に記載の方法。 ３．前記測定する段階は前記一群の所定の近隣のセクタアンテナによって測定 する段階を含み、この場合前記一群は前記第１のセクタにサービスしている第１ のセクタアン テナを備えたアンテナパネルのすべての他のセクタアンテナを具備する、請求項 ２に記載の方法。 ４．前記段階（ｂ）はさらに前記他のセクタが他の所定のしきい値より低い他 の負荷レベルを有する場合に前記他のセクタを介してのみ通信を確立する段階を 具備する、請求項２に記載の方法。 ５．前記測定する段階は前記第１のセクタにサービスしているアンテナによっ て前記信号の第１のセクタの受信信号品質を測定する段階を含み、かつ前記段階 （ｂ）はさらに前記最大の受信信号品質が所定の信号品質しきい値につき前記第 １のセクタの受信信号品質を超えている場合に前記他のセクタを介してのみ通信 を確立する段階を具備する、請求項２に記載の方法。 ６．複数の狭ビームセクタを有するベースステーションを介して通信するため の容量を改善する方法であって、 （ａ）前記狭ビームセクタの各々のセクタに対する負荷レベルを監視する段階 、および第１のセクタの負荷レベルが所定のしきい値を超えたときに、最大のオ フロード品質尺度を有する、前記第１のセクタを介して通信する、第１の加入者 を決定する段階、そして （ｂ）前記第１の加入者を前記第１の加入者と通信するために最大の受信信号 品質を有する前記狭ビームセクタの内の他のセクタへとオフロードする段階、 を具備する、複数の狭ビームセクタを有するベースステ ーションを介して通信するための容量を改善する方法。 ７．複数の狭ビームセクタを有するベースステーションを介して通信する加入 者のために加入者通信チャネルを再割当てする方法であって、 （ａ）前記狭ビームセクタの内の各セクタに対し通信チャネルの使用のレベル を測定する段階、および前記狭ビームセクタの内の第１のセクタのレベルが所定 のしきい値を超えたとき、最大の再割当て品質尺度を有する、前記第１のセクタ を介して通信する、第１の加入者通信チャネルを決定する段階、そして （ｂ）前記第１の加入者との通信のために最大の受信信号品質を有する前記狭 ビームセクタの内の他のセクタへの通信チャネルを前記第１の加入者に再割当て る段階、 を具備する、複数の狭ビームセクタを有するベースステーションを介して通信 する加入者のために加入者通信チャネルを再割当てする方法。 ８．前記段階（ａ）はさらに各セクタに対する通信チャネルの使用のレベルを 測定する段階を含み、前記レベルは前記各セクタにおいて使用するための利用可 能なチャネルの数である、請求項７に記載の方法。 ９．前記再割当て品質尺度は送信電力レベルおよび該送信電力レベルにおける 時間の組合わせに基づく品質ファクタであり、かつ前記決定する段階は前記第１ のセクタを介して通信するすべての加入者を決定し、前記加入者のおの おのに対してそれぞれの品質ファクタを決定し、かつ前記それぞれの品質ファク タのどれが最大であるかを決定する段階を具備する、請求項７に記載の方法。 １０．前記段階（ｂ）は前記第１のセクタの近隣のセクタにサービスする一群 の所定の近隣のセクタアンテナによって前記第１の加入者通信チャネルの受信信 号品質を決定して前記最大の受信信号品質を測定する前記所定の近隣のセクタの 内の他のセクタを決定する段階、および前記他のセクタを介して通信するために 前記第１の加入者通信チャネルを転送する段階を具備する、請求項７に記載の方 法。