JPH08214364A - 最適周波数の再利用設計によるセルラ多層移動無線通信網およびその最適化法 - Google Patents

最適周波数の再利用設計によるセルラ多層移動無線通信網およびその最適化法

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JPH08214364A
JPH08214364A JP7292927A JP29292795A JPH08214364A JP H08214364 A JPH08214364 A JP H08214364A JP 7292927 A JP7292927 A JP 7292927A JP 29292795 A JP29292795 A JP 29292795A JP H08214364 A JPH08214364 A JP H08214364A
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macrocell
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JP7292927A
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Corinne Cherpantier
コリンヌ・シエルポンチエ
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Alcatel CIT SA
Original Assignee
Alcatel Mobile Communication France SA
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/32—Hierarchical cell structures
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所与のマクロセルのカバー域に属する所与の
ミクロセルを規定する任意の一つのミクロセル基地局を
追加する際に、セルラ多層移動無線通信網の周波数を最
適化する方法を提供する。 【解決手段】 通信網は時分割多元接続網（ＡＭＲＴ）
と周波数分割多元接続網（ＡＭＲＦ）とを組み合わせた
通信網であり、またマクロセル（１、２）とミクロセル
（３、４）とを含み、該マクロセル（１、２）の各々は
少なくとも一つのビーコン周波数（ＢＣＣＨ）と少なく
とも一つのトラフィック周波数（ＴＣＨ）とに結合さ
れ、該ミクロセル（３、４）の各々は少なくとも１つの
ビーコン周波数（ＢＣＣＨ）に結合される。マクロセル
（１）に直接隣接するマクロセル（２）で用いられるト
ラフィック周波数（ＴＣＨ）と同一のビーコン周波数
（ＢＣＣＨ）を該ミクロセルに割り当てる。

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、セルラ多層移動
無線通信網に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような通信網は、それぞれマクロセ
ルまたはマクロセルのカバー域を規定する第一基地局
と、それぞれミクロセルまたはミクロセルのカバー域を
規定する第二基地局とを含む。「ミクロセル」という語
は、ピコセルという概念を表すと同時にミクロセルとい
う概念を表す。ミクロセルの直径は小さく、局地的な必
要を満たすために用いられ、たとえばミクロセルでは交
差点、商店街、空港、ショッピングセンター、ピコセル
では建物の階などの比較的移動体数の多い集中エリアの
通信、あるいは無線が通じにくい両側から挟まれたエリ
アの通信を目的とする。マクロセルの直径は、かなり大
きく、移動体数が少なく、通信しやすいエリアをカバー
するためにある。ミクロセルは内部型または外部型であ
る。内部型のミクロセルは、該ミクロセルをカバーする
マクロセルに属する。この場合は「マクロセル」という
語はセルラ構造の最も外側にある層を指すために用いら
れるが、外側にある場合はマクロセルによってカバーさ
れない。
【０００３】移動無線通信網のセルラ構造は、一般的に
周波数再利用問題を生じる。すなわち所与のセルで用い
られる周波数は、該所与のセルに直接隣接するセルでは
一般に再利用できない。マクロセルとミクロセルが共存
する場合は、通常、それぞれマクロセルとミクロセルに
関する二つの周波数設計段階を要する。この設計の問題
は、局地的な必要性に応じて新しいミクロセルがさらに
加わる場合に特に生じる。
【０００４】第一の設計段階はマクロセルにのみ関す
る。これらのマクロセルは所与の周波数スペクトルに分
割され、幾何的な周波数再利用パターンを決定し、同一
周波数を再利用できる二つのマクロセル間の最小距離を
決定する。ＧＳＭ型またはＤＣＳ−１８００型の時分割
多元接続（ＡＭＲＴ）と周波数分割多元接続（ＡＭＲ
Ｆ）を組み合わせた移動無線通信システムにおいて、周
波数飛び越し技術は、M.B.Pautet とM. Moulyの共著「T
he G.S.M System for Mobile Communications」１９９
２年、第２１８−２２３ページに記載されているよう
に、隣接セル内で限られた数の同一周波数を使用可能に
することにより、設定されたトラフィックリンクの品質
に統計的に見て大きな改善を提供することに注目された
い。
【０００５】第二の設計段階はミクロセルに関するもの
である。この段階では二つの技術が提案されている。第
一の技術では、スペクトル全体に対してミクロセルによ
る再利用だけが可能な第一部分を与えることが推奨され
る。この場合、第一部分は厳密にミクロセル用であり、
マクロセルが使用することはできない。反対に、使用で
きる全てのスペクトルにおいてこの第一部分を補完する
第二部分は、マクロセル用であり、ミクロセルが利用す
ることはできない。その結果、この技術によれば、いく
つかのミクロセルしか含まないマクロセルによるカバー
域において、スペクトルの共有が該マクロセルに対して
不利になることがある。事実、地理的に狭い範囲で用い
られるミクロセルは、マクロセルよりも統計的に通信利
用が少なく、この狭い範囲に対して利用可能な総スペク
トル部分が大きいのに対し、マクロセルはそれ自体が地
理的に広範囲で用いられ、そのために利用できる総スペ
クトル部分は比較的小さい。
【０００６】反対に、数多くのミクロセルを含むマクロ
セルによってカバーされる区域では、スペクトルの共有
がミクロセルにとって不利である。実際には、ミクロセ
ルは地理的に広い範囲に用いられ、この広い範囲に対し
て利用できる総スペクトル部分は比較的小さいのに対
し、マクロセルは地理的に狭い範囲で用いられ、このた
めに利用できる総スペクトル部分は比較的大きい。第二
の技術では、所与の一個のミクロセル内で、非常に離れ
たマクロセルによって用いられるスペクトル部分に対応
するスペクトル部分を利用することが推奨される。この
場合、スペクトルとしてのマクロセルの全体容量は、ス
ペクトル共有によって悪影響を受けない。しかしながら
欧州特許出願Ａ−２６９７３９０号（ERICSSON）が簡潔
に記載しているように、この第二の技術は、各マクロセ
ルに対して使用可能なスペクトル帯を制限する周波数再
利用幾何パターンを決定する場合にのみ、実施し得ると
いう制限がある。これは７個のセルのいわゆる周波数再
利用パターンを示す図１を参照して説明される。このパ
ターンによれば、使用可能な総スペクトルはＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの異なる７個のサブ周波数帯に分割
されている。六角形で示された所与の各マクロセルは、
該所与のマクロセルの各周波数帯とは別のそれぞれ６個
の周波数帯を用いた６個のマクロセルと隣接し、またこ
れに囲まれている。このようなマクロセルの一つに属す
る所与のミクロセルに対して周波数再利用幾何パターン
は、このミクロセルが、使用可能な総スペクトルの任意
の一周波数を利用することを妨げるが、これは、該ミク
ロセルに関してマクロセルの直径よりも小さい距離にカ
バー域が位置するマクロセルによってこの周波数が用い
られ、従って妨害を引き起こす可能性があるからであ
る。
【０００７】かくしてこの問題を解決するために、パタ
ーンを拡大して非常に多くのセル数を有するようにし、
その結果、各マクロセルは、使用可能なスペクトル総量
を全体として規定するマクロセルと、隣接せずに囲まれ
ることが望ましい。この原理は、マクロセルによるスペ
クトルの使用の最適化とは相容れない。なぜなら各マク
ロセルに割り当てられるスペクトル部分が少ないからで
ある。英国特許出願Ａ−２２６０８７９号は、設定する
ミクロセルの制御チャンネル割当法を記載している。こ
の方法は、設定するミクロセルによって周囲のマクロセ
ルのトラフィックチャンネルの出力レベルを測定し、こ
れらのトラフィックチャンネルのうちで最小出力レベル
を有するチャンネルを選択し、設定するミクロセルにお
いてこの選択チャンネルを制御周波数として使用すると
いうものである。この方法の主な欠点は、設定するミク
ロセルからは当然距離のあるマクロセル内のトラフィッ
クチャンネルの周波数と同じ周波数を、設定するミクロ
セル内で制御チャンネルとして用いることにある。これ
により後でこの同一周波数を該設定ミクロセル内でトラ
フィックチャンネルとして用いることは不可能になる。
その結果、通信網の容量に制限が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｇ．Ｓ．
Ｍ．型のセルラ移動無線通信網において周波数再利用を
制限するこうした従来技術による欠点を解決することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このために、所与のマク
ロセルのカバー域に属する所与のミクロセルを規定する
任意の一つのミクロセル基地局を追加する際に、セルラ
多層移動無線通信網の周波数を最適化する方法であっ
て、該通信網は時分割多元接続および周波数分割多元接
続を組み合わせた通信網であり、複数のマクロセルと複
数のミクロセルを含み、該マクロセルの各々は少なくと
も一つのビーコン周波数と少なくとも一つのトラフィッ
ク周波数とに結合され、また該ミクロセルの各々は少な
くとも一つのビーコン周波数に結合され、該所与のマク
ロセルに直接隣接するマクロセル内で用いられるトラフ
ィック周波数と同一のビーコン周波数を該ミクロセルに
割り当てる段階を含むことを特徴とする。
【００１０】従来技術におけるマクロセルとミクロセル
による周波数の同時利用の制限は、従来技術が、周波数
設計のためにさまざまな周波数をその性質によって区別
しないことに起因している。Ｇ．Ｓ．Ｍ．型の時分割多
元接続と周波数分割多元接続の組み合わせによるセルラ
移動無線通信網においては、ミクロセルであろうがマク
ロセルであろうが、所与の一個のセルに対し、トラフィ
ック周波数とビーコン周波数を区別するのが適切であ
る。Ｇ．Ｓ．Ｍ．型のセルラ通信網では、基地局と移動
体との間に、一つまたは複数組の周波数を利用する同時
送受式の無線伝送法を実施し、各組の周波数は両方と
も、移動体から基地局に向かう上り方向の送信と、また
基地局から移動体に向かう下り方向の送信にそれぞれ結
合する。無線通信は、それぞれが４．６１５ｍｓの時間
を有し、またＮ＝８の基本時間スロットすなわち窓を含
む上りフレームと下りフレームで組織される。一つの周
波数に結合する各時間スロットが１つのチャンネルを形
成する。
【００１１】それぞれ上り方向と下り方向の二つのビー
コン搬送周波数は、移動体から基地局へ、基地局から移
動体へといわゆる信号チャンネルを送る。このような信
号チャンネルは、周波数同期（ＦＣＨ）および時間同期
（ＳＣＨ）サブチャンネルを含む一方向一般情報配布チ
ャンネル（英語では放送通信チャンネル BroadCast CHa
nnel ＢＣＣＨ）と、多方向共通制御チャンネル（同じ
くCommon Control CHannel ＣＣＣＨ）と、さらに場合
によっては、容量の小さいセル（ミクロセル）の場合に
は、双方向性信号データ交換チャンネル（同じく独立型
専用制御チャンネル Stand-alone Dedicated Control C
Hannel ＳＤＣＣＨ）とを含む。下り方向においては、
下り方向のビーコン搬送周波数は、移動体が関連基地局
から受け取る出力を測定できるように連続して送られ、
フレームごとの時間スロットを最大限繰り返しながら
（すなわち８個の時間スロットにつき１個）、すべての
ＢＣＣＨチャンネルと、移動体呼出しチャンネルと資源
配分チャンネルであるいくつかのＣＣＣＨチャンネル、
そして場合によっては移動体における加入者表を更新す
るため下り方向のチャンネルＳＤＣＣＨが送られる。上
り方向においては上り方向のビーコン搬送周波数が送ら
れ、フレームごとの時間スロットを最大限繰り返しなが
ら（端末装置の必要に応じてもっと少なくできる）、残
っている共通制御チャンネル、すなわち移動体のランダ
ムアクセス要求チャンネルＲＡＣＨ、および場合によっ
ては上りチャンネルＳＤＣＣＨが送られる。
【００１２】それぞれ上り方向と下り方向の二つのトラ
フィック周波数は、このトラフィックチャンネルが設定
されるや否やフレームごとの時間スロットを同様に反復
しながら、移動体から基地局へ、また基地局から移動体
へと双方向トラフィックチャンネルを送られる。これを
まとめると次の点に注目することができる。
【００１３】− 下り方向のビーコン周波数は連続送信
される。
【００１４】− 上り方向のビーコン周波数は、端末装
置の必要に応じてフレームごとの時間スロットが最大限
反復して送信される。
【００１５】− それぞれ上り方向と下り方向の二個の
トラフィック周波数は、通信が設定されるや否やフレー
ムごとの時間スロットが反復して送信される。
【００１６】したがって本発明は、このような特徴を有
効に用いて、最適化周波数再利用設計を有する移動無線
通信網を決定するものである。セルラ多層移動無線通信
網は、所与の一個のマクロセルのカバー域に属するミク
ロセルが、該所与のマクロセルに直接隣接するマクロセ
ルにおいて用いられるトラフィック周波数と同一のビー
コン周波数を用いることを特徴とする。
【００１７】一般にセルラ通信網は、それぞれ上り方向
と下り方向の二つの周波数の同時送受モードを実施し、
ミクロセルは一方で、隣接するマクロセルにおいて用い
られる上り方向のトラフィック周波数と同一の上り方向
のビーコン周波数を利用し、他方でこの隣接マクロセル
で用いられる下り方向のトラフィック周波数と同一の下
り方向ビーコン周波数を利用する。
【００１８】通信網は都市域をカバーし、Ｇ．Ｓ．Ｍ．
規格に適合した通信網であるか、あるいはＤＣＳ−１８
００規格に適合する通信網とすると有利である。
【００１９】本発明によるミクロセルは所与の一個のマ
クロセルのカバー域に属し、該所与のマクロセルに隣接
するマクロセルで用いられるトラフィック周波数と同一
のビーコン周波数を利用する。
【００２０】本発明はさらに、所与のマクロセルのカバ
ー域に属するミクロセルに対する周波数割当機構に関す
る。この機構は、該所与のマクロセルに直接隣接するマ
クロセルで用いられるトラフィック周波数と同一のビー
コン周波数を、該ミクロセルに割り当てる手段を含むこ
とを特徴とする。
【００２１】本発明の他の特徴および利点は、該当する
添付の図面を参照しながら以下の説明を読めば、より明
らかになろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】図２を参照すると、セルラ多層移
動無線通信網は、マクロセルまたはマクロセルの各カバ
ー域１、２を決定するＮ＝２の第一基地局１０、２０
と、ミクロセルまたはミクロセルの各カバー域３、４を
決定するＭ＝２の第二基地局３０、４０を含む。マクロ
セル１、２は直接隣接しており、マクロセル１のカバー
域に属するミクロセル３はマクロセル２のカバー域外に
ある。本発明は、マクロセル１に属するミクロセル３に
おいて、該マクロセル１に直接隣接するマクロセル２で
用いられた一組のトラフィック周波数と同一で、それぞ
れ上りおよび下り方向の一組のビーコン周波数を用いる
ものである。Ｇ．Ｓ．Ｍ．用語では、ビーコン周波数は
「ＢＣＣＨ周波数」とされており、トラフィック周波数
は「ＴＣＨ周波数」と呼ばれている。また二個の移動体
Ｍ１、Ｍ２が示され、それぞれミクロセル３とマクロセ
ル２に属する。ミクロセル３にあるそれぞれ上り方向と
下り方向の一組のビーコン周波数すなわちＢＣＣＨ周波
数の二個のビーコン周波数は、移動体Ｍ１とミクロセル
の基地局３０の間で信号チャンネルを送るために用いら
れる。マクロセル２にあるそれぞれ上り方向と下り方向
の二個のトラフィック周波数すなわちＴＣＨは、移動体
Ｍ２とマクロセルの基地局２０の間で双方向トラフィッ
クチャンネルを送るために用いられる。マクロセル１、
２は、他のいかなるマクロセルによっても隔てられない
という意味で直接隣接している。しかしながらこれらの
マクロセルは短い距離で切り離すことができる。
【００２３】その上、本発明およびＧ．Ｓ．Ｍ．規格が
行う区別に従えば、ただ一つのビーコン周波数が、マク
ロセル、ミクロセルを問わず各セルに対して決定され、
このセルでビーコン周波数でない全ての周波数は、トラ
フィック周波数であることに留意されたい。ビーコン周
波数はさらに、一つまたは複数のトラフィックチャンネ
ルを伝達するために用いることができ、ビーコン周波数
と区別して定義したトラフィック周波数は、ＢＣＣＨお
よびＣＣＣＨチャンネルを伝達するために用いることが
できない。ミクロセル３、４において、ビーコン周波数
ＢＣＣＨは、たとえばミクロセルが周波数ホッピング
（frequency hopping ）技術で操作される場合、トラフ
ィックチャンネルを伝達するために用いることはできな
い。それぞれのミクロセル基地局は、その場合ＢＣＣＨ
およびＣＣＣＨ信号チャンネル送信用の付加送信機を含
む。本発明の技術的な有効性およびこれを実施する際の
注目すべき特徴を明らかにするためには、マクロセル２
とミクロセル３の間の妨害効果を調査しなければならな
い。二個のセル２、３の間の妨害には次の４種類があ
る。
【００２４】* （ａ）下り方向 − （ａ１）ミクロセル基地局３０から連続送信される
下り方向のビーコン周波数ＢＣＣＨ信号は、マクロセル
基地局２０から移動体Ｍ２に向かって送られる下り方向
のトラフィックチャンネルＴＣＨが存在する場合、これ
を妨害することがあり、逆に、 − （ａ２）マクロセル基地局２０から移動体Ｍ２に送
られる下り方向のこのトラフィックチャンネルが、ミク
ロセル基地局３０から移動体Ｍ１へ連続送信される下り
方向のビーコン周波数ＢＣＣＨ信号を妨害することがあ
る。
【００２５】* （ｂ）上り方向 − （ｂ１）上り方向のビーコン周波数ＢＣＣＨによっ
て運ばれ、移動体Ｍ１からミクロセル基地局３０へ送ら
れる信号チャンネルは、移動体Ｍ２からマクロセル基地
局２０に送られる上り方向のトラフィックチャンネルを
妨害することがあり、逆に、 − （ｂ２）移動体Ｍ２からマクロセル基地局２０へ送
られる上り方向のこのトラフィックチャンネルが、移動
体Ｍ１からミクロセル基地局３０へ送られる上り方向の
ビーコン周波数ＢＣＣＨが搬送する信号チャンネルを妨
害することがある。
【００２６】図２では、両端に矢印がある破線の矢印
Ｘ、Ｙが二個示されている。矢印の４個の端はそれぞ
れ、移動体Ｍ１、Ｍ２および、ビーコン周波数信号また
は信号チャンネル、または場合によっては妨害を被るト
ラフィックチャンネルを受信する基地局２０、３０を指
し、前述の説明と関連する被った妨害の性質により、そ
れぞれ参照番号（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）、（ａ
４）によって示されている。
【００２７】上り結合と下り結合の両方に対するミクロ
セル３とマクロセル２の間の妨害の結果を図２よりも詳
しく示す図３を参照すると、こうした妨害のそれぞれの
影響が以下のように検討される。この図３では、ＢＣＣ
Ｈ（ｆｕ、ＩＴ０）は、各フレームの第一時間スロット
ＩＴ０において上り方向のビーコン周波数ｆｕによって
搬送される上り方向の信号チャンネルを示す。ＢＣＣＨ
（ｆｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）は、各時間スロットフレーム
のＩＴ０からＩＴ７までの連続送信周波数ｆｄにおける
下り方向のビーコン周波数信号を示す。ＴＣＨ（ｆｕ、
ＩＴｉ）およびＴＣＨ（ｆｄ、ＩＴｉ）は二個のトラフ
ィックチャンネルを示し、ｉが０〜７の場合、上りフレ
ームの任意の時間スロットＩＴｉにおけるトラフィック
周波数ｆｕの上り方向のトラフィックチャンネルを、ま
た下りフレームの同一時間スロットＩＴｉにおけるトラ
フィック周波数ｆｄの下り方向のトラフィックチャンネ
ルをそれぞれ示す。
【００２８】 Ｉ／ミクロセル基地局３０と移動体Ｍ２の間の妨害 ミクロセル基地局３０と移動体Ｍ２の間に存在する二種
の妨害は、図３のＹが示す二個の破線の矢印によって概
略的に示される。この矢印は、前述のように、 − （ｂ２）移動体Ｍ２からマクロセル基地局２０へ送
られる上り方向のトラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆ
ｕ、ＩＴｉ）による、移動体Ｍ１からミクロセル基地局
３０へ送られる上り方向の信号チャンネルＢＣＣＨ（ｆ
ｕ、ＩＴ０）の妨害と、 − （ａ１）ミクロセル基地局３０から連続送信される
ビーコン周波数信号ＢＣＣＨ（ｆｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）
による、マクロセル基地局２０から移動体Ｍ２へ送られ
る下り方向のトラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆｄ、Ｉ
Ｔｉ）の妨害とをまとめたものである。
【００２９】現実には、ミクロセル基地局３０と移動体
Ｍ２のこうした上り方向と下り方向の妨害はほとんど無
視できる。基地局３０と移動体Ｍ２は互いに無線通信の
影響下にはない。ミクロセルの構造は、障害物が無線電
磁場を著しく減衰する都市域で一般に用いられている。
さらに、ミクロセル基地局３０の出力は小さく、通常は
両側から挟まれた区域に位置し、アンテナがふつう低い
場所に置かれている。ミクロセル基地局３０の影響範囲
は、従って非常に狭い。図２の例では、ミクロセル基地
局３０は斜線で示された建物Ａによって両側から挟まれ
た道路ＳＴをカバーするためにある。基地局３０はこの
道路の低い位置に配置されており、従ってその影響範囲
はほぼこの道路に限られる。マクロセル２に位置する移
動体Ｍ２とミクロセル基地局３０の間の干渉または妨害
はほぼゼロである。
【００３０】 II／マクロセル基地局２０と移動体Ｍ１の間の妨害 このような妨害には二種類あり、図３のＸによって送ら
れる二個の破線の矢印によって概略化されている。この
矢印は前述のように、 − （ａ２）マクロセル基地局２０から移動体Ｍ２へ送
られる下り方向のトラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆ
ｄ、ＩＴｉ）による、ミクロセル基地局３０から移動体
Ｍ１へ連続送信される下り方向のビーコン周波数信号Ｂ
ＣＣＨ（ｆｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）の妨害と、 − （ｂ１）移動体Ｍ１からミクロセル基地局３０に送
られる上り方向の信号チャンネルＢＣＣＨ（ｆｕ、ＩＴ
０）による、移動体Ｍ２からマクロセル基地局２０に送
られる上り方向のトラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆ
ｕ、ＩＴｉ）の妨害をまとめたものである。こうした二
種の妨害は無視することができないので、次にこれを別
々に検討することにする。
【００３１】IIａ／トラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆ
ｄ、ＩＴｉ）によるビーコン周波数信号ＢＣＣＨ（ｆ
ｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）の妨害の検討 この最初の検討では、マクロセル基地局２０に対しても
ミクロセル基地局３０に対しても、これらの基地局を特
徴づける無線パラメータを設定することが適当である。
こうしたいくつかのパラメータは送信出力、アンテナ利
得、距離減衰、およびセル半径である。この各種パラメ
ータが、ミクロセル基地局３０に対してもマクロセル基
地局２０に対してもとる値を次に挙げるが、これは実際
の例に適合させた代表的な数値である。これらの値は、
１９９３年７月 ETSI によって出されたＧＳＭ勧告０
３．３０「Radio Network Planning Aspects」４．２．
０版に基づいて選択された。
【００３２】ミクロセル基地局３０に対するパラメータ
値は次の通りである。
【００３３】− 送信出力Ｐ30＝１８ｄＢｍ − アンテナ利得Ｇ30＝３ｄＢｉ − 距離減衰Ａ30＝［１０６．７＋２６．ｌｏｇ（ｄ３
０）］ｄＢ − ミクロセルの半径Ｒ30＝２００メートル ここで、ｄＢｍは基本単位ｍＷａｔｔに関するアンテナ
出力の測定単位デシベル、ｄＢｉは基準アンテナに対す
るアンテナが放射する出力の測定単位デシベル、ｄ
30は、距離減衰を計算するために考慮された地点とミク
ロセル基地局を隔てる距離（ｋｍ）である。単位ｄＢ
ｍ、ｄＢｉおよびｄＢは干渉性の単位である。さらに、
マクロ基地局２０に対するパラメータ値は次の通りであ
る。
【００３４】− 送信出力Ｐ20＝３８ｄＢｍ − アンテナ利得Ｇ20＝１１ｄＢｉ − 距離減衰Ａ20＝［１３２．８＋３８．ｌｏｇ（ｄ２
０）］ｄＢ − マクロセルの半径Ｒ20＝１キロメートル ここで、ｄ20は、距離減衰を計算するために考慮された
地点とマクロセル基地局２０との距離（キロメートル）
である。送信出力Ｐ20は、マクロセル基地局によるトラ
フィックチャンネルＴＣＨ（ｆｄ、ＩＴｉ）の最大送信
出力に対応する。ＧＳＭ規格では、この送信出力は、移
動体Ｍ２と基地局２０との距離に応じて送られるトラフ
ィックチャンネルごとに変化する。これは、不利な場合
でも本発明が技術的に有効であることを示すように最大
値として選択された。
【００３５】基地局２０から移動体Ｍ２に送られるトラ
フィックチャンネルＴＣＨ（ｆｄ、ＩＴｉ）による、基
地局３０から移動体Ｍ１に送られるビーコン周波数信号
ＢＣＣＨ（ｆｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）の妨害の検討に戻
る。従ってここでは、ミクロセル３に位置する移動体Ｍ
１に対する受信の際に作用し、またマクロセル基地局２
０の送信に起因する妨害が問題になる。
【００３６】移動体Ｍ１が、ミクロセル基地局３０から
２００メートルの距離、ミクロセル３の境界に位置する
極端な場合を考えよう。移動体Ｍ１がミクロセル基地局
３０から受ける出力Ｐ30（Ｍ１）（単位デシベル）は次
のようになる。
【００３７】Ｐ30（Ｍ１）＝Ｐ30＋Ｇ30−Ａ30 Ｐ30（Ｍ１）＝１８ｄＢｍ＋３ｄＢｉ−［１０６．７＋
２６．ｌｏｇ（０．２）］ｄＢ Ｐ30（Ｍ１）＝−６７．５ｄＢｍ 一方、移動体Ｍ１がマクロセル基地局２０から受ける出
力Ｐ２０（Ｍ１）（単位デシベル）は次のようになる。
【００３８】Ｐ20（Ｍ１）＝Ｐ20＋Ｇ20−Ａ20 Ｐ20（Ｍ１）＝３８ｄＢｍ＋１１ｄＢｉ−［１３２．８
＋３８．ｌｏｇ（Ｄ）］ｄＢ（ここでＤはマクロセル基
地局２０と移動体Ｍ１との距離を示す） Ｐ20（Ｍ１）＝−［８３．８＋３８．ｌｏｇ（Ｄ）］ｄ
Ｂｍ トラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆｄ、ＩＴｉ）による
ビーコン周波数信号ＢＣＣＨ（ｆｄ、ＩＴ０−ＩＴ７）
の妨害を無視することが可能であるためには、移動体Ｍ
１がミクロセル基地局３０から受ける出力Ｐ30（Ｍ１）
が、移動体Ｍ１がマクロセル基地局２０から受ける出力
Ｐ20（Ｍ１）よりも少なくとも９ｄＢ大きくなければな
らないし、またそれだけ大きければ十分である。これは
次のように表される。
【００３９】Ｐ30（Ｍ１）＞Ｐ20（Ｍ１）＋９ｄＢ −６７．５＞−８３．８−３８．ｌｏｇ（Ｄ）＋９ ｌｏｇ（Ｄ）＞（−８３．８＋６７．５＋９）／３８ ｌｏｇ（Ｄ）＞１０-0.19 Ｄ＞０．６４５ｋｍ かくして、トラフィックチャンネルＴＣＨ（ｆｄ、ＩＴ
ｉ）によるビーコン周波数信号ＢＣＣＨ（ｆｄ、ＩＴ０
−ＩＴ７）の妨害を無視できるようにするためには、移
動体Ｍ１とマクロセル基地局２０の距離が６４５メート
ルを越えなければならないが、これはマクロセル２の半
径Ｒ20が１キロメートルであるので、移動体Ｍ１の位置
がどこにあっても実証することができる。
【００４０】さて、ミクロセル３とマクロセル２に対し
て同一トラフィック周波数を用いることを提案する場
合、上記の考え方は適用できないことに注意しなければ
ならない。実際、この場合は、一方でミクロセル３が両
側から挟まれた都市域（一般には道路）をカバーするた
めにあり、他方で受信の際の減衰が、移動体Ｍ１がこの
区域を去る（道路の角を通過する）や否や２０ｄＢ近く
なることを考えると、移動体Ｍ１がこの区域を去った後
にマクロセル基地局２０から受ける所与周波数における
トラフィックチャンネル出力は、そのとき必要になるセ
ル変化に関するこの通信の臨界位相に対して、この同一
周波数で移動体Ｍ１とミクロセル基地局３０の間に設定
される下り方向のトラフィックチャンネルを一時的に妨
害するであろう。
【００４１】IIｂ／ビーコン周波数チャンネルＢＣＣＨ
（ｆｕ、ＩＴ０）によるトラフィックチャンネルＴＣＨ
（ｆｕ、ＩＴｉ）の妨害の検討 ここでは、移動体Ｍ１から基地局３０へ送られるビーコ
ン周波数チャンネルＢＣＣＨ（ｆｕ、ＩＴ０）による、
移動体Ｍ２から基地局２０へ送られるトラフィックチャ
ンネルＴＣＨ（ｆｕ、ＩＴｉ）の妨害を検討する。ＢＣ
ＣＨ（ｆｕ、ＩＴ０）チャンネルは、フレームごとの時
間スロットの最大反復（Ｇ．Ｓ．Ｍ．では８個につき１
個の時間スロット）を伴う場合しか、ミクロセル３の任
意の移動体Ｍ１からミクロセル基地局３０へ送られない
ことに注意されたい。ミクロセルは、特に次のような、
トラフィック特性を含む典型的値によって定義すること
ができる。
【００４２】− 容量＝フレームごとの８個の時間スロ
ット（ＩＴ）、このうち７個はＩＴ（窓）であり、１個
はトラフィックＩＴである。これらはランク（０）であ
り、ビーコン周波数チャンネルＢＣＣＨ（ｆｕ、ＩＴ
０）によって占められている。
【００４３】− 呼出しブロック確率＝２％ − 平均呼出し時間＝８０秒 − 二通話間のＳＤＣＣＨチャンネル設定数＝５ − ＳＤＣＣＨにおける平均データ交換時間＝４秒 「ＳＤＣＣＨ」という用語の意味を、図４を参照して以
下に説明する。図４は、移動体から基地局へ送られる上
り方向のビーコン周波数信号チャンネルＢＣＣＨ（ｆ
ｕ、ＩＴ０）においてサブチャンネル伝送パターンを決
定するマルチフレーム−５１を示す。このマルチフレー
ム−５１は、連続するランク（０）の５１個の時間スロ
ットにおけるサブチャンネル伝送機構を規定している。
サブチャンネルは、与えられた制御サブチャンネルＳＤ
ＣＣＨ、情報交換に関する制御サブチャンネルＡＣＣ
Ｈ、移動体のランダムアクセスサブチャンネルＲＡＣＨ
である。これらのサブチャンネルＳＤＣＣＨ、ＡＣＣＨ
およびＲＡＣＨは、それぞれＤ、Ａ、Ｒによって図４に
示されている。Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と記された４個
のサブチャンネルＳＤＣＣＨが存在する。４個のサブチ
ャンネルＳＤＣＣＨ（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、そ
れぞれマルチフレーム−５１のランク（０）の４個の連
続時間スロットを占有している。マルチフレーム−５１
の構造に関するより詳しい情報については、科学技術通
信シリーズ（ＣＮＥＴ−ＥＮＳＴ）１９８８年版の「移
動体無線通信システム」EYROLLES編、Jean-Gabriel REM
Y 他著、５８９−５９４ページを参照されたい。
【００４４】上記に示された７個の通信路数および２％
のブロック確率に応じて、ミクロセル３のトラフィック
（単位トラフィックユニット）を推定することができ
る。たとえば前述の「移動体無線通信システム」３７４
ページのトラフィックユニット表によるこのトラフィッ
クは３トラフィックユニットである。ミクロセルの１秒
当たりの呼出し数は、平均呼出し時間に対するトラフィ
ックの比で、（３／８０）＝３．７５×１０-2呼出し／
秒である。２個の呼出し間のＳＤＣＣＨチャンネルの設
定数は５であるので、１秒当たりのＳＤＣＣＨチャンネ
ルの設定数は１秒当たりの呼び出し数の５倍、すなわち
５×（３．７５．１０-2）＝０．１８７個のＳＤＣＣＨ
チャンネル設定／秒である。ＳＤＣＣＨチャンネルの平
均データ交換時間は４秒と推定される。ＳＤＣＣＨチャ
ンネルＤ０、Ｄ１、Ｄ２またはＤ３のトラフィックユニ
ットで表されるトラフィックは従って（０．１８７×
４）、即ち、約０．７５トラフィックユニットである。
前述のように、ＳＤＣＣＨチャンネル数は４個であり、
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２またはＤ３である。一つのＳＤＣＣＨ
チャンネルに対して０．７５トラフィックユニットのト
ラフィックがあると言うことは、統計上は、所与の時間
ｔに対して、時間トラフィック（０．７５×ｔ）が流れ
ることを意味する。この時間トラフィック（０．７５×
ｔ）が、４個のＳＤＣＣＨチャンネル（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ
２、Ｄ３）に統計的に同程度に起こり得るように分散さ
れる場合、４個の各サブチャンネルＳＤＣＣＨはこの同
じ時間ｔの間に流れ、時間トラフィックは（０．７５／
４）×ｔ＝０．１９×ｔとなる。ＳＤＣＣＨチャンネル
を構成するランク（０）の各時間スロットＩＴ０の平均
占有率は、従ってほぼ１９％である。
【００４５】図４に戻ると、ビーコン周波数チャンネル
ＢＣＣＨ（ｆｕ、ＩＴ０）を構成するランク（０）の時
間スロット（ＩＴ０）の平均占有率は、チャンネルＢＣ
ＣＨ（ｆｕ、ＩＴ０）が他のサブチャンネルＡＣＣＨお
よびＲＡＣＨを含むために、サブチャンネルＳＤＣＣＨ
が占有するランク（０）の各時間スロットＩＴ０の唯一
の平均占有率に限定されない。現実には、これらのチャ
ンネルが受けるトラフィックはその性質からほぼゼロで
ある。このことから、ビーコン周波数チャンネルＢＣＣ
Ｈ（ｆｕ、ＩＴ０）を形成するランク（０）の時間スロ
ットの平均占有率は、（１９／２）％、すなわち切り上
げれば１０％であると推定することができる。推定によ
るこの計算は極めて悲観的なものであって、平均して得
られる結果はこれよりも良好で、１０％は最大値であ
る。実際には、ミクロセルにおいてＳＤＣＣＨチャンネ
ルは、ランク（０）の時間スロットとは別の時間スロッ
トでビーコン周波数とは別の周波数によって送られる。
ＧＳＭ規格の範囲では、移動体によってＳＤＣＣＨチャ
ンネルに送られる上り方向のメッセージの大部分は、位
置探知メッセージ（「LocUpdate 」）である。位置探知
メッセージには二つのタイプがある。いわゆる移動メッ
セージと、周期メッセージである。移動メッセージは、
一つまたは複数のマクロセルによって限定される区域を
移動体が変える場合に、移動体から送られる。従って移
動体はマクロセルに戻るときに一般に移動メッセージを
送る。周期メッセージは、あらゆる事象から独立した所
与の周波数で周期的に移動体から送られる。統計的に
は、移動体からの移動メッセージの方がずっと頻繁に送
られる。
【００４６】従って、所与のマクロセルに新しいミクロ
セルを設定する場合、該所与のマクロセルの最も外側の
ミクロセルに対して、ランク（０）の時間スロットとは
別の時間スロットにおけるビーコン周波数とは別の周波
数でＳＤＣＣＨチャンネルが運ばれ、該所与のマクロセ
ルの最も内側のミクロセルに対して、ランク（０）の時
間スロットのビーコン周波数でＳＤＣＣＨチャンネルが
送られるの適当である。かくして、該所与のマクロセ
ル、このマクロセルに最も外側のミクロセルが属する
が、この所与のマクロセルに入る移動体からの位置探知
メッセージを受信可能な最も外側のミクロセルにおい
て、ランク（０）の時間スロットでビーコン周波数とは
別の周波数で搬送されるＳＤＣＣＨチャンネル（Ｄ０、
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、所与のマクロセルに隣接するマ
クロセルに設定されるトラフィックチャンネルを妨害し
ない。
【００４７】以上の説明から、また移動体Ｍ２とマクロ
セル基地局２０の間に上り方向のトラフィックチャンネ
ルＴＣＨ（ｆｕ、ＩＴｉ）がランク（０）の時間スロッ
トＩＴ０と一致する時間スロットで設定され、この時間
スロットで移動体Ｍ１とミクロセル基地局３０の間にビ
ーコン周波数チャンネルが送られると仮定すると、移動
体Ｍ２から基地局２０へ伝送される通信が妨害されるの
は１０％にすぎない。
【００４８】マクロセルのカバー域の外側の任意のミク
ロセルで、マクロセルで用いられる一組のトラフィック
周波数と同じ一組のビーコン周波数を用いるという発明
の原理は、この実施例に限定されるということを示すこ
とができる。同じ二組のトラフィック周波数の再利用
に、これを適用することはできない。事実、同じ二組の
トラフィック周波数を用いることができないのは、一つ
には、発明の詳細な説明のIIａ／のパラグラフの終わり
で強調されている理由からであり、もう一つには、移動
体Ｍ１と基地局３０の間に設定される上り方向のトラフ
ィックチャンネルによる、移動体Ｍ２と基地局２０の間
に設定される上り方向のトラフィックチャンネルの妨害
が、この二つのチャンネルが同一のフレーム時間スロッ
トと一致するや否や大きくなりすぎることに起因する。
従って本発明は、設定するミクロセルが、離れているマ
クロセルのトラフィック周波数として用いられる周波数
と同一の周波数をトラフィック周波数として用い、制御
周波数としては用いない点において英国特許出願Ａ−２
２６０８７９号と比較することによりその長所を見出す
ことができる。この結果、周波数再利用を最適化するこ
とができる。
【００４９】ところで、それぞれマクロセル２とミクロ
セル３で二組の同一のビーコン周波数を用いることは、
二つのセルにおいてそれぞれ別々の二個の識別コード
（ＢＳＩＣ英語では基地局識別コード「Base Station I
dentification Code」）でこの二組を区別することによ
りＧ．Ｓ．Ｍ．の範囲内で可能になる。しかしながらこ
の既知の解決法が提供する周波数再利用の利点は小さ
い。反対に本発明は、マクロセルにおけるトラフィック
周波数の数が多く、またマクロセルで用いられるミクロ
セル数すなわちビーコン周波数の数も同様に多いので、
周波数設計による利点が大きい。以上の説明を考慮する
と、すぐ隣のマクロセルのトラフィック周波数と同一の
ビーコン周波数をミクロセルで再利用できるということ
が、ミクロセル通信網の容量を著しく増大させる。
【００５０】以上のことから、本発明はまた、所与のマ
クロセルのカバー域に属する所与のミクロセルを決定す
る基地局を追加する場合に実施される、セルラ多層移動
無線通信網の周波数最適化法を提供するものである。そ
のためこの最適化法は、該所与のマクロセルと隣接する
マクロセルで用いられる下り方向のトラフィック周波数
の選択と、所与のミクロセルを決定するミクロセル基地
局の設定を含み、この結果、該ミクロセル基地局から送
られるビーコン周波数は、該隣接するマクロセルで用い
られる選択された下り方向の該トラフィック周波数と同
一である。
【００５１】このようにして、本発明によるミクロセル
は所与のマクロセルのカバー域に属し、該所与のマクロ
セルに直接隣接するマクロセルで用いられるトラフィッ
ク周波数ＴＣＨと同一のビーコン周波数ＢＣＣＨを用い
る。所与のマクロセルは、ミクロセルが内部ミクロセル
である場合は実際の無線通信カバー域に対応し、ミクロ
セルが外部ミクロセルである場合には無線通信カバー域
に対応しない仮想カバー域に対応する。
【００５２】本発明はまた、所与のマクロセルのカバー
域に属するミクロセルに対する周波数割当機構を提供す
る。この機構は一般に、ミクロセル基地局それ自体に含
まれるか、基地局の制御装置、あるいは別の単独の装置
に含まれる。この機構は、該所与のマクロセルに隣接す
るマクロセルで用いられるトラフィック周波数ＴＣＨと
同一のビーコン周波数ＢＣＣＨをミクロセルに割り当て
る手段を含む。この機構はソフトウェアとして構成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラ多層移動無線通信網において７個のセル
を持つ周波数再利用幾何パターンを示す図である。
【図２】同一の複数組のビーコン周波数と複数組のトラ
フィック周波数をそれぞれ用いた一個のミクロセルとマ
クロセルを特に含む、セルラ多層移動無線通信網の一部
を示す図である。
【図３】図２で示されたミクロセルとマクロセルの間に
存在する妨害結果の概略図である。
【図４】Ｇ．Ｓ．Ｍ．型の枠内で、移動体からセルの基
地局に向かう信号データ交換の時間的論理構造を形成す
る上り結合のマルチフレーム−５１を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 7/15 Ｃ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所与のマクロセル（１）のカバー域に属
    する所与のミクロセル（３）を決定する任意のミクロセ
    ル基地局（３０）を追加する際に、セルラ多層移動無線
    通信網の周波数を最適化する方法であって、該通信網は
    時分割多元接続網（ＡＭＲＴ）と周波数分割多元接続網
    （ＡＭＲＦ）とを組み合わせた通信網であり、またマク
    ロセル（１、２）とミクロセル（３、４）とを含み、該
    マクロセル（１、２）の各々は少なくとも一つのビーコ
    ン周波数（ＢＣＣＨ）と少なくとも一つのトラフィック
    周波数（ＴＣＨ）とに結合され、該ミクロセル（３、
    ４）の各々は少なくとも１つのビーコン周波数（ＢＣＣ
    Ｈ）に結合される方法において、該所与のマクロセル
    （１）に直接隣接するマクロセル（２）で用いられるト
    ラフィック周波数（ＴＣＨ）と同一のビーコン周波数
    （ＢＣＣＨ）を該ミクロセルに割り当てる段階を含むこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 所与のマクロセル（１）のカバー域に属
    するミクロセル（３）は、該所与のマクロセル（１）に
    直接隣接するマクロセル（２）で用いられるトラフィッ
    ク周波数（ＴＣＨ）と同一のビーコン周波数（ＢＣＣ
    Ｈ）を用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法
    によって得られるセルラ多層移動無線通信網。
  3. 【請求項３】 それぞれ上り方向と下り方向の二つの周
    波数の同時送受信モードを実施し、該ミクロセル（３）
    が、一方で該隣接するマクロセル（２）で用いられる上
    り方向のトラフィック周波数（ＴＣＨ）と同一の上り方
    向のビーコン周波数（ＢＣＣＨ）を用い、他方で該隣接
    するマクロセル（２）で用いられる下り方向のトラフィ
    ック周波数（ＴＣＨ）と同一の下り方向のビーコン周波
    数（ＢＣＣＨ）を用いることを特徴とする、請求項２に
    記載のセルラ多層移動無線通信網。
  4. 【請求項４】 都市域をカバーすることを特徴とする請
    求項２または３に記載のセルラ多層移動無線通信網。
  5. 【請求項５】 Ｇ．Ｓ．Ｍ．規格に適合する通信網であ
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記
    載のセルラ多層移動無線通信網。
  6. 【請求項６】 ＤＣＳ１８００規格に適合する通信網で
    あることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に
    記載のセルラ多層移動無線通信網。
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