JPS6370622A - 移動通信における無線ゾ−ン構成方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、同一周波数を異なる場所で繰り返し使用する
ことにより周波数利用効率向上を図った移動通信におけ
る無線ゾーン構成方式に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車電話方式等の小ゾーン構成移動通信方式では、同
一周波数を場所的に繰り返しで使用することにより周波
数の有効利用を図っている。

第１図は従来のゾーン構成を説明するための図であって
、１．２はそれぞれゾーン、３　。

４は基地局、５は干渉最悪点、ｄは基地局間の距離を示
している。

第１図において、ゾーン１と２で同一周波数を使ってい
るとき、１のゾーン内にいる移動機が最も強く干渉を受
ける点はゾーン１の周辺でかつゾーン２に最も近い点５
である。

ところで移動通信の電波伝搬性は、第２図（、）に示す
ような数ｍ程度の短区間を走行したときの受信レベル瞬
時変動と、第２図（ｂ）に示すような数十〜百ｍ程度の
長区間を走行したときの短区間受信レベル平均値の変動
と、第２図（ｅ）に示すような基地局・移動局間距離で
決まる長区間における平均値の距離特性とからなってい
る。

通常、受信レベルの瞬時変動はレイリー変動に、短区間
受信レベル平均値の変動は対数正規変動（そのｄＢ値が
正規分布するもの）に従う。

瞬時変動は反射・散乱された複数の電波が合成して受信
されるために生じ、短区間受信レベル平均値の変動は移
動局近傍の伝搬路上の地形・地物による遮蔽によって生
じる。

例えば、短区間受信レベル平均値の希望波対妨害波比（
以下Ｄ／Ｕという）の所要値を１５ｄＢと規定し、さら
にこの値が満足されているべき場所率をゾーン周辺で１
０％と規定する場合については次のようになる。

第１図の場合の希望波と妨害波は伝搬路が異なることか
ら瞬時変動、短区間受信レベル平均値変動とも無相関で
ある。

短区間受信レベル平均値は陸上移動無線では標準偏差が
６．５ｄＢのｄＢ正規分布で近似できることが知られて
いる　（電気通信研究所研究実３一 層化報告第２６巻第７号「自動車電話無線回線設計」第
４６頁参照）。

希望波と妨害波の相関が０であることから、ｄＢ表示し
た希望波対妨害波比の値、すなわちＤ／Ｕの分布は、標
準偏差が　６．５ｘｆｉ＝９．２ｄＢの正規分布に従う
。

ゾーン周辺の場所率１０％とは、干渉最悪点５において
、Ｄ／Ｕが所要値１５ｄＢを下回る確率が１０％という
ことである。正規分布の性質から１０％点は平均値よＩ
）１．３Ｘ楳準偏差だけ低い。

従ってＤ／Ｕの平均値、すなわちＤ／Ｕの長区間平均値
は １５ｄＢ＋１．３Ｘ９．２ミ２７ｄＢ となる。

陸上移動通信での伝搬距離特性は、距離をＲとしたとき
電気通信学会発行の文献「自動車電話」に記載のように
−３５ＩｏＦＩＲ（ｄＢ　）で近似できる。

従って干渉最悪点５において −３５　ｌｏｇｒ　　−（−３５ｌｏｇ（ｄ−ｒ））＝
　２７ｄＢであるから　ｃｌ／ｒ＝６．９となる。

このとき繰り返しゾーンＮは上記文献に記載のようにＮ
＝１／３　　（ｄ／ｒ）２＝１５．９となる。

平面をすきまなくおおう条件から　Ｎは　３　。

４　　、７　　、９　　、１２　　、１３　　、１６　
　、１９・・・・・・　といった離散的な値をとる。

従って、繰り返しゾーン数Ｎは１６となる。

この場合の周波数繰り返しを第３図に示す。

ｆ、　、　ｆ２・・・・・・ｆ１６は周波数群であり、
同一の周波数群を記入しであるゾーンは同一周波数を繰
り返して使用することを表わしている。

但し、図面を見易くするため各ゾーンは六角形で表わし
である。すなわち、１６組の周波数群があれば、全ての
平面をカバーし得る。周波数の総数を１０００とすれば
１ゾーン当たり使用できるチャネル数は６２チヤネルと
なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の説明で分かるように、周波数利用率をさらに向上
させるためには、周波数の繰り返し使用距離を小さくす
ればよい。しかし、繰り返し使用距離を小さくすること
は、劣化の場所率が大きくなる　（すなわちＤ／Ｕが劣
化する）ことである。

すなわち周波数利用率の一層の向上のためには、品質を
犠牲にする必要があるという問題点があつだ。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、品質、すな
わちＤ／Ｕを低減させることなく周波数の利用率を向上
させることので終る無線ゾーンの構成方式を提供するこ
とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば上述の目的は、前記特許請求の範囲に記
載した手段により達成される。

すなわち、本発明は、基地局のアンテナに扇形の指向性
を有する複数の指向性アンテナを使用し、アンテナの干
渉量の少ない、いわゆる逆方向のアンテナで同一周波数
を使用し、また建１１１％からの反射によりアンテナの
フロントバック比が十分とれず、従って同一周波数を使
用している逆方向のアンテナでの受信に干渉を与える恐
れのある場合には、別に設けた無指向性アンテナを使用
するチャネルを使用させることを最も主要な特徴とする
もので、例えば、指向性アンテナによるチャネルで通話
中に常に（または周期的に）Ｄ／Ｕを計測していて、そ
れが予め定めた値以下になったら無指向性アンテナを用
いたチャネルに切り替え、また逆に無指向性アンテナを
使用中にＤ／Ｕが天外くなったら指向性アンテナを用い
たチャネルに切り替えるものである。

〔実施例〕

第４図は本発明の第１の実施例のゾーン構成の例を示す
図、第５図は第４図のゾーン構成を実現する基地局アン
テナの構成の例を示す図であって、６．７は例えば１８
０°の指向性アンテナ９．１０によってカバーされる領
域（以下これをセクタという）であり、８は水平面内無
指向性アンテナ１１によってカバーされる一フー 領域（以下これをオムニゾーンという）である。

セクタ６と７には同一周波数のチャネルを割り当て、オ
ムニゾーン８にはこれらとは異なる周波数のチャネルを
割り当てる。９および１０は６および７のセクタを作る
ための指向性アンテナ、１１はオムニゾーン８を作るた
めの無指向性アンテナである。指向性アンテナ９と１０
は鉄塔または建物等の反対側の側面など、それぞれのア
ンテナの指向方向利得と指向方向以外の利得との差（以
下これをＦ／Ｂという）が十分大きくなるように設置す
る。

アンテナを周囲の建物高より十分高い位置に設置し、か
つ鉄塔等の互いに反対側に取り付けた場合には、Ｆ／Ｂ
は２０〜３０ｄＢ程度の値が期待できる。また、アンテ
ナ高と同程度の高さの建物等がアンテナま指向方向にあ
る場合には、その建物からの反射等によって、場所によ
っては、Ｆ／Ｂが１０〜１５ｄＢ程度にまで劣化するこ
とがある。

第６図は、Ｆ／Ｂ　　２０ｄＢとし、移動機がセフタ６
内に一様分布し、干渉を与える移動機がセクタ内で一様
分布し、かつ伝搬距離特性が前述のように−３５Ｉｏｇ
Ｒに従う場合の基地受信のＤ／Ｕ分布を計算機シミュレ
ーションにより求めたものである。

Ｄ／Ｕの所要値を１．５ｄＢとすると、図より全体の呼
の内の３５％程度の呼が所要値１５ｄＢを下回ることに
なる。移動機受信については、短区間における平均値の
変動が移動機と基地局間の地形・地物、特に移動機周辺
でのそれで規定されるため、セクタ６内の移動機が受信
するアンテナ９および１０からの信号と短区間変動の相
関は１または１に極く近い値となる。

従って移動機受信については常に短区間Ｄ／ＵはＦ／Ｂ
に相当する値（ここでは２０ｄＢ）であり、所要値１５
ｄＢを満足している。

全体の呼の内、基地局受信の場合の短区間Ｄ／Ｕが所要
値１５ｄＢを満足しない呼は前述のように３５％あるが
、これらの呼は無指向性アンテナにより、オムニゾーン
８の周波数を使わせる。

この振り分けは例えば次のようにする。第１段階は呼生
起時の移動機からの発呼信号または基地局からの着呼信
号に対する移動機の応答信号を利用する。これらの信号
をセクタ６および７のアンテナ９．１０で受信し、レベ
ル比較により移動機がどのセクタ内にいるかを判定する
。

例えばセクタ６にいる場合には、セクタ６のチャネルの
内の空チャネル（つまり使用中でないチャネル）の一つ
についてアンテナ９での受信レベル（Ｕ、）を測定する
。本末、未使用のチャネルの電波が受信できるというこ
とは、このゾーンにとっては干渉波となるから、これに
より干渉波のレベルがわかる。また前記発呼信号または
応答信号のセクタ６での受信レベル（Ｄ、）を測定する
。

これはこのゾーンで使用中のチャネルの受信レベルとな
るから、これらの比（ＤＩ／Ｕｌ）を求めれば、干渉量
がわかる。

次にセクタ６内のこの空チャネルと同一周波数を使って
いるセクタ７内のチャネルが使用中であればその受信レ
ベル（Ｄ２）を測定スる。これはセクタ７での正規の受
信レベルである。次に前記発呼信号または応答信号のセ
クタ７のアンテナ１０での受信レベル（Ｕ２）を求める
。

これはセクタ６にいる移動機からの受信波であるからセ
クタ６とセクタ７の闇の干渉波となる。

すなわち、両者の比（Ｄ　２／　Ｕ　２）はセクタ内で
の干渉量の程度を表わす。

セクタ６での干渉量Ｄ　、／Ｕ　、、セクタ７での干渉
量Ｄ　２／　Ｕ　Ｒとも所要値１５ｄＢを上回っている
場合には、セクタ６内のこの空チャネルを割り当てる。

Ｄ　＋　／　Ｕ　Ｉ＊　Ｄ　２／　Ｕ　２の少なくとも
一つが所要値以下である場合には、セクタ６内の他の空
チャネルについて同様の検定を行なう。Ｄ２のチャネル
が使用中でない場合には、セクタ７での干渉を考慮する
必要がないから、Ｄ　＋　／　Ｕ　＋のみが所要値以上
であればそのチャネルを割り当て、空チャネルのどれも
が条件を満足し得ない場合にはアンテナ９は用いないで
、アンテナ１１、オムニゾーン８の内の空チャネルを割
り当てる。

以上は呼の接続段階における通話チャネルの選択に関す
るものであるが、第２段階は通話中の呼についてＦ／Ｂ
特性劣化等によｌ）Ｄ／Ｕが劣化した場合の処置である
。このためセクタ６および７で通話中の全てのチャネル
について常時または定期的にＤ／Ｕ比を測定する。

Ｄ／Ｕの測定方法は例えば電子通信学会論文誌Ｂ、　Ｖ
ｏｌ、Ｊ６８−Ｂ　＊　Ｎｏ、　１　ｖ　ｐｐ　１０９
〜１１６　．１９８５年１月に記載しである方法が有効
である。

この原理は、干渉波が混入すればその包絡線にビートを
生じることを利用し、このビートの深さと平均信号レベ
ルとの比を求めることによりＤ／Ｕを求めるものである
。

このようにして通話中の呼のＤ／Ｕを求め、これが所要
値を下回れば、同一チャネル干渉が増大して、品質が劣
化したことになるから、このチャネルの呼をオムニゾー
ン８の空チャネルに切り替えさせる。

この結果、全体の呼の３５％はオムニゾーン８のチャネ
ルを使用し、残りの６５％の呼はセクタ６または７のい
ずれかを使用する。セクタ６とセクタ７は同一周波数で
あるから、全体の周波数の内の６５／２＝３２．５％が
節約できることになる。

次に第２の実施例について説明する。

第１の実施例においてオムニゾーン８で通話中のチャネ
ルについて、アンテナ９および１０での受信レベルＬｌ
、Ｌ２を測定し、ＬＬとＬ２のレベル比較により移動機
がセクタ６と７のいずれにいるかを決め（例えば６にい
るとする）、６に割り当てられたチャネルの内の空チャ
ネル（つまり使用していないチャネル）についてアンテ
ナ９での受信レベルＬ、を測定し、Ｌ、／Ｌ３を求める
。このＬ３は他のゾーンからのこのセクタへの干渉波レ
ベルである。

Ｌ　＋　／　Ｌ　３が短区間Ｄ／Ｕの所要値１５ｄＢを
上回っており、この空チャネルと同じ周波数のチャネル
がセクタ７で使用されていない場合には、該オムニゾー
ン８で通話中の呼を、セクタ６のこの空チャネルに切り
替える。空チャネルと同じ周波数のセクタ７のチャネル
が使用中である場合には、このチャネルのアンテナ１ｏ
での受信レベルＬ、を測定し、Ｌｌ／Ｌ３およびり。

／Ｌ２がＤ／Ｕ所要値１５ｄＢを上回っていれば、オム
ニゾーン８で通話中の呼を、セクタ６のこの空チャネル
に切り替える。

これによりオムニゾーン８で通話中の呼でもアンテナ９
または１０でのＦ／Ｂが良好な場所に移動するなどによ
り、セクタ６＊たは７での通話が干渉上許容できる限り
、周波数利用効率の高いセクタのチャネルを使用するこ
ととなり、より一層の周波数の有効利用を図ることがで
きる。

次に第３の実施例について説明する。

第１の実施例において、セクタ６および７のチャネルを
使用している移動機に送信電力制御を行なわせ、基地局
受信の短区間平均レベルをほぼ一定とする。

送信電力制御の方法は、移動機の受信レベルの短区間平
均値に応じて送信電力を制御する方法か、または移動機
からの電波の基地局での受信レベルを基地局で測定し、
このレベルに応じて移動機に送信電力の制御量を教える
適応送信電力制御等が適当である。

送信電力制御により、セクタ６および７にいる移動機か
らの電波のアンテナ９および１０での受信レベルの短区
間平均値がほぼ一定になるため、フロントバックの回り
込みレベルは、希望波レベルより常に、Ｆ／Ｈの値だけ
低く保たれることになる。

通常、このＦ／Ｂは前述のように２０ｄＢ以上であるか
ら短区間Ｄ／Ｕの所要値１５ｄＢを満足するこになる。

但し、建物菱からの反射が受かる位置にいる移動機から
の電波のＦ／Ｂは１０〜１５ｄＢ程度に劣化することが
ある。

このように例外的にＦ／Ｂが劣化する呼に対してのみオ
ムニゾーン８のチャネルを割り当でればよいから、オム
ニゾーンに割り当てるべきチャネル数を少なくすること
ができ、大部分のチャネルをセクタ６と７とで繰り返し
使用できることとなる。

以上の説明では、１８０°セクタ２面で構成する場合に
ついて述べているが、１２０”セクタ３面、９０°セク
タ４面等、２面以上のセクタであれば適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方式によれば、アンテナ
のＦ／Ｂがとれる限り、同一基地局で、同一周波数を繰
り返し使用するため極めて高い周波数利用率が得られる
。

また、特定の条件下でＦ／Ｂが劣化した場合には、オム
ニゾーンの周波数を使用するため、Ｆ／Ｂ劣化による干
渉劣化を避けることがで外る。

【図面の簡単な説明】

ｔＩＳＩ図は従来のゾーン構成を説明するための図、Ｍ
Ｓ２図は移動通信における電波伝搬特性を説明する図、
第３図は周波数繰り返し使用の例を示す図、第４図は本
発明の第１の実施例のゾーン構成の例を示す図、第５図
は基地局アンテナの構成の例を示す図、第６図は第４図
におけるセクタでの受信波のＤ／Ｕ分布の例を示す図で
ある。 １．２　・・・・・・ゾーン、　　３．４　・・・・・
・基地局、　５　・・・・・・千＄８悪点、　　６．７
　・・・・・・セクタ、　　８　・・・・・・　オムニ
ゾーン、９，１０・・・・・・指向性アンテナ、　　１
１　・・・・・・無指向性アンテナ 代理人　弁理士　本　　間　　　　　崇第３　図 第４　図　　　　　　　第５図 短五藺Ｄ／σ（ｄＢ） 悴６　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）無線ゾーンを形成する基地局に無線ゾーン全体を
   オムニゾーンの周波数によりカバーする無指向性アンテ
   ナを設けるとともに、扇型の水平面内指向性を有する複
   数の指向性アンテナを設置して無線ゾーンにアンテナ数
   に等しいセクタを設け、ある第１のセクタを形成するア
   ンテナの指向性利得が小さくなる方向に対応する第２の
   セクタに第１のセクタと同一で前記オムニゾーン周波数
   と異なる周波数を用いるごとく系を構成して、第１のセ
   クタあるいはこれと反対側の第２のセクタにおける当該
   セクタの希望波の受信レベルと反対側のセクタからの干
   渉波のレベルとの比の値が予め定めた閾値を越えていれ
   ばセクタの周波数によって通信を行ない、該比の値が予
   め定めた閾値以下となったとき通信周波数をオムニゾー
   ンの周波数に切り替えることを特徴とする移動通信にお
   ける無線ゾーン構成方式。
2. （２）無指向性アンテナでカバーするオムニゾーンの周
   波数を使用している呼について、その通信周波数をセク
   タで使用している周波数に切り替えても当該セクタにお
   ける希望波のレベルと反対側のセクタからの干渉波のレ
   ベルとの比の値が予め定めた閾値を越える条件にあるこ
   とを検知した場合に通信周波数をセクタの周波数に切り
   替える特許請求の範囲第（１）項記載の移動通信におけ
   る無線ゾーン構成方式。
3. （３）基地局での受信レベルをほぼ一定値に保つべく移
   動機の送信電力を制御する特許請求の範囲第（１）項記
   載の移動通信における無線ゾーン構成方式。