(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムであって、
第１の地理的領域内に位置する複数の移動ステーションに対し無線通信サービスを提供するための第１のベースステーションであって、該第１のベースステーションは前記第１の地理的領域に対する放送制御チャネル（ＢＣＣＨ）を送信するもの、
前記第１の地理的領域内に位置しトラフィックチャネル情報およびランダムアクセスチャネル情報（ＲＡＣＨ）を前記複数の移動ステーションに送信しかつ前記複数の移動ステーションから受信するための少なくとも第１および第２のカプセルであって、前記少なくとも第１のカプセルは前記第１の地理的領域の少なくとも第１の部分に対するカバレージを提供しかつ前記複数の移動ステーションからある品質レベルで前記ランダムアクセスチャネル情報を受信するよう構成されているもの、そして
コントローラであって、
第１のトラフィックチャネルの通信品質を監視するための第１の手段であって、前記複数の移動ステーションの内の第１の移動ステーションが前記第１のトラフィックチャネルを介して通信しており、前記第１のトラフィックチャネルは少なくとも第１の周波数および第１のタイムスロットを有するもの、
前記第２のカプセルを通して前記第１のトラフィックチャネルの前記通信品質を監視するための第２の手段、
前記監視するための第１および第２の手段に応答して、前記トラフィックチャネルの前記第１の周波数および前記第１のタイムスロットを維持しながら、前記第１の移動ステーションのための前記トラフィックチャネルの割当てを前記第１のカプセルから前記第２のカプセルに切り換えるための手段、そして
前記品質レベルを使用して、前記少なくとも第１のカプセルと前記複数の移動ステーションとの間の伝播損失を示すマトリクス、
を備えたコントローラ、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第２のカプセルは前記第１の地理的領域の少なくとも第２の部分に対しカバレージを提供し、前記第１の地理的領域の前記第１の部分および前記第１の地理的領域の前記第２の部分は重複することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１の移動ステーションは前記第１のベースステーションからＢＣＣＨを受信しかつＲＡＣＨを送信し、
各々のカプセルは前記ＲＡＣＨをある品質レベルで受信し、そして
各々のカプセルに対する前記品質レベルを決定しかつ前記第１の移動ステーションに対し前記カプセルの内の１つを割り当てるためのコントローラ、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
第１の移動ステーションは第１のタイムスロットの間に第１の無線周波数で送信しておりかつ第２の移動ステーションは前記第１の地理的領域内で同じ前記第１の無線周波数および同じ前記第１のタイムスロットにより送信していることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記カプセルの各々はさらに前記ベースステーションがＢＣＣＨをサービス不能部分に提供することができない場合にＢＣＣＨを前記第１の地理的領域の前記サービス不能部分に選択的に提供するための手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
一般に、この発明は無線通信システムに関し、かつより特定的には標準セル内で無線周波（ＲＦ）カプセルを使用するセルラ無線通信システムに関する。
発明の背景
伝統的なセルラシステムはある地理的領域をセルのグループに分解する。各々のセルはそのセル内に含まれる移動ステーションに対し通信サービスを提供する。これらのサービスを提供するために、ベースステーションはそのセル内に含まれるすべての移動ステーションが聴取することができる所定の周波数による放送（ｂｒｏａｄｃａｓｔ）制御チャネルを提供する。これに応じて、移動ステーションはランダムアクセスチャネルのバーストをサービスを行っているベースサイトに送信することができ、これに応じてベースサイトは移動ステーションがベースサイトに通信して音声および／またはデータサービスのような通信サービスを提供することができるトラフィックチャネルを割り当てる。
ベースサイトが通信サービスを提供できる移動ステーションの数に関して固有の制限がある。この制限はセルの大きさ、セルおよびその周囲のセルの周波数再使用パターン、およびセルラシステムに割り当てられた周波数またはトラフィックチャネルの数によって決定される。あるセルラシステムによって提供される容量を増大するためには、セルの物理的寸法を低減し、それによって特定のシステム内でより多くのセルを提供することができる。
我々の社会においてセルラシステムがより普及しかつシステムの使用が増大するに応じて、セルラシステム内でより大きな容量を提供する必要が生じる。大きな建物内でセルラシステムを実施する場合、数多くの妨害の発生源がありかつまたシステムを使用できる人々の大きな集中（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）がある。伝統的なシステムは建物内のすべてのユーザにサービスを提供するために数多くの極めて小さなセルを提供する。この複数の非常に小さなセルを提供することにより、しばしばセルの間でより頻繁にハンドオーバ（ｈａｎｄ  ｏｖｅｒ）を行う必要が生じセルの間で多量のオーバヘッド通信を生じさせる。そのようなハンドオーバ手順の例はＧｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ）勧告に見ることができる。
さらに、これらのシステムは隣接するセルによって引き起こされる妨害に極めて敏感であり、その結果それらは地理的に固定されかつシステムのダイナミクスのそれぞれの変化に対して再計画されなければならない。
図１は、３つの別個の細胞状のセル１０１，１０３および１０５において通信サービスを提供するセルラ通信システム１００を示す。３つのセルサイトの各々はセルによって規定されるその特定の地理的領域に対する放送制御チャネルを送信するベースステーション１０７，１０９および１１１を含む。さらに、それぞれのセル内に含まれる各々の移動ステーション１１３，１１５および１１７はベースサイト１０７，１０９および１１１へとランダムアクセスチャネル（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｈａｎｎｅｌ：ＲＡＣＨ）バーストを送信する。もしこれらのセルの物理的寸法が直径において数メートルに収縮すれば、第１のセル１０１と第２のセル１０３との間のハンドオフの複雑さはより頻繁になりかつシステムのアーキテクチャにおいてより扱いにくいものとなる。さらに、セルの重複は妨害の問題を生じ、これらの問題は伝統的なシステムによっては測り知れないものでありかつ従って事業を思いとどまらせるもである。従って、そのような小さなシステムを適切に設計するために、セルの配置は注意深く計画されなければならず、かつ壁を取りこわすオフィスの再配置あるいは単にオフィス内の家具を移動するような何らかの変更はセルラシステムの再計画が必要とされる十分な重複を生じさせシステムの実施者に対し大きな頭痛の種を生じさせる。
従って、大きなオフィスビルディングにおけるユーザのような、小さな地理的領域におけるユーザの高い集中に対して、現在必要とされている扱いにくいハンドオーバ手順および周波数計画手順なしに、サービスを行うことができるセルラシステムを提供することが有利であろう。
発明の概要
本発明は、第１の地理的領域内に位置する複数の移動ステーションに対し無線通信サービスを提供するための第１のベースステーションを備えた無線通信システムを開示し、前記第１のベースステーションは前記第１の地理的領域のために放送制御チャネル（ＢＣＣＨ）を送信する。前記無線通信システムはさらに、前記第１の地理的領域内に位置し複数の移動ステーションとの間でトラフィックチャネルを送信しかつトラフィックチャネルおよびランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）を受信する少なくとも第１のカプセルを備え、前記少なくとも第１のカプセルは前記第１の地理的領域の少なくとも第１の部分にわたりカバレージを提供する。もし第２のカプセルが設けられれば、前記第１および第２のカプセルによってカバーされる地理的領域は有意的にまたは大きく（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ）オーバラップする可能性がある。
さらに、前記第１のベースステーションからＢＣＣＨを受信する移動ステーションがＲＡＣＨを送信したとき、前記少なくとも第１のカプセルの各々は前記ＲＡＣＨをある品質レベルで受信する。コントローラは前記少なくとも第１のカプセルの各々に対する前記品質レベルを決定しかつ前記複数の移動ステーションの前記第１のものに対して前記少なくとも第１のカプセルの１つを割り当てる。コントローラはまた前記品質レベルを使用する前記少なくとも第１のカプセルの各々の間の伝播損失を示すマトリクスを構築する。この無線通信システムは複数の移動ステーションが第１の地理的領域内で同じ周波数および同じタイムスロットによって送信できるようにする。
利用できる場合には、前記トラフィックチャネルの第１の周波数および第１のタイムスロットを維持しながら、前記第１の移動ステーションに対するトラフィックチャネルの割り当てを第１のカプセルから第２のカプセルに切り替えることによりカプセル間（Ｉｎｔｅｒ−ｃａｐｓｕｌｅ）ハンドオフが行われる。さらに、前記少なくとも第１のカプセルの各々はベースステーションがサービス不能部分（ｕｎｓｅｒｖａｂｌｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）にＢＣＣＨを提供できない場合にＢＣＣＨを前記第１の地理的領域のサービス不能部分に選択的に提供する手段をさらに備えることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術において利用可能な伝統的なセルラシステムの説明図である。
図２は、本発明に係わるセルラシステムのセルのレイアウトの説明図である。
図３は、本発明に係わるセルラ通信システムを示すブロック図である。
図４は、本発明に係わる特定の構成でのセルの説明図である。
図５は、本発明に係わる特定の構成でのセルの説明図である。
図６は、本発明に係わる特定のセル構成の説明図である。
図７は、本発明に係わるセル構成の説明図である。
好ましい実施形態の説明
好ましい実施形態は複数の移動ステーションに対して無線通信サービスを提供するために複数のセルを使用する無線通信システムの説明を含む。大きなオフィスビルディングのような、非常に小さな地理的領域内の高い集中状態の（ｈｉｇｈ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）移動ステーションにサービスを行うセルにおいては、該セルによってサービスを受ける地理的領域内に複数の無線周波（ＲＦ）カプセルが与えられる。
放送制御チャネル（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ：ＢＣＣＨ）を提供するためにベースサイトをもつことに加えて、セルはトラフィックチャネルを送信しかつ受信し、ならびにベースサイトによってサービスを受ける地理的領域の一部のまたはある部分の複数の移動ステーションからランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）バーストを受信するための複数のＲＦカプセルを含む。該ＲＦカプセルはＢＣＣＨを提供せず、むしろＢＣＣＨはその特定のセルにサービスを行っているベースステーションによって提供される。
呼のセットアップの間に、移動ステーションはＲＡＣＨバーストを送信する。このＲＡＣＨバーストはセル内の複数のＲＦカプセルによって受信される。セルサイトのためのコントローラはＲＦカプセルによって受信された各々のＲＡＣＨバーストに対する品質レベルを決定する。コントローラは次にＲＦカプセルの内の１つをその特定の移動ステーションに割り当てる。その後、その移動ステーションは割り当てられたＲＦカプセルを介してあるトラフィックチャネルでセルサイトへと通信する。トラフィックチャネルは少なくとも第１の周波数および少なくとも第１のタイムスロットによって規定される。
移動ステーションが割り当てられたＲＦカプセルに通信している間に、近傍のＲＦカプセルはこれらの通信を品質につき監視している。前述のように、コントローラは監視した通信の品質に応じてこの特定の移動ステーションのためのトラフィックチャネルの割り当てを割り当てられたカプセルから新しく割り当てられたカプセルヘと切り替え、好ましくはそのトラフィックチャネルの選択された周波数およびタイムスロットを維持している。従って、ハンドオフは特定の移動ステーションによって気付かれないで進行する。
さらに、コントローラは前記複数のＲＦカプセルの各々の間の伝播損失（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｌｏｓｓ）を示すマトリクスを構築する。該伝播損失は個々のＲＦカプセルによって受信されたＲＡＣＨバーストの品質指示を使用して決定される。好ましい実施形態では、前記マトリクスは前記ＲＦカプセルの各々の間の平均伝播遅延のリストを含む。各々のカプセルの間の伝播損失を監視することにより、使用されている前記特定のＲＦカプセルはその特定の移動ステーションによってセル内に含まれるＲＦカプセルに対する周波数妨害の影響を知ることになる。この伝播損失情報はコントローラが同じセル内の周波数再使用を動的に割り当てることができるようにする。
さらに、大きな建物内では、しばしばベースステーションのＢＣＣＨによってサービス不能なブロックスポット（ｂｌｏｃｋ  ｓｐｏｔｓ）がある。そのような状況では、好ましい実施形態はセルが通信サービスを提供するものと思われる地理的領域のさもなければサービス不能な部分に対しＢＣＣＨを選択的に提供するためにカプセルを提供する。例えば、地下室、またはしゃへいされた領域においては、選択されたＲＦカプセルはベースサイトによってその地理的領域のこのサービス不能部分へと放送されたＢＣＣＨ情報を反復または中継することができ従ってその特定の領域のためにサービスを提供する。
図２は、第１のセル２０１、第２のセル２０３および第３のセル２０５を含む無線通信システムの説明図である。大きな建物２０７が四角形で示されており、該四角形内では複数のＲＦカプセル２０９が第１のセル２０１内で使用されて非常に小さな地理的領域内の高い集中度の移動ステーションに無線通信サービスを提供する。この特定の構成では、第１のセル２０１は六辺形で示された第１のセルの地理的領域内に位置するすべての移動ステーションのためにＢＣＣＨおよび通信カバレージを提供する。建物２０７内には、５つのＲＦカプセルがあり、これらはそれらのカバレージ領域内に含まれる任意の移動加入者の間でトラフィックチャネル通信を提供しかつ移動加入者からＲＡＣＨバーストを受信するようセットアップまたは構成される。これらの特定のカプセルの制御の詳細については図３に示されている。ＲＦカプセルのカバレージは不規則な形状の円２０９で示されており、これらはその領域内の移動ステーションに提供されるサービスの品質に対し何らの影響（ｒｅｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎｓ）を与えることなくお互いに激しく重複することができる。
図３は、本発明に係わるベースサイトの説明図である。ベースサイト３００はＡライン３０５を介して伝統的なＢＳＣ（ベースサイトコントローラ）３０３に相互接続された標準的なＭＳＣ（移動交換センタ：ｍｏｂｉｌｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｃｅｎｔｒｅ）３０１を含んでいる。さらに、ベースサイト３００は少なくとも１つのローコストのベース送受信機システム（Ｂａｓｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＴＳ）３０７およびコントローラ３０９を含みカプセル間のハンドオフおよび移動ステーションの以下に説明するような特定のカプセルへの割当てを制御する。ベースサイト３００はさらにセル領域全体のためにＢＣＣＨを提供しならびにＲＦカプセルのカバレージの外側の領域において伝統的なセルラサービスを提供するためにオーバレイ方式のマイクロセル送受信機（ｏｖｅｒｌａｉｄ  ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ  ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）３１１を含む。図２で示されたようにサービスを提供するためにベースサイト３００には複数のＲＦカプセル３１３が配置されている。好ましい実施形態では、ＲＦカプセルは特に小さな形状のものでありかつ毎秒２７０キロビット（ＫＢＰＳ）伝送ライン３１５を介してベース送受信機システムに接続されている。システムアーキテクチャの詳細はモトローラ・リミテッドにより１９９５年１２月４日に出願された同時係属の特許出願ＣＥ３０１５５Ｐに見ることができる。
前記オーバレイ方式のマイクロセル送受信機３１１は図２の固定された地理的領域２０１内でサービスを受ける移動ステーションに対し絶えずＢＣＣＨを放送する。これに応じて呼をセットアップすることを希望する移動ステーションはそのロケーションからランダムアクセスチャネルのバーストを送信する。該ＲＡＣＨバーストは移動ステーションからＲＡＣＨバーストを監視するための距離内にある任意のＲＦカプセル３１３によって受信される。各々のＲＦカプセル３１３はＲＡＣＨバーストを受信し次に受信バーストの品質を決定するかあるいは受信バーストをＢＴＳ３０７に送信し戻す。コントローラ３０９は次にその結果を分析しあるいはＲＦカプセルの各々からの受信ＲＡＣＨバーストの品質を決定し、かつ移動ステーションにサービスを提供するために最も適切なＲＦカプセル３１３を決定する。
好ましい実施形態では、受信されたＲＡＣＨバーストの品質は受信されたＲＳＳＩおよび実効ビットエラー率によって決定される。最も高い品質を提供するＲＦカプセル３１３がＲＦカプセルにサービスを提供するために選択される。もし受信されたすべてのＲＡＣＨバーストの品質がある与えられたしきい値より低ければ、無線通信サービスは伝統的なセルラ方式で前記オーバレイ方式のマイクロセル送受信機３１１によって提供されることになる。
伝統的なセルの代わりにカプセルを使用する主な理由はハンドオーバのオーバヘッドを低減しかつ伝統的なセルラシステムから再使用率（ｒｅ  ｕｓｅ  ｆａｃｔｏｒ）を改善することである。知られた良好なチャネルのリストはコントローラ３０９によって維持される。図４は図３のベースサイト３００を使用したセルの説明図である。ここでは、マイクロセルのカバレージ領域４０１は伝統的なセルラ方式でオーバレイ方式のマイクロセル送受信機３１１によって提供される。さらに、オーバレイ方式のマイクロセル送受信機３１１は４０１で示されるカバレージ領域の地理的領域内に含まれるすべてのＲＦカプセル４０３のためにＢＣＣＨを放送する。この特定の例では、５つのＲＦカプセル４０３が示されている。これらのＲＦカプセル４０３はトラフィックチャネルの送信および受信を提供し、ならびにＲＡＣＨバースト受信は図３のコントローラ３０９によって制御される。
図４においては、セル領域４０１内に２つの移動ステーション４０５および４０７があり、各々独立のＲＦカプセル４０３によってサービスを受ける。両方の移動ステーションはそれらのトラフィックチャネルをそれらのそれぞれのＲＦカプセルに放送し戻すために周波数３およびタイムスロット５を使用する。これはＲＦカプセルの間の知られた伝播損失の以下に説明する技術によって提供できる。移動ステーション４０５がその現在のＲＦカプセル４０３の境界に向かって移動するとき、理想的には該移動ステーションはそれがサービスを他のＲＦカプセル４０３に切り替えるときに同じ周波数およびタイムスロットを維持することになる。しかしながら、両方の移動ステーション４０５，４０７が同じＲＦカプセルに向かって移動すると、該移動ステーションの内の１つのみが同じ周波数およびタイムスロットによってサービスを受けることができる。コントローラ３０９はどの１つがその周波数およびタイムスロットによってより良好にサービスを受けるかを決定しかつ第１のＲＦカプセルから第２のＲＦカプセル４０３へと制御を切り替える。図５に示されるように、第２の移動ステーション４０７が第１の移動ステーション４０５に対して優先度を持たないことが決定されかつその代わりに伝統的な方式でハンドオーバされる。従って、移動ステーションの助けによりその周波数および／またはタイムスロットを変更する。上に述べた例から明らかなように、ハンドオフは移動ステーション４０５に対してでしゃばらないまたは押しつけでない（ｎｏｎ  ｏｂｔｒｕｓｉｖｅ）方法で提供でき、かつより悪い場合それが移動ステーション４０７に対して行うような伝統的な方法で提供することができる。
前に述べたように、本発明の１つの観点はコントローラ３０９において伝播マップ（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｍａｐ）を提供し、それによって１つのセル４０１内に含まれるＲＦカプセル４０３の間の伝播損失が知られるようにすることである。図６は、伝播マップが展開できるセルの説明図である。ここでは、セル６０１は５つのＲＦカプセル６０３を含んでいる。移動ステーション６０５が呼のセットアップを開始するためにＲＡＣＨバーストを送信するとき、前記５つのＲＦカプセルの各々は該ＲＡＣＨバーストを受信する。前記ＲＦカプセルの各々によって受信されるＲＡＣＨ情報の品質はある期間にわたり集められる。この情報は次に知られた方法でセルの間に発生される妨害の確率を予測するために使用される。好ましい実施形態では、コントローラ３０９は前記ＲＦカプセル６０３の各々の間の平均伝播損失を示すマトリクスを発生する。
セルの間の平均伝播損失を決定した後、ＲＦカプセルの間の伝播損失に基づきセル６０１内でいつ同じ周波数が使用できるかを予測することができる。例えば、ある移動ステーションが図６のＲＦカプセル１内に位置しかつ第２の移動ステーションがＲＦカプセル４内で動作しているものとする。もしＲＦカプセル４およびＲＦカプセル１の間の平均伝播損失があるしきい値を超えれば、これら２つの移動ステーションに対して同じ周波数をセル６０１内で再使用することができる。好ましい実施形態では、前記しきい値は７０ｄＢに等しい。
図７は、３つのセル７０１，７０３，７０５を有する無線通信システムの説明図である。前と同様に、大きな建物７０７が設けられ、ＲＦカプセル７０９で示されるように、ＲＦカプセルが小さな地理的領域内における移動ステーションの大きな集中に対してセルラサービスを提供している。この特定の場合には、セル７０１に侵入する大きな矢印７１１で示されるように周波数１（Ｆ１）によって引き起こされる外部妨害がある。この妨害は隣接するセルラシステムまたは何らかの他の妨害発生源によって引き起こされる。伝統的には、この妨害はセル７０１全体にサービスするセル送受信機によってのみ検出できる。しかしながら、この特定の場合には、ＲＦカプセルがより小さな領域を受信するために使用されているから、周波数Ｆ１は図７の円７１３で示される領域において使用できる。周波数Ｆ１を使用することは建物７０７および他のアイソレーション生成物によって生成されるセル７０１内のアイソレーションのために可能となる。
ある状況では、サービスを行っているマイクロセル７０１は、技術的によく知られているように地下構造および金属の周囲構造のような領域におけるアイソレーションおよび伝播損失により、ＲＦカプセルによってサービスされる領域全体にわたりＢＣＣＨを効率的に放送できないかもしれない。これを克服するために、ＲＦカプセルは伝統的なセルラ方式で局部化された隔離された領域においてＢＣＣＨデータの再送信を切り替え可能に中継または反復する能力を有している。
従って、以上の説明から明らかなように、本発明の無線通信システムは小さな地理的領域における移動ステーションの高い集中に対し改善されたハンドオフを提供し、さらに伝統的なセルラシステムのセルラ計画要求を容易にすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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