(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地理的領域において間隔を空けて配設された複数の無線基地局からなる無線通信システムにおいてセル関係を設定する方法であって、各基地局がセルを定義し、各基地局は、アンテナビーム・パタンに従ってダウンリンク信号を生成することができ、更に、少なくとも１つの基地局は、ダウンリンク信号を選択的に放送する選択された数の指向性アンテナビーム・パタンを形成することができ、前記地理的領域は複数の定義された測定地点を備え、前記方法は、
各基地局において形成されるアンテナビーム・パタンのそれぞれの形成確率を示すビームパタン形成確率値を決定するステップと、
各測定地点を基地局と関係づけ、各測定地点と関係づけられた基地局によって生成されたダウンリンク信号が、各測定地点と関係づけられた所望のキャリア信号を形成し、他の基地局によって生成されたダウンリンク信号が、それぞれの測定地点において干渉信号を形成する、前記各測定地点を基地局と関係づけるステップと、
各測定地点において検出された各干渉信号に応じて、キャリア信号品質指示の値を、該各干渉信号が放送される各アンテナビーム・パタンごとに個別に計算するステップと、
各測定地点において、それと関係する所望のキャリア信号が測定地点に放送されるサービス確率を示す、各測定地点のサービス確率値を決定するステップと、
前記計算するステップにおいて計算されたキャリア信号品質指示の値と、前記サービス確率値を決定するステップにおいて決定されたサービス確率値とに応答して算出される、無線通信システムの各セルにおけるキャリア信号品質指示の値とその確率レベルとの関係を表わすセル関係から、各セルごとに特定のセル関係を設定するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記サービス確率値を決定するステップが、
測定地点のサービス確率値を各測定地点と関係づけるステップと、
測定地点のサービス確率値を各アンテナビーム・パタンと関係づけられたビームパタン形成確率値と結合することによって、各アンテナビーム・パタンと関係づけられたサービス確率値を計算するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、基地局のそれぞれと関係づけられた測定地点における前記測定地点のサービス確率値が相互に等しいことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、選択された数の指向性アンテナビーム・パタンを形成することのできる少なくとも１つの基地局と関係づけられた測定地点における、前記測定地点のサービス確率値が、前記ビームパタン形成確率値を決定するステップで決定されたビームパタン形成確率値と対応していることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、それぞれの基地局と関係づけられた測定地点のサービス確率値の合計が１００パーセントの確率となることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの基地局において形成されることのできる選択された数のアンテナビーム・パタンのビームパタン形成確率値の合計が１００パーセントの確率になることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、サービス確率値を決定するステップで決定されるサービス確率値が相互に等しいことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、更に、前記セル関係を設定するステップで設定されたセル関係に応答して、基地局との通信を行うのに使用される周波数を割り当てるステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの基地局が生成することのできる指向性アンテナビーム・パタンが、選択された数の固定アンテナビーム・パタンを備え、選択された数の固定アンテナビーム・パタンの、前記ビームパタン形成確率値を決定するステップで決定されるビームパタン形成確率値の合計が１００パーセントの確率となることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、更に、各測定地点において、各基地局によって生成されたダウンリンク信号の信号特性を測定する中間ステップを備え、前記割り当てるステップにおいて行われる割り当てが、前記測定する中間ステップで測定された信号特性に応じて行われることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記測定する中間ステップで測定された信号特性が、ダウンリンク信号の信号エネルギーレベルを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記関係づけるステップで行われる各測定地点の関係づけは、それぞれの測定地点において最大の信号エネルギーレベルを示す基地局に対して行われることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記設定するステップで設定されるセル関係は、選択された確率レベルとなる所望のキャリア信号・干渉信号割合を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、前記計算するステップにおいて生成されたキャリア信号品質表示の値は、それぞれの測定地点で定義されたキャリア信号の信号エネルギーレベルと干渉信号の信号エネルギーレベルとの割合の値を結合することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法であって、前記設定するステップにおいて設定されたセル関係は、選択されたしきい値よりも低い、前記所望のキャリア信号・干渉信号割合の確率レベルを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの基地局が生成することのできる指向性アンテナビーム・パタンが、選択された数のダイナミックに選択可能なアンテナビーム・パタンを備え、且つ、前記ビームパタン形成確率値を決定するステップで決定されたビームパタン形成確率値が、該選択された数のダイナミックに選択可能なアンテナビーム・パタンのそれぞれを形成する確率を備え、該ダイナミックに選択可能なアンテナビーム・パタンの形成確率の合計が１００パーセントの確率となることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、前記測定地点を基地局と関係づけるステップの前に、中間ステップとして、
少なくとも１つの基地局において形成された、選択された数のビームパタンのアンテナビーム・パタンによって覆われる地理的領域の一部と各測定地点とを関係づけるステップと、
各測定地点と関係づけられた地理的領域の一部を、その地理的領域の一部を覆うアンテナビーム・パタンが形成される基地局と関係づけるステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
地理的領域において間隔を空けて配設された複数の無線基地局からなる無線通信システムにおいてセル関係を設定する方法であって、各基地局がセルを定義し、各基地局は、アンテナビーム・パタンに従ってダウンリンク信号を生成することができ、更に、少なくとも１つの基地局は、ダウンリンク信号を選択的に放送する選択された数の指向性アンテナビーム・パタンを形成することができ、前記地理的領域は複数の定義された測定地点を備え、前記方法は、
各基地局において、そこで形成することのできる選択された数の指向性アンテナビーム・パタンのそれぞれの形成確率値を決定するステップと、
各測定地点において、選択された数のアンテナビーム・パタンのそれぞれを形成するときに、各基地局によって生成されるダウンリンク信号を測定するステップと、
各測定地点を１つの基地局に割り当て、各測定地点が割り当てられた基地局によって生成されるダウンリンク信号が、各測定地点と関係づけられた所望のキャリア信号を形成し、他の基地局によって生成されるダウンリンク信号が、各測定地点と関係づけられた干渉信号を形成するステップと、
キャリア信号・干渉信号（干渉信号に対するキャリア信号）の割合の値を、各測定地点において検出される各干渉信号に応じて、各干渉信号が放送されるアンテナビーム・パタンのそれぞれに対して個別に計算するステップと、
各測定地点において、所望のキャリア信号が測定地点に放送されるサービス確率を示すサービス確率値を決定するステップと、
少なくとも、前記計算するステップで計算されたキャリア信号・干渉信号の割合の値、及び、前記サービス確率値を決定するステップで決定されたサービス確率値に応答して算出される、無線通信システムの各セルにおけるキャリア信号・干渉信号割合とその確率レベルとの関係を表わすセル関係から、各セルごとに特定のセル関係を設定するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
地理的領域において間隔を空けて配設された複数の無線基地局からなる無線通信システムにおいてセル関係を設定する装置であって、各基地局がセルを定義し、各基地局は、アンテナビーム・パタンに従ってダウンリンク信号を生成することができ、更に、少なくとも１つの基地局は、ダウンリンク信号を選択的に放送する選択された数の指向性アンテナビーム・パタンを形成することができ、前記地理的領域は複数の定義された測定地点を備え、前記装置は、
各基地局が形成することのできるアンテナビーム・パタンの指示を受信すべく結合されたビームパタン確率決定器であって、各基地局において形成することのできる各アンテナビーム・パタンの形成確率値を決定するビームパタン確率決定器と、
各基地局により生成される各アンテナビーム・パタンにより覆われる地域で放送されるダウンリンク信号の信号特性の指示を受信すべく結合されているアサイナ（ａｓｓｉｇｎｏｒ）であって、各測定地点を１つの基地局に割り当て、各測定地点に割り当てられた基地局によって生成されるダウンリンク信号が、各測定地点と関係づけられた所望のキャリア信号を形成し、その他の基地局によって生成されるダウンリンク信号が、各測定地点において干渉信号を形成することを特徴とするアサイナと、
各測定地点において、前記アサイナによって行われた割り当ての指示とキャリア信号及び干渉信号の指示を受信するために結合された計算器であって、各測定地点において検出された干渉信号に対するキャリア信号品質指示の値を、干渉信号が放送されたアンテナビームのそれぞれについて個別に計算することを特徴とする計算器と、
各測定地点において、所望のキャリア信号が測定地点に放送されるサービス確率値を決定するサービス確率決定器と、
前記計算器によって計算されたキャリア信号品質指示の値と、前記サービス確率決定器によって決定されたサービス確率値とに応答して算出される、無線通信システムの各セルにおけるキャリア信号・干渉信号割合とその確率レベルとの関係を表わすセル関係から、各セルごとに特定のセル関係を決定するセル関係決定器と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、更に、前記セル関係決定器によって決定されたセル関係に応答して動作する周波数割り当て器であって、基地局との通信を行うのに使用される周波数を割り当てる周波数割り当て器を備えることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置であって、更に、基地局で生成されたダウンリンク信号の信号強度を測定地点において検出すべく配置される信号強度測定器を備え、前記結合されているアサイナが受信する信号特性の指示は、前記信号強度測定器によって測定された信号強度の指示を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、指向性アンテナを利用して送信局と受信局の間の通信を行う無線通信システムに関する。より具体的には、本発明は、無線通信システムにおいて定義されるセル間のセル関係を決めるための方法及び関連装置に関する。セル関係は、１つのセルにおける通信がどのようにして他のセルにおける通信によって妨害されるかを記述する。セル関係は、例えば、それぞれのセルにおける通信に使用される周波数を割り当てるのに使用される周波数計画手順において使用される。
セル関係を決める場合、通信を行うためにどのくらい頻繁にアンテナビームパタンが使用されるかによって示される、セルにおけるトラフィック分布が考慮の対象となる。それによって決められる関係は、１つのセルにおける通信が他のセルにおける通信を妨害する確率を厳密に表す。また、セル関係が周波数計画手順において使用される場合、周波数の割り当ては、通信システムにおける通信に使用できる周波数を有効に利用するように行うことができる。
発明の背景
通信技術の進歩により、セルラー通信システムの使用が始まり大衆化した。そのような通信システムのインフラストラクチャは、地理的に広い領域に設置され、セルラー・インフラストクチャの範囲に入る地域内のユーザーによりセルラー通信が行えるようになった。
セルラー通信システムのネットワーク・インフラストラクチャは、セルラーシステムの範囲に入る地理的領域において間隔を空けて設置された相互に離れた複数の無線基地局を備える。地理的領域を覆うように間隔を空けて複数の無線基地局が配設されているので、無線基地局により生成されるダウンリンク信号と、移動端末により生成されるアップリンク信号は、両方とも、比較的低い電力で、移動端末と無線基地局との間で通信を行うことができる。
セルラー通信システムの主な利点は、セルラー通信システムに割り当てられた周波数を「再使用」する能力にある。通信信号が比較的低い電力であるため、通信システムのセルの異なるもの同士での通信用に同じ周波数を割り当てることができる。つまり、セルラー通信システムの範囲にある地理的領域において、複数の場所で同時に同じ周波数を使って、複数の異なるユーザーの間で、複数の異なる通信を行うことができる。
同じ周波数で通信が行われるセルは、様々のセルにおける通信信号の同時生成が相互に大きく干渉しないように、注意深く選択されなければならない。相互に近すぎる場所で周波数を再使用すると、同じ周波数で同時に送信される信号の間で干渉が生じる恐れがある。
セルラー通信システムの使用が増加してきたため、容量の問題も、時には、表面化するようになってきた。セルラー通信システムの通信容量を増加させるための様々な方法が提案されている。
例えば、指向性アンテナビーム・パタンを生成することのできるアダプティブアンテナを利用する方法が提案されている。従来、基地局は、例えば、１２０度あるいは３６０度という広い不変アンテナローブを形成するアンテナを利用している。基地局は、そのアンテナローブの範囲に入る領域内で、移動局にダウンリンク信号を送信し、移動局からのアップリンク信号を受信する。これとは対照的に、アダプティブアンテナは、従来の基地局のアンテナによって形成されるアンテナローブによって典型的に覆われる領域より狭い範囲を覆う指向性アンテナビーム・パタンを形成することができる。指向性アンテナビーム・パタンを形成することのできるアンテナ装置を利用することによって、少なくとも２つの方法のどちらかで、通信容量を増加させることができる。
指向性アンテナを使用すると、所望される通信信号の送信に不要の信号が干渉するのを抑制することができるので、周波数の再使用距離は、減らすことができる。再使用距離を減らすことによって、セルラー通信システムが使用できる周波数がより頻繁に使用される。
容量は、単一のセル内で２つ以上の重ならないアンテナビーム・パタンを形成することによって、増加させることができ、それによって、単一セル内で、２つ以上の移動端末への同時通信が、同じ周波数で可能になる。
周波数計画手順を行うことによって、セルラー通信システムにおいて定義されたセルへ周波数を割り当てる。基地局が単一のアンテナ・パタンしか生成しないアンテナ装置を備えている従来のセルラー通信システム用の周波数計画手順においては、セルにおけるトラフィック挙動は考慮に入れる必要がない。つまり、基地局と移動端末との間で通信される通信信号は、セル全体に分布している。従って、セル内のトラフィック挙動は、周波数計画手順が行われている場合は、考慮する必要がない。ただし、基地局が指向性アンテナビーム・パタンを生成することのできるアンテナ装置を利用している場合は、周波数計画手順を行うのに、トラフィック分布を考慮しなければならない。
既存の周波数計画手順は、一般に、トラフィック挙動や分布を考慮に入れない。そのような既存の周波数計画手順は、周波数を最適に割り当てることができない。
セルラー通信システム及び周波数計画手順に関するこのような背景的情報において、本発明は、多大な改善をもたらす。
発明の要約
本発明は、指向性アンテナを利用する無線通信システムにおいて定義されたセル間のセル関係を決めるのに有利な方法及び関連装置を提供する。セル関係は、周波数をセルに割り当てる周波数計画手順に従って、周波数を割り当てるのに用いることができる。
セル関係の決定には、セルにおけるトラフィック分布が考慮される。そのようなトラフィック分布が考慮されるので、決定されたセル関係は、ある１つのセルにおける通信が他のセルにおける通信を妨害する確率を厳密に表す。周波数計画手順中のセルへの周波数割り当てには、無線通信システムにおける通信に使用できる周波数を効果的に利用することができる。
本発明の１つの面において、１つのセルにおける通信は、他のセルにおける通信によってどの程度妨害されるかが計算される。そのようなセル関係を決定するために、通信システムの各セル内の実際のトラフィック分布が計算される。１つのセル内のトラフィック分布の指標は、特定のアンテナビーム・パタンがどれくらいの頻度で形成されるかによって立証される。特定のセル内の特定のアンテナビーム・パタンを利用する確率を示す確率ベクトルが形成される。確率ベクトルは、各セルと関連しているので、無線通信システムの基地局とも関連する。
測定位置を形成するピクセルは、無線通信システムによって覆われる地域全体を通して定義される。通信システムの基地局によって生成されるダウンリンク信号の強度レベルが測定される。例えば、ピクセルは、ピクセルで検出される時に最大の信号電力を発生するセルと関連づけることもできる。そして、他の基地局の各々によって生成された各干渉信号に対するキャリア対干渉（ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）ベクトルが計算される。各アンテナビーム・パタンに対して個別のベクトル要素が計算され、それに関してダウンリンク信号がそのような基地局によって送信される。
サービス確率は、更に、各測定地点と関連する。そのようなサービス確率の値は、測定地点と関連する環境特徴に応答する値である。例えば、一般に、都市部に位置する測定地点は、田舎に位置する測定地点より多くのトラフィックがあると考えられる。セル関係は、セルと関連するピクセルと関連するサービス確率値とキャリア対妨害値に応答して設定される。
本発明の他の面において、通信システムの基地局のアンテナ装置によって形成されるアンテナビーム・パタンは、動的に（ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ）形成される。基地局によって生成されたアンテナビーム・パタンに応答する様々なセル内の実際のトラフィック分布の測定も、基地局のアンテナ装置によって取られる可能なアンテナビーム・パタンを考慮して、考慮される。
このように、様々な面において、方法及び関連装置が無線通信システムにおけるセル関係を決定する。無線通信システムは、地理的領域内で間隔を空けて設置された複数の無線基地局を備える。各基地局は、セルを定義し、少なくとも１つの基地局は、アンテナビーム・パタンに従ってダウンリンク信号放送を生成することができる。更に、少なくとも１つの基地局は、指向性アンテナビーム・パタンを選択された数だけ形成することができ、それを介してダウンリンク信号が選択的に放送される。地理的範囲は、更に、複数の定義された測定位置を備える。各基地局で生成されることのできる、選択された数の指向性アンテナビーム・パタンの形成確率が決められる。測定地点は、それぞれ、基地局と関連づけられている。各測定地点がそれぞれ関連づけられている基地局によって生成されたダウンリンク信号は、各測定地点と関連づけられた所望のキャリア信号を形成する。他の基地局で生成されるダウンリンク信号は、それぞれの測定地点において、干渉信号を形成する。キャリア信号の質の程度は、各測定地点において検出された各干渉信号に対して計算される。各アンテナビーム・パタンに対して個別の値が計算され、それを介して、各干渉信号が放送される。サービス確率値は、各測定地点において決められる。サービス確率値は、所望されるキャリア信号が測定地点に放送される確率を示す。キャリア信号の質の程度とサービス確率値に応答して、無線通信システムのセル間にセル関係が設定される。
本発明のより深い意味、及び本発明の範囲は、添付図面を参照することによって、また、好ましい実施の形態の説明、請求の範囲を読むことによって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の１つの実施の形態に基づくセルラー通信システムの一部を示す平面図である。
図２Ａと図２Ｂは、図１に示されたセルラー通信システムに含まれる１つのセル、及び、無線基地局のアンテナ装置によって形成される広いローブを示すアンテナビーム・パタンを２つの違ったトラフィック状況で示す。
図３Ａと図３Ｂは、セルラー通信システムの単一のセルを示すもので、図２Ａと図２Ｂに似ているが、アンテナビーム・パタンが狭いローブを示す。
図４は、セルラー通信システムの単一のセルを示すもので、図２Ａ−Ｂと図３Ａ−Ｂに似ているが、ここでは、無線基地局のアンテナ装置によって形成された４つの別々のローブからなる個別のアンテナビーム・パタンを示す。
図５は、図１に示されたセルラー通信システムの２つのセルを示し、そこにおいて、第１セルを定義する無線基地局によって放送されたダウンリンク信号が第２のセルにおける通信と干渉を起こす干渉を形成する。
図６は、図５に示されたのと同様の２つのセルを示すが、ここでは、基地局のアンテナ装置が、第１と第２のセルの両方で、狭いローブのアンテナビーム・パタンを定義している。
図７は、図５、図６に示されたのと同様の２つセルを示し、ここでは、第１のセルを定義する無線基地局が、複数の狭いローブのアンテナビーム・パタンを形成するアンテナ装置を備えており、第２のセルを定義する無線基地局が、不変の広いローブのアンテナビーム・パタンを形成するアンテナ装置を備えている。
図８は、図５乃至図７に示されたのと同様の２つのセルを示し、ここでは、第１のセルを定義する無線基地局のアンテナ装置が不変の広いローブのアンテナビーム・パタンを生成し、第２のセルを定義する無線基地局のアンテナ装置が複数の狭いローブのアンテナビーム・パタンを生成する。
図９は、図５乃至図８と同様の２つのセルを示し、ここでは、狭いローブのアンテナビーム・パタンの１つによって覆われる地域での第１セル内のダウンリンク信号を放送する様子を示す。
図１０は、本発明の実施の形態の動作中に集められ、セルラー通信システムのセル間でのセル関係を形成するのに使用されるデータからなる蓄積密度関数（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
図１１は、本発明の実施の形態による方法のステップの流れを示す。
詳細な説明
まず、図１において、セルラー通信システム１０が示されている。以下、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）のような従来型の地上セルラー通信システムの動作について説明するが、システム１０は、他の型の無線通信システムの同様な例である。
セルラー通信システム１０は、通信システム１０が覆う地理的領域において間隔を空けて配設された複数の基地局によって形成される。図１に示された通信システム１０において、３つの基地局１６のグループが共に配置されている。各基地局１６は、セル１８を、便宜上、六角形として定義する。各基地局１６は、典型的には、固定サイトのトランシーバを備え、それにより、移動端末２２のように離れた位置にある移動端末と無線通信を行うことができるのは、移動端末が基地局のそれぞれの通信範囲内に位置しているときである。
基地局１６のグループは、基地局コントローラ（ＢＳＣｓ）２４に接続されている。回線２６が基地局１６をＢＳＣｓ２４に接続する。ＢＳＣｓ２４は、ＭＳＣ２７のような移動スイッチングセンター（ＭＳＣｓ）を、回線２８で接続する。ＭＳＣｓの１つが、図１に示されているが、これらは公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）２９に接続される。
ＰＳＴＮは、他の通信システムに接続され、例えば、通信局３０に接続される。通信局３０は、例えば、有線電話装置又は他の装置など、例えば、移動端末２２のような移動端末からなる。
前に述べたように、セルラー通信システムは、システム内の様々なセルにおいて、周波数を再使用する。移動端末と無線基地局との間では、比較的低い電力の信号が通信され、同じ周波数が、異なるセルにおいて同時に再使用することができる。互いに離れた移動端末と互いに離れた基地局との間で、同時に送信された信号は、その同時に送信された信号が極度に相互干渉しない限り、通信可能である。ただし、複数の基地局へ周波数を割り当て、そこからセルが定義される場合は、注意する必要がある。周波数の割り当ては、同時送信により介入する重大な干渉なしに、同時通信が可能となるように、行わなければならない。更に、周波数の割り当ては、通信システムが使用できる周波数を効果的に利用出来るように行わなければならない。
周波数をセルに割り当てるのに使用させるセル関係を決める操作を始める時に、ピクセルを形成する位置の測定が、セルラー通信システムによって覆われる地理的領域全体で、定義される。セルの１つに示されている点３２は、そのような測定地点を示す。図示はしてないが、そのような測定点は他のセル１８にも設定される。
本発明の１つの実施の形態は、１つのセルにおける通信に入ってくる、他のセル内の通信によって生じる妨害の指標を提供することによって、そのような周波数割り当てを簡単に行われるようにする。尚、以下に説明する操作例は、無線基地局によって生成されるダウンリンク信号に関するものである。他の実施の形態においては、同様の操作が、移動端末あるいは共通の、あるいは隣接する信号測定によって生成されるアップリンク信号を利用する。そのような指示は、セル間のセル関係を定義する。セル関係を考慮に入れると、狭いローブのアンテナビーム構成を形成することのできるアンテナ装置を備えた無線基地局によて生成される信号特性を持つ。
図２は、図１に示されたセル１８の１例として単一のセル１８を示す。セル１８を定義する無線基地局１６も図に示されている。無線基地局１８は、ここで、広いローブのアンテナビーム・パタン２６を形成することのできるアンテナ装置を備える。アンテナビーム・パタン２６は、無線基地局によって放送されるダウンリンク信号がセル１８全体に放送されるように、実質的にセル１８を覆う。
移動端末、ここでは、車両２８内に位置する移動端末は、セル１８内のいずれの場所にあっても、無線基地局１６によって放送されたダウンリンク信号を検出することができ、また、無線基地局へアップリンク信号を送信することもできる。
図２Ａに示された基地局１６によって放送さるダウンリンク信号の信号エネルギーの大きさは、無線基地局からの測定地点の距離に依存する。アンテナビーム・パタン２６はセル１８全体を覆うので、アンテナビーム・パタン及びセルを越えたダウンリンク信号の信号エネルギーは、セル内の移動端末の位置には依存しない。同様に、セル１８を越えるダウンリンク信号の残留信号エネルギーレベルは、セル１８内の移動端末の位置には影響されない。
例えば、セル１８を越える測定地点３２において測定される、無線基地局により放送されたダウンリンク信号の信号エネルギーは、無線基地局１６からの測定地点３２の距離に依存し、ここで、距離は範囲セグメント３４によって示される。
移動端末搬送車両２８も、範囲セグメント３４に沿って配置される。しかしながら、ダウンリンク信号は、セル１８全体に放送されるので、測定地点３２にて検出される残留信号エネルギーは、セル１８内の移動端末搬送車両２８の位置に依存しない。
図２Ｂも、広いローブのアンテナビーム・パタン２６を形成するアンテナ装置を備えた無線基地局１６を示す。測定地点３２は、無線基地局１６から、範囲セグメント３４によって示される距離だけ離れている。
ここで、移動端末を乗せた車両２８は、セル１８内の他の位置にある。つまり、車両２８は、無線基地局１６と測定地点３２の間に伸長する範囲セグメント３４に関して他の位置にある。しかしながら、無線基地局１６から車両２８内の移動端末に放送されたダウンリンク信号の測定地点３２で検出されたときの信号エネルギーは、図２Ａに示されるように、車両２８が範囲セグメント３４に沿って位置する場合に、測定地点３２で検出されたときの信号エネルギーと同じである。
不変で広いローブのアンテナンビーム・パタンだけが形成されるシステム内のセル間にセル関係を設定するには、セル１８内のトラフィックパタンを考慮する必要はない。広いローブを生成するアンテナ装置を備えた無線基地局によって放送されたダウンリンク信号の残留信号エネルギーは、移動端末の位置には依存しない。従って、セル関係を設定する場合、セル内のトラフィック分布を考慮する必要はない。
図３Ａ、図３Ｂも、無線基地局１６とそこから定義されるセル１８を示す。ここでは、無線基地局１６のアンテナ装置が、狭いローブのアンテナビーム・パタンを生成することができる。
図３Ａが示す、無線基地局１６から外に向かって伸長する狭いローブのアンテナビーム・パタン３８は、移動端末搬送車両２８が位置する場所を覆うようになっている。図３Ａにおいて、車両２８は、図２Ａにおける車両の位置と同じ位置、つまり、範囲セグメント３４に沿って位置する。
無線基地局１６によって、車両２８内に位置する移動端末に放送されるダウンリンク信号は、アンテナビーム・パタン３８によって覆われる地域全体に放送される。ダウンリンク信号の残留エネルギーレベルは測定地点において測定することができ、無線基地局から範囲セグメント３４だけ離れた測定地点３２はその例である。
図３Ｂも、指向性の、狭いローブの、アンテナビーム・パタンを生成することのできるアンテナ装置を備えた無線基地局を示す。ただし、ここでは、移動端末搬送車両２８が、範囲セグメント３４から離れた位置にある。ここで、車両は、図２Ｂに示された車両の位置に対応する位置にある。そして、アンテナビーム・パタンが形成されて、移動端末と通信が行われる。
無線基地局１６は、狭いローブのアンテナビーム・パタンを形成することのできるアンテナ装置を備えているので、測定地点３２において検出される残留信号エネルギーは、アンテナビーム・パタンが伸長する方向に依存する。図３Ａに示されたアンテナビーム・パタン３８が形成されると、無線基地局によって放送されたダウンリンク信号の残留信号エネルギーは、アンテナ装置がアンテナビーム・パタン４２を形成するときよりも、高いレベルで測定地点３２で検出される。
従って、移動端末の位置、つまりアンテナビーム・パタンの選択を決定的であるトラフィック分布を考慮に入れて、セルラー通信システムのセルの間のセル関係を設定しなければならない。本発明の１つの実施の形態によれば、セル関係の計算において、そのようなトラフィック分布を考慮に入れることができる。
図４は、無線基地局の一部を形成するアダプティブ・アンテナレイ（ｒａｙ）によって生成されることのできるアンテナビーム・パタンのシリーズを示す。ここにおいても、無線基地局１６及びそれによって定義されるセル１８が示されている。無線基地局１６は、バトラー（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクスを利用するアンテナアレイのようなアンテナ装置を備える。
アンテナアレイは、４つのアンテナビーム・パタン、ここではアンテナビーム・パタン４６、４８、５２、５４を形成することができる。アンテナビーム・パタン４６、４８、５２、５４は、それぞれ、細長い、狭いローブのアンテナビーム・パタンを形成する。それぞれのアンテナビーム・パタンが一緒になって、実質的に、セル１８の領域を覆う。それぞれのアンテナビーム・パタンが指向性を持つので、ダウンリンク信号は、アンテナビーム・パタンの指向性のおかげで受ける干渉もより少ない状態で、移動端末に放送することができる。また、個別のダウンリンク信号は、指向性アンテナビーム・パタンを利用して、単一セル内の２つ以上の移動端末に同時に放送することができる。
図４の例において、アンテナビーム・パタン４６乃至５４は、形状が固定されている。他の実施の形態においては、アダプティブ・アンテナアレイを利用して、付加的な数のアンテナビーム・パタンを形成することもできる。以下に述べるセルラー通信システムのセル間のセル関係の設定をする本発明の実施の形態では、図４に示されたアンテナビームの形状を形成することのできる少なくとも１つの基地局を備えたシステムに対して説明する。
本実施の形態において、セル関係が設定されるセルにおけるトラフィック分布に考慮が払ってセル関係が決められる。セルのペアの間のセル関係は、ペアの一方における通信が、ペアの他方のセルにおける通信をどの程度妨害するかを示す。複数のセルを備えた典型的セルラー通信システムにおいて、複数の要素Ｇijを含むマトリックスＧが形成される。各要素Ｇijは、セルｉとｊとの間の関係を表す。
Ｇを計算するために、計測地点３２で検出される信号のエネルギーレベルが測定される。各計測地点に対して、複数の計測地点で検出される制御信号のようなダウンリンク信号の信号エネルギーレベルが決められる。従来の方法では、異なる制御チャンネルが、異なる周波数で定義され、制御信号の信号エネルギーレベルが、異なる周波数で定義された制御チャンネルで生成され、測定される。
そのような測定に応答して、異なる個々の測定地点が個々のセル及びそのようなセルを定義する基地局と関係づけられる。本実施の形態においては、各測定地点は、測定地点において検出されたときに最大の信号エネルギーのダウンリンク信号を生成する基地局によって定義されるセルと関係づけられている。測定地点のセルへの関係づけは、他の信号品質指示に基づいても行うことができる。
一度、測定地点と特定のセル及び基地局との間に関係づけがなされると、他の基地局によって送信されたダウンリンク信号は、通常の電話操作の間に使用されるトラフィックチャンネルで立証されるであろう干渉レベルを表す。ダウンリンク信号の信号エネルギーレベルの割合が決められ、基地局によって生成され、それにより、各測定地点が関係づけられ、ダウンリンク信号の信号エネルギーレベルが、他の基地局によって生成された信号を干渉する。
測定地点と関係づけられた基地局によって生成されるダウンリンク信号は、以下、キャリア信号と呼ぶ。そして、他の基地局によって送信させるダウンリンク信号は、以下、測定地点に対する干渉信号と呼ぶ。各要素Ｇijの値は、セルｊを定義する基地局によって生成されるダウンリンク送信が干渉するときのセルｉにて定義されるＣ／Ｉ（たとえば、１６ｄＢ）である。以下に説明されるように、要素Ｇijは、交互に、他の値を取る。他の値は、部分的にＣ／Ｉ値に応答する。例えば、要素Ｇijは、確率（例えば、３％）であって、Ｃ／Ｉ値が選択されたレベルより小さい（又は大きい）確率を示す。
１つの実施の形態において、各測定地点は、等しいサービス確率を持つと仮定する。つまり、特定のセル内の測定地点のそれぞれにおけるトラフィック分布は、等しい量のトラフィックを搬送すると仮定する。このような仮定において、セル関係が利用されると、セル関係評価は、妨害された地域、セル関係評価となる。
他の実施の形態においては、セル内のいくつかの測定地点が高いサービス確率を持つように決められる。つまり、高いトラフィック密度を示すセルの部分に配置された測定地点は、低いトラフィック密度を示すセル内の地域に配置された測定地点よりも、高いサービス確率を持つ。例えば、市街地に定義された測定地点は、田舎に配置された測定地点より、ふつう、高いサービス確率を持つ。
セルのペアの間のセル関係は、例えば、選択された値より低く、蓄積分布関数によって示されるＣ／Ｉのレベルで、セル領域あるいはセル内のトラフィックの百分率（部分）とすることができる。すべてのセルペアに対してそのような決定をすることによって、Ｇマトリックスが形成される。
周波数計画のために、セル関係を利用する場合、周波数をセルに割り当てる際にセル関係を利用することができる。周波数は、特定のセルのトラフィック要求、即ち、各セルが行わなければならないトラフィックに基づいて割り当てられる。周波数計画手順は、例えば、コチャンネル・セルの決定にセル関係が利用される最適化ツールを使用して行われる。
図５は、図１に示されたセルラー通信システムにおける２つのセル１８、ここでは１８Ａと１８Ｂを示す。セル１８Ａと１８Ｂは、隣接してはいない。説明をわかりやすくするために、セル１８Ａの性能を決定することとし、セル１８Ｂを定義する基地局により生成される信号が、干渉信号を形成し、セル１８Ａ内の通信を干渉するとする。測定は、セル１８Ａ内で定義される測定地点３２の各々において行われる。
まず、セル内の実際のトラフィック分布の指示が決定される。セルを定義する無線基地局のアンテナ装置が、図４に示されたローブ４６乃至５４のような、複数の狭いローブのアンテナビーム・パタンの１つから成る場合、実際のトラフィック分布の指示は、アンテナビーム・パタンのそれぞれで行われるトラフィックの確率を決めることによって得られる。そのような確率の測定は、例えば、各アンテナビーム・パタンがアクティブである時間をモニターすることによって得られる。
図６は、再度、セル１８Ａと１８Ｂを示し、ここでは、更に、狭いローブのアンテナビーム・パタンを形成することのできる無線基地局のアンテナ装置によって形成されるアンテナビーム・パタンを示す。例えば、確率ベクトル、ＰA＝（Ｐa1、Ｐa2、Ｐa3、Ｐa4）が定義される。ここではＰanが、セル１８Ａにおいてアクティブなｎ番目のアンテナビーム・パタンの確率となる。セル１８Ｂにおいては、確率ベクトルＰBが決定される。そして、セルラー通信システムの他のセルにおいてもベクトルＰが同様に形成される。各確率ベクトルを形成する要素の確率の合計は、それぞれ１００パーセントになる。
確率ベクトルを形成する要素の値は、例えば、カウンタｎを、各無線基地局において示すことのできる各ローブと関係づけることによって形成することができる。記号ｎaiは、セルＡ内のローブｉ用のカウンタを示す。このカウンタと関係づけられたローブを使用してバーストが送信されるたびに、カウンタはインクリメントされる。基地局において、２つ以上のカウンタが同時にインクリメントされることもある。例えば、２つの個別のバーストが同時に基地局から送信される場合、あるいは、単一のバーストを送信するのに２つのローブ使用される場合である。
ローブの確率Ｐaiの値は、Ｐai＝ｎa1／（ｎa1＋ｎa2＋ｎa3＋ｎa4）となる。
図７は、再度、２つのセル１８Ａと１８Ｂとを示し、ここでは、セル１８Ｂを定義する無線基地局のアンテナ装置が、広いローブのアンテナビーム・パタンを形成し、一方、セル１８Ａの無線基地局のアンテナ装置が、複数の狭いローブのアンテナビーム・パタンを形成する。確率ＰBが決まると、１００パーセントの確率のうちの単一の値でベクトルが形成される。
図８も、２つのセル１８Ａと１８Ｂとを示す。ここでは、セル１８Ａを定義する無線基地局のアンテナ装置が広いローブのアンテナビーム・パタンを生成する。そして、セル１８Ｂを定義する無線基地局のアンテナ装置は狭いローブのアンテナビーム・パタンを生成する。ここでは、ベクトルＰAが、１つの値から成る単一の要素を持つ。
信号エネルギーレベルは、セルラー通信システムによって覆われる領域を通じて定義される各測定地点において測定される。２つ以上のアンテナビーム・パタンによって送信することのできるダウンリンク信号については、タウンリンク信号を送信できるアンテナビーム・パタンのそれぞれについて、個別に測定が行われる。測定が完了すると、個々の測定地点が個々のセル及びその関連基地局と関係づけられる。
前述のように、１つの実施の形態において、測定地点は、測定地点において検出される最大の信号エネルギーのダウンリンク信号を生成する基地局と関係づけられる。測定地点と関係づけられる基地局によって生成されるダウンリンク信号は、その測定地点と関係づけられるキャリア信号を形成する。その他の基地局によって生成されるダウンリンク信号は、その測定地点において干渉信号となる。
キャリア・干渉（Ｃ／Ｉ）の割合は、各測定地点において計算される。図９に示されたセル１８Ａと１８Ｂを参照して、Ｃ／Ｉが測定位置Ｘについて計算される。測定位置Ｘは、セル１８Ａ内の１つのアンテナビーム・パタンに使用される。そして、測定地点におけるキャリア・干渉割合は、セル１８Ｂにより生成される干渉信号を参照して、４つの個別の値の１つを取る。干渉信号の値は、セル１８Ｂの無線基地局のアンテナ装置によって形成されるのが、どのアンテナビーム・パタンによるかに依存する。
セル１８Ｂを定義する無線基地局により生成されるダウンリンク信号による測定地点Ｘにおける干渉は、ＩB＝（ｉb1，ｉb2，ｉb3，ｉb4）となる干渉ベクトルＩBを形成する。セル１８Ｂのｎ番目のアンテナビーム・パタンによって生じる干渉は、要素ｉbnを定義する。
セル１８Ｂを定義する基地局のアンテナビーム・パタンと関連するローブ確率ＰBは、そのような干渉値の確率を示す。測定地点と関連するキャリア信号は、１つの値しか取らない。それによって、２つのベクトルが、測定地点Ｘと関係づけられる。第１のベクトルＣ／ＩBは、可能性のあるＣ／Ｉ構成を表す。第２のベクトルＰBは、Ｃ／Ｉ構成を経験する対応の確率を含む。このような測定が、各測定地点において行われる。
次に、セル１８Ａ、１８Ｂのようなセルのペアに対してセル関係が計算される。分析すべく選択されたセルと関連するピクセルと関連するすべてのＣ／Ｉベクトル及びＰベクトルが利用される。ただし、Ｃ／Ｉ確率は、測定地点にだけわかるものであって、セル全体ではわからない。測定地点確率は、セル全体の確率に変換される。このような変換は、各Ｐベクトルに、対応の測定地点に対するサービス確率を乗算することによって行われる。セル関係、つまりマトリックスＧの要素の値が得られる。
アンテナ装置が、固定された狭いローブのアンテナビーム・パタンではなく、動的な形状を持つローブを形成することができる場合、ＰベクトルとＩベクトルは、それぞれのセルにおけるすべての角度を含むように、例えば、−６０°から＋６０°の扇形に拡張される。
サービス確率ＰＳiは、各測定地点ごとに計算される。妨害された領域の評価は、セル内のトラフィック分布が等しい場合、ＰＳi＝１／（セル内の計測地点の合計数）となる。反対に、トラフィック分布が測定地点により重みづけされている場合の妨害されるトラフィック評価については、サービス確率ＰＳi＝（測定地点が関連するローブに対する値ＰA）／（そのアンテナビーム・パタンに配置された測定地点の合計数）となる。従って、セル１８Ａ内の各測定地点ｉについて、（Ｃ／ＩB）ｉベクトルと、サービス確率値ＰＳiが既知となる。Ｃ／Ｉ値は（アンテナビーム・パタンの数に対応して）４つあるので、修正されたサービス確率ベクトルが計算され、４つのＣ／Ｉ値のそれぞれが対応のサービス確率値を持つ。即ち、ＰＳ修正i＝ＰＳiｘＰBとなる。このように、例えば、キャリア・干渉値Ｃ／ｉb1（測定地点Ｘについて可能せいのあるＣ／Ｉ値の１つ）は、セル１８Ａにおいて、ＰＳxｘＰb1の確率で生じる。
キャリア・干渉率の蓄積分布関数（ＣＤＦ）は、セル１８Ａ内のすべての測定地点についてのすべての（Ｃ／ＩB）i及びＰＳ修正iベクトルの値から形成される。
図１０は、蓄積密度関数（ＣＤＦ）を例としてプロット９６したものである。ここに示されたように、ＣＤＦは、ダウンリンクＣ／Ｉ値の値の関数である。蓄積密度関数のプロット９６は、縦軸に沿って確率を表し、横軸に沿ってあるレベル以下のＣ／Ｉレベルを示す。
セル関係は、測定されたキャリア・干渉レベルの蓄積分布関数において、特定のレベルに選択される。例えば、図１０の場合、ＣＤＦ１０％（１０1）レベルが、１６ｄＢのＣ／Ｉレベルに対応する。このようなレベルにおいて、セル１８Ａ内で行われる通信の９０パーセントが、１６ｄＢより大きいＣ／Ｉとなる。あるいは又、セル関係は、通信が選択されたＣ／Ｉレベルより低い確率に決めることもできる。例えば、１０ｄＢのＣ／Ｉレベルが、図１０における３パーセント程度の確率に対応する。セル１８Ａ内で行われる通信の３パーセント、１０ｄＢより低いＣ／Ｉレベルになる。
それぞれのセル内で、セル関係を設定することによって、Ｇマトリックスの要素が形成される。そのようなマトリックスが形成されると、上記のように、周波数割り当て手順を行うことができる。
他の実施の形態においては、Ｇマトリックスを使用して隣接するセルリストを決める。セルラー通信システム１０における各セル１８は、隣接セルリストによって関係づけられる。隣接セルリストは、隣接するセルで使用される周波数を特定する。隣接セルリストが移動端末に通信される方法は、適当な空中インターフェース規格によって決められているプロトコルで定義される。例えば、ＧＳＭ空中インターフェース規格は、ＧＳＭシステムにおける移動端末に隣接セルリストが提供される方法を定義している。
２つのセル間のセル関係が低い値である場合、選択された確率レベルにおいて、セル関係がＣ／Ｉ値であると定義されていれば、それらのセルは隣接している。セル関係が高い値である場合、セル関係が、選択されたＣ／Ｉ値より低い確率であるように選択されると、それらのセルは隣接していることを示す。これによって、個々のセルにとって許容される隣接と許容されない隣接の適当な指定ができる。
図１１は、本発明の実施の形態の方法１０２を示す。この方法１０２は、それぞれがセルを定義する複数の基地局からなる無線通信システムにおけるセル関係を決める。
まず、ブロック１０４に示されたように、ビームパタン形成の確率値が決定される。それらの値は、各基地局にて形成されるアンテナビーム・パタンのそれぞれの形成の確率を示す。
次に、ブロック１０６で示されたように、各測定地点が先に説明されたように、基地局と関係づけられる。このような関係づけを行うには、まず、基地局によって形成された、選択された数のアンテナビーム・パタンの１つに覆われる地理的領域の一部と各測定地点とを関係づける。次に、各測定地点と関係づけられた地理的領域の一部が、更に、その地理的領域の一部を覆うアンテナビーム・パタンを形成する基地局と関係づけられる。
次に、ブロック１０８に示されたように、Ｃ／Ｉ割合のようなキャリア信号品質指示が、各干渉信号について、各測定地点で計算される。次に、ブロック１１２に示されたように、各測定地点におけるサービス確率値が決定される。そして、ブロック１１４に示されたように、無線通信システムのセル間のセル関係が、キャリア信号品質指示の値とサービス確率値に応答して、設定される。
以上は、本発明の好ましい実施の形態について述べたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、以下の請求項によって定義される。
【図１】
0004116093.tif 000002
【図２Ａ】
0004116093.tif 000003
【図２Ｂ】
0004116093.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
0004116093.tif 000006
【図４】
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【図５】
0004116093.tif 000008
【図６】
0004116093.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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