(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動通信におけるセクタセルを構成するためのセクタアンテナであって、該セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ０．８倍以下の値としたことを特徴とするセクタアンテナ。
【請求項２】
前記セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることを特徴とする請求項１に記載のセクタアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセクタアンテナを備えたことを特徴とする基地局。
【請求項４】
セクタアンテナを用いて移動通信におけるセクタセルを構成する方法であって、前記セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ０．８倍以下の値とすることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信におけるセクタセルを構成するためのセクタアンテナおよびセクタセル構成方法に関し、特に、セクタアンテナのビーム幅および／または指向方向（指向特性）を最適化して回線容量の拡大を図るセクタアンテナおよびセクタセル構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＤＭＡ(Frequency Division Multiple Access)方式、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access) 方式、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access) 方式等による移動通信システムにおいて、サービスエリア全域で通信品質を確保するためには、エリア全域で所定の電界強度を得る必要がある。一方、システムの回線容量を拡大するためには、他セクタ、他セルなどからの干渉を抑えることが重要となる。したがって、各々の基地局は、自セル内に高い電界強度を提供し、同時に他セルへの干渉を抑えることが望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
移動通信のシステム設計では、各々のセルを円形に近い形状とし、これを敷き詰めてサービスエリアを覆う構成とすることが考えられる。また、セクタセルにおいても、なおセル形状がほぼ円形となるよう、セクタアンテナのビーム幅を広めに設定することが考えられる。ここで言う広めのビーム幅とは、３６０度をセクタ数で割った値、例えば３セクタなら１２０度、６セクタなら６０度といった具合である。このようなシステム設計では、セクタアンテナに広いビーム幅を持たせ、セクタ間の隙間をなくすことによりまず各々のセルでカバレッジを確保しておき、次に同様なセルを複数配置してサービスエリアを形成することができる。
【０００４】
このとき、セル間の干渉を抑えるため、全セルにわたってセクタアンテナのビーム指向方向を揃えることが考えられる。特にＦＤＭＡ方式により多元接続を行うシステムでは、異セルで同一周波数を繰り返し利用するため、セクタ指向方向を揃えることにより、同一周波数を繰り返し利用できる間隔を狭め、セクタ毎に利用可能な周波数を増し、システム全体として回線容量の拡大を図ることが考えられる。
【０００５】
しかし、各々のセルでカバレッジを確保し、これを複数配置した際に他セル干渉を低減する目的で全セルでセクタの指向方向を揃えるセクタセル構成方法では、回線容量の観点で必ずしも最適なセクタセル構成を得られない。
【０００６】
例えばＣＤＭＡ方式では、セクタ間の隙間をなくすようにセクタアンテナのビーム幅を広くすると、次の２つの問題が生じる。１つ目は、セクタ間の干渉が増大するため、回線容量が低下してしまうことである。２つ目は、指向方向の電界強度が弱まるため、所要通信品質を満たすために必要な送信電力が高まり、結果として回線容量が減少してしまうことである。
【０００７】
このような問題点は、ＣＤＭＡ以外のＴＤＭＡやＦＤＭＡでも同様に発生する。セクタアンテナのビーム幅を広くすると、隣接するセクタ間のオーバーラップが深くなる。つまり無駄な面積が大きくなるため周波数利用効率が低下し、回線容量が減少してしまう。同時に指向方向の電界強度が弱まるため、当該セクタがカバーできる範囲が減少して、周波数利用効率が低下し、回線容量が減少してしまう。
【０００８】
図１は、セクタアンテナのビーム幅を広くした場合の３セクタセル構成の例を示す図である。図１の中心の黒点はセクタアンテナを備えた基地局を表す。図１のように、ビーム幅が広いセクタセル構成では、上記の問題により回線容量が減少してしまう。一方、ビーム幅を狭めすぎると、今度はセクタ境目の弱電界領域が広がり、回線容量が減少してしまう。以上より、ビーム幅には回線容量を最大とする最適値があると考えられる。
【０００９】
また、セクタ指向方向を全セルに渡って揃えるレイアウトをとると以下の問題を生ずる。
【００１０】
図２はセクタアンテナの指向方向を揃えて構成した３セクタセルレイアウトの例を示す図であり、図３はセクタアンテナの指向方向を揃えて構成した６セクタセルレイアウトの例を示す図である。図２では３セクタ構成のセルを、図３では６セクタ構成のセルをそれぞれ蜂の巣状に正則配置している。図２の７つの黒点および図３の７つの黒点は、それぞれセクタアンテナを備えた基地局を表す。
【００１１】
図２および図３を見ると、セル端にビームが届かない領域が生じることがわかる。このような領域では、仮にビームが届いたとしても所要通信品質を満たすためには大きな送信電力が必要となり、非効率的である。送信電力は無限に大きくできないため、これが原因で結果としてシステムの回線容量が減少してしまう。このように、セクタ指向方向を全セルに渡って揃えるレイアウトでは、回線容量が減少してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は、移動通信において、回線容量の観点で最適なセクタセルを構成するセクタアンテナおよびセクタセル構成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明によれば、セクタセル構成の移動通信システムを構築するに当たり、セクタアンテナの指向方向を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満とすることで、セクタ指向方向の電界強度を高めると同時にセクタ間の干渉およびセクタ間のオーバーラップを抑え、回線容量を拡大する。また、セクタ境目の弱電界領域に隣接セルのセクタを向けることで、更に回線容量を拡大する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るセクタアンテナは、移動通信におけるセクタセルを構成するためのセクタアンテナであって、該セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値としたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることができる。
【００１６】
また、本発明に係るセクタアンテナは、移動通信におけるセクタセルを構成するためのセクタアンテナであって、該セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る基地局は、上記いずれかのセクタアンテナを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るセクタセル構成方法は、セクタアンテナを用いて移動通信におけるセクタセルを構成する方法であって、前記セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値とすることを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることができる。
【００２０】
また、本発明に係るセクタセル構成方法は、セクタアンテナを用いて移動通信におけるセクタセルを構成する方法であって、前記セクタアンテナの指向方向を、前記セクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けることを特徴とする。
【００２１】
以上の構成によれば、システム全体として回線容量を拡大することができ、大容量で効率的なシステムを構築することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図４は、セクタアンテナのビーム幅を狭くした場合の３セクタセル構成の例を示す図である。図４の中心の黒点はセクタアンテナを備えた基地局を表す。セクタアンテナのビーム幅を狭く、すなわちセクタアンテナビームを鋭くすると、セクタ間の干渉およびセクタ間のオーバーラップが低減され、また、指向方向の電界強度が強まるため、回線容量が拡大される。
【００２４】
本実施形態においては、以下で示すシミュレーション結果を考慮して、セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値としている。回線容量の効果的な拡大の観点からは、セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ０．８倍以下の値とすることが好ましい。
【００２５】
図５はセクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した３セクタセルレイアウトの例を示す図であり、図６はセクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した６セクタセルレイアウトの例を示す図である。図５では３セクタ構成のセルを、図６では６セクタ構成のセルをそれぞれ蜂の巣状に正則配置している。図５の７つの黒点および図６の７つの黒点は、それぞれセクタアンテナを備えた基地局を表す。
【００２６】
図５および図６を見ると、セクタの境目、すなわちセクタ間の弱電界領域に隣接セルのセクタが向けられ、電界強度を隣接セル同士で補い合う配置となっている。すなわち、セクタアンテナの指向方向を、そのセクタアンテナを用いて構成するセクタセルに隣接するセクタセルのセクタの境目に向けている。このようにすることで、エリア全体で満遍なく電界強度を高めることができ、所要通信品質を満たすために必要な送信電力を低減でき、効率的となる。そして、送信電力を低減できるため、システムの回線容量を拡大できる。
【００２７】
次に、本発明の効果をより具体的に説明するため、計算機シミュレーションの結果を紹介する。ここで行った計算機シミュレーションは、文献（“Japan ’s Proposal for Candidate Radio Transmission Technology on IMT-2000: W-CDMA, ” ARIB, Sept., 1998. ）に準拠したものである。シミュレーションでは、１９セルによるクラスタの無限繰り返し、ダイバーシチハンドオーバ、シャドウイングを考慮し、呼の生起、終了ならびに移動局の移動をモデル化、考慮している。また、セル半径と、基地局ならびに移動局の最大送信電力は、ビーム幅によらず一定としている。
【００２８】
図７は、図５に示すレイアウト（セクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した３セクタセルレイアウト）をとったときの、ＣＤＭＡ上り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。また、図８は、図５に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ下り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【００２９】
図７および図８において、ビーム幅及び容量は、それぞれ３６０度をセクタ数で割った値とそのときの容量で正規化してある。すなわち、横軸「１」の値は、３６０度をセクタ数で割った値（ここでは３セクタ構成なので１２０度）、縦軸「１」の値はそのときの回線容量を表す。縦軸で１より大きい値が得られる横軸のビーム幅範囲において、回線容量を拡大できることを意味している。
【００３０】
図７および図８を見ると、上り回線、下り回線共に、ビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値とした範囲で回線容量を拡大できていることがわかる。また、その範囲の中でも、セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ０．８倍以下の値とした範囲において、回線容量の拡大が顕著であるといえる。
【００３１】
もう一例として、６セクタ構成の場合を示す。
【００３２】
図９は、図６に示すレイアウト（セクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した６セクタセルレイアウト）をとったときの、ＣＤＭＡ上り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。また、図１０は、図６に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ下り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【００３３】
図９および図１０において、ビーム幅及び容量は、それぞれ３６０度をセクタ数で割った値とそのときの容量で正規化してある。
【００３４】
図９および図１０を見ると、３セクタ構成の場合と同様に、上り回線、下り回線共に、ビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値とした範囲で回線容量を拡大できていることがわかる。また、その範囲の中でも、セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ０．８倍以下の値とした範囲において、回線容量の拡大が顕著であるといえる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るセクタアンテナおよびセクタセル構成方法によれば、セクタアンテナのビーム幅を、３６０度をセクタ数で割った値の０．５倍以上、かつ１．０倍未満の値としてセクタセルを構成することにより、システム全体として回線容量を拡大することができ、大容量で効率的なシステムを構築することができる。これとは別に、またはこれと併用して、セクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタ境目に向けてセクタセルを構成することによっても、システム全体として回線容量を拡大することができ、大容量で効率的なシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セクタアンテナのビーム幅を広くした場合の３セクタセル構成の例を示す図である。
【図２】セクタアンテナの指向方向を揃えて構成した３セクタセルレイアウトの例を示す図である。
【図３】セクタアンテナの指向方向を揃えて構成した６セクタセルレイアウトの例を示す図である。
【図４】セクタアンテナのビーム幅を狭くした場合の３セクタセル構成の例を示す図である。
【図５】セクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した３セクタセルレイアウトの例を示す図である。
【図６】セクタアンテナの指向方向を隣接セルのセクタの境目に向けて構成した６セクタセルレイアウトの例を示す図である。
【図７】図５に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ上り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図８】図５に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ下り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図９】図６に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ上り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１０】図６に示すレイアウトをとったときの、ＣＤＭＡ下り回線におけるビーム幅と回線容量との関係を計算機シミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１】
0003754224.tif 000002
【図２】
0003754224.tif 000003
【図３】
0003754224.tif 000004
【図４】
0003754224.tif 000005
【図５】
0003754224.tif 000006
【図６】
0003754224.tif 000007
【図７】
0003754224.tif 000008
【図８】
0003754224.tif 000009
【図９】
0003754224.tif 000010
【図１０】
0003754224.tif 000011