JP2001169342A - 無線アクセスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一加入者当たりの通信可能なタイムスロット
を減少させることなく、複数のセクタで使用する周波数
資源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制できる無
線アクセスシステムを提供する。 【解決手段】 準ミリ波帯以上の周波数において、無線
エリアを複数セクタに分割し、各々分割されたセクタを
全て同一周波数で運用し、かつ受信と送信とでは直交す
る偏波に対応する指向性を有するセクタアンテナ２１，
２２を基地局２０が備え、両偏波に対応できるパラボラ
アンテナ２３，２４を加入者局２５，２６が備える無線
アクセスシステムである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅及びオフィス
等の固定局に対して画像、データ又は音声等のマルチメ
ディア通信サービスを提供するための加入者無線アクセ
スシステムに係り、特に、Ｐ−ＭＰ（Point-MultiPoin
t）通信において、通信可能なタイムスロットを減少さ
せることなく、セクタ間の干渉を抑制した無線アクセス
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、準ミリ波帯・ミリ波帯（２２ＧＨ
ｚ帯、２６ＧＨｚ帯及び３８ＧＨｚ帯）の周波数を利用
した新たな加入者系無線アクセスシステム（FWS:Fixed
Wireless Access/単に「無線アクセスシステム」と呼
ぶ）は、今後の大きな需要が見込まれるマルチメディア
通信などの大容量情報通信を無線により可能とするシス
テムとして注目をあびている。

【０００３】この準ミリ波帯・ミリ波帯の特徴は、他の
低い周波数と比較して空間減衰が大きいので、無線伝送
距離が短く、周波数の折り返し利用が可能という利点が
あり、さらに広帯域な周波数資源があるため、大容量の
情報を高速に伝送する高速無線ＬＡＮシステム、テレビ
会議システム、画像モニタシステム、高速インターネッ
ト接続等がストレスなく使用可能となることが予想され
る。

【０００４】これまでも、ＩＳＤＮなどの有線網により
提供される高速回線はあるが、一般ユーザにとっては依
然として高価であり、通信速度が大きい専用線は更に高
価になるため、一般ユーザの利用はそれほど多くない。

【０００５】伝送速度が６４ｋｂｐｓ〜数百Ｍｂｐｓ
で、かつ低価格な無線通信サービスえある加入者系無線
アクセスシステムは、企業ユーザやＳＯＨＯ（Small Of
fice Home Office ）と呼ばれる個人事業者、および一
般家庭ユーザなどの加入者宅と通信事業者設備を無線で
つなぐ通信システム、すなわち、双方向Ｐ−ＭＰ通信で
ある。無線基地局は、その周囲数百メートルから数キロ
メートル以内の複数の加入者局と通信を行う。このと
き、基地局は有線の高速基幹回線に接続されているた
め、良好な通信環境である。

【０００６】固定局通信、移動通信の分野と共に、一つ
の基地局に複数のアンテナを設置して、セルを複数のセ
クタに分けてサービスを提供しているが、各セクタ周波
数はセクタ間の電波干渉を抑制するために異なる周波数
を使用しているのが一般的である。

【０００７】自動車・携帯電話などの移動通信分野で
は、いくつかのセル毎に同一周波数を折り返し利用して
周波数利用効率を高くする方法がとられているが、一つ
の基地局のセクタ間では同一の周波数を利用していない
ため、使用周波数帯域幅を狭くすることができない。

【０００８】さらに、一つの基地局が複数のセクタをカ
バーするセクタ方式において、同一周波数を利用して各
セクタ毎に時間分割して一つの基地局がカバーしたとし
ても、一加入者当たりの通信可能なタイムスロットが減
少したことになり、等価的にセルを小さくしたことと等
しくなる。

【０００９】尚、加入者無線アクセスシステムの概要に
関しては、NIKKEI COMMUNICATIONS1999.9.6. ｐ１０６
〜ｐ１１２「高速無線アクセス「ＦＷＡ」の将来性」に
記載されている。また、周波数の利用効率を向上させる
ための無線システムに関する従来技術としては、平成１
１（１９９９）年８月２７日公開の特開平１１−２３４
７３４号公報「セルラーシステム及びその通信方式」
（出願人：モトローラ株式会社、発明者：堤竹彦）、平
成１０（１９９８）年２月１３日公開の特開平１０−４
２３５２号公報「無線システム」（出願人：三菱電機株
式会社、発明者：石井康一）がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の無
線アクセスシステムでは、セクタ間の電波干渉を抑制す
ると共に、通信可能なタイムスロットを減少させること
なく、複数のセクタで使用する周波数資源を最小限にで
きないという問題点があった。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、一加入者当たりの通信可能なタイムスロットを減少
させることなく、複数のセクタで使用する周波数資源を
最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制できる無線アク
セスシステムを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための本発明は、無線アクセスシステムにおい
て、準ミリ波帯以上の周波数において、無線エリアを複
数セクタに分割し、各々分割されたセクタを全て同一周
波数で運用し、かつ受信と送信とでは直交する偏波に対
応する指向性を有するセクタアンテナを基地局が備える
ものであり、一加入者当たりの通信可能なタイムスロッ
トを減少させることなく、複数のセクタで使用する周波
数資源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制でき
る。

【００１３】また、本発明は、無線アクセスシステムに
おいて、準ミリ波帯以上の周波数において、無線エリア
を複数セクタに分割し、各々分割されたセクタを全て同
一周波数で運用し、かつ同一セクタ内の送受信は同じ偏
波に対応し、隣接するセクタとは直交する偏波に対応す
る指向性を有するセクタアンテナを基地局が備えるもの
であり、一加入者当たりの通信可能なタイムスロットを
減少させることなく、複数のセクタで使用する周波数資
源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照しながら説明する。本発明の第１の実施の形態に
係る無線アクセスシステムは、準ミリ波帯以上の周波数
において、無線エリアを複数セクタに分割し、各々分割
されたセクタを全て同一周波数で運用し、かつ受信と送
信とでは直交する偏波に対応する指向性を有するセクタ
アンテナを基地局が備えるものであり、一加入者当たり
の通信可能なタイムスロットを減少させることなく、複
数のセクタで使用する周波数資源を最小限にし、セクタ
間の電波干渉を抑制できる。

【００１５】また、本発明の第２の実施の形態に係る無
線アクセスシステムは、準ミリ波帯以上の周波数におい
て、無線エリアを複数セクタに分割し、各々分割された
セクタを全て同一周波数で運用し、かつ同一セクタ内の
送受信は同じ偏波に対応し、隣接するセクタとは直交す
る偏波に対応する指向性を有するセクタアンテナを基地
局が備えるものであり、一加入者当たりの通信可能なタ
イムスロットを減少させることなく、複数のセクタで使
用する周波数資源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を
抑制できる。

【００１６】本発明の実施の形態に係る無線アクセスシ
ステム（本システム）の概略を図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る無線アクセスシステ
ムの構成ブロック図である。本システムは、図１に示す
ように、一つの無線基地局と複数の加入者局とから成る
管理ノード１，２と、各管理ノードの保守・監視を行う
管理センタ３と、管理ノード１，２と管理センタ３とを
接続する基幹ネットワークとなる光ファイバ網４とから
構成されている。

【００１７】次に、本システムの各部を具体的に説明す
る。管理ノード１は、無線基地局１ａとそれに無線にて
接続する複数の加入者局１ｂ，１ｃ，１ｄとから構成さ
れている。管理ノード２は、無線基地局２ａとそれに無
線にて接続する複数の加入者局２ｂ，２ｃ，２ｄとから
構成されている。図１では、管理ノードを２つしか描画
していないが、実際にはもっと多くの管理ノードが存在
し、そして各管理ノード内の加入者局も更に多数存在し
ている。本実施の形態では、加入者無線アクセスシステ
ムにおけるＰ−ＭＰ方式を採用している。

【００１８】基幹（バックボーン）ネットワークとして
光ファイバ網４を示したが、ＩＳＤＮなどの一般公衆網
であっても構わない。Ｐ−ＭＰ方式の無線アクセスシス
テムにおける無線基地局は、光ファイバ網４からデータ
を受信した場合、また加入者局からデータを受信した場
合、受信したパケットの宛先アドレス、送信元アドレス
がその無線基地局に登録されている加入者局に該当する
か否か確認する。これは、基幹ネットワークから不要な
パケットを無線区間に送出するのを排除し、加入者局か
らの不正アクセスを防止するためである。

【００１９】リモートサイトの管理センタ３は、インタ
ーネットの標準管理プロトコルであるＳＮＭＰ（Simple
Network Management Protocol ）のマネージャ３ａを
実装し、加入者の管理業務を行う。無線基地局は、ＳＮ
ＭＰのエージェントを実装し、管理する加入者に対する
管理情報を無線基地局内の記憶装置にＳＮＭＰのＭＩＢ
（Management InformationBase）として蓄積する。

【００２０】次に、本発明の特徴部分に第１の実施の形
態と第２の実施の形態とに分けて説明する。まず、本発
明の第１の実施の形態について図２を用いて説明する。
図２は、本発明の第１の実施の形態を示す概略構成ブロ
ック図である。図２に示すシステムは、基地局２０には
セクタＡ用として垂直偏波の受信アンテナ２１と水平偏
波の送信アンテナ２２が設けられ、加入者Ａ２６には送
信垂直偏波で受信水平偏波のパラボラアンテナ２３が設
けられており、加入者Ｂ２５には同様に送信垂直偏波で
受信水平偏波のパラボラアンテナ２４が設けられてい
る。また、送信用に垂直偏波、受信用に水平偏波でもよ
い。

【００２１】加入者局は、一つのセクタに複数存在する
が、図２では２つの加入者局２５，２６のみを示してい
る。加入者局のアンテナは、偏波切り替え構造を持つ送
受信共用のアンテナが望ましく、本実施の形態ではパラ
ボラアンテナを用いている。このパラボラアンテナの半
値角（指向性の鋭さを示す値）は数度の狭ビーム指向性
アンテナであり、周波数が２６．５ＧＨｚでは、図３の
ような水平面アンテナ指向特性を有する。図３は、加入
者局アンテナの水平面指向特性を示す図である。

【００２２】ピーク方向の絶対利得は３８．８ｄＢｉで
半値角は約２度であり、中心から更に２度ほどずれると
利得が２０ｄＢ程度減少するような特性を示している。
同様に、各基地局アンテナは３６０度を四等分した領域
を受け持つような半値角９０度のアレーアンテナを例と
する。ピーク方向の絶対利得は約１５ｄＢｉである。参
考として、周波数２６．５ＧＨｚにおける水平面指向特
性を図４に示す。図４は、９０度セクタ基地局アンテナ
の水平面指向特性を示す図である。

【００２３】上記のような一つのセクタ構成を有した基
地局において、９０度４セクタで３６０度をカバーした
ときのシステム構成例を図５に示す。図５は、本発明の
第１の実施の形態に係る一つの基地局のセクタ構成例を
示す概略図である。図５に示すように、４つのセクタ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ全てについて送信は水平偏波で、受信は
垂直偏波を用いたものとなっている。この場合、全ての
セクタは同一周波数であり、運用周波数は２６．５ＧＨ
ｚとしたシステムである。

【００２４】本発明の第１の実施の形態では、対象とす
るシステムの複信方式を時分割双方向通信、無線アクセ
ス方式をＴＤＭＡ方式とし、受信・送信の周波数が同
一、かつ、隣のセクタの周波数も同一のシステムであ
る。

【００２５】基地局は、回線容量の都合上、図５のイメ
ージのように各セクタに配置し、各基地局装置間の無線
フレーム構成は非同期で信号の送受信を行っていると仮
定している。回線容量は、１セクタ当たり２５Ｍｂｐｓ
であるとすると、システム全体で１００Ｍｂｐｓとな
る。

【００２６】また、非同期通信は、例えば、セクタＡが
受信してるときには、隣接するセクタＢ、およびセクタ
Ｄでは、受信・送信のいずれのタイミングも起こりう
る。各基地局のアンテナが同一偏波であると、セクタ
Ｄ、セクタＢの送信した電波がセクタＡの基地局の受信
に影響を与える可能性があるが、本実施の形態では、隣
接するセクタで偏波が直交しているために、偏波アイソ
レーションがとれるので、システム設計上問題とはなら
ない。

【００２７】また、セクタ間の送受信機間のアイソレー
ションが優れているので、基地局を増やす拡張性、セク
タ角度（３０度、４５度、９０度、１２０度、１８０度
等）にした場合の柔軟性に富み、ゾーン設計上非常に都
合がよい。

【００２８】次に、本発明の第１の実施の形態に係る基
地局装置の構成を図６を用いて説明する。図６は、本発
明の第１の実施の形態に係る基地局装置を示す構成ブロ
ック図である。基地局装置は、図６に示すように、セク
タＡ〜Ｄに対して４組のアンテナが設けられ、各組のア
ンテナは送信用としての水平偏波用アンテナと受信用と
しての垂直偏波用アンテナが用意されている。そして、
セクタ毎に送受信ユニット（RF UNIT ）６１とベースバ
ンドコントローラ（BB/CONT ）６２が設けられ、信号合
成を行うＨＵＢ６３に接続している。また、水平偏波用
アンテナと垂直偏波用アンテナの切り替えは、スイッチ
（ＳＷ）６４により為される。

【００２９】また、本発明の第１の実施の形態に係る基
地局セクタ構成を周辺に複数配置したものを図７に示
す。図７は、本発明の第１の実施の形態で複数の基地局
を配置した図である。尚、図７において、ＴｘＶは送信
垂直偏波、ＲｘＨは受信水平偏波を示しており、図５で
は、送信水平偏波、受信垂直偏波であったものとは変え
ている。図７に示すように、周辺基地局（ＢＳ）との関
係でも送受信機の偏波が異なる。また、基地局アンテナ
の偏波アイソレーションがシステム要求値よりも小さき
場合には、互いのセクタ基地局間の距離をとることで、
空間減衰量をとることが必要となる。

【００３０】その場合、水平面での距離のみならず、垂
直面方向で距離をとることで、それぞれの基地局アンテ
ナに到来してくる隣接基地局干渉波レベルを低減可能と
なる。本例では、基地局間水平距離を１ｍとることで６
０ｄＢの減衰が得られ、更にそれぞれの基地局間の高さ
を１ｍ、３ｍ、５ｍ、１０ｍと離していくことで、それ
ぞれ、６３．９ｄＢ，７０．９ｄＢ，７５ｄＢ，８１ｄ
Ｂの減衰効果がある。

【００３１】尚、上記のように基地局アンテナにおい
て、水平及び垂直方向に距離を持たせたアンテナの例を
図１１に示す。図１１は、基地局アンテナの一例を示す
概略図である。基地局アンテナは、図１１に示すよう
に、ポール６５に直接取り付けられたアンテナ６０ｂ，
６０ｄと、ポール６５にアーム６６ａ，６６ｂを介して
取り付けられたアンテナ６０ａ，６０ｃがある。このよ
うな構成にすることで、水平及び垂直方向に距離を持た
せることが可能である。

【００３２】次に、本発明の第２の実施の形態について
図８〜図１０を用いて説明する。図８は、本発明の第２
の実施の形態で一つの基地局のセクタ構成例を示す概略
図であり、図９は、本発明の第２の実施の形態に係る基
地局装置を示す構成ブロック図であり、図１０は、本発
明の第２の実施の形態で複数の基地局を配置した図であ
る。本発明の第２の実施の形態は、同一セクタ内の送受
信偏波はそれぞれ同一であり、アンテナも送受信兼用で
あり、隣接セクタとの偏波が直交するものである。

【００３３】具体的には、図８に示すように、セクタＡ
では送信水平偏波、受信水平偏波、セクタＢでは送信垂
直偏波、受信垂直偏波、セクタＣでは送信水平偏波、受
信水平偏波、セクタＤでは送信垂直偏波、受信垂直偏波
となっており、隣接するセクタとは偏波方向を異にして
いる。また、アンテナが送受信兼用であるので、基地局
装置の構成も図９に示すように、セクタ毎に１本のアン
テナを備えるものとなっている。

【００３４】本発明の第２の実施の形態は、第１の実施
の形態と比較して、基地局ゾーン設計において、基地局
セクタの対向するセクタ間で偏波を異ならせる必要があ
り、多少複雑になるが、隣接したセクタ間（同一基地局
の隣接セクタ）、基地局間（ＢＳ−ＢＳ間のセクタ）で
ともに偏波が異なるので、偏波アイソレーションがと
れ、基地局間での干渉に強いシステム構成となる。

【００３５】上記の実施の形態のいずれにおいても、一
つの基地局が４セクタのシステム構成例のみを示してい
るが、複数セクタの場合であれば、同様の方法で対応可
能である。また、基地局を設置する場所によっては、無
線エリアが３６０度とならない場合があることも明らか
である。

【００３６】本発明の第１，２の実施の形態の無線アク
セスシステムによれば、使用する周波数は同一である
が、水平偏波と垂直偏波を用いることで、一加入者当た
りの通信可能なタイムスロットを減少させることがな
く、複数のセクタで使用する周波数資源を最小限にし、
セクタ間及び基地局間の電波干渉を抑制できる効果があ
る。

【００３７】また、本発明の第１，２の実施の形態の無
線アクセスシステムによれば、基地局の拡張性、セクタ
角度の柔軟性に富み、ゾーン設計を容易にできる効果が
ある。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、準ミリ波帯以上の周波
数において、無線エリアを複数セクタに分割し、各々分
割されたセクタを全て同一周波数で運用し、かつ受信と
送信とでは直交する偏波に対応する指向性を有するセク
タアンテナを基地局が備える無線アクセスシステムとし
ているので、一加入者当たりの通信可能なタイムスロッ
トを減少させることなく、複数のセクタで使用する周波
数資源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制できる
効果がある。

【００３９】また、本発明によれば、準ミリ波帯以上の
周波数において、無線エリアを複数セクタに分割し、各
々分割されたセクタを全て同一周波数で運用し、かつ同
一セクタ内の送受信は同じ偏波に対応し、隣接するセク
タとは直交する偏波に対応する指向性を有するセクタア
ンテナを基地局が備える無線アクセスシステムとしてい
るので、一加入者当たりの通信可能なタイムスロットを
減少させることなく、複数のセクタで使用する周波数資
源を最小限にし、セクタ間の電波干渉を抑制できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る無線アクセスシステ
ムの構成ブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成ブロ
ック図である。

【図３】加入者局アンテナの水平面指向特性を示す図で
ある。

【図４】９０度セクタ基地局アンテナの水平面指向特性
を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る一つの基地局
のセクタ構成例を示す概略図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る基地局装置を
示す構成ブロック図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態で複数の基地局を配
置した図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態で一つの基地局のセ
クタ構成例を示す概略図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る基地局装置を
示す構成ブロック図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態で複数の基地局を
配置した図である。

【図１１】基地局アンテナの一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１、２…管理ノード、 １ａ，２ａ…無線基地局、 １
ｂ，１ｃ，１ｄ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…加入者局、 ３…
管理センタ、 ４…光ファイバ網、 ２０…基地局、
２１…垂直偏波用受信アンテナ、 ２２…水平偏波用送
信アンテナ、２３、２４…パラボラアンテナ、 ２５、
２６…加入者局、 ６０…アンテナ、６１…送受信ユニ
ット、 ６２…ベースバンドコントローラ、 ６３…Ｈ
ＵＢ、 ６５…ポール、 ６６ａ，６６ｂ…アーム

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 準ミリ波帯以上の周波数において、無線
   エリアを複数セクタに分割し、各々分割されたセクタを
   全て同一周波数で運用し、かつ受信と送信とでは直交す
   る偏波に対応する指向性を有するセクタアンテナを基地
   局が備えることを特徴とする無線アクセスシステム。
2. 【請求項２】 基地局のセクタアンテナに垂直偏波用受
   信アンテナと水平偏波用送信アンテナを備え、加入者局
   に水平偏波受信及び垂直偏波送信を兼用するアンテナを
   備えたことを特徴とする請求項１記載の無線アクセスシ
   ステム。
3. 【請求項３】 基地局のセクタアンテナに水平偏波用受
   信アンテナと垂直偏波用送信アンテナを備え、加入者局
   に垂直偏波受信及び水平偏波送信を兼用するアンテナを
   備えたことを特徴とする請求項１記載の無線アクセスシ
   ステム。
4. 【請求項４】 準ミリ波帯以上の周波数において、無線
   エリアを複数セクタに分割し、各々分割されたセクタを
   全て同一周波数で運用し、かつ同一セクタ内の送受信は
   同じ偏波に対応し、隣接するセクタとは直交する偏波に
   対応する指向性を有するセクタアンテナを基地局が備え
   ることを特徴とする無線アクセスシステム。
5. 【請求項５】 周辺基地局の隣接セクタとは直交する偏
   波に対応する指向性を有するセクタアンテナを基地局が
   備えることを特徴とする請求項４記載の無線アクセスシ
   ステム。
6. 【請求項６】 基地局のセクタアンテナの垂直方向の距
   離を変えることを特徴とする請求項１乃至５記載の無線
   アクセスシステム。
7. 【請求項７】 基地局のセクタアンテナの水平方向の距
   離を変えることを特徴とする請求項６記載の無線アクセ
   スシステム。