JP4108673B2 - 移動体通信システムおよび周波数帯域切り替え方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動端末局と無線基地局との間で複数の周波数帯域を使用可能な移動体通信システムに関し、特に複数の周波数帯域の中から使用する周波数帯域を選択して切り替える周波数帯域切り替え方法に関する。

移動体通信システムでは、無線基地局(Base Transceiver Station：ＢＴＳ）と該無線基地局の通信エリア内に在る複数の移動端末局（ＭＳ：Mobile Station）との間で無線通信が行われ、各移動端末局に対して通話やデータ通信サービス等が提供される。

ＢＴＳとＭＳ間の通信方式には様々なものが知られているが、ＣＤＭＡシステムでは、同一周波数の電波（搬送波）を用い、各ＭＳに対して異なる符号を割り当てて通信を行う符号分割多元接続方式である。

このような従来の移動体通信システムを図３に示す。この移動体通信システムは、ＢＴＳ１１、１４と、ＭＳ１２と、無線ネットワーク制御装置（Radio Network Controller：ＲＮＣ）１３とから構成されている。この図３では、ＭＳ１２は、ＢＴＳ１１の通信エリア１５内に在圏している。

この符号分割多元接続方式を採用する移動体通信システムでは、図３のように、ＲＮＣ１３がＢＴＳ１１、１４と局間データ通信を行い、ＢＴＳ１１とＭＳ１２との通信について制御を行っている。

ＢＴＳ１１はＭＳ１２との通信中、ＭＳ１２よりの通信電界レベル（上り信号＝Ｅｂ）とその他の電界レベル（雑音信号＝Ｎｏ）の割合（Ｅｂ／Ｎｏ＝ＳＩＲ）を監視してＲＮＣ１３に報告している。ＲＮＣ１３では、ターゲットＳＩＲ（Ｅｂ／Ｎｏの最適値）を設定しており、ＢＴＳ１１、１４からＭＳ１２への下り回線およびＭＳ１２からＢＴＳ１１、１４への上り回線におけるＳＩＲがこのターゲットＳＩＲ値となるように、ＢＴＳ１１、１４からＭＳ１２への通信電力（下り信号）レベル、およびＭＳ１２からＢＴＳ１１、１４への通信電力（上り信号）レベルを増減させることで、ＢＴＳ１１、１４の通信エリア内に在る複数のＭＳとの通信電界バランスを保つようにしている。

しかしながら、この通信電力制御は、ＢＴＳ１１にて通信を維持できるＳＩＲを満足していることが前提となっているため、何らかの理由でＭＳ１２よりの上り信号レベルが低下し、ＢＴＳ１１にてデータ復号できるＳＩＲを満足できない場合、通信が維持できないものと判断し、通信終了となる。

仮に、通信中のＢＴＳ１１以外の隣接ＢＴＳ１４にて当該ＭＳ１２よりの上り信号レベルがデータ復号できるＳＩＲを満足すれば、図４のようにＢＴＳ間切り替え（ハンドオフ）が行われて他のＢＴＳ１４との間で通信を維持するが、隣接ＢＴＳ１４にても満足できない場合は、ハンドオフが行われないまま通信終了となる。

上述したように、従来例の移動体通信システムでは、同一周波数の電波を用い、各ＭＳに対して異なる符号を割り当てて通信を行うため、何らかの理由でＭＳからの上り信号レベルが低下し、ＢＴＳにてデータ復号できるＳＩＲを満足できない場合、通信が維持できないものと判断し、通信終了となってしまうという問題があった。

このような弊害を防ぐため、ＭＳとＢＴＳとの間の通信で複数の周波数帯域を使用し、一方の周波数帯域（例えば、２ＧＨｚ帯）にて通信電界が低下した場合に他方の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ帯）に運用切り替えを行い、通信の維持を図るようにした移動体通信システムが提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照。）
しかし、伝搬損失は周波数に左右されるため、使用する周波数帯域により伝搬損失が異なることが知られている。例えば、２ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯の２つの周波数帯域を比較した場合、一般的に２ＧＨｚ帯の方がより顕著に通信維持が困難な状態となりやすいと言える。

そのため、ＭＳとＢＴＳとの間で複数の周波数帯域を切り替えて運用するような移動体通信システムでは、伝搬損失の小さい特定の周波数帯域に通話が集中してしまい周波数帯域間のバランスが崩れてしまうという問題が発生する恐れがある。

このような周波数帯域間のバランスが崩れると、伝搬損失の小さい周波数帯域では新規な発着信が不可能になったり、周波数帯域の切り替えがスムーズに行えなくなる等の不具合が発生する。その結果、伝搬損失が小さい周波数帯域を使用すれば通話の維持が可能な移動端末局に対して通信終了させてしまう場合も発生する。これは、本来通信状態が良いため伝搬損失が大きい周波数帯域を使用しても問題の無い移動端末局に対しても伝搬損失が小さい周波数帯域が割り振られてしまっているからであり、このような周波数帯域間での通話のバランスを図る方法が求められている。
特開２００４−１８６９２３号公報 特開平１０−２３５０２号公報 特開平７−２３４４７号公報

上述した従来の移動体通信システムでは、ＭＳとＢＴＳとの間で複数の周波数帯域を切り替えて運用した場合、伝搬損失の小さい周波数帯域に通話が集中していまい周波数帯域間のバランスが崩れてしまうという問題点があった。

本発明の目的は、ＭＳとＢＴＳとの間で複数の周波数帯域を切り替えて運用する場合でも、特定の周波数帯域に通話が集中することを防ぐことが可能な移動体通信システムおよび周波数帯域切り替え方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の移動体通信システムは、複数の無線基地局と、該複数の無線基地局の通信エリア内を移動する少なくとも１つ以上の移動端末局とを備え、前記移動端末局と前記無線基地局との間で使用する周波数帯域を、複数の周波数帯域の中から選択して切り替える移動体通信システムにおいて、
前記無線基地局は、新規に発着信を受付する移動端末局に対しては伝搬損失の大きい周波数帯域を優先的に割り当てることを特徴とする。

本発明によれば、無線基地局は、移動端末局から新規に発着信を受け付けた場合、その移動端末局に対しては伝搬損失の大きい周波数帯域を優先的に割り当てるようにするので、伝搬損失の小さい周波数帯域に通話が集中することが抑制され、複数の周波数帯域間での通話のバランスが図られることになる。

以上説明したように、本発明によれば、移動端末局からの新規な発着信に対しては、伝搬損失の大きい周波数帯域が優先的に割り当てられるため、伝搬損失の小さい周波数帯域に通話が集中することが抑制され複数の周波数帯域間での通話のバランスが保たれるという効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の一実施形態は、複数の周波数帯域（例えば、２ＧＨｚ帯，８００ＭＨｚ帯）を運用できる無線基地局および移動端末局を備えた移動体通信システムおいて、通信を維持するために、一方の周波数帯域（例えば、２ＧＨｚ帯）にて通信電界が低下した場合に他方の周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ帯）に運用切り替えを行う際に、運用切り替えにより２ＧＨｚ帯の通話が減り、８００ＭＨｚ帯の通話が増えることによるバランスの崩れを補うために、新規に発着信を受付する移動端末局に対しては、８００ＭＨｚ帯よりも伝搬損失の大きい２ＧＨｚ帯を優先的に割り当てることで、無線基地局が通信を行う複数の帯域の移動端末局の数のバランスを保つようにすることを特徴とするものである。

次に、本発明の実施形態の構成について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の移動体通信システムの一構成例を示す図である。

図１に示すように、本発明の移動体通信システムは、複数の周波数帯域（例えば帯域１および帯域２とし、帯域１を２ＧＨｚ帯、帯域２を８００ＭＨｚとする）を運用できる無線基地局（ＢＴＳ）１と、同様に複数の周波数帯域を運用できる移動端末局（ＭＳ）２にて、通信を行う。ＢＴＳ１とＭＳ２は、各々の周波数帯域にて、個別に送受信周波数を設定し、かつ同時に送受信を行うことで同時双方向の通信を可能としている。
[帯域１]
上り周波数（ＢＴＳ１受信周波数／ＭＳ２送信周波数）＝１９５０ＭＨｚ
下り周波数（ＢＴＳ１送信周波数／ＭＳ２受信周波数）＝２１４０ＭＨｚ
[帯域２]
上り周波数（ＢＴＳ１受信周波数／ＭＳ２送信周波数）＝８３７．５ＭＨｚ
下り周波数（ＢＴＳ１送信周波数／ＭＳ２受信周波数）＝８８２．５ＭＨｚ
また、ＢＴＳ１は、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）３と接続し、局間信号（Ｉｕｂ信号）７の授受を行う。すなわち、ＢＴＳ１よりＲＮＣ３に対してＭＳ２との通信情報を報告し、かつＲＮＣ３よりＢＴＳ１に対して必要な制御を施す局間データ通信を行う。

ＢＴＳ１は、通信エリア５を基本的なＭＳ２の通信可能範囲として、ＭＳ２のほかの複数のＭＳ８との間で同一周波数の電波（搬送波）を用い、各ＭＳに対して異なる符号を割り当てて通信を行う符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ方式）で無線通信を行う。

そして、本実施形態におけるＢＴＳ１は、新規に発着信を受付するＭＳに対しては伝搬損失の大きい２ＧＨｚ帯の周波数帯域を優先的に割り当てるようにする。

次に、本実施形態の移動体通信システムの動作について図面を参照して詳細に説明する。

図１にて、ＢＴＳ１はＭＳ２、およびＭＳ２のほかの複数のＭＳ８と帯域１（２ＧＨｚ帯）、あるいは帯域２（８００ＭＨｚ帯）にて通信を行っている。

本発明の動作をＢＴＳ１とＭＳ２の間の通信に関して説明を行う。

ＢＴＳ１は、ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）とその他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）の割合（Ｅｂ／Ｎｏ＝ＳＩＲ）を監視しており、その値をＩｕｂ信号にてＲＮＣ３に対して報告する。なお、ＭＳ２のほかの複数のＭＳ８よりの通信電界は雑音信号としてみなされる。

ＲＮＣ３では、ターゲットＳＩＲ（Ｅｂ／Ｎｏの最適値）を設定しており、ＢＴＳに対してＢＴＳよりＭＳへの通信電力（下り信号）レベル、およびＭＳよりＢＴＳへの通信電力（上り信号）レベルを加減させることで、ＢＴＳ１の通信エリア５内に在る複数のＭＳとの通信電界バランスを保っている。

今、ＲＮＣ３がターゲットＳＩＲ＝−１０ｄＢに設定しているものとし、各場面において動作の説明を行う。
[場面１]
・ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）＝１０ｄＢμＶ
・その他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）＝５０ｄＢμＶ
の場合
ＳＩＲ（場面１）＝Ｅｂ／Ｉｏ＝１０ｌｏｇ（１０／５０）＝−７ｄＢ
すなわち、ＢＴＳ１がＲＮＣ３に報告するＳＩＲ（場面１）は、
ＳＩＲ（場面１）＞ターゲットＳＩＲ
であるから、ＲＮＣ３はＢＴＳ１に対してターゲットＳＩＲに近づくよう下り信号レベル制御を行う。

ＢＴＳ１は、ＭＳ２に対して下り信号レベルを下げ、かつＭＳ２に上り電力を下げさせる（または、ＭＳ２のほかの複数のＭＳ８に対して下り信号レベルを上げ、かつ上り電力を上げさせる）。

例えば、ＭＳ２に対して上り電力レベルを５ｄＢ下げさせれば、
・ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）＝５ｄＢμＶ
・その他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）＝５０ｄＢμＶ
となり、
ＳＩＲ（場面１’）＝Ｅｂ／Ｉｏ＝１０ｌｏｇ（５／５０）＝−１０ｄＢ
この結果、ＢＴＳ１は、通信エリア５内に在る複数のＭＳとの通信電界バランスを保つことができる。
[場面２]
・ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）＝２ｄＢμＶ
・その他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）＝５０ｄＢμＶ
の場合、
ＳＩＲ（場面２）＝Ｅｂ／Ｉｏ＝１０ｌｏｇ（２／５０）＝−１４ｄＢ
すなわち、ＢＴＳ１がＲＮＣ３に報告するＳＩＲ（場面１）は、
ＳＩＲ（場面２）＜ターゲットＳＩＲ
であるから、ＲＮＣ３はＢＴＳ１に対してターゲットＳＩＲに近づくよう下り信号レベル制御を行う。

ＢＴＳ１は、ＭＳ２に対して下り信号レベルを上げ、かつＭＳ２に上り電力を上げさせる（または、ＭＳ２のほかの複数のＭＳ８に対して下り信号レベルを下げ、かつ上り電力を下げさせる）。

例えば、ＭＳ２に対して上り電力レベルを３ｄＢ上げさせれば、
・ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）＝５ｄＢμＶ
・その他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）＝５０ｄＢμＶ
となり、
ＳＩＲ（場面２’）＝Ｅｂ／Ｉｏ＝１０ｌｏｇ（５／５０）＝−１０ｄＢ
この結果、ＢＴＳ１は、通信エリア５内に在る複数のＭＳとの通信電界バランスを保つことができる。

しかし、場面２の動作は、ＭＳ２がまだなお上り電力（ＭＳ２の送信電力）レベルを上げる余裕のある場合においてのみ行える動作である。

図１において、仮にＭＳ２がＢＴＳ１の通信エリア５の端に近い場所にあったり、ＭＳ２が移動中にＢＴＳ１との間に住宅や森林等の障害物を挟んでいたりすることにより、既に場面２の初期段階においてＭＳ２の送信電力を上限まで設定していた場合、ターゲットＳＩＲに到達せず、通信の維持が困難な状態となる。

帯域１（２ＧＨｚ帯）と帯域２（８００ＭＨｚ帯）において上記で説明した通信の維持が困難な状態となる確率を考慮した場合、一般的に２ＧＨｚと８００ＭＨｚの伝播損失の違いにより帯域１（２ＧＨｚ帯）の方がより顕著に通信維持が困難な状態となりやすいと言える。

本実施形態の動作は、これらの理由に起因する障害発生の場合において、通信維持に寄与するものである。

すなわち、ＢＴＳ１とＭＳ２が複数の周波数帯域（帯域１（２ＧＨｚ帯）、帯域２（８００ＭＨｚ帯））との運用が可能な場合、今通信中の帯域１から帯域２へと運用切り替えを行うことにより通信を維持するものである。

一般に、周波数により伝播損失が異なる（伝播損失は周波数に左右される）ことが既に知られている。
伝播損失＝Ｌ、通信間距離＝ｄ、波長＝λとすると、
Ｌ＝２０ｌｏｇ（４πｄ／λ）
上り周波数について、帯域１と帯域２の伝播損失を比べると、
Ｌ（帯域１）−Ｌ（帯域２）
＝２０ｌｏｇ｛（４πｄ／λ（帯域１））／（４πｄ／λ（帯域２）｝
＝２０ｌｏｇ｛（λ（帯域２））／（λ（帯域１）｝
λ（帯域１）＝ｃ（伝播速度）／ｆ（帯域１周波数）
λ（帯域２）＝ｃ（伝播速度）／ｆ（帯域２周波数）
であるから、
Ｌ（帯域１）−Ｌ（帯域２）
＝２０ｌｏｇ｛ｆ（帯域２周波数）／ｆ（帯域１周波数）｝
＝２０ｌｏｇ（１９５０／８３７．５）
＝７．３（ｄＢ）
従って、帯域１の伝播損失は、帯域２のそれよりも７．３ｄＢ大きい。

すなわち、ＭＳ２が帯域１から帯域２へ同一出力値で送信周波数を切り替えた場合、ＢＴＳ１で受信する上り電界レベル（Ｅｂ）は、７．３ｄＢ上がる。

場面２の場合、ＭＳ２に対して上り電力レベルを３ｄＢ上げさせれば、
・ＭＳ２よりの通信電界（上り信号＝Ｅｂ）＝５ｄＢμＶ
・その他の電界（雑音信号＝Ｎｏ）＝５０ｄＢμＶ
となり、
ＳＩＲ（場面２’）＝Ｅｂ／Ｉｏ＝１０ｌｏｇ（５／５０）＝−１０ｄＢ
となるのだから、帯域切り替えによる電界レベル上昇分で、ＢＴＳ１はＲＮＣ３の要求に対応できる。

以上の動作により、既に場面２の初期段階において、ＭＳ２の送信電力を上限まで設定していた場合、帯域１から帯域２へと運用切り替えを行うことで、ＢＴＳ１はＭＳ２との通信を維持することが可能となる。

またこのとき、運用切り替えにより帯域１の通話が減り、帯域２の通話が増えることによるバランスの崩れを補うために、新規に発着信を受付するＭＳに対しては優先的に帯域２を割り当てることで帯域１と帯域２を使用しているＭＳの数のバランスを保つようにすることを特徴とする。

図２にて、帯域１から帯域２への運用切り替えについて実施形態の動作推移を示す。
（１）時刻：Ｔ0〜Ｔ1
ＢＴＳ１からＭＳ２に対して、上り電力レベルを下げる制御を行い、ターゲットＳＩＲへ収束。
（２）時刻：Ｔ1〜Ｔ2
ＢＴＳ１からＭＳ２に対して、上り電力レベルを上げる制御を行い、ターゲットＳＩＲへ収束。
（３）時刻：Ｔ2
ＭＳ２の上り電力レベル上限。ＢＴＳ２からＭＳ２に対して、帯域切り替え制御。
（４）時刻：Ｔ2〜
ＢＴＳ１からＭＳ２に対して、帯域２にて電力レベル制御を行い、ターゲットＳＩＲへ収束。

上記のように構成された移動体通信システムでは、ＢＴＳ１とＭＳ２が複数の周波数帯域（帯域１（２ＧＨｚ帯）、帯域２（８００ＭＨｚ帯））との運用が可能な場合、今通信中の帯域１から帯域２へと運用切り替えを行うことにより、ＢＴＳ１とＭＳ２との間の伝播損失を減らすことができるため、ＳＩＲが改善するとともに、運用切り替えにより２ＧＨｚ帯の通話が減り、８００ＭＨｚ帯の通話が増えることによるバランスの崩れを補うために、新規に発着信を受付するＭＳに対しては優先的に２ＧＨｚ帯を割り当てることにより、ＢＴＳが通信を行う複数の帯域のＭＳの数のバランスを保つようにすることが可能となる。

なお、本実施形態では、ＭＳとＢＴＳ間で使用する周波数帯域が２つの場合を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の周波数帯域を使用する場合でも同様に本発明を適用することができるものである。

本発明の一実施形態の移動体通信システムの一構成を示す図である。 本発明の一実施形態の移動体通信システムの動作を説明するための図である。 従来の移動体通信システムを示す図である。 従来の移動体通信システムにおけるＢＴＳ間ハンドオフを示す図である。

符号の説明

１ 無線基地局（ＢＴＳ）
２ 移動端末局（ＭＳ）
３ 無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）
４ 無線基地局（ＢＴＳ）
５ ＢＴＳ１の通信エリア
６ ＢＴＳ４の通信エリア
７ 局間信号（Ｉｕｂ信号）
８ 移動端末局（ＭＳ）
１１ 無線基地局（ＢＴＳ）
１２ 移動端末局（ＭＳ）
１３ 無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）
１４ 無線基地局（ＢＴＳ）
１５ ＢＴＳ１１の通信エリア
１６ ＢＴＳ１４の通信エリア

Claims (4)

1. 複数の無線基地局と、該複数の無線基地局の通信エリア内を移動する少なくとも１つ以上の移動端末局とを備え、前記移動端末局と前記無線基地局との間で使用する周波数帯域を、複数の周波数帯域の中から選択して切り替える移動体通信システムにおいて、
   前記無線基地局は、新規に発着信を受付する移動端末局に対しては伝搬損失の大きい周波数帯域を優先的に割り当てることを特徴とする移動体通信システム。
2. 前記無線基地局と前記移動端末局との間で使用可能な複数の周波数帯域が、２ＧＨｚ帯の第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも伝搬損失の小さい８００ＭＨｚ帯の第２の周波数帯域とから構成される請求項１記載の移動体通信システム。
3. 複数の無線基地局と、該複数の無線基地局の通信エリア内を移動する少なくとも１つ以上の移動端末局とを備えた移動体通信システムにおいて、前記移動端末局と前記無線基地局との間で使用する周波数帯域を複数の周波数帯域の中から選択して切り替えるための周波数帯域切り替え方法において、
   前記無線基地局は、新規に発着信を受付する移動端末局に対しては伝搬損失の大きい周波数帯域を優先的に割り当てるステップを有することを特徴とする周波数帯域切り替え方法。
4. 前記無線基地局と前記移動端末局との間で使用可能な複数の周波数帯域が、２ＧＨｚ帯の第１の周波数帯域と、前記第１の周波数帯域よりも伝搬損失の小さい８００ＭＨｚ帯の第２の周波数帯域とから構成される請求項３記載の周波数切り替え方法。

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