JP2001513968A - 強化されたセルラ通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ無線通信システムである。基地局は、各基地局が隣接する基地局の有効サービス範囲の区域と重複しない有効サービス範囲の区域を有するように配置されている。かくして、基地局間には縮小されたサービス範囲の区域が生ずる。特定の基地局の有効サービス範囲の区域外にある送信局がその基地局にメッセージを送信したいとき、そのメッセージは他の１つの移動局によって宛先基地局に中継される。この中継局は宛先基地局の有効サービス範囲の区域内、または縮小されたサービス範囲の区域内に配置されうる。送信局、宛先局および中継局は全て縮小されたサービス範囲の区域内に配置された移動局でありうる。縮小されたサービス範囲の区域内では、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネルのような資源が、この資源を局間で有効に共有するように削減ベースで使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 強化されたセルラ通信システム発明の背景 この発明は、セルラ無線通信システム内の局間でデータ送信する方法、およ びこの方法を使用するシステムに関する。 従来のセルラ無線通信システムは、それぞれがサービス範囲のセルを規定す る複数の基地局を備える。移動局は、それらが関連したセル内にあるならば、基 地局と通信可能である。所定の地形的な領域の完全なサービス範囲を提供するた めに、基地局の位置は、セルが重複して「不感」領域を最小化または排除するよ うに選択される。 上記配置は、各セルが、干渉のない中央区域と、隣接するセルの１以上の外 側区域と重複して干渉が起こる外側区域とを有する、という効果を持つ。後者の 領域では、１つの基地局に送信する移動局は、隣接するセルの基地局に干渉する 。加えて、重複区域では、隣接する基地局から移動局への送信は互いに干渉する 。 基地局は、それらが、重複する外側区域内の他の局と通信する資源（例えば 、タイムスロット、周波数チャネルまたは拡散コード）を共有しなければならな いので、この干渉は能力の減少を引き起こす。 この問題を扱うために、従来のセルラ・ネットワークは、干渉を回避するた めに隣接する局が異なる資源（例えば、異なる周波数および／または異なるタイ ムスロット）を使用して送信するように配置されている。マルチ・セル・ネット ワークでは、このことは種々の基地局間における高レベルの時間同期を必要とす る。 与えられた資源は隣接する基地局によって同時には使用できないので、これ らの基地局によって提供される能力が、例えばアーラン／セル／Ｈｚで測定して 減少する。加えて、外側区域から送信する局は、基地局に到達するためにより大 きな電力を使用しなければならない。このことは結果的に、移動局の電池寿命を 減少させ、また移動局を高価なものにする傾向にある。発明の要約 本発明によると、複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ無線通信 システム内の局間でデータ送信する方法であって、各基地局が、隣接する基地局 の有効サービス範囲の区域と重複しない有効サービス範囲の区域を有するように 、複数の基地局を配置し、これによって基地局間の縮小されたサービス範囲の区 域を規定し、そして宛先基地局の有効サービス範囲の区域外にある送信局から前 記宛先基地局へのデータメッセージを少なくとも１つの移動局を経由して中継す る方法が提供される。 宛先局は基地局であってもよく、また送信局は移動局であってもよい。この 場合、前記少なくとも１つの中継局は、宛先基地局の有効サービス範囲の区域内 に配置され得る。 送信局からのデータメッセージは、その代わりにまたは加えて、前記宛先基 地局に関する縮小されたサービス範囲の区域内に配置された少なくとも１つの中 継局によって中継され得る。 宛先局、送信局および前記少なくとも１つの中継局は、全て移動局であって もよい。 各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、好ましくは、基地局に よって使用される少なくとも１つの資源が削減されている区域である。 資源は、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効率および コードを含むことができる。 資源は、好ましくは、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する 区域中の２以上の基地局間で共有されることによって、削減されている。 メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移動局 に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信電 力を調整することができる。 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロット、 周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整すること ができる。 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局間の データ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときにメッセージを適 時中継することによって、他局と資源を共有することができる。 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局間の データ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、十分に 低い電力でメッセージを中継することができる。 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局間の データ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増加さ れた信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッセー ジを適時中継することができる。 本発明によると、更に、複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ無 線通信システムであって、各局は、他局へデータ送信および他局からデータ受信 可能であり、基地局は、各基地局が、隣接する基地局の有効サービス範囲の区域 と重複しない有効サービス範囲の区域を有するように配置され、これによって隣 接する基地局間の縮小されたサービス範囲の区域を規定し、移動局は、宛先基地 局の有効サービス範囲の区域外の送信局から受信したデータメッセージを宛先基 地局へ中継するため適用されることを特徴とする通信システムが提供される。 好ましくは、各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、各基地局 によって使用される少なくとも１つの資源が削減されている区域である。 資源は、例えば、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効 率またはコードを含むことができる。 資源は、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する区域中の２以 上の基地局間で共有されることによって、削減されることができる。 メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移動局 に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、好ましくは、中継局 はその送信電力を調整するように適用されうる。 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロット、 周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整するよう に更に適用されてもよい。 中継局は、好ましくは、基地局へのおよび基地局からの、および／または他 の移動局間のデータ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときに、 または十分に低い電力レベルで、メッセージを適宜中継することによって、他局 と資源を共有するように適用される。 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局間の データ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増加さ れた信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッセー ジを適宜中継するように適用されてもよい。図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照し、例だけによって、より詳細に説明される。 図面において、 図１は、従来のセルラ・ネットワーク中のセルのサービス範囲を示す概略構 成図、 図２は、従来のセルラ・ネットワークのいくつかの基地局及び移動局を示す 、より詳細な構成図、 図３は、本発明によるネットワーク中の固定局のセルラ・サービス範囲を示 す、図１と同様の概略構成図、 図４は、図２のネットワークに適用された本発明の効果を示す、より詳細な 構成図、 図５および６は、本発明によるセルラ・ネットワークの一実施例の動作を示 す概略構成図、 図７ａから７ｃは、本発明のセルラ・ネットワークの一実施例におけるタイ ムスロットの使用を示す図、 図８は、本発明の一実施例の動作を示すフローチャートである。実施例の説明 本発明では、種々の基地局間で干渉する区域が存在しないように、有効サー ビス範囲の重複しない区域を規定する複数の基地局（これらは通常、その必要は ないが、固定されている）を備えるセルラ・ネットワークが提供される。有効サ ービス範囲（またはセル部分）の区域は、サイズを固定できるか、動的に変化さ せることができる。このことは、他の基地局の送信に関係なく、各基地局が利用 可能な資源（例えば送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、またはコ ード）の十分な使用を可能にする。これは各基地局の能力を効果的に増加する。 この配置の明瞭な結果は、有効サービス範囲がない基地局間の「穴」または 「不感」区域、即ち縮小されたサービス範囲の区域が存在するという点である。 その内部では、他局と通信することを希望するこれら区域内の局（典型的には移 動局）は、限られた資源だけを利用可能である。従来のセルラ通信システムでは 、移動局またはハンドセットは、これら不感区域内では通常は使用できない（か 、またはそれらが利用可能な資源が限られる）。しかしながら、他の移動局から のメッセージを関連するセルに中継可能な移動局を使用することによって、十分 な移動局が存在するならば、全ての利用可能な資源に対して完全なサービス範囲 を得ることができる。十分な移動局が存在する場合は、高い資源要求はなく、そ して限られた利用可能な資源が十分な能力を与える。それ故、ネットワークは自 己変動し、より多くの局がセル中に存在すればするほど、基地局における資源の 十分な使用に起因してより大きな能力が利用可能になる。 好ましい移動局（送受信機）は、ＰＣＴ特許出願番号ＷＯ９８／１９８８７ に記載されている。その内容は参照によってここに組み入れられる。 上述した特許出願に記載されている移動送受信機は、送信局からのメッセー ジを宛先局に中継するために、それらと他の局との間でデータメッセージを適宜 送信することによって、動作する。このような送受信機は、上述したように組織 化されたセルラ通信システムに利益をもたらすように使用できる。それらは、セ ルラ・ネットワーク自体が簡素化される組織化を許容する一方で、隣接するセル 間のサービス範囲の隙間を効果的に埋める。同時に、ネットワーク容量は最大化 され、また移動送受信機の送信電力は最小化される。 図１は、従来のセルラ・ネットワーク内のセルラ・サービス範囲の重複を、 非常に単純化された手法で示している。ここでは、７つの図示されたセルのそれ ぞれが、干渉のない内側区域と、１以上の隣接するセルと重複し、そして干渉す る外側区域とを有している。 図２は、７つの基地局ａ〜ｇと、９つの移動局１〜１０とを備えた従来のセ ルラ・ネットワークのより現実的な模式的表現を示している。基地局ａ〜ｇは、 サービス範囲の重複領域を有しているように見える。この重複領域は、基地局が 使用できる資源を制限する。移動局９は、基地局ａ，ｄおよびｅの有効サービス 範囲内にあるように見える。移動局９は、基地局ａと通信する一方で、基地局ｄ およびｅと干渉し、これによって基地局ｄおよびｅにおける資源の使用を制限す る。また、移動局１および６は、移動局９と同じ資源を使用して、基地局ａと通 信できないように見える。 図３は、本発明の配置を極めて単純化された手法で示している。ここでは、 隣接するセルのサービス範囲は重複しておらず、セル間に「不感」区域（即ち、 縮小されたサービス範囲または削減された資源の利用可能性の区域）が残されて いる。 図４は、図２の配置に適用された本発明の概念を示している。各基地局（お よび選択的に移動局）の送信電力を低減することによって、基地局間におけるサ ービス範囲の重複区域の問題は回避される。更には、移動局１，６および９と全 ての基地局はそれぞれ、同じ資源を同時に使用することができるように見える。 図５では、重複していない１６のセル（１〜１６で番号付けされた）が示さ れている。これらのセルは、それぞれの固定または基地局のサービス範囲の領域 に対応している。１７〜２９で番号付けされた小さい円は、セル１〜１６間の縮 小された資源利用可能性の「不感」区域内に配置されているそれぞれの移動局に よる典型的な送信のサービス範囲の領域を表わしている。３０〜３９で番号付け された小さい円は、セル１〜１６のいくつかの中にあって、それぞれの基地局と 同時に直接通信する移動局のそれぞれによる典型的な送信のサービス範囲の領域 を表わしている。後者の条件は、円３０〜３９と関連するセル１〜１６の中心と の重複によって表示される。 円１７〜２９の間に重複がないことは、それによって表わされるサービス範 囲の領域の間に干渉がないことを示している。また、円１７〜２９はセル１〜１ ６の中心と重複してないので、移動中継局は基地局と干渉しない。同時に、各基 地局はそれ自身のタイムスロットを使用できる必要があり、そしてこのことは、 そのタイムスロットの間に各基地局に送信されるデータを示す円３０〜３９によ って表わされいる。円３０〜３９は、それらが入っているセル１〜１６の中心と それぞれ重複するだけであるので、それによって表わされる移動局は隣接するセ ルの基地局とは干渉しない。また、円３０〜３９は、円１７〜２９とは重複しな いので、中継器として作用する移動局とは干渉しない。それ故、各基地局はその タイムスロットを使用する。次の送信では、データは中継局（１７〜２９）のそ れぞれから基地局に送られ、そしてタイムスロットの損失は起こらない。このこ とは、このことを達成するために実行されなければならない比較的簡単な規則だ けで、１００％の地形的サービス範囲を確保しながら、全セルにおける全タイム スロットの１００％の使用が可能であることを意味する。 基地局セルに送信する場合、セルのサービス範囲の領域外の移動局は、基地 局に干渉せず、しかもその送信が基地局の最低雑音以下となることを保証する手 法で、基地局のサービス範囲領域内の移動局に届く十分な信号対雑音比を同時に 持ちながら、中継局にデータを送信しなければならない、ということが規則にな る。異なる規則は、基地局にデータを送るために特別なタイムスロットを使用し ている移動局は、そのデータを受信する、基地局のサービス領域外の移動局の代 わりに中継器として作用する移動局と干渉すべきでない、ということである。 種々の小円間には重複がないので、これらの局間には干渉はない。それ故、 同時に行われる２種類の送信がある： １． セル内の移動局に中継するセル・サービス範囲の外側の移動局（１７ 〜２９）。 ２． セルの基地局と直接通信するセル・サービス範囲の内側の移動局（３ ０〜３９）。 上記は、移動局（３０〜３９）がそれ自身用に送るデータ、またはそれらが 前のタイムスロットでセル・サービス範囲の外側の局から受信したデータを有し ていることを仮定している。 種々の送信間で干渉がないことの効果は、図５に小円によって示されている 。中継器として作用する如何なる移動局にとっても、タイムスロットを使用し、 そして中継器と干渉することがなく、また中継器にとっては基地局と干渉するこ とのない手法で、データを基地局に送信するために、セル内の移動局を見出すこ とが常に可能であるべきであることは明瞭である。 ２つの送信が同時に同一周波数、同一タイムスロットで単一のセル内に発生 する効果は、各セル内で重複していない２つの円によって示されている。言うま でもなく、各送信ホップの場合は、これらの送信期間中に、より少ない領域がカ バーされる（またはより多く排除される）ことを確実にするために、２つの小さ いホップが作られるが、基本原則は十分に示されている。 適時ホッピングは、各基地局において全タイムスロット資源の１００％の使 用を許容し、そして複数の周波数またはコードが利用可能であれば、これらもま た１００％使用可能である。最良でも資源全体の一部だけが各基地局で利用可能 である従来のセルラ構造において典型的なものである、重要なタイミングと周波 数の同期なしに、簡単な適時ホッピング技術を通して、各基地局における利用可 能な資源の１００％が使用可能となる。 このような効果は、加入者中継を使用しないセル構造では不可能である。実 際の地形的サービス範囲計画が使用される場合は、この問題は極めて悪化する。 シャドウおよびフェージングおよび雑音効果が考慮される場合は、従来のセルラ 技術の使用は、周波数の再使用またはタイムスロットの再使用を制限し、周波数 計画スキームを要求する。このことは、各基地局で利用可能な資源を更に減少さ せる結果となる。 本発明の実用的システムを実施するために必要とされる基本手順は簡単であ り、次のように要約できる。 インバウンド送信（即ち、セル・サービス範囲領域外の移動局から基地局へ のメッセージの流れ）のためには： １． 隣接するセル間の「不感」領域にあるセルの外側にある移動局は、そ のデータをセルの１つの内側にある移動局に送信する必要がある。 ２． セル外の移動局はこのことを行うために、３つの隣接するセルの１つ （またはより複雑な地域ではそれ以上）を適時選択し、それからセル内の移動局 の１つにデータを送信することによって、そのセルにデータを送信する。 ３． このことは、他の１つの移動局からセル内の基地局に送るデータの送 信によって干渉していない適時選択された移動局にデータを送信することに基づ いて、適時に行われる。 ４． この送信は、サービス範囲領域内の移動局に対し、サービス範囲領域 の外側の移動局によって、基地局と干渉しない手法でなされる。このことは図５ に模式的に示されている。ここでは、送信（複数）が同じセル内で同じ周波数で 互いに干渉することなく行われる。少なくとも２つの送信が１つのセルで同時に 、同じタイムスロット、同じ周波数位置またはコード位置で行われる。 ５． 次の利用可能なタイムスロットでは、セル・サービス範囲領域内の移 動局は、基地局で受信されているデータを送信する。 ６． 同時に、次の利用可能なタイムスロットでは、セル・サービス範囲領 域外の他の局は、それらのデータをサービス範囲領域内の移動局に送信できる。 ７． 上述した手順は、基地局に対してタイムスロット毎に干渉することな く連続して供給されるデータを有した適時のバケット・ブリゲード・サイクルに 後続することができ、これにより基地局の１００％使用が確実になる。 アウトバウンド送信（即ち、基地局からセル・サービス範囲領域外の移動局 へのメッセージの流れ）のためには： １． 固定ネットワークは、セル・サービス範囲領域外の移動局にデータを 送信する必要がある。 ２． このネットワークは、加入者に近い３つの隣接するセルの１つ（また はより複雑な地域ではそれ以上）を適時選択する。 ３． このことは、ビジーでない基地局にデータを送信することに基づいて 、適時に行われる。 ４． 基地局はそれから、サービス範囲領域外の移動局に連続するタイムス ロットでデータを送信可能な、そのサービス範囲領域内で適時選択された移動局 （３０〜３９）にデータを送信する。同時に、先行する送信でデータを受信した 移動局（３０〜３９）は、サービス範囲領域外の移動局（１７〜２９）にデータ を送信している。 ５． このことは図６に模式的に示されている。ここでは、送信（複数）が 同じセル内で同じ周波数で互いに干渉することなく行われる。少なくとも２つの 送信が１つのセルで同時に、同じタイムスロット、同じ周波数位置またはコード 位置で行われる。 ６． 次の利用可能なタイムスロットでは、セル・サービス範囲領域内の移 動局は、セル・サービス範囲領域外の移動局で受信されているデータを送信する 。 ７． 同時に、次の利用可能なタイムスロットでは、基地局は、中継器とし て作用する他の１つの移動局に、または直接セル・サービス範囲領域内の移動局 にデータを送信できる。 ８． 上述した手順は、中継器として作用する移動局によって、基地局から 基地局に対して干渉することなくタイムスロット毎に連続して供給されるデータ を有した適時のバケット・ブリゲード・サイクルに後続することができ、これに より基地局の１００％使用が確実になる。 この基本的方法は、各タイムスロットに各セルの少なくとも２つの同時送信 を含んでいる： １． 基地局は、セル・サービス範囲領域（図６）内の移動局、またはセル ・サービス範囲領域内の適時選択された中継器に直接データを送信する。この中 継器は、そのデータをサービス範囲領域外の局に転送できる。 ２． 同時に、中継器は、同じセル又は隣接するセル内の基地局によって同 時送信の意図された受信者が干渉されないように、セル・サービス範囲領域外の 移動局にデータを送信する。 簡単なシミュレーション技術は、同じ規則が使用される同じ効果を有効にし たまま、これを単一のタイムスロット／周波数スロット資源管理から複数のタイ ムスロット、または複数のコードスロットまたは複数の周波数に拡張できる。 言うまでもなく、移動電話ネットワークでは、トラフィックの流れは双方向 であり、基地局で利用可能な資源の使用を最良にするために、アウトバウンドお よびインバウンド規則は組み合わされ、タンデム式に作用する。 図７は、図４のネットワーク内で遠方にある移動局が、他の移動局を経由し て中継することによって、如何にして基地局ａと通信するかを示している。それ はまた、各タイムスロット内の３つの移動局が、如何にして同じ資源を使用でき るかを示している。更には、基地局ａはタイムスロット毎に同じ資源を使用し、 これにより基地局の資源を１００％使用しているように見える。この図は、基地 局に移動するデータを示している。即ち、第１のタイムスロットの間に、移動局 １はそのデータを移動局２に送信する。次のタイムスロットの間に、移動局２は そのデータを移動局３に転送する。第３のタイムスロットの間に、移動局３はそ のデータを基地局に転送する。他方の方向に移動するデータに対しては、シーケ ンスの順序は逆になる。 移動局の数が減少または増加するときに、このシステムはその電力のアップ またはダウンを適用する。加えて、高い搬送波対干渉比を必要とするが、利用可 能な資源をよりよく使用する高効率の変調が使用でき、アーラン／セル／Ｈｚで 測定した基地局の能力を更に改善する。１つの領域内に限られた数の移動局があ るときは、基地局と移動局はより多くの電力を使用する。このことは、各基地局 にサービス範囲を拡大し、また各基地局で利用可能な資源の数を減少させる。し かしながら、少しの移動局だけがあるときは、基地局は全ての資源を必要とはし ない。 より多くの移動局が１つの領域内に移動するときは、移動局と基地局はそれ らの電力を低下させる。また、上述したように、より高い効率の変調が使用でき る。このことは、各局のサービス範囲を縮小し、各基地局で利用可能な資源の数 を増加させる。より高い効率の変調は資源の使用をより有効にし、これにより利 用可能な有効能力を増加させる。このように、このシステムは移動局の数に対し て自己適用する。 移動局の数が増加するにつれ、基地局に到達するに必要なホップの数もまた 増加するように見える。また、移動局から新規のデータが３タイムスロット毎に 送信できるように見える。このことは、ホップの長い連鎖では、任意の与えられ た瞬間にその連鎖中に２以上のパケットがありうることを意味する。このことは バケット・ブリゲード効果をもたらす。しかしながら、基地局に到達するために 特別なデータパケットを必要とする時間はホップ数の直接関数となる。 従来のＧＳＭセルラシステムでは、移動局は基地局と８タイムスロット毎に 通信するだけである。このことは、既存のＧＳＭセルラシステムに基づいたシス テムは、８ホップを許容し、そして移動局が基地局と同じ合計遅延時間で通信す ることを許容することを意味する。しかしながら、合計遅延時間を増加すること が問題でない場合は、より多くのホップが使用できる。 従来のＧＳＭセルラシステムには、基地局に対する移動局の存在を示すため に、そして呼に対するタイムスロットをセットアップするために使用されるラン ダム・アクセス・チャネルがある。このランダム・アクセス・チャネルは、多重 ホップに対する呼をセットアップするために使用されうる。 移動局が直接基地局と通信できる場合は、それはランダム・アクセス・チャ ネル上で受信することができる全ての移動局のリストと、その移動局を受信する 電力レベルとを基地局に送る。基地局はそれから、どの移動局を直接受信するこ とができるか、そして移動局を中継することによって、どの移動局に間接的に到 達することができるかを決定することが可能になる。移動局の数が増えるに従っ て、基地局と移動局はそれらの電力を下げるので、ランダム・アクセス・チャネ ルは混雑しない。かくして、特定の資源が異なる局によって同時に使用できるの と同様にして、ランダム・アクセス・チャネルもまた使用できる。 移動局がそのリストを基地局へ送るときに、他の移動局は、その移動局がリ ストを送ることを受信することになる。それから他の移動局は、この特定の移動 局が基地局と連絡していることを知る。基地局と直接通信できない移動局は、そ れらが受信することができる移動局のリストを、その基地局と通信できる移動局 に送る。次に、これら移動局を受信している移動局は、それらのリストをこれら 中間の移動局等に送ることができる。 基地局は、この接続データの全てを収集可能になり、そしてどの移動局が他 のどの移動局を受信することができるかを決定可能になる。基地局はそれから、 自らが直接到達することを希望する移動局の数に基づいて自己の電力を適用する 。基地局はまた、移動局にメッセージを返送して、どれだけの電力を使用するか を伝える。 それ故、基地局は、それ自身の電力レベルおよびその領域内の移動局の電力 レベルを制御する。加えて、基地局は、それ自身およびその領域内の移動局によ って使用される変調効率および関連する必要な搬送波対干渉比を制御する。 基地局は今、その領域内の全ての移動局のリストを持ち、また各移動局の接 続を知っているので、呼が発生したときに、どの移動局にも資源を割り当てるこ とができる。基地局はまた、呼出中の移動局に対する資源割当を変更することが できる。このことは、例えば同じ資源を使用する２つの移動局が呼出中に接近す る場合に必要である。 移動局が、２つの異なる基地局と通信可能な２つの異なる移動局から受信す る場合、それはこれらの移動局を経由して両方の基地局にリストを送る。それ故 、遠方にいる移動局は２以上の基地局のリストを呈示する。このことは、基地局 が呼出中の移動局を１つの基地局からもう１つの基地局に手渡すことを可能にす る。 移動局が他の移動局または基地局から受信しない場合、それは自己の電力を 移動局または基地局が応答するまで増加させる。このことは、新たな移動局が、 遠方の領域にある場合に、ネットワーク中に入ることを可能にする。その移動局 がネットワークの一部になると、基地局は直ちにその移動局の電力と資源を制御 し始める。 移動局の対等性は、各基地局にコンピュータを必要とする。しかしながら、 セルラ・ネットワーク内の移動局が通常はそれほど速く移動しないこと、そして 全ての移動局がどの与えられた瞬間にも呼出中であるわけでないことを考慮する と、そのコンピュータは簡単に資源の配置を扱うことができるべきである。その 領域の資源とその領域の移動局の電力レベルを任されている基地局を配置するこ とによって、移動局はそれ自身で複雑なハードウエアやソフトウエアを必要とし なくなる。このことは移動局の煩雑性とコストを低減する。 基地局はそのサービス範囲の区域内の全ての移動局の資源と電力レベルとを 制御しているので、それは移動局がその電力レベルを調整することによって使用 するホップの数を決定できる。それ故、基地局は、移動局と基地局の間のホップ の数を増加することによって、移動局によって使用される電力を減少することが できる。このことは移動局の電池寿命を増加させることになる。更に、移動局は また、それらの電池レベルを基地局に示すことができる。基地局はそれから、限 られた電池資源の移動局を経由するメッセージのルート付けをしないように選択 し、むしろ主電源や、車両のカーキット等に接続されている移動局を経由するよ うにルート付けする。 基地局を制御するために好ましいアルゴリズムのフローチャートが図８に示 されている。基地局は、移動局が規則的にチェックインしてそれらの状態を報告 するランダム・アクセス・チャネルを絶えず監視している。移動局がそれらの状 態を報告するとき、それらはチェックインしようとする基地局へ移動局回線損失 テーブルを提供する。加えて、移動局はそれらの電池状態を報告する。移動局回 線損失テーブルは、移動局からそれが受信できる全ての他の局への回線損失を与 える。個別の移動局は、ランダム・アクセス・チャネルを監視し、そして他の移 動局がこの情報を導き出すために基地局にチェックインすることを監視する。 各基地局は、その存在を領域内の移動局に知らせるブロードキャスト・ペー ジを、分離したページング・チャネル上で送信し、そしてそれらに基地局のサー ビス範囲領域内の移動局の数や、基地局で利用可能な資源の量のような情報を与 える。全ての基地局は同じページング・チャネルを共用することができる。それ 故に、この資源を共有する幾つかは、重複するセルの領域内で移動局を受信する ときに衝突を回避する必要がある。しかしながら、ページング・チャネルは少量 の情報を送信するだけであり、従って基地局で利用可能な資源の少量を使うだけ である。ブロードキャスト・ページは、低い有効データ速度だけを有するので、 必要であれば密に符号化でき、そしてセル全体をカバーするために十分に高い電 力で送信できる。従って、全ての移動局は、少なくとも１つの基地局と潜在的な 複数の基地局のブロードキャスト・ページを受信することができる。 移動局が基地局にチェックインするとき、それらはそれらの送信電力を基地 局に到達するように十分に高く設定するために、基地局のブロードキャスト・ペ ージから得た情報を使用することができる。この開ループ電力制御は、他の基地 局に対する干渉を最小化することを助ける。「不感区域」内から基地局間の疑似 干渉区域にチェックインする移動局は、明らかに１以上の基地局と干渉する。し かしながら、ページング・チャネルに配置された資源は小さく、そして送信は短 いので、どの２つの移動局の送信間にある干渉の可能性は低減される。チェック インのメッセージを送信するために必要な電力は、情報の内容が少ないので、低 減され得る。従って、セルのサービス範囲区域全体にわたって、移動局は基地局 にチェックインすることができる。 移動局によってなされる規則的なチェックイン送信は、種々の基地局が、そ のブロードキャスト・ページのサービス範囲内の全ての移動局間の回線損失を与 えるフルメッシュ回線損失テーブルを発展することを可能にする。加えて、各移 動局からそれが検出できる全ての基地局への回線損失はまた、基地局において得 られる。基地局は、どの移動局が基地局に対しトラフィックを直接送信できるか を、そしてこれが達成される最大データ速度を、移動局で利用可能な送信電力に 基づいて識別する。基地局はまた、どの局が「干渉区域」、即ちそれらが１つの 基地局に送信すると、他の１つの基地局に干渉してしまう区域にいるかを識別す る。基地局はそれから、フルメッシュ回線損失テーブルを使用して、干渉区域内 にいる移動局に対する中継ルートを識別する。 図８に示すように、移動局が基地局にトラフィックを送信希望するときは、 その移動局は周りの基地局の１つに対して能力資源要求をする。この移動局は、 基地局によって送られるブロードキャスト情報に基づいて最良の基地局を選択す る。 基地局はそれから、要求された資源に基づいて、移動局が直接それにアクセ スするか、または中継器を経由して送信するかを決定する。後者の場合、基地局 は、識別された中継器およびその要求をした移動局に直接ページを送って、セル 内のトラフィックの資源マップと隣接するセルで使用されている資源とを考慮し て、どの資源を使用するかを伝える。隣接するセルの情報は、関連する範囲内の 移動局によって使用されている資源だけであるから、基地局間を通過させられる か、またはセル内の移動局のチェックインから得られる。 基地局はそれから、移動局に、それらが送信可能な最大電力を指示したり、 または同じ資源を使用している他の１つの局に干渉するため、それらが送信でき ない基準を設定したりすることができる。例えば、基地局は、図７ａから７ｃに 示されているタイムスロット配列に、資源を配置できる。図８に示すように、局 の移動に伴い、基地局は絶えず資源を再配置し、そして中継器を変更する。上記 の概念は、２以上の中継器が呼び出され得るマルチ・ホップ中継と、移動局から データを中継するように配置された資源に対しては容易に修正される。 双方向データの流れは、上述したものと全く同じ手法で扱われ、資源は基地 局から移動局に、およびその逆に流れるデータのために配置される。 従来の固定ネットワーク内から移動局へ発せられたトラフィックの呼の場合 には、フルメッシュ回線損失テーブルおよび資源テーブルに基づいて、適切な基 地局がそのネットワークによって選択される。宛先移動局および必要な中継器は それから、選択された基地局と配置された資源によって呼び出され、そしてネッ トワークからトラフィックを受信するために準備するように指示される。この方 法の残部は、図８に示され、そして上述されたものと同一である。 記述されたセルラシステムは、宛先基地局へのデータ送信を中継する移動局 を参照して説明されたが、移動局もまたメッセージをフルメッシュベースで任意 の移動局から任意の他の移動局へルート付けできる。「不感区域」内の基地局の サービス範囲の領域の周りで、その基地局に干渉しない手法で、移動局から移動 局へ中継することによって、基地局資源は効果的に再使用される。基地局のサー ビス範囲の区域内の移動局でさえ、その基地局に干渉しない手法で、サービス範 囲の区域外の移動局に送信できる。 メッセージはそれから、「不感区域」内の複数の移動局を経由して中継され 、これにより基地局の能力を減少させること無く、基地局資源を再使用すること ができる。 この方法は、基地局周りの移動局対移動局トラフィックを中継することによ って、どのような基地局資源をも使用すること無く、基地局の負荷を軽減するた めに使用できる。より多くの移動局がネットワークに入ってくると、このネット ワークを伝わる移動局から移動局へのトラフィックをルート付けするために、よ り多くの中継が発生し、これにより基地局の負荷が更に軽減される。 ネットワーク内に少しの移動局しかなく、そして中継移動局が利用できない 場合は、移動局はメッセージ・トラフィックを１つの基地局へ、そして必要であ れば、固定ネットワークを経由して他の１つの基地局へ、それから宛先移動局へ と送ることができる。このネットワークは散在したものであるので、基地局資源 は少ない移動局間で共用される必要があるだけであり、そしてそれ故に必要な能 力は自己適合される。 移動局密度の高いネットワークでは、基地局を経由して送られるメッセージ だけが、移動局へ、または移動局から固定ネットワークへ、または移動局を経由 する中継があまりにも長い遅延を生じさせるか、あるいは中継が利用できない遠 方の移動局へと、送られるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月９日（１９９９．３．９） 【補正内容】請求の範囲 １． 複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ無線通信システム内の局 間でデータ送信する方法であって、 各基地局が、隣接する基地局の有効サービス範囲の区域と重複しない有効サ ービス範囲の区域を有するように、複数の基地局を配置し、これによって基地局 間の縮小されたサービス範囲の区域を規定し、そして送信局から宛先局へのデー タメッセージを少なくとも１つの中継局を経由して中継する方法において、 送信局と宛先局の少なくとも一方は移動局であり、そして 前記送信局と宛先局の他方は、送信局から宛先局へのデータメッセージの送 信が隣接する基地局に干渉しないように、前記基地局に関する縮小されたサービ ス範囲の区域内に配置されることを特徴とする方法。 ２． 宛先局は基地局であり、また送信局は、前記基地局に関する縮小されたサ ービス範囲の区域内に配置された移動局である請求項１の方法。 ３． 前記少なくとも１つの中継局は、宛先基地局の有効サービス範囲の区域内 に配置される請求項１または２の方法。 ４． 送信局からのデータメッセージは、前記宛先基地局に関する縮小されたサ ービス範囲の区域内に配置された少なくとも１つの中継局によって中継される請 求項３の方法。 ５． 各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、基地局によって使用 される少なくとも１つの資源が削減されている区域である請求項１から４のいず れか１つの方法。 ６． 資源は、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効率およ びコードを含む請求項５の方法。 ７． 資源は、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する区域中の２ 以上の基地局間で共有されることによって、削減されている請求項５または６の 方法。 ８． メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移動 局に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信 電力を調整する請求項１から７のいずれか１つの方法。 ９． 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロット 、周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整する請 求項８の方法。 １０． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときにメッセージ を適時中継することによって、他局と資源を共有する請求項１から９のいずれか １つの方法。 １１． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、十 分に低い電力でメッセージを中継する請求項１から９のいずれか１つの方法。 １２． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増 加された信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッ セージを適時中継する請求項１から１１のいずれか１つの方法。 １３． 複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ無線通信システムであ って、 各局は、他局へデータ送信および他局からデータ受信可能であり、また中継 局として作用可能であり、 基地局は、各基地局が隣接する基地局の有効サービス範囲の区域と重複しな い有効サービス範囲の区域を有するように配置され、これによって基地局間の縮 小されたサービス範囲の区域を規定し、 システムは、送信局から受信したデータメッセージを宛先局へ中継するため 適用される通信システムにおいて、 送信局と宛先局の少なくとも一方は移動局であり、そして 前記送信局と宛先局の他方は、送信局から宛先局へのデータメッセージの送 信が隣接する基地局に干渉しないように、前記基地局に関する縮小されたサービ ス範囲の区域内に配置されることを特徴とする通信システム。 １４． 各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、基地局によって使 用される少なくとも１つの資源力梢リ減されている区域である請求項１３の通信 システム。 １５． 資源は、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効率お よびコードを含む請求項１４の通信システム。 １６． 資源は、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する区域中の ２以上の基地局間で共有されることによって、減少されている請求項１５または １５の通信システム。 １７． メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移 動局に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送 信電力を調整する請求項１３から１６のいずれか１つの通信システム。 １８． 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロッ ト、周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整する ように更に適用される請求項１７の通信システム。 １９． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときにメッセージ を適時中継することによって、他局と資源を共有するように適用される請求項１ ３から１８のいずれか１つの通信システム。 ２０． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、十 分に低い電力でメッセージを中継するように適用される請求項１３から１９のい ずれか１つの通信システム。 ２１． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増 加された信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッ セージを適時中継するように適用される請求項１３から１９のいずれか１つの通 信システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ラーセン，マーク，シーベルト 南アフリカ共和国 0081 プレトリア リ ンウッド マノア ダーリントン ロード 22

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 中継局として作用可能な複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセルラ 無線通信システム内の局間でデータ送信する方法であって、 各基地局が、隣接する基地局の有効サービス範囲の区域と重複しない有効サ ービス範囲の区域を有するように、複数の基地局を配置し、これによって基地局 間の縮小されたサービス範囲の区域を規定し、そして送信局から宛先局へのデー タメッセージを少なくとも１つの中継局を経由して中継する方法において、 少なくとも１つの送信局と、宛先局と、前記少なくとも１つの中継局は、縮 小されたサービス範囲の区域内に配置されることを特徴とする方法。 ２． 宛先局は基地局であり、また送信局は移動局である請求項１の方法。 ３． 前記少なくとも１つの中継局は、宛先基地局の有効サービス範囲の区域内 に配置される請求項２の方法。 ４． 送信局からのデータメッセージは、前記宛先基地局に関する縮小されたサ ービス範囲の区域内に配置された少なくとも１つの中継局によって中継される請 求項２または３の方法。 ５． 宛先局、送信局および前記少なくとも１つの中継局は、全て移動局である 請求項１の方法。 ６． 各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、基地局によって使用 される少なくとも１つの資源が削減されている区域である請求項１から５のいず れか１つの方法。 ７． 資源は、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効率およ びコードを含む請求項６の方法。 ８． 資源は、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する区域中の２ 以上の基地局間で共有されることによって、削減されている請求項６または７の 方法。 ９． メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移動 局に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信 電力を調整する請求項１から８のいずれか１つの方法。 １０． 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロッ ト、周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整する 請求項９の方法。 １１． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときにメッセージ を適時中継することによって、他局と資源を共有する請求項１から１０のいずれ か１つの方法。 １２． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、十 分に低い電力でメッセージを中継する請求項１から１０のいずれか１つの方法。 １３． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増 加された信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッ セージを適時中継する請求項１から１２のいずれか１つの方法。 １４． 中継局として作用可能な複数の移動局と、複数の基地局とを備えたセル ラ無線通信システムであって、 各局は、他局へデータ送信および他局からデータ受信可能であり、 基地局は、各基地局が隣接する基地局の有効サービス範囲の区域と重複しな い有効サービス範囲の区域を有するように配置され、これによって基地局間の縮 小されたサービス範囲の区域を規定し、 移動局は、送信局、宛先局、および中継局として作用する移動局の少なくと も１つが縮小されたサービス範囲の区域内にあるときに、送信局から受信したデ ータメッセージを宛先局へ中継するため適用されることを特徴とする通信システ ム。 １５． 各基地局に関する縮小されたサービス範囲の区域は、基地局によって使 用される少なくとも１つの資源が削減されている区域である請求項１４の通信シ ステム。 １６． 資源は、送信電力、送信タイムスロット、周波数チャネル、変調効率お よびコードを含む請求項１５の通信システム。 １７． 資源は、基地局の縮小されたサービス範囲のそれぞれ重複する区域中の ２以上の基地局間で共有されることによって、減少されている請求項１５または １６の通信システム。 １８． メッセージを基地局に、または基地局の有効サービス範囲の区域中の移 動局に中継するときは、前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送 信電力を調整する請求項１４から１７のいずれか１つの通信システム。 １９． 前記基地局との干渉を回避するために、中継局はその送信タイムスロッ ト、周波数チャネル、変調効率およびコードの少なくとも１つの使用を調整する ように更に適用される請求項１８の通信システム。 ２０． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そしてデータ送信が起こっていないときにメッセージ を適時中継することによって、他局と資源を共有するように適用される請求項１ ４から１９のいずれか１つの通信システム。 ２１． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、十 分に低い電力でメッセージを中継するように適用される請求項１４から２０のい ずれか１つの通信システム。 ２２． 中継局は、基地局へのおよび基地局からの、および／または他の移動局 間のデータ送信を監視し、そして前記データ送信との干渉を回避するために、増 加された信号対干渉比が利用できるときは、より高い効率の変調を使用してメッ セージを適時中継するように適用される請求項１４から２０のいずれか１つの通 信システム。