スペクトル方式セルラー通信の方法および装置
【課題】チャネル帯域幅・チャネル分離・無線周波数パワー・スペクトルを使用するワイヤレス・データ伝送システムを提供する。
【解決手段】このシステムは、ワイヤレス音声サービスの既存の配備に適合できるものである。したがって伝送される波形は既存のセルラー（携帯電話）・ネットワークと互換性がある。しかし、時間領域のディジタル符号化・変調・パワー制御方式はデータ伝送に対し最適化される。したがって既存のセルラー・ネットワーク・サイトを利用して、新しい無線周波数を計画することなく、また既存の音声サービス配備に妨害を与えることなく、ワイヤレス・データ・トラフィックに対し最適化された高速サービスを提供できる。
【解決手段】このシステムは、ワイヤレス音声サービスの既存の配備に適合できるものである。したがって伝送される波形は既存のセルラー（携帯電話）・ネットワークと互換性がある。しかし、時間領域のディジタル符号化・変調・パワー制御方式はデータ伝送に対し最適化される。したがって既存のセルラー・ネットワーク・サイトを利用して、新しい無線周波数を計画することなく、また既存の音声サービス配備に妨害を与えることなく、ワイヤレス・データ・トラフィックに対し最適化された高速サービスを提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
スペクトル方式セルラー通信の方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信技術の発展はネットワークへのアクセス方法においてユーザの好みを刺激しつづけている。特に音声通信のワイヤレス・ネットワークによる通信可能範囲は、現在では先進工業世界の大部分の地域にまで広がっている。実際、ワイヤレス音声通信は、便宜性の理由から、多くの場合において好まれている。特定の状況では、ワイヤレス電話の使用は廉価であり、例えば、家庭または遠隔場所に第２の有線電話を引くよりも実際に安くなる場合もある。
【０００３】
同時に、データ通信サービスの需要および具体的にはインターネットへの高信頼高速アクセスの需要が増大してきている。市内通信事業者（ＬＥＣ）は、急速に増大しているこの需要が彼らの既存のネットワークに支障をきたすことを懸念している。時間の経過に伴い、この需要の少なくとも一部が、特にラップトップ・コンピュータ、ＰＤＡ（パーソナル情報端末）および他の携帯用コンピュータ・デバイスの人気増大にともないワイヤレス通信分野に最終的に移行すると考えられている。
【０００４】
現時点では、利用可能なワイヤレス・データ・システムを既存のコンピュータ・ネットワーク・インフラと統合するのは困難である。１つの通信可能範囲を実現するには、各種のネットワーク・コンポーネントの計画だけではなく行政当局から電波を利用するための許可が必要である。具体的には、ＡＭＰＳ・ＴＡＣＳ・ＮＭＴなどのアナログ変調標準を含む無数の選択肢からだけではなく、モジュール通信用全体システム（ＧＳＭ）・コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）などの時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式を含む新しいディジタル標準の中からもワイヤレス変調方式を選択する必要がある。さらに、基地局設備の設置サイトを選択し、取得する必要がある。適正なタワー高さ、効果的な放射パワー・レベル、およびワイヤレス・サービスを望む地域の周波数計画の割当てを決定するために、追加設計を必要とすることが多い。
【０００５】
既存のセルラー（携帯電話）音声インフラは大部分の偏在する地域を通信可能にするが、構築に大きな費用を要する。したがって、セルラー・インフラを利用してデータを送信する最も一般的な方法は、コンピュータが現在、有線電話を利用する方法とほぼ同一である。具体的には、ディジタル・データ信号は最初にモデム装置によりフォーマットされて、有線ネットワークに使用するのと同一方法で可聴音を発生する。次に可聴音をセルラー音声送受信装置に供給し、そこで使用するインタフェース方式に従ってこれら可聴音を変調する。例えば、最初にコンピュータで生成された入力データ・ストリームが変調されて可聴周波数の周波数変位方式（ＦＳＫ）信号を生成する。次にＦＳＫ可聴信号は、例えば米国で普及しているＣＤＭＡ変調のＩＳ−９５Ｂ規格を使用して変調される。この変調方式は所定の無線周波数信号に、疑似雑音（ＰＮ）拡散コードおよび直交コードを含むコード・ペアを加えて、多重トラフィック・チャネルを構成する。
【０００６】
いわゆるセルラー・パケット・データ（ＣＤＰＤ）・ネットワークのようなデータ・サービス用に特別に構築された別個のネットワークを利用することも可能である。しかし、ＣＤＰＤの通信可能範囲は、セルラー音声通信に現在提供されている範囲ほどには広く普及していない。これはＣＤＰＤネットワークの構築が、基地局サイトの計画、許可の獲得およびそのサイトの取得、ならびにタワー高さの設計、放射パワーの計画および周波数の計画を含む、個々のネットワーク構築に関連する費用をすべて必要とすることが原因しているのは確かである。
【０００７】
前述のように、現時点で音声セルラー・ネットワークの最も普及している通信方式は、ＣＤＭＡ変調を基本としている。これらの標準は、１．２２８８ＭＨｚの無線周波数（ＲＦ）チャネル帯域幅を定めている。したがって、ＲＦシステム計画技術者およびコンポーネント産業は、この特定のチャネル帯域幅を基に彼らの製品を標準化しており、これらネットワークは無線装置、サイト位置、タワー高さ、およびこのチャネル間隔を想定した周波数計画を用いて構築されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらＣＤＭＡ標準の不利な点は、データ・トラフィック用に最適化されていない通信用の他のパラメータも規定していることである。これらは、加入者ユニットと協働して1つの基地局から別の基地局に呼出しの制御を転送するのに必要なソフト・ハンドオフ処理を含む。個々のユーザが所定の時間において２つまたはそれ以上の基地局と通信している可能性があるため、この必要条件はシステム全体の能力を低下させる。
【０００９】
さらに、ワイヤレス・サービス用の既存のＣＤＭＡプロトコルは、呼出しの間、コネクションを維持することを想定している。これは、一般のインターネット・コネクションが情報の実際の要求においてかなり不規則であることと大きく異なる。例えば、Ｗｅｂページを要求後、次に、一般のインターネット・ユーザは相対的に大量のデータをダウンロードすると予測される。しかし、次にユーザは数秒または数分間、Ｗｅｂページを閲覧する時間を持ち、その後必要な追加情報を転送する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に言えば、本発明はチャネル帯域幅・チャネル分離・無線周波数パワー・スペクトルを使用するワイヤレス・データ伝送システムであって、ワイヤレス音声ネットワークの既存の配備に適合できるものである。しかし、そのワイヤレス・データ・プロトコルは、データ通信に最適化されたディジタル・コード、変調、チャネル使用割当ておよびパワー制御方式を規定している。したがって、伝送波形は、時間領域面から見て異なるフォーマットで現われるが、一般に、周波数領域面から見ても、既存のセルラー・ネットワークに適合できる。
【００１１】
結果的に、このワイヤレス・データ・プロトコルを利用するデータ通信システムは、無線周波数ネットワーク計画面から見て、標準セルラー・システムと同一形態を有する。したがって、サービス・プロバイダの観点からは、既存の音声ネットワーク用に開発されている同一基地局位置、タワー高さ、通信区画サイト、通信半径および周波数再利用計画を利用して、最適化データ・サービスを配備できる。さらに、インターネット・サービス・プロバイダおよびユーザの面からは、このシステムはデータ伝送に最適化されている。
【００１２】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも比率通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるワイヤレス・データ・サービスを提供するシステムの高レベルのブロック図である。
【図２】本発明で使用されるチャネル間隔の周波数領域図である。
【図３】基地局プロセッサのコンポーネントの詳細図である。
【図４】フォワード・リンク通信を実現するのに使用される基地局および加入者ユニットのコンポーネントの詳細図である。
【図５】異なるデータ転送率をサポートする方法を示す図である。
【図６】リバース・リンク通信を実現するのに使用される基地局および加入者ユニットのコンポーネントの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はセルラー（携帯電話）無線電話通信システム１０を示す。従来技術では、システム１０は、例えば移動車両に結合された音声加入者ユニット１２−１と、例えばラップトップ・コンピュータに結合されたデータ加入者ユニット１２−２とを含む、１つまたは複数の移動ユーザまたは加入者１２を含む。基地局１４−１、１４−２、１４−ｎは各々、多数の通信区画（セル）１６−１、１６−２、．．．、１６−ｎの1つに結合されており、各通信区画１６はシステム１０がワイヤレス通信を提供する領域の部分を表わしている。各基地局１４はまた、結合された基地局プロセッサＢＳＰ１８を有する。移動電話交換局２０は、他のネットワーク３０、３６および基地局プロセッサ１８の各々の間で、トラフィックと制御信号とを結合する。図１は３つの通信区画１６だけを示しているが、一般的にシステム１０は、数百の基地局１４および通信区画１６、ならびに数千の加入者ユニット１２を含むことも可能である。
【００１５】
セルラー・ネットワーク１０は、各基地局プロセッサ１８と、この基地局を含む通信区画１６内を移動する移動加入者ユニット１２との間に二重無線通信リンク２２を備える。基地局プロセッサ１８の主な機能は、加入者１２との無線通信を管理することである。この機能では、基地局プロセッサ１８は主に、データおよび音声信号両方の中継局としての役割を果たす。
【００１６】
しかし、本発明では、基地局プロセッサ１８は、音声およびデータ・トラフィックを個々に扱う。詳細には、音声ユニット１２−１ヘのサービスに関連する無線チャネルが、データ・ユーザ１２−２のデータ・トラフィックヘのサービスに関連する無線チャネルとは別個に扱われる。したがって、これら無線チャネルは移動電話交換局２０内の異なる回路にそれぞれ結合される。例えば、データ加入者ユニット１２−２ヘのサービスに関連する無線チャネルとは異なる無線チャネルが、移動音声ユニット１２−１に関連付けされる。具体的には、音声トラフィックに関連する回路２４−１が、移動電話交換局２０内の音声トラフィック・プロセッサ２６に接続される。その後、音声信号は音声切換機２７を経由して、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）３０のような音声ネットワークを通り宛先電話３２に到達する。電話３２から移動ユニット１２−１への順方向に進む音声トラフィックは、同様な方法で処理されるが、処理の順序は上記と逆になる。
【００１７】
一方、データ加入者ユニット１２−２に関連するデータ信号は最初に、異なる回路２４−２を介してデータ・トラフィック・プロセッサ２８に結合される。次にデータ信号は、ルータ、データ切換、コンセントレータ（集信装置）、または他のネットワークの実在点のようなゲートウェイ２９を経由して供給され、インターネット３６のようなデータ・ネットワークへのコネクションを提供する。最終的にデータ信号は、例えばインターネット・サーバであるコンピュータ３８のような宛先に結合される。
【００１８】
従来のセルラー電話システムは、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）のようなアナログ変調方式を採用して、加入者ユニット１２と基地局１３との間で信号を転送しており、この場合、無線電話通信チャネルは特定呼出し期間中は各ユーザ専用の1つまたは複数の搬送周波数帯域を含んでいる。より大きなチャネル容量を提供するために、かつ無線スペクトルをより効率的に使用するために、現在の新しいネットワークは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）またはコード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）のようなディジタル変調方式を利用して動作する。ＴＤＭＡシステムの通信は、各搬送周波数帯域に一連のタイム・スロットを割当て、一般に個々の加入者ユニットに1つまたは複数のそのタイム・スロットを割当てることにより実行される。本発明のさらに重要な点は、ＣＤＭＡシステムにおいて、各ユーザが1つまたは複数の固有のチャネル・コードを割当てられることである。各チャネル・コードは、通信信号の伝送エネルギーを広い帯域幅全体に拡散するのに使用されるディジタル変調シーケンスに対応する。受信局は同一コードを使用して、コード化信号を逆拡散し、基本帯域情報を復元する。
【００１９】
米国で普及しているこのようなＣＤＭＡ方式の1つは、米国電気通信工業会（ＴＩＡ）規格ＩＳ−９５Ｂとして規定されている。図２に示すように、ＩＳ−９５Ｂ規格はＩＳ−９５Ａ音声チャネル４０−１、４０−２、．．．４０−ｎが１．２２８８ＭＨｚを占有することを規定しており、これはこのような音声信号が複数のＫＨｚ帯域幅信号としてだけ生成される場合でも変わらないことを定めている。したがって、コードを拡散する効果により、多くの異なる加入者１２がいかなる所定の時間にチャネルを共有することがあっても、各チャネルの必要帯域幅は大幅に増大する。
【００２０】
本発明によれば、特定の符号化されたトラフィック・チャネル４０−１、４０−２、．．．４０−ｎは移動音声ユニット１２−１へのサービスに関連付けされるのに対し、他の符号化されたトラフィック・チャネル４２−１はデータ加入者１２−２へのサービスに関連付けされる。具体的には、音声チャネル４０に使用されるチャネル符号化・チャネル割当て・パワー制御・ハンドオフ方式は工業規格ＩＳ−９５Ｂに準拠する。しかし、データ・チャネル４２もまた、周波数帯域およびパワー・スペクトルの面において、音声チャネル４０に準拠する。詳細には、データ・チャネル４２は、図２に示されるように、周波数領域面からは音声チャネルと同一である。しかし、データ・チャネル４２は、チャネル符号化、チャネル割当て、ハンドオフおよびパワー制御を行う方式を使用する。この方式は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）タイプ・データのアクセスに最適化されており、音声チャネルに使用されるチャネル符号化とは異なる。データ・チャネルはＣＤＭＡタイプの符号化を使用できるが、音声チャネルに使用されるＣＤＭＡ符号化と同一ではない。
【００２１】
図３は、本発明による典型的な基地局プロセッサ１８が音声およびデータ信号を別々に扱う方法を示す詳細図である。基地局プロセッサ１８は、音声チャネル・コントローラ３１２を含む音声トラフィック・プロセッサ３１０と、フォワード・リンク・エンコーダ３１４および送信変調器３１６を含むフォワード・リンク・コンポーネントと、受信復調器３１７およびリバース・リンク・デコーダ３１８を含むリバース・リンク・コンポーネントとから構成される。音声チャネルを処理する回路はさらに、音声チャネル無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ３２０およびダウンコンバータ３２２を有している。
【００２２】
基地局プロセッサ１８内に含まれるデータ・トラフィック・プロセッサ３３０は、データ・チャネル・コントローラ３３２、フォワード・リンク・エンコーダ３３４、送信変調器３４６、リバース・リンク・デコーダ３４８、受信復調器３４９を含む。データ処理回路の一部分は、データ・チャネルＲＦアップコンバータ３４０およびＲＦダウンコンバータ３４２により形成される。
【００２３】
音声トラフィック・プロセッサ３１０、ＲＦアップコンバータ３２０およびＲＦダウンコンバータ３２２は基本的に従来技術と同様に動作する。例えば、これらの回路はＩＳ−９５Ｂ電波インタフェース規格に準拠して実現されて、移動加入者ユニット１２と移動電話交換局２０との間の二重音声通信を提供する。詳細には、順方向では、すなわちＰＳＴＮからＭＴＳＯ２０を通り加入者ユニット１２に向かって移動する音声信号については、ネットワーク・コネクション２４−１を介して受信されるチャネル・信号はフォワード・リンク・エンコーダ３１４に供給される。ネットワーク・コネクション２４−１は、例えば、Ｔ１搬送回路のようなディジタル伝送ケーブルを介して搬送グレードの多重回路を使用できる。
【００２４】
ＩＳ−９５規格は、フォワード・リンク・エンコーダ３１４が疑似雑音（ＰＮ）拡散コードおよび直交Ｗａｌｓｈコードを用いて符号化して、音声チャネルを構成することを規定している。この時、送信モジュールはこの信号を横軸位相偏移（ＱＰＳＫ）変調のような所望の方式で変調を行い、次にそれをＲＦアップコンバータ３２０に送る。
【００２５】
リバース・リンク方向では、すなわち、移動ユニット１２から基地局１８を通して移動電話交換局２０に向かって移動する信号については、ＲＦダウンコンバータ３２２からの受信信号は受信復調器３１７およびリバース・リンク復調回路３１８に達する。受信復調器３１７は、リバース・リンク・デコーダ３１８を用いて信号から変調を除去し、その後疑似雑音およびＷａｌｓｈチャネル符号化を除去して、ネットワーク・コネクション２４−１にディジタル化音声信号を提供する。
【００２６】
音声チャネルＲＦアップコンバータ３２０およびＲＦダウンコンバータ３２２は、音声トラフィックに当てられるチャネルにチューニングされる。詳細には、音声トラフィックに当てられるチャネルだけが、音声チャネル・コントローラ３１２により、音声トラフィック・プロセッサ３１０に割当てされる。さらに、音声チャネル・コントローラ３１２は音声トラフィック・プロセッサ３１０の回路の残りを、ＩＳ−９５Ｂ規格に準拠して制御する。例えば、無線チャネル４０は各呼出しベースで割当てされる。すなわち、移動加入者ユニット１２のユーザが、宛先電話３２の電話番号をダイアルすることにより呼出しを実行することを望むときはいつでも、トラフィック・プロセッサ３１０のエンコーダ３１４、デコーダ３１８、変調器および復調器の各回路を起動して、チャネル・コントローラ３１２が、ＲＦフォワード・リンク・チャネルを開き、ＲＦリバース・リンク・チャネルを維持して、その呼出しが進行している限り、それらチャネルをその呼出し専用に割当てる。
【００２７】
さらに、呼出しハンドオフ、具体的にはＩＳ−９５Ｂに規定されたソフト・ハンドオフ・アルゴリズムのような移動に関連付けされる動作はまた、音声チャネル・コントローラ３１２により実行される。
【００２８】
次にデータ・トラフィック・プロセッサ３３０に戻り、これら回路が音声トラフィック・プロセッサ３１０と異なる方法で信号を処理する方法を説明する。フォワード・リンク方向では、信号をデータ搬送媒体２４−２から受け取り、フォワード・リンク・エンコーダ３３４および送信変調器３４６に供給する。しかし、フォワード・リンク・エンコーダ３３４および送信変調器３４６は、音声トラフィック・プロセッサ３１０の対応するコンポーネント３１４および３１６とは異なる動作を実行する。このような差の1つは、（図４と５に関連してさらに詳しく述べるように）フォワード・エラー訂正（ＦＦＣ）符号化率が、個々のチャネルが異なる符号化率を各ユーザに割り当てできるように設定されている事実に関連する。さらに、フォワード・リンク・エンコーダおよび送信変調器は瞬時要求ベースだけで割当てされる。したがって、符号化データ無線チャネルが、送信および受信準備完了したデータを実際に有するデータ加入者１２−２に対してだけ割当てられることを保証するステップが取られる。
【００２９】
無線チャネルをデータ加入者１２−２に割当てる役割を持つデータ・チャネル・コントローラ３３２はまた、音声トラフィック処理３１０に関連付けされたチャネル・コントローラ３１２と異なる方法で、データ呼出しの移動およびハンドオフを扱う。具体的には、好ましい実施形態のデータ・チャネル・コントローラ３３２は、遊動タイプの移動だけをサポートする。つまり、データ・ユーザ１２−２は、例えばコネクションしている期間中に、２つの通信区画１６−１および１６−２の間の境界を横切ることを想定されていない。しかし、例えばデータ・ユーザ１２−２が、少なくとも無線コネクションを切断し、別の通信区画に移動した後に、新たな無線コネクションを確立した場合は、システム１０はサービスを提供する。
【００３０】
データ・トラフィック・プロセッサ３３０を、図４に関連付けて詳細に説明する。この図は、基地局１８からデータ加入者ユニット１２−２へデータ信号を伝送するのに使用されるフォワード・リンク処理の詳細を示す。基地局１８では、データ・トラフィック・プロセッサ３３０はフォワード・リンク送信コントローラ４５０と、フォワード・リンク送信信号を形成する各種信号を発生する信号処理回路とを含む。これらはパイロット・チャネル４３２、ページング・チャネル４３４および1つまたは複数のトラフィック・チャネル４３６などの機能を実行する回路を含む。当技術分野は公知のように、パイロット・チャネル４３２は、加入者ユニット１２の受信機回路を基地局１８から送信された信号に正しく同期させる既知の連続パイロット信号を発生する役割を有する。ページング・チャネル４３４は制御信号を加入者ユニット１２に送信して、例えばトラフィック・チャネル容量をフォワード・リンク４１６全体に割当てる。例えば、メッセージを送信するために、トラフィック・チャネルをフォワード・リンク上で割当てる必要があるとき、ページング・チャネル４３４を使用して、メッセージを加入者ユニット１２に送信する。
【００３１】
トラフィック・チャネル４３６は、フォワード・リンクを介してペイロード・データを送信する物理層構造を提供する。好ましい実施形態では、ＣＤＭＡ符号化を利用して、パイロット・チャネル４３２、ページング・チャネル４３４およびトラフィック・チャネル４３６を定義する。具体的には、トラフィック・チャネル回路４３６はシンボル・フレーミング機能部４４０、フォワード・エラー訂正論理４４２、マルチプレクサ４４４、加算器４５０および無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ４５２を含む。
【００３２】
フォワード・リンク４１６を介して送信されるデータは、最初に、フレーミング機能部４４０に供給される。フレーミング機能部４４０は入力ペイロード・データを、フレームと呼ばれる扱い易いサイズにしたグループにまとめる。これら事前に符号化されたフレームのサイズは、任意の時間でＦＥＣエンコーダ４４２により選択された特定のフォワード・エラー訂正（ＦＥＣ）符号化方式に依存して変化する。重要なことは、フレーマ４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２の組合せが、各所定の送信されるフレーム内に一定数の出力ＦＥＣシンボルを生成することである。
【００３３】
図５はフレーマ４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２をペアで選択して、この最終結果を得る方法を示す。図の実施形態における固定された出力ＦＥＣフレーム・サイズは４０９６シンボルである。この実施形態は、それぞれ１／４、１／３、１／２、７／８割合の符号化を提供する、4つの異なるＦＥＣシンボル・エンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、４４２−４を利用する。各ＦＥＣシンボル・エンコーダ４４２の符号化割合は、出力ビット数に対する入力ビット数の比率を表わす。ＦＥＣエンコーダ４４２が使用する実際のコードは、例えばＲのようなエラー訂正コードの任意の数の異なるタイプであってもよく、したがって、より高い比率のＦＥＣコードを用いると、より高い情報比率が得られる。
【００３４】
この実施形態はまた、4つのＦＥＣエンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、４４２−４に対応する４つのフレーマ回路４４０−１、４４０−２、４４０−３、４４０−４を使用する。例えば、１／４比率のエンコーダ４４２−１は、入力ビットを事前に符号化された１０２４ビットのＦＥＣグループにまとめる１／４比率のフレーミング回路４４０−１を必要とし、所望の４０９６出力シンボルを生成する。同様に、１／３比率のエンコーダ４４２−２は、入力ビットを事前に符号化された１３３１ビットのセットにまとめる１／３比率のフレーミング回路４４０−２を必要とする。１／２比率のエンコーダ４４２−３は事前に符号化された２０４８ビット・サイズのセットを持つフレーマ４４０−３を使用し、７／８比率のエンコーダ４４２−４は事前に符号化された３５８４ビット・サイズを持つフレーマ４４０−４を使用する。
【００３５】
したがって、フレーミング回路４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２は、任意の時点において、特定のフレーマ４４０−１、４４０−２、４４０−３、または４４０−４の１つと、特定のエンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、または４４２−４の１つとだけを利用する。各フレーミング回路４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２のどの特定の回路が起動されるかは、フレーミング回路４４０およびエンコーダ４４２の各々への符号化率制御信号４５６入力により制御される。符号化率選択信号４５６はフォワード・リンク送信コントローラにより生成される。
【００３６】
所定のコネクションは特定の時間において割当てられる多重トラフィック・チャネルを必要とする。例えば、デマルチプレクサ４４４は、横軸位相偏移（ＱＰＳＫ）変調だけでなく適正な疑似雑音（ＰＮ）および／またはＷａｌｓｈ直交符号化を実行して、多重ＣＤＭＡチャネル信号４３９−１、．．．４３９−ｎを生成する、多重拡散回路４３６−１およびチャネル変調器４３８−１に対し存在するＦＥＣエンコーダ４４２により生成された信号を受け取る。前述のように、ＱＰＳＫ拡散回路４３６および変調器４３８は、データ・トラフィック・プロセッサ３３０により生成されたフォワード・リンク信号の変調された帯域幅とパワー・スペクトルとが、音声トラフィック・プロセッサにより生成された変調音声信号の変調された帯域幅とパワー・スペクトルとに等しいことを保証する。次に、これら多重ＣＤＭＡトラフィック信号は、加算器４４０により、チャネル・パイロット回路４３２により生成されたパイロット・チャネル信号およびページング・チャネル回路４３４により生成されたページング信号と共に加算され、その後ＲＦアップコンバータ４４２に供給される。
【００３７】
フォワード・リンク送信コントローラ４５０は、任意の適正なマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよく、それ自身のソフトウェア・プログラム内に容量マネージャ４５５と呼ばれる処理を有する。容量マネージャ４５５は、1つまたは複数のチャネル変調器４４８を特定のフォワード・リンク・トラフィック・チャネルに割当てるだけでなく、符号化率選択信号４５６の値を設定する。さらに、容量マネージャ４５５は特定のフォワード・リンク信号４１６のパワー・レベルを設定する。
【００３８】
基地局プロセッサ１８内の単一容量マネージャ４５５は、複数の多重トラフィック・チャネル回路を管理し、対応するトラフィック・チャネル内で観察された状況に応じて、それぞれに符号化率選択信号４５６を設定する。チャネル物理層特性に対するこれら調整は、受信機において、例えば、正規化雑音パワー・レベル（Ｅｂ／Ｎｏ）で分割されたデータ・ビット当りの一定量のエネルギーを測定することにより、信号強度値を決定することに対応してなされるのが望ましい。
【００３９】
したがって、変調器４４８で生成された個々の変調された信号のパワー・レベルを変化させることに加えて、本発明によるシステムを用いて、符号化率選択信号４５６の値を調整することにより、受信機におけるＥｂ／Ｎｏを制御して、異なる状態において異なる符号化率を選択することも可能である。
【００４０】
例えば、建物内部の奥に置かれた遠隔アクセス・ユニット１２が、特に不利なマルチパスまたは他のひずみ状態に曝される場合、以前は、フォワード・リンク４１６−ｎのパワー・レベルを増加させて、アクセス・ユニット１２において適正な受信信号レベルを得る必要があると考えられていた。しかし、本発明では、最大データ転送率が必要でない場合、ＦＥＣエンコーダ４４２で実行される符号化率を低くできる。
【００４１】
また、マルチパスひずみが最小である、障害物がないような別の環境では、最高符号化率生成４４２−４を選択できると同時に、その特定チャネルのフォワード・リンクの放射パワー・レベルを低減できる。したがって、これは所定のユーザに対する有効データ転送率を最大にすると同時に、同一無線チャネルの他のユーザに対して発生する干渉を最小にする。
【００４２】
このことから、伝播が良好な環境では、システム１０は、他のユーザに対して追加の干渉を発生させることなく、所定のユーザに対するデータ転送率を増加できる。しかし、不良な信号伝播環境でも、各特定ユーザのチャネルをパワー・レベルを増加させずに耐性を強化できる利点がある。
【００４３】
続けて図４を用いて、アクセス・ユニット１２の受信機部分の種々のコンポーネントを詳細に述べる。これらはＲＦダウンコンバータ４６０、等化器４６２、多重レーキ受信機４６４−１、．．．、４６４−ｎ、多重チャネル復調器４６６−１、．．．４６６−ｎ、マルチプレクサ４６８、ＦＥＣデコーダ４７０、およびフレーミング回路４７２から構成される。
【００４４】
ＲＦダウンコンバータ４６０はフォワード・リンク信号を受け取り、ベースバンド・ディジタル化信号を生成する。チップ等化器４６２は受信信号の個々のチップの均等化を実現し、それを複数のレーキ・フィンガ（rake finger）および干渉キャンセル回路４６４−１に適合させる。これら回路は、当技術分野で既知である、各チャネル上のＣＤＭＡ符号化を除去する方法で、多重チャネル復調器４６６−１と協働する。パイロット受信回路４７４およびページング信号受信回路４７６は同様に、基地局１８で発生したパイロット・チャネル信号およびページング信号を受信する。マルチプレクサ４６８は信号を、多重トラフィック・チャネルが特定コネクションに割当てられた状態で再構成する。
【００４５】
フォワード・リンク受信コントローラ４８０はプログラムを実行して、トラフィック・チャネル回路５８のコンポーネントの各種パラメータを設定する。ここで特に注目すべきことは、このコントローラ４８０が、ＦＥＣデコーダ４７０に送られる符号化率選択信号４８４を決定する管理プロセス４８２を実行することである。
【００４６】
詳細には、アクセス・ユニット１２の受信部分においてＦＥＣデコーダ４７０により選択された符号化率は、送信基地局プロセッサ１８におけるＦＥＣ符号化の符号化率と同一にして、受信フレーミング回路４７２が入力データ信号を正しく再生成する必要がある。したがって、システム１０がＲＦリンクの変化する状態に適合するためには、基地局プロセッサ１８はこの情報を特定の方法でアクセス・ユニット１２に通信する必要がある。
【００４７】
例えば、コネクションの期間中に符号化率が変化することを望む場合、これは好ましい実施形態の場合であるが、ページング・チャネル４３４は最初に、チャネル取得シーケンスまたはコマンドの間に、ページング・チャネルが通信する、異なる符号化された搬送波周波数および変調された搬送波周波数をアクセス・ユニット１２に通告するだけでなく、ページング・チャネルが使用する特定の符号化率をアクセス・ユニット１２に通告する。次に、コネクションがオープン（オフ）状態を継続し、かつ最適な符号化率が時間とともに変化するので、追加制御メッセージをトラフィック・チャネル自体に組み込みできる。好ましい実施形態では、このことは、コマンド信号入力４８６を介してコントローラ４８０に戻される受信データ内にコマンド・メッセージを組み込むことにより達成できる。
【００４８】
またリンク品質の度合いを、出力信号４８６からコントローラ４８０により決定して、リバース・リンク・チャネル（図示せず）上のコマンド構造を介して基地局１８のコントローラ４５０に定期的に送り返すことができる。これにより、基地局１８のコントローラ４５０は、特定のコネクションに対して、ＦＥＣエンコーダ４４２およびＦＥＣデコーダ４７０により使用される最適なＦＥＣ符号化率を適切に設定できる。
【００４９】
次に図６を参照して、リバース・リンク具体例を詳細に説明する。
【００５０】
図４のフォワード・リンク・コントローラ４５０は、要求に応じてフォワード・リンク４１６上にトラフィック・チャネルを割当てる基礎となる容量マネージャ４５５を使用し、呼出し当りベースでなく要求ベースを継続する。すなわち、ユーザがラインを利用するとき、ユーザとネットワーク層コネクタ・コンピュータとの間にコネクションが確立される。しかし、このコネクションは論理的な意味で維持されるが、データを送信する必要のないときには無線チャネルをユーザに割当てしない。
【００５１】
フォワード・リンクにより提供される機能と類似の機能が、リバース・リンクにより提供される。詳細には、リバース・リンク上の送信方向において、図６のフレーミング回路６４０とＦＥＣエンコーダ６４２とが、図４と関連して前述したフォワード・リンクと同様に動作する。しかし、リバース・リンク上では、連続パイロット信号の送信専用である特定のパイロット・チャネルが存在しない。それに代わり、パイロット・シンボル挿入マーク６４３により、パイロット・シンボルがデータに挿入される。チャネル変調器６４４、ＱＰＳＫ拡散回路６４６およびＲＦアップコンバータ６５２が送信されるリバース・リンク信号６５５を提供する。
【００５２】
次に、リバース・リンク信号６５５はアクセス・ユニットから基地方向に伝播して、ＲＦダウンコンバータ６６０により最初に受信される。ＲＦダウンコンバータはアクセス信号をアクセス・チャネル・ブロック６７４に送り、メンテナンス・チャネル信号をメンテナンス・チャネル信号ブロック６７５に送る。これらはリバース・リンク受信機コントローラ６８０に情報を提供して、コンポーネントの残りが、データを正確に復調して、ＦＥＣ符号化および復号化率、ならびに他の機能を決定することを可能にする。
【００５３】
これらコンポーネントは、前述のフォワード・リンク受信機内のチップ等化器４６２の機能と類似の機能を提供するチップ等化器６６２と、パイロット・シンボルからデータ・シンボルを分離するのを補助する整合フィルタ６６３と、前述のレーキ・フィンガ受信機４６４の機能と類似の機能を提供するレーキ・フィンガ逆拡散回路６６４−１、．．．、６６４−ｎのセットとを含む。可変率チャネル復調器６６６は前述のチャネル復調器４６６と同様に動作する。最後に、ＦＥＣデコーダ６７０およびパイロット・シンボル・デマルチプレクサ６７４は、復号化された信号からデータ・シンボルを除去し、フレーミング論理６７２と関連して、出力データを生成する。
【００５４】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者には、特許請求の範囲に含まれる本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形状または細部に各種の変更を加えることが可能であることは理解されるであろう。
【技術分野】
【０００１】
スペクトル方式セルラー通信の方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信技術の発展はネットワークへのアクセス方法においてユーザの好みを刺激しつづけている。特に音声通信のワイヤレス・ネットワークによる通信可能範囲は、現在では先進工業世界の大部分の地域にまで広がっている。実際、ワイヤレス音声通信は、便宜性の理由から、多くの場合において好まれている。特定の状況では、ワイヤレス電話の使用は廉価であり、例えば、家庭または遠隔場所に第２の有線電話を引くよりも実際に安くなる場合もある。
【０００３】
同時に、データ通信サービスの需要および具体的にはインターネットへの高信頼高速アクセスの需要が増大してきている。市内通信事業者（ＬＥＣ）は、急速に増大しているこの需要が彼らの既存のネットワークに支障をきたすことを懸念している。時間の経過に伴い、この需要の少なくとも一部が、特にラップトップ・コンピュータ、ＰＤＡ（パーソナル情報端末）および他の携帯用コンピュータ・デバイスの人気増大にともないワイヤレス通信分野に最終的に移行すると考えられている。
【０００４】
現時点では、利用可能なワイヤレス・データ・システムを既存のコンピュータ・ネットワーク・インフラと統合するのは困難である。１つの通信可能範囲を実現するには、各種のネットワーク・コンポーネントの計画だけではなく行政当局から電波を利用するための許可が必要である。具体的には、ＡＭＰＳ・ＴＡＣＳ・ＮＭＴなどのアナログ変調標準を含む無数の選択肢からだけではなく、モジュール通信用全体システム（ＧＳＭ）・コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）などの時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式を含む新しいディジタル標準の中からもワイヤレス変調方式を選択する必要がある。さらに、基地局設備の設置サイトを選択し、取得する必要がある。適正なタワー高さ、効果的な放射パワー・レベル、およびワイヤレス・サービスを望む地域の周波数計画の割当てを決定するために、追加設計を必要とすることが多い。
【０００５】
既存のセルラー（携帯電話）音声インフラは大部分の偏在する地域を通信可能にするが、構築に大きな費用を要する。したがって、セルラー・インフラを利用してデータを送信する最も一般的な方法は、コンピュータが現在、有線電話を利用する方法とほぼ同一である。具体的には、ディジタル・データ信号は最初にモデム装置によりフォーマットされて、有線ネットワークに使用するのと同一方法で可聴音を発生する。次に可聴音をセルラー音声送受信装置に供給し、そこで使用するインタフェース方式に従ってこれら可聴音を変調する。例えば、最初にコンピュータで生成された入力データ・ストリームが変調されて可聴周波数の周波数変位方式（ＦＳＫ）信号を生成する。次にＦＳＫ可聴信号は、例えば米国で普及しているＣＤＭＡ変調のＩＳ−９５Ｂ規格を使用して変調される。この変調方式は所定の無線周波数信号に、疑似雑音（ＰＮ）拡散コードおよび直交コードを含むコード・ペアを加えて、多重トラフィック・チャネルを構成する。
【０００６】
いわゆるセルラー・パケット・データ（ＣＤＰＤ）・ネットワークのようなデータ・サービス用に特別に構築された別個のネットワークを利用することも可能である。しかし、ＣＤＰＤの通信可能範囲は、セルラー音声通信に現在提供されている範囲ほどには広く普及していない。これはＣＤＰＤネットワークの構築が、基地局サイトの計画、許可の獲得およびそのサイトの取得、ならびにタワー高さの設計、放射パワーの計画および周波数の計画を含む、個々のネットワーク構築に関連する費用をすべて必要とすることが原因しているのは確かである。
【０００７】
前述のように、現時点で音声セルラー・ネットワークの最も普及している通信方式は、ＣＤＭＡ変調を基本としている。これらの標準は、１．２２８８ＭＨｚの無線周波数（ＲＦ）チャネル帯域幅を定めている。したがって、ＲＦシステム計画技術者およびコンポーネント産業は、この特定のチャネル帯域幅を基に彼らの製品を標準化しており、これらネットワークは無線装置、サイト位置、タワー高さ、およびこのチャネル間隔を想定した周波数計画を用いて構築されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらＣＤＭＡ標準の不利な点は、データ・トラフィック用に最適化されていない通信用の他のパラメータも規定していることである。これらは、加入者ユニットと協働して1つの基地局から別の基地局に呼出しの制御を転送するのに必要なソフト・ハンドオフ処理を含む。個々のユーザが所定の時間において２つまたはそれ以上の基地局と通信している可能性があるため、この必要条件はシステム全体の能力を低下させる。
【０００９】
さらに、ワイヤレス・サービス用の既存のＣＤＭＡプロトコルは、呼出しの間、コネクションを維持することを想定している。これは、一般のインターネット・コネクションが情報の実際の要求においてかなり不規則であることと大きく異なる。例えば、Ｗｅｂページを要求後、次に、一般のインターネット・ユーザは相対的に大量のデータをダウンロードすると予測される。しかし、次にユーザは数秒または数分間、Ｗｅｂページを閲覧する時間を持ち、その後必要な追加情報を転送する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に言えば、本発明はチャネル帯域幅・チャネル分離・無線周波数パワー・スペクトルを使用するワイヤレス・データ伝送システムであって、ワイヤレス音声ネットワークの既存の配備に適合できるものである。しかし、そのワイヤレス・データ・プロトコルは、データ通信に最適化されたディジタル・コード、変調、チャネル使用割当ておよびパワー制御方式を規定している。したがって、伝送波形は、時間領域面から見て異なるフォーマットで現われるが、一般に、周波数領域面から見ても、既存のセルラー・ネットワークに適合できる。
【００１１】
結果的に、このワイヤレス・データ・プロトコルを利用するデータ通信システムは、無線周波数ネットワーク計画面から見て、標準セルラー・システムと同一形態を有する。したがって、サービス・プロバイダの観点からは、既存の音声ネットワーク用に開発されている同一基地局位置、タワー高さ、通信区画サイト、通信半径および周波数再利用計画を利用して、最適化データ・サービスを配備できる。さらに、インターネット・サービス・プロバイダおよびユーザの面からは、このシステムはデータ伝送に最適化されている。
【００１２】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも比率通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるワイヤレス・データ・サービスを提供するシステムの高レベルのブロック図である。
【図２】本発明で使用されるチャネル間隔の周波数領域図である。
【図３】基地局プロセッサのコンポーネントの詳細図である。
【図４】フォワード・リンク通信を実現するのに使用される基地局および加入者ユニットのコンポーネントの詳細図である。
【図５】異なるデータ転送率をサポートする方法を示す図である。
【図６】リバース・リンク通信を実現するのに使用される基地局および加入者ユニットのコンポーネントの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はセルラー（携帯電話）無線電話通信システム１０を示す。従来技術では、システム１０は、例えば移動車両に結合された音声加入者ユニット１２−１と、例えばラップトップ・コンピュータに結合されたデータ加入者ユニット１２−２とを含む、１つまたは複数の移動ユーザまたは加入者１２を含む。基地局１４−１、１４−２、１４−ｎは各々、多数の通信区画（セル）１６−１、１６−２、．．．、１６−ｎの1つに結合されており、各通信区画１６はシステム１０がワイヤレス通信を提供する領域の部分を表わしている。各基地局１４はまた、結合された基地局プロセッサＢＳＰ１８を有する。移動電話交換局２０は、他のネットワーク３０、３６および基地局プロセッサ１８の各々の間で、トラフィックと制御信号とを結合する。図１は３つの通信区画１６だけを示しているが、一般的にシステム１０は、数百の基地局１４および通信区画１６、ならびに数千の加入者ユニット１２を含むことも可能である。
【００１５】
セルラー・ネットワーク１０は、各基地局プロセッサ１８と、この基地局を含む通信区画１６内を移動する移動加入者ユニット１２との間に二重無線通信リンク２２を備える。基地局プロセッサ１８の主な機能は、加入者１２との無線通信を管理することである。この機能では、基地局プロセッサ１８は主に、データおよび音声信号両方の中継局としての役割を果たす。
【００１６】
しかし、本発明では、基地局プロセッサ１８は、音声およびデータ・トラフィックを個々に扱う。詳細には、音声ユニット１２−１ヘのサービスに関連する無線チャネルが、データ・ユーザ１２−２のデータ・トラフィックヘのサービスに関連する無線チャネルとは別個に扱われる。したがって、これら無線チャネルは移動電話交換局２０内の異なる回路にそれぞれ結合される。例えば、データ加入者ユニット１２−２ヘのサービスに関連する無線チャネルとは異なる無線チャネルが、移動音声ユニット１２−１に関連付けされる。具体的には、音声トラフィックに関連する回路２４−１が、移動電話交換局２０内の音声トラフィック・プロセッサ２６に接続される。その後、音声信号は音声切換機２７を経由して、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）３０のような音声ネットワークを通り宛先電話３２に到達する。電話３２から移動ユニット１２−１への順方向に進む音声トラフィックは、同様な方法で処理されるが、処理の順序は上記と逆になる。
【００１７】
一方、データ加入者ユニット１２−２に関連するデータ信号は最初に、異なる回路２４−２を介してデータ・トラフィック・プロセッサ２８に結合される。次にデータ信号は、ルータ、データ切換、コンセントレータ（集信装置）、または他のネットワークの実在点のようなゲートウェイ２９を経由して供給され、インターネット３６のようなデータ・ネットワークへのコネクションを提供する。最終的にデータ信号は、例えばインターネット・サーバであるコンピュータ３８のような宛先に結合される。
【００１８】
従来のセルラー電話システムは、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）のようなアナログ変調方式を採用して、加入者ユニット１２と基地局１３との間で信号を転送しており、この場合、無線電話通信チャネルは特定呼出し期間中は各ユーザ専用の1つまたは複数の搬送周波数帯域を含んでいる。より大きなチャネル容量を提供するために、かつ無線スペクトルをより効率的に使用するために、現在の新しいネットワークは、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）またはコード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）のようなディジタル変調方式を利用して動作する。ＴＤＭＡシステムの通信は、各搬送周波数帯域に一連のタイム・スロットを割当て、一般に個々の加入者ユニットに1つまたは複数のそのタイム・スロットを割当てることにより実行される。本発明のさらに重要な点は、ＣＤＭＡシステムにおいて、各ユーザが1つまたは複数の固有のチャネル・コードを割当てられることである。各チャネル・コードは、通信信号の伝送エネルギーを広い帯域幅全体に拡散するのに使用されるディジタル変調シーケンスに対応する。受信局は同一コードを使用して、コード化信号を逆拡散し、基本帯域情報を復元する。
【００１９】
米国で普及しているこのようなＣＤＭＡ方式の1つは、米国電気通信工業会（ＴＩＡ）規格ＩＳ−９５Ｂとして規定されている。図２に示すように、ＩＳ−９５Ｂ規格はＩＳ−９５Ａ音声チャネル４０−１、４０−２、．．．４０−ｎが１．２２８８ＭＨｚを占有することを規定しており、これはこのような音声信号が複数のＫＨｚ帯域幅信号としてだけ生成される場合でも変わらないことを定めている。したがって、コードを拡散する効果により、多くの異なる加入者１２がいかなる所定の時間にチャネルを共有することがあっても、各チャネルの必要帯域幅は大幅に増大する。
【００２０】
本発明によれば、特定の符号化されたトラフィック・チャネル４０−１、４０−２、．．．４０−ｎは移動音声ユニット１２−１へのサービスに関連付けされるのに対し、他の符号化されたトラフィック・チャネル４２−１はデータ加入者１２−２へのサービスに関連付けされる。具体的には、音声チャネル４０に使用されるチャネル符号化・チャネル割当て・パワー制御・ハンドオフ方式は工業規格ＩＳ−９５Ｂに準拠する。しかし、データ・チャネル４２もまた、周波数帯域およびパワー・スペクトルの面において、音声チャネル４０に準拠する。詳細には、データ・チャネル４２は、図２に示されるように、周波数領域面からは音声チャネルと同一である。しかし、データ・チャネル４２は、チャネル符号化、チャネル割当て、ハンドオフおよびパワー制御を行う方式を使用する。この方式は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）タイプ・データのアクセスに最適化されており、音声チャネルに使用されるチャネル符号化とは異なる。データ・チャネルはＣＤＭＡタイプの符号化を使用できるが、音声チャネルに使用されるＣＤＭＡ符号化と同一ではない。
【００２１】
図３は、本発明による典型的な基地局プロセッサ１８が音声およびデータ信号を別々に扱う方法を示す詳細図である。基地局プロセッサ１８は、音声チャネル・コントローラ３１２を含む音声トラフィック・プロセッサ３１０と、フォワード・リンク・エンコーダ３１４および送信変調器３１６を含むフォワード・リンク・コンポーネントと、受信復調器３１７およびリバース・リンク・デコーダ３１８を含むリバース・リンク・コンポーネントとから構成される。音声チャネルを処理する回路はさらに、音声チャネル無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ３２０およびダウンコンバータ３２２を有している。
【００２２】
基地局プロセッサ１８内に含まれるデータ・トラフィック・プロセッサ３３０は、データ・チャネル・コントローラ３３２、フォワード・リンク・エンコーダ３３４、送信変調器３４６、リバース・リンク・デコーダ３４８、受信復調器３４９を含む。データ処理回路の一部分は、データ・チャネルＲＦアップコンバータ３４０およびＲＦダウンコンバータ３４２により形成される。
【００２３】
音声トラフィック・プロセッサ３１０、ＲＦアップコンバータ３２０およびＲＦダウンコンバータ３２２は基本的に従来技術と同様に動作する。例えば、これらの回路はＩＳ−９５Ｂ電波インタフェース規格に準拠して実現されて、移動加入者ユニット１２と移動電話交換局２０との間の二重音声通信を提供する。詳細には、順方向では、すなわちＰＳＴＮからＭＴＳＯ２０を通り加入者ユニット１２に向かって移動する音声信号については、ネットワーク・コネクション２４−１を介して受信されるチャネル・信号はフォワード・リンク・エンコーダ３１４に供給される。ネットワーク・コネクション２４−１は、例えば、Ｔ１搬送回路のようなディジタル伝送ケーブルを介して搬送グレードの多重回路を使用できる。
【００２４】
ＩＳ−９５規格は、フォワード・リンク・エンコーダ３１４が疑似雑音（ＰＮ）拡散コードおよび直交Ｗａｌｓｈコードを用いて符号化して、音声チャネルを構成することを規定している。この時、送信モジュールはこの信号を横軸位相偏移（ＱＰＳＫ）変調のような所望の方式で変調を行い、次にそれをＲＦアップコンバータ３２０に送る。
【００２５】
リバース・リンク方向では、すなわち、移動ユニット１２から基地局１８を通して移動電話交換局２０に向かって移動する信号については、ＲＦダウンコンバータ３２２からの受信信号は受信復調器３１７およびリバース・リンク復調回路３１８に達する。受信復調器３１７は、リバース・リンク・デコーダ３１８を用いて信号から変調を除去し、その後疑似雑音およびＷａｌｓｈチャネル符号化を除去して、ネットワーク・コネクション２４−１にディジタル化音声信号を提供する。
【００２６】
音声チャネルＲＦアップコンバータ３２０およびＲＦダウンコンバータ３２２は、音声トラフィックに当てられるチャネルにチューニングされる。詳細には、音声トラフィックに当てられるチャネルだけが、音声チャネル・コントローラ３１２により、音声トラフィック・プロセッサ３１０に割当てされる。さらに、音声チャネル・コントローラ３１２は音声トラフィック・プロセッサ３１０の回路の残りを、ＩＳ−９５Ｂ規格に準拠して制御する。例えば、無線チャネル４０は各呼出しベースで割当てされる。すなわち、移動加入者ユニット１２のユーザが、宛先電話３２の電話番号をダイアルすることにより呼出しを実行することを望むときはいつでも、トラフィック・プロセッサ３１０のエンコーダ３１４、デコーダ３１８、変調器および復調器の各回路を起動して、チャネル・コントローラ３１２が、ＲＦフォワード・リンク・チャネルを開き、ＲＦリバース・リンク・チャネルを維持して、その呼出しが進行している限り、それらチャネルをその呼出し専用に割当てる。
【００２７】
さらに、呼出しハンドオフ、具体的にはＩＳ−９５Ｂに規定されたソフト・ハンドオフ・アルゴリズムのような移動に関連付けされる動作はまた、音声チャネル・コントローラ３１２により実行される。
【００２８】
次にデータ・トラフィック・プロセッサ３３０に戻り、これら回路が音声トラフィック・プロセッサ３１０と異なる方法で信号を処理する方法を説明する。フォワード・リンク方向では、信号をデータ搬送媒体２４−２から受け取り、フォワード・リンク・エンコーダ３３４および送信変調器３４６に供給する。しかし、フォワード・リンク・エンコーダ３３４および送信変調器３４６は、音声トラフィック・プロセッサ３１０の対応するコンポーネント３１４および３１６とは異なる動作を実行する。このような差の1つは、（図４と５に関連してさらに詳しく述べるように）フォワード・エラー訂正（ＦＦＣ）符号化率が、個々のチャネルが異なる符号化率を各ユーザに割り当てできるように設定されている事実に関連する。さらに、フォワード・リンク・エンコーダおよび送信変調器は瞬時要求ベースだけで割当てされる。したがって、符号化データ無線チャネルが、送信および受信準備完了したデータを実際に有するデータ加入者１２−２に対してだけ割当てられることを保証するステップが取られる。
【００２９】
無線チャネルをデータ加入者１２−２に割当てる役割を持つデータ・チャネル・コントローラ３３２はまた、音声トラフィック処理３１０に関連付けされたチャネル・コントローラ３１２と異なる方法で、データ呼出しの移動およびハンドオフを扱う。具体的には、好ましい実施形態のデータ・チャネル・コントローラ３３２は、遊動タイプの移動だけをサポートする。つまり、データ・ユーザ１２−２は、例えばコネクションしている期間中に、２つの通信区画１６−１および１６−２の間の境界を横切ることを想定されていない。しかし、例えばデータ・ユーザ１２−２が、少なくとも無線コネクションを切断し、別の通信区画に移動した後に、新たな無線コネクションを確立した場合は、システム１０はサービスを提供する。
【００３０】
データ・トラフィック・プロセッサ３３０を、図４に関連付けて詳細に説明する。この図は、基地局１８からデータ加入者ユニット１２−２へデータ信号を伝送するのに使用されるフォワード・リンク処理の詳細を示す。基地局１８では、データ・トラフィック・プロセッサ３３０はフォワード・リンク送信コントローラ４５０と、フォワード・リンク送信信号を形成する各種信号を発生する信号処理回路とを含む。これらはパイロット・チャネル４３２、ページング・チャネル４３４および1つまたは複数のトラフィック・チャネル４３６などの機能を実行する回路を含む。当技術分野は公知のように、パイロット・チャネル４３２は、加入者ユニット１２の受信機回路を基地局１８から送信された信号に正しく同期させる既知の連続パイロット信号を発生する役割を有する。ページング・チャネル４３４は制御信号を加入者ユニット１２に送信して、例えばトラフィック・チャネル容量をフォワード・リンク４１６全体に割当てる。例えば、メッセージを送信するために、トラフィック・チャネルをフォワード・リンク上で割当てる必要があるとき、ページング・チャネル４３４を使用して、メッセージを加入者ユニット１２に送信する。
【００３１】
トラフィック・チャネル４３６は、フォワード・リンクを介してペイロード・データを送信する物理層構造を提供する。好ましい実施形態では、ＣＤＭＡ符号化を利用して、パイロット・チャネル４３２、ページング・チャネル４３４およびトラフィック・チャネル４３６を定義する。具体的には、トラフィック・チャネル回路４３６はシンボル・フレーミング機能部４４０、フォワード・エラー訂正論理４４２、マルチプレクサ４４４、加算器４５０および無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ４５２を含む。
【００３２】
フォワード・リンク４１６を介して送信されるデータは、最初に、フレーミング機能部４４０に供給される。フレーミング機能部４４０は入力ペイロード・データを、フレームと呼ばれる扱い易いサイズにしたグループにまとめる。これら事前に符号化されたフレームのサイズは、任意の時間でＦＥＣエンコーダ４４２により選択された特定のフォワード・エラー訂正（ＦＥＣ）符号化方式に依存して変化する。重要なことは、フレーマ４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２の組合せが、各所定の送信されるフレーム内に一定数の出力ＦＥＣシンボルを生成することである。
【００３３】
図５はフレーマ４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２をペアで選択して、この最終結果を得る方法を示す。図の実施形態における固定された出力ＦＥＣフレーム・サイズは４０９６シンボルである。この実施形態は、それぞれ１／４、１／３、１／２、７／８割合の符号化を提供する、4つの異なるＦＥＣシンボル・エンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、４４２−４を利用する。各ＦＥＣシンボル・エンコーダ４４２の符号化割合は、出力ビット数に対する入力ビット数の比率を表わす。ＦＥＣエンコーダ４４２が使用する実際のコードは、例えばＲのようなエラー訂正コードの任意の数の異なるタイプであってもよく、したがって、より高い比率のＦＥＣコードを用いると、より高い情報比率が得られる。
【００３４】
この実施形態はまた、4つのＦＥＣエンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、４４２−４に対応する４つのフレーマ回路４４０−１、４４０−２、４４０−３、４４０−４を使用する。例えば、１／４比率のエンコーダ４４２−１は、入力ビットを事前に符号化された１０２４ビットのＦＥＣグループにまとめる１／４比率のフレーミング回路４４０−１を必要とし、所望の４０９６出力シンボルを生成する。同様に、１／３比率のエンコーダ４４２−２は、入力ビットを事前に符号化された１３３１ビットのセットにまとめる１／３比率のフレーミング回路４４０−２を必要とする。１／２比率のエンコーダ４４２−３は事前に符号化された２０４８ビット・サイズのセットを持つフレーマ４４０−３を使用し、７／８比率のエンコーダ４４２−４は事前に符号化された３５８４ビット・サイズを持つフレーマ４４０−４を使用する。
【００３５】
したがって、フレーミング回路４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２は、任意の時点において、特定のフレーマ４４０−１、４４０−２、４４０−３、または４４０−４の１つと、特定のエンコーダ４４２−１、４４２−２、４４２−３、または４４２−４の１つとだけを利用する。各フレーミング回路４４０およびＦＥＣエンコーダ４４２のどの特定の回路が起動されるかは、フレーミング回路４４０およびエンコーダ４４２の各々への符号化率制御信号４５６入力により制御される。符号化率選択信号４５６はフォワード・リンク送信コントローラにより生成される。
【００３６】
所定のコネクションは特定の時間において割当てられる多重トラフィック・チャネルを必要とする。例えば、デマルチプレクサ４４４は、横軸位相偏移（ＱＰＳＫ）変調だけでなく適正な疑似雑音（ＰＮ）および／またはＷａｌｓｈ直交符号化を実行して、多重ＣＤＭＡチャネル信号４３９−１、．．．４３９−ｎを生成する、多重拡散回路４３６−１およびチャネル変調器４３８−１に対し存在するＦＥＣエンコーダ４４２により生成された信号を受け取る。前述のように、ＱＰＳＫ拡散回路４３６および変調器４３８は、データ・トラフィック・プロセッサ３３０により生成されたフォワード・リンク信号の変調された帯域幅とパワー・スペクトルとが、音声トラフィック・プロセッサにより生成された変調音声信号の変調された帯域幅とパワー・スペクトルとに等しいことを保証する。次に、これら多重ＣＤＭＡトラフィック信号は、加算器４４０により、チャネル・パイロット回路４３２により生成されたパイロット・チャネル信号およびページング・チャネル回路４３４により生成されたページング信号と共に加算され、その後ＲＦアップコンバータ４４２に供給される。
【００３７】
フォワード・リンク送信コントローラ４５０は、任意の適正なマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよく、それ自身のソフトウェア・プログラム内に容量マネージャ４５５と呼ばれる処理を有する。容量マネージャ４５５は、1つまたは複数のチャネル変調器４４８を特定のフォワード・リンク・トラフィック・チャネルに割当てるだけでなく、符号化率選択信号４５６の値を設定する。さらに、容量マネージャ４５５は特定のフォワード・リンク信号４１６のパワー・レベルを設定する。
【００３８】
基地局プロセッサ１８内の単一容量マネージャ４５５は、複数の多重トラフィック・チャネル回路を管理し、対応するトラフィック・チャネル内で観察された状況に応じて、それぞれに符号化率選択信号４５６を設定する。チャネル物理層特性に対するこれら調整は、受信機において、例えば、正規化雑音パワー・レベル（Ｅｂ／Ｎｏ）で分割されたデータ・ビット当りの一定量のエネルギーを測定することにより、信号強度値を決定することに対応してなされるのが望ましい。
【００３９】
したがって、変調器４４８で生成された個々の変調された信号のパワー・レベルを変化させることに加えて、本発明によるシステムを用いて、符号化率選択信号４５６の値を調整することにより、受信機におけるＥｂ／Ｎｏを制御して、異なる状態において異なる符号化率を選択することも可能である。
【００４０】
例えば、建物内部の奥に置かれた遠隔アクセス・ユニット１２が、特に不利なマルチパスまたは他のひずみ状態に曝される場合、以前は、フォワード・リンク４１６−ｎのパワー・レベルを増加させて、アクセス・ユニット１２において適正な受信信号レベルを得る必要があると考えられていた。しかし、本発明では、最大データ転送率が必要でない場合、ＦＥＣエンコーダ４４２で実行される符号化率を低くできる。
【００４１】
また、マルチパスひずみが最小である、障害物がないような別の環境では、最高符号化率生成４４２−４を選択できると同時に、その特定チャネルのフォワード・リンクの放射パワー・レベルを低減できる。したがって、これは所定のユーザに対する有効データ転送率を最大にすると同時に、同一無線チャネルの他のユーザに対して発生する干渉を最小にする。
【００４２】
このことから、伝播が良好な環境では、システム１０は、他のユーザに対して追加の干渉を発生させることなく、所定のユーザに対するデータ転送率を増加できる。しかし、不良な信号伝播環境でも、各特定ユーザのチャネルをパワー・レベルを増加させずに耐性を強化できる利点がある。
【００４３】
続けて図４を用いて、アクセス・ユニット１２の受信機部分の種々のコンポーネントを詳細に述べる。これらはＲＦダウンコンバータ４６０、等化器４６２、多重レーキ受信機４６４−１、．．．、４６４−ｎ、多重チャネル復調器４６６−１、．．．４６６−ｎ、マルチプレクサ４６８、ＦＥＣデコーダ４７０、およびフレーミング回路４７２から構成される。
【００４４】
ＲＦダウンコンバータ４６０はフォワード・リンク信号を受け取り、ベースバンド・ディジタル化信号を生成する。チップ等化器４６２は受信信号の個々のチップの均等化を実現し、それを複数のレーキ・フィンガ（rake finger）および干渉キャンセル回路４６４−１に適合させる。これら回路は、当技術分野で既知である、各チャネル上のＣＤＭＡ符号化を除去する方法で、多重チャネル復調器４６６−１と協働する。パイロット受信回路４７４およびページング信号受信回路４７６は同様に、基地局１８で発生したパイロット・チャネル信号およびページング信号を受信する。マルチプレクサ４６８は信号を、多重トラフィック・チャネルが特定コネクションに割当てられた状態で再構成する。
【００４５】
フォワード・リンク受信コントローラ４８０はプログラムを実行して、トラフィック・チャネル回路５８のコンポーネントの各種パラメータを設定する。ここで特に注目すべきことは、このコントローラ４８０が、ＦＥＣデコーダ４７０に送られる符号化率選択信号４８４を決定する管理プロセス４８２を実行することである。
【００４６】
詳細には、アクセス・ユニット１２の受信部分においてＦＥＣデコーダ４７０により選択された符号化率は、送信基地局プロセッサ１８におけるＦＥＣ符号化の符号化率と同一にして、受信フレーミング回路４７２が入力データ信号を正しく再生成する必要がある。したがって、システム１０がＲＦリンクの変化する状態に適合するためには、基地局プロセッサ１８はこの情報を特定の方法でアクセス・ユニット１２に通信する必要がある。
【００４７】
例えば、コネクションの期間中に符号化率が変化することを望む場合、これは好ましい実施形態の場合であるが、ページング・チャネル４３４は最初に、チャネル取得シーケンスまたはコマンドの間に、ページング・チャネルが通信する、異なる符号化された搬送波周波数および変調された搬送波周波数をアクセス・ユニット１２に通告するだけでなく、ページング・チャネルが使用する特定の符号化率をアクセス・ユニット１２に通告する。次に、コネクションがオープン（オフ）状態を継続し、かつ最適な符号化率が時間とともに変化するので、追加制御メッセージをトラフィック・チャネル自体に組み込みできる。好ましい実施形態では、このことは、コマンド信号入力４８６を介してコントローラ４８０に戻される受信データ内にコマンド・メッセージを組み込むことにより達成できる。
【００４８】
またリンク品質の度合いを、出力信号４８６からコントローラ４８０により決定して、リバース・リンク・チャネル（図示せず）上のコマンド構造を介して基地局１８のコントローラ４５０に定期的に送り返すことができる。これにより、基地局１８のコントローラ４５０は、特定のコネクションに対して、ＦＥＣエンコーダ４４２およびＦＥＣデコーダ４７０により使用される最適なＦＥＣ符号化率を適切に設定できる。
【００４９】
次に図６を参照して、リバース・リンク具体例を詳細に説明する。
【００５０】
図４のフォワード・リンク・コントローラ４５０は、要求に応じてフォワード・リンク４１６上にトラフィック・チャネルを割当てる基礎となる容量マネージャ４５５を使用し、呼出し当りベースでなく要求ベースを継続する。すなわち、ユーザがラインを利用するとき、ユーザとネットワーク層コネクタ・コンピュータとの間にコネクションが確立される。しかし、このコネクションは論理的な意味で維持されるが、データを送信する必要のないときには無線チャネルをユーザに割当てしない。
【００５１】
フォワード・リンクにより提供される機能と類似の機能が、リバース・リンクにより提供される。詳細には、リバース・リンク上の送信方向において、図６のフレーミング回路６４０とＦＥＣエンコーダ６４２とが、図４と関連して前述したフォワード・リンクと同様に動作する。しかし、リバース・リンク上では、連続パイロット信号の送信専用である特定のパイロット・チャネルが存在しない。それに代わり、パイロット・シンボル挿入マーク６４３により、パイロット・シンボルがデータに挿入される。チャネル変調器６４４、ＱＰＳＫ拡散回路６４６およびＲＦアップコンバータ６５２が送信されるリバース・リンク信号６５５を提供する。
【００５２】
次に、リバース・リンク信号６５５はアクセス・ユニットから基地方向に伝播して、ＲＦダウンコンバータ６６０により最初に受信される。ＲＦダウンコンバータはアクセス信号をアクセス・チャネル・ブロック６７４に送り、メンテナンス・チャネル信号をメンテナンス・チャネル信号ブロック６７５に送る。これらはリバース・リンク受信機コントローラ６８０に情報を提供して、コンポーネントの残りが、データを正確に復調して、ＦＥＣ符号化および復号化率、ならびに他の機能を決定することを可能にする。
【００５３】
これらコンポーネントは、前述のフォワード・リンク受信機内のチップ等化器４６２の機能と類似の機能を提供するチップ等化器６６２と、パイロット・シンボルからデータ・シンボルを分離するのを補助する整合フィルタ６６３と、前述のレーキ・フィンガ受信機４６４の機能と類似の機能を提供するレーキ・フィンガ逆拡散回路６６４−１、．．．、６６４−ｎのセットとを含む。可変率チャネル復調器６６６は前述のチャネル復調器４６６と同様に動作する。最後に、ＦＥＣデコーダ６７０およびパイロット・シンボル・デマルチプレクサ６７４は、復号化された信号からデータ・シンボルを除去し、フレーミング論理６７２と関連して、出力データを生成する。
【００５４】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者には、特許請求の範囲に含まれる本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形状または細部に各種の変更を加えることが可能であることは理解されるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線リンク上でデータ通信サービスを提供するシステムであって、前記システムは少なくとも１つの無線チャネルをデータサービスのみに専用にし、当該専用チャネルは音声サービスを提供するために使用されない、システムであって、
前記専用チャネル上で伝送されるデータを変調する変調器であって、音声信号通信用のデジタル無線インタフェース規格に従って変調される音声信号の変調された信号帯域幅と同じ帯域幅を有する変調されたデータ信号を生成する、変調器と、
前記変調されたデータ信号と、前記システムにおける他の無線信号との間のチャネル分離が、前記デジタル無線インタフェース規格によって指定されたチャネル分離と互換性があるように、前記変調されたデータ信号を無線搬送波周波数にアップコンバートする無線周波数アップコンバータと、
前記変調器に前記データを供給する前に前記データを符号化するエンコーダであって、前記エンコーダはデータサービスに最適化され、前記デジタル無線インタフェース規格によって音声信号通信用に指定された符号化方式とは異なる符号化方式を使用する、エンコーダと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記デジタル無線インタフェース規格によって指定されたチャネル割り当てとは無関係に、前記データ通信サービスの要求に拠ってデータチャネルを割り当てるチャネル割り当て器をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記デジタル無線インタフェース規格は、ＩＳ−９５であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１】
無線リンク上でデータ通信サービスを提供するシステムであって、前記システムは少なくとも１つの無線チャネルをデータサービスのみに専用にし、当該専用チャネルは音声サービスを提供するために使用されない、システムであって、
前記専用チャネル上で伝送されるデータを変調する変調器であって、音声信号通信用のデジタル無線インタフェース規格に従って変調される音声信号の変調された信号帯域幅と同じ帯域幅を有する変調されたデータ信号を生成する、変調器と、
前記変調されたデータ信号と、前記システムにおける他の無線信号との間のチャネル分離が、前記デジタル無線インタフェース規格によって指定されたチャネル分離と互換性があるように、前記変調されたデータ信号を無線搬送波周波数にアップコンバートする無線周波数アップコンバータと、
前記変調器に前記データを供給する前に前記データを符号化するエンコーダであって、前記エンコーダはデータサービスに最適化され、前記デジタル無線インタフェース規格によって音声信号通信用に指定された符号化方式とは異なる符号化方式を使用する、エンコーダと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記デジタル無線インタフェース規格によって指定されたチャネル割り当てとは無関係に、前記データ通信サービスの要求に拠ってデータチャネルを割り当てるチャネル割り当て器をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記デジタル無線インタフェース規格は、ＩＳ−９５であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０２５０１（Ｐ２０１３−１０２５０１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３４４７（Ｐ２０１３−３４４７）
【出願日】平成２５年１月１１日（２０１３．１．１１）
【分割の表示】特願２０１２−１６８６５３（Ｐ２０１２−１６８６５３）の分割
【原出願日】平成１２年１２月１８日（２０００．１２．１８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５０４４０７１０３）アイピーアール ライセンシング インコーポレイテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１１日（２０１３．１．１１）
【分割の表示】特願２０１２−１６８６５３（Ｐ２０１２−１６８６５３）の分割
【原出願日】平成１２年１２月１８日（２０００．１２．１８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（５０４４０７１０３）アイピーアール ライセンシング インコーポレイテッド (51)
【Ｆターム（参考）】
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