JP2000501254A - 無線通信システムのための高透過送信方法 - Google Patents

無線通信システムのための高透過送信方法

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Abstract

(57)【要約】 理想的でない状態でも信頼できるショートメッセージサービスを提供するよう、無線通信リンクの信号マージンを高めるための方法およびシステムであり、この方法によれば、移動ユニットの構造を複雑にしたり、遅延時間を長くしたり、または同一チャンネルでの干渉を生じることなく信号マージンを長くするようビット繰り返しと組み合わせて送信電力を増加する。信号マージンをより大きく増加したい場合において、より長いメッセージが必要であるか、または音声メッセージに対しメッセージを記憶し、移動ユニットにメッセージを警告することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 無線通信システムのための高透過送信方法 発明の背景 本発明は、一般的には無線通信システムに関し、より詳細には、理想的でない 状態で無線通信信号を高信頼度で送信するためのシステムおよび方法に関する。 図1を参照すると、ここには代表的なセルラー移動無線通信システムが示され ている。この代表的なシステムは基地局110に類似した多数の基地局および移 動局120に類似した多数の移動ユニットまたは移動局を含む。これらデバイス またはその等価物を使用して音声またはデータ通信を行うことができる。基地局 は制御および処理ユニット130を含み、このユニットはMSC(移動交換セン ター)140に接続され、MSCは次に公衆交換電話ネットワーク(図示せず) に接続されている。 基地局110はセルにサービスをし、音声チャンネルトランシーバ150が扱 う多数の音声チャンネルを含み、音声チャンネルトランシーバは制御および処理 ユニット130によって制御される。更に、各基地局は制御チャンネルトランシ ーバ160を含み、このトランシーバ160は2つ以上の制御チャンネルを処理 できる。制御チャンネルトランシーバ160は制御および処理ユニット130に よって制御され、制御チャンネルトランシーバ160は基地局またはセルの制御 チャンネルを通して、この制御チャンネルにロックされているセルまたは移動局 に制御情報を一斉送信する。音声チャンネルトランシーバはデジタル制御チャン ネルロケーション情報を含むことができるトラヒックまたは音声チャンネルに一 斉送信する。 移動局120が、まずアイドルモードとなると、この移動局は移動局120に 向けられたページングバーストが存在するかどうか、基地局110と同様な基地 局の制御チャンネルを周期的にスキャンする。ページングバーストはどのセルに ロックオンすなわちキャンプするかを移動局120に伝える。移動局は音声およ び制御チャンネルトランシーバ170で制御チャンネルに一斉送信された絶対的 および相対的情報を受信し、次に処理ユニット180は候補セルの特性を含む、 受信された制御チャンネル情報を評価し、移動局がどのセルにロックすべきかを 決定する。受信された制御チャンネル情報は、この制御チャンネルが関連するセ ルに関する絶対情報を含むだけでなく、制御チャンネルが関連するセルに近い他 のセルに関する相対的情報も含む。主な制御チャンネルをモニタしながら、これ ら隣接するチャンネルも定期的にスキャンされ、より適当な候補局が存在するか どうかを判断する。移動局および基地局の実現の詳細に関する更に別の情報につ いては、本明細書にその開示全体を参照によって組み込む、1992年10月2 7日にピー・デント氏およびビー・エックランド氏により出願された「マルチモ ード信号処理」を発明の名称とする米国特許出願第07/967,027号から得られる。 基地局は衛星を使った移動無線通信システムにおける1つ以上の衛星と置換でき ることが理解できよう。 無線通信システムの容量を増すためにデジタル通信およびマルチアクセス技術 、例えば周波数分割マルチアクセス(FDMA)、時間分割マルチアクセス(T DMA)、および高度分割マルチアクセス(CDMA)を使用できる。これらマ ルチアクセス技術の各々の目的は、目的地において相互干渉を生じることなく、 異なるチャンネルを分離できるように異なるソースからの信号を共通する送信媒 体上で組み合わせることである。FDMAシステムではユーザーは周波数領域に おける無線スペクトルを共用し、各ユーザーには通話全体にわたって使用される 周波数バンドの一部が割り当てられる。TDMAシステムではユーザーは時間領 域における無線スペクトルを共用し、各無線チャンネルすなわち搬送波周波数は 一連のタイムスロットに分割され、個々のユーザーには1つのタイムスロットが 割り当てられ、このタイムスロットの間でユーザーはシステムに割り当てられた 全周波数バンド(ワイドバンドTDMA)またはバンドの一部(ナロウバンドT DMA)のみにアクセスする。各タイムスロットはデータソースからの情報のバ ースト、すなわち音声会話のデジタル式に符号化された部分を含む。これらタイ ムスロットは所定の長さを有する連続するTDMAフレームにグループ分けされ 、各TDMAフレームにおける時間スロットの数は無線チャンネルを同時に共用 できる異なるユーザーの数に関連する。TDMAフレームにおいて各スロットが 異 なるユーザーに割り当てられる場合、TDMAフレームの長さは同じユーザーに 割り当てられる連続するタイムスロットの間の最短の時間となる。CDMAはF DMAとTDMAとを組み合わせたものである。CDMAシステムでは周波数時 間領域に一義的にアクセスするよう、各ユーザーには一義的な疑似ランダムユー ザー符号が割り当てられる。CDMA技術の例としてはスペクトル拡散技術およ び周波数ホッピング技術がある。 TDMAシステムでは同一ユーザーに割り当てられる連続するタイムスロット は、通常、無線搬送波上で連続するタイムスロットではなく、ユーザーのデジタ ルトラヒックチャンネルを構成する。このデジタルトラヒックチャンネルはユー ザーに割り当てられた論理チャンネルと見なされる。図2に一例としてGSM規 格を使用したTDMAチャンネルの構造が示されている。TDMAチャンネルは トラヒックチャンネルTCHおよび信号チャンネルSCを含む。TCHチャンネ ルは音声および/またはデータ信号を送信するためのフルレートチャンネルおよ びハーフレートチャンネルを含む。信号チャンネルSCは移動ユニットと衛星( または基地局)との間で信号情報を転送し、この信号チャンネルSCは3つのタ イプの制御チャンネル、すなわち一斉送信制御チャンネル(BCCH)と、多数 の加入者間で共用される共通制御チャンネル(CCCH)と、単一加入者に割り 当てられる専用制御チャンネル(DCCH)とを含む。BCCHは一般に周波数 補正チャンネル(FCH)および同期化チャンネル(SCH)を含み、これら双 方のチャンネルはダウンリンクチャンネルとなっている。共通制御チャンネル( CCCH)はダウンリンクページチャンネル(PCH)およびアクセスグラント チャンネル(AGCH)のみならずアップリンクランダムアクセスチャンネル( RACH)を含む。専用制御チャンネルDCCHは高速関連制御チャンネル(F ACCH)と、低速関連制御チャンネル(SACCH)と、スタンドアローン専 用制御チャンネル(SDCCH)とを含む。低速関連制御チャンネルはトラヒッ ク(音声またはデータ)チャンネルまたはスタンドアローン専用制御チャンネル (SDCCH)に割り当てられ、SACCHチャンネルは移動ユニットに電力お よびフレーム調節および制御情報を与える。 ランダムアクセスチャンネルRACHはシステムへのアクセスをリクエストす るように移動局によって使用される。RACH論理チャンネルは(移動局から基 地局または衛星への)単一方向のアップリンクチャンネルであり、別個の移動ユ ニットによって使用される(ヘビー状態の使用時間中でも代表的なシステムでは セル当たり1つのRACHで充分である。移動ユニットはRACHチャンネルの ステータスを連続してモニタし、チャンネルが話中、またはアイドル状態である かを判断する。RACHチャンネルがアイドル状態であれば、アクセスを望む移 動ユニットはRACHを通して基地局または衛星に希望する電話番号と共にその 移動局の識別番号を送る。MSCは基地局または衛星からのこの情報を受信し、 アイドル音声チャンネルを移動局に割り当て、移動局自身が新しいチャンネルに 同調できるように基地局または衛星局を通して移動局にチャンネルの識別信号を 送信する。コンテンションまたはリバース方法のいずれかで、移動局のアクセス のリクエストに対し、RACHアップリンクチャンネル上のすべてのタイムスロ ットが使用される。リバース方法のアクセスは1993年10月25日に出願さ れた「移動無線システムにおいてランダムアクセスを実行する方法」を発明の名 称とする米国特許出願第08/140,467号に記載されており、本願ではこの米国特許 出願を参照によって本願に組み込む。RACH作動の重要な特徴の1つは、移動 局がアップリンクで送信するバーストごとに移動局がリアルタイムのフィードバ ックを受信するように、一部のダウンリンク情報を受信しなければならないこと である。このことは、RACHにおけるレイヤー2のARQすなわち自動リピー トリクエストとして知られている。このダウンリンク情報は22ビットを含むこ とが好ましく、これら22ビットはダウンリンクにおいてアップリンクに固有な レイヤー2情報を搬送するのに専用とされる別のダウンリンクサブチャンネルと 見なすことができる。共用チャンネルフィードバックと称すことができるこのよ うな情報のフローによりRACHのスループット容量が増し、よって移動局はア クセスの試みの任意のバーストの受信に成功したかどうかを即座に判断できる。 図2に示されるように、このダウンリンク情報はチャンネルAGCHで送信され る。 TDMAシステムにおける信号の送信は、バッファ−バーストモード、すなわ ち中断−送信モードで行われる。すなわち各移動ユニットは移動局に割り当てら れた周波数においてTDMAフレーム内の割り当てられたタイムスロットの間で しか送受信しない。例えばフルレートでは、移動局はスロット1の間で送信し、 スロット2の間で受信をし、スロット3の間でアイドル状態となり、スロット4 の間で送信し、スロット5の間で受信し、スロット6の間でアイドル状態となり 、連続するTDMAフレームの間でこのサイクルを繰り返す。バッテリー給電で きる移動ユニットは送信も受信もしない時にタイムスロットの間で電力を節約す るようにスイッチオフ(またはスリープ)状態にすることができる。 移動性および携帯性を増すために、無線通信加入者は大きな、または指向性ア ンテナを有する移動ユニットよりも、比較的小さい全方向(従って電力の少ない )アンテナを有するモービルユニットを好む傾向がある。このような好みのため に、小さい全方向アンテナを有する代表的な移動ユニットと移動交換センター( MSC)または衛星との間で、通信信号を交換するのに充分な信号強度とするこ とが困難となることが時々ある。このような問題は、特に衛星を使った移動無線 通信で深刻となる。 衛星を使った移動無線通信システムは1つ以上の部分的に重なった衛星ビーム を使用して地球の特定の地理的エリアに無線通信サービスを提供するものである 。各衛星は約1000kmまでの半径を有する。衛星の電力の限界により各ビー ム内に大きいリンクマージンを同時に提供することは実際的ではない。 移動局と衛星のリンクは電力が厳しく制限されているので、通信は一般にライ シアン(Ricean)フェージングを伴う視線チャンネルに限られる。ライシ アンフェージングとは、強力な視線パスと微弱なビル反射波を伴う地面反射波と が組み合わせられることから生じるものである。例えば移動局の無線電話ユニッ トのアンテナを正しく設置し、ユニットが障害物のない位置に位置されるような 、理想的な、またはほぼ理想的な状態で音声通信を行うには、これらチャンネル は約8dB以下の通信リンクマージンを必要とする。これらほぼ理想的なチャン ネルでは、移動ユニットは着信呼を検出するのにページングチャンネルのモニタ に成功できる。理想的でない状態、例えば移動ユニットのアンテナが設置されな いか、または移動ユニットが障害物のある位置(例えばビル内)に位置する場合 、地面反射波およびビル反射波を含む反射波が圧倒的に強くなる。これら理想的 で ない状態におけるチャンネルは大きな減衰を伴うフラットなラレイ(Rayle igh)フェージング(最も厳しいタイプのフェージングである)を特徴とする 。かかるチャンネルでは、音声通信を達成するには30dB以上もの大きいリン クマージンが必要であり、移動ユニットは着信呼を検出するのにページングチャ ンネルをモニタすることが困難となり得る。音声通信が困難となるようなこのよ うな理想的でない状態では、ショートメッセージサービス(SMS)が望ましい 。衛星の電力は限られているので移動局ユーザーに着信呼を警告するのに、理想 的でない状態でこのSMSを使用すると特に有効である。移動局ユーザーは次に 発呼を受信または戻すのに位置を変えることがある。「リンクマージン」または 「信号マージン」とは、理想的な状態、すなわち加算的白色ガウスノイズ(AW GN)以外の欠陥を有しないチャンネルで、必要とされる電力以上で適当なサー ビスを提供するのに必要な更なる電力を意味する。「欠陥」とは、信号振幅のフ ェージング、ドップラーシフト、位相変化、信号がシャドー内に入ることすなわ ちブロッキングされること、装置の損失およびアンテナ輻射パターンの異常点が 挙げられる。 音声を送信するか、またはデータを送信するかにかかわらず、特に電力が制限 された衛星を使用する場合に、無線通信の信頼性を保証するのに信号マージンを 増すことが望ましいことが多い。信号のリンクマージンを増すための公知の方法 として、チャンネルバンド幅を広げること、信号電力を増すこと、およびビット を繰り返す方法がある。これら方法のいずれも大きな限界がある。バンド幅を広 げる方法は、一般に信号拡散および低ビットレート誤り訂正符号化のような公知 の方法によって行われ、この結果、信号はフェージングを受けにくくなる。バン ド幅を広げることにより割り当て効率は低下する。更にSMSにおいて音声チャ ンネルの広げられたバンド幅がメッセージチャンネルのバンド幅から異なる場合 、移動ユニットでは2つの別個の完全な無線チャンネル(各サービスに1つずつ )が必要となるので、設計が複雑となる。また遅延拡散を低減するのに、一般に コヒーレントなレーキ式受信機または等化器も必要となるので、これも移動ユニ ットの構造が複雑となる。バンド幅の拡大は音声またはデータメッセージ全体を 繰り返して送信することによって行うこともできる。しかしながら当該理想的で な い状態では、各繰り返しはノイズレベルよりも低い(すなわち充分なマージンを 有しない)ので、誤り率が大きくなり、繰り返し信号をコヒーレントに積分する ことが不可能となることから、この方法は有効ではない。 信号電力を大きくしてマージンを大きくすることも可能である。しかしながら 衛星の電力は限られているので、この方法は実際的なやり方ではない。送信電力 を増加することによりシステムのコストが高くなることに加え、特に再使用マー ジンの狭いTDMAシステムで同一チャンネルの干渉を制御することがより困難 となる。従って、比較的使用量が少ない期間に限り、衛星から移動ユニットへの 電力を増加することができる。移動ユニットでも、衛星より電力が更に制限され ているので、このような技術は一般に衛星から移動ユニットへの一方向に限って しか実用的でない。 ビット繰り返しを使ってマージンを大きくすることもできる。特に理想的でな い条件でメッセージの繰り返しよりも低い誤り率でビット繰り返しを行うことが できる。ビット繰り返しは送信の遅延を生じさせるが、このような送信の遅延は 明らかな理由から音声信号に対しては好ましくない。しかしながら送信の遅延は 遅延時間が妥当な最小値に維持されれば、SMS方式のようなデータ送信に対し て許容し得る。ビット繰り返しはすべての繰り返しが連続するTDMAフレーム の同一タイムスロット内に含まれるように個々のビットまたは変調シンボル、も しくはビットのパケットもしくは変調シンボルを複数回送信することによって行 うことができる。受信機は各繰り返しからのエネルギーを積分し、マージンのよ り大きい信号を発生する。上記のようにビット繰り返しはメッセージの長さに応 じて大きな遅延を生じ得る。信号マージンを30dBとするには、各ビットを1 000回繰り返さなければならない。GSMシステムすなわち欧州デジタル規格 では、32〜64キャラクタを有し、米国において現在使用されているDAMP S(高度デジタル移動電話サービス)システムでは245までのキャラクタを有 し、DECT(およびデジタルコードレス電話)システムでは160までのキャ ラクタを有する。フレーム当たり16のスロットおよび114のデータビット/ スロットを有する18.64msのTDMAフレームを有するGSMシステムを 仮定すると、伝搬時間を含まない64キャラクタのメッセージを受けるための最 小遅延時間は次のとおりである。 64ビット×8ビット/キャラクタ×1000の繰り返し/ビット×18.6 4ms/スロット×1/114スロット/データビット=84秒 データ伝送用でもかかる遅延時間は好ましくない。従って、大きく遅延せず、 かつ電力を大幅に増加することなく大きな信号マージンで無線通信システムが信 号の送信をできることが好ましい。 更に通信システムは、チャンネルのバンド幅を広げることなく、大きい信号マ ージンで信号を送信できることが好ましい。TDMA通信システムはTDMAフ レームの構造すなわち構成を変えることなく、大きい信号マージンで信号を送信 できるようにすることも好ましい。更に、移動無線通信システムは大きな信号マ ージンで移動ユニットまたは衛星または基地局から生じたデータメッセージを送 信できることが更に好ましい。 更に通信システムはデータメッセージを送信できるよう、通信リンクの信号マ ージンを選択的に高めることが好ましい。 発明の概要 従来の通信システムおよび方法の上記およびそれ以外の制限は、ビット繰り返 し方法と電力を比較的小さく増加する方法とを組み合わせることによって、信号 マージンを高める高透過送信方法を提供する本発明によって克服される。実施例 によればビット繰り返し方法と電力を比較的小さく増加する方法との組み合わせ により、信号マージンを高めるのに繰り返しのみに依存したシステムで許容でき ない遅延特性が解消される。同様に、繰り返し方法と比較的小さく電力を増加す る方法とを組み合わせたことにより信号マージンを大きくするのに電力を大きく することにのみ依存したシステムの同一チャンネルの干渉の問題が解消される。 本発明の実施例によれば、移動無線通信システムには移動ユニットとの間でア ルファニューメリックメッセージを送信するためのショートメッセージサービス 機能が与えられる。減衰量の大きいチャンネルすなわち通信システムを通して信 頼性の高い送信を保証するには、誤り検出符号によりショートメッセージを符号 化する。メッセージは一つ異常のビットのパケットすなわちグループに分割し、 送信ごとに同じタイムスロットを使ってTDMA通信チャンネルを通して多数回 にわたり音声送信用の電力レベルよりも大きい電力で各パケットを送信し、受信 機側で送信信号を積分し、誤りがあるかどうかをチェックし、マージンの大きい 信号を形成する。 図面の簡単な説明 本発明の上記課題、特徴および利点は、図面と共に次の詳細な説明を読めば、 より容易に理解できよう。 図1は、移動無線通信システムのブロック図である。 図2は、代表的なGSMデジタル無線通信システムにおけるチャンネルの構造 を示す図である。 図3は、本発明の信号送信方法を実現できる、衛星を使った移動無線通信シス テムの図である。 図4は、本発明にかかわるショートメッセージの送信を示すフローチャートで ある。 好ましい実施例の詳細な説明 次の説明は衛星を使った無線通信システムで実現されるショートメッセージサ ービスを参照するが、本発明は他のタイプの通信システムにも適用できることが 理解できよう。 衛星を使った移動無線通信システムでは、1つの衛星、多数の衛星、または1 つ以上の衛星とPSTN(公衆交換電話ネットワーク)との組み合わせを介した 移動局と標準電話機または第2移動局との間の音声またはデータを送信するため の通信リンクを設定できる。図3に示されるようなかかるシステムは、数局の基 地局または全く基地局が存在せず付加的基地局が実用的でない、例えば地方の領 域における広範な地域をカバーするのに好ましい。衛星の電力には固有の限界が あるので、衛星と移動局との間を音声通信でリンクするには、理想的またはほぼ 理想的な条件が必要である。すなわち移動局のアンテナが正しく設置された状態 で視線状態のような状態が必要である。理想的でない状態、例えば移動局が陰に 入る、例えばビル等の中に入ったり、移動局のアンテナが正しく設置されないよ うな理想的でない状態では、チャンネル内での減衰が大きくなるので、通信のた めの電力または信号マージン条件は大幅に増す。(図3においてMUで示される ような)かかる状況では、ラレイフェージングは満足できる通信を阻害すること が多く、よって移動局には短いアルファニューメリックメッセージを送ることが 好ましい。例えば着信呼を加入者に伝えるのにこのメッセージを使用できる。本 発明は長い遅延時間を生じたり、電力を増加したり、また同一チャンネルでの干 渉を生じることなく信号マージンを高めるための効率的な技術を提供することに より、メッセージの信頼できる送信を保証するものである。 単なる図解のため、かつ本発明の範囲を限定することなく、TDMAチャンネ ルを使用し、衛星を使ったGSM無線通信システムが次の条件を示すものと仮定 できる。通信チャンネルは視線成分を有せず、かなりの減衰を伴うフラットなラ レイフェージングを受けるものとする。当業者であれば理解できるように、ラレ イ(またはマルチパス)フェージングは、サービスエリア内の物理的構造物から の反射によりマルチパス波が定在波の対を形成する際に生じる現象である。加算 された定在波の対は波のフェージング構造を不規則にする。移動ユニットが静止 している時、このユニットは一定の信号を受信する。しかしながら移動ユニット が移動する時は、移動ユニットが高速で移動するにつれ、フェージングを増加さ せるような構造となる。理想的でないラレイチャンネルの平均的信号レベルは理 想的に近い視線チャンネルの信号レベルよりも約20〜30dB低い。 理想的でない状態において移動ユニットに高信頼度でショートメッセージを送 信できるように保証するためには、信号マージンを大きくしなければならない。 本発明によれば、長い遅延時間を生じることなく信号マージンを大きくするため に、ビット繰り返し方法と電力を増加する方法とを組み合わせることができる。 デシベル(dB)とは電力、電流または電圧の比を示すのに使用される単位で あることが理解できよう。特に電力比(P2/P1)は式dB=10log(P 2/P1)によりデシベルを単位として表示できる。30dBの信号マージンは 10log1000=30であるので、電力比を1000としなければならない 。従って、ビット繰り返しのみによりこのような信号マージンを得るには、各ビ ットを1000回繰り返さなければならず、その結果、受信機では各繰り返しか らの信号マージンを積分し、上記のように計算した82秒の遅延が生じる。しか しながら15dBのマージンを得るには、10log31.623=15である の で、必要な電力比はわずか31.623でよい。従って、電力を15dB増加し 、各ビットを約31回繰り返すことにより、30dBの信号マージンが得られる 。このような技術を利用することにより、64キャラクタメッセージに対するビ ット繰り返し遅延時間は、(64キャラクタ×8ビット/キャラクタ×31の繰 り返し/ビット×18.64ms/スロット×1/114スロット/ビット)、 すなわち約2.5秒となる。この結果、ビット繰り返し遅延時間は妥当なレベル に維持され、電力増加量も妥当なレベルに維持されるので、同一チャンネルでの 干渉は防止できる。長い遅延時間を生じることなく、ラレイフェージングが生じ る環境下で満足できる通信を行うのに、繰り返しと電力を増加することとの多く の異なる組み合わせが可能であることが理解できよう。更に、デジタル信号の個 々のビットを繰り返す代わりに、ビットのグループを繰り返してもよい。 本発明の技術を実現するために、多数のユーザー間の電力負荷を平均化するこ とにより、衛星から移動局への電力を増加してもよい。すなわち理想的に近い状 態で移動ユニットによって使用される通信チャンネルは、理想的でない状態にお ける移動ユニットに対する給電量を増加するように、その電力を低下させてもよ い。連続するTDMAフレーム内の個々のスロットを大きな電力レベルで送信す る、時間平均による電力を増加することもできる。当業者に知られている他の技 術によって衛星から移動局への電力を増加することもできると理解できよう。 移動ユニットの電力の限界は衛星の電力限界よりもかなり深刻である。従って 、移動局から衛星への通信を行うために電力を増加することは、より困難である 。かかる通信はメッセージまたはメッセージのアクノーレッジ受信信号を送るの に必要である。本発明の一実施例によれば、移動ユニットから衛星への電力を増 加することはランダムアクセスチャンネルRACHのすべてのタイムスロットで 移動ユニットが送信できるようにすることにより、移動ユニットから衛星への電 力を増加できる。衛星に送信する信号のマージンを更に効果的に高めるために、 移動ユニットによってビット繰り返しを行うこともできる。RACHチャンネル を通した移動ユニットによるアクノーレッジメントは、低情報レートの信号によ って行うことができるので、順方向チャンネルに対するより多数の同期ビットお よびより多数のビットとメッセージの繰り返しを使用することにより、移動ユニ ッ トの小送信電力を保証できる。繰り返し信号の相関性をなくすには、移動ユニッ トは別個の搬送波周波数で連続する繰り返し信号を送信することが好ましい。メ ッセージは短いので送信時間は短く、このシステムを使って平均的な送信電力は 受け入れ可能なものとなる。 次に図4を参照する。ここには本発明に係わる送信方法を利用したショートメ ッセージの送信を説明したフローチャートが示されている。ステップ100では 送信側で受信加入者へ送信すべきメッセージを入力する。このメッセージは移動 ユニット、標準的な電話機、コンピュータターミナルまたは送信等価的デバイス を通して送信側から直接このメッセージを通信システムに入力したり、またはシ ステムへメッセージを入力するサービスセンターのオペレータを呼ぶことにより 、直接メッセージを入力してもよい。ステップ102では、送信機に設けられた 符号化器により誤り検出符号、例えばCRCにより、ショートメッセージを含む 情報ビットを符号化する。符号化されたメッセージは符号ワードビットまたはシ ンボルのうちの一部の番号Xの符号ワードを構成する。送信機は衛星、基地局ま たは移動ユニットのいずれでもよいと認識すべきである。ステップ104では、 符号化手段によって出力されるXの符号ワードビットまたはシンボルの各々がN 回繰り返され、N個のビットを含むパケットを形成する。個々のビットまたはシ ンボルを繰り返す代わりに2つ以上のビットまたはシンボルのグループを繰り返 すことも可能である。TDMAフレーム内の各スロットが繰り返しビット、誤り 検出符号化ビットおよび同期バーストの1つ以上のパケットを含み、受信機がチ ャンネルの質を評価できるようにパケットを送信する。符号化されたショートメ ッセージを含むすべてのビットがこのように送信される。符号化されたメッセー ジ全体が送信されると、所望の信号マージンが得られるように(N個の符号ワー ドビットのパケット状をした)メッセージの送信がN回繰り返される。衛星、基 地局または移動局からショートメッセージを送信できるので、これらデバイスの 各各に符号化機能および送信機能が提供されることが理解できよう。また、本発 明の技術を実施するために、メッセージの送信に成功するのに必要な信号マージ ンを得るのに必要なビット繰り返しの回数N、メッセージの繰り返し回数Mおよ び電力増加量を決定するための手段が送信機に含まれることも理解できよう。 ステップ108では受信デバイス(すなわち移動ユニット、衛星、基地局また は等価的なデバイス)は、符号化され、繰り返されたメッセージビット、誤り検 出ビットおよびチャンネル品質評価ビットを含む受信信号をサンプリングし、式 (ここでγijはパケットの繰り返しjにおける情報ビットすなわちシンボルSの i番目の繰り返しに対応する、受信され、サンプリングされた信号であり、Cj はチャンネルの品質の対応する評価値である)の数値合計を発生する。ステップ 110では受信デバイス内に含まれる復号器がソフトウェアの組み合わせ方法ま たは論理多数決方法、もしくは他の適当な復号化方法を使用して、数値合計から TDMA内の各符号化されたビットまたはシンボルを復号化する。ソフトウェア の組み合わせ方法を実施するには復号器は として数値合計を加算し、この合計値に基づき、ビットまたはシンボル判断を行 う。論理多数決方法を実施するには復号器は各数値yjに対する予備的なビット またはシンボル判断を行い、予備的判断のすべてを比較することにより最終ビッ トまたはシンボル判断を行う。従って、復号器がM個の予備的判断を行う場合、 復号器は予備的判断の半分より多数が1であれば、対応する情報ビットを1と判 断し、それ以外では復号器は対応する情報ビットを0であると判断する。同じ論 理を使用して0となるビットを復号化する。予備的判断のちょうど半分が0であ り、予備的判断のちょうど半分が1である場合の誤りを防止するために、Mは奇 数に選択する。復号化されたビットをコヒーレントに組み合わせ、メッセージの 多数の送信信号をコヒーレントに組み合わせてマージンの大きいメッセージ信号 を発生する。 ステップ112では受信装置に含まれる誤り検出器は送信装置に設けられたC RC誤り検出符号化プログラムに基づき、誤りを検出する。誤りが検出されなけ ればステップ114において受信側の加入者の移動ユニットにメッセージをディ スプレイする。誤りが検出されれば受信装置にメッセージをディスプレイせず、 ディスプレイする誤りメッセージまたはオーディオ信号により誤り状態のメッセ ージをユーザーに通知し、受信機は後により詳細に説明する双方向無線プロトコ ルに従ってメッセージまたはメッセージのうちの誤り部分を再送信することを送 信機に求める。 本発明によれば、メッセージの個々の部分の繰り返しと組み合わせて、メッセ ージの繰り返し送信を行うことができる。すなわちメッセージの個々の部分を多 数回送信し、メッセージ部分の繰り返し送信によりメッセージ全体が送信される と、再びメッセージ全体を送信することができる。 本発明の別の特徴によれば、異なる周波数、異なる極性または適当な時間遅延 をさせて、メッセージまたはメッセージ部分を送信することにより、メッセージ の繰り返しの相関性をなくしている。 本発明の送信システムは、更に順方向の誤り訂正(FEC)手段を含むことが できる。かかる構造ではステップ102で誤り検出符号により情報ビットを符号 化した後に、誤り訂正符号によりショートメッセージの情報ビットを符号化する ための第2符号化器が送信機に設けられている。こうしてメッセージが送信され 、上記のように受信されたメッセージが復号化される。論理多数決をする場合、 ハードウェアによる判断復号器が使用され、(例えばチャンネルから予測される ビット信頼性情報のような)追加情報を伴わず、チャンネル復号器へ論理多数決 投票機の出力におけるビットが送られる。ソフトウェアの組み合わせを使用する 場合、誤り訂正符号を復号化するのにソフトウェアによる判断復号器が使用され 、ソフトウェアの判断復号器出力に数値合計yjが加算され、この合計が誤り訂 正復号器へ送られる。送信ストリームにおいて連続する出力ビットをできるだけ 分離することにより、誤り訂正符号化器の異なる出力をインターリーブすれば、 誤り訂正符号化はより効果的となる。 ビットおよびメッセージ繰り返しの数が多くなればなるほどシステムの性能も よくなるが、遅延時間はより長くなることが理解できよう。TDMAスロットは 同期情報またはデータのいずれかとして使用できる有限の数のビットを有する。 パケットにおけるビットの繰り返し数(N)を増すには、かならず同期ビットの 数を減らさなければならない。数値合計は予測されるチャンネルの品質に応じて 決まり、チャンネルの品質は同期ビットの数に応じて決まる。TDMAスロット がNt個のビットを有し、Ns個の同期ビット/スロットおよびNt−Ns個 のデータビット/スロットがある場合、繰り返しによるビット当たりの信号対ノ イズ比の利得は、約(Nts−Ns2)/Ntとなる。従って、Ns=Nt/2の時 に信号対ノイズ比の最適利得が生じる。しかしながら、所定のスロットにおける 同期ビットおよびデータビットの数の選択は、実現すべき特定の送信方式によっ て決まることが理解されよう。 上記のように、衛星と移動局との間でメッセージを伝送するのに設定されるリ ンクは双方向リンクである。従って、ショートメッセージシステムの利用率を高 めるのに、衛星と移動局との間で使用するための無線プロトコルを選択できる。 例えばメッセージを正しく受信したかどうかを表示する「YES」または「NO 」により、メッセージを受信した移動局が衛星に応答するような簡単なプロトコ ルを実施できる。これとは異なり、パケットまたはパケットのグループをグルー プIDで識別し、CRC誤り検出コードにより保護する、より複雑なプロトコル を実施することが可能である。CRCがメッセージを正しく受信しなかったと表 示する場合、衛星は誤りの生じたグループを含むパケットを再送信できる。この ようにメッセージ全体を再送信するのと異なり、誤りの生じたパケットだけを再 送信すればよい。従って、このプロトコルは繰り返し回数を最適にし、よって遅 延時間および消費する衛星の電力を最小にするように使用できる。 本発明に係わるSMSの双方向リンクは課金に関する利点も提供する。単一方 向リンクではメッセージが正しく受信されたかどうかの証明がないので、ショー トメッセージ送信料金を送り手または受け手に課金できない。従って、単一方向 リンクのSMSサービスは高い加入料金で加入者に提供できる。これと対照的に 、双方向リンクはメッセージが正しく受信されたかどうかを、メッセージの送り 手またはサービス運用者が判断できるので、サービス運用者は正しく受信された 各メッセージに限って送信料金をSMSサービスに課することができる。 上記のように、より長いメッセージに対し、音声通信すなわち30〜40dB より大きいリンクマージンおよび受け入れ不能な長い遅延時間を必要とする条件 の結果、本発明の技術が得られた。かかる場合、衛星または対応するセルラー移 動交換センター(MSC)にメッセージを記憶してもよい。移動ユニットが、よ り好ましい通信チャンネルの一斉送信制御チャンネル(BCCH)を読み出すこ とができる場合、この移動ユニットに、例えば一斉送信された制御チャンネル上 のフラグにより記憶されたメッセージを警告してもよい。 本発明の技術を使用することにより、バンド幅を広げることなく、よって移動 局の構造を複雑にすることなく、大きい信号マージンが提供できる。更にメッセ ージコンテンション以外のTDMAフレーム構造または組織において変更は必要 でない。本発明の方法は移動局との間で信号を送信できるようにするものであり 、この方法は双方向性であるので、当業者であればこのシステムはTDMAシス テムにおける信号制御チャンネルの一部として実現できることが理解できよう。 上記説明は多数の特定した事項を含むが、ここに開示した実施例は単に説明の ためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者にとって、添付し た請求の範囲およびそれらの法律的な均等物によって定義される本発明の要旨お よび範囲から逸脱しない多数の変形例が、容易に明らかとなろう。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年6月13日(1997.6.13) 【補正内容】 7.情報信号がアクノーレッジメント信号である、請求項6記載の方法。 8.移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルにて、アクノーレッジ メント信号を送信する、請求項7記載の方法。 10.通信リンクが双方向性リンクである、請求項1記載の方法。 11.通信リンクがラレイ(Rayleigh)チャンネルである、請求項1 記載の方法。 12.情報信号を記憶中であることを受信機に通知する工程を更に含む、請求 項4記載の方法。 13.第2の電力レベルで情報信号のうちの1つの一部を複数回送信するため の手段を含む、第1電力レベルで1つ以上のアルファニューメリックメッセージ を含む情報信号を送信するための送信機と、 情報信号の一部を受信し、受信した部分を積分して、積分された情報信号を形 成するための受信機とを備えた通信システム。 14.送信機が更に誤り検出符号化により情報信号を符号化するための符号化 器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための復号化器を含む、請求 項13記載の通信システム。 15.各部分が情報信号のうちの1つ以上のビットを含む、請求項14記載の システム。 16.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項13記 載の通信システム。 17.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項13記 載の通信システム。 18.移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルで情報信号を送信す る、請求項17記載の通信システム。 19.情報信号の送信に成功したかどうかを判断するよう送信機と受信機とが 通信し、情報信号の送信に成功しなかった場合、記憶手段が後に受信機へ送信す るための情報信号の情報ビットを記憶する、請求項14記載の通信システム。 20.情報ビットが記憶手段により記憶されていることを送信機が受信機に通 知する、請求項19記載の通信システム。 22.送信機によって送信される部分の相関性をなくす、請求項14記載の通 信システム。 23.送信機が誤り訂正符号化により情報信号を符号化するための誤り訂正符 号化器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための誤り訂正復号化器 を更に含む、請求項14記載の通信システム。 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1998年1月6日(1998.1.6) 【補正内容】 音声を送信するか、またはデータを送信するかにかかわらず、特に電力が制限 された衛星を使用する場合に、無線通信の信頼性を保証するのに信号マージンを 増すことが望ましいことが多い。信号のリンクマージンを増すための公知の方法 として、チャンネルバンド幅を広げること、信号電力を増すこと、およびビット を繰り返す方法がある。これら方法のいずれも大きな限界がある。バンド幅を広 げる方法は、一般に信号拡散および低ビットレート誤り訂正符号化のような公知 の方法によって行われ、この結果、信号はフェージングを受けにくくなる。バン ド幅を広げることにより割り当て効率は低下する。更にSMSにおいて音声チャ ンネルの広げられたバンド幅がメッセージチャンネルのバンド幅から異なる場合 、移動ユニットでは2つの別個の完全な無線チャンネル(各サービスに1つずつ )が必要となるので、設計が複雑となる。また遅延拡散を低減するのに、一般に コヒーレントなレーキ式受信機または等化器も必要となるので、これも移動ユニ ットの構造が複雑となる。バンド幅の拡大は音声またはデータメッセージ全体を 繰り返して送信することによって行うこともできる。しかしながら当該理想的で ない状態では、各繰り返しはノイズレベルよりも低い(すなわち充分なマージン を有しない)ので、誤り率が大きくなり、繰り返し信号をコヒーレントに積分す ることが不可能となることから、この方法は有効ではない。 例えば、国際出願第WO81/00034号明細書に記載のように信号電力を大きくし てマージンを大きくすることも可能である。しかしながら衛星の電力は限られて いるので、この方法は実際的なやり方ではない。送信電力を増加することにより システムのコストが高くなることに加え、特に再使用マージンの狭いTDMAシ ステムで同一チャンネルの干渉を制御することがより困難となる。従って、比較 的使用量が少ない期間に限り、衛星から移動ユニットへの電力を増加することが できる。移動ユニットでも、衛星より電力が更に制限されているので、このよう な技術は一般に衛星から移動ユニットへの一方向に限ってしか実用的でない。 例えば、国際出願第WO81/00034号明細書に記載のようにビット繰り返しを使 ってマージンを大きくすることもできる。特に理想的でない条件でメッセージの 繰り返しよりも低い誤り率でビット繰り返しを行うことができる。ビット繰り返 しは送信の遅延を生じさせるが、このような送信の遅延は明らかな理由から音声 信 号に対しては好ましくない。しかしながら送信の遅延は遅延時間が妥当な最小値 に維持されれば、SMS方式のようなデータ送信に対して許容し得る。ビット繰 り返しはすべての繰り返しが連続するTDMAフレームの同一タイムスロット内 に含まれるように個々のビットまたは変調シンボル、もしくはビットのパケット もしくは変調シンボルを複数回送信することによって行うことができる。 請求の範囲 1.初期電力レベルにおいて、各々が複数の情報ビットを有する複数のタイム スロットを有する通信リンクを送信機と受信機との間で設定する工程と、 高くされたマージンレベルにて同一タイムスロット内で各グループの各送信が 行われるよう、通信リンクを通して送信機から受信機へ1つ以上の情報ビットの グループとしてアルファニューメリックメッセージを含む情報信号を複数回送信 する工程と、 マージンレベルが高くされた信号を形成するよう、受信機にて各グループの送 信信号を積分する工程とを備えた、通信リンクのマージンを大きくするための方 法。 2.送信工程に先立ち、誤り検出符号化情報により各送信信号を符号化する工 程を更に含む、請求項1記載の方法。 3.積分工程前にソフトウェアの組み合わせにより情報ビットを復号化する工 程を更に含む、請求項2記載の方法。 4.送信信号の送信に成功したかどうかを判断する工程と、情報信号の送信に 成功しなかった場合において受信機へのこれ以後の送信を行うための情報信号の 情報ビットを記憶する工程とを更に含む、請求項1記載の方法。 5.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項1記載の 方法。 6.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項1記載の 方法。 24.データ符号ワードを形成するように誤り検出符号化により送信すべきデー タを符号化する工程と、 データ符号ワードを各々1つ以上のデータビットのパケットに分割する工程と 、 送信機と受信機との間に設定される移動通信チャンネルを通して第1の電力レ ベルで複数回、各パケットを送信する工程を備え、この通信チャンネルは第1電 力レベルよりも小さい第2電力レベルで音声信号を搬送するようになっており、 受信機側でパケットをサンプリングする工程と、 パケットを復号化する工程と、 大きい信号マージンを有するデータ信号を形成するように、復号化されたパケ ットを積分する工程とを備えた、アルファニューメリックデータメッセージを送 信するための方法。 25.ソフトウェアの組み合わせにより復号化する工程を実行する、請求項2 4記載の方法。 26.ハードウェアの判断復号化により復号化工程を実行する、請求項24記 載の方法。 27.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項24記 載の方法。 28.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項24記 載の方法。 29.データ信号がメッセージの受信をアクノーレッジするためのアクノーレ ッジメント信号である、請求項28記載の方法。 30.移動無線通信システムのランダムアクセスチャンネルでアクノーレッジ メント信号を送信する、請求項29記載の方法。 31.アルファニューメリックメッセージが誤りを含むかどうかを受信機で判 断する工程と、 アルファニューメリックメッセージが誤りを含む場合、1つ以上のパケットの 再送信をリクエストする工程と、 アルファニューメリックメッセージが誤りを含まない場合、受信機でアルファ ニューメリックメッセージをディスプレイする工程を更に含む、請求項24記載 の方法。 32.各パケットの送信信号の相関性をなくす、請求項24記載の方法。 33.送信工程に先立ち、誤り訂正符号化により符号ワードを符号化する工程 を更に含む、請求項24記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── 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(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(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,ES,FI,GB,G E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR ,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV, MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK ,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 リドベック,ニルス アメリカ合衆国27511 ノースカロライナ 州キャリイ,クイーンズフェリー ロード 207 (72)発明者 ハッサン,アマー,エイ. アメリカ合衆国27513 ノースカロライナ 州キャリイ,キイ ウエスト ミューズ 412 (72)発明者 デント,ポール,ダブリュ. スウェーデン国 エス−240 36 ステハ グ,ステハグス プラストガルド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.初期マージンレベルにおいて、各々が複数の情報ビットを有する複数のタ イムスロットを有する通信リンクを送信機と受信機との間で設定する工程と、 初期マージンレベルと高くされたマージンレベルとの間の中間マージンレベル にて同一タイムスロット内で各グループの各送信が行われるよう、通信リンクを 通して送信機から受信機へ1つ以上の情報ビットのグループとして情報信号を複 数回送信する工程と、 マージンレベルが高くされた信号を形成するよう、受信機にて各グループの送 信信号を積分する工程とを備えた、通信リンクのマージンを大きくするための方 法。 2.送信工程に先立ち、誤り検出符号化情報により各送信信号を符号化する工 程を更に含む、請求項1記載の方法。 3.積分工程前にソフトウェアの組み合わせにより情報ビットを復号化する工 程を更に含む、請求項2記載の方法。 4.送信信号の送信に成功したかどうかを判断する工程と、情報信号の送信に 成功した場合において受信機への最終送信を行うための情報信号の情報ビットを 記憶する工程とを更に含む、請求項1記載の方法。 5.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項1記載の 方法。 6.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項1記載の 方法。 7.情報信号がアクノーレッジメント信号である、請求項6記載の方法。 8.移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルにて、アクノーレッジ メント信号を送信する、請求項7記載の方法。 9.情報信号がアルファニューメリックメッセージである、請求項1記載の方 法。 10.通信リンクが双方向性リンクである、請求項1記載の方法。 11.通信リンクがラレイチャンネルである、請求項1記載の方法。 12.情報信号を記憶中であることを受信機に通知する工程を更に含む、請求 項4記載の方法。 13.第2の電力レベルにて情報信号のうちの1つの一部を複数回送信するた めの手段を含む、第1電力レベルで情報信号を送信するための送信機と、 情報信号の一部を受信し、受信した部分を積分して、積分された情報信号を形 成するための受信機とを備えた通信システム。 14.送信機が更に誤り検出符号化により情報信号を符号化するための符号化 器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための復号化器を含む、請求 項13記載の通信システム。 15.各部分が情報信号のうちの1つ以上のビットを含む、請求項14記載の システム。 16.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項13記 載の通信システム。 17.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項13記 載の通信システム。 18.移動無線通信リンクのランダムアクセスチャンネルで情報信号を送信す る、請求項17記載の通信システム。 19.情報信号の送信に成功したかどうかを判断するよう送信機と受信機とが 通信し、情報信号の送信に成功しなかった場合、記憶手段が後に受信機へ送信す るための情報信号の情報ビットを記憶する、請求項14記載の通信システム。 20.情報ビットが記憶手段により記憶されていることを送信機が受信機に通 知する、請求項19記載の通信システム。 21.情報信号がアルファニューメリックメッセージである、請求項14記載 の通信システム。 22.送信機によって送信される部分の相関性をなくす、請求項14記載の通 信システム。 23.送信機が誤り訂正符号化により情報信号を符号化するための誤り訂正符 号化器を更に含み、受信機が受信した部分を復号化するための誤り訂正復号化器 を更に含む、請求項14記載の通信システム。 24.データ符号ワードを形成するように誤り検出符号化により送信すべきデ ータを符号化する工程と、 データ符号ワードを各々1つ以上のデータビットのパケットに分割する工程と 、 送信機と受信機との間に設定される通信チャンネルを通して第1の信号マージ ンで複数回、各パケットを送信する工程を備え、この通信チャンネルは第1信号 マージンよりも小さい第2信号マージンで音声信号を搬送するようになっており 、 受信機側でパケットをサンプリングする工程と、 パケットを復号化する工程と、 第1信号マージンよりも大きい第3信号マージンのデータ信号を形成するよう に復号化されたパケットを積分する工程とを備えた、データを送信するための方 法。 25.ソフトウェアの組み合わせにより復号化する工程を実行する、請求項2 4記載の方法。 26.ハードウェアの判断復号化により復号化工程を実行する、請求項24記 載の方法。 27.データ信号がアルファニューメリックメッセージである、請求項24記 載の方法。 28.送信機が衛星であり、受信機が移動電話ユニットである、請求項24記 載の方法。 29.送信機が移動電話ユニットであり、受信機が衛星である、請求項24記 載の方法。 30.データ信号がメッセージの受信をアクノーレッジするためのアクノーレ ッジメント信号である、請求項29記載の方法。 31.移動無線通信システムのランダムアクセスチャンネルでアクノーレッジ メント信号を送信する、請求項30記載の方法。 32.アルファニューメリックメッセージが誤りを含むかどうかを受信機で判 断する工程と、 アルファニューメリックメッセージが誤りを含む場合、1つ以上のパケットの 再送信をリクエストする工程と、 アルファニューメリックメッセージが誤りを含まない場合、受信機でアルファ ニューメリックメッセージをディスプレイする工程を更に含む、請求項27記載 の方法。 33.各パケットの送信信号の相関性をなくす、請求項24記載の方法。 34.送信工程に先立ち、誤り訂正符号化により符号ワードを符号化する工程 を更に含む、請求項24記載の方法。
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