JP2000513899A - リンク品質に依存する変調スキーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるフレキシブル双方向電気通信システムは、地理上に分散された複数の基地局（PS１〜PS３）を含み、これらのカバレッジエリア（CA１〜CA３）によって連続なセルが定義される。移動局（SS１〜SS３）は、基地局のカバレッジエリアの内部およびこれらの間をローミングすることができる。基地局からの下りリンク通信には、TDMA方式が用いられ、移動局からの上りリンク伝送には、CDMA／TDMA方式が用いられる。下りリンクに伝送されるデータパケットは、基地局と宛先移動局との間のリンクの品質に適するスキームにて変調される。下りリンク伝送に付加されるヘッダには、おのおののデータパケットの基準点に対する位置、および各データパケットに適用された変調スキームに関する情報が含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 リンク品質に依存する変調スキーム 技術分野 本発明は、フレキシブル双方向電気通信システム、より詳細には、これに限定 されるものではないが、セルラ無線システム、例えば、ユニバーサル移動体電話 システム（Universal Mobile Telephone System、UMTS）に関する。 背景技術 UMTSに対する無線インタフェースは、まだ概念の段階であり、現在、多くのシ ステム設計者が様々な要件の規定に着手したばかりである。これら要件の内、例 えば、（１）広い範囲のビット速度（８kbps〜２bps）を、（２）高いスペクト ル効率にてサポートできる能力は、２つの最も重要な要件である。解決されるべ き他の面としては、最小の周波数計画にて基地局をフレキシブルに展開すること や、リアルタイムサービスをサポートできる必要性が存在する。 無線インタフェースは、マルチパス伝搬の影響を緩和するために、十分な周波 数ダイバーシィティを提供することが求められる。時間ダイバーシィティを用い ることもできるが、この方法は、固定された、あるいは低速で移動する移動局（ 端末）に対しては、あまり効果的ではない。アンテナダイバーシィティを、特に 、基地局の所で用いることもできる。 可能な技法として、周波数ホッピングや広帯域変調が含まれる。広帯域変調の 場合は、単一の広帯域キャリアのために、受信機の所で等化器を用いることが必 要となる。直接シーケンススペクトル拡散（Direct Sequence Spread Spectrum ）や、マルチキャリア変調（Multi-Carrier Modulation）を適用することもでき るが、これらには、それぞれ、Rake（レーク）受信機や、FFT変調器が必要とな る。 Norihiko Morinagaらは、IEEE Communications Magazine,January 1997,page 34〜40に掲載の論文“New Concepts and Technologies for Achieving Highly R eliable and High Capacity Multimedia Wireless Communications System（高 信頼高性能マルチメディア無線通信システムのための新たな概念および新たな技 術）おいて、第三あるいは第四世代の移動体セルラ電気通信として用いるための 高信頼高容量デジタルシステムに対する要件について議論する。特に、この論文 においては、時分割多重アクセス（TDMA）システムと符号分割多重アクセス（CD MA）システムを用いて、高性能高容量マルチメディア無線通信を達成するシステ ム設計概念および技法のメリットについて議論されている。TDMAに対しては、こ の論文は、TDMAベースの適応変調を、ダイナミックチャネル割当てと共に用いる と、高容量マイクロセルラシステムを達成するのに効果的であると提唱する。著 者らは、逆に、広い帯域幅のCDMAは重大なチップ間干渉が発生したり、受信機の 所で同期が必要となる等の問題があることを指摘する。このため、著者らは、低 速周波数や、直交周波数分割多重（OFDM）スペクトル拡散システムについて調べ 、これらがサブミリメートル波、あるいはミリメートル波伝送における高速伝送 に対する候補であり得ると述べている。マルチキャリアCDMAシステムも検討され ているが、単一キャリアCDMAシステムの方が好ましいという結論に達している。 ただし、この文献は、TDMAおよびCDMA技法を用いるフレキシブルなシステムをど のように実現するかについては開示していない。 発明の要約 本発明の一つの目的は、信号の伝送方法を、受信機を取り巻く様々な環境条件 に適応させることにある。 本発明の一面によると、基地局（一次局）と移動局（二次局）の間で信号を伝 送するための方法が開示される。前記各局は、トランシーバ（送受信）手段と制 御手段を含み、前記基地局の少なくとも制御手段は、上りリンク上に受信される 信号の品質を決定することができる。特徴として、この方法によると、この上り および／あるいは下りリンクの品質に関する情報に基づいて、下りリンク上に伝 送されるべき信号が変調され、伝送の特性が選択される。 本発明のもう一面によると、双方向電気通信システムが開示される。このシス テムは、基地局と、トランシーバ（送受信）手段を含む少なくとも一つの移動局 を含み、前記基地局は、下りリンクに信号を送信するための送信手段、前記移動 局の前記トランシーバ手段によって上りリンクに送信された信号を受信するため の受信手段、および制御手段を含む。この制御手段は、前記受信手段によって前 記上りリンクから受信される信号の品質を決定するための手段、および前記下り リンクに送信されるべき信号を変調するための手段を含む。この変調手段は、前 記上りおよび／あるいは下りリンクの品質に関して得られた情報に基づいて、上 りおよび／あるいは下りリンクの伝送特性を選択する。 前記伝送特性を選択する際には、その他の要素として、ビット速度、ビットエ ラー率（BER）、エンド・ツウ・エンド遅延等のアプリケーション要件も考慮さ れる。 図面の簡単な説明 以下に本発明を一例として付録の図面を参照しながら説明するが、図面中： 図１は、双方向電気通信システムの略ブロック図であり、 図２は、下りリンクフレーム構造の一例を示し、 図３は、上りリンクフレーム構造の一例を示し、 図４は、下りリンクヘッダ構造の一例を示し、 図５は、下りリンクパケットデータのバースト構造の一例を示し、 図６は、下りリンクリアルタイムデータのバースト構造の一例を示し、 図７は、基地局（一次局）と移動局（二次局）に用いられる送信機の略ブロッ ク図を示し、そして 図８は、基地局と移動局に用いられる受信機の略ブロック図を示す。 図面中、対応する要素は同一の参照符号にて識別する。 発明の実施の形態 図１は、フレキシブルプロトコルにて動作し、異なるビット速度を持つ広いレ ンジのマルチメディアアプリケーションを、空中インタフェースが置かれた広い レンジの動作条件下で効率的にサポートすることができるセルラ無線システムを 示す。 図１に示すように、このシステムは、システムコントローラ（SC）を含み、こ れは、例えば、地上回線（LL）によって、それぞれ、基地局（一次局）PS１、PS ２、PS３に接続される。基地局PS１、PS２、PS３は、トランシーバ（送受信機） とマイクロコントローラを含み、各トランシーバの送信機は、ここでは便宜上六 角形として示される自身のカバレッジエリアCA１、CA２、CA３を定義する。基地 局のフレキシブルな展開を可能にするためには、直ぐ近く隣接するカバレッジエ リアあるいはセル内で、同一の搬送波周波数を、再使用できることが望ましい。 携帯端末等の移動局SS１、SS２、SS３も、トランシーバとマイクロコントローラ を含み、これら移動局は、カバレッジエリアCA１、CA２、CA３の間や、これらの 内部をローミングすることができる。 基地局からの下りリンクでは、伝送は下りリンク広帯域TDMA伝送の形式にて行 なわれ、伝送のための変調および符号化スキームは送信先移動局の所の干渉環境 に基づいて選択される。移動局SS１〜SS３からの上りリンクの場合は、伝送はCD MA伝送あるいはTDMA伝送の形式で行なわれる。 フレキシブル性を達成するために、下りリンク広帯域TDMA伝送は、異なる変調 および符号化スキームから構成され、これらは、公称上は、同一帯域幅を持ち、 ある時間フレーム内では、タイムスロットは、これに制約されるものではないが 、固定される。これら時間フレーム内の各ユーザに宛てられたデータの位置は、 フ レームヘッダを用いて示される。上りリンク伝送の場合は、フレーミング構造が 用いられ、フレームはCDMAセクションとTDMAセクションに分割され、上りリンク フレームの一部分を移動局に割当てるために、この割当てが下りリンク情報内に 示される。 時間分割多重（Time Division Duplex、TDD）と、周波数分割多重（Frequency Division Duplex、FDD）の両方が可能である。TDDの場合は、上りリンクフレー ムと下りリンクフレームの継続期間は異なっても良い。さらに、フレームの継続 期間は、厳密に固定する必要はなく、ある公称値を中心としてある程度変動する こともできる（IEEE 1394標準を参照）。 データスループットを最大にするために、基地局に近い移動局への伝送には、 高次の変調が用いられ、他方、セルの境界近傍等で見られるような貧弱な信号対 雑音条件下で動作している移動局への伝送には、低ビット速度直交符号化が用い られる。幾つかの周知の変調スキームに対するＣ/Ｎ（搬送波対雑音比）要件を 、AWGNと共に、以下のテーブルに示す。このテーブルにおいて、Eb／Noは、ビッ ト当たりのエネルギーをノイズ密度で除算した値を表し、Bps／Hzは、秒当たり のビット数を周波数で除算した値を表す。 これらの結果は、コヒーレント検波を想定し、チャネル符号化を選択された変 調スキームと組み合わせて用いることで、さらに改善することができる。 図２は、基地局からの下りリンク伝送に用いるのに適するTDMAフレーム構造の 一例を示す。このフレーム構造は、複数のフレームを含み、各フレームは、同一 の継続期間、例えば、効率と伝送遅延の間の最良の妥協として選択された５ｍｓ の継続期間を持つ。この下りリンクフレームは、フレームの開始を示す同期シー ケンスＳ、ヘッダＨ、続く、一つあるいは複数のデータバーストDB１〜DB４、お よび、必要に応じて次のフレームの開始まで挿入されるヌル伝送NTを含む。各デ ータバーストのフォーマット（例えば、変調および符号化スキーム、トレーニン グシーケンス、データの編成等）は、フレキシブルである。ヘッダＨは、各デー タバーストのフォーマットおよびタイミングの指標や、データバースト内のユー ザデータの位置に関する情報を含む。ユーザデータのデータバーストへの割当て は、基地局と移動局の間で協議される。移動局がチャネル特性を評価できるよう に、データバースト内にトレーニングシーケンスTSを埋め込むこともできる。フ レーム内のこれらトレーニングシーケンスの分布は、一様である必要はなく、移 動局の移動速度に応じて選択することができる。つまり、高速で移動する移動局 は、より頻繁なチャネルの変動を経験し、このため、より頻繁なチャネルインパ ルス応答の更新が必要となる。他方、低速で移動する移動局であって、特に、広 いレンジを移動する場合は、複数のトレーニングシーケンスを用いることで、チ ャネルインパルス応答のより良好な推定値を得ることもできる。効率の最適化の ためには、データバーストは連続であることが好ましい。さらに、同期シーケン スＳをトレーニングシーケンスとして用いることも考えられる。 ヘッダの要件は、移動局がフレーム内の自身のデータの位置を効率的に知るこ とができ、しかも、伝送オーバヘッドを最小に抑えられることである。後に、幾 つかの一例としてのヘッダフォーマットについて詳細に説明する。 本発明によるヘッダＨのフォーマットはフレキシブルであるため、トラヒック およびシグナリングチャネルの両方を容易に同一の物理無線チャネルにマッピン グすることができる。 各移動局に送られるデータバーストは、特定の指定された時間期間において、 要求される数のビットをそのフレームの継続期間内で送ることができ、しかも、 移動局によって（そのエリアの特定の干渉環境下で）容易に受信できるように選 択された変調スキームと電力レベルを用いて送信される。 例えば、基地局に近い（隣接セルから受けるチャネル間干渉が低い）移動局に 宛てられた信号には、高次の変調（例えば、16-QAM）が用いられ、基地局から遠 く離れた移動局に宛てられた信号には、QPSK変調が用いられる。強いチャネル間 干渉を受けるセル境界に位置する移動局に対しては、帯域幅効率は悪いが、頑健 な変調スキーム（例えば、128-FSK）を用いることが必要になることも考えられ る。 ヘッダＨを用いることで、フレーム内の特定のユーザに宛てられたデータの位 置が示される。ヘッダＨによって、さらに、データの量と変調スキームを示すこ ともできる。下りリンクのシナリオの場合は、フレーム内のデータの割当ては、 完全にフレキシブルである。 一例として、移動体無線用途の場合、基地局からの伝送の帯域幅は、約１．５ ＭＨｚとされ、フレームの継続期間は、約５ｍｓとされる。帯域幅をこれより広 くした場合、周波数ダイバーシィティの面では有利となるが、ただし、この場合 、移動局受信機の処理要件が対応してより大きくなる。動的チャネル割当てを単 純にするためには、必須ではないが、変調帯域幅を一定に保つことが望ましい。 一般的には、他のユーザへの干渉を低減するために、ピーク送信電力レベルを 最小に押さえることが必要となる。 このため、送信すべきデータの量と各移動局における干渉レベルとを与えると 、 各移動局に対して、伝送がフレーム全継続期間を占拠し、電力レベルが一様な小 さなレベルとなるような（あるいはこれに近い条件が得られるような）変調スキ ームとビット速度を選択することが目標とされる。一例として、基地局によって 扱われるユーザの伝送が単一の低ビット速度である場合は、この条件は、低次の 変調スキームを選択し、伝送をフレームの全継続期間を通じて行なうことで満足 される。 変調スキーム（マルチキャリアおよびスペクトル拡散を含む）の選択に当たっ ては、例えば、チャネル特性、送信機と受信機の処理能力、送信機の線形性、隣 接チャネル放出等によって課せられる制約を考慮する必要がある。変調スキーム と送信電力は、ユーザ毎、あるいはフレーム毎に、動的に変えることができる。 従来のスペクトル拡散技法を用いた場合は、複数のユーザを同一タイムスロット 内にサポートすることができる。 ヘッダＨ内の幾つかの情報は、遠方の移動局によって必要とされるため、頑健 に伝送する必要があるが、これには、大きな冗長が伴う。冗長の総量を低減する 一つの解決策として、ヘッダが異なるレベルの符号化（あるいは変調）スキーム を持つブロックに分割される。恐らく、２つの分割で十分であるが、変調スキー ムは、これら分割の両方ではなく、片方内にのみ示される。さらに、ヘッダＨに 、長さ指標や、CRC等のエラー検出機構を挿入することが必要となる場合もある 。 図３は、上りリンクのフレーム構造の一例を示す。全てTDMAから成る構造とす ることもできるが、ただし、この方法は、上りリンク伝送に対しては、効率を上 げるためには移動局が高いタイミング精度を達成することを要求されるために現 実的ではない。CDMAアプローチは、効率的な可変速度通信が可能であるという好 都合な特性を持つ。加えて、CDMAアプローチは、マルチユーザ検波が用いられた 場合はかなり大きくなると考えられる受信機の複雑さを、基地局の所に配置する ことができる。ただし、非常に高いビット速度と、対応する大きなパケットサイ ズに対しては、TDMAモードにおけるフレームを一部用いることにより、（より簡 易な構成で）よりよい性能を得ることができる。 図３は、上りリンクのフレーム構造内の資源が、CDMAセクション８と、TDMAセ クション９に分割される様子を示す。より詳細には、上りリンクフレーム継続期 間は、下りリンクフレームと同一、例えば、５ｍｓとされる。このフレームは、 保護スペースGSから開始され、これに、CDMAセクション８が続く。このフレーム 内には、３つのデータバーストDB１０、DB１１、DB１２が含まれ、これらは、CD MAセクション８からおよび互いに保護スペースGSによって分離される。必要であ れば、このフレームを最後まで満たすために、ヌル伝送セクションNTが挿入され る。具体的な割当ては、例えば、下りリンクのフレームヘッダによって、あるい は、制御チャネルを介して示される。同様に、タイミングも下りリンクから派生 される（得られる）。 上りリンクバーストのフォーマットは、呼の設定の際に、移動局と基地局の間 で合意される必要があり、このシグナリングは、CDMAセクション８を用いて遂行 される。CDMAセクション８とTDMAセクション９の間の分割は、動的に決定するこ ともでき、この場合は、下りリンクのヘッダに、分割の位置の指標が挿入される 。TDMAセクション９は、別個の斜線パターンによって示すように、３つのユーザ からのデータバーストDB１０、DB１１、DB１２から構成される。各データバース トDB１０、DB１１、DB１２は、データバーストの開始と終端の中間に挿入される 少なくとも一つのトレーニングシーケンスTSを含む。一つのパケット当たりに割 当てられるトレーニングシーケンスの個数は、チャネル変動追跡能力に対する必 要性に基づいて決定される。上りリンク伝送のCDMAセクション８には、電力制御 が適用される。この電力制御は、隣接チャネル干渉を最小にするために、データ バーストDB１０、DB１１、DB１２にも適用することもできる。フレームがデータ バーストによって完全に満たされない場合は、ヌル伝送NTによって、フレームが 最 後まで満たされる。 上りリンク上のデータパケットの伝送にも、下りリンク上で用いられるのと類 似する原理が用いられるが、ただし、上りリンクでは、幾つかの追加の機能が必 要となる。 事前の予約なしにチャネルにアクセスすることができる可変ビット速度リアル タイムサービスは、CDMA技法によってより効率的にサポートすることができ、フ レームのセクション８は、このアクセス機構に用いるために割当てられる。同様 に、マルチキャリアCDMAを用いることもできる。この場合、一つの要件として、 周波数ダイバーシィティの利益を引き出すために、十分に広い帯域幅を用いるこ とが必要となる。ただし、基地局の所でアンテナダイバーシィティを用いること もできる。さらに、低ビット速度非リアルタイムサービスを、パケット伝送と関 連するオーバヘッド（トレーニングシーケンスおよび保護スペース）が大きくな るために、フレームのこの部分に割当てることもできる。 他方、高ビット速度のパケットは、特に、移動局が基地局近くに位置する場合 は、TDMAを用いると、より効率的に伝送することができる。従って、このフレー ムのセクション９は、このアクセス機構に用いるために割当てられる。この場合 、保護スペースGSが、CDMAセクション８の前と、セクション８、データバースト DB１０、DB１１、DB１２、および存在する場合はヌル伝送TNの間に、移動局のタ イミングエラーを収容するために、挿入される。この保護スペースGSの継続期間 は、カバレッジエリアのサイズに応じて適応的に選択される。任意の時間におい て、データバーストを伝送する許可は基地局によって与えられる。 上りリンクフレームのタイミングは下りリンク同期シーケンスＳから得られる が、大きなセルではタイミングアドバンスが必要となる。 次に、図４との関連で、下りリンクヘッダ構造の一例について説明する。この ヘッダ構造は、６個の連結されたフィールド１０〜２０を含み、それぞれ、フィ ールド１０は、フィールドのサイズ、つまり、フィールド１２、１４、１６、２ ０のサイズを示し、フィールド１２は、バーストの数を示し、フィールド１４は 、フレーム内のアドレスの数を示し、フィールド１６は、各バースト内のアドレ スの数を示し、フィールド１８は、各バースト内のアドレスを示し、フィールド ２０は、各バーストのタイミングオフセットを示す。付加されるフレームは、同 一の変調／符号化スキームを用いるデータパケットが、一緒に、同一のデータバ ースト内に伝送されるように編成される。各バースト内のパケットに対する宛先 アドレスをリストする（便宜上、それらが伝送される順番にリストする）フィー ルド１８と、各データバーストの開始のタイミングオフセットを与えるフィール ド２０を用いることで、ユーザは、そのフレーム内に自身宛のデータパケットが 存在するか否かや、それがどのデータバースト内に位置するかを知ることができ る。 一時アドレス（Temporaty Addresses）の割当て、およびバーストフォーマッ ト（Burst Formats）の指定は、登録（Registrtion）あるいは呼の設定（Call S et Up）の際に確立することができ、また、シグナリングによって変更すること ができる。 これら全てのフィールドのサイズは、比較的広い制限範囲内で調節可能であり 、可能な限り大きなフレキシビティが確保される。 典型的な数値を一例として取り上げると、５ｍｓのフレーム継続期間と、１Ｍ bpsの公称スループット能力が仮定された場合、フレームは、最大５０００ビッ トから成る。一時アドレス（Temporaty Addresses）の数が２００である場合、 一時アドレスフィールドのサイズ（Size of Temporaty Addresses Field、STAF ）＝８となる。最大パケットサイズが３バイトである場合、パケットの最大数は 約 ２００、パケット数フィールドのサイズ（Size of Number of Packets Field、S NPF）＝８となる。タイミング分解能を４０９６分の１と指定した場合、タイミ ングオフセットフィールドのサイズ（Size of Timing Offset Field、STOF）＝ １２となる。そして、バーストの数（Number of Bursts）が６である場合、バー スト数フィールドのサイズ（Size of Number of Bursts Field、SNBF）＝３とな る。 データパケットが２０である典型的なケースを考えると、これは、ヘッダ内の 総ビット数は、４＋３＋４＋４＋３＋８＋（６×８）＋（２０×８）＋（６×１ ２）＝３０６ビットとなることを意味し、これは、約６％のオーバヘッドに相当 する。このヘッダに起因するオーバヘッドは、パケット当たり約２バイトとなる 。 バースト識別子が各データタイプにインプリシット（暗示的）に割当てられ、 これらが昇順に伝送される。全てのバーストを伝送する必要はなく、非伝送バー ストには、ヘッダ内において、それには一時アドレスは割当てられない。 さらなる簡素化も可能である。例えば、現レーム内のデータパケットに関する 一時アドレスの数（Number of Temporaty Addresses with Data Packets in the Current Frame、NTA）は、各データバースト内のパケットの数の総和から推論 することもできる。 バーストフォーマットの各バーストへの割当て（例えば、変調、符号化、構造 ）は、動的に行ない、これらの詳細は、登録時あるいは呼の設定時に、あるいは シグナリングによって移動局に送信される。 幾つかのバーストのフォーマット（例えば、ブロードキャストチャネルに対す るフォーマット）は、標準化することが必要となると考えられる。 幾つかの用途においては、同一のバーストフォーマットを複数のデータバース トに割当てることが望ましい。 下りリンクデータバーストの構造は、フレキシブルであり、従って、システム の帯域幅制約内で、任意のフォーマットを定義することができる。以下では、そ れぞれ、非リアルタイムパケット伝送と、非常に低速な可変リアルタイム伝送に 対して最適であると考えられる２つの可能性について説明する。 図５に示すデータバースト構造は５つの連結されたフィールドを持つ。トレー ニングシーケンス２２から開始され、これに、フィールドサイズ２４、パケット の数２６、パケットサイズ２８、パケットの内容３０が続く。以下のテーブルは 、パケットデータバーストの一つの実現例を示す。 このパケットフォーマットは、一つのトレーニングシーケンスのみが必要とさ れる場合に用いられる。このフォーマットは、さらに、全ての必要な宛先アドレ スがフレームヘッダ内に与えられていることを想定する。ここに与えられるトレ ーニングシーケンスの長さは、単に解説のために示すものであり、可変である。 ここで、データバーストが５個のパケットを含み、これらの平均サイズが２０ バイト、最大サイズが５０バイトであるものと仮定する。すると、SNPF＝３、パ ケットサイズフィールドのサイズ（Size of Packet Size Field、SPSF）＝６、 パケットの数（Number of Packets、NP）＝５となり、オーバヘッドは、トレー ニングシーケンスを除いて、４＋４＋３＋（５×６）＝４５ビットとなる。これ は、５×２０×８＝８００ビットなるデータパケットのサイズが与えられた場合 、約６％のオーバヘッド、あるいは、パケット当たり約１バイトのオーバヘッド に相当する。 ８kbpsなるビット速度を持つ低ビット速度の音声の場合、典型的なパケットサ イズは、５バイトであり、この場合、フレームヘッダとバースト構造の両方を考 慮したときのオーバヘッドは、パケット当たり約３バイト（あるいは６０％）と なる。 図６は、下りリンクリアルタイムデータバースト構造の一例を示す。これは、 トレーニングシーケンス３２から開始され、これに、フィールドサイズ３４、ア ドレスマップのサイズ３６、アドレスマップ３８、およびデータバイト４０が続 く。以下のテーブルは、下りリンクリアルタイムデータバースト構造の一つの実 現例を示す。 このバーストは、可変ビット速度と可変占拠を持つ回路交換（接続オリエンテ ッド）低ビット速度リアルタイムトラヒックに対して効率的となるように設計さ れている。この方法では、数個のユーザからのデータがパケット内に多重化され 、 フレームヘッダ内のスペースを節約するために、たった一つの一時アドレスが指 定され、これが全てのユーザによって用いられる。呼の設定時に、ユーザは、適 当な一時アドレスを通知され、そのバースト内の一つあるいは複数のバイトを割 当てられる。各バイトは、アドレスマップ（Address Map）内の位置によって識 別される。可変ビット速度を扱うために、バイトは、このフレーム内に信号源か らのデータが存在するときにのみ伝送される。データが存在する場合は、アドレ スマップ内の対応するビットがセットされ、データが存在しない場合は、アドレ スマップ内のビットはセットされず、バイトは伝送されない。ユーザは、こうし て、アドレスマップ内の自身に割当てられた位置を調べることで、データが存在 するか否か知ることができる。 一例として、４０のユーザが存在し、各ユーザにはバースト内に６バイトの容 量が割当てられているが、信号源は５０％のみアクティブであるものと仮定する 。５ｍｓのフレーム継続期間の場合、これは、９６００bpsなるアクティブビッ ト速度に相当し、これは低速音声サービスに対しては十分である。この場合、SN BF＝８、アドレスマップのサイズ（Size of Adress Map、SAM）＝２４０となり 、これは、４＋８＋２４０＝２５２ビットなる（トレーニングシーケンスを除い た）オーバヘッドとなる。平均的なパケットは、９６０ビットを含み、このため 、このオーバヘッドは、データスループットの約２６％に相当する。この効率は 、さらに、容量割当ての粒度を信号源に整合するように変更することで（例えば 、１バイトの代わりに３バイトにすることで）大きく改善することができる。 固定速度低ビット速度サービスの場合は、アドレスマップは必要なく、このた め効率はさらに高くなる。 図７および図８は、基地局内に実現される送信機、受信機およびコントローラ の略ブロック図を示す。移動局もこれに類似するが、ただし、複数のユーザから の入力とこれらへの出力の取り扱いに関する機能は省くことができる。説明の都 合上、送信機と受信機を別個に示す。ただし、実際には、幾つかのパーツ、例え ば、コントローラ４２および周波数発生器（別個には示さない）は、共通に用い ることができ、同一の参照番号にて示す。 図７に示すように、異なるユーザ、あるいは個々のユーザＵ１、Ｕ２、Ｕ３〜 Ｕｎによってランされる異なるアプリケーションは、バッファ４４に接続される 。ユーザＵ１〜Ｕｎは、デジタル出力を供給する。バッファ４４の出力は、マル チプレクサ４６に結合される。ユーザデータに関する情報は、コントローラ４２ にライン４８によって中継される。マルチプレクサ４６からの出力は、フレーム ／データバースト構築段５０に結合されるが、これは、同期源５２と、ヘッダ生 成器５４からの出力も受信する。フレーム／データバーストは、チャネル符号化 段５６に供給され、符号化される。チャネル符号化された信号がインターリーブ されるべきであることが決定された場合は、これがインタリービング段５８によ って遂行される。この信号は、次に、変調器６０内で変調される。信号の変調に 用いられる変調スキームはコントローラ４２によって決定される。コントローラ ４２は、入力６２の所に、図８の受信機から対応する信号の受信者に向かうチャ ネル品質の推定値を受信する。信号拡散段６４はオプションである。変調された 信号は、デジタル／アナログ変換器６６によってアナログ信号に変換され、送信 機６８に送られる。図示しないが、送信機６８を表すブロックは、周波数のアッ プ変換のためのマスタ発振器とミキサーおよび電力増幅器を含む。 破線はコントローラ４２からの、それぞれ、段４６、５０、５２、５４、５６ 、５８、６０、６４、６８への制御入力を表す。 図８は受信機を示す。受信段７０は、増幅器、ローカル発振器、ミキサーおよ びフィルタ（図示せず）を含み、アナログ／デジタル変換器７２に結合される。 デジタル化された出力は、バッファ７４、同期信号検波器７６、およびRSSI段７ ８に供給される。バッファ７４の出力は、もう一つのバッファ８０と、ヘッダ復 号段８３に供給される。同期信号検出器７６の出力と、ヘッダ復号段８３の出力 は、コントローラ４２に結合され、コントローラ４２は、ヘッダ内の情報を回復 し、これを用いて受信機の様々な段を制御する。受信された信号がCDMA信号であ る場合は、この信号は、デスプレッディング段８２において、デスプレッドされ る。復調器８４は、入力上の信号をヘッダ内のデータに基づいてコントローラ４ ２によって選択された変調スキームを用いて復調する。復調器８４は、出力を、 チャネル品質推定段８６と、オプションとしてのデインタリービング段８８に供 給する。 復調された信号のエラー修正／検出は、エラー修正／検出段９０によって遂行 され、この段は、出力をデマルチプレクサ９２に供給する。デマルチプレクサ９ ２は、複数のユーザあるいはあるユーザの異なるアプリケーションＵ１〜Ｕｎに 接続される。エラー修正／検出段９０は、さらに、出力をチャネル品質推定段８ ６に供給し、エラー指標を媒体アクセス制御（MAC）層に供給する。 チャネル品質推定段８６は、RSSI段７６、復調器８４、およびエラー修正／検 出段９０からの出力を用いて、チャネル品質の推定を行ない、かつ、この推定値 を、送信機（図７）のコントローラ４２に接続されたライン６２に供給する。 ヘッダ内に供給される情報に基づいて、トランシーバによって電力の節約が実 施される。つまり、使用において、コントローラ４２は、受信機を付勢すること で、各フレーム内の同期信号とヘッダを受信し、それに宛てられたデータバース トが存在しないことが決定された場合は、受信機の様々な段は、遮断、つまり、 休眠（待機）モードに入れられる。加えて、コントローラ４２は、ヘッダ内の情 報を分析することで、例えば、そのフレーム内の５個のデータバーストの第三の データバーストが、それに宛てられていることを決定すると、実質的に第一、第 二、第四および第五のデータバーストの継続期間において、受信機の様々な段を 遮断、つまり、休眠モードに入れる。低速データユーザ／アプリケーションに適 用可能なもう一つのバリエーションにおいては、基地局と宛先移動局が協議し、 データがＮ個のフレーム（ここでＮは整数）の内の一つを用いて送信されるよう に調整され、受信機は、中間の（Ｎ−１）のフレームにおいては休眠できるよう にされる。 本発明によるシステムの実現のその他の特徴は以下の通りである： 同一のフレーム構造が時分割多重（TDD）と周波数分割多重（FDD）の両方に対 して用いられる。タイミングは、下りリンク同期シーケンスから得られる。TDD の場合は、上りリンクと下りリンクの間の分割は可変とされる。 周波数選択性フェーディングが見られる典型的な動作環境においては、周波数 ダイバーシィティがより大きな効果を持つように広い帯域幅を用いることが望ま しい。可能な解決策としては：単一の広帯域キャリアを受信機における等化とと もに用いる；マルチキャリア変調（MCM）を用いる；直接シーケンススペクトル 拡散（DSSS）を用いる等が考えられる。これらは、時間領域インタリービングに 対する必要性を低減できるという長所を持つ。もう一つのオプションとして、低 速周波数ホッピングも考えられるが、ただし、この方法は、かなりのインタリー ビング遅延を伴う。 単一のキャリアを用いるアプローチの場合、１．６ＭＨｚのオーダのキャリア 間隔が実現可能となり、MCM技法を採用した場合は、有効帯域幅はさらに広くな る。 周波数再使用距離は、スペクトル効率が最大になるように選択する必要がある 。下りリンクに対する一つの解決策においては、DSSS技法が、隣接セル内での周 波数の再使用（クラスタサイズ＝１）と共に用いられる。もう一つのアプローチ として、大きな再使用距離に起因する容量の潜在的な損失はあえて許容し、単一 キャリアからより高いスループットを得ることも考えられる。 システム容量は、変調スキームをチャネル条件に適応させることで増加できる 。 例えば、基地局に近く、Ｃ／Ｉが比較的良好な移動局への下りリンク伝送には、 高次の変調スキーム（例えば、16-QAM）を用い、セルのエッジに近く、Ｃ／Ｉが 良好でない移動局への伝送には、頑健な変調スキーム（例えば、BPSK）が用いら れる。 インタリービングが要求される場合、データバーストは、原理上： −バースト内； −あるフレーム内の複数のバーストを通じて； −複数のフレームを通じて； インタリービング深度の任意の組合せを用いて定義することができる。 フレキシブルな展開のためにはダイナミックチャネル割当て（DCA）が望まし い。 次の２つのタイプのハンドオーバが考えられる： （１）セル内ハンドオーバ（異なる下りリンクバーストへの、あるいは、上り リンクのCDMAセクションからTDMAセクションへのハンドオーバ）。これは、単純 であり、下りリンクハンドオーバの場合、変更はフレームヘッダ内に示すことが できるために、移動局と基地局の間のシグナリングさえも必要でない。 （２）セル間ハンドオーバ（異なる搬送波周波数への、あるいはスペクトル拡 散が用いられている場合は、同一搬送波周波数へのハンドオーバ）。２つの送信 機あるいは受信機を必要としないセル間ハンドオーバに対する機構が提唱されて いる。この方法によると、移動局がセル間ハンドオーバが必要となりそうな状況 に入ると、上りリンクと下りリンクの両方の伝送が、一つ置きのフレームに制限 される。このようにすることで、他の基地局からの信号のモニタが簡単になり、 ２つの受信機を用いる必要がなくなる。さらに、この方法では、一度に２つの基 地局との間で通信を設定することが可能になり、“ソフトハンドオーバ（soft h and over）”が可能になる。 さらに、ハンドオーバの可能性が考えられる（移動局がセルの境界付近に位置 し、従って低次の頑健な変調を用いる）呼が、下りリンク伝送内の時間において ヘッダ直後のバースト部分を用いて掛けられた場合は、下りリンクフレームの要 求される部分の間の重複の可能性は低いために、ハンドオーバは非同期の基地局 との間でも遂行することができる。送信電力と受信電力の両方のレベルが知られ ている場合は、移動局から基地局までの距離を、（少なくとも相対的に）決定す ることができる。提唱される上りリンクフレームも、このハンドオーバ機能をサ ポートする。 上りリンクと下りリンクの両方に電力制御が適用される。上りリンクにおいて は、移動局の電力は、基地局の所で十分なＣ／Ｉが達成できるように調節する必 要がある。下りリンクにおいては、変調スキーム、バーストフォーマットおよび 電力レベルを、他のユーザへの干渉が最小で、同時に、良好な品質の接続が達成 できるように適切に選択する必要がある。ここでは、フレーム全体を通じて電力 レベルを一様にすることが一つの妥当な目標となる。 下りリンクでは、低ビット速度のユーザに対するデータは、それらの受信機を 一度付勢するだけで良いようにヘッダの近くに割当てられる。 動的チャネル割当て（DCA）が、特に、セルの境界近傍でローミングする移動 局のハンドオーバの問題を楽にするために適用される。セルの境界の近傍の移動 局が異なる基地局からの信号を判別きるようにするためには、異なる直交符号を 用いることが望ましいが、これは、異なる拡散符号を用いることで達成できる。 ランダムベースの割当てで十分である。移動局が、付近の基地局によって使用さ れる符号を検出し、異なる符号を用いるように要求することもできる。 呼を設定するに当たって、移動局は、基地局に自身の現在の無線環境（つまり 、考えられるチャネル内の干渉レベルや、知られている場合は、移動速度）を通 知する。基地局は、さらに、移動局に至る経路損失を知る必要があるが、これは 、 送信電力が知られている場合は、上りリンク上の受信レベルから推測することが できる。さらに、移動局と基地局の間で、おのおのの機能（例えば、ビット速度 、変調スキーム、符号化スキーム）等で合意する必要があるが、これらの情報は 、事前に、システムコントローラ（SC）（図１）内に格納される。 特定のユーザに対するデータは、ヘッダの開始あるいは終端からの時間によっ て識別される。例えば、これらが規則的に間隔を持つ場合は、同期シーケンスが 助けとなる。さらに、ユーザデータ内に同期／アドレスデータを挿入することで 、小さなタイミング誤差を補償することもできる。 制御およびシグナリング情報をヘッダ内にあるいは個々のタイムスロットに挿 入することもできる。 当業者においては、上の開示を読むことで、他の修正も明らかであるものと考 えられる。これら修正例として、上に開示された要素の代わりに、あるいはこれ に加えて、電気通信システムおよびその構成要素の設計、製造および使用におい て周知の他の要素を用いることも考えられる。 産業上の用途 本発明は、ユニバーサル移動電話システムや、他のセルラ電話システムに適用 することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 基地局と移動局との間で信号を伝送するための方法であって、前記各局 が、トランシーバ（送受信）手段と制御手段を含み、前記基地局の少なくとも制 御手段が上りリンク上に受信される信号の品質を決定することができ、この上り および／あるいは下りリンクの品質に関する情報に基づいて、下りリンク上に伝 送されるべき信号が変調され、伝送の特性が選択されることを特徴とする方法。 ２． さらに、前記伝送の特性を、ビット速度、ビットエラー率、およびエン ド・ツウ・エンド遅延の少なくとも一つに基づいて選択することを特徴とする請 求の範囲１に記載の方法。 ３． 前記下りリンクの伝送が、時間フレームから構成され、各時間フレーム がヘッダを含み、このヘッダが、伝送の特性を示す指標、および時間フレーム内 の各データバーストのタイミングを示す指標を含むことを特徴とする請求の範囲 １あるいは２に記載の方法。 ４． 前記下りリンクの伝送が、TDMA方式を用いることを特徴とする請求の範 囲１から３のいずれかに記載の方法。 ５． 前記上りリンクの伝送が、CDMAおよび／あるいはTDMA方式を用いること を特徴とする請求の範囲１から４いずれかに記載の方法。 ６． 双方向電気通信システムであって、このシステムが、基地局と、トラン シーバ（送受信）手段を含む少なくとも一つの移動局を含み、前記基地局が、下 りリンクに信号を送信するための送信手段、前記移動局の前記トランシーバ送受 信手段によって上りリンクに伝送された信号を受信するための受信手段、および 制御手段を含み、この制御手段が、上りリンクから前記受信手段によって受信さ れる信号の品質を決定するための手段、および前記下りリンクに送信されるべき 信号を変調するための手段を含み、この変調手段が、前記上りおよび／あるいは 下りリンクの品質に関して得られた情報に基づいて、上りおよび／あるいは下り リンクの伝送特性を選択することを特徴とするシステム。 ７． 前記基地局が、下りリンクの信号を、TDMAフォーマットに従って送信し 、このTDMAフォーマットが、一連の時間フレームから構成され、各フレームがフ レームヘッダを含むことを特徴とする請求の範囲６に記載のシステム。 ８． 前記フレームヘッダが、一つあるいは複数の移動局に宛てられたデータ バーストの位置を示す指標を含むことを特徴とする請求の範囲７に記載のシステ ム。 ９． 前記フレームヘッダが、各データバーストのフォーマットおよびタイミ ングを示す指標を含むことを特徴とする請求の範囲８に記載のシステム。 １０． 前記データバースト内にトレーニングシーケンスが埋め込まれること を特徴とする請求の範囲８あるいは９に記載のシステム。 １１． 前記少なくとも一つの移動局が、その移動局のデータバーストが他の 移動局に宛てられていると判定したときに休眠モードに入ることで、電力の節約 を行なうことを特徴とする請求の範囲７から１０のいずれかに記載のシステム。 １２． 前記時間フレームが、実質的に固定継続期間を持つことを特徴とする 請求の範囲７から１１のいずれかに記載のシステム。 １３． 前記変調手段が、基地局に比較的近接して位置する移動局に信号を送 信するときは高次の変調スキームを用い、比較遠くに位置する移動局に信号を送 信するときは、低ビット速度の直交符号（直交符号化スキーム）を用いることを 特徴とする請求の範囲６から１２のいずれかに記載のシステム。 １４． 下りリンクのトラヒックデータが、移動局による受信の信頼性が保証 されるように選択された変調スキームおよび電力レベルを用いて送信されること を特徴とする請求の範囲６から１３のいずれかに記載のシステム。 １５． 上りリンク信号がCDMA信号として伝送されることを特徴とする請求の 範囲６から１４のいずれかに記載のシステム。 １６． 上りリンク信号が、TDMAフォーマットに従って伝送されることを特徴 とする請求の範囲６から１５のいずれかに記載のシステム。 １７． 上りリンクTDMA信号が、少なくとも２つのデータバーストを含み、隣 接するバースト間に保護スペースが挿入されることを特徴とする請求の範囲１６ 記載のシステム。 １８． 上りリンクTDMA信号が、データバーストから構成され、各データバー ストが、少なくとも一つのタイミングシーケンスを含むことを特徴とする請求の 範囲１６あるいは１７のいずれかに記載のシステム。 １９． 上りリンクTDMA信号が、データパケットから構成され、これらデータ パケットの少なくとも２つのビット速度が異なることを特徴とする請求の範囲１ ６、１７あるいは１８のいずれかに記載のシステム。 ２０． 上りリンク信号に対するタイミングが下りリンク信号から得られるこ とを特徴とする請求の範囲６から１９のいずれかに記載のシステム。 ２１． 前記システムは、複数のセルから構成されるセルラシステムであり、 各セルが、おのおののカバレッジエリアを定義する基地局を持つことを特徴とす る請求の範囲６から２０のいずれかに記載のシステム。 ２２． 前記基地局が、呼に参与している移動局を、一つのセルから別のセル にハンドオーバするための手段を含むことを特徴とする請求の範囲２１に記載の システム。